面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程實驗系統(tǒng)

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關(guān)鍵詞：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程；實驗教學(xué)；快樂學(xué)習(xí)

1實驗內(nèi)容

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程中，涉及到一系列與面向過程編程所不同的概念，如類、對象、屬性、操作、繼承、多態(tài)等。這些概念比較抽象，學(xué)生初學(xué)時難以理解和把握。而角色扮演游戲能較好地反映面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的特點(diǎn)，能讓學(xué)生在娛樂中學(xué)習(xí)這些基本概念。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的教學(xué)一般是按照類的封裝性、繼承性、多態(tài)性的順序組織內(nèi)容［9］。為此，筆者結(jié)合角色扮演游戲的特點(diǎn)，將面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計課程實驗劃分為以下3部分內(nèi)容［10‐11］：（1）封裝：該部分實驗要求學(xué)生掌握和應(yīng)用類的建立、對象的聲明和使用等知識，要求學(xué)生定義2個類———怪獸（Monster）類和英雄（Hero）類，并實現(xiàn)其基本屬性和操作。（2）繼承：該部分實驗要求學(xué)生掌握和應(yīng)用類的繼承機(jī)制，實現(xiàn)Monster類和大怪獸（Boss）類之間的繼承關(guān)系。（3）多態(tài)：該部分實驗要求學(xué)生掌握和應(yīng)用多態(tài)的實現(xiàn)機(jī)制，實現(xiàn)Monster類和Boss類的對象操作的多態(tài)。在以上實驗的基礎(chǔ)上，還可以擴(kuò)展運(yùn)算符重載、模板等實驗內(nèi)容。

2系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于游戲的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程實驗系統(tǒng)以實現(xiàn)一個簡單的對打游戲為背景，根據(jù)該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度要求，對游戲階段進(jìn)行劃分，構(gòu)造針對不同內(nèi)容的實驗題目，逐步開放。每個實驗題目都要求學(xué)生在已有的固定程序框架下填入自行編寫的代碼，實現(xiàn)所要求的程序功能。學(xué)生提交代碼后，系統(tǒng)首先將學(xué)生編寫的代碼與程序框架進(jìn)行合并，隨后采用后臺在線編譯工具進(jìn)行整體編譯，查找是否存在語法錯誤。若有，則返回錯誤信息；否則，利用代碼分析工具對代碼進(jìn)行分析，檢查是否已實現(xiàn)所要求實現(xiàn)的功能，是否實現(xiàn)選做功能。隨后，系統(tǒng)進(jìn)行代碼測試，檢查是否存在運(yùn)行錯誤。最后運(yùn)行模塊將正確實現(xiàn)的功能在前臺顯示出來。前臺將讀取后臺代碼的實現(xiàn)情況，以圖形界面的方式顯示已正確定義的類和對象，并為對象提供后臺代碼正確實現(xiàn)的操作。根據(jù)后臺代碼定義的游戲流程，實現(xiàn)與學(xué)生的互動游戲，并在游戲中讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)所寫代碼中缺少的功能，更好地體會每一部分代碼的功能和效果。（1）代碼編譯模塊將抽取實驗題目的固定框架代碼與學(xué)生提交的代碼進(jìn)行拼接，調(diào)用在線編譯器MinGW對合并后的代碼進(jìn)行編譯。若無錯誤，將代碼交予代碼分析模塊進(jìn)行語義分析。（2）代碼分析模塊針對不同游戲階段的要求，規(guī)定類名、函數(shù)名等的標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生所提交的代碼的名稱以此為依據(jù)。運(yùn)行時，分析模塊對學(xué)生提交代碼進(jìn)行分析，提取關(guān)鍵類、函數(shù)等，與命名標(biāo)準(zhǔn)做對比，逐一排查是否實現(xiàn)對應(yīng)功能。（3）代碼測試模塊針對學(xué)生程序設(shè)計完成情況，利用預(yù)先定義好的后臺數(shù)據(jù)，進(jìn)行測試分析并生成相應(yīng)的測試報告。（4）代碼運(yùn)行模塊在對固定框架和學(xué)生代碼合并后的程序進(jìn)行分析測試后，對程序進(jìn)行修改，創(chuàng)建socket連接，使其具備通信功能，并在內(nèi)部加入了通信協(xié)議解析，解析從前臺傳來的指令協(xié)議。（5）通信模塊負(fù)責(zé)通過socket在后臺與前臺之間進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令的傳輸。在收到請求后，首先創(chuàng)建連接線程，實現(xiàn)后臺程序和前臺顯示兩端的通信，將代碼功能以圖形化的效果展示。（6）前臺模塊提供教師模式和學(xué)生模式，為用戶提供各類功能使用的圖形化界面。在教師模式下，教師可以對題庫、作業(yè)、成績進(jìn)行管理，增加或修改實驗題目，或結(jié)束實驗作業(yè)，查看學(xué)生代碼和提交情況，查看和管理學(xué)生的成績。在學(xué)生模式下，在線答題模塊讓學(xué)生可以查看作業(yè)、根據(jù)要求在線編寫代碼并提交。若代碼通過，可以進(jìn)入在線游戲。若在游戲中發(fā)現(xiàn)功能的缺失，可以修改代碼并再次提交。在線游戲模塊通過通信模塊連接前后臺，將經(jīng)過系統(tǒng)分析與編譯的學(xué)生提交代碼的實現(xiàn)情況傳輸給游戲模塊。游戲模塊根據(jù)收到的數(shù)據(jù)，在游戲場景下生成對應(yīng)的角色，激活已正確實現(xiàn)的相關(guān)操作，轉(zhuǎn)化在圖形界面上展現(xiàn)出來，并根據(jù)編寫的程序流程與用戶進(jìn)行游戲互動，讓學(xué)生在游戲中體會代碼經(jīng)過編譯后，實際被執(zhí)行的效果。

3系統(tǒng)測試

基于游戲的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計實驗系統(tǒng)為學(xué)生提供了趣味性的實驗過程。在系統(tǒng)固定的實驗流程框架下，學(xué)生在線編寫并提交考查關(guān)鍵知識點(diǎn)的代碼，系統(tǒng)后臺自動在線對代碼進(jìn)行整合、編譯、分析等。系統(tǒng)對學(xué)生提交的類的實現(xiàn)代碼進(jìn)行分析測試，對實現(xiàn)異常的函數(shù)進(jìn)行標(biāo)注。學(xué)生提交代碼通過后，系統(tǒng)提供在線游戲的功能，讓學(xué)生直觀感受所編寫代碼的效果。正確實現(xiàn)的類和對象及其相關(guān)的屬性和操作、類的繼承情況等被顯示出來，而出現(xiàn)異常的信息則無法顯示。

4結(jié)語

基于游戲的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程實驗系統(tǒng)要求學(xué)生在固定框架下，按照各個實驗考查的知識點(diǎn)，編寫并提交相應(yīng)代碼。系統(tǒng)將在線編譯、分析、測試和運(yùn)行提交的代碼，并在前臺結(jié)合角色扮演游戲，顯示正確實現(xiàn)的功能，以趣味化的方式，加深學(xué)生對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程中各個概念的理解和掌握。

參考文獻(xiàn)（References）

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［3］黃建燈，田娟．基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》課程教學(xué)改革探討［J］．計算機(jī)產(chǎn)品與流通，2017（7）：201．

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作者：肖志嬌 劉士俊 徐婧 單位：深圳大學(xué)計算機(jī)與軟件學(xué)院