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为C语言的虚拟教育系统
Ilhyun Moon, Saeron Han, Kwansun Choi, Dongsik Kim, Changwan Jeon,
Sunheum Lee, Heunggu Jeon
Electrical Communication Engineering, SoonChunHyang University
Information Communication Engineering, SoonChunHyang University
MiraeEnergy Tech. co.
gkstofhs@paran.com, ultrabangbuje@hanmail.net,
{cks1329,dongsik,jeoncw,sunheum}@sch.ac.kr, j110109@naver.com
摘要. 基于网络的互动学习是一个重要的教育趋势.。在本文中, 我们为C语言编写了基于Web的虚拟教学课件。它包括两个主要组成部分：为学生创造性的演讲组件和讲师的评估组件。讲座组件包含基于HTML的演讲笔记和创意多媒体内容，例如flash电影和视频剪辑，以及一个在服务器上编译C程序的有效的基于Web的编译器。这些由学生通过网络提交，程序将执行结果返回给学生的个人电脑，还有学生报告的提交内容和在线考试。出勤检查，报告分配，在线考核评分管理制度等使用HTML，Java，Java脚本，PHP和MySQL数据库等Web技术来实现。该系统使学生能够轻松了解C编程语言的内容和编程技术。使讲师能够实现更高的生产力，节省时间和劳动力。
关键词：基于Web的虚拟教育，Java小程序，基于Web的编译器，
PHP，MySQL。
1介绍
除了加强传统的教育方式外，信息技术还可以实现教育交付的原始方法和创新的教学策略。教学不再局限于时间和地点。传统课堂的时间和物理边界被扩展到一个学习空间。全球越来越多的大学正在提供虚拟教育问题。几家公司也在为员工提供在线培训。在全球网络上的简单搜索将产生数百个网站，提供虚拟课程或资源，用于开发和交付此类课程。基于网络的学习对于因个人或专业，财力有限或身体上的限制而无法上课的学生是有益的。有效的在线网络学习的主要优点是它可以在互联网上实时提供学习设施：24小时/天，7天/周，随时随地访问，消除与时间表的冲突。因为教学材料总是可用，学习是自我调节的。 从教师的角度来看，一旦课堂材料采用电子格式，便易于修改并保持最新状态。此外，材料的组织将得到增强，因为只要一个存储库可用于所有内容。虚拟实验室的另一个目标是提供实践活动来提升在线课程。
东卡罗来纳大学的一项研究发现，虚拟实验室帮助学生了解在线课程的概念和理论。当一些实验涉及可能对学生有害的设备时，虚拟实验室特别有用。达尔豪西大学物理系开发的激光虚拟实验室通过互联网控制设备，显示如何实时进行危险的激光实验室工作。最近在新加坡国立大学电气工程系设立了一个名为VLAB的示波器实验室的实验室。这些远程实验室是通过网络界面远程运行的实际实验室实验，非常适合远程学习课程，学生不需要在校园内实习。奥克兰大学的EE实验室是根据机构不断变化的需求改造实验室的一个很好的例子。这个过程加速了测量，但是从那以后，不断增加的学生人数导致设备严重不足。现在需要模拟电气设备并通过互联网访问实验室，以便学生能够从实验室进行一些实验。大连电气通信部门实施基础电路理论虚拟实验室系统由原理课堂，虚拟实验课堂，评估课堂和管理系统四大部分组成。通过这个虚拟实验室系统，学生可以有效地研究与工程实验相关的概念和理论，以及操作诸如多米，功能发生器和数字示波器等设备的手段。最后，该系统产生了几个积极的成果，如减少实验总时间和实验设备的损伤率。在本文中，我们实施了一个虚拟实验室组成的创意多媒体内容，提供学习者与内容之间的教育互动，使学习者有效地了解C语法和编程概念。特别是，我们的C编程语言的虚拟教育系统共享商业软件包。这使得系统独立于商业软件开发过程，其中特定版本的软件可能会很快过时。我们的虚拟教育系统在LINUX环境中使用服务器端编译器，而不是使用桌面商业编译器。因此，并不是所有的学生都需要在他们的PC上购买和安装商业编译器，以便学习C语言编程语言。提供的学习者可以通过互联网随时随地连接到我们的C课程，学习者可以提交他们的C源文件并查看其执行结果，由C编译器在Web服务器上实现和返回。学习者不需要在自己的PC上安装自己的C编译器，从而节省了软件成本和维护人力。学习者和教师使用管理和管理系统相互沟通，提供不同类型的功能，如出勤检查，报告作业，在线考试，评分，教师咨询等。管理和管理使用HTML，Java，Java脚本，PHP和MySQL数据库等Web技术实现。本文的其余部分安排如下。 在2.1节中，系统从学习者的角度进行描述，其中包括创意讲义内容，基于Web的C编译器结构和功能。在2.2节中，我们描述了基于Web的C编译器实现。 第3节描述了学生对C编程讲座的回应。 第4节总结了论文，并为今后的工作探讨了方向。
2 C编程语言的虚拟学习系统
我们的C课件主要由两部分组成，如图1所示。一个称为虚拟学习系统，涉及学习者的活动，另一个则与教师的活动有关。虚拟学习系统帮助学习者轻松有效地学习C语言语言，并编程概念和技术。该系统包括HTML讲义，多媒体内容促进过程理解和有效的实践环境，由基于Web的C组成编译器由GCC / CGI实现。另一个是教师和学生的评估和管理系统。 我们将在第3节描述这一点。
图1 虚拟教育系统的配置
2.1演讲笔记
学习者主要可以访问包含16周内容的HTML演讲笔记，如图2所示。. 按下第六周控制超级链接后，下一页移动到控制页面。学生可以通过点击声音按钮听一周的简短介绍。然后，他或她可以引导Flash Movie动画，以解释特别复杂的概念和编程技术。大多数讲师都认为在教学计算机程式设计方面存在困难。例如，学生难以理解溢出和下溢概念。 因此，我们希望Flash动画能帮助学生理解概念。图3中的Flash动画发生溢出时。 学习者可以轻松掌握整数类型变量的溢出概念。
图二 用于讲义的HTML页面
图三 Flash动画解释溢出概念
提供由Java Applet制作的更多互动内容。 学习者可以在Applet中输入适当的值，并观察返回的结果。printf函数将格式化的输出写入standard_out（stdout）。printf命令有很多光标控制序列和转换字符。学习者需要理解控制角色使用的效果。因此，我们为printf实现了一个Java Applet。 图4中printf函数的Applet等待整数类型变量a，双类型变量b，字符类型变量和打印输出格式的3个值，学习者可以从列表框中选择，如图5所示，或输入格式输入自己的文本框。使用这个Applet，学习者可以非常轻松地观察打印格式和打印输出结果之间的关系，为学习者提供不同类型的打印格式体验。
图四 Applet用于printf功能
图五 列表框进行格式选择
图6是一个迭代语句的小程序（while，do-while，for，nested for，break，continue）。学生在自顶向下的面板中选择一个面板，并在用户输入文本框中插入一个值，可以确定所选值的程序结果。
图六 交互式语句小程序
指针是包含另一变量地址的变量。 由于指针包含对象的地址，因此可以通过指针间接访问对象。指针通常被普遍用作参考，部分是因为它们有时是表达计算的唯一方法，部分是因为它们通常导致比通过其他方式可以获得的更紧凑和有效的代码。 然而，学生很难理解指针的概念。 因此我们实现了一个指针applet。 图7是用于理解指针地址概念的小程序。 学生从选择框中选择一个项目并猜测结果，实际上可以确认结果。
图七数值计算
用于理解算法概念的动画或可视化是学习不同类型算法的最有效手段。排序是引入算法的最具教育性的练习之一。排序是指从数组中获取项目并按顺序排列的算法。排序小程序的目标是向学生呈现一种视觉方式来理解最常见算法的工作方式，以及不同方法在不同条件下如何产生不同的结果。我们希望这个java小程序能够帮助学生理解排序的复杂性，并且将可视化方法作为教学算法的教学工具进行普及。我们实现了以下算法：气泡排序，选择排序，插入排序，外壳排序和快速排序。为了测试算法是否正确执行了排序，选择了一个小数据集并逐步执行。 Sort小程序由源组件和动画板组件组成。垫片填充无序的数字，如图8所示。学习者选择不同类型的排序算法之一如图9所示为了了解其原理。他们可以通过图形系统地了解排序过程。学习者有效地了解和分析了各种排序算法的优缺点。
图八 小程序用于理解排序算法
2.2实现基于Web的C编译器
内联网编译器架构; 在软件开发期间，重要的是证明软件的哪些组件应该在客户机上运行，哪些组件应该在服务器上运行。 客户端程序 - Java Applet - 在请求时通过网络传输，执行完全在发出请求的客户端机器上执行。
图九 排序方法选择
这使得能够在服务器和客户端之间共享计算成本。当将要传送给用户的程序大小适中或要缓存在客户机上时，或者数据要在服务器和客户端之间传输，以防应用程序在服务器上运行时，可以使用此方法，当这非常大时。I在平台独立解决方案的情况下，如Java，较低的计算性能可能会令人望而却步。使用CG，我更少的信息必须传递给服务器。 服务器根据给定的信息执行指令，并将结果发送回发出请求的本地机器。在相反的情况下，当软件包很大或不能释放给用户时，或者当要传输的数据量很小时使用。然而，大量同时访问服务器的客户端将使基于CGI的方法不受欢迎。因此，为了解决这个问题，我们实现了一个基于Web的C编译器。 我们的C编程系统不使用任何商业软件包。这使得系统独立于商业软件开发过程，其中特定版本的软件可能会很快过时。我们的系统在LINUX环境中使用服务器端编译器，通过Internet，而不是使用桌面商业编译器。因此，并不是所有的学生都需要购买并在他们的电脑上安装商业编译器才能学习C编程语言。他们只是使用Java Applet连接到我们的系统，并将C语言源代码发送到服务器端，然后程序执行的结果将返回给他们。基于Web的C编译器如图10所示由Java I / O Applet和GCC在服务器端实现。该系统正在提供一个基于Web的编译器，使学习内容直接改变程序代码并确切地确认。基于Web的编译器的利用对于没有单独的C编译器的学生将是经济上有用的。
在图11中, Java I / O Applet从客户端接收程序源代码，在图12中, 它使它们成为文件，并通过GCC将其传递给编译。 在图13，14中，GCC的执行结果或错误消息将由Java I / O Applet返回给客户端。
图10 基于Web的编译器的功能框图
图11编写C源代码 图12 编写文件进行编译
图13 执行 图14 结果返回
在定性上，该系统有效地帮助学生轻松学习C语言语法和编程。 将多媒体教育内容与基于网络的C编译器支持系统相结合，使学生可以随时随地访问C编程练习。
图15 在线报告撰写和提交
2.3在线报告和考试
报告内容的学习者活动报告内容如图15所示。它们保存在数据库中，可以以打印输出形式恢复，如图16所示。它被给予唯一的ID以防止重复。 学习者必须向教师提供打印输出以进行评估。
图16 报告打印
3学生对C编程讲座的回应
自2001年以来，韩国Soonchunhyang大学的四个课程的学生已经接受过C程序设计讲座的调查。每年有超过50名学生完成调查，从“强烈同意”到“强烈不同意”等五个级别的6项声明。超过80％的学生在回答这些问题时选择了“SA（非常同意）”或“A（同意）”。调查结果令人鼓舞。 作者认为，这些结果表明，C编程演讲增强了学生对C编程的理解。
表1. 标题的字体大小。 表格标题应始终位于表格上方。
4 结论和未来工作
我们已经实施了一个高效的，具有成本效益的C程序设计虚拟教育系统，可用于提高C程序设计教育的质量。使用简单和用户友好的设计，使大量的人能够轻松访问虚拟教育系统。 因此，使用我们的虚拟教育系统的高级培训将可用，即使没有为学生的PC提供昂贵的C编译器。我们的虚拟教育系统有两个重要组成部分：虚拟学习系统和评估/
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