[發明專利]一種圖形化編程作品的評測方法

有效

• 申請號: 202110456593.2
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113220286B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 吳明暉;吳浩;金蒼宏
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G06F8/34
• 分類號: G06F8/34;G06F8/41;G06K9/62
• 代理公司: 北京京萬通知識產權代理有限公司 11440
• 代理人: 劉浩;許天易

本發明提供了一種基于圖嵌入和程序復雜度的圖形化編程作品的評測方法，包括針對作品的源代碼文件，建立抽象語法樹，并通過圖嵌入得到語法樹的圖向量，將作品與參考作品的圖向量相似度作為邏輯性特征；采用Halstead度量法計算工作量特征；采用McCabe度量法計算復雜度特征；通過靜態匹配提取得到作品的關鍵變量與任務無關統計量；將以上特征以及老師作為特征輸入下游分類器進行分類，計算得出作品的評分。本發明引入邏輯性特征，適用于答案不唯一的情況；兼顧邏輯性、工作量、復雜度、老師、關鍵變量和任務無關統計等多維度的特征，一定程序上解決了圖形化編程中存在的創新性問題和鼓勵性問題，使得評分能夠準確反應學生的實際水平。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，具體涉及一種圖形化編程作品的評測方法。

背景技術

面向圖形化編程的項目式學習對于培養兒童的計算思維具有重要意義，圖形化編程的學習旨在通過課程訓練，培養和提升學生的創新思維，計算思維和編程思維，幫助他們更好更正確地掌握科學世界的底層邏輯，從而更好地應對解決未來人生的各種問題。相比傳統的代碼編程，圖形化編程更加簡單、易讀、易上手，是適合所有少兒學員的入門平臺。其中，Scratch是一款由麻省理工學院(MIT)設計開發的一款面向少年的簡易編程工具。MIT做了相當深入研究和頗具針對性的設計開發。這個平臺可以讓低齡兒童編寫屬于自己的交互動畫、游戲、故事甚至是音樂和美術作品。Scratch學習過程中，除了編程本身的內容外，Scratch可以將編程與學科內容以動畫、游戲或者故事的形式表現出來，在加深編程理解的同時，還能對于學校學習有明顯的促進作用，這是知其然和知其所以然在的區別所在。提高孩子的溝通力、領導力、計算思維、邏輯思維、批判性思維以及對生活的關注力和觀察力。

但是，由于以下問題，自動評測圖形化編程作品的結果并不能令人滿意：1、與傳統的OJ系統相比，圖形化編程不存在標準的輸入輸出。2、為了促進學生的積極性，對于與參考答案相差較大和與任務無關的作品，老師也會盡可能地給予較高的評分。

傳統的解決方案是León等設計的Scratch作品計算思維評測工具Dr.Scratch^[1]，該工具設計了7個維度、每個維度4個級別的計算思維評價表，根據匹配規則的情況給出得分，但是在面對任務導向的學習中，受到任務本身局限性的影響，該方法僅有極少數規則有效且作品之間的差距不大。抽象語法樹是源代碼語法結構的抽象表示，并不局限于編程語言本身。以往的研究表明抽象語法樹能比較好地表示圖形化編程的作品，Jiang B等利用樹編輯抽象語法樹表示圖形化編程作品的編程軌跡^[2]，Davis R L利用抽象語法樹表示作品，繼而將抽象語法樹轉化為四種類型(顏色+文本+縮進；顏色+縮進；文本；空白)的圖片，使用ResNet從圖片分類的角度對圖形化編程作品的評價進行了討論^[3]。該方法具有普適性，但是這種方法也僅是從代碼的邏輯角度進行考慮，缺乏對于兒童不受限于任務的自由發揮以及兒童教育的鼓勵的考量。此外，將圖形化編程作品轉化成圖片的形式，在可拓展性上具有一定局限性，只能夠利用到有限的信息(該研究中證明，顏色+縮進形式的圖片在ResNet-18上的表現最佳，這種形式圖片只能夠利用代碼的邏輯結構和代碼塊的類型)。

在專利文件CN201911230187中，提出一種圖形化編程作品的在線評測方法，該方法包括利用Dr.Scratch設計的計算思維維度能力等級評價表評測計算思維，采用McCabe度量法對圈復雜度進行評測，采用Halstead度量法對獨立bug數、時間花費、工作量、難度、總操作數進行評測。該方法中，McCabe度量法以及Halstead度量法都能夠避免任務本身局限性的影響。但是各個評測指標之間不存在聯系，無法形成評測體系從整體上對作品進行評級，并且沒有考慮到原始McCabe度量法、Halstead度量法在圖形化編程作品的適用性問題。