基于Web服務(wù)的開放實(shí)踐平臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用

林毅申 肖媚燕 林丕源 徐東風(fēng)

摘要：針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)高年級(jí)程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)中存在的諸多問(wèn)題，提出在課程實(shí)驗(yàn)中引入基于Web服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范接口，建立一套開放的可擴(kuò)展教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，指出通過(guò)該平臺(tái)提供的基礎(chǔ)接口，學(xué)生可以把精力集中在程序的功能設(shè)計(jì)上，進(jìn)而減輕負(fù)擔(dān)，提高編程興趣以及課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Web服務(wù)；移動(dòng)開發(fā)；實(shí)踐平臺(tái)

0 引言

在我國(guó)高等教育中，計(jì)算機(jī)類專業(yè)（包括計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程、數(shù)字媒體技術(shù)）學(xué)生人數(shù)眾多，其作為工學(xué)類專業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力非常重要。對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生而言，應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建能力和程序設(shè)計(jì)能力是非常重要的專業(yè)實(shí)踐能力。

高校在培養(yǎng)計(jì)算機(jī)類學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建能力和程序設(shè)計(jì)能力方面，需要開展專業(yè)的、具有一定復(fù)雜度的實(shí)驗(yàn)。然而，由于學(xué)生數(shù)量巨大，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的評(píng)判工作十分繁重。為提高評(píng)判效率，建立良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是重要的解決辦法。計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生從大三開始將接觸多種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并進(jìn)行一些復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)課往往需要學(xué)生針對(duì)某些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，為此，我們致力于建設(shè)開放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，既能支持關(guān)鍵技術(shù)，又能實(shí)施評(píng)判。

在專業(yè)課程的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通常會(huì)要求學(xué)生從底層開始搭建一套完整應(yīng)用如從權(quán)限系統(tǒng)開始逐步而上設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)邏輯、界面等模塊。在這過(guò)程中，學(xué)生必須把大量精力放到底層代碼的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上，從而忽略軟件的過(guò)程設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)。如果有一套現(xiàn)成的底層平臺(tái)接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，那么通過(guò)規(guī)范調(diào)用接口獲取數(shù)據(jù)，學(xué)生就可以把精力放在具體系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)上，從而做出更有特色的應(yīng)用程序。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如LBS應(yīng)用（基于位置定位應(yīng)用）、微信接口應(yīng)用、云存儲(chǔ)系統(tǒng)等都是目前流行的熱門應(yīng)用。讓學(xué)生掌握流行的編程技術(shù)，也是專業(yè)課程的重要內(nèi)容。

1 開放實(shí)踐平臺(tái)概述

我們將建設(shè)的針對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)高年級(jí)課程的開放實(shí)踐平臺(tái)命名為專業(yè)課程在線實(shí)踐公共平臺(tái)。平臺(tái)以在線實(shí)驗(yàn)提交系統(tǒng)為核心，以Web服務(wù)技術(shù)為紐帶，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，開放一系列的底層接口和擴(kuò)展接口，學(xué)生和教師可共同使用本平臺(tái)。該平臺(tái)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)類專業(yè)（主要有3個(gè)專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程）的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中已被大規(guī)模應(yīng)用和推廣。通過(guò)該平臺(tái)，廣大師生可以共享豐富的教學(xué)題庫(kù)，學(xué)生通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠進(jìn)行在線自主訓(xùn)練。平臺(tái)采用“實(shí)驗(yàn)平臺(tái)+題庫(kù)+外圍模塊”的方式，建立一套完善的在線實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)系統(tǒng)（包括前臺(tái)、后臺(tái)），加入不同課程的題庫(kù)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中完成對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)近5年的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)改革實(shí)踐，我們總結(jié)出針對(duì)高年級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)可以Web服務(wù)技術(shù)為紐帶，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，開放一系列的底層接口和擴(kuò)展接口。在教學(xué)中，教師可根據(jù)本系統(tǒng)接口規(guī)范，編寫擴(kuò)展接口，布置實(shí)驗(yàn)供學(xué)生調(diào)用；學(xué)生發(fā)揮自主能動(dòng)性，根據(jù)系統(tǒng)公布的接口編寫一系列實(shí)際應(yīng)用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)模塊

在專業(yè)課程在線實(shí)踐公共平臺(tái)開發(fā)之前，我們開發(fā)了在線實(shí)驗(yàn)提交管理平臺(tái)并已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年，它提供了題庫(kù)管理、作業(yè)提交、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等基本功能。在專業(yè)課程在線實(shí)踐公共平臺(tái)中，我們引入Web服務(wù)技術(shù)，制定數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，把原有系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯接口改造為Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)接口，并且按照以下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重新劃分系統(tǒng)功能，增強(qiáng)系統(tǒng)的模塊化及擴(kuò)展性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在引入Web服務(wù)接口技術(shù)規(guī)范后，教師應(yīng)著重設(shè)計(jì)系統(tǒng)的安全認(rèn)證體系，學(xué)生必須經(jīng)過(guò)登錄認(rèn)證后，才能調(diào)用系統(tǒng)各種接口。系統(tǒng)安全認(rèn)證體系如圖2所示。

在步驟1中，調(diào)用基礎(chǔ)功能業(yè)務(wù)邏輯的登錄接口，發(fā)送用戶名、MD5處理后的密碼字符串到服務(wù)器端。服務(wù)器接收信息后，判斷用戶名和密碼是否合法，如果合法則返回一串包含用戶信息和時(shí)間戳的Session字符串。此Session字符串就是用戶后續(xù)調(diào)用服務(wù)器端的基礎(chǔ)功能接口和擴(kuò)展功能接口的鑰匙，不需要再使用用戶名和密碼。

此外，在登錄過(guò)程中加入安全機(jī)制。安全機(jī)制處理如下：①輸入密碼錯(cuò)誤，等待30秒后再登錄；②若相同IP登錄，用戶名和密碼不正確，連續(xù)3次嘗試錯(cuò)誤后，鎖定IP半小時(shí)；③若小同IP登錄，用戶名和密碼不正確，連續(xù)5次嘗試錯(cuò)誤后，鎖定用戶半小時(shí)；④登錄30分鐘內(nèi)，若沒(méi)進(jìn)行任何調(diào)用，Session失效，需要重新登錄。

通過(guò)以上規(guī)則，客戶端可在保證安全的前提下與服務(wù)器端進(jìn)行高效的通信。

3 基于開放實(shí)踐平臺(tái)的課程實(shí)驗(yàn)沒(méi)汁

3.1 開放的接口列表

平臺(tái)目前向?qū)W生開放的基本接口及擴(kuò)展功能見表1。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1） Web服務(wù)調(diào)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生選定一種語(yǔ)言（如C#、Java、Object C等），選定一個(gè)平臺(tái)（Windows、Android、iOS、Windows Phone等），在此平臺(tái)卜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建應(yīng)用程序。在應(yīng)用程序中，通過(guò)Web服務(wù)連接服務(wù)器，調(diào)用獲取服務(wù)器時(shí)問(wèn)接口，獲取返回值。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以r解什么是Web服務(wù)，如何在對(duì)應(yīng)平臺(tái)上調(diào)用Web服務(wù)并連接到本平臺(tái)上取得數(shù)據(jù)。

2）“我的作業(yè)”應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生調(diào)用“我的作業(yè)”相關(guān)接口，從提交系統(tǒng)中獲取作業(yè)的相關(guān)信息。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以深入了解本系統(tǒng)的相關(guān)接口并編寫一套作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用，及時(shí)了解本人在系統(tǒng)中提交作業(yè)的情況。

3）LBS應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)是針對(duì)智能手機(jī)的軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生首先從手機(jī)端獲取GPS定位情況，然后調(diào)用平臺(tái)LBS相關(guān)接口，把對(duì)應(yīng)的經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)保存到平臺(tái)中；也可以調(diào)用接口，獲取最后一次定位數(shù)據(jù)，和手機(jī)地圖應(yīng)用結(jié)合在一起，把歷史位置顯示在手機(jī)地圖上。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠熟悉本系統(tǒng)的各種擴(kuò)展模塊，了解手機(jī)端的LBS軟件開發(fā)。

4）云存儲(chǔ)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生調(diào)用平臺(tái)的云存儲(chǔ)擴(kuò)展相關(guān)接口，使用接口上傳、下載和查詢?cè)贫宋募?。本系統(tǒng)擴(kuò)展為每位學(xué)生提供200 M永久免費(fèi)的云存儲(chǔ)空間，并鼓勵(lì)學(xué)生在日常使用。該實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生構(gòu)建基于實(shí)踐平臺(tái)的應(yīng)用客戶端，熟悉并使用本系統(tǒng)的各種擴(kuò)展模塊，通過(guò)校內(nèi)免費(fèi)空間依賴本實(shí)踐平臺(tái)。

5）綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)要求使用實(shí)踐平臺(tái)提供的接口，自由組合，編寫一套應(yīng)用。例如，在智能手機(jī)端開發(fā)時(shí)，在調(diào)用智能手機(jī)電話本API基礎(chǔ)上，通過(guò)接口獲取同班同學(xué)電話號(hào)碼，就可把全班同學(xué)的電話號(hào)碼同步更新到手機(jī)電話本中；調(diào)用智能手機(jī)的鬧鐘API，通過(guò)獲取作業(yè)提交時(shí)限，就可以在在作業(yè)提交時(shí)限前通過(guò)鬧鐘進(jìn)行提醒。此外，學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)還可以深入拓展云存儲(chǔ)應(yīng)用，如編寫完整的云存儲(chǔ)客戶端或在線辦公空間、自動(dòng)判斷和上傳新修改的文件、保持云端文件為最新版本、通過(guò)可視化界面對(duì)云存儲(chǔ)空間進(jìn)行管理等。

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，學(xué)生調(diào)用相關(guān)接口就可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜并且實(shí)用的應(yīng)用程序，訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，把精力放在實(shí)現(xiàn)軟件功能上。

4 平臺(tái)使用效果

系統(tǒng)首先在嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)課程中推廣，本課程為選修課程，主要講授智能手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)。在2013年，選修本門課程的學(xué)生共374人，其中iOS開發(fā)方向約占15%，Android開發(fā)方向約占53%，Windows Phone開發(fā)方向約占30%，其他方向（如Linux）約占2%。本平臺(tái)的接口在課程講授期間分批開放給學(xué)生，以實(shí)驗(yàn)的方式讓學(xué)生完成以上應(yīng)用開發(fā)。

經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的訓(xùn)練，在學(xué)期末的課程調(diào)查中，約90%以上的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)掌握了智能手機(jī)軟件相關(guān)開發(fā)技術(shù)，通過(guò)平臺(tái)提供的接口快速搭建了有意義的智能手機(jī)端應(yīng)用，可以把精力放在軟件功能的設(shè)計(jì)中。通過(guò)本平臺(tái)的應(yīng)用，不少獨(dú)具匠心的應(yīng)用程序也涌現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)課程教學(xué)達(dá)到了良好的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

我們構(gòu)建了一套以在線實(shí)驗(yàn)提交系統(tǒng)為核心的平臺(tái)，通過(guò)Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范開放一系列接口，讓學(xué)生在此平臺(tái)上快速搭建有意義的應(yīng)用。開放平臺(tái)一方面可為教師提供一套開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，使其在平臺(tái)中添加擴(kuò)展應(yīng)用，參與平臺(tái)建設(shè)；另一方面可使學(xué)生專注應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，從而做出更有特色的程序。通過(guò)該開放實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生、教師及平臺(tái)開發(fā)者的角色互相融合，大家可以通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)共同使用和建設(shè)該平臺(tái)。