新工科背景下基于混合式教學的編譯原理課程教學改革

武瑛 張麗華

摘要：新工科建設中最關鍵的是人才培養模式的改革與創新。本文探討在新工科背景下，采用混合式教學方法，通過對內容進行重組、流程再造、過程監測和評價，利用MOOC平臺、翻轉課堂等多種教學手段的綜合應用，對編譯原理課程進行改革和創新，使教學效果得到改進，并對其他課程的教學改革有所借鑒。

關鍵詞：新工科;混合式教學;在線資源;教學改革

中圖分類號：G64? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）01-0169-02

伴隨著移動互聯網、云計算、大數據、人工智能、機器人、物聯網、虛擬現實等新技術的出現，形成了一系列引領今天和未來世界經濟的新產業，為社會發展帶來新機會，同時也向教育界提出了能夠適應這一經濟轉型的新人才需求。新工科的人才培養要求明確了學生要能主動學習新知識、新技術，要能綜合的分析問題和解決問題。新工科背景下的課程建設更強調交叉融合，課程要多和實際、實踐相結合[1]。在這種背景下，作為計算機專業教學，則要以工程思維為承載導向，互聯網思維為問題分析，計算思維為問題解決[2]。編譯原理作為計算機專業的一門很重要的傳統專業課，該如何搞好教學呢？結合我們學校的定位——應用型本科院校，對自己擔任的這門課程進行了理論和實驗教學方面的改革和探索。

1 編譯原理課程的特點及存在的問題

眾所周知，計算機上運行的所有軟件都是用某種程序設計語言編寫的，但是在程序運行之前，它首先要被翻譯成一種能被計算機執行的形式，編譯器就是用來完成這項翻譯工作的。編譯原理這門課程主要講解編譯器的原理和技術，它涉及知識、算法、設計、結構、實現、應用等各方面。雖然現在絕大多數計算機專業的學生將來都不太可能會去構建甚至維護一個主流程序設計語言的編譯器，但是與編譯器相關的模型、理論和算法可以被用到軟件設計和開發中出現的各種各樣的問題上[3]。學好這門課程對本專業其他課程的理解和認知起著非常重要的作用，對以后的工作都將產生非常重要的影響。編譯原理課程是計算機專業的一門必修課，也是公認的比較難的一門課，它的理論性非常強，具有“知識點多，概念復雜，算法難以理解”等特點。

目前，編譯原理課程在課程建設和專業教學中主要存在以下問題：

1）在現有教學體系之下，當前獨立學院的編譯原理課程教學模式還是按照編譯器的構造分成詞法分析、語法分析、語義分析，中間代碼生成優化，目標代碼生成等幾個章節，每個章節講授相關方面的知識，從而進行理論和實踐教學[4]。在教學方式上，也是采用傳統的“板書加多媒體”的形式，由于知識點太多，老師在課堂上基本就是不停地講，留給學生獨立思考的時間較少，學生只是被動的掌握知識，參與度太低。這種教學方法忽視了對學生獨立思考能力和創造力的培養。教學效果也一般。

2）學生在理解和認知水平上存在差異，特別是獨立學院的學生，本身理論基礎比較薄弱，部分學生進度跟不上，就會逐漸對這門課的學習失去了信心。加上專業培養方案對這門課的課時數安排較少。僅靠課堂上的45分鐘學習很難將這么多的知識點掌握，更談不上融會貫通了。獨立學院的定位為應用型院校，它在培養目標和教學對象方面和傳統高校有些區別，因此在教學上也應有自己的特色。

為此，我們提出混合教學模式，運用多種教學方法，通過線上與線下相結合，時間與空間拓展，來激發學生學習興趣，引導其主動學習，提高我們的教學效果。結合本校學生的特點和教學目標，形成個性化的教學方案。

2 利用在線資源開展混合式教學

混合教學模式是由傳統課堂轉變而來的整合了各種靈活的教學方式的學習范式。它把傳統教學的優勢和數字化教學的優勢結合起來，二者優勢互補，從而獲得更佳的教學效果[5]。既能發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。在編譯原理的課程教學中，實施了“MOOC+SPOC+翻轉課堂”的混合式教學模式的嘗試[6]。

MOOC平臺上有很多優秀的教學資源，同學們可以隨時隨地學習，反復學習，擁有更多的學習主動性。學生通過MOOC課前預習，提高了聽課效率。如果有哪些地方沒聽懂的，也可以重復看視頻作為課后復習，提高了學習效果。而SPOC教學有助于促進“以學生為中心”的教學理念的實施，改變了教師課堂主導者的狀況，讓學生成為學習活動的主導者。將重心從知識點的學習轉移到能力的訓練，從單一的課堂學習到綜合性的學習上，提高了學生運用知識解決實際問題的能力。

具體的實施過程如圖1所示：

1）內容整體設計

首先對課堂內容進行重構。教學大綱上編譯原理這門課的課時數是32理論課時+16上機學時，要在這么有限的教學時間內把編譯器的原理全部講完是不可能的，如果只是泛泛講一下的話，上完了這門課等于沒學。那么在平時的教學過程中就要有所刪減和側重。比如算符優先分析，現在的編譯器幾乎都不用了，這節就可以不講，學有余力的同學可以通過看視頻自學。再比如目標代碼的優化，不是每個編譯程序所必需的，稍做了解即可，不用編程實現。而有些知識點在考研考證方面占有很大的比重，比如文法的分類、狀態圖的轉化等等，這些就要著重講。并且可以將歷年的考研題和軟考考試真題作為課堂測驗題，檢測同學們的掌握情況。在教學設計時要考慮哪些內容作為預習內容，哪些章節內容安排作為小組上臺討論的形式來學習，哪些知識點是要課堂檢測的以及檢測題庫的制作等，在開學前就要整體規劃好。

其次對課堂時間安排進行重構。首先對上節課程內容進行回顧，可以請同學們回憶，其他同學補充。然后使用雨課堂軟件做一些課堂測驗，通過線上練習了解學生的知識掌握情況。然后對本堂課的內容進行講解，講解的手段和方式可以多樣化，可以師講生聽，也可以生講生評，輔以案例和習題。最后給出一些課后思考題讓學生們思考和討論，在雨課堂上進行點評或在課堂上點評。

2）教學活動實施

為了督促學生課后及時復習掌握已學內容，每堂課前面幾分鐘使用雨課堂進行課堂測驗與互動，將重要的知識點做成選擇題形式，學生通過手機進行答題，結果直接投到幕布上。每題可以直接看到全班同學的答題情況，哪些知識點掌握得較好，哪些掌握得不好就一目了然。對于答得不好的題，可以和同學們探討，對該部分內容再進行深入的講解。學生可以利用手機彈幕進行提問，還可以答題搶紅包，氣氛活躍了，學習興趣和參與度明顯提高。對于一些推導計算題，比如文法的化簡、狀態圖的轉換等小練習，同學們在紙上答好以后可以拍下來提交，老師選一些典型投屏講解，被點到的同學對該知識點一定會印象非常深刻，其他同學也可以避免犯同樣的錯誤，有好的解題思路也會更快得到分享。比之前同學們寫在紙上，老師一個個指正效果要好很多。除了正常的授課外，也給學生一定的課時進行小組討論，然后讓學生上臺給大家講課，其余的同學對此章節進行總結點評，按照小組整體表現打分，計入平時成績，鍛煉學生自學能力、分析解決問題的能力以及語言表達能力。

3）精心設計課程實驗

我們的實驗課程是兩周一次，一般以覆蓋理論課上的知識點為設計安排，主要分為驗證性實驗和設計性實驗。驗證性實驗主要以實現編譯原理的一些經典算法為主，如：詞法分析程序、給學生一個偽代碼或范例，讓學生在此基礎上進行擴充改進，要能識別出一種語言中盡可能多的詞法。設計性實驗難度稍微大些，通過小組分工協作完成，可以采用C、C++、JAVA等多種語言去實現。通過實驗主題研討，小組分享，提升了學生的協作能力以及思考和解決問題的能力。在實驗設計上難易程度要掌握好，要保證大多數學生能夠完成實習任務，通過實驗加深對編譯過程的理解，同時在編譯過程的實現中也能夠產生成就感，增加學習的信心和興趣。同時要給他們一些思考的空間，設立獎懲機制，引導鼓勵學生多動手多動腦。

4）多元化的過程評價體系

傳統的考核方式就是期末考試，紙質理論考試并不能很客觀的分映出一個學生的知識理解掌握情況，有些學生往往在考前才突擊復習，不會就抄，考完就忘。老師也不能及時掌握學情，不能精準施教。采用過程性評價，學生掌握知識情況能及時得到反饋，老師可以及時調整教學進度和內容。把該課程考核分為期末成績、實驗課成績和平時成績三大部分，加大平時成績的比重，把課前預習程度與課后反饋程度均納入平時成績評價。通過MOOC在“課前環節”傳遞重要知識點，通過翻轉課堂在“課中環節”推進知識內化，通過作業在“課后環節”加強知識鞏固和提升，真正實現“以評促學、以評促教”。

3 結束語

通過資源共享、線上線下融合、課內課外聯動的混合式教學方式實現課堂翻轉，體現了以學生為中心，以學生發展與學習成效為目標的教學理念。特別是在線開放課程的學習使得學習更加個性化，學生可以根據自己的學習情況，自主參與課程學習，在時間和空間上都得以延伸。而且學生有更多機會與老師、同學探討。跟課改之前的教學效果相比，教學質量有很大的提升，學生的學習成績明顯進步，學生也變得愛思考愛動手實踐了。當然，還有一些問題需要在教學過程中不斷摸索改進，比如各教學環節時間控制很重要，翻轉課堂后老師講的少，而有些學生期望老師多講，這些需要平衡。討論的問題要優化設計，討論問題質量高，學生的參與熱情就高。線下考核和評價也很重要，要客觀科學評價，評價體系要合理。

參考文獻：

[1] 教育部高等教育司.關于開展新工科研究與實踐的通知[z].教高司函[2017]6號.

[2] 李廉.以計算思維培養為導向深化大學計算機課程改革[J].中國大學教學，2013（4）：7-11.

[3] 蔣立源，康幕寧，等.編譯原理[M].西安：西北工業大學出版社，1999.

[4] 高珍，衛志華，黃杰，等.編譯原理教學方法研討與實踐考核改革.計算機教育[J].2017（4）：P87-91.

[5] 王紅，趙蔚，孫立會，等.翻轉課堂教學模型的設計——基于國內外模型案例分析[J].現代教育技術，2013（8）：9-10.

[6] 蘇小紅，王甜甜，張羽，等.基于大班翻轉課堂的混合教學模式探索與實踐[J].中國大學教學，2017（7）：P54-62.