編譯原理慕課建設與混合式教學設計

劉洪娟，宋經平，韓春燕

（東北大學 軟件學院，遼寧 沈陽 110819）

0 引言

慕課（massive open online courses，簡稱MOOC）是互聯網與教育深度融合的產物，為眾多學習者提供了高質量的教學方式和教育資源[1-2]。慕課的出現使課堂上大量研討成為可能，為實施與翻轉課堂相結合的混合式教學提供了更為便利的條件[3-4]。目前，各高校對編譯原理課程的教學改革作了大量研究和探索，但基于自建慕課實施混合式教學的案例還非常匱乏[5]。

1 慕課建設

慕課課程不是傳統課堂教學的簡單翻版，編譯原理慕課的建設需要在教學內容、教學方法、教學手段和實驗教學設計方面全面考慮，這樣才能將編譯原理建設為適應不同類型、不同層次學校和學生的慕課課程。

（1）教學內容全面而又深入淺出。編譯原理課程主要介紹編譯過程的5 個邏輯階段及相關理論和方法。建設的慕課包含9 章、34 個視頻、9組單元測驗、2 個實驗題和30 多個考試題目等資源，內容涉及編譯程序基本概念、形式語言基礎、自動機基礎、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、符號表組織、代碼優化和目標代碼生成。為了使學生能夠由淺入深地完成慕課學習，每章單元測驗都針對授課視頻內容給出，且均為客觀題，使學生開始時不會因為困難而放棄。實驗和期末考試的題目均為主觀題，但也都不會超出授課視頻講授內容。

（2）教學方式和教學手段多樣。該慕課的教學方式和手段包括視頻、PPT、討論區和互評等。慕課錄制的視頻語言精練，課堂的信息量非常大，每個視頻的長度均為8～15 分鐘。為了吸引學生注意力，講清重點和難點，該慕課PPT 設計了大量動畫，并輔以圈畫和注釋等說明性標識。慕課在每章設置一個討論主題，主要針對每章的重點內容提出一些外延性問題，為師生互動和生生互動提供必要條件。實驗題目和考試題目均采用互評方式，教師給出題目的參考答案及評分標準，學生之間互相評分，教師對互評過程進行監督和評分。

（3）實驗教學內容靈活。實驗教學有兩種方案：部分型和完整型。部分型是指每個學生需要獨立完成兩個小的實驗內容——詞法分析器和中間代碼生成器，這兩部分內容可以分開編寫代碼，實驗數據也可以毫無關系。完整型是指學生可以以小組形式完成一個完整編譯器的設計與實現，小組人數以4～5 人為宜，每個學生有獨立的功能實現任務，最后集成在一起，構成一個完整的編譯器。

2 混合式教學實施方案

在慕課與翻轉課堂相結合的混合教學中，對教學安排和課程考核方式進行了相應調整。課程原教學學時為40 學時，其中課堂講授32 學時，實驗8 學時；采用混合式教學后，課程總學時為32 學時，其中翻轉課堂24 學時，實驗8 學時，慕課平臺學習8 周，每周完成約50 分鐘的視頻學習。采用混合教學后，課程的考核由期末考試、實驗、慕課學習和翻轉課堂表現4 部分組成。其中，期末考試占總成績的50%，實驗成績占總成績的20%，慕課學習占總成績的20%，翻轉課堂表現占總成績的10%。慕課學習成績包括視頻學習、單元測驗和討論3 部分。

采用混合式教學模式教學時，實施過程和傳統教學模式有很大不同。在實施過程中，中國大學慕課網上發布課程的教學大綱、教學學課件、單元測試題、實驗題目、考題題目和討論題目等教學相關資料，學生根據教學安排隨時學習，遇到難點可多次觀看視頻自主學習。完整的教學過程分為線上學習階段、線下講授階段、課后學習階段 3 步，教學實施整體過程見圖1。

圖1 教學實施過程

學生觀看教學視頻后，完成單元測試，并準備線下教學資料。線下教學由教師和學生共同完成：教師針對線上教學內容講解重點和難點，解答學生相關的問題；針對教師提出的討論問題，學生討論，并完成線上教學內容相關課堂練習。線下教學后，學生完成課后作業并完成作業互評。

3 翻轉課堂的組織和教學設計

考慮到每章難度不同，加上學生的學習任務較重，翻轉課堂分為兩部分，具體包括大班翻轉課堂18 學時和小班翻轉課堂6 學時，主要根據不同的教學內容選擇不同的翻轉課堂形式。

（1）大班翻轉課堂是所有學生一起實施的翻轉課堂。該類型的翻轉課堂主要針對教師需要講解重點和難點的教學內容。采用大班翻轉課堂的教學內容見表1。

表1 大班翻轉課堂的教學內容

（續）表1

對于大班翻轉課堂，線上學習過程中，學生學習完慕課內容后，需要解決教師預留的思考題，填寫學習反饋表，記錄學習的情況和存在的疑問。線下教學即面對面教學，教師首先補充學生線上的學習內容，講解重點和難點，解答學生提出的問題后，完成課堂的習題和講解，說明下一個知識點的重難點。課后學習是對知識點的進一步鞏固，學生需要完成課后作業和作業互評。大班翻轉課堂的設計方案見表2。

表2 大班翻轉課堂設計方案

（2）小班翻轉課堂是每次30 名學生參與的課堂。該類型的翻轉課堂主要針對需要小范圍研討的教學內容。采用小班翻轉課堂的教學內容見表3。

小班翻轉課堂教學內容主要為基礎性非常強、非常關鍵的算法和比較難理解的知識點。文法概念是整個編譯過程的基礎原理，文法是對語言的形式化描述，掌握了文法是如何定義語言的，才能理解編譯過程中最重要的3 個步驟——詞法分析、語法分析和語義分析。詞法分析是整個編譯過程的第一步，將源程序的單詞分離出來并分類，如何利用自動機原理將不以空格分隔的單詞分離出來是非常關鍵的一個算法。LR（）分析方法是自底向上的語法分析方法，基于LR（0）項目構造句柄識別器是一個難點，需要參加討論的學生共同理解句柄識別器是如何識別句柄的。由于沒有完全形式化的方法來描述語義規則，通過接近形式化的屬性文法來描述語義規則是一個難點。活躍信息和待用信息在高效目標代碼生成上起了非常重要的作用，如何識別這些信息，這兩者之間的關系是什么，如何充分利用這些信息是重點需要理解的內容。

小班翻轉課堂是在智慧教室實施的教學過程。智慧教室打破了傳統的“主要由教師講課，學生聽課”的模式，強調教師和學生互動、學生和學生互動。與傳統“排排坐”不同的是，智慧教室采用圓桌或方桌方式，學生分成N 組、每組M 個成員圍坐在桌旁，使學生與教師之間產生平等感，營造有助于學生發揮自己想象力和創造力的學習氛圍。

表3 小班翻轉課堂的教學內容

4 慕課上線運行情況

編譯原理課程完成所有資源開發后，依托中國大學MOOC 平臺上線運行。目前已完成開課1 次，現在正在進行第2 次開課，總學習人次超過3 千。學習者普遍評價課程內容結構合理、條理清晰、講解細致、對自己的工作和學習有很大幫助。本課程第1 次開課時參加學生基本完成各項考核和期末考試。第2 次開課后，將按照混合式教學方案進行混合式教學的實施。

5 結語

編譯原理課程慕課的建設，既服務于計算機相關專業本科教學，又支持其他專業學生和社會人士自學。慕課的建設和實施對教師和學生都提出更高的要求。教師需要轉變角色，從學習的主導者變為服務者，引導學生自主學習；教師也需要有較高的專業素養，更好地為學生服務。然而，對于相關專業學生，由于慕課內容“短小精悍”很難實現因材施教，要求教師基于慕課平臺采用“混合教學模式”支撐專業本科教學。

基于慕課和翻轉課堂的混合式教學有兩個方面的優勢：一方面能夠通過慕課引導學生自主學習，另一方面通過翻轉課堂補充和拓展自主學習。這種教學模式的實施必將受到學生的歡迎，獲得更好的教學效果和教學質量。