編譯原理課程智慧課堂教學實踐探析

孟文文 張新 程知

關鍵詞： 編譯原理; 學習通; 智慧課堂; 線上教學; 線下教學

0 引言

隨著物聯網和大數據等信息化技術的發展和普及，高校教育的教學信息化得到了飛速發展[1]。線上線下相融合的智慧化教學方式正在逐漸取代傳統的線下課堂教學方式，微課和翻轉課堂等新型教學手段在教學過程中屢見不鮮[2]，可以更好地激發學生自學和主動探究的能力，進而提高教學質量，達到培養學生學習能力的目的[3]。

編譯技術與計算機專業相關的工作密切相關，通過對編譯技術的學習，可以深入地理解編譯原理和日常開發工作中使用的開發語言的關系，理解程序是如何被計算機識別并執行的，有助于培養學生解決復雜工程問題的能力，在技術道路上可以走得更遠。

1 編譯原理課程概述

編譯原理課程是合肥學院人工智能與大數據學院計算機科學與技術專業學生的一門重要專業課程，該課程同時具備很強的理論性和實踐性。通過對該課程的學習，讓學生在掌握編譯器構造原理和設計方法的同時，可以提高對計算機系統的整體認知，培養其對計算機復雜工程問題的解決能力[4]。課程從形式語言理論的角度進一步認識與理解程序設計語言及其與編譯程序的聯系[5]，提高學生的邏輯推理能力和抽象思維能力。具體來講，通過對該課程的學習，學生應達到如下三個具體目標：

1） 要求學生理解編譯軟件系統的基本科學問題，掌握編譯程序的基礎理論和基本方法，培養可以利用形式化方法描述語言對編譯軟件系統進行分析描述、模塊劃分并建立模型的能力。

2） 要求學生掌握LL（1）、LR、遞歸子程序等典型方法，進一步強化學生形式化描述、算法分析、功能模塊化等專業意識，培養其運用合理方法和技術完成復雜軟件系統設計與實現的能力。

3） 要求學生掌握在系統設計與實現過程中，具備對多種方法、工具、環境的比較、評價和選擇的能力，例如選擇實現詞法分析和語法分析方法、實現途徑、開發語言和環境等。

2 編譯原理課程教學現狀

編譯原理課程要求學生掌握編譯程序構造的基本原理、設計方法和實現技術，具有設計、實現、分析和維護編譯程序等方面的基本技能。編譯原理課程主要包括理論教學和實驗教學兩部分，從學生的教學反饋與實際教學效果來看，學生對于該課程的知識掌握情況較差，具體原因有以下三個方面：

1）編譯原理課程的先修課程包括程序設計語言、數據結構與算法、計算機組成原理、操作系統等諸多專業核心課程。學生對于上述先修課程的掌握程度會直接影響學生對該門課程的理解程度。計算機科學與技術專業開設編譯原理課程的時間是大三的第二學期，此時學生的學業情況已經基本穩定，如果對專業核心課程知識掌握不夠牢固，在編譯原理課程的學習中會遇到很大的挑戰。

2）編譯原理課程的相關理論知識涉及面廣，而且抽象復雜不容易理解。學生對知識的理解很容易停留在表面，無法理解計算機系統運行背后的工作原理，很難做到將系統知識有機整合[6]。課程以程序設計語言為背景，系統地講授編譯程序構造的基本概念與設計，包括語言與文法、詞法分析、自頂向下語法分析、自下向上語法分析等部分。根據教學計劃安排，編譯原理課程包括28個理論學時和14個實驗學時。

3）課程具備很強的理論性和實踐性，為了讓學生能夠更好地掌握編譯理論和編譯程序構造的基本方法，課程包括三個設計性實驗，分別為詞法分析器的設計與實現、LL（1）語法分析器的設計與實現和LR（0） 語法分析器的設計與實現。如果學生不能真正理解和掌握本課程所學的專業理論知識，實驗環節的教學質量無法得到保證。

3 編譯原理課程教學實踐探析

基于上述分析的合肥學院人工智能與大數據學院計算機科學與技術專業的編譯原理課程教學現狀，課程組在智慧課堂教學方面開展工作，在教學各個環節進行了充分的探討和改進。借助超星學習通軟件完成計算機科學與技術專業編譯原理課程的教學，從以下幾個方面開展工作。

3.1 利用智慧課堂優化教學管理工作[7]

1） 預習階段。教師首先會在平臺上建立編譯原理課程的相關信息，關聯上課班級的學生信息，然后上傳下節課的學習資料并發放任務，最后教師通過查看學生的學習進度和反饋的疑問及時調整授課重點，做到學生帶著問題進課堂。

2） 上課階段。利用學習通平臺進行簽到（簽到方式有位置簽到、簽到碼簽到、拍照簽到等）、選人提問（有隨機選人、指定學生等方式）、小組討論（可以進行自由組隊或者指定人員）等方式有效激活課堂。此外，教師可以在課前指定人員進行組隊，上課階段采用翻轉課堂的方式，隨機選學生進行上臺講解，教師進行點評與總結，做到學生帶著答案出課堂。

3） 復習階段。教師在學習通平臺發布課后作業，檢驗學生在上課階段的知識掌握情況。通過作業批改和查看成績統計分析，可以及時跟進學生的學習情況，進而調整下節課的授課重點，形成教學環節的閉環。學習通平臺上建立的編譯原理課程作業庫，覆蓋了由易到難的各種知識題型。

3.2 利用智慧課堂優化過程考核方案[4]

編譯原理課程考核包括期終考試（筆試）、過程考核、實驗考核和平時作業。其中過程考核是檢測學生在教學期間對知識掌握情況的重要手段，根據過程考核成績的統計情況，教師可以及時調整授課重點。例如在2020級計算機科學與技術專業編譯原理課程教學期間，教學進度進行到接近三分之二時，安排了一次過程考核，成績統計如圖1所示。

從上述過程考核的成績統計結果來看，學生對知識的掌握不是很理想，主要原因有兩個。一是為了督促學生學習而適當提升過程考核題目的難度；二是前面課程內容涉及理論知識較多，學生掌握理論知識不夠深入。后續通過重難點學習并結合實驗部分對理論知識進行鞏固。

過程考核的實施主要包括以下幾個方面：

1） 題目的篩選。借助學習通平臺，教師從題庫中篩選能夠支撐課程目標的知識點的題目。合肥學院人工智能與大數據學院的編譯原理課程的題庫每年都會由課程組的教師反復揣摩后更新。

2） 試卷的下發。借助學習通平臺在發放試卷時將題目順序及選項順序等隨機打亂，可以有效防止作弊的發生?？荚囋O置如圖2所示。

3） 后臺的監考。借助學習通平臺可以監測學生考試過程中的作答情況，當在考試過程中出現學生無故退出考試界面時，教師可以進行自動收卷，停止學生繼續答題。

4） 試卷的批改。借助學習通平臺可以實現客觀題目的自動批改。試卷批改完畢，可以一鍵導出各個題目各個知識點的答題情況，教師通過查看統計分析，快速了解學生的知識掌握情況。

3.3 利用智慧課堂優化實驗教學

編譯原理課程的實驗教學包括教師授課和學生自主學習兩部分。借助學習通平臺發布實驗預習資料并發起小組討論，課上安排學生進行具體實踐。實驗考核由學生答辯和提交實驗報告兩個環節構成，二者各占50%的考核權重。

教師在答辯環節通過問答和演示的形式考核學生對實驗內容的完成程度和理解掌握程度。以2020 級計算機科學與技術專業編譯原理課程的詞法分析器設計與實現的實驗答辯考核為例，簡要闡述學生通過實驗環節需要掌握的內容。

1）考核學生對基礎知識的理解和掌握，要求學生清楚地知道詞法分析器是以源程序作為輸入，能夠按照構詞規則分解成一系列單詞符號。

2）考核學生的算法分析和設計。單詞符號是語言中的最小單位（包括關鍵字、標識符號、運算符、界符和常量等），要求學生能夠根據單詞符號的種類編碼實現算法設計并給出算法流程圖。

3）考核學生的程序設計與實現。要求學生的程序在執行時可以得到預期的運行結果，輸入一段正確的源程序時，需要輸出正確的二元式執行結果；輸入一段存在漏洞的源程序時，需要輸出合理的錯誤提示并能夠分析原因。

在實驗報告環節，教師通過實驗報告成績評價表，進一步考核學生對實驗內容的完成程度和理解掌握程度。合肥學院人工智能與大數據學院的實驗報告成績評價表如表1所示。

4 智慧課堂教學效果

以合肥學院人工智能與大數據學院2019 級和2020級計算機科學與技術專業的兩個班級為例，教學過程中采取線上線下相融合的教學方式，對編譯原理課程采用智慧課堂教學，兩個班級的考核結果如表2 所示。

通過表2中的結果可以看出，采用智慧課堂教學方式之后，學生的考核成績分布符合教學預期，可以達到較好的教學效果。同時從學生的評教結果反饋得知，很大程度地提高了學生的學習能動性，對編譯原理課程的抵觸心理明顯減退。

在2019級計算機科學與技術專業的編譯原理課程教學過程中，僅對理論教學部分開展了智慧課堂教學實踐。經過課程組的分析與討論，接下來在2020級計算機科學與技術專業編譯原理的實驗教學過程中開展了實踐與探索。將2019級和2020級計算機科學與技術的兩個班級的實驗考核成績進行對比，結果如表3所示。

從表3中的結果可以看出，相比于2019級同專業的學生，由于對2020級計算機科學與技術專業的編譯原理課程的實驗環節實施了智慧課堂教學，后者的考核成績得到明顯提升。同時在實驗教學過程中重點強化學生實驗考核中的答辯環節，使學生能夠加深對知識的理解。

5 總結

以合肥學院人工智能與大數據學院計算機科學與技術專業的編譯原理課程為例進行了智慧課堂教學的分析。借助學習通平臺，充分利用信息化手段，打破教師和學生之間的溝通屏障，使得師生之間的溝通更加立體化。做到以教學成果為導向，教師真正做到因材施教，提升教學質量。

立足合肥學院編譯原理課程教學現狀，借助信息化技術的發展進行智慧課堂的教學，培養以學生為主體的教育核心理念。通過智慧課堂教學上的不斷實踐與探索，從形式語言理論的角度，讓學生進一步認識與理解程序設計語言及其與編譯程序的聯系，提高了學生的邏輯推理能力和抽象思維能力，提升了編譯原理課程的教學質量。