新工科背景下基于混合式教学的编译原理课程教学改革

武瑛 张丽华

摘要：新工科建设中最关键的是人才培养模式的改革与创新。本文探讨在新工科背景下，采用混合式教学方法，通过对内容进行重组、流程再造、过程监测和评价，利用MOOC平台、翻转课堂等多种教学手段的综合应用，对编译原理课程进行改革和创新，使教学效果得到改进，并对其他课程的教学改革有所借鉴。

关键词：新工科;混合式教学;在线资源;教学改革

中图分类号：G64        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2019）01-0169-02

伴随着移动互联网、云计算、大数据、人工智能、机器人、物联网、虚拟现实等新技术的出现，形成了一系列引领今天和未来世界经济的新产业，为社会发展带来新机会，同时也向教育界提出了能够适应这一经济转型的新人才需求。新工科的人才培养要求明确了学生要能主动学习新知识、新技术，要能综合的分析问题和解决问题。新工科背景下的课程建设更强调交叉融合，课程要多和实际、实践相结合[1]。在这种背景下，作为计算机专业教学，则要以工程思维为承载导向，互联网思维为问题分析，计算思维为问题解决[2]。编译原理作为计算机专业的一门很重要的传统专业课，该如何搞好教学呢？结合我们学校的定位——应用型本科院校，对自己担任的这门课程进行了理论和实验教学方面的改革和探索。

1 编译原理课程的特点及存在的问题

众所周知，计算机上运行的所有软件都是用某种程序设计语言编写的，但是在程序运行之前，它首先要被翻译成一种能被计算机执行的形式，编译器就是用来完成这项翻译工作的。编译原理这门课程主要讲解编译器的原理和技术，它涉及知识、算法、设计、结构、实现、应用等各方面。虽然现在绝大多数计算机专业的学生将来都不太可能会去构建甚至维护一个主流程序设计语言的编译器，但是与编译器相关的模型、理论和算法可以被用到软件设计和开发中出现的各种各样的问题上[3]。学好这门课程对本专业其他课程的理解和认知起着非常重要的作用，对以后的工作都将产生非常重要的影响。编译原理课程是计算机专业的一门必修课，也是公认的比较难的一门课，它的理论性非常强，具有“知识点多，概念复杂，算法难以理解”等特点。

目前，编译原理课程在课程建设和专业教学中主要存在以下问题：

1）在现有教学体系之下，当前独立学院的编译原理课程教学模式还是按照编译器的构造分成词法分析、语法分析、语义分析，中间代码生成优化，目标代码生成等几个章节，每个章节讲授相关方面的知识，从而进行理论和实践教学[4]。在教学方式上，也是采用传统的“板书加多媒体”的形式，由于知识点太多，老师在课堂上基本就是不停地讲，留给学生独立思考的时间较少，学生只是被动的掌握知识，参与度太低。这种教学方法忽视了对学生独立思考能力和创造力的培养。教学效果也一般。

2）学生在理解和认知水平上存在差异，特别是独立学院的学生，本身理论基础比较薄弱，部分学生进度跟不上，就会逐渐对这门课的学习失去了信心。加上专业培养方案对这门课的课时数安排较少。仅靠课堂上的45分钟学习很难将这么多的知識点掌握，更谈不上融会贯通了。独立学院的定位为应用型院校，它在培养目标和教学对象方面和传统高校有些区别，因此在教学上也应有自己的特色。

为此，我们提出混合教学模式，运用多种教学方法，通过线上与线下相结合，时间与空间拓展，来激发学生学习兴趣，引导其主动学习，提高我们的教学效果。结合本校学生的特点和教学目标，形成个性化的教学方案。

2 利用在线资源开展混合式教学

混合教学模式是由传统课堂转变而来的整合了各种灵活的教学方式的学习范式。它把传统教学的优势和数字化教学的优势结合起来，二者优势互补，从而获得更佳的教学效果[5]。既能发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。在编译原理的课程教学中，实施了“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合式教学模式的尝试[6]。

MOOC平台上有很多优秀的教学资源，同学们可以随时随地学习，反复学习，拥有更多的学习主动性。学生通过MOOC课前预习，提高了听课效率。如果有哪些地方没听懂的，也可以重复看视频作为课后复习，提高了学习效果。而SPOC教学有助于促进“以学生为中心”的教学理念的实施，改变了教师课堂主导者的状况，让学生成为学习活动的主导者。将重心从知识点的学习转移到能力的训练，从单一的课堂学习到综合性的学习上，提高了学生运用知识解决实际问题的能力。

具体的实施过程如图1所示：

1）内容整体设计

首先对课堂内容进行重构。教学大纲上编译原理这门课的课时数是32理论课时+16上机学时，要在这么有限的教学时间内把编译器的原理全部讲完是不可能的，如果只是泛泛讲一下的话，上完了这门课等于没学。那么在平时的教学过程中就要有所删减和侧重。比如算符优先分析，现在的编译器几乎都不用了，这节就可以不讲，学有余力的同学可以通过看视频自学。再比如目标代码的优化，不是每个编译程序所必需的，稍做了解即可，不用编程实现。而有些知识点在考研考证方面占有很大的比重，比如文法的分类、状态图的转化等等，这些就要着重讲。并且可以将历年的考研题和软考考试真题作为课堂测验题，检测同学们的掌握情况。在教学设计时要考虑哪些内容作为预习内容，哪些章节内容安排作为小组上台讨论的形式来学习，哪些知识点是要课堂检测的以及检测题库的制作等，在开学前就要整体规划好。

其次对课堂时间安排进行重构。首先对上节课程内容进行回顾，可以请同学们回忆，其他同学补充。然后使用雨课堂软件做一些课堂测验，通过线上练习了解学生的知识掌握情况。然后对本堂课的内容进行讲解，讲解的手段和方式可以多样化，可以师讲生听，也可以生讲生评，辅以案例和习题。最后给出一些课后思考题让学生们思考和讨论，在雨课堂上进行点评或在课堂上点评。

2）教学活动实施

为了督促学生课后及时复习掌握已学内容，每堂课前面几分钟使用雨课堂进行课堂测验与互动，将重要的知识点做成选择题形式，学生通过手机进行答题，结果直接投到幕布上。每题可以直接看到全班同学的答题情况，哪些知识点掌握得较好，哪些掌握得不好就一目了然。对于答得不好的题，可以和同学们探讨，对该部分内容再进行深入的讲解。学生可以利用手机弹幕进行提问，还可以答题抢红包，气氛活跃了，学习兴趣和参与度明显提高。对于一些推导计算题，比如文法的化简、状态图的转换等小练习，同学们在纸上答好以后可以拍下来提交，老师选一些典型投屏讲解，被点到的同学对该知识点一定会印象非常深刻，其他同学也可以避免犯同样的错误，有好的解题思路也会更快得到分享。比之前同学们写在纸上，老师一个个指正效果要好很多。除了正常的授课外，也给学生一定的课时进行小组讨论，然后让学生上台给大家讲课，其余的同学对此章节进行总结点评，按照小组整体表现打分，计入平时成绩，锻炼学生自学能力、分析解决问题的能力以及语言表达能力。

3）精心设计课程实验

我们的实验课程是两周一次，一般以覆盖理论课上的知识点为设计安排，主要分为验证性实验和设计性实验。验证性实验主要以实现编译原理的一些经典算法为主，如：词法分析程序、给学生一个伪代码或范例，让学生在此基础上进行扩充改进，要能识别出一种语言中尽可能多的词法。设计性实验难度稍微大些，通过小组分工协作完成，可以采用C、C++、JAVA等多种语言去实现。通过实验主题研讨，小组分享，提升了学生的協作能力以及思考和解决问题的能力。在实验设计上难易程度要掌握好，要保证大多数学生能够完成实习任务，通过实验加深对编译过程的理解，同时在编译过程的实现中也能够产生成就感，增加学习的信心和兴趣。同时要给他们一些思考的空间，设立奖惩机制，引导鼓励学生多动手多动脑。

4）多元化的过程评价体系

传统的考核方式就是期末考试，纸质理论考试并不能很客观的分映出一个学生的知识理解掌握情况，有些学生往往在考前才突击复习，不会就抄，考完就忘。老师也不能及时掌握学情，不能精准施教。采用过程性评价，学生掌握知识情况能及时得到反馈，老师可以及时调整教学进度和内容。把该课程考核分为期末成绩、实验课成绩和平时成绩三大部分，加大平时成绩的比重，把课前预习程度与课后反馈程度均纳入平时成绩评价。通过MOOC在“课前环节”传递重要知识点，通过翻转课堂在“课中环节”推进知识内化，通过作业在“课后环节”加强知识巩固和提升，真正实现“以评促学、以评促教”。

3 结束语

通过资源共享、线上线下融合、课内课外联动的混合式教学方式实现课堂翻转，体现了以学生为中心，以学生发展与学习成效为目标的教学理念。特别是在线开放课程的学习使得学习更加个性化，学生可以根据自己的学习情况，自主参与课程学习，在时间和空间上都得以延伸。而且学生有更多机会与老师、同学探讨。跟课改之前的教学效果相比，教学质量有很大的提升，学生的学习成绩明显进步，学生也变得爱思考爱动手实践了。当然，还有一些问题需要在教学过程中不断摸索改进，比如各教学环节时间控制很重要，翻转课堂后老师讲的少，而有些学生期望老师多讲，这些需要平衡。讨论的问题要优化设计，讨论问题质量高，学生的参与热情就高。线下考核和评价也很重要，要客观科学评价，评价体系要合理。

参考文献：

[1] 教育部高等教育司.关于开展新工科研究与实践的通知[z].教高司函[2017]6号.

[2] 李廉.以计算思维培养为导向深化大学计算机课程改革[J].中国大学教学，2013（4）：7-11.

[3] 蒋立源，康幕宁，等.编译原理[M].西安：西北工业大学出版社，1999.

[4] 高珍，卫志华，黄杰，等.编译原理教学方法研讨与实践考核改革.计算机教育[J].2017（4）：P87-91.

[5] 王红，赵蔚，孙立会，等.翻转课堂教学模型的设计——基于国内外模型案例分析[J].现代教育技术，2013（8）：9-10.

[6] 苏小红，王甜甜，张羽，等.基于大班翻转课堂的混合教学模式探索与实践[J].中国大学教学，2017（7）：P54-62.