新工科背景下基于混合式教學(xué)的編譯原理課程教學(xué)改革

武瑛 張麗華

摘要：新工科建設(shè)中最關(guān)鍵的是人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新。本文探討在新工科背景下，采用混合式教學(xué)方法，通過(guò)對(duì)內(nèi)容進(jìn)行重組、流程再造、過(guò)程監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，利用MOOC平臺(tái)、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)手段的綜合應(yīng)用，對(duì)編譯原理課程進(jìn)行改革和創(chuàng)新，使教學(xué)效果得到改進(jìn)，并對(duì)其他課程的教學(xué)改革有所借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科;混合式教學(xué);在線資源;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G64? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）01-0169-02

伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的出現(xiàn)，形成了一系列引領(lǐng)今天和未來(lái)世界經(jīng)濟(jì)的新產(chǎn)業(yè)，為社會(huì)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)會(huì)，同時(shí)也向教育界提出了能夠適應(yīng)這一經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的新人才需求。新工科的人才培養(yǎng)要求明確了學(xué)生要能主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)，要能綜合的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。新工科背景下的課程建設(shè)更強(qiáng)調(diào)交叉融合，課程要多和實(shí)際、實(shí)踐相結(jié)合[1]。在這種背景下，作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)，則要以工程思維為承載導(dǎo)向，互聯(lián)網(wǎng)思維為問(wèn)題分析，計(jì)算思維為問(wèn)題解決[2]。編譯原理作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)很重要的傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課，該如何搞好教學(xué)呢？結(jié)合我們學(xué)校的定位——應(yīng)用型本科院校，對(duì)自己擔(dān)任的這門(mén)課程進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的改革和探索。

1 編譯原理課程的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題

眾所周知，計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的所有軟件都是用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的，但是在程序運(yùn)行之前，它首先要被翻譯成一種能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的形式，編譯器就是用來(lái)完成這項(xiàng)翻譯工作的。編譯原理這門(mén)課程主要講解編譯器的原理和技術(shù)，它涉及知識(shí)、算法、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用等各方面。雖然現(xiàn)在絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生將來(lái)都不太可能會(huì)去構(gòu)建甚至維護(hù)一個(gè)主流程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編譯器，但是與編譯器相關(guān)的模型、理論和算法可以被用到軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)的各種各樣的問(wèn)題上[3]。學(xué)好這門(mén)課程對(duì)本專(zhuān)業(yè)其他課程的理解和認(rèn)知起著非常重要的作用，對(duì)以后的工作都將產(chǎn)生非常重要的影響。編譯原理課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修課，也是公認(rèn)的比較難的一門(mén)課，它的理論性非常強(qiáng)，具有“知識(shí)點(diǎn)多，概念復(fù)雜，算法難以理解”等特點(diǎn)。

目前，編譯原理課程在課程建設(shè)和專(zhuān)業(yè)教學(xué)中主要存在以下問(wèn)題：

1）在現(xiàn)有教學(xué)體系之下，當(dāng)前獨(dú)立學(xué)院的編譯原理課程教學(xué)模式還是按照編譯器的構(gòu)造分成詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析，中間代碼生成優(yōu)化，目標(biāo)代碼生成等幾個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)講授相關(guān)方面的知識(shí)，從而進(jìn)行理論和實(shí)踐教學(xué)[4]。在教學(xué)方式上，也是采用傳統(tǒng)的“板書(shū)加多媒體”的形式，由于知識(shí)點(diǎn)太多，老師在課堂上基本就是不停地講，留給學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間較少，學(xué)生只是被動(dòng)的掌握知識(shí)，參與度太低。這種教學(xué)方法忽視了對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。教學(xué)效果也一般。

2）學(xué)生在理解和認(rèn)知水平上存在差異，特別是獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生，本身理論基礎(chǔ)比較薄弱，部分學(xué)生進(jìn)度跟不上，就會(huì)逐漸對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)失去了信心。加上專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案對(duì)這門(mén)課的課時(shí)數(shù)安排較少。僅靠課堂上的45分鐘學(xué)習(xí)很難將這么多的知識(shí)點(diǎn)掌握，更談不上融會(huì)貫通了。獨(dú)立學(xué)院的定位為應(yīng)用型院校，它在培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象方面和傳統(tǒng)高校有些區(qū)別，因此在教學(xué)上也應(yīng)有自己的特色。

為此，我們提出混合教學(xué)模式，運(yùn)用多種教學(xué)方法，通過(guò)線上與線下相結(jié)合，時(shí)間與空間拓展，來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高我們的教學(xué)效果。結(jié)合本校學(xué)生的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，形成個(gè)性化的教學(xué)方案。

2 利用在線資源開(kāi)展混合式教學(xué)

混合教學(xué)模式是由傳統(tǒng)課堂轉(zhuǎn)變而來(lái)的整合了各種靈活的教學(xué)方式的學(xué)習(xí)范式。它把傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而獲得更佳的教學(xué)效果[5]。既能發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過(guò)程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。在編譯原理的課程教學(xué)中，實(shí)施了“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式的嘗試[6]。

MOOC平臺(tái)上有很多優(yōu)秀的教學(xué)資源，同學(xué)們可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，反復(fù)學(xué)習(xí)，擁有更多的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。學(xué)生通過(guò)MOOC課前預(yù)習(xí)，提高了聽(tīng)課效率。如果有哪些地方?jīng)]聽(tīng)懂的，也可以重復(fù)看視頻作為課后復(fù)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效果。而SPOC教學(xué)有助于促進(jìn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念的實(shí)施，改變了教師課堂主導(dǎo)者的狀況，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)活動(dòng)的主導(dǎo)者。將重心從知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到能力的訓(xùn)練，從單一的課堂學(xué)習(xí)到綜合性的學(xué)習(xí)上，提高了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

具體的實(shí)施過(guò)程如圖1所示：

1）內(nèi)容整體設(shè)計(jì)

首先對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。教學(xué)大綱上編譯原理這門(mén)課的課時(shí)數(shù)是32理論課時(shí)+16上機(jī)學(xué)時(shí)，要在這么有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)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(mén)課等于沒(méi)學(xué)。那么在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中就要有所刪減和側(cè)重。比如算符優(yōu)先分析，現(xiàn)在的編譯器幾乎都不用了，這節(jié)就可以不講，學(xué)有余力的同學(xué)可以通過(guò)看視頻自學(xué)。再比如目標(biāo)代碼的優(yōu)化，不是每個(gè)編譯程序所必需的，稍做了解即可，不用編程實(shí)現(xiàn)。而有些知識(shí)點(diǎn)在考研考證方面占有很大的比重，比如文法的分類(lèi)、狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)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(cè)驗(yàn)題，檢測(cè)同學(xué)們的掌握情況。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮哪些內(nèi)容作為預(yù)習(xí)內(nèi)容，哪些章節(jié)內(nèi)容安排作為小組上臺(tái)討論的形式來(lái)學(xué)習(xí)，哪些知識(shí)點(diǎn)是要課堂檢測(cè)的以及檢測(cè)題庫(kù)的制作等，在開(kāi)學(xué)前就要整體規(guī)劃好。

其次對(duì)課堂時(shí)間安排進(jìn)行重構(gòu)。首先對(duì)上節(jié)課程內(nèi)容進(jìn)行回顧，可以請(qǐng)同學(xué)們回憶，其他同學(xué)補(bǔ)充。然后使用雨課堂軟件做一些課堂測(cè)驗(yàn)，通過(guò)線上練習(xí)了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況。然后對(duì)本堂課的內(nèi)容進(jìn)行講解，講解的手段和方式可以多樣化，可以師講生聽(tīng)，也可以生講生評(píng)，輔以案例和習(xí)題。最后給出一些課后思考題讓學(xué)生們思考和討論，在雨課堂上進(jìn)行點(diǎn)評(píng)或在課堂上點(diǎn)評(píng)。

2）教學(xué)活動(dòng)實(shí)施

為了督促學(xué)生課后及時(shí)復(fù)習(xí)掌握已學(xué)內(nèi)容，每堂課前面幾分鐘使用雨課堂進(jìn)行課堂測(cè)驗(yàn)與互動(dòng)，將重要的知識(shí)點(diǎn)做成選擇題形式，學(xué)生通過(guò)手機(jī)進(jìn)行答題，結(jié)果直接投到幕布上。每題可以直接看到全班同學(xué)的答題情況，哪些知識(shí)點(diǎn)掌握得較好，哪些掌握得不好就一目了然。對(duì)于答得不好的題，可以和同學(xué)們探討，對(duì)該部分內(nèi)容再進(jìn)行深入的講解。學(xué)生可以利用手機(jī)彈幕進(jìn)行提問(wèn)，還可以答題搶紅包，氣氛活躍了，學(xué)習(xí)興趣和參與度明顯提高。對(duì)于一些推導(dǎo)計(jì)算題，比如文法的化簡(jiǎn)、狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換等小練習(xí)，同學(xué)們?cè)诩埳洗鸷靡院罂梢耘南聛?lái)提交，老師選一些典型投屏講解，被點(diǎn)到的同學(xué)對(duì)該知識(shí)點(diǎn)一定會(huì)印象非常深刻，其他同學(xué)也可以避免犯同樣的錯(cuò)誤，有好的解題思路也會(huì)更快得到分享。比之前同學(xué)們寫(xiě)在紙上，老師一個(gè)個(gè)指正效果要好很多。除了正常的授課外，也給學(xué)生一定的課時(shí)進(jìn)行小組討論，然后讓學(xué)生上臺(tái)給大家講課，其余的同學(xué)對(duì)此章節(jié)進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)，按照小組整體表現(xiàn)打分，計(jì)入平時(shí)成績(jī)，鍛煉學(xué)生自學(xué)能力、分析解決問(wèn)題的能力以及語(yǔ)言表達(dá)能力。

3）精心設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)

我們的實(shí)驗(yàn)課程是兩周一次，一般以覆蓋理論課上的知識(shí)點(diǎn)為設(shè)計(jì)安排，主要分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要以實(shí)現(xiàn)編譯原理的一些經(jīng)典算法為主，如：詞法分析程序、給學(xué)生一個(gè)偽代碼或范例，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充改進(jìn)，要能識(shí)別出一種語(yǔ)言中盡可能多的詞法。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難度稍微大些，通過(guò)小組分工協(xié)作完成，可以采用C、C++、JAVA等多種語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)主題研討，小組分享，提升了學(xué)生的協(xié)作能力以及思考和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上難易程度要掌握好，要保證大多數(shù)學(xué)生能夠完成實(shí)習(xí)任務(wù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)編譯過(guò)程的理解，同時(shí)在編譯過(guò)程的實(shí)現(xiàn)中也能夠產(chǎn)生成就感，增加學(xué)習(xí)的信心和興趣。同時(shí)要給他們一些思考的空間，設(shè)立獎(jiǎng)懲機(jī)制，引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手多動(dòng)腦。

4）多元化的過(guò)程評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的考核方式就是期末考試，紙質(zhì)理論考試并不能很客觀的分映出一個(gè)學(xué)生的知識(shí)理解掌握情況，有些學(xué)生往往在考前才突擊復(fù)習(xí)，不會(huì)就抄，考完就忘。老師也不能及時(shí)掌握學(xué)情，不能精準(zhǔn)施教。采用過(guò)程性評(píng)價(jià)，學(xué)生掌握知識(shí)情況能及時(shí)得到反饋，老師可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容。把該課程考核分為期末成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)和平時(shí)成績(jī)?nèi)蟛糠?，加大平時(shí)成績(jī)的比重，把課前預(yù)習(xí)程度與課后反饋程度均納入平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。通過(guò)MOOC在“課前環(huán)節(jié)”傳遞重要知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂在“課中環(huán)節(jié)”推進(jìn)知識(shí)內(nèi)化，通過(guò)作業(yè)在“課后環(huán)節(jié)”加強(qiáng)知識(shí)鞏固和提升，真正實(shí)現(xiàn)“以評(píng)促學(xué)、以評(píng)促教”。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)資源共享、線上線下融合、課內(nèi)課外聯(lián)動(dòng)的混合式教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，以學(xué)生發(fā)展與學(xué)習(xí)成效為目標(biāo)的教學(xué)理念。特別是在線開(kāi)放課程的學(xué)習(xí)使得學(xué)習(xí)更加個(gè)性化，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，自主參與課程學(xué)習(xí)，在時(shí)間和空間上都得以延伸。而且學(xué)生有更多機(jī)會(huì)與老師、同學(xué)探討。跟課改之前的教學(xué)效果相比，教學(xué)質(zhì)量有很大的提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)明顯進(jìn)步，學(xué)生也變得愛(ài)思考愛(ài)動(dòng)手實(shí)踐了。當(dāng)然，還有一些問(wèn)題需要在教學(xué)過(guò)程中不斷摸索改進(jìn)，比如各教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)間控制很重要，翻轉(zhuǎn)課堂后老師講的少，而有些學(xué)生期望老師多講，這些需要平衡。討論的問(wèn)題要優(yōu)化設(shè)計(jì)，討論問(wèn)題質(zhì)量高，學(xué)生的參與熱情就高。線下考核和評(píng)價(jià)也很重要，要客觀科學(xué)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)體系要合理。

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