編譯原理慕課建設(shè)與混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

劉洪娟，宋經(jīng)平，韓春燕

（東北大學(xué) 軟件學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

0 引言

慕課（massive open online courses，簡(jiǎn)稱MOOC）是互聯(lián)網(wǎng)與教育深度融合的產(chǎn)物，為眾多學(xué)習(xí)者提供了高質(zhì)量的教學(xué)方式和教育資源[1-2]。慕課的出現(xiàn)使課堂上大量研討成為可能，為實(shí)施與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合式教學(xué)提供了更為便利的條件[3-4]。目前，各高校對(duì)編譯原理課程的教學(xué)改革作了大量研究和探索，但基于自建慕課實(shí)施混合式教學(xué)的案例還非常匱乏[5]。

1 慕課建設(shè)

慕課課程不是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的簡(jiǎn)單翻版，編譯原理慕課的建設(shè)需要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方面全面考慮，這樣才能將編譯原理建設(shè)為適應(yīng)不同類型、不同層次學(xué)校和學(xué)生的慕課課程。

（1）教學(xué)內(nèi)容全面而又深入淺出。編譯原理課程主要介紹編譯過(guò)程的5 個(gè)邏輯階段及相關(guān)理論和方法。建設(shè)的慕課包含9 章、34 個(gè)視頻、9組單元測(cè)驗(yàn)、2 個(gè)實(shí)驗(yàn)題和30 多個(gè)考試題目等資源，內(nèi)容涉及編譯程序基本概念、形式語(yǔ)言基礎(chǔ)、自動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)、詞法分析、語(yǔ)法分析、中間代碼生成、符號(hào)表組織、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成。為了使學(xué)生能夠由淺入深地完成慕課學(xué)習(xí)，每章單元測(cè)驗(yàn)都針對(duì)授課視頻內(nèi)容給出，且均為客觀題，使學(xué)生開(kāi)始時(shí)不會(huì)因?yàn)槔щy而放棄。實(shí)驗(yàn)和期末考試的題目均為主觀題，但也都不會(huì)超出授課視頻講授內(nèi)容。

（2）教學(xué)方式和教學(xué)手段多樣。該慕課的教學(xué)方式和手段包括視頻、PPT、討論區(qū)和互評(píng)等。慕課錄制的視頻語(yǔ)言精練，課堂的信息量非常大，每個(gè)視頻的長(zhǎng)度均為8～15 分鐘。為了吸引學(xué)生注意力，講清重點(diǎn)和難點(diǎn)，該慕課PPT 設(shè)計(jì)了大量動(dòng)畫，并輔以圈畫和注釋等說(shuō)明性標(biāo)識(shí)。慕課在每章設(shè)置一個(gè)討論主題，主要針對(duì)每章的重點(diǎn)內(nèi)容提出一些外延性問(wèn)題，為師生互動(dòng)和生生互動(dòng)提供必要條件。實(shí)驗(yàn)題目和考試題目均采用互評(píng)方式，教師給出題目的參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生之間互相評(píng)分，教師對(duì)互評(píng)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)分。

（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容靈活。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有兩種方案：部分型和完整型。部分型是指每個(gè)學(xué)生需要獨(dú)立完成兩個(gè)小的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容——詞法分析器和中間代碼生成器，這兩部分內(nèi)容可以分開(kāi)編寫代碼，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以毫無(wú)關(guān)系。完整型是指學(xué)生可以以小組形式完成一個(gè)完整編譯器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，小組人數(shù)以4～5 人為宜，每個(gè)學(xué)生有獨(dú)立的功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)，最后集成在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的編譯器。

2 混合式教學(xué)實(shí)施方案

在慕課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合教學(xué)中，對(duì)教學(xué)安排和課程考核方式進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。課程原教學(xué)學(xué)時(shí)為40 學(xué)時(shí)，其中課堂講授32 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8 學(xué)時(shí)；采用混合式教學(xué)后，課程總學(xué)時(shí)為32 學(xué)時(shí)，其中翻轉(zhuǎn)課堂24 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8 學(xué)時(shí)，慕課平臺(tái)學(xué)習(xí)8 周，每周完成約50 分鐘的視頻學(xué)習(xí)。采用混合教學(xué)后，課程的考核由期末考試、實(shí)驗(yàn)、慕課學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)4 部分組成。其中，期末考試占總成績(jī)的50%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的20%，慕課學(xué)習(xí)占總成績(jī)的20%，翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)占總成績(jī)的10%。慕課學(xué)習(xí)成績(jī)包括視頻學(xué)習(xí)、單元測(cè)驗(yàn)和討論3 部分。

采用混合式教學(xué)模式教學(xué)時(shí)，實(shí)施過(guò)程和傳統(tǒng)教學(xué)模式有很大不同。在實(shí)施過(guò)程中，中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)上發(fā)布課程的教學(xué)大綱、教學(xué)學(xué)課件、單元測(cè)試題、實(shí)驗(yàn)題目、考題題目和討論題目等教學(xué)相關(guān)資料，學(xué)生根據(jù)教學(xué)安排隨時(shí)學(xué)習(xí)，遇到難點(diǎn)可多次觀看視頻自主學(xué)習(xí)。完整的教學(xué)過(guò)程分為線上學(xué)習(xí)階段、線下講授階段、課后學(xué)習(xí)階段 3 步，教學(xué)實(shí)施整體過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

學(xué)生觀看教學(xué)視頻后，完成單元測(cè)試，并準(zhǔn)備線下教學(xué)資料。線下教學(xué)由教師和學(xué)生共同完成：教師針對(duì)線上教學(xué)內(nèi)容講解重點(diǎn)和難點(diǎn)，解答學(xué)生相關(guān)的問(wèn)題；針對(duì)教師提出的討論問(wèn)題，學(xué)生討論，并完成線上教學(xué)內(nèi)容相關(guān)課堂練習(xí)。線下教學(xué)后，學(xué)生完成課后作業(yè)并完成作業(yè)互評(píng)。

3 翻轉(zhuǎn)課堂的組織和教學(xué)設(shè)計(jì)

考慮到每章難度不同，加上學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)較重，翻轉(zhuǎn)課堂分為兩部分，具體包括大班翻轉(zhuǎn)課堂18 學(xué)時(shí)和小班翻轉(zhuǎn)課堂6 學(xué)時(shí)，主要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容選擇不同的翻轉(zhuǎn)課堂形式。

（1）大班翻轉(zhuǎn)課堂是所有學(xué)生一起實(shí)施的翻轉(zhuǎn)課堂。該類型的翻轉(zhuǎn)課堂主要針對(duì)教師需要講解重點(diǎn)和難點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容。采用大班翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 大班翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容

（續(xù)）表1

對(duì)于大班翻轉(zhuǎn)課堂，線上學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)完慕課內(nèi)容后，需要解決教師預(yù)留的思考題，填寫學(xué)習(xí)反饋表，記錄學(xué)習(xí)的情況和存在的疑問(wèn)。線下教學(xué)即面對(duì)面教學(xué)，教師首先補(bǔ)充學(xué)生線上的學(xué)習(xí)內(nèi)容，講解重點(diǎn)和難點(diǎn)，解答學(xué)生提出的問(wèn)題后，完成課堂的習(xí)題和講解，說(shuō)明下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的重難點(diǎn)。課后學(xué)習(xí)是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步鞏固，學(xué)生需要完成課后作業(yè)和作業(yè)互評(píng)。大班翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2。

表2 大班翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)方案

（2）小班翻轉(zhuǎn)課堂是每次30 名學(xué)生參與的課堂。該類型的翻轉(zhuǎn)課堂主要針對(duì)需要小范圍研討的教學(xué)內(nèi)容。采用小班翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容見(jiàn)表3。

小班翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容主要為基礎(chǔ)性非常強(qiáng)、非常關(guān)鍵的算法和比較難理解的知識(shí)點(diǎn)。文法概念是整個(gè)編譯過(guò)程的基礎(chǔ)原理，文法是對(duì)語(yǔ)言的形式化描述，掌握了文法是如何定義語(yǔ)言的，才能理解編譯過(guò)程中最重要的3 個(gè)步驟——詞法分析、語(yǔ)法分析和語(yǔ)義分析。詞法分析是整個(gè)編譯過(guò)程的第一步，將源程序的單詞分離出來(lái)并分類，如何利用自動(dòng)機(jī)原理將不以空格分隔的單詞分離出來(lái)是非常關(guān)鍵的一個(gè)算法。LR（）分析方法是自底向上的語(yǔ)法分析方法，基于LR（0）項(xiàng)目構(gòu)造句柄識(shí)別器是一個(gè)難點(diǎn)，需要參加討論的學(xué)生共同理解句柄識(shí)別器是如何識(shí)別句柄的。由于沒(méi)有完全形式化的方法來(lái)描述語(yǔ)義規(guī)則，通過(guò)接近形式化的屬性文法來(lái)描述語(yǔ)義規(guī)則是一個(gè)難點(diǎn)?；钴S信息和待用信息在高效目標(biāo)代碼生成上起了非常重要的作用，如何識(shí)別這些信息，這兩者之間的關(guān)系是什么，如何充分利用這些信息是重點(diǎn)需要理解的內(nèi)容。

小班翻轉(zhuǎn)課堂是在智慧教室實(shí)施的教學(xué)過(guò)程。智慧教室打破了傳統(tǒng)的“主要由教師講課，學(xué)生聽(tīng)課”的模式，強(qiáng)調(diào)教師和學(xué)生互動(dòng)、學(xué)生和學(xué)生互動(dòng)。與傳統(tǒng)“排排坐”不同的是，智慧教室采用圓桌或方桌方式，學(xué)生分成N 組、每組M 個(gè)成員圍坐在桌旁，使學(xué)生與教師之間產(chǎn)生平等感，營(yíng)造有助于學(xué)生發(fā)揮自己想象力和創(chuàng)造力的學(xué)習(xí)氛圍。

表3 小班翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容

4 慕課上線運(yùn)行情況

編譯原理課程完成所有資源開(kāi)發(fā)后，依托中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)上線運(yùn)行。目前已完成開(kāi)課1 次，現(xiàn)在正在進(jìn)行第2 次開(kāi)課，總學(xué)習(xí)人次超過(guò)3 千。學(xué)習(xí)者普遍評(píng)價(jià)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)合理、條理清晰、講解細(xì)致、對(duì)自己的工作和學(xué)習(xí)有很大幫助。本課程第1 次開(kāi)課時(shí)參加學(xué)生基本完成各項(xiàng)考核和期末考試。第2 次開(kāi)課后，將按照混合式教學(xué)方案進(jìn)行混合式教學(xué)的實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

編譯原理課程慕課的建設(shè)，既服務(wù)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)，又支持其他專業(yè)學(xué)生和社會(huì)人士自學(xué)。慕課的建設(shè)和實(shí)施對(duì)教師和學(xué)生都提出更高的要求。教師需要轉(zhuǎn)變角色，從學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者變?yōu)榉?wù)者，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；教師也需要有較高的專業(yè)素養(yǎng)，更好地為學(xué)生服務(wù)。然而，對(duì)于相關(guān)專業(yè)學(xué)生，由于慕課內(nèi)容“短小精悍”很難實(shí)現(xiàn)因材施教，要求教師基于慕課平臺(tái)采用“混合教學(xué)模式”支撐專業(yè)本科教學(xué)。

基于慕課和翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)有兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：一方面能夠通過(guò)慕課引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，另一方面通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂補(bǔ)充和拓展自主學(xué)習(xí)。這種教學(xué)模式的實(shí)施必將受到學(xué)生的歡迎，獲得更好的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。