編譯原理課程智慧課堂教學(xué)實(shí)踐探析

孟文文 張新 程知

關(guān)鍵詞： 編譯原理; 學(xué)習(xí)通; 智慧課堂; 線上教學(xué); 線下教學(xué)

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)的發(fā)展和普及，高校教育的教學(xué)信息化得到了飛速發(fā)展[1]。線上線下相融合的智慧化教學(xué)方式正在逐漸取代傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)方式，微課和翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)手段在教學(xué)過(guò)程中屢見不鮮[2]，可以更好地激發(fā)學(xué)生自學(xué)和主動(dòng)探究的能力，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的目的[3]。

編譯技術(shù)與計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的工作密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)編譯技術(shù)的學(xué)習(xí)，可以深入地理解編譯原理和日常開發(fā)工作中使用的開發(fā)語(yǔ)言的關(guān)系，理解程序是如何被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，在技術(shù)道路上可以走得更遠(yuǎn)。

1 編譯原理課程概述

編譯原理課程是合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的一門重要專業(yè)課程，該課程同時(shí)具備很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在掌握編譯器構(gòu)造原理和設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，可以提高對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體認(rèn)知，培養(yǎng)其對(duì)計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決能力[4]。課程從形式語(yǔ)言理論的角度進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與理解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其與編譯程序的聯(lián)系[5]，提高學(xué)生的邏輯推理能力和抽象思維能力。具體來(lái)講，通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到如下三個(gè)具體目標(biāo)：

1） 要求學(xué)生理解編譯軟件系統(tǒng)的基本科學(xué)問(wèn)題，掌握編譯程序的基礎(chǔ)理論和基本方法，培養(yǎng)可以利用形式化方法描述語(yǔ)言對(duì)編譯軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析描述、模塊劃分并建立模型的能力。

2） 要求學(xué)生掌握LL（1）、LR、遞歸子程序等典型方法，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生形式化描述、算法分析、功能模塊化等專業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)其運(yùn)用合理方法和技術(shù)完成復(fù)雜軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的能力。

3） 要求學(xué)生掌握在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，具備對(duì)多種方法、工具、環(huán)境的比較、評(píng)價(jià)和選擇的能力，例如選擇實(shí)現(xiàn)詞法分析和語(yǔ)法分析方法、實(shí)現(xiàn)途徑、開發(fā)語(yǔ)言和環(huán)境等。

2 編譯原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

編譯原理課程要求學(xué)生掌握編譯程序構(gòu)造的基本原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，具有設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、分析和維護(hù)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(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，從學(xué)生的教學(xué)反饋與實(shí)際教學(xué)效果來(lái)看，學(xué)生對(duì)于該課程的知識(shí)掌握情況較差，具體原因有以下三個(gè)方面：

1）編譯原理課程的先修課程包括程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)等諸多專業(yè)核心課程。學(xué)生對(duì)于上述先修課程的掌握程度會(huì)直接影響學(xué)生對(duì)該門課程的理解程度。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)編譯原理課程的時(shí)間是大三的第二學(xué)期，此時(shí)學(xué)生的學(xué)業(yè)情況已經(jīng)基本穩(wěn)定，如果對(duì)專業(yè)核心課程知識(shí)掌握不夠牢固，在編譯原理課程的學(xué)習(xí)中會(huì)遇到很大的挑戰(zhàn)。

2）編譯原理課程的相關(guān)理論知識(shí)涉及面廣，而且抽象復(fù)雜不容易理解。學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解很容易停留在表面，無(wú)法理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行背后的工作原理，很難做到將系統(tǒng)知識(shí)有機(jī)整合[6]。課程以程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為背景，系統(tǒng)地講授編譯程序構(gòu)造的基本概念與設(shè)計(jì)，包括語(yǔ)言與文法、詞法分析、自頂向下語(yǔ)法分析、自下向上語(yǔ)法分析等部分。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃安排，編譯原理課程包括28個(gè)理論學(xué)時(shí)和14個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。

3）課程具備很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，為了讓學(xué)生能夠更好地掌握編譯理論和編譯程序構(gòu)造的基本方法，課程包括三個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，分別為詞法分析器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、LL（1）語(yǔ)法分析器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)和LR（0） 語(yǔ)法分析器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。如果學(xué)生不能真正理解和掌握本課程所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量無(wú)法得到保證。

3 編譯原理課程教學(xué)實(shí)踐探析

基于上述分析的合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的編譯原理課程教學(xué)現(xiàn)狀，課程組在智慧課堂教學(xué)方面開展工作，在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了充分的探討和改進(jìn)。借助超星學(xué)習(xí)通軟件完成計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)編譯原理課程的教學(xué)，從以下幾個(gè)方面開展工作。

3.1 利用智慧課堂優(yōu)化教學(xué)管理工作[7]

1） 預(yù)習(xí)階段。教師首先會(huì)在平臺(tái)上建立編譯原理課程的相關(guān)信息，關(guān)聯(lián)上課班級(jí)的學(xué)生信息，然后上傳下節(jié)課的學(xué)習(xí)資料并發(fā)放任務(wù)，最后教師通過(guò)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和反饋的疑問(wèn)及時(shí)調(diào)整授課重點(diǎn)，做到學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)課堂。

2） 上課階段。利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)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(wèn)（有隨機(jī)選人、指定學(xué)生等方式）、小組討論（可以進(jìn)行自由組隊(duì)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(jìn)行組隊(duì)，上課階段采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，隨機(jī)選學(xué)生進(jìn)行上臺(tái)講解，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與總結(jié)，做到學(xué)生帶著答案出課堂。

3） 復(fù)習(xí)階段。教師在學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布課后作業(yè)，檢驗(yàn)學(xué)生在上課階段的知識(shí)掌握情況。通過(guò)作業(yè)批改和查看成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析，可以及時(shí)跟進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而調(diào)整下節(jié)課的授課重點(diǎn)，形成教學(xué)環(huán)節(jié)的閉環(huán)。學(xué)習(xí)通平臺(tái)上建立的編譯原理課程作業(yè)庫(kù)，覆蓋了由易到難的各種知識(shí)題型。

3.2 利用智慧課堂優(yōu)化過(guò)程考核方案[4]

編譯原理課程考核包括期終考試（筆試）、過(guò)程考核、實(shí)驗(yàn)考核和平時(shí)作業(yè)。其中過(guò)程考核是檢測(cè)學(xué)生在教學(xué)期間對(duì)知識(shí)掌握情況的重要手段，根據(jù)過(guò)程考核成績(jī)的統(tǒng)計(jì)情況，教師可以及時(shí)調(diào)整授課重點(diǎn)。例如在2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)編譯原理課程教學(xué)期間，教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行到接近三分之二時(shí)，安排了一次過(guò)程考核，成績(jī)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

從上述過(guò)程考核的成績(jī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握不是很理想，主要原因有兩個(gè)。一是為了督促學(xué)生學(xué)習(xí)而適當(dāng)提升過(guò)程考核題目的難度；二是前面課程內(nèi)容涉及理論知識(shí)較多，學(xué)生掌握理論知識(shí)不夠深入。后續(xù)通過(guò)重難點(diǎn)學(xué)習(xí)并結(jié)合實(shí)驗(yàn)部分對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行鞏固。

過(guò)程考核的實(shí)施主要包括以下幾個(gè)方面：

1） 題目的篩選。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)，教師從題庫(kù)中篩選能夠支撐課程目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)的題目。合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院的編譯原理課程的題庫(kù)每年都會(huì)由課程組的教師反復(fù)揣摩后更新。

2） 試卷的下發(fā)。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)在發(fā)放試卷時(shí)將題目順序及選項(xiàng)順序等隨機(jī)打亂，可以有效防止作弊的發(fā)生?？荚囋O(shè)置如圖2所示。

3） 后臺(tái)的監(jiān)考。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)可以監(jiān)測(cè)學(xué)生考試過(guò)程中的作答情況，當(dāng)在考試過(guò)程中出現(xiàn)學(xué)生無(wú)故退出考試界面時(shí)，教師可以進(jìn)行自動(dòng)收卷，停止學(xué)生繼續(xù)答題。

4） 試卷的批改。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)客觀題目的自動(dòng)批改。試卷批改完畢，可以一鍵導(dǎo)出各個(gè)題目各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的答題情況，教師通過(guò)查看統(tǒng)計(jì)分析，快速了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況。

3.3 利用智慧課堂優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

編譯原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括教師授課和學(xué)生自主學(xué)習(xí)兩部分。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)資料并發(fā)起小組討論，課上安排學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)考核由學(xué)生答辯和提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，二者各占50%的考核權(quán)重。

教師在答辯環(huán)節(jié)通過(guò)問(wèn)答和演示的形式考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成程度和理解掌握程度。以2020 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)編譯原理課程的詞法分析器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)答辯考核為例，簡(jiǎn)要闡述學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要掌握的內(nèi)容。

1）考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，要求學(xué)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(gòu)詞規(guī)則分解成一系列單詞符號(hào)。

2）考核學(xué)生的算法分析和設(shè)計(jì)。單詞符號(hào)是語(yǔ)言中的最小單位（包括關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符號(hào)、運(yùn)算符、界符和常量等），要求學(xué)生能夠根據(jù)單詞符號(hào)的種類編碼實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)并給出算法流程圖。

3）考核學(xué)生的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。要求學(xué)生的程序在執(zhí)行時(shí)可以得到預(yù)期的運(yùn)行結(jié)果，輸入一段正確的源程序時(shí)，需要輸出正確的二元式執(zhí)行結(jié)果；輸入一段存在漏洞的源程序時(shí)，需要輸出合理的錯(cuò)誤提示并能夠分析原因。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表，進(jìn)一步考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成程度和理解掌握程度。合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表如表1所示。

4 智慧課堂教學(xué)效果

以合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院2019 級(jí)和2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的兩個(gè)班級(jí)為例，教學(xué)過(guò)程中采取線上線下相融合的教學(xué)方式，對(duì)編譯原理課程采用智慧課堂教學(xué)，兩個(gè)班級(jí)的考核結(jié)果如表2 所示。

通過(guò)表2中的結(jié)果可以看出，采用智慧課堂教學(xué)方式之后，學(xué)生的考核成績(jī)分布符合教學(xué)預(yù)期，可以達(dá)到較好的教學(xué)效果。同時(shí)從學(xué)生的評(píng)教結(jié)果反饋得知，很大程度地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，對(duì)編譯原理課程的抵觸心理明顯減退。

在2019級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的編譯原理課程教學(xué)過(guò)程中，僅對(duì)理論教學(xué)部分開展了智慧課堂教學(xué)實(shí)踐。經(jīng)過(guò)課程組的分析與討論，接下來(lái)在2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)編譯原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中開展了實(shí)踐與探索。將2019級(jí)和2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的兩個(gè)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

從表3中的結(jié)果可以看出，相比于2019級(jí)同專業(yè)的學(xué)生，由于對(duì)2020級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的編譯原理課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)施了智慧課堂教學(xué)，后者的考核成績(jī)得到明顯提升。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核中的答辯環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠加深對(duì)知識(shí)的理解。

5 總結(jié)

以合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的編譯原理課程為例進(jìn)行了智慧課堂教學(xué)的分析。借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)，充分利用信息化手段，打破教師和學(xué)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(xué)成果為導(dǎo)向，教師真正做到因材施教，提升教學(xué)質(zhì)量。

立足合肥學(xué)院編譯原理課程教學(xué)現(xiàn)狀，借助信息化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行智慧課堂的教學(xué)，培養(yǎng)以學(xué)生為主體的教育核心理念。通過(guò)智慧課堂教學(xué)上的不斷實(shí)踐與探索，從形式語(yǔ)言理論的角度，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與理解程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其與編譯程序的聯(lián)系，提高了學(xué)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(xué)質(zhì)量。