高雪瑤 張春祥

摘? 要：該文剖釋傳統(tǒng)編譯原理教育教學(xué)的缺陷，指出為適應(yīng)計算機(jī)人才能力培養(yǎng)和行業(yè)需求，在新工科背景下，面向OBE理念，突出交叉融合，充分利用多種教學(xué)平臺和教學(xué)軟件，融合案例教學(xué)、啟發(fā)引導(dǎo)、項目驅(qū)動和翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法進(jìn)行線上、線下混合教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生使用編譯知識來解決復(fù)雜工程問題的能力和主動學(xué)習(xí)意識，提高課程教學(xué)質(zhì)量，促使學(xué)生專業(yè)、素質(zhì)全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：編譯原理;新工科;案例教學(xué);項目驅(qū)動;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）01-0035-04

Abstract： This paper explains the shortcomings of traditional compilation principle education and points out that in order to meet the needs of computer talent development and industry demand， cross-fusion is emphasized under the background of new engineering and oriented to OBE. Multiple education platforms and softwares are combined in which case-based teaching， heuristic guidance， project-driven and flipped classroom teaching are used for a blended online-offline teaching. The aim is to cultivate students' ability to apply their knowledge of compiler theory to solve complex engineering problems and active learning consciousness， improve the quality of course teaching， promote students' professional and overall development.

Keywords： compilation principle; new engineering; case-based teaching; project-driven; flipped classroom

自2017年2月以來，教育部先后開展了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”行動，發(fā)布了“新工科”改革的相關(guān)文件，推動探索了中國工程教育模式和中國經(jīng)驗[1]。哈爾濱理工大學(xué)立足“雙一流”，在新工科背景下，按照持續(xù)改進(jìn)的工程認(rèn)證思想要求，開啟了新工科建設(shè)與實踐探究。編譯原理是計算機(jī)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，對于培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)語言處理技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析和軟件設(shè)計的能力具有重要的作用[2]。在新工科建設(shè)中，對編譯原理教學(xué)提出了更高的要求。在教學(xué)過程中，需要培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)實踐創(chuàng)新能力和靈活應(yīng)用編譯知識解決現(xiàn)實生活中實際問題的能力，滿足專業(yè)應(yīng)用需求。

一? 傳統(tǒng)編譯原理教學(xué)中存在的問題

編譯原理是計算機(jī)專業(yè)一門重要的專業(yè)課，也是后繼課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。計算機(jī)本科生都需要學(xué)習(xí)這門課程。在公司招聘和學(xué)術(shù)研究中，編譯技術(shù)是必不可少的。編譯原理課程難度大，知識概念多，內(nèi)容抽象，算法復(fù)雜。很多同學(xué)都反映，編譯原理是有用的，但就是學(xué)不好。其原因是該課程是偏理論的計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)方式有別于一般課程[3]。編譯原理理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象繁雜，導(dǎo)致學(xué)生缺乏信心，畏難不前，降低了學(xué)習(xí)興趣。在實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生不了解其中的原理，不知如何應(yīng)用，不知為何而學(xué)。在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性和積極性，課外缺少探索和自主訓(xùn)練。雖然通過了課程考核，但是未掌握編譯原理的實質(zhì)和精髓，只是了解到了一些零碎的知識點，不具備運(yùn)用編譯技術(shù)來解決現(xiàn)實生活中的實際問題的能力。其主要原因是理論實踐教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)不適應(yīng)。主要體現(xiàn)在教學(xué)過程缺乏工程性方法和系統(tǒng)性實踐與創(chuàng)新[4]。

二? 新工科視域下編譯原理教學(xué)改革

新工科人才的突出特征在于其解決復(fù)雜工程問題的能力[5]。根據(jù)新工科建設(shè)理念和要求，哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)編譯原理教學(xué)團(tuán)隊積極開展課程研究和實踐。根據(jù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和社會發(fā)展的要求，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題為目標(biāo)，根據(jù)課程目標(biāo)重構(gòu)和優(yōu)化了編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容;綜合網(wǎng)絡(luò)課程資源和教學(xué)軟件，構(gòu)建了線上、線下一體化教學(xué)模式;面向OBE理念融合多種教學(xué)方法進(jìn)行有效的教學(xué)組織，實現(xiàn)了從教師中心向?qū)W生中心的轉(zhuǎn)變。

（一）? 重構(gòu)和優(yōu)化編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容

新工科是高等工程教育教學(xué)改革的新范式，其核心目標(biāo)是提升高等工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，積極回應(yīng)新時代對于卓越工程師的迫切需求，旨在培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。為了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的要求，應(yīng)該在OBE理念的指導(dǎo)下，以學(xué)生獲得的最終能力為中心，反向推導(dǎo)制訂所需的教學(xué)內(nèi)容。在編譯原理課程的教學(xué)設(shè)計中，教師的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該滿足學(xué)生最終獲得能力的要求。在編譯原理課程開設(shè)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過程序設(shè)計語言、計算機(jī)基礎(chǔ)和組成原理等課程，有一定的程序設(shè)計能力，具備了一定的計算機(jī)存儲分配與管理知識[6-7]。對于能力培養(yǎng)目標(biāo)貢獻(xiàn)較大的內(nèi)容，應(yīng)該分配更多的學(xué)時進(jìn)行講解。對于簡單和已經(jīng)具有前期知識鋪墊的內(nèi)容，在教學(xué)上可以采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)或引入案例進(jìn)行做中學(xué)或做中復(fù)習(xí)的方式。課前，教師布置任務(wù)讓學(xué)生查閱資料進(jìn)行自學(xué)。課堂上，采用翻轉(zhuǎn)授課方式讓學(xué)生去講解，然后教師進(jìn)行點評。區(qū)分知識重要程度，突出重點，避免課堂上知識的簡單重復(fù)性學(xué)習(xí)，以提高學(xué)習(xí)效率。同時，以學(xué)生為中心，不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，保證滿足人才培養(yǎng)的要求。

編譯原理是一門原理抽象，實踐性強(qiáng)，知識模塊關(guān)聯(lián)緊密的課程，刻畫了編譯的整個流程。選用合適的案例進(jìn)行講解能夠?qū)⒕幾g技術(shù)的抽象原理形象地展示出來，便于學(xué)生更好地去學(xué)習(xí)，同時對于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用課程知識解決復(fù)雜問題是很有好處的，可以幫助學(xué)生形成更加完整緊湊的知識體系。在教學(xué)過程中，通過演示案例來講解對應(yīng)的編譯知識點。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來選擇典型性、可行性和濃縮性的案例。與學(xué)生一起分析、討論和擴(kuò)展案例，讓學(xué)生親自動手去操作和實現(xiàn)案例，啟發(fā)學(xué)生改進(jìn)和創(chuàng)新案例。鼓勵學(xué)生大膽嘗試，學(xué)以致用。根據(jù)學(xué)生掌握的情況，完善教學(xué)案例，調(diào)整教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編譯原理的興趣。通過演示案例程序吸引學(xué)生的注意力，讓他們體會到如何利用編譯技術(shù)來解決實際問題。同時，提供案例實現(xiàn)代碼，讓學(xué)生通過比照代碼來提高自己的編程能力。

（二）? 構(gòu)建線上、線下一體化教學(xué)模式

在線課程為教學(xué)過程提供了一個融合豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)性教育平臺。MOOC平臺提供了很多編譯原理的在線課程，可以作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資料。在教學(xué)過程中，借助MOOC平臺和網(wǎng)絡(luò)資源，整合不同教學(xué)方式，使學(xué)生學(xué)習(xí)更具靈活性和主動性。

科學(xué)建設(shè)線下資源如教材、輔導(dǎo)性學(xué)習(xí)資料、習(xí)題集等，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。同時，著力對線上資源進(jìn)行系統(tǒng)化的建設(shè)和優(yōu)化。線上資源包括MOOC課堂、教學(xué)視頻、知識圖譜、教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表、教案、教學(xué)PPT和教學(xué)案例、微信群和騰訊課堂等。在教學(xué)時，教師選擇已有的名師慕課、自建課程和在線直播會議等形式進(jìn)行線上教學(xué)和互動討論，學(xué)生也可以進(jìn)行自主在線學(xué)習(xí)。教與學(xué)變得更加靈活，不受時間和場地對教學(xué)的限制。教學(xué)資源主要由教師提供，學(xué)生可以參與其中。教師錄制教學(xué)視頻，分享到課程群中，讓學(xué)生進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)，每一段視頻不要過長，最好是2～3個知識點就錄制一段視頻。增加一個小測驗，以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。針對編譯技術(shù)的迅猛發(fā)展，教師可以錄制視頻介紹其最新進(jìn)展，將課程內(nèi)容與現(xiàn)實應(yīng)用緊密結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。融合多種網(wǎng)絡(luò)課程資源和教學(xué)平臺有效開展線上教學(xué)活動，如圖1所示。

教師在騰訊會議、釘釘中直播課程，和學(xué)生進(jìn)行課堂研討、對話互動。同時，利用MOOC課堂發(fā)布預(yù)習(xí)PPT和教學(xué)視頻，進(jìn)行課堂測試、課后測試，使用MOOC課堂的簽到功能來管理課堂。借助MOOC課堂的統(tǒng)計功能觀察學(xué)生實時學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。運(yùn)用騰訊QQ與微信群來通知消息，進(jìn)行討論和一對一的答疑等。

課前、課中和課后綜合利用多種教學(xué)平臺，有利于取長補(bǔ)短，最大效率地發(fā)揮各種平臺的優(yōu)勢，提高教師授課質(zhì)量。綜合運(yùn)用紙質(zhì)的、電子的、文字的、圖片的和視頻的教學(xué)資料，從不同視角全方位傳授教學(xué)內(nèi)容，豐富授課形式，可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。一種教學(xué)資料在不同的教學(xué)平臺上會有著不同的教學(xué)效果。一種教學(xué)平臺在使用不同的教學(xué)資料時會有著不同的授課質(zhì)量。在一種教學(xué)平臺上，可以使用多種形式的教學(xué)資料。一種形式的教學(xué)資料，可以在多種教學(xué)平臺上使用。在實際教學(xué)過程中，應(yīng)該認(rèn)真總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，尋找每種教學(xué)平臺上適用的多種教學(xué)資料。將要講授的教學(xué)內(nèi)容，按照章節(jié)組織。根據(jù)各部分內(nèi)容的特點，選擇適用的教學(xué)平臺和對應(yīng)形式的教學(xué)資料。課前、課后可以實現(xiàn)教學(xué)平臺和資料形式的頻繁切換，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在授課過程中，應(yīng)該盡量減少教學(xué)平臺和教學(xué)資料形式變換的次數(shù)，在最短的教學(xué)時間內(nèi)傳授更多的教學(xué)內(nèi)容。多種教學(xué)平臺和多種教學(xué)資料需要相互結(jié)合，最大程度地發(fā)揮出平臺與資料的教學(xué)效果。在授課過程中，應(yīng)該經(jīng)常召開課程組內(nèi)教師的教學(xué)研討會，針對教學(xué)平臺和教學(xué)資料問題開展討論。根據(jù)學(xué)生的反饋情況，進(jìn)行適時的調(diào)整。

（三）? 融合多種教學(xué)方法進(jìn)行有效的教學(xué)組織

為了培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型新工科人才，需要對現(xiàn)有的教學(xué)方式進(jìn)行升級[8-9]。線上線下教學(xué)采用什么樣的教學(xué)方法是教學(xué)成敗的關(guān)鍵所在。要圍繞學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)成果來進(jìn)行整個教學(xué)設(shè)計與實施，了解學(xué)生學(xué)什么和如何學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。針對編譯原理課程的特點，分階段有效利用線上、線下教學(xué)資源，綜合使用多種教學(xué)方法來提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果。使學(xué)生從知識被動獲取者變?yōu)橹鲃荧@取者，滿足新工科人才培養(yǎng)的要求。將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法[10]、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法、對比教學(xué)法、練習(xí)法、討論法、錄播教學(xué)法、直播教學(xué)法和閱讀指導(dǎo)法滲透于各個階段。編譯原理的重要知識點及對應(yīng)的教學(xué)方法，如圖2所示。編譯原理包括文法和語言、詞法分析、語法分析、語義分析、符號表和存儲組織等部分。每部分又包含多個知識點。針對每個知識點的具體情況和學(xué)生的程度，選擇合適的教學(xué)方法。綜合運(yùn)用這些教學(xué)方法，使其相互滲透，取長補(bǔ)短以充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢。在教學(xué)實踐中，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，根據(jù)學(xué)生的反饋，不斷更新優(yōu)化編譯原理知識點與教學(xué)方法之間的對應(yīng)關(guān)系，以達(dá)到理想的教學(xué)效果。

課前預(yù)習(xí)是課程學(xué)習(xí)之前的必要環(huán)節(jié)，除了預(yù)習(xí)教材上的內(nèi)容，線上資源也是預(yù)習(xí)的學(xué)習(xí)資料。在上課之前，老師可以上傳課前導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行有效的自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)上傳的資料，學(xué)習(xí)上傳的視頻資源等。教師采用討論法引導(dǎo)學(xué)生在QQ群和微信群中討論。教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)資料和觀看教學(xué)視頻進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，要求學(xué)生繪制出這堂課的知識結(jié)構(gòu)圖，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維、歸納及總結(jié)能力。鼓勵學(xué)生自主預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，利用小測試來檢驗課前學(xué)習(xí)效果。

課中采用直播教學(xué)法講授編譯原理的知識點。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法讓學(xué)生講解簡單知識點，使用討論法引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)言，教師進(jìn)行點評。對疑難和重要的知識點，采用啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)和對比教學(xué)方法進(jìn)行精講、慢講和重點講，可以隨時向?qū)W生提問，學(xué)生也可通過教學(xué)平臺即時反饋。借助案例將編譯原理的理論授課與實踐教學(xué)相連通。將案例轉(zhuǎn)化為通識性教學(xué)知識點，引導(dǎo)學(xué)生理解所使用的編譯技術(shù)和具體應(yīng)用方式。在向?qū)W生解析案例的過程中，梳理技術(shù)路線，從而降低學(xué)生掌握知識點的門檻，提高人才培養(yǎng)兼容性。同時，串聯(lián)前期基礎(chǔ)案例，實現(xiàn)案例設(shè)計性復(fù)現(xiàn)，注重“學(xué)”與“用”之間的關(guān)聯(lián)，提高了教學(xué)實用性。在不破壞人才培養(yǎng)方案的情況下，授課過程采用案例教學(xué)法，豐富擴(kuò)展了教學(xué)內(nèi)容，使所傳授的內(nèi)容與學(xué)生能力培養(yǎng)相適應(yīng)。

課后，要求學(xué)生重新觀看授課視頻、慕課、參考書籍等資料。為學(xué)生進(jìn)行課程內(nèi)答疑，開展課程外延性討論指導(dǎo)。課程組群內(nèi)的多名教師可以對學(xué)生的問題給出及時回復(fù)和指導(dǎo)。開啟騰訊會議進(jìn)行師生小范圍答疑和討論，也可以通過QQ聊天單獨(dú)進(jìn)行。要求學(xué)生在教學(xué)平臺上提交作業(yè)，組織學(xué)生參加專業(yè)的學(xué)科競賽。

三? 建立公平、高效和科學(xué)的課程評價體系

在新工科建設(shè)背景下，需要使用清晰可實施的評價體系來度量各個教學(xué)環(huán)節(jié)。真實、合理和科學(xué)的課程評價方式能夠反映出教學(xué)中所存在的問題，度量畢業(yè)要求是否達(dá)成，為持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容提供依據(jù)。評價體系應(yīng)該注重檢查學(xué)生對編譯知識的掌握程度和應(yīng)用能力，包括課前自主預(yù)習(xí)情況、課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)、實驗、實踐項目和期末考試環(huán)節(jié)等。利用MOOC課堂的統(tǒng)計功能查看學(xué)生教學(xué)視頻觀看時長、測試題完成情況和測試得分等信息。將這些信息作為過程性考核的依據(jù)。為了公正、清晰評價每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，需要制定評價表。注重評價學(xué)生的主要方面，以達(dá)到激勵和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的。評價標(biāo)準(zhǔn)和原則要清晰，評價體系要公開，同時評價過程需要具有持續(xù)改進(jìn)性。

使用課程達(dá)成度來度量學(xué)生對編譯知識點的掌握情況。在評價過程中，增加過程性考核的比例，減少期末考核的比重。將教學(xué)過程中的各項考核指標(biāo)都計入過程性考核成績之中，主要包括情感態(tài)度、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、平時作業(yè)和課堂測試等。這種以學(xué)生作為課程主體的評價方式，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

編譯原理課程的原理性和應(yīng)用性都很強(qiáng)，而且是緊密相關(guān)的。在考核時，既要注重編譯知識掌握情況的考察，又要重視上機(jī)實踐環(huán)節(jié)的考查。實踐環(huán)節(jié)不但能夠反映學(xué)生對基本知識點的理解程度，而且能夠反映出學(xué)生對編譯器結(jié)構(gòu)以及對高級程序語言的綜合掌握程度。加大對學(xué)生實踐能力的評價，包括實驗課、項目實踐等。應(yīng)該建立多元化的實踐成績評價體系，按照項目組的形式來開發(fā)編譯器以及輔助支持工具，并根據(jù)開發(fā)結(jié)果來進(jìn)行綜合性評價。鼓勵學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，倡導(dǎo)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”和“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的編譯知識運(yùn)用到實踐活動中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在課程評價中，注重實踐能力考核，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

每周組織課程組教師集體教學(xué)研討1次，分析學(xué)生在各個階段的學(xué)習(xí)成效。根據(jù)分析結(jié)果，對教學(xué)內(nèi)容甄選、教學(xué)方法優(yōu)化設(shè)計、翻轉(zhuǎn)課堂實施、課后答疑組織和學(xué)習(xí)內(nèi)容等進(jìn)行集體討論，并根據(jù)學(xué)生的信息反饋作出及時的教學(xué)調(diào)整。

四? 結(jié)束語

本文通過分析目前編譯原理教學(xué)中存在的問題，面向OBE理念，重構(gòu)和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，融合多種教學(xué)方法來組織教學(xué)活動，開展線上、線下一體化教學(xué)。最后給出了基于OBE理念的編譯原理課程評價體系。將教學(xué)設(shè)計應(yīng)用于哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的編譯原理教學(xué)之中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有了明顯提高，動手能力獲得了進(jìn)一步增強(qiáng)。

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基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“‘新工科’背景下面向OBE的編譯原理課程線上、線下一體化教學(xué)模式研究與實踐”（SJGY20220316）

第一作者簡介：高雪瑤（1979-），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，副院長，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為圖形圖像處理與自然語言處理。

*通信作者：張春祥（1974-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授。研究方向為圖形圖像處理與自然語言處理。