新工科背景下編譯原理教學改革研究

高雪瑤 張春祥

摘? 要：該文剖釋傳統編譯原理教育教學的缺陷，指出為適應計算機人才能力培養和行業需求，在新工科背景下，面向OBE理念，突出交叉融合，充分利用多種教學平臺和教學軟件，融合案例教學、啟發引導、項目驅動和翻轉課堂等教學方法進行線上、線下混合教學。培養學生使用編譯知識來解決復雜工程問題的能力和主動學習意識，提高課程教學質量，促使學生專業、素質全面發展。

關鍵詞：編譯原理;新工科;案例教學;項目驅動;翻轉課堂

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：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“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”行動，發布了“新工科”改革的相關文件，推動探索了中國工程教育模式和中國經驗[1]。哈爾濱理工大學立足“雙一流”，在新工科背景下，按照持續改進的工程認證思想要求，開啟了新工科建設與實踐探究。編譯原理是計算機專業的一門重要的專業課程，對于培養學生利用計算機語言處理技術進行系統分析和軟件設計的能力具有重要的作用[2]。在新工科建設中，對編譯原理教學提出了更高的要求。在教學過程中，需要培養學生的計算機實踐創新能力和靈活應用編譯知識解決現實生活中實際問題的能力，滿足專業應用需求。

一? 傳統編譯原理教學中存在的問題

編譯原理是計算機專業一門重要的專業課，也是后繼課程學習的基礎。計算機本科生都需要學習這門課程。在公司招聘和學術研究中，編譯技術是必不可少的。編譯原理課程難度大，知識概念多，內容抽象，算法復雜。很多同學都反映，編譯原理是有用的，但就是學不好。其原因是該課程是偏理論的計算機專業基礎課，教學方式有別于一般課程[3]。編譯原理理論性較強，內容抽象繁雜，導致學生缺乏信心，畏難不前，降低了學習興趣。在實踐環節中，學生不了解其中的原理，不知如何應用，不知為何而學。在教學過程中，發現學生學習缺乏主動性和積極性，課外缺少探索和自主訓練。雖然通過了課程考核，但是未掌握編譯原理的實質和精髓，只是了解到了一些零碎的知識點，不具備運用編譯技術來解決現實生活中的實際問題的能力。其主要原因是理論實踐教學內容與學生能力培養目標不適應。主要體現在教學過程缺乏工程性方法和系統性實踐與創新[4]。

二? 新工科視域下編譯原理教學改革

新工科人才的突出特征在于其解決復雜工程問題的能力[5]。根據新工科建設理念和要求，哈爾濱理工大學計算機科學與技術專業編譯原理教學團隊積極開展課程研究和實踐。根據產業轉型升級和社會發展的要求，以培養學生解決復雜工程問題為目標，根據課程目標重構和優化了編譯原理課程的教學內容;綜合網絡課程資源和教學軟件，構建了線上、線下一體化教學模式;面向OBE理念融合多種教學方法進行有效的教學組織，實現了從教師中心向學生中心的轉變。

（一）? 重構和優化編譯原理課程的教學內容

新工科是高等工程教育教學改革的新范式，其核心目標是提升高等工程人才培養質量，積極回應新時代對于卓越工程師的迫切需求，旨在培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，支撐產業轉型升級。為了適應新工科人才培養的要求，應該在OBE理念的指導下，以學生獲得的最終能力為中心，反向推導制訂所需的教學內容。在編譯原理課程的教學設計中，教師的教學內容應該滿足學生最終獲得能力的要求。在編譯原理課程開設之前，學生已經學過程序設計語言、計算機基礎和組成原理等課程，有一定的程序設計能力，具備了一定的計算機存儲分配與管理知識[6-7]。對于能力培養目標貢獻較大的內容，應該分配更多的學時進行講解。對于簡單和已經具有前期知識鋪墊的內容，在教學上可以采用學生自主學習或引入案例進行做中學或做中復習的方式。課前，教師布置任務讓學生查閱資料進行自學。課堂上，采用翻轉授課方式讓學生去講解，然后教師進行點評。區分知識重要程度，突出重點，避免課堂上知識的簡單重復性學習，以提高學習效率。同時，以學生為中心，不斷調整優化教學內容，以適應培養目標和畢業要求，保證滿足人才培養的要求。

編譯原理是一門原理抽象，實踐性強，知識模塊關聯緊密的課程，刻畫了編譯的整個流程。選用合適的案例進行講解能夠將編譯技術的抽象原理形象地展示出來，便于學生更好地去學習，同時對于培養學生綜合運用課程知識解決復雜問題是很有好處的，可以幫助學生形成更加完整緊湊的知識體系。在教學過程中，通過演示案例來講解對應的編譯知識點。根據教學內容來選擇典型性、可行性和濃縮性的案例。與學生一起分析、討論和擴展案例，讓學生親自動手去操作和實現案例，啟發學生改進和創新案例。鼓勵學生大膽嘗試，學以致用。根據學生掌握的情況，完善教學案例，調整教學方法，激發學生學習編譯原理的興趣。通過演示案例程序吸引學生的注意力，讓他們體會到如何利用編譯技術來解決實際問題。同時，提供案例實現代碼，讓學生通過比照代碼來提高自己的編程能力。

（二）? 構建線上、線下一體化教學模式

在線課程為教學過程提供了一個融合豐富學習內容的基礎性教育平臺。MOOC平臺提供了很多編譯原理的在線課程，可以作為學生自主學習的資料。在教學過程中，借助MOOC平臺和網絡資源，整合不同教學方式，使學生學習更具靈活性和主動性。

科學建設線下資源如教材、輔導性學習資料、習題集等，豐富學生的學習資源，提高學生的學習效率。同時，著力對線上資源進行系統化的建設和優化。線上資源包括MOOC課堂、教學視頻、知識圖譜、教學大綱、教學進度表、教案、教學PPT和教學案例、微信群和騰訊課堂等。在教學時，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行線上教學和互動討論，學生也可以進行自主在線學習。教與學變得更加靈活，不受時間和場地對教學的限制。教學資源主要由教師提供，學生可以參與其中。教師錄制教學視頻，分享到課程群中，讓學生進行課前自主學習。為了便于學生學習，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，以檢驗學生的學習效果。針對編譯技術的迅猛發展，教師可以錄制視頻介紹其最新進展，將課程內容與現實應用緊密結合，提高學生學習興趣。融合多種網絡課程資源和教學平臺有效開展線上教學活動，如圖1所示。

教師在騰訊會議、釘釘中直播課程，和學生進行課堂研討、對話互動。同時，利用MOOC課堂發布預習PPT和教學視頻，進行課堂測試、課后測試，使用MOOC課堂的簽到功能來管理課堂。借助MOOC課堂的統計功能觀察學生實時學習情況，及時調整教學內容和教學方法。運用騰訊QQ與微信群來通知消息，進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平臺，有利于取長補短，最大效率地發揮各種平臺的優勢，提高教師授課質量。綜合運用紙質的、電子的、文字的、圖片的和視頻的教學資料，從不同視角全方位傳授教學內容，豐富授課形式，可以最大限度地調動學生的學習主動性，提高學生的學習效果。一種教學資料在不同的教學平臺上會有著不同的教學效果。一種教學平臺在使用不同的教學資料時會有著不同的授課質量。在一種教學平臺上，可以使用多種形式的教學資料。一種形式的教學資料，可以在多種教學平臺上使用。在實際教學過程中，應該認真總結教學經驗，尋找每種教學平臺上適用的多種教學資料。將要講授的教學內容，按照章節組織。根據各部分內容的特點，選擇適用的教學平臺和對應形式的教學資料。課前、課后可以實現教學平臺和資料形式的頻繁切換，以調動學生學習的積極性。在授課過程中，應該盡量減少教學平臺和教學資料形式變換的次數，在最短的教學時間內傳授更多的教學內容。多種教學平臺和多種教學資料需要相互結合，最大程度地發揮出平臺與資料的教學效果。在授課過程中，應該經常召開課程組內教師的教學研討會，針對教學平臺和教學資料問題開展討論。根據學生的反饋情況，進行適時的調整。

（三）? 融合多種教學方法進行有效的教學組織

為了培養出合格的創新型新工科人才，需要對現有的教學方式進行升級[8-9]。線上線下教學采用什么樣的教學方法是教學成敗的關鍵所在。要圍繞學生達成學習成果來進行整個教學設計與實施，了解學生學什么和如何學，引導學生進行有效學習。針對編譯原理課程的特點，分階段有效利用線上、線下教學資源，綜合使用多種教學方法來提高學生自主學習能力和學習效果。使學生從知識被動獲取者變為主動獲取者，滿足新工科人才培養的要求。將翻轉課堂教學法[10]、啟發式教學法、案例教學法、自主學習法、對比教學法、練習法、討論法、錄播教學法、直播教學法和閱讀指導法滲透于各個階段。編譯原理的重要知識點及對應的教學方法，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生的程度，選擇合適的教學方法。綜合運用這些教學方法，使其相互滲透，取長補短以充分發揮它們的優勢。在教學實踐中，總結教學經驗，根據學生的反饋，不斷更新優化編譯原理知識點與教學方法之間的對應關系，以達到理想的教學效果。

課前預習是課程學習之前的必要環節，除了預習教材上的內容，線上資源也是預習的學習資料。在上課之前，老師可以上傳課前導學內容，引導學生根據教學目標進行有效的自主學習，學習上傳的資料，學習上傳的視頻資源等。教師采用討論法引導學生在QQ群和微信群中討論。教師指導學生閱讀學習資料和觀看教學視頻進行課前預習，要求學生繪制出這堂課的知識結構圖，注重激發學生學習興趣，培養學生發散性思維、歸納及總結能力。鼓勵學生自主預習課程內容，利用小測試來檢驗課前學習效果。

課中采用直播教學法講授編譯原理的知識點。采用翻轉課堂教學法讓學生講解簡單知識點，使用討論法引導學生思考發言，教師進行點評。對疑難和重要的知識點，采用啟發式教學、案例教學和對比教學方法進行精講、慢講和重點講，可以隨時向學生提問，學生也可通過教學平臺即時反饋。借助案例將編譯原理的理論授課與實踐教學相連通。將案例轉化為通識性教學知識點，引導學生理解所使用的編譯技術和具體應用方式。在向學生解析案例的過程中，梳理技術路線，從而降低學生掌握知識點的門檻，提高人才培養兼容性。同時，串聯前期基礎案例，實現案例設計性復現，注重“學”與“用”之間的關聯，提高了教學實用性。在不破壞人才培養方案的情況下，授課過程采用案例教學法，豐富擴展了教學內容，使所傳授的內容與學生能力培養相適應。

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

三? 建立公平、高效和科學的課程評價體系

在新工科建設背景下，需要使用清晰可實施的評價體系來度量各個教學環節。真實、合理和科學的課程評價方式能夠反映出教學中所存在的問題，度量畢業要求是否達成，為持續改進教學方法和調整教學內容提供依據。評價體系應該注重檢查學生對編譯知識的掌握程度和應用能力，包括課前自主預習情況、課后作業、課堂表現、實驗、實踐項目和期末考試環節等。利用MOOC課堂的統計功能查看學生教學視頻觀看時長、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。為了公正、清晰評價每一個學生的學習結果，需要制定評價表。注重評價學生的主要方面，以達到激勵和引導學生學習的目的。評價標準和原則要清晰，評價體系要公開，同時評價過程需要具有持續改進性。

使用課程達成度來度量學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。將教學過程中的各項考核指標都計入過程性考核成績之中，主要包括情感態度、學習表現、平時作業和課堂測試等。這種以學生作為課程主體的評價方式，有利于提高學生學習的主觀能動性，激發學生的學習熱情。

編譯原理課程的原理性和應用性都很強，而且是緊密相關的。在考核時，既要注重編譯知識掌握情況的考察，又要重視上機實踐環節的考查。實踐環節不但能夠反映學生對基本知識點的理解程度，而且能夠反映出學生對編譯器結構以及對高級程序語言的綜合掌握程度。加大對學生實踐能力的評價，包括實驗課、項目實踐等。應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編譯器以及輔助支持工具，并根據開發結果來進行綜合性評價。鼓勵學生參與大學生創新創業項目，倡導學生參加“挑戰杯”和“互聯網+”大賽，引導學生將所學的編譯知識運用到實踐活動中，培養學生的創新能力。在課程評價中，注重實踐能力考核，促進學生的全面發展。

每周組織課程組教師集體教學研討1次，分析學生在各個階段的學習成效。根據分析結果，對教學內容甄選、教學方法優化設計、翻轉課堂實施、課后答疑組織和學習內容等進行集體討論，并根據學生的信息反饋作出及時的教學調整。

四? 結束語

本文通過分析目前編譯原理教學中存在的問題，面向OBE理念，重構和優化教學內容，融合多種教學方法來組織教學活動，開展線上、線下一體化教學。最后給出了基于OBE理念的編譯原理課程評價體系。將教學設計應用于哈爾濱理工大學計算機專業的編譯原理教學之中，學生的學習成績有了明顯提高，動手能力獲得了進一步增強。

參考文獻：

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[7] 黃賢英，曹瓊.新工科背景下《編譯原理》的重定位思考與實施[J].福建電腦，2017，33（9）：78，80.

[8] 楊志斌，周勇，王立松.面向航空航天特色新工科的編譯原理教學改革探索[J].軟件導刊，2021，20（10）：232-235.

[9] 諶志群，王榮波，黃孝喜.新工科背景下編譯原理課程工程案例設計[J].計算機時代，2020（12）：91-93，96.

[10] 林永民，王涵，陳琳.基于翻轉課堂的案例教學模式的構建與實施研究[J].華北理工大學學報（社會科學版），2021，21（4）：91-96.

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“‘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。