省級混合式一流課程建設探索與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）12-0036-04

Abstract：CompilerPrinciplesisthebasiccourseinthecomputerdisciplineatGuangzhouUniversityanditwasrecognized asafirst-classundergraduatecourseofGuangdongProvincein2O22.Fortheconstructionofthefirst-classcourse，theteaching teamofCompilerPrincipleshasexploredandpracticedvariousonlineandofineteachingactivities，includingteachingmodes， experimentaldesigns，andassessmentexercises.Someelementsof teaching modeof \"Three Doubtsand Three Inquiries\"were integratedintoBOPPPSmodel.Someexploratoryexperimentswithspiralmulti-leverstructuresweredesigned.Aninteractive intellgentonlineexercisesystemforcomplexquestionswasdeveloped，whichcancontroltheprocesswhenstudentsanswrthe complexquestions.Emphasizingstudent-centeredandproblem-orientedideas，theconstructionandreformofteachingguide studentstodeepentheirunderstandingofknowledgepoints，enhancetheiranalysisof dificultprofesionalconcepts，andtrain theirindependentlogicalthinkingabilitiesofprofessionalknowledge，byfullyleveragingtheadvantagesofmultipleteaching modes.Multiple semesters of blended teaching practices show that the teaching reformsachieved the good results.

Keywords：CompilerPrinciples；fistclasscourse；blendedteaching；multipleteachingmodes；processcontrolledexercisesystem

為貫徹落實《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》精神，建設廣東特色一流課程和一流課堂，廣東省教育廳提出了《廣東省教育廳關于強化課程思政建設一流課程的意見》，要求各高校要結合落實該意見，力圖消滅“水課”打造“金課”，立起課程建設新標桿，完善多類型、多樣化的教學內容和課程體系，建設一批適應新時代要求的一流本科課程。

編譯原理課程自2018年獲批校級在線開放課程建設項目后，經教學團隊四年的探索和實踐，于2022年6月被認定為省級線上線下混合式一流課程?；趯W校對省級一流課程的重視和支持，編譯原理課程獲得了持續地更新和完善。2023年在課程實踐方面，依據不同能力水平的學生設計了螺旋分層的探索性實驗項目并已開展了4期實驗訓練；2024年在線上學習平臺方面，新構建了知識圖譜、能力圖譜、問題圖譜等個性化輔助學習資源，并運用大語言模型技術，實現了針對不同能力水平學生的畫像，并精準推薦個性化線上學習資料和學習方案；同年在課后練習方面，開發了過程管控的智能交互式主觀綜合題線上練習系統。該混合式課程在學校課程改革中充分發揮了示范作用，引導教師們更新課程建設理念，創新課程教學方法，完善課程考核評價，全面提升課程質量。

一編譯原理課程內容的學情分析

編譯原理是ACM和IEEE認定的計算機學科主干課程，難度較高，注重理論與實踐結合[2。學生需掌握抽象理論并動手編碼，實現理論到技術應用的轉換。該課程幫助學生理解編譯系統結構、工作流程及設計原理和實現技術，培養分析、設計、實現和維護編譯系統的能力。同時，它加深了學生對程序設計語言、操作系統等課程的綜合理解。該課程有助于增強學生對計算機系統的總體認識，為計算機系統核心軟件部件設計和開發提供扎實理論與技術基礎

編譯原理課程內容豐富、涵蓋面廣，包含了眾多抽象理論與復雜實現技術，雖有利于培養學生嚴謹的邏輯思維，但也容易產生畏難情緒3-4。教學中存在的難點主要體現在以下三個方面。首先，課程中的知識點繁多，概念抽象且復雜。如編譯過程中的“遍”與“階段”語法分析中的句型、句子、短語等，這些術語生澀難懂、易混淆。其次，理論規則繁瑣且邏輯性強。例如LL（1）語法分析需掌握建表和查表兩大規則；而在建表前還需運用FIRST集和FOLLOW集求解規則進行計算，其中每個規則又包含若干步驟；只有在先正確建立LL（1）分析表之后，才能給出正確分析過程及結果，整個過程較繁瑣復雜，一個中間錯誤往往易連鎖導致后續步驟全錯。除此之外還存在算符優先分析法、LR（0）分析法、SLR（1）分析法等多個類似的復雜分析法。最后，從理論學習到編碼實現的過渡也是一大難點。實現編譯程序這樣復雜的大型軟件系統，學生需對編譯體系有全面的了解，并從程序實現機理上理解和掌握編譯知識，還需融合程序設計語言、算法等課程內容，兼顧理論理解與實踐操作，通過開發編譯器達到理論與實踐的深度融合，才能全面掌握課程精髓。

二線上線下混合式教學的改革措施

雖然線上線下混合式教學在一定程度上變革了傳統教學方式中“教”的形式和“學\"的途徑，提高了學生學習的便捷性，延長了教學的時效性，打破了考核的局限性。但是不論線上自主視頻學習、線下面授講解，還是課程考核或實踐應用，都需要深思如何引導和啟發學生，在學習專業課過程中鍛煉學生從專業思維角度提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（1） 教學模式上的再造

為了取得期望的教學效果，編譯原理教學團隊在初期將BOPPPS教學模式8融入課前、課中和課后三個階段中，如圖1所示，整個教學過程分成導入、目標、前測、參與式學習、后測、總結6個步驟，以便有效地在教學過程中開展以學生為中心的教學活動。其中，課前，通過推送一些教輔資料、模擬題和相關知識點的討論題等，以不同形式來加強學生對教學內容的熟悉，輔助學生學習線上視頻課程。課中，以強化學生理解課程理論知識和分析實驗過程為目的，重組線下授課內容的講解脈絡、詳略程度等，將授課內容精細地劃分為理論講解、習題評講、理論-實驗對應解析、代碼點評等類型，有針對性設計和選取不同教學場景與授課方式，并借用線上隨機選人互動、隨堂線上小測等形式改變傳統單一灌輸的授課形式。課后，教師針對不同類型的授課內容制定課后作業，例如理論講解課和例題分析課可布置思維圖繪制作業，督促學生熟悉從局部單個知識的重難點，到整章知識脈絡之間的關系網等；理論-實驗解析課和代碼點評課，配合螺旋分層式實驗方案輕松實現理論到實踐的過渡，并輔以單元練習、小組討論和隨機試卷等方式從多種深度、廣度和難度方面測評學生學習質量。

旨在更好地秉承“以問題為導向”的理念，經過多次教學研討，教學團隊對原教學模式進行了再造，將“三疑三探”教學模式中的環節融合到BOPPPS教學模式中，充分發揮各自的優勢。“三疑三探\"教學模式的關鍵在一個“疑\"字和一個“探\"字，有了疑問才會思考、才會探索，即用問題來激發學生的學習動力與興趣。該教學模式主要包含四個教學環節：設疑自探—解疑合探一質疑再探一運用拓展。

我們將其中的“設疑自探”環節融合到BOPPPS教學模式的“B（導學）\"步驟中，引導學生以問題為導向，分別運用相關知識點的問題鏈和線上平臺的問題圖譜，實現學生自主預習和提高鞏固的自的。在課前新知識點預習環節，讓學生帶著問題從視頻或教材中去尋找答案，按問題鏈的難易程度，在自問自答中加深對新知識點的理解。以問題為導向會使得學習更有針對性、目的性和方向性，一方面問題中包含的信息，可令學生意識到自己在學習時容易忽略的知識細節；另一方面解答問題時，無形中學生自行檢查了線上學習的成效，促使學生在線下面授課上，潛移默化中主動聽取老師的授課內容來解惑或提出自己的觀點，從而提高學生對專業知識難點的剖析深度，鍛煉學生對專業知識的自主邏輯思辨能力。此外，教學團隊還在線上平臺原有輔助資源基礎上開發了編譯原理課程的知識圖譜、能力圖譜等，擴充了BOPPPS模式中“P（參與式學習）\"的多種不同角度的學生參與方式。同時，在運用問題圖譜進行“質疑再探”環節后，設計不同教學場景下的開放性小組討論、代碼點評等多種形式互動活動實現學生-學生之間、學生-教師之間的“解疑合探”，并在“P（后測）\"和\"S（總結）\"中的思維導圖和分解式實驗上均實現了“運用拓展\"環節。

（二） 實驗教學的探索

為了由淺入深地實現從“運用原理解題”階段到“編譯技術開發實踐\"階段的教學過渡，編譯原理課程團隊將基礎性實驗進行“分解型\"設計。實驗教學內容從學生學習方式出發，開發了多階段輔助性的分解式小任務，幫助學生逐步完成“理論答題” ？ “求解方法的形式化描述” ？ “流程圖繪制” “整體運行框架下部分功能的代碼填充” ？ “整體代碼的模塊劃分和封裝”，實現學生專業能力由點到面的過程質變、由簡單到復雜、由局部到整體、從單一功能到完整小型編譯器等循序漸進的多層次實驗要求設置，從而幫助學生比較平滑地逐層提高到能獨立開發完整的不限編程語言的小型編譯器。通過剖析一些編譯技術案例實現的全過程，由表及里認識問題本質的同時，逐層疊加實驗內容，螺旋上升提高難度，激發學生主動嘗試運用編譯技術來思考和解決問題，并在實驗要求上給予一定的自由發揮空間，激發學生的創造潛力。

（三） 測評練習上的優化

當前，在眾多的教育平臺上[，線上答題測評方式因其不受地域、時間等方面的限制，一定程度上有效減少了教師的批閱工作量，降低了批改誤判率，在很多高校課程上得以普及。查閱編譯原理課程在中國大學MOOC、學堂在線、智慧樹等多個線上平臺的隨堂測評、練習作業和考試題目時，不難發現在已建立的線上習題庫中，填空、判斷、選擇等形式的客觀題所占的比重較大。不論是題量、題目形式（例如填空、判斷、選擇等）作答方式、評分標準等，線上客觀題相比于主觀題都具備一定的優勢。然而對于編譯原理課程的部分章節而言，不可避免地需要通過主觀題或綜合大題以畫圖、建表等形式來進行考核，其中綜合大題融合了多個知識點，其詳細完整的解答過程不僅可以反映學生的專業邏輯性，還可以體現學生思考問題是否嚴謹、是否符合專業規范表述等。因此線上測評有必要設置一定數量的綜合大題或主觀題。

線上平臺系統對于綜合主觀題的考核與批改常采用的方式主要有兩種，一種是學生在紙上手寫作答，然后拍照上傳到線上系統，教師再依據照片來批改評閱；另一種是簡化題目考核的知識點，以客觀題形式來完成主觀題的考核。前者照片內容的清晰程度或上傳圖片的順序等都會給教師批改增加難度，后者在一定程度上降低了題自難度，難以從廣度和深度上實現對學生的測評，因此不論哪一種方式都不能真正意義上充分發揮線上考核的優勢。

編譯原理課程教學團隊前期對編譯原理綜合主觀類題自學生答題情況進行了一系列調研，總結了學生答題習慣和易犯錯的知識點，分析了各知識點相關問題的作答格式、主觀得分和考察點等。在此基礎上結合當前的智能識別技術，課程組設計開發了一款交互式管控答題過程的綜合大題練習系統，實現了真正意義上的每一步線上作答和自動評分，在不降低考核難度的基礎上，改變了手寫作答、拍照上傳的“傳統\"方式，利用線上系統的新控件新形式來實現線上繪圖、填表、自動批改等功能。目前，運用交互式綜合題練習系統可完成多種詞法分析、語法分析的綜合主觀大題，以LL（1）語法分析題為例，如圖2所示， 學生上傳待分析的文法產生式后，系統會自動識別文法中所有的終結符、非終結符，以及各產生式的左部和右部等信息； 依據分析獲得的各非終結符號（系統中藍色代表題目已知信息），在新頁面上自動生成一個個對應的First集和Follow集空表供學生填寫（系統中黃色代表待填寫），待學生提交答案后，系統以不同顏色區別填寫結果的正確性，系統中紅色代表錯誤，綠色代表正確； 在First集和Follow集解答正確的前提下，系統會自動生成該文法對應的LL（1）分析空表； 正確填寫LL（1）分析表后，新頁面要求學生提交待分析的輸入串，同時要求學生按指定格式填充分析過程； 答題結束后，系統會以表格形式自動顯示完整的正確分析過程，以及每一步分析對應的棧的模擬存儲情況。該系統一方面避免了因學生答題的主觀隨意性導致的教師批改難度和批改時間的增加，另一方面在做題過程中通過智能交互形式及時幫助學生直觀定位自己理解不清的知識點或出錯的解答位置，從而有效改變了傳統答題“一答到底”的練習方式，通過交互式管控答題過程的方式，模擬了一位隨時答疑解惑的智能老師輔導學生完成章節綜合練習并歸納總結章節重難點。

三 教學實踐效果

編譯原理課程以編譯核心知識為綱，以應用實現技術為主，以豐富的示例實踐為線，側重于編譯理論的具體實現，實驗任務不限編程語言?；诘胤骄C合性院校學生特點，教學團隊持續迭代更新線上教學資源、豐富線上交互學習形式，完成了7期線上線下混合式教學，累計講授計算機科學與技術等4個專業的學生1500余人，每期線上隨機組卷期末考試人均測評分在80＼～85分，平均及格率為 97.7% 。該課程的學生評教成績穩定在前 10% ，并獲評為四星級課程，多次入選校優秀教學案例簡報，課程負責人該課程的講授也獲評為學校教學創新大賽一等獎；學生理論成績逐年有所提升，實驗基本要求完成率 98% ，高階探索部分實驗成功率 40% 。

四 結束語

作為一門省級一流的計算機學科必修課程，編譯原理課程秉持“以學生為中心，以問題為導向”等理念，明確了課程教學內容、教學自標和學生學習習慣、學習方式等之間的關聯關系，為激發學生的學習主動性，立足于理論和實踐緊密結合的課程特性，融合再造了BOPPPS和“三疑三探\"兩種模式的多個環節，依據不同能力水平的學生設計了螺旋分層的探索性實驗項目。在教學內容上，將線上平臺的個性化輔助學習和多種教學主題場景的線下課堂相結合；在考核測評方面，采用線上題庫隨機組卷方式從深度和廣度方面實現對學生的測評，此外新開發的智能交互式綜合大題練習系統，改變了傳統答題“一答到底\"的練習方式，通過交互式管控答題過程的方式，幫助學生快速定位出錯位置和自己的薄弱環節。編譯原理線上線下混合式教學模式具有較好的借鑒價值，并以教學沙龍等形式在校內以及校外進行了教學示范和交流推廣。

參考文獻：

[1]吳應江，王攀科，侯潔，等.信息管理與信息系統一流專業建設探索與實踐[J].高教學刊，2024，10（30）：35-38.

[2]徐偉，劉碩，張昱.基于LLVM驅動程序的編譯原理實踐教學改革[J].軟件導刊，2023，22（6）：191-195.

[3]高雪瑤，張春祥.案例與項目相結合的編譯原理教學改革[J]高教學刊，2024，10（3）：64-67.

[4]高雪瑤，張春祥，李成嚴，等.面向OBE理念的編譯原理教學改革研究[J].高教學刊，2024，10（19）：38-41.

[5]彭源，張挺，孫超超，等.編譯原理線上線下混合式教學方法研究與實踐[J].電腦與信息技術，2023，31（6）：97-98，109.

[6]劉洪娟，宋經平，韓春燕.編譯原理慕課建設與混合式教學設計[J].計算機教育，2020（4）：98-101.

[7]張敏，劉驥，葛亮，等.以培養可持續競爭力為目標的編譯原理課程改革[J].計算機教育，2023（8）：31-35.

[8]樊雷.BOPPPS模式輔助計算機專業課程彈性可視化思維教學研究[J].電腦知識與技術，2024，20（24）：145-148.

[9]劉兵，劉明明.面向工程教育專業認證的實例化驅動混合教學模式的探索與實踐——以\"編譯原理\"課程為例[J].工業和信息化教育，2021（1）：32-37.

[10]任小強，王雪梅，唐曉華，等.基于Python的編譯原理教學演示模塊設計與實踐[J].工業控制計算機，2021，34（9）：72-73.