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基于对分课堂的编译原理混合教学改革.pdf

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资源描述

1、107计 算 机 教 育Computer Education第 10 期2023 年 10 月 10 日中图分类号:G642基于对分课堂的编译原理混合教学改革聂文梅,宋晓霞(山西大同大学 计算机与网络工程学院,山西 大同 037009)摘 要:针对编译原理教学过程中学生存在的学习积极性不高、不提问题和提不出问题以及无法解决实际问题的教学实际,分析三大问题产生的本质原因,提出使用对分课堂教学方法进行编译原理教学改革,介绍具体教学改革过程,最后说明教学改革效果。关键词:教学问题;学习问题;对分课堂;新工科;编译原理文章编号:1672-5913(2023)10-0107-05基金项目:山西大同大学校

2、级教改项目“基于对分课堂的编译原理 课程改革与实践”(XJG2021252);山西大同市重点研发项目“大同市旅游产业大数据分析与应用开发”(2020023)。作者简介:聂文梅,女,讲师,研究方向为大数据处理,;宋晓霞(通信作者),女,教授,研究方向为大数据、物联网,。0引 言2017 年以来,教育部积极推进新工科建设,开拓了工程教育改革新路径。工程教育的 OBE教育理念以学生为中心,以能力产出为导向,以课程实现为载体,整个过程要求不断持续改进,形成教育的良性闭环1。基于能力产出成为各高校教育改革的指向标,高校教育由知识教育转向能力教育,要求培养学生批判性思维、创造性思维、合作与沟通能力等核心素

3、养。课程改革成为工程教育改革的切入点,新工科对课程教学提出了新的要求,深化课程、教材、教学内容和教学方法的改革,完善实践教学体系,提升实践教学质量,形成有利于培养与提升学生实践创新能力的人才培养模式。2018 年第十一届“中国大学教学论坛”上,教育部高等教育司司长吴岩提出了“两性一度”的金课标准。2020 年教育部印发了高等学校课程思政建设指导纲要,深入推进思政课程与课程思政在实施“五育并举”上同向同行2。这些教育改革举措为课程改革3-5提供了方向。编译原理作为计算机科学与技术专业的一门专业必修课,在计算机专业人才培养方面有着重要的地位。通过编译原理的学习可以让学生真正认识计算机信息处理的实质

4、,训练计算思维和抽象思维能力、系统软件的开发实践能力。怎样迎合时代特点,更好地通过课程学习提升学生能力达到新工科要求,是亟须解决的问题。1编译原理教学问题剖析“新工科”要求背景下,为了提升学生能力,对编译原理课程进行有效教改,必须聚焦课程中存在的关键问题并对其进行深层剖析,只有找到问题的根源,才能够对症下药,提升教学质量,更好地完成高校的人才培养目标。通过对编译原理课程教学的不断改革、创新、实践和反思,发现课程教学问题的本质是由学生的学习问题引起的,教学改革的目标是解决学生的学习问题。编译原理的学习过程中学生主要存在以下 3个问题:学生从来不提问题;学生提不出问题;学生无法解决实际问题。经过认

5、真剖析,产生问题的本质原因和解决方法如下。(1)学生从来不提问题。主要体现在学生学习目标不明确,对课程不感兴趣,课堂不互动,不会主动去获取相关知识;或者有的学生以考研为目的,考什么学什么。从这些表象深层挖掘,发现学生不主动提问题的本质根源是学生意识形2023108计 算 机 教 育Computer Education态问题,在思想上对大学生活没有明确的规划和认识。应认真落实教育部的高等学校课程思政建设指导纲要,将思想政治教育贯穿人才培养体系,实现思政课程与课程思政同向同行,将思想政治教育有机融入课程的教学与改革,实现知识传授与价值引领的有效结合,在知识传授中融入“润物细无声”的理想信念层面的精

6、神指引,帮助学生树立正确的人生观和价值观,树立自己的人生目标和学习目标。思想决定行动,当思想问题解决,学生的学习就会积极主动。另外,在教学方法和教学内容上采取一些策略来提升学生的学习兴趣。(2)学生提不出问题。主要分两种,一种是学生不知道自己不知道,另一种是不知道自己哪里不知道。这两种情况的本质原因是学生思维僵化,知识储备不足,没有形成相应的知识体系。传统的教育模式剥夺了学生的思考能力,让学生不会思考,将学生思维固化,不懂得发散性思考,我们要做的就是打破这种“思维僵化”,让学生的思维相互碰撞,在相互的碰撞中,学习的问题就会自然显露,课堂的讨论就是很好的思维释放方式。(3)学生无法解决实际问题。

7、主要体现在实践能力不足,解决问题的思维能力有限,不擅长沟通协作等几个方面,究其本质是学生认知水平受限、实践能力不足造成的。学习是知识不断自我内化、吸收和建构的过程6,大数据技术的发展使得信息以几何级增长,如何在海量信息中获得需要的知识,要求学生有很强的自学能力。时代的发展同样对学生的思维能力和沟通协作能力提出了较高的要求,计算机类学生抽象思维和逻辑思维能力显得尤为重要,然而传统的教学导致学生思维能力受限,对一些较难的重点知识理解不了或者理解不深,无法使用计算思维解决实际问题,常常产生“眼高手低”的情况。针对这种情况可以加大实践力度,让学生不断学以致用,也可以创设环境进行思维引导,遇到同类问题自

8、然迎刃而解;同样,积极协作的课堂可以锻炼学生的学习、协作和沟通能力。2基于对分课堂的混合教学模式基于对分课堂的线上线下混合教学模式如图1 所示,该混合模式以线下的对分课堂和线上的雨课堂+学习通平台构成,两者相辅相成,构成一个可持续改进的学习闭环。其中对分课堂遵循“学生为中心”的教育理念,整个课堂教学由精讲留白、独学内化、小组讨论和提问答疑 4 个过程构成,教师学生权责对分,充分调动学生学习积极性,让学生更多地参与学习过程。线上教学平台学习通为学生提供随机学习、讨论、课后测试和作业提交的场所,方便学生课后查漏补缺,进行自主学习,雨课堂主要进行考勤与课堂互动。利用该混合教学模式对编译原理课程进行教

9、学改革,能够有效解决课程教学中学生存在的三大关键问题。图 1 基于对分课堂的线上线下混合式教学模式独学内化小组讨论提问答疑对分课堂精讲留白线上线下混合教学雨课堂+学习通学生随机学习、讨论、测试、课堂互动、作业提交、考勤等教改纵横第 10 期1093基于对分课堂的混合教学改革3.1教学环境模式创设在20余年的教学过程中,山西大同大学(以下简称我校)编译原理课程经历多次改革,由传统课堂教学到翻转课堂,从翻转课堂到微信+雨课堂+学习通三位一体的线上线下混合式教学,最后形成基于对分课堂的线上线下混合教学 模式。后疫情时代学生返校,三位一体的线上线下混合模式体现了其局限性,在学生能力培养上不能实现预期目

10、标。为了适应新的教学情况,体现新工科的学生为中心、能力为导向、课程实现为载体,我校编译原理课程采用了线下对分课堂教学为主,线上教学模式为辅的线上线下混合式教学环境模式。课堂教学刚开始采用问题驱动模式,以一个个问题驱动教学,引导学生进行思考学习。2021 年笔者参加了山西省高校骨干教师对分课堂工作坊培训之后,尝试在课堂采用复旦大学张学新教授的对分课堂,教师学生权责对分,将更多的时间留给学生进行学习与讨论,真正做到了学生为中心,整个教学过程分为精讲留白、独学内化、小组讨论和提问答疑 4 个过程7。雨课堂与学习通作为主要的学习资源平台,为学生开展自由随机学习、讨论与测试、课堂互动、作业提交、考勤等活

11、动提供可能。3.2课程内容重构对学习资源和课程内容进行合理的安排与重构,既考虑学生的个性差异又考虑课程内容的科学性和趣味性。线上课程资源可以让不同的学生针对自己的学习习惯随意选择适合自己的教学资源,构建多元化的测试题对自己的学习情况进行检测与评价。对教材进行精准科学处理,教学设计中教学内容、方式和方法要体现“两性一度”,每个章节的知识点针对学习目标进行细化,标注哪些精讲、哪些留白、需要多少时长,提炼课程思政元素,设计合理的对分教案。编译原理课程中有限自动机知识点的对分教案见表 1,其中有对分课堂的 4 个过程和所占时长。知识点的讲解示例尽量以实际问题的应用为例,从而在知识学习的同时培养学生问题

12、求解的能力。为了进一步提升学生实践能力,在每个大的知识点后面提供实践性大作业。3.3教学方法创新编译原理课堂教学方式如图 2 所示,采用对分课堂进行教学,对分课堂全面而系统地贯彻了最近一个世纪最有影响力的四大学习理论:人本主义、认知主义、建构主义和行为主义;以及三大教学理论:布鲁纳的探究式学习、赞可夫的发表 1 有限自动机知识点对分教案过程内容教师学生A1 精讲留白(17)知识内容:【例 1】构造一个有限自动机,可以接受汉语词组 AABB,ABB,ABAB【例 2】构造一个识别 0(0|1)*语言的有限自动机【例 3】构造一个汽车管理自动机【思政元素】通过以上例子让学生学会抽象到具体的计算思维

13、,会用一个抽象的通用模型工具去解决实际的具体问题讲解提问聆听思考应答A2 独学内化(10)【狼、羊、白菜问题】用有限自动机实现狼、羊、白菜和农夫的渡河问题监督学生独自完成(亮考帮)A3 小组讨论(5)讨论独学内化的内容,形成小组意见监督讨论形成讨论结果A4 小组提问教师答疑(7)独学内化,小组讨论的内容随机找小组提问,答疑分享讨论结果,提出疑问展性学习和根舍因的范例教学,遵循其中共计65个主要原则。将教学过程分为 4 个环节:精讲留白、独学内化、小组讨论和师生对话。(1)精讲留白:教师先讲,讲框架,讲基本概念原理,充分而不过分地引导。(2)独学内化:每个学生独立完成的过程,2023110计 算

14、 机 教 育Computer Education教师在这个过程中是一个旁观者的角色,学生可以进行探究性、个性化学习,提出自己的“亮、考、帮”。在整个内化过程中充分关注学生个性差异,促进学生独立思考与个人理解,形成自己的思考学习成果,完成知识、能力和情感的个人建构过程。(3)小组讨论:解决低层次个性化问题,提炼高层次问题。学生 46 人为一个小组,小组讨论是学生思维火花碰撞的过程,激烈的讨论让学生动起来,将不知转化成已知,从一知半解变得思路清晰,甚至顿悟,同时思维能力、协作能力、与人沟通的能力、独立思考和学习能力都会得到极大提升。在此基础上,将独学内化过程的产生的低层次个性化问题转换成高层次的共

15、性问题,完成内容的群体建构。(4)师生对话:教师答疑,解决高层次共性问题或者抽取学生核查。教师随机选取几个小组进行提问,每个小组选出一位代表分享讨论结果或提出疑问,教师回答学生提出的疑难问题,整个过程教学相长,完成内容的高阶建构。对分课堂可以分为当堂对分和隔堂对分,可以根据具体内容和情况酌情选择。在教学过程中,学生签到、测试、作业、课中抢答,作业提交以及一些与课程相关的问题讨论都放在了学习通和雨课堂进行。反馈反馈反馈低层次个性化问题高层次共性问题亮考帮知识、能力、情感教学相长学生教师精讲留白(对分教案)独学内化(个体建构)小组讨论(群体建构)提问答疑(高阶建构)亮考帮图 2 编译原理对分课堂教

16、学以有限自动机知识点课堂学习为例:精讲留白,教师利用 17min 时间通过表 1 中 3 个具体的由简单到复杂、由抽象到具体的例子对有限自动机模型的定义、表示和应用进行讲解,完成知识、能力和情感目标的教学,学生仔细聆听并思考。教师给学生 10min 时间,要求学生利用刚才学习到的有限自动机知识独立完成狼、羊和白菜的过河问题,学生通过解决这个有趣的实际问题既消化吸收了教师精讲的内容,又完成了知识的自我个体建构,写出自己的困惑,提出一些关于该知识点的更深层次的理解,即完成“亮考帮”。5min 小组讨论,一般 5 人一组,也可随机分组,在此过程中学生就刚才的个人困惑和理解展开自由讨论,将个性化的问题

17、转换成一个小组共性的问题,完成知识的群体建构,形成小组的一个关于狼、羊和白菜过河的最终有限自动机,同时写出共性问题和困惑。教师在讨论时间结束后随机抽取小组提问,展现狼、羊和白菜的正确合理的有限自动机模型,并解答小组提出的问题。通过该 4 个过程的学习,学生既掌握了有限自动机理论,又学会了利用有限自动机解决实际问题;既锻炼了思维,又培养了解决实际问题的能力。整个课堂教学中,教师学生权责对分,45min 的课堂,教师利用 17min 时间完成主要知识点的传递,更多时间留给学生进行知识的内化、延展以及能力的培养。教改纵横第 10 期1113.4教学评价改革合理的教学评价应以新工科教学目标的达成为评价

18、依据。我校编译原理课程改变传统的以期末考试为主的终结性评价方式,采用多元评价模式,加大过程性考核的占比,由原来的考试80%、平时 20%改为考试 60%、平时 40%;根据实际情况对过程性考核进行了适当调整,加大了课程积分力度并加入实践性大作业,作业的布置具有挑战度;注意中期反馈,形成学习的闭环,倾听学生声音,更注重学生能力的评价、反馈和培养;在试卷考核方面加大了综合性题型和主观论述题的考核,采用答案不唯一的非标准化考核方式。4课程教学改革效果通过教学模式、教学方法、教学内容和教学评价的改革,学生的学习积极性高涨,学习能力、思考问题的能力、协作能力都得到很大提升。对同一学期两个编译原理教改实验

19、班级进行了匿名的教学效果调查问卷,84 名被调查人员中 94.43%的人认为编译原理的教学模式为优,97.62%的人认为自己的能力得到了提升,其中提升最显著的是思维能力和学习能力。5结 语通过对高校教育形势、教育需求、教育目的以及传统主流教学模式的分析,聚焦当前教学中存在的问题,以对分课堂为主,灵活融入其他教学方法的课堂教学方式,结合雨课堂和学习通形成了线上线下混合的编译原理课程教学模式。该模式易于操作、能够真正落地、科学高效,且以学生为中心,以能力素养培养为目的,有效融入课程思政。实践结果表明该模式对学生能力的培养有显著效果,有一定的推广价值。期望在以后的教学实践中进一步让学生适应该教学模式

20、,逐渐改变学生的思维僵化现象,提升学生主动学习、科学思维和有效沟通的能力,完全解决当前学生存在的 3 个关键问题。参考文献:1 中国教育网.工程教育认证标准(2017年11月修订)EB/OL.(2017-12-29)2023-06-01.https:/ 海南省教育厅.教育部印发高等学校课程思政建设指导纲要全面推进高校课程思政建设J.新教育,2020,464(19):32.3 方志军,杨孜茁,高永彬.数据科学与分析课程混合教学实践J.计算机教育,2023(1):35-38.4 王燕,罗佳琪,王曙燕,等.能力导向的数据结构课程“五环节”混合教学改革J.计算机教育,2023(1):76-80.5 胡松林.网络科学前沿讲座教学改革与实践:以“物联网技术”为例J.汉字文化,2022,320(22):156-158.6 吴浩,高飞.建构主义学习理论在算法与程序设计类课程中的应用J.计算机教育,2016(6):50-53.7 张学新.对分课堂:大学课堂教学改革的新探索J.复旦教育论坛,2014,12(5):5-10.(编辑:赵 原)

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