萬(wàn)偉韜

（南昌師范學(xué)院 江西 南昌 330032）

在工程行業(yè)人才的國(guó)際流動(dòng)性增強(qiáng)以及中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證蓬勃推進(jìn)的大背景下，隨著深度學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等熱門研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展，相應(yīng)行業(yè)內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)從業(yè)人員的綜合能力提出了較高的挑戰(zhàn)，針對(duì)信息技術(shù)的教育模式改革與創(chuàng)新也層出不窮。CDIO（Conceptive Design Implement Operate）工程教育模式是一種強(qiáng)調(diào)工程與教育融合的新型教學(xué)模式，它是一種以“在做中學(xué)習(xí)”為核心，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的教育理念，在當(dāng)前計(jì)算機(jī)工程方面的教學(xué)中呈現(xiàn)出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)[1]?！熬幾g原理”是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教育中理論與實(shí)踐并重的核心專業(yè)課程，由于其教材知識(shí)內(nèi)容抽象、算法復(fù)雜，對(duì)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯思維有一定的要求，學(xué)生在初次接觸時(shí)往往會(huì)感到難以消化[2]。本文旨在探索和實(shí)踐CDIO 工程教育模式在“編譯原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用。

1 現(xiàn)狀探析：“編譯原理”課程教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題歸因

1.1 理論知識(shí)講解晦澀，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不足

“編譯原理”課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)中與“離散數(shù)學(xué)”“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”以及“數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)原理”等專業(yè)課程聯(lián)系緊密，既屬于計(jì)算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，幫助學(xué)生在涉及編程的學(xué)習(xí)中奠基理論基礎(chǔ)，同時(shí)也具有相當(dāng)?shù)膶?shí)踐性。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的抽象邏輯思維，要求學(xué)生注重對(duì)編程問(wèn)題的抽象化描述以及分析，并且涵蓋設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)編譯程序等實(shí)踐技術(shù)。作為學(xué)生“入行”的基礎(chǔ)課程，在理論知識(shí)講解上如不能借助實(shí)踐，僅停留在理論概念上的認(rèn)知記憶，就難以產(chǎn)生好的學(xué)習(xí)效果。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)片面單一，學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位難以落實(shí)

“編譯原理”是一項(xiàng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，是培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、維護(hù)編譯程序的綜合素質(zhì)與能力的重要支撐。為了更好地幫助學(xué)生掌握原理，國(guó)內(nèi)各個(gè)高校通常會(huì)以實(shí)驗(yàn)平臺(tái)教學(xué)作為課程學(xué)習(xí)的重要手段，但由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置的局限性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中會(huì)面臨眾多問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋不全、創(chuàng)意不足、脫離課本教學(xué)等[3]。此外，受到程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)局限性的影響，學(xué)生在用程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)，通常也難以有自主性發(fā)揮的空間。

1.3 考核評(píng)價(jià)不靈活，學(xué)生學(xué)習(xí)成果難以呈現(xiàn)

經(jīng)調(diào)查，國(guó)外高校中在“編譯原理”課程教學(xué)中非常重視實(shí)驗(yàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)中的權(quán)重，而國(guó)內(nèi)高校對(duì)“編譯原理”課程教學(xué)的考核大多采取傳統(tǒng)的“期末考試”形式，關(guān)于考核評(píng)價(jià)的改革通常僅限于在“一考定總分”的基礎(chǔ)上增加一些平時(shí)的作業(yè)分占比、課堂表現(xiàn)分占比等，實(shí)驗(yàn)課的權(quán)重占比卻鮮少提及。究其原因，是因?yàn)槎鄶?shù)高校教師將“編譯原理”潛意識(shí)看作是一項(xiàng)偏理論教學(xué)的課程，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上存在輔助、輕視的教學(xué)觀念，把“編譯原理”變成強(qiáng)記概念的“死課程”。

2 構(gòu)想明晰：CDIO 工程教育模式運(yùn)用于“編譯原理”教學(xué)的探析

基于教學(xué)觀念的改變，教學(xué)模式也要做出相應(yīng)的調(diào)整，作為課程教學(xué)改革的主題內(nèi)容之一，文章從CDIO 工程教育模式理念出發(fā)，進(jìn)一步提出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式（PBT），是對(duì)CDIO 工程教育模式的提煉，在汲取了傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)之外，更加注重學(xué)生的主體性地位，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”的教育模式。具體模式如下：

培養(yǎng)目標(biāo)：掌握以編譯技術(shù)為主的理論與實(shí)踐知識(shí)；學(xué)會(huì)自主解決開(kāi)發(fā)編譯系統(tǒng)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

培養(yǎng)方式：因材施教展開(kāi)分組教學(xué)、考慮學(xué)生實(shí)際情況；以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用CDIO 工程教育模式。

教學(xué)方式：以分組教學(xué)結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)構(gòu)建實(shí)踐場(chǎng)景；以案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法助力學(xué)生模仿與提升；編譯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)置開(kāi)放性資源獲取平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新；

考核方式：重過(guò)程。采用平時(shí)成績(jī)占20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，課程設(shè)計(jì)占60%的考核方式；重主體。組建評(píng)審小組，對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行提問(wèn)。

通過(guò)上述教學(xué)模式的改革，將學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中的學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程相結(jié)合，以完整的項(xiàng)目作為教師授課的主要方向，基于案例的模仿教學(xué)，幫助學(xué)生高效掌握技能[4]。

3 實(shí)踐探索：CDIO 工程教育模式運(yùn)用于“編譯原理”教學(xué)的探索與實(shí)踐

當(dāng)今社會(huì)對(duì)工科計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才的要求在能力與素質(zhì)上基本以四個(gè)方面為主，分別是扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及終身學(xué)習(xí)的素質(zhì)；實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程應(yīng)用能力；能夠自主解決問(wèn)題完成實(shí)踐創(chuàng)新的能力；能夠與他人溝通協(xié)作的小組合作能力。結(jié)合CDIO 工程教育模式，以培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的專業(yè)人才為主要目標(biāo)，明確以何種課程教學(xué)方式、課程教學(xué)過(guò)程的實(shí)施、對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的效果、重構(gòu)考核評(píng)價(jià)方式為教學(xué)實(shí)踐探索的思路，從以下多方面進(jìn)行實(shí)踐。

3.1 探索以課程分組教學(xué)與工程項(xiàng)目導(dǎo)入相結(jié)合的教學(xué)方式

所謂分組教學(xué)，就是指教師依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的不同，將學(xué)生分為幾個(gè)層次，便于教師更具針對(duì)性地展開(kāi)教學(xué)。在“編譯原理”中應(yīng)用分組教學(xué)，能夠?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)提出更具針對(duì)性的策略，有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，還能照顧到學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。

例如，在目標(biāo)是用C 語(yǔ)言編寫一個(gè)simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，基于CDIO模式，學(xué)生在該項(xiàng)目中執(zhí)行的任務(wù)包括搜集編譯基礎(chǔ)理論和技術(shù)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的成功案例，以及搜集開(kāi)源的編譯工具。在構(gòu)思部分，我們需要清楚地了解客戶需求，并考慮技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和制度等因素。在這個(gè)過(guò)程中教師通過(guò)將學(xué)生分組，結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，在教學(xué)實(shí)施中，教師可以將學(xué)生分成若干個(gè)子項(xiàng)目組，劃分項(xiàng)目的功能模塊，指定各個(gè)模塊的負(fù)責(zé)人，模擬實(shí)際工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，進(jìn)行分工協(xié)作。相對(duì)于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，這樣的分組教學(xué)一方面可以活躍課堂氣氛，使課堂主體由教師的“教”轉(zhuǎn)向?qū)W生的“學(xué)”，另一方面，組內(nèi)學(xué)生能夠及時(shí)提出自己的創(chuàng)意，在互相幫助、交流的過(guò)程中提升自我。

3.2 探究以案例為載體、以模仿和提升為主要階段的教學(xué)過(guò)程

基于當(dāng)前各行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，高校在專業(yè)人才培養(yǎng)方式上也做出了多種教學(xué)探索，案例教學(xué)在經(jīng)濟(jì)、法律、教育、醫(yī)學(xué)、公共管理、計(jì)算機(jī)專業(yè)都有廣泛應(yīng)用。

CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，適用于“編譯原理”課程的實(shí)踐教學(xué)。以“項(xiàng)目案例”為載體，完善整個(gè)教學(xué)過(guò)程，模擬項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)環(huán)境促使學(xué)生盡快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，調(diào)動(dòng)積極性，提高學(xué)生的反應(yīng)能力與實(shí)踐創(chuàng)新能力。以輸出一個(gè)相對(duì)完整的基于C 語(yǔ)言編寫出的simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)為例，教師將此系統(tǒng)編譯原理的學(xué)習(xí)分為模仿和提升兩階段，對(duì)應(yīng)CDIO工程教育模式的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作階段。

模仿階段的主要目標(biāo)是以simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)為案例，激發(fā)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的興趣，積極投入身心，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編譯過(guò)程的基礎(chǔ)知識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐掌握基本算法。以現(xiàn)有的simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)為案例，教師可展示用C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)Simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)的案例，要求學(xué)生模仿整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在實(shí)際教學(xué)中，教師再通過(guò)將現(xiàn)有案例項(xiàng)目開(kāi)發(fā)分為若干項(xiàng)子任務(wù)，如：Simple 語(yǔ)言編譯程序中詞法分析程序、語(yǔ)法分析程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、語(yǔ)義分析和中間代碼的生成、符號(hào)表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織、目標(biāo)代碼生成、編譯程序各階段整合運(yùn)行等子任務(wù)，結(jié)合分組教學(xué)以及項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法督促學(xué)生完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

提升階段的主要目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)自主完成編譯器的開(kāi)發(fā)，并且運(yùn)用編譯技術(shù)在項(xiàng)目實(shí)踐中完成開(kāi)發(fā)等相關(guān)工作。本階段分為以下四步驟：

第一，編譯器程序設(shè)計(jì)提高：定義一個(gè)待實(shí)現(xiàn)的源語(yǔ)言，如simple 語(yǔ)言的擴(kuò)充或者C 語(yǔ)言的一個(gè)子集，要求學(xué)生用C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編譯程序。第二，編譯技術(shù)擴(kuò)展：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言編譯技術(shù)，如收集整理開(kāi)源編譯器GCC的資料，描述GCC的總體結(jié)構(gòu)、編譯流程以及代碼組織。第三，編譯器實(shí)用工具：引導(dǎo)學(xué)生使用嵌入式系統(tǒng)編譯器及其工具的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，包括C語(yǔ)言和Java語(yǔ)言編譯器的開(kāi)發(fā)。第四，引導(dǎo)學(xué)生利用編譯技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，如設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。

3.3 以分組形式激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神與自主學(xué)習(xí)能力

杜威的學(xué)生中心理論認(rèn)為：“如果一個(gè)學(xué)生不能運(yùn)用一項(xiàng)知識(shí)去解決自己遇到的困難，那么他就沒(méi)有掌握這項(xiàng)知識(shí)?！盋DIO 工程教育模式同樣注重學(xué)生主體性的實(shí)現(xiàn)，重視學(xué)習(xí)者個(gè)體在精神層面的學(xué)習(xí)，“編譯原理”課程教學(xué)的實(shí)踐性也在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神上提出要求。學(xué)生應(yīng)當(dāng)注重融入集體生活，在團(tuán)隊(duì)中能與他人共同完成任務(wù)，這些都是CDIO 教育理念下的重要教學(xué)目標(biāo)。

例如，在simple 語(yǔ)言處理系統(tǒng)項(xiàng)目教學(xué)中，教師通過(guò)借助“互聯(lián)網(wǎng)+”信息資源搜尋現(xiàn)有的關(guān)于“編譯原理”課程教學(xué)的資源，從中提取對(duì)本專業(yè)學(xué)生有益的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出符合CDIO 四個(gè)階段的學(xué)習(xí)任務(wù)，并借用“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺(tái)共享課程資源，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)現(xiàn)、自由探索，能夠以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式共同完成任務(wù)。

3.4 重構(gòu)課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力考核

課程考核作為課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是一種以實(shí)踐判斷作為基礎(chǔ)的檢驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果的一種手段。要建構(gòu)以學(xué)生為中心的重主體、重過(guò)程的考核方式，就要摒棄傳統(tǒng)的一紙分?jǐn)?shù)定成績(jī)的評(píng)價(jià)方法，而多采用過(guò)程性的評(píng)價(jià)方式[5]?；凇熬幾g原理”課程學(xué)習(xí)的復(fù)雜度，教師在平時(shí)成績(jī)的考核中可以側(cè)重于學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄、作業(yè)練習(xí)以及單元小測(cè)的情況；在小組合作的項(xiàng)目中，教師也應(yīng)當(dāng)督促學(xué)生完成小組活動(dòng)記錄，查看學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中的活躍度情況，考核學(xué)生在小組協(xié)作中的參與度以及發(fā)揮的作用。其中平時(shí)成績(jī)占20%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，課程項(xiàng)目實(shí)踐設(shè)計(jì)占60%。課程設(shè)計(jì)以CDIO 展開(kāi)評(píng)價(jià)，分別是系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作四個(gè)部分。

此外，教師可邀請(qǐng)同行教師、校企合作企業(yè)代表人物、督導(dǎo)專家等成立評(píng)審小組，對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)踐進(jìn)行提問(wèn)，提問(wèn)點(diǎn)要關(guān)注在程。

4 實(shí)踐考量：基于CDIO 工程教育模式的“編譯原理”課程教學(xué)效果探析

2022 年在“編譯原理”課程中實(shí)施CDIO 工程教育模式教學(xué)實(shí)踐，其與2021 年的教學(xué)效果對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 CDIO 模式應(yīng)用前后學(xué)生學(xué)習(xí)效果對(duì)比

由表1 可見(jiàn)知，2022 年在完成課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)都有所提高，實(shí)踐出真知，這充分說(shuō)明教學(xué)模式的改革使得眾多學(xué)生投入更多的積極性，在課程學(xué)習(xí)中綜合素質(zhì)與能力都有所提高，因此CDIO 工程教育模式在計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)中有一定的推廣意義。

5 結(jié)語(yǔ)

課程組在“編譯原理”課程的教學(xué)中探索和實(shí)踐了CDIO 工程教育模式。CDIO 工程教育模式對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)是有效的。通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)編譯器的實(shí)踐，學(xué)生不僅鞏固了自己的理論知識(shí)，還鍛煉了自己的實(shí)踐技能和創(chuàng)造力，未來(lái)還需要更多的研究來(lái)探索CDIO工程教學(xué)模式在計(jì)算機(jī)不同專業(yè)中的最佳實(shí)踐。