啟發(fā)式教學(xué)在編譯原理理論與實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

王曼韜 黃強(qiáng) 危疆樹

摘 要：啟發(fā)式教學(xué)方法是以學(xué)生為主體、教師為中心，能充分調(diào)動學(xué)生積極性、主動性，激發(fā)學(xué)生積極思考、發(fā)展智力的教學(xué)方法。為提高編譯原理教學(xué)的質(zhì)量和效果，結(jié)合編譯原理的課程特點(diǎn)，在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)，并相應(yīng)調(diào)整課程的考核方法，激發(fā)學(xué)的學(xué)習(xí)熱情、提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：啟發(fā)式教學(xué) ? 編譯原理 ? 應(yīng)用

編譯原理是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心課程，是一門公認(rèn)比較難學(xué)、比較難教的課程，課程對學(xué)生專業(yè)知識掌握情況要求高，為保障教學(xué)質(zhì)量，無論是教師授課還是學(xué)生學(xué)習(xí)都需要投入較大的精力。同時，近年來編譯原理所涉及的知識范圍越來越多，大大增加了新技術(shù)內(nèi)容，在課程課時不足的情況下，采用什么樣的課程教學(xué)方法以及相應(yīng)的課程考核方式將接影響到教學(xué)效果以及對學(xué)生進(jìn)行全面、客觀的評價。

啟發(fā)式教學(xué)是師生積極主動參與教學(xué)活動，教師采取各種方式調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、讓學(xué)生積極主動地探究和解決問題、獲取知識和提高認(rèn)知能力的一種教學(xué)指導(dǎo)思想[1]。啟發(fā)式教學(xué)的要旨在于先讓學(xué)生積極思考，再進(jìn)行適時啟發(fā)，在學(xué)生自愿、自動、自覺學(xué)習(xí)的情況下能夠舉一反三、觸類旁通;其實(shí)施要領(lǐng)在于要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際出發(fā)進(jìn)行引導(dǎo)，當(dāng)學(xué)生還沒有達(dá)到理解某件事情的階段，不可操之過急，要循序漸進(jìn)，腳踏實(shí)地，務(wù)其根本。

一、編譯原理教學(xué)問題分析

首先，編譯原理課程有較強(qiáng)的綜合性，涉及的先修課程包括離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語言、操作系統(tǒng)等，學(xué)生對這些基礎(chǔ)知識的掌握程度參差不齊，也存在部分學(xué)生沒有掌握必要的基礎(chǔ)知識的情況;其次編譯原理課程著重討論編譯的基本理論和編譯器構(gòu)造的基本技術(shù)，同時還涉及到一些新的理論知識，如正規(guī)式、自動機(jī)、形式語言理論 、語法制導(dǎo)翻譯等，因此學(xué)生感到理論知識抽象，理解困難;算法復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)的過程中逐步喪失學(xué)習(xí)的熱情和學(xué)習(xí)的積極性。

其次，編譯原理課程實(shí)踐環(huán)節(jié)相對比較薄弱，而編譯原理課程自身的特點(diǎn)決定了對實(shí)踐的要求很高，一些相關(guān)的重要理論不經(jīng)過實(shí)踐、編程來實(shí)現(xiàn)，就不能算真正的理解和掌握。雖然經(jīng)過精心安排，實(shí)踐內(nèi)容基本涵蓋了編譯原理的基本算法和技術(shù)，但實(shí)踐環(huán)節(jié)依然存在如下問題。首先，實(shí)驗(yàn)環(huán)境往往忽視了學(xué)生的個體差異，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往比較固定和單一，難以滿足不同水平的學(xué)生的實(shí)踐需求;其次，編譯的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往還是局限于編譯器的實(shí)現(xiàn)而忽視編譯技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系。雖然在課程初始就告訴學(xué)生編譯技術(shù)的若干應(yīng)用，但是學(xué)生在實(shí)踐過程中不自覺的有一種誤解，認(rèn)為編譯原理的目的就是編寫一個編譯器，逐漸喪失實(shí)踐的興趣[2];第三，相當(dāng)一部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生和理解能力較弱的同學(xué)隨著實(shí)踐的深入采用各種方法，用敷衍的態(tài)度應(yīng)付實(shí)踐環(huán)節(jié)，達(dá)不到課程的要求。因此，在考慮如何學(xué)好理論知識的同時，如何把理論和實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生用計算思維解決實(shí)際問題的能力，是編譯原理教學(xué)的一個主要和及其重要的問題。

二、常見啟發(fā)式教學(xué)法在教學(xué)中的具體應(yīng)用

啟發(fā)式教學(xué)方法沒有固定的教學(xué)格式和教學(xué)環(huán)節(jié)，只要具備啟發(fā)式教學(xué)的特點(diǎn)，都可以歸為啟發(fā)式教學(xué)法。[3]因此，可以在不同的知識點(diǎn)，在不同的理論、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。

1.PBL教學(xué)法與討論式教學(xué)法相結(jié)合

PBL教學(xué)法是以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，是在教師的整體把握和指導(dǎo)下，把學(xué)習(xí)設(shè)置到有意義的“問題”情景中。讓學(xué)生通過分析真實(shí)問題，來學(xué)習(xí)隱含于“問題”背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力[4]。討論式教學(xué)法是教師為實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo)，通過課前對知識點(diǎn)的設(shè)計和組織，在課程討論中啟發(fā)學(xué)生表達(dá)經(jīng)過獨(dú)立思考后的見解，對于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神有非常積極的意義。為此，設(shè)置了專門的“討論課”，具體操作如下：

（1）在課前精心設(shè)疑，提出問題的背景、目的和意義，并為學(xué)生提供部分相關(guān)參考資料，形成文檔在課前發(fā)放給同學(xué)，并鼓勵學(xué)生自己查詢相關(guān)資料;

（2）以小組為單位組織學(xué)生在課前對問題進(jìn)行探索，小組長負(fù)責(zé)組織組員發(fā)言、討論，并記載每位同學(xué)的工作和討論情況;最終得到結(jié)論、或提出討論中遇到的問題，并形成書面文檔;小組討論等相關(guān)記錄在后期作為每位同學(xué)考核的依據(jù)。

（3）在討論課前每個小組將文檔提交給任課老師，使任課老師對學(xué)生工作的總體情況有初步的了解，并對各個小組的工作進(jìn)行總結(jié)。

（4）討論課中，任課教師各向同學(xué)簡要匯報各小組的工作，問題的解決方案，遇到的問題等等;接下來進(jìn)行自由發(fā)言、討論、問答。任課老師對整個討論進(jìn)行組織和管理，控制討論的節(jié)奏，并負(fù)責(zé)最后的總結(jié)。

通過課程實(shí)踐，PBL教學(xué)法在強(qiáng)調(diào)了同學(xué)的實(shí)踐能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊合作精神方面;討論教學(xué)法在培養(yǎng)了同學(xué)獨(dú)立思考的能力方面都有良好的效果。

2.案例式教學(xué)法的應(yīng)用

案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，由于選擇的案例本身蘊(yùn)含的理論知識和相關(guān)技術(shù)具有強(qiáng)烈的代表性，其教學(xué)方式具備形象、直觀、生動具體的特點(diǎn)，因此在充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情方面具備特殊的功效。

通過教學(xué)實(shí)踐有兩方面的案例對學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)特別大。其一，為加深和鞏固理論知識，在完成基本理論和基本方法的授課后，精心挑選經(jīng)典例題或綜合習(xí)題作為案例在課堂加以講解，并要求同學(xué)在課后加以演練。例如，正則式、正則文法轉(zhuǎn)化成等價的NFA、NFA轉(zhuǎn)換為等價的DFA、DFA的最小化內(nèi)容在在自動機(jī)理論中具有不可分的相關(guān)性，理論授課結(jié)束后，可組織一道規(guī)模簡單的綜合題將這些知識點(diǎn)貫穿在一起，學(xué)生一方面鞏固了各知識點(diǎn)，一方面更能融會貫通各知識點(diǎn)的聯(lián)系，取得了很好的教學(xué)效果[5]。其二，選擇編譯原理課程中介紹的算法思想和實(shí)現(xiàn)技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的案例，這類案例直觀、同時具有實(shí)際的應(yīng)用效果，往往會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如：教師可以實(shí)現(xiàn)開發(fā)出“24”點(diǎn)速算游戲或者開發(fā)出計算器的手機(jī)應(yīng)用。采用以上案例講授算符優(yōu)先限分析法的具體應(yīng)用，這樣的案例規(guī)模小，難度相對較低，學(xué)生理解非常容易，同學(xué)往往在案例講授完后有試一試的想法，因此還可以與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合。

3.任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

起源于教育學(xué)領(lǐng)域中構(gòu)建主義理論的“任務(wù)驅(qū)動”，要求引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問題出發(fā)，讓學(xué)生在強(qiáng)烈的解決問題的愿望下，通過老師提供的學(xué)習(xí)資源對問題進(jìn)行分析題和進(jìn)行自主探索。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的四個基本環(huán)節(jié)包括：創(chuàng)設(shè)情境，確定問題，自主學(xué)習(xí)和效果評價[5]。例如，在編譯原理正規(guī)式和詞法分析部分的學(xué)習(xí)中，首先創(chuàng)設(shè)情境：在很多文本編輯器中，都具有語法高亮轉(zhuǎn)換的功能，然后使用實(shí)際的編輯器讓全體學(xué)生對語法高亮有直觀的認(rèn)識;然后確定問題、給出任務(wù)：如何使文本編輯器實(shí)現(xiàn)C語言的語法高亮轉(zhuǎn)換功能？然后學(xué)生帶著任務(wù)，通過老師提供的資料，通過課后對相關(guān)資料的檢索、查詢，自主學(xué)習(xí)或和同學(xué)協(xié)作完成一個C語言語法高亮文本編輯器;最后老師根據(jù)學(xué)生解決問題的算法、結(jié)果和自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)能力進(jìn)行學(xué)習(xí)效果綜合評價，并進(jìn)行點(diǎn)評。

4.授課時貫徹“說話通俗化”、“說話要明白”的原則

在課堂講授中，無論采取什么形式方法都要語言準(zhǔn)確、通俗易懂、生動形象;不僅如此，通過教師生動的語言、愉快的提問引起學(xué)生的“無意注意”和“有意注意”，使學(xué)生精力高度集中，使學(xué)生牢固地掌握知識，留下難忘的有印象。例如，在介紹LR（k）分析法的時候，部分同學(xué)對K的含義難以理解，在課堂上可以通過通俗的例子說明了K的含義，如通過點(diǎn)名的例子來說明K的含義，方法如下，首先給出條件列表如下：

條件一：張三、王五、李四、劉洪

條件二：張三、王五、劉洪、劉洋

條件三：歐陽洪、歐陽光明、歐陽端木、劉洪

在條件一的情況下，點(diǎn)名時只需要念出當(dāng)前單字即可唯一確認(rèn)某位同學(xué)。

在條件二的情況下，點(diǎn)名時如果點(diǎn)“劉”姓的同學(xué)，念出當(dāng)前單字“劉”時不能唯一確認(rèn)某位同學(xué)，必須念出“劉”字的下一個單字方可唯一確認(rèn)某位同學(xué)。

在條件三的情況下，點(diǎn)名時如果點(diǎn)“歐”單字開頭的同學(xué)，必須要念出“歐”單字后的2個單字方可唯一確認(rèn)某位同學(xué)。

三種條件下K的取值分別為0，1，2。通過“通俗化”的類比，同學(xué)很容易接受LR（K）中K的含義。

三、課程考核方式的改進(jìn)

1.合理設(shè)置考核內(nèi)容

本著以素質(zhì)教育為出發(fā)點(diǎn)的思想進(jìn)行考核內(nèi)容的改革，考試范圍不單純局限于教材和課堂講授的各種理論知識，而是在知識、能力、素質(zhì)三個方面進(jìn)行綜合考核，在知識部分著重于編譯原理基本概念、基礎(chǔ)知識點(diǎn)的考核;能力考核主要通過實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生對實(shí)驗(yàn)項目、實(shí)踐項目的完成情況進(jìn)行評分;素質(zhì)考核主要考察學(xué)生在小組活動、課堂討論中體現(xiàn)出的團(tuán)隊協(xié)作意識、學(xué)習(xí)的創(chuàng)新性和主動性、資料的查閱能力等各方面加以評分[6]。

2.采取多樣化和全過程的考核方式

著重能力和素質(zhì)的考核要求考核不再是老師為學(xué)生的練習(xí)評分、試卷評分，而更應(yīng)該對學(xué)生在課程教學(xué)活動中的積極表現(xiàn)加以評分，也可適當(dāng)采用同學(xué)之間分?jǐn)?shù)的互評。如：教師可針對課堂提問、課堂討論中學(xué)生的參與情況為學(xué)生評分;在分組實(shí)踐中，學(xué)生可以根據(jù)其他同學(xué)對實(shí)踐的參與度、對實(shí)踐項目的共享度進(jìn)行分?jǐn)?shù)的互評等;教師可以布置適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)報告，教師和同學(xué)為學(xué)習(xí)報告共同評分等手段對同學(xué)進(jìn)行考核。通過上述改革讓考核貫穿在學(xué)習(xí)的全過程，使同學(xué)能夠在很長的時間內(nèi)保持學(xué)習(xí)的熱情。

3.加強(qiáng)題庫建設(shè)

以往的期末課終考核采用筆試考核，由于課程的特點(diǎn)考試題目一般為若干較大型的綜合題，造成學(xué)生在考試前突擊聯(lián)系相關(guān)題目;同時由于題目的隨機(jī)性，可能某些題目學(xué)生未能復(fù)習(xí)到，造成考試成績變化幅度較大。根據(jù)實(shí)際需要期末筆試考核變換了考核形式，采用上機(jī)考試，而題目的類型主要為選擇題和判斷題、在教師設(shè)定相應(yīng)的組卷策略后每個同學(xué)題目隨機(jī)抽取，因此試題庫和機(jī)試的順利實(shí)施改變了教師出試卷憑經(jīng)驗(yàn)、題量少、知識點(diǎn)覆蓋面窄等缺點(diǎn)。

4.考核方案的設(shè)定

依據(jù)上面的原則調(diào)整了學(xué)生的考核方案。未調(diào)整前的方案由期末筆試（60%）、實(shí)驗(yàn)（30%）、平時練習(xí)（10%）組成，修改為通過過程性評價、參與狀態(tài)評價、學(xué)習(xí)成果評價及學(xué)習(xí)效果評價等四個方面進(jìn)行構(gòu)建體系。并對現(xiàn)有的由考勤、平時作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考試考核機(jī)制上通過如下方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)加以監(jiān)控，并納入到考核。將實(shí)驗(yàn)中的單元實(shí)驗(yàn)的大部分納入到課后作業(yè)，作為課后作業(yè)的一部分評分;同時部分單元實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)的分?jǐn)?shù)將通過在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行討論、答辯，由老師給定的分?jǐn)?shù)，以及小組內(nèi)成員互相評定的分?jǐn)?shù)，代碼的實(shí)現(xiàn)、報告書組成，盡可能較客觀的對學(xué)生進(jìn)行評價。

課程考核指標(biāo)由平時成績與期末理論考試成績構(gòu)成，比例分別為65%與35%;期末理論考試成績采用機(jī)考的形式，主要考查基礎(chǔ)在知識點(diǎn)。平時成績的組成包含：課后練習(xí)（10%）， 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（10%），綜合實(shí)驗(yàn)（10%），選做實(shí)驗(yàn)（10%），討論和學(xué)習(xí)報告（10%），課堂練習(xí)（5%） ，課堂討論（5%），課程建議（5%）。

四、總結(jié)

經(jīng)過近2年來在教學(xué)過程中實(shí)施啟發(fā)性教學(xué)和新的考核方式后，通過對學(xué)生的考試成績和實(shí)踐環(huán)節(jié)的檢查，以及對學(xué)生的問卷調(diào)查、學(xué)校和學(xué)院的教師評價，經(jīng)過分析我們得出主要的教學(xué)效果如下：一是能有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，教師采用豐富教學(xué)手段，化枯燥為生動，化抽象為形象，使學(xué)生較容易地抓住所要學(xué)習(xí)的要點(diǎn)，達(dá)到較好的教學(xué)效果。二是能促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)能力，在回答調(diào)研問卷中關(guān)于“自學(xué)能力的提高程度”時，一半以上的同學(xué)都選擇了“有較大提高”;三是改變期末理論考試的考核方式，考查重點(diǎn)放在基礎(chǔ)知識上，因此在客觀上促使學(xué)生能夠較全面的復(fù)習(xí)和鞏固編譯原理課程的一般性原理和知識。四是將課程的考核納入到學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)、全過程當(dāng)中，學(xué)生在整個學(xué)習(xí)周期對課程的投入比以往有相當(dāng)大的提高。

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