基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提升的《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程啟發(fā)式教學(xué)改革

裴之蕈 田宏偉 舒甲 周晨陽 李林峰 劉毅文

摘要：《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，著重于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)底層編程處理技術(shù)的了解。由于本課程過于抽象，在實(shí)際講授時(shí)中學(xué)生對(duì)課程興趣不高，缺乏自主學(xué)習(xí)能力，不能很好地吸收課堂知識(shí)。本文圍繞如何提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并結(jié)合現(xiàn)階段主流教學(xué)模式，提出了《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程啟發(fā)式教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)理論;自主學(xué)習(xí)能力;啟發(fā)式教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）19-0106-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

近年來，隨著新興技術(shù)的崛起，大數(shù)據(jù)、人工智能等熱門專業(yè)人才人數(shù)倍增，而對(duì)于底層編譯方面的工作卻少有人問津。《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》作為編譯原理的前導(dǎo)課程，在其中占有很重要的地位，對(duì)比于實(shí)踐類課程，更偏向于理論的課程很難吸引住學(xué)生，學(xué)生難以理解其中知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果不佳。如何使學(xué)生對(duì)該理論類課程產(chǎn)生興趣是我們應(yīng)該關(guān)注的問題。

2 現(xiàn)狀

2.1 教學(xué)方式欠佳

《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》是一門邏輯性極強(qiáng)的課程，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)抽象，難以理解，部分同學(xué)即使費(fèi)盡全力也難以達(dá)到掌握的境界。其主要原因在于：

一是教師未能正確引導(dǎo)學(xué)生。由于課程難度較大，教師不能在課堂上很好地與學(xué)生互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，使其愈發(fā)抵觸該門課程，進(jìn)而導(dǎo)致教師教學(xué)過程難以進(jìn)行，學(xué)生學(xué)習(xí)過程難以進(jìn)展。

二是填鴨式教學(xué)。在高等教育中，教學(xué)時(shí)間安排緊張，往往一門課程難以在短暫的時(shí)間內(nèi)講解透徹。教師為了完成教學(xué)任務(wù)，只好在教學(xué)中對(duì)于部分內(nèi)容照本宣科，致使師生互動(dòng)性差，學(xué)生在課堂中感到枯燥，學(xué)習(xí)主動(dòng)性低迷。

三是過于注重理論教學(xué)。以《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程為例，在教學(xué)過程中，大量的理論性知識(shí)十分抽象，學(xué)生難以理解。過于注重理論知識(shí)的灌輸，不能顧及實(shí)踐（如編程、繪圖等），造成學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解不深刻，概念模糊不清。

2.2 學(xué)生存在僥幸心理

當(dāng)下，部分大學(xué)生對(duì)自我要求不高，對(duì)未來規(guī)劃不清楚，部分大學(xué)生認(rèn)為大學(xué)就是“自由”的，可以放肆地去玩樂，認(rèn)為大學(xué)畢業(yè)即失業(yè)，對(duì)于專業(yè)學(xué)習(xí)興趣不高，從而導(dǎo)致部分學(xué)生存在“60分萬歲”的心理。其主要原因在于，剛進(jìn)人大學(xué)，從高中的高壓式學(xué)習(xí)脫離出來，對(duì)于充分的時(shí)間無法進(jìn)行合理的安排，從而導(dǎo)致在學(xué)習(xí)生活中的逐漸墮落。對(duì)自我沒有合理的要求，盲目跟風(fēng)，漸漸地就將學(xué)習(xí)的動(dòng)力拋之腦后。

3 方案

3.1 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)，就是指將線上教學(xué)（在線教學(xué)）與傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)合起來，形成一種“線上”+“線下”的教學(xué)模式，兩種模式的結(jié)合，利于把學(xué)習(xí)者循序漸進(jìn)地引入深度學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)教學(xué)模式相對(duì)于線上教學(xué)內(nèi)容更加充實(shí)，學(xué)生可以通過傳統(tǒng)教學(xué)獲得更詳細(xì)的教學(xué)內(nèi)容，但是傳統(tǒng)教學(xué)模式過于單調(diào)，很難引起學(xué)生興趣，長(zhǎng)時(shí)間只吸收不消化必然會(huì)引起學(xué)生的厭倦心理。而在傳統(tǒng)教學(xué)模式中引入線上教學(xué)，使學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)模式下獲取到的知識(shí)融人線上學(xué)習(xí)中，將在一定程度上增加課程的吸引力，使更多學(xué)生能夠自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。

現(xiàn)如今線上輔助式教學(xué)平臺(tái)越來越多，如學(xué)習(xí)通、PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)平臺(tái)等。混合式教學(xué)可以合理地運(yùn)用線上資源，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足之處。在《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程中，教師可利用線上輔助平臺(tái)，給學(xué)生發(fā)放參考資料或?qū)W習(xí)任務(wù)，以輔助學(xué)生解決在預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)過程中遇到的問題，鍛煉學(xué)生思維和應(yīng)變能力，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

混合式教學(xué)包括但不局限于線上輔助式教學(xué)平臺(tái)。在教學(xué)過程中，對(duì)于部分知識(shí)點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)資源來引入有時(shí)候會(huì)比教學(xué)平臺(tái)更有效果。在《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程中，教師在講解“圖靈機(jī)”這一章時(shí)，采用放映電影片段，來將學(xué)生引入教學(xué)環(huán)境中，相較于直入主題，這種模式更能吸引學(xué)生進(jìn)入狀態(tài)，并且極大地提升了學(xué)生在課后溫習(xí)影片來回顧課堂上教學(xué)內(nèi)容的主動(dòng)性。

3.2 以考促學(xué)，多種考核方式結(jié)合

以考核促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在進(jìn)行考核時(shí)，可依照混合式教學(xué)模式的思想，“線上”、“線下”同步進(jìn)行考核。教師在課堂上可以直接提問、借助輔助軟件進(jìn)行全班投票作答等，課下教師可采用傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)、線上編程作業(yè)、開放式命題作業(yè)等。

采用積分的方式來作為考核標(biāo)準(zhǔn)，以此來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。將積分分塊細(xì)化，落實(shí)到不同考核中。對(duì)于不同的考核對(duì)應(yīng)不同數(shù)量積分，使學(xué)生不會(huì)因?yàn)橐环N考核方式而決定最終成績(jī)。

3.3 新型合作學(xué)習(xí)模式（獨(dú)立任務(wù)，合作交流）

以往的合作學(xué)習(xí)過于注重團(tuán)隊(duì)合作，幾乎所有的合作學(xué)習(xí)模式都是簡(jiǎn)單地將學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組安排一個(gè)任務(wù)，合作完成。但是，小組合作存在很多弊端，如部分組員積極性不高，導(dǎo)致合作學(xué)習(xí)變成單人或幾人學(xué)習(xí)，并不能起到團(tuán)隊(duì)共同提升的作用，反而會(huì)增加積極性高的同學(xué)負(fù)擔(dān)。

新型合作學(xué)習(xí)模式提倡人人分配不同的任務(wù)，以小組為單位，分組進(jìn)行任務(wù)的驗(yàn)收。以《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程為例，在進(jìn)行NFA轉(zhuǎn)DFA的教學(xué)中，教師可隨機(jī)安排題目至每個(gè)同學(xué)，同學(xué)們自行組隊(duì)來解決自己所分配到的題目，由于每個(gè)同學(xué)題目不同，在小組合作中，同學(xué)們集思廣益各抒己見，以達(dá)到組內(nèi)成員對(duì)知識(shí)點(diǎn)均有所了解。在驗(yàn)收過程中，教師采用組內(nèi)隨機(jī)報(bào)告的方式，可以有效避免“一人完成，全組同享”的現(xiàn)象，以便同學(xué)們更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。

3.4 敏捷教學(xué)

敏捷教學(xué)（Agile Education）是基于制造業(yè)鄰域和軟件工程領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)概念提出的。敏捷教學(xué)最早可追溯到二十世紀(jì)九十年代，美國(guó)當(dāng)時(shí)提出了敏捷制造（Agile Manufacturing），想要通過靈活可變的生產(chǎn)技術(shù)、高素質(zhì)人才等綜合，從而形成一套完整的新型生產(chǎn)模式或體系。在同時(shí)期，軟件工程鄰域也提出了一套敏捷軟件開發(fā)方法（Agile Software Development），采用迭代、循序漸進(jìn)的方法進(jìn)行軟件開發(fā)，極大地提高了軟件開發(fā)的效率，如圖1所示。

對(duì)于敏捷教學(xué)，其核心思想是在教學(xué)過程中，首先引導(dǎo)學(xué)生了解基礎(chǔ)知識(shí)，用一般方法解決問題，在解決問題的過程中加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，從而繼續(xù)尋找更優(yōu)的方法解決問題，以此來達(dá)到快速解決問題的目標(biāo)。其優(yōu)勢(shì)在于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主思考，以小見大，能夠讓學(xué)生在已掌握的基礎(chǔ)上得以提升。

以《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程為例，在進(jìn)行DFA最小化化簡(jiǎn)的過程中，首先引導(dǎo)學(xué)生了解最小化的基礎(chǔ)方法，即去除不可達(dá)狀態(tài)后進(jìn)行極小化。最初的極小化形式采用可區(qū)分狀態(tài)表的形式，為便于理解可將執(zhí)行過程中被標(biāo)記的順序記錄下來，以此來促進(jìn)學(xué)生對(duì)極小化過程的理解，而在此基礎(chǔ)上，對(duì)極小化過程進(jìn)行優(yōu)化，即采用分割法進(jìn)行極小化過程，從而以更快更準(zhǔn)確地方式去實(shí)現(xiàn)這一過程。

4 實(shí)施

4.1 課前（預(yù)習(xí)考核）

在講授一個(gè)新內(nèi)容前，教師可結(jié)合往屆學(xué)生的考核情況，通過線上輔助教學(xué)平臺(tái)，布置一些有針對(duì)性的題目，點(diǎn)明預(yù)習(xí)重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并提出問題，促進(jìn)學(xué)生與學(xué)生之間相互交流進(jìn)而解決問題。

4.2 課中（課堂考核）

在課堂上，教師可利用課堂前二十分鐘進(jìn)行課程的簡(jiǎn)單考核，一方面了解同學(xué)們復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)情況并對(duì)往后的自主學(xué)習(xí)任務(wù)起到督促作用，另一方面可根據(jù)同學(xué)們的考核情況來靈活安排授課內(nèi)容與授課側(cè)重點(diǎn)。

對(duì)于課堂中的知識(shí)點(diǎn)，教師可采用激勵(lì)式考核方式，即“答對(duì)加分，打錯(cuò)不扣分”，以此來提升同學(xué)們的學(xué)習(xí)信心，幫助同學(xué)們更深入理解課堂中的疑難點(diǎn)。

4.3 課后（復(fù)習(xí)考核）

課后，教師可結(jié)合混合式教學(xué)模式，“線上、“線下”布置考 核內(nèi)容?！熬€上”考核方式豐富，以《形式語言與自動(dòng)機(jī)（理論）》課程為例，教師可利用“超星學(xué)習(xí)通”等輔助軟件布置課后練習(xí)，以鞏固學(xué)生課堂上的知識(shí)理解，亦可利用“PTA程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)”等平臺(tái)布置編程類練習(xí)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用能力，提升學(xué)生自主思考能力。“線下”考核可繼承傳統(tǒng)教學(xué)模式，引入新型考核方式，開放學(xué)生思維。教師可將課程內(nèi)容分成多個(gè)部分，隨機(jī)分配各個(gè)部分至學(xué)生，讓學(xué)生基于所分配的知識(shí)點(diǎn)制作微課，來考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。教師也可布置開放式任務(wù)，如讓學(xué)生自制試卷及答案詳解，一方面可反映學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的了解情況，另一方面可增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從而開發(fā)學(xué)生的邏輯思維能力。

基于以上教學(xué)方案落實(shí)到課程中，具體實(shí)施方案如表1所示。

5 總結(jié)

提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是一個(gè)常態(tài)化問題，教師的教學(xué)方法可以從一定程度上對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。本文立足實(shí)際，從傳統(tǒng)教學(xué)方式出發(fā)，結(jié)合新型教學(xué)模式，引入新型教學(xué)思想，能夠有效地提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論課程更深入的理解。

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【通聯(lián)編輯：王力】

基金項(xiàng)目：懷化學(xué)院2018年度啟發(fā)式教改項(xiàng)目（《形式語言與自動(dòng)機(jī)》課程啟發(fā)式教學(xué)改革）;懷化學(xué)院2019教改項(xiàng)目（《新工科背景下基于混合式學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)理論性課程教學(xué)改革探索》）;懷化學(xué)院2018非標(biāo)準(zhǔn)答案教改項(xiàng)目（《形式語言與自動(dòng)機(jī)》課程非標(biāo)準(zhǔn)答案考試改）;湖南省2019年度大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（《基于微信小程序的手語助手》，編號(hào)S201910548018）

作者簡(jiǎn)介：裴之蕈，男，本科在讀，主要研究方向?yàn)閳D像識(shí)別;田宏偉，男，本科在讀;舒甲，男，本科在讀;周晨陽，女，本科在讀;李林峰，男，本科在讀;劉毅文（通訊作者），男，講師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算、程序設(shè)計(jì)。