編譯原理課程的研究性教學(xué)

張淑艷　趙哲

摘要：針對(duì)編譯原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀，引入研究性教學(xué)模式，以“問(wèn)題”為中心，以“學(xué)習(xí)”為目標(biāo)，重新設(shè)計(jì)課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；研究性教學(xué)；編譯原理

一直以來(lái)，編譯原理作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程是一門(mén)學(xué)生認(rèn)為最難學(xué)、教師認(rèn)為最難講的課程。然而，傳統(tǒng)的授受式教學(xué)模式在教學(xué)中存在一定的弊端，主要表現(xiàn)在固化教師教學(xué)內(nèi)容、降低學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、壓制學(xué)生創(chuàng)新能力等。傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足大學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解編譯原理的要求。為了解決這一問(wèn)題，一種新型的教學(xué)模式，即研究性教學(xué)，被提出。文章根據(jù)編譯原理的教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)以及教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究性教學(xué)改革，旨在提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

1、編譯原理的教學(xué)現(xiàn)狀

近50年來(lái)，編譯原理一直是計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。然而，在其教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常存在以下問(wèn)題。

首先，編譯原理具有較強(qiáng)的抽象性、理論性和邏輯性，學(xué)生理解起來(lái)相對(duì)困難。同時(shí)該課程與其他課程有較大的交叉性，學(xué)生必須預(yù)先學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等課程，并且最好擁有算法設(shè)計(jì)與分析、離散數(shù)學(xué)等方面的基本知識(shí)。因此，在學(xué)習(xí)編譯原理之前，學(xué)生要擁有比較扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。

其次，學(xué)生們普遍認(rèn)為編譯原理的學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥乏味，知識(shí)點(diǎn)多且較難理解。甚至存在一些學(xué)生認(rèn)為編譯原理沒(méi)有應(yīng)用前景，不如學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言（如c++）實(shí)用。隨著學(xué)習(xí)時(shí)間的推移，學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)的興趣和信心。

再者，教師采用傳統(tǒng)的授受式教學(xué)模式，重視課堂理論教學(xué)，習(xí)慣性地將書(shū)本內(nèi)容強(qiáng)制灌輸給學(xué)生，而學(xué)生則使用強(qiáng)制記憶法被動(dòng)地接受知識(shí)。教學(xué)過(guò)程忽視實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，導(dǎo)致理論與實(shí)踐相脫離。這種教學(xué)模式降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，削弱了學(xué)生的思考能力，壓制了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

為了解決以上問(wèn)題，教學(xué)模式亟待改革。2005年，教育部制定了教高[2005]001號(hào)文件，該文件明確地指出高等學(xué)校本科教學(xué)工作需要“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。并且，現(xiàn)有高等院校也有較充足的資源和環(huán)境（如圖書(shū)館和實(shí)驗(yàn)室）來(lái)開(kāi)展研究性教學(xué)。因此，我們有必要也有能力在教學(xué)中引入研究性教學(xué)模式。近幾年，我們便對(duì)編譯原理課程進(jìn)行了研究性教學(xué)的嘗試和探索。

2、研究性教學(xué)的內(nèi)涵

研究性教學(xué)以“問(wèn)題”為中心，以“學(xué)習(xí)”為目標(biāo)，堅(jiān)持授人以漁的原則，引導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生，是一種讓學(xué)生通過(guò)“研究”的方式從事學(xué)習(xí)活動(dòng)的教學(xué)方法。在傳統(tǒng)的授受型教學(xué)模式下，教師占有知識(shí)的霸權(quán)地位，學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識(shí)；而研究性教學(xué)調(diào)整了教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的角色，在維持教師主導(dǎo)地位的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位。從教師方面，教師在教學(xué)過(guò)程中擔(dān)任設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者、啟發(fā)者和管理者的角色；從學(xué)生方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中擔(dān)任問(wèn)題發(fā)現(xiàn)者、研究者、解決者和創(chuàng)新者的角色。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)搜索資料對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探索，在研究和解決問(wèn)題的過(guò)程中，吸收知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問(wèn)題并獲取新穎的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)主動(dòng)探索、主動(dòng)思考和主動(dòng)實(shí)踐的能力。

在長(zhǎng)期的教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)改革中，存在著3種常見(jiàn)的研究性教學(xué)模式。

（1）問(wèn)題解決模式。該模式是在教師的組織下，學(xué)生通過(guò)問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)，再通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)解決問(wèn)題。

（2）自主探究模式。該模式是讓學(xué)生模擬科學(xué)家從事科研過(guò)程的方式，教師不直接參與其中，只在必要時(shí)給予學(xué)生一定的指導(dǎo)。

（3）課題參與模式。該模式采用教師帶領(lǐng)學(xué)生直接參與教師的實(shí)際研究性課題的方式。

在這3種教學(xué)模式中，問(wèn)題解決模式適合課內(nèi)教學(xué)，自主探究模式和課題參與模式適合課外教學(xué)。

3、研究性教學(xué)的實(shí)施

編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容涉及大量的理論知識(shí)，這些知識(shí)比較抽象且邏輯復(fù)雜，如形式語(yǔ)言理論、正規(guī)式、有限自動(dòng)機(jī)理論、上下文無(wú)關(guān)文法、自下而上分析、自上而下分析、屬性文法和語(yǔ)法制導(dǎo)翻譯等。大量的概念、算法和符號(hào)很容易使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生恐懼心理，而且大量的理論知識(shí)與有限的教學(xué)時(shí)間之間存在沖突，使教師很難將所有內(nèi)容都詳細(xì)展開(kāi)、深入講解。最終導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)完整門(mén)課程之后，只表面了解，而不知道各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系以及各知識(shí)點(diǎn)在編譯器中的作用。為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)谡n堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)評(píng)價(jià)上分別對(duì)編譯原理課程進(jìn)行研究性教學(xué)改革。

3.1 課堂教學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中，理論教學(xué)是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。本節(jié)從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程兩方面對(duì)課堂教學(xué)重新設(shè)計(jì)。

在教學(xué)內(nèi)容方面，教師針對(duì)學(xué)生情況優(yōu)化和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在學(xué)期開(kāi)始、學(xué)期1/3和學(xué)期2/3這3個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，教師深入學(xué)生內(nèi)部，通過(guò)聊天、調(diào)查問(wèn)卷等方式，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀。調(diào)查內(nèi)容主要有學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、對(duì)授課內(nèi)容的期望以及現(xiàn)在的學(xué)習(xí)態(tài)度。然后針對(duì)調(diào)查結(jié)果，在保證課程內(nèi)容系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)學(xué)生情況精簡(jiǎn)或添加授課內(nèi)容。例如，對(duì)于先修課程，如果編譯原理中存在某個(gè)知識(shí)點(diǎn)涉及其他相關(guān)課程，教師可以提前一周發(fā)布相關(guān)課程名稱(chēng)及在該課程中對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，保證在這部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生得以復(fù)習(xí)。對(duì)于學(xué)生要求新添加的內(nèi)容，教師可以抽出一段時(shí)間來(lái)做相關(guān)講座以充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于編譯原理的新課程，如果學(xué)生對(duì)此部分內(nèi)容比較熟悉，如高級(jí)語(yǔ)言的一般特性，教師可以列出提綱，以作業(yè)的形式鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在課外進(jìn)行歸納總結(jié)；如果是重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，如詞法分析階段中的有限自動(dòng)機(jī)理論，教師則需展開(kāi)并深入講解，講解時(shí)應(yīng)避免概念式宣講，盡可能采取問(wèn)題啟發(fā)的方式引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。

在教學(xué)過(guò)程方面，我們要避免教師唱“獨(dú)角戲”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與性。不同于以往考查學(xué)生記憶率的提問(wèn)回答的方式，學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程是在教師設(shè)置好的問(wèn)題場(chǎng)景下，隨著教師的引導(dǎo)，思考問(wèn)題、探討問(wèn)題、解決問(wèn)題，并最終達(dá)到真正學(xué)習(xí)的目的。例如，在學(xué)習(xí)詞法分析器中的有限自動(dòng)機(jī)（包括不確定有限自動(dòng)機(jī)NFA和確定有限自動(dòng)機(jī)DFA）時(shí)，教師并不直接去枯燥地講解理論和方法，而是給出問(wèn)題場(chǎng)景，通過(guò)探討型的方式教學(xué)。教師首先讓學(xué)生思考在詞法分析階段，根據(jù)已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)（如正規(guī)式）能否實(shí)現(xiàn)詞法分析器，進(jìn)而引出學(xué)習(xí)有限自動(dòng)機(jī)的必要性，并對(duì)兩種有限自動(dòng)機(jī)NFA和DFA展開(kāi)講解。在講解的同時(shí)，請(qǐng)學(xué)生思考NFA和DFA的區(qū)別和聯(lián)系，以及各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在講解結(jié)束后，再請(qǐng)學(xué)生根據(jù)NFA和DFA的各自特點(diǎn)，思考兩者分別有哪些應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)于比較困難的問(wèn)題，教師可以給予必要的引導(dǎo)，如最后一個(gè)問(wèn)題，教師可以給出多個(gè)場(chǎng)景，讓學(xué)生進(jìn)行選擇。后期學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上就是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)詞法分析器。在這種由問(wèn)題引導(dǎo)的教學(xué)方式中，學(xué)生很容易感受到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的環(huán)環(huán)相扣。某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的不足，將引出一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)，而新知識(shí)點(diǎn)對(duì)以往缺陷的解決過(guò)程會(huì)使學(xué)生的自信心與自豪感大大增強(qiáng)。而當(dāng)再發(fā)現(xiàn)新知識(shí)點(diǎn)也存在缺點(diǎn)時(shí)，學(xué)生將有很大的勇氣和動(dòng)力去解決它。

3.2 實(shí)踐教學(xué)

為了深入理解編譯原理，實(shí)踐過(guò)程是非常關(guān)鍵的。本節(jié)從實(shí)踐內(nèi)容和實(shí)踐管理兩方面對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行安排。

在實(shí)踐內(nèi)容方面，采用兩種實(shí)踐方式。方式一為基礎(chǔ)實(shí)踐，實(shí)踐過(guò)程與理論教學(xué)同步，是對(duì)基本理論的實(shí)現(xiàn)練習(xí)；方式二為綜合實(shí)踐，每次的實(shí)踐內(nèi)容是編譯器的一個(gè)模塊，當(dāng)所有作業(yè)完成后，能基本上形成-_個(gè)小的編譯器。方式一的實(shí)踐內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，能加深學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，但不能突出各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系；方式二能較清晰地表達(dá)各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，但作業(yè)難度較大，學(xué)生不易完成。我們引入研究性教學(xué)，將這兩種方式結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)缺互補(bǔ)。在安排實(shí)踐內(nèi)容時(shí)，基礎(chǔ)實(shí)踐主要包括單詞符號(hào)統(tǒng)計(jì)的編程實(shí)現(xiàn)、有限自動(dòng)機(jī)的編程實(shí)現(xiàn)、LEX的使用、LL（1）分析的編程實(shí)現(xiàn)、LR分析的編程實(shí)現(xiàn)（主要是LR（O）、SLR和LR（1））、YACC的使用和屬性文法的傳值實(shí)現(xiàn)，學(xué)生需將所有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)全部完成。綜合實(shí)踐包括可編程計(jì)算器的實(shí)現(xiàn)、文本編輯器的實(shí)現(xiàn)和語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化編輯器的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生可以從3個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)中任選其一。

在實(shí)踐管理方面，我們采用小組分組、組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。10人一組，自薦組長(zhǎng)。為了避免以往“一人種樹(shù)，眾人乘涼”的現(xiàn)象，“加強(qiáng)”作業(yè)力度，將一組一份作業(yè)的要求轉(zhuǎn)化為一人一份作業(yè)的要求；“降低”作業(yè)難度，轉(zhuǎn)變組長(zhǎng)“種樹(shù)”的角色為“助教”的角色來(lái)幫助組員完成作業(yè)。此時(shí)對(duì)組長(zhǎng)的要求較高，不僅需要提前完成作業(yè)，更需要擁有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)、組織能力、表達(dá)能力以及教學(xué)責(zé)任心，而教師也需提前對(duì)組長(zhǎng)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，使組長(zhǎng)滿足“助教”的專(zhuān)業(yè)水平。實(shí)踐作業(yè)的考核環(huán)節(jié)采取組長(zhǎng)打分和答辯打分兩種。對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)踐，由組長(zhǎng)根據(jù)組員對(duì)本次作業(yè)的實(shí)踐情況，給出0～5分（0-沒(méi)寫(xiě)、1-不及格、2-及格、3-中、4-良、5-優(yōu)），并備注出其不足之處。對(duì)于綜合實(shí)踐，在課程臨近結(jié)束時(shí)，對(duì)最終完成的小編譯器進(jìn)行考核，首先組長(zhǎng)對(duì)每個(gè)組員的編譯器給出O～50分（0-沒(méi)寫(xiě)、1～10-不及格、11～20-及格、21～30-中、31～40-良、41～50-優(yōu)）；然后教師對(duì)其進(jìn)行答辯考核，隨機(jī)從每個(gè)小組中選擇一位學(xué)生代表整組演示項(xiàng)目，每人10分鐘（學(xué)生演示6分鐘，教師和學(xué)生提問(wèn)4分鐘），并給出0～50分作為小組每位成員的答辯成績(jī)。在考核環(huán)節(jié)中，特別是對(duì)綜合實(shí)踐的考核，因?yàn)閱蝹€(gè)學(xué)生的答辯成績(jī)將代表整組組員的成績(jī)，所以任何組員都不敢輕視實(shí)踐過(guò)程，各個(gè)小組成員相互監(jiān)督、相互督促、相互切磋、共同成長(zhǎng)。每次的實(shí)踐成績(jī)要向?qū)W生公布，接受學(xué)生質(zhì)疑，創(chuàng)造良性競(jìng)爭(zhēng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

研究性教學(xué)在評(píng)價(jià)時(shí)注重考慮過(guò)程取向、實(shí)踐取向和合作取向。本著公正、公開(kāi)的原則，將成績(jī)構(gòu)成多元化，采用“階段考核+期末考核+實(shí)踐考核”結(jié)合的方式。階段考核安排在學(xué)期1/3、學(xué)期2/3這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上（在調(diào)查學(xué)生情況的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前），考核方式為網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)閉卷考試，題型為單選題、多選題、判斷題和填空題，主要考查學(xué)生對(duì)基本概念和理論的理解，每次階段考核占總成績(jī)的20%。期末考核安排在學(xué)期末，考試方式為“網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)閉卷考試+筆試閉卷考試”，題庫(kù)題型與階段考試相同，筆試題型為綜合題，主要考查學(xué)生對(duì)理論的綜合運(yùn)用，占總成績(jī)的30%。實(shí)踐考核由小組組長(zhǎng)和教師綜合打分，考核學(xué)生的動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)溝通能力，占總成績(jī)的30%。多種考核方式比單一考核方式更能準(zhǔn)確地反映學(xué)生掌握知識(shí)的程度。由于多次考試的刺激，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中保持高度的危機(jī)感，積極參與教學(xué)活動(dòng)，在扎好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的情況下，穩(wěn)步發(fā)展創(chuàng)新精神。

4、結(jié)語(yǔ)

研究性教學(xué)改革主要針對(duì)編譯原理課程的課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)評(píng)價(jià)3個(gè)方面進(jìn)行，這對(duì)其他課程的教學(xué)實(shí)踐也具有借鑒意義。由于現(xiàn)在正處在改革初期，在取得了一定的教學(xué)成果的同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中也存在一些值得注意的地方。在教學(xué)資源方面，雖然很多學(xué)校已經(jīng)投入大量資金建設(shè)圖書(shū)館和實(shí)驗(yàn)室，但與國(guó)際名校相比，教學(xué)資源仍顯不足；就教師素質(zhì)而言，我們需要更專(zhuān)業(yè)、更有水平的教師，這不僅體現(xiàn)在教學(xué)能力上，也體現(xiàn)在廣泛的知識(shí)面、豐富的生活閱歷及組織能力上。總之，在教學(xué)中進(jìn)行研究性教學(xué)改革，我們?nèi)孕璨粩嗵剿鳎蕴岣呓虒W(xué)水平，培養(yǎng)有創(chuàng)新意識(shí)的綜合型人才。