編譯原理課程研究型教學(xué)方法探討與實(shí)踐

摘要：針對(duì)新時(shí)期編譯原理課程教學(xué)實(shí)際，分析研究型教學(xué)的核心及科研思想在編譯原理課程教學(xué)中的實(shí)踐與應(yīng)用，給出一個(gè)研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程，提出科研思想與方法是研究型教學(xué)核心的觀點(diǎn)，并舉例嘗試在編譯原理課程教學(xué)過程中運(yùn)用分類、模式和設(shè)計(jì)等科研思想。

關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)；科研思想；編譯原理

編譯原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及軟件工程專業(yè)本科階段的核心基礎(chǔ)課程之一。在研究型教學(xué)的新形勢(shì)下，深化編譯原理課程的教學(xué)改革，向?qū)W生傳授編譯原理的基本概念、理論、方法、技術(shù)和工具，具有十分重要的意義。筆者嘗試從科學(xué)研究思想（以下簡(jiǎn)稱研究思想）的角度，對(duì)編譯原理研究型教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行初步探索，交流在編譯原理課程教學(xué)實(shí)踐中對(duì)相關(guān)研究思想的一點(diǎn)體會(huì)。

1.研究思想與高校教學(xué)過程

1.1研究思想與高校教學(xué)的關(guān)系

傳統(tǒng)教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承，盡管具有基礎(chǔ)夯實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但是在高等院校教學(xué)過程中無法有效激勵(lì)學(xué)生的求學(xué)熱情，不能有效提高學(xué)生探索未知世界的能力。研究型教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的創(chuàng)造，從學(xué)生角度要求“知其然知其所以然”，從教師角度要求“授人以魚不如授之以漁”。研究型教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，包括問題解決、自主研究和課題參與等3種形式。研究思想強(qiáng)調(diào)解決問題的基本想法和途徑，與高等院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的使命具有很強(qiáng)的相關(guān)性，不難看出，研究思想與高校研究型教學(xué)是緊密相關(guān)、相輔相成的。

如何在高等院校課程教學(xué)過程中加強(qiáng)研究型教學(xué)，讓學(xué)生了解基本的研究思想和方法、掌握解決問題的基本思路，是筆者長(zhǎng)期堅(jiān)持的教學(xué)目標(biāo)之一。通過研究型教學(xué)方法的實(shí)踐探索與深入體會(huì)，我們認(rèn)為研究型教學(xué)的核心是在具體課程中對(duì)相關(guān)研究思想的凝練與詮釋。筆者嘗試探討研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程，并在編譯原理課程中實(shí)踐研究型教學(xué)方法，具體探索分類、模式、設(shè)計(jì)等基本研究思想在編譯原理中的運(yùn)用及在編譯原理課程教學(xué)中的講解。

1.2研究思想在教學(xué)過程中的作用

研究型教學(xué)是以探究為基本方法的教學(xué)方式。將科學(xué)研究的思想和方法引入教學(xué)過程，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。我們認(rèn)為研究型教學(xué)的核心在于在教學(xué)中體現(xiàn)并突出研究思想。研究思想是否在教學(xué)中得以有效體現(xiàn)直接決定研究型教學(xué)的成功與否。為了在教學(xué)中有效體現(xiàn)研究思想，需要學(xué)生們積極思考，主動(dòng)研究并獲取知識(shí)，重現(xiàn)知識(shí)創(chuàng)造的過程，更需要教師進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，力圖在邏輯上提供與具體知識(shí)的創(chuàng)造相吻合的場(chǎng)景。筆者相信，與案例式教學(xué)相結(jié)合，研究型教學(xué)將在編譯原理教學(xué)過程中發(fā)揮巨大的作用。

2.編譯原理教學(xué)中研究思想的提煉

2.1研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程

研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程對(duì)研究型教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與規(guī)劃具有重要意義。本文嘗試給出一個(gè)研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程，如圖1所示。該流程由明確研究型教學(xué)目的、研讀教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整研究型教學(xué)規(guī)劃等12個(gè)步驟構(gòu)成。在這些步驟中，我們認(rèn)為提煉科學(xué)研究思想和制定研究型教學(xué)方案是兩個(gè)關(guān)鍵步驟。較為準(zhǔn)確地從授課內(nèi)容中提煉出科學(xué)研究思想，是后繼研究型教學(xué)的基礎(chǔ)；制定一個(gè)較為完善的研究型教學(xué)方案，更是順利實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)的關(guān)鍵。

研究型教學(xué)用具在研究型教學(xué)中也起著重要作用。需要明確的是，研究型教學(xué)用具的制作不僅包括多媒體課件的制作，還包括相關(guān)教學(xué)工具的開發(fā)。例如，在編譯原理課程教學(xué)中，如果直接向?qū)W生們介紹把編譯過程的分析部分劃分為詞法分析和語法分析階段的原因是為了簡(jiǎn)化編譯器的設(shè)計(jì)、提高編譯器的效率、增強(qiáng)編譯器的可移植性，那么很難保證學(xué)生真正理解。為此，在課堂上，我們嘗試使用可拆卸的電源適配器作為教學(xué)用具，通過向同學(xué)們展示一個(gè)可拆解插頭的手機(jī)電源適配器及其各個(gè)組成部分來介紹將一個(gè)復(fù)雜研究對(duì)象分解為幾個(gè)組件的思想及其簡(jiǎn)化、高效和便于移植的優(yōu)點(diǎn)（見圖2）。

在流程的一個(gè)周期結(jié)束后，需要積極思考并調(diào)整已有的研究型教學(xué)規(guī)劃，通過重新提煉科研思想、梳理研究型教學(xué)思路等步驟，努力實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的正向反饋。

2.2編譯原理課程中的研究思想

從前述科學(xué)研究思想的角度出發(fā)，在編譯原理課程實(shí)踐研究型教學(xué)的過程中，我們嘗試突出“分類、模式、設(shè)計(jì)”等基本研究思想，如表1所示。在編譯原理課程講解中，通過喬姆斯基文法體系和NFA/DFA，體現(xiàn)分類的研究思想；通過正則表達(dá)式、表驅(qū)動(dòng)的分析方法（如表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析方法）體現(xiàn)模式的研究思想；通過句柄的概念和LR（O）自動(dòng)機(jī)，介紹設(shè)計(jì)的研究思想。

當(dāng)然，除了以上3類研究思想，在編譯原理知識(shí)體系中還蘊(yùn)含其他研究思想，例如分析與綜合、整體和局部、自頂向下與自底向上等。在教學(xué)實(shí)踐過程中可考慮深入研討，力爭(zhēng)將這些研究思想在編譯原理課程教學(xué)中綜合體現(xiàn)。

3.研究思想在編譯原理教學(xué)中的實(shí)踐

編譯原理研究型教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)以知識(shí)和案例為載體，通過對(duì)案例的理解、對(duì)知識(shí)的汲取，掌握合適的問題求解思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力；通過對(duì)研究思想的理解和掌握，促進(jìn)學(xué)生思考并了解知識(shí)的獲取方法，體會(huì)創(chuàng)造和研究的樂趣，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)和軟件專業(yè)學(xué)生的科學(xué)研究能力。本節(jié)將根據(jù)上一節(jié)所述流程，以模式研究思想為例，討論如何有計(jì)劃、分階段地將研究思想在編譯課程教學(xué)過程中加以貫徹和滲透。

模式思想即發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用具體問題中蘊(yùn)含的規(guī)律。眾所周知，模式在計(jì)算機(jī)和軟件專業(yè)中具有重要作用和大量應(yīng)用。例如，數(shù)據(jù)管理中的查詢模式，信息檢索中的檢索模式，程序設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式等。在編譯原理知識(shí)體系中，眾多知識(shí)點(diǎn)都體現(xiàn)了模式思想，包括正則表達(dá)式、有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)、LL（1）文法分析等。

在編譯原理教學(xué)實(shí)踐中，我們根據(jù)圖1所示的研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程探討模式研究思想的教學(xué)過程，若干步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下所述。

通過鉆研授課內(nèi)容，容易發(fā)現(xiàn)在自頂向下的LL（1）語法分析過程中，存在一個(gè)模式，即分析某個(gè)非終結(jié)符，結(jié)合當(dāng)前輸入符號(hào)的具體取值，確定需要應(yīng)用哪個(gè)產(chǎn)生式。上述規(guī)律可以體現(xiàn)為表驅(qū)動(dòng)的方法。這種表驅(qū)動(dòng)的方法，實(shí)質(zhì)是規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與使用，亦即模式的發(fā)現(xiàn)與使用。

據(jù)此，從編譯原理知識(shí)體系中提煉出“模式”這一具有普遍意義的研究思想。進(jìn)而，考慮如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和使用該研究思想。

梳理模式研究思想的授課思路為：由感及理，即讓學(xué)生們先有感性認(rèn)識(shí)，再到理性理解。具體地，先通過一個(gè)典型的日常示例，讓學(xué)生們對(duì)模式有一定的感性認(rèn)識(shí)，而后再引入模式的研究思想，以及其在表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析中的形式及作用。

（1）尋找研究型教學(xué)案例：首先，通過“日常上課”這個(gè)校園學(xué)習(xí)生活中的簡(jiǎn)單例子，向?qū)W生們介紹模式思想的重要性及普遍性。具體地，上課是“課程表”驅(qū)動(dòng)的。課程表的模式很簡(jiǎn)單，即“日期-時(shí)間-科目及地點(diǎn)”，也就是根據(jù)給定日期（星期幾）和具體時(shí)間在對(duì)應(yīng)的單元格內(nèi)查表得到該時(shí)段待上科目及地點(diǎn)信息。在“課程表”的基礎(chǔ)上，采用“表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析方法”作為教學(xué)案例，重點(diǎn)介紹LL（1）分析表的構(gòu)成：以非終結(jié)符為行，以終結(jié)符或輸入結(jié)束符號(hào)為列，以可選擇的產(chǎn)生式集合為表項(xiàng)。

（2）制定研究型教學(xué)方案：書寫教案，突出規(guī)律。向?qū)W生們介紹在LL（1）分析過程中，根據(jù)當(dāng)前的文法符號(hào)（終結(jié)符或者非終結(jié)符）以及當(dāng)前輸入符號(hào)，來決定后繼動(dòng)作。鑒于當(dāng)前文法符號(hào)為終結(jié)符時(shí)較簡(jiǎn)單（僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比），表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析教學(xué)方案的核心為根據(jù)當(dāng)前非終結(jié)符以及當(dāng)前輸入符號(hào)，查詢符號(hào)表中的具體表項(xiàng)以決定后繼動(dòng)作。

（3）制作研究型教學(xué)用具：準(zhǔn)備課件等相關(guān)教學(xué)用具。為了便于學(xué)生有效理解表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析方法，在課件中充分使用Flash和動(dòng)畫等較為形象的方式，如圖3所示。

（4）演練研究型教學(xué)過程：通過提前演練，斟酌如何用課堂語言準(zhǔn)確地向?qū)W生介紹表驅(qū)動(dòng)LL（1）語法分析方法及其蘊(yùn)含的模式研究思想，并和其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，例如First集/Follow集的計(jì)算、遞歸下降LL（1）語法分析等，進(jìn)行充分關(guān)聯(lián)。

通過教師課堂講解、學(xué)生課堂討論、課下研討與書面報(bào)告等形式進(jìn)行一系列研究型教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)通過課堂書面收集、課下師生交流、第三方（例如助教、學(xué)校電子教務(wù)系統(tǒng)）輔助評(píng)價(jià)等方式收集教學(xué)意見。

整理教學(xué)反饋，并根據(jù)教學(xué)反饋及時(shí)調(diào)整研究型教學(xué)規(guī)劃。在我們的編譯原理課程教學(xué)過程中，鑒于模式思想在表驅(qū)動(dòng)LL（1）分析方法上的前期教學(xué)效果良好，后繼又將該思想應(yīng)用在LR分析表、正則表達(dá)式等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過程中。

4.結(jié)語

筆者從教學(xué)實(shí)踐中提出“研究型教學(xué)的核心在于科學(xué)研究思想在教學(xué)過程中有效體現(xiàn)”的觀點(diǎn)，給出一個(gè)研究型教學(xué)設(shè)計(jì)流程，并通過模式研究思想舉例介紹了研究思想在編譯原理教學(xué)過程中的初步嘗試。如何給出研究型教學(xué)的較為全面完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如何進(jìn)行合理的研究型教學(xué)效果評(píng)估是今后需要進(jìn)一步研究的問題。