基于PBL的《編譯原理》課程教學(xué)研究與實(shí)踐

　　摘 要： 基于PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)是以問題為中心，學(xué)生為主體，能較好地提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。針對(duì)目前編譯原理課程教學(xué)中普遍存在的學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性、動(dòng)手能力不強(qiáng)等問題，作者結(jié)合教學(xué)實(shí)際，將PBL新教學(xué)模式引入到編譯原理課程教學(xué)中，就典型問題設(shè)計(jì)、圍繞問題重新設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系等問題進(jìn)行了探討和研究，研究表明新教學(xué)模式能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力，為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革提供了新的解決思路。
　　關(guān)鍵詞： PBL 《編譯原理》課程教學(xué) 課程教學(xué)體系
　　
　　1.引言
　　計(jì)算機(jī)專業(yè)對(duì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐動(dòng)手能力的要求較高，專業(yè)課教學(xué)在加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)必須面向設(shè)計(jì)，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維方式。編譯原理課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干課和必修課，同時(shí)也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，其中編譯器的編寫既有算法分析又有綜合程序設(shè)計(jì)，涉及高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、形式語言和自動(dòng)機(jī)理論、算法和軟件工程等多門課程的學(xué)習(xí)。長(zhǎng)期以來在編譯原理課程教學(xué)中，采取的還是傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生記”的填鴨式教學(xué)模式，其不足之處是沒有充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。同時(shí)由于實(shí)踐教學(xué)體系不完整，缺少有效的實(shí)踐教學(xué)手段，學(xué)生缺乏對(duì)教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化的認(rèn)識(shí)，動(dòng)手能力有待進(jìn)一步提高。
　　基于PBL（Problem Based Learning）的教學(xué)模式是近年來在英美等發(fā)達(dá)國(guó)家較為流行的一種教學(xué)方法，該模式的主要教學(xué)特點(diǎn)是采取以問題為中心、學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)方式。老師通過提問或給出項(xiàng)目等方式在課前引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料；學(xué)生采取小組討論、合作等方式集體完成任務(wù)；課堂上老師通過讓學(xué)生主講等方式達(dá)到完成教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題、解決問題能力的目的。針對(duì)目前在編譯原理課程教學(xué)中普遍存在的學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性、動(dòng)手能力不強(qiáng)等問題，筆者擬將PBL新教學(xué)模式引入到編譯原理課程教學(xué)中，旨在結(jié)合專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，研究PBL典型教學(xué)過程如典型問題的設(shè)計(jì)，并圍繞問題重新設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系，為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革提供新的解決思路。
　　2.基于PBL的《編譯原理》課程教學(xué)設(shè)計(jì)
　　2.1教學(xué)模式轉(zhuǎn)變
　　我于2009年以訪問學(xué)者身份赴美國(guó)北卡羅來納大學(xué)州立大學(xué)計(jì)算機(jī)系，希望通過觀摩國(guó)外本科專業(yè)課程，學(xué)習(xí)PBL教學(xué)模式及相關(guān)的教學(xué)方法。北卡羅來納州立大學(xué)成立于1789年，位于美國(guó)的北卡羅來納州，是美國(guó)成立最早的公立大學(xué)。PBL典型的教學(xué)過程包括：?jiǎn)栴}提出—組織小組—自主學(xué)習(xí)—合作交流—展示成果—總結(jié)評(píng)價(jià)。在國(guó)外，課堂教學(xué)前需要學(xué)生自己預(yù)習(xí)的內(nèi)容比較多，有時(shí)有幾十頁(yè)之多；課程安排的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多，每次做完實(shí)習(xí)內(nèi)容還必須找TA（助教）驗(yàn)收；教學(xué)形式多樣，特別注重實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)的合作。到每學(xué)期中間，老師會(huì)給每個(gè)組布置一個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)組學(xué)生自由組合，幾個(gè)人一組，老師任命一個(gè)組長(zhǎng)。然后在剩下的兩個(gè)月時(shí)間，同學(xué)們從最初的方案，程序設(shè)計(jì)，到最后做PPT，上臺(tái)報(bào)告，都要合作完成。整個(gè)過程非常注重合作精神的培養(yǎng)，經(jīng)常可以在圖書館看到三五成群的學(xué)生坐在一起討論。期間要經(jīng)常把階段成果發(fā)給老師，老師給予相應(yīng)指導(dǎo)，一起討論實(shí)現(xiàn)方案。最后完成報(bào)告的提交，老師驗(yàn)收程序并推薦一個(gè)人上臺(tái)做PPT工作。學(xué)生在做報(bào)告期間，其他同學(xué)有問題可以隨時(shí)舉手，課堂的交互性比較好。最終考核成績(jī)由兩部分組成，一部分是老師對(duì)小組的評(píng)價(jià)，一部分是組內(nèi)各同學(xué)之間的相互匿名評(píng)分。通過學(xué)習(xí)觀摩，我深刻體會(huì)到這種“學(xué)生為主體、問題為中心”的教學(xué)模式，在教師的整體把握和指導(dǎo)下，學(xué)生能主動(dòng)地參與到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。但是考慮到國(guó)內(nèi)教學(xué)實(shí)際，比如教學(xué)班較大、學(xué)時(shí)較少等問題，我們?cè)诰唧w實(shí)施時(shí)還不能簡(jiǎn)單地照搬國(guó)外模式，需重點(diǎn)研究如下問題。
　　2.1.1問題和創(chuàng)新型的課程設(shè)計(jì)
　　如何圍繞課程目標(biāo)來設(shè)計(jì)問題并以此引出相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容；設(shè)計(jì)的項(xiàng)目如何與實(shí)際應(yīng)用接軌，更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；如何組織學(xué)生獨(dú)立完成小型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作，使學(xué)生更好地將課本知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合。這些都是有待研究與解決的課題。
　　2.1.2考核標(biāo)準(zhǔn)的制定研究
　　為保證PBL教學(xué)模式的切實(shí)貫徹，研究有效的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模式非常必要。通過有機(jī)結(jié)合教師評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)，從多個(gè)角度地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)即問題解決過程進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)。
　　2.1.3教師觀念轉(zhuǎn)變
　　開展PBL教學(xué)，教師承擔(dān)著多種角色的變換，因此對(duì)教師的專業(yè)能力、實(shí)際問題的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求。
　　針對(duì)上述問題，我們結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀，在問題設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容整合、創(chuàng)新型課程設(shè)計(jì)、考核標(biāo)準(zhǔn)制定等方面做了大量的工作。
　　2.2《編譯原理》課程PBL教學(xué)模式設(shè)計(jì)
　　《編譯原理》課程理論抽象、學(xué)習(xí)難度大，過去教學(xué)重點(diǎn)多放在理論部分，如各類語法分析算法的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)，而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置與安排僅僅只是對(duì)理論的初級(jí)驗(yàn)證，往往缺少代表性的編譯器綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)編譯器設(shè)計(jì)原理及內(nèi)部處理機(jī)制的深入理解。根據(jù)PBL教學(xué)模式，問題是PBL教學(xué)活動(dòng)開展的前提，為此我們結(jié)合實(shí)踐根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將問題設(shè)計(jì)分為單元PBL教學(xué)、綜合PBL教學(xué)和實(shí)踐PBL教學(xué)三大類。
　　2.2.1單元PBL教學(xué)
　　編譯原理課程有很多經(jīng)典算法，單元PBL教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)以課程經(jīng)典算法的理論學(xué)習(xí)和軟件設(shè)計(jì)為主。如手工生成PASCAL語言詞法分析器，應(yīng)用FLEX自動(dòng)生成詞法分析器，應(yīng)用算符優(yōu)先法實(shí)現(xiàn)逆波蘭表達(dá)式分析，利用BISON編寫逆波蘭表達(dá)式計(jì)算器等具有代表性的教學(xué)內(nèi)容，我們讓學(xué)生在理解掌握課程詞法分析、語法分析等經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上，通過小型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)達(dá)到熟悉設(shè)計(jì)流程，體會(huì)軟件工程思想的目的。
　　2.2.2綜合PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)
　　傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要偏重編譯程序各階段的實(shí)現(xiàn)，較少涉及完整編譯器項(xiàng)目構(gòu)造。考慮到學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力，我們構(gòu)建了基于框架—插件式的編譯原理創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了綜合PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)。平臺(tái)以TINY語言為高級(jí)語言，以MIPS匯編語言為低級(jí)語言，實(shí)現(xiàn)從TINY到MIPS的編譯器構(gòu)造。
　　創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供詞法分析、LR（1）語法分析、語義分析（類型檢查）、代碼生成、代碼優(yōu)化等五個(gè)模塊，其中每個(gè)模塊被設(shè)計(jì)為一個(gè)單獨(dú)的插件。任務(wù)分配時(shí)，不同的小組完成編譯器不同模塊的設(shè)計(jì)；具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，學(xué)生并不需要考慮其他模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，只要專心設(shè)計(jì)完成相應(yīng)的插件，就能得到一個(gè)完整的編譯程序。
　　2.2.3實(shí)踐PBL教學(xué)
　　綜合實(shí)踐的主要目的是提高學(xué)生應(yīng)用編譯技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，以此為基礎(chǔ)開展本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)。我們?cè)?008、2009屆畢業(yè)生中以形式語言和自動(dòng)機(jī)理論為基礎(chǔ)，開展相關(guān)實(shí)踐設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括《基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市演化》、《基于L系統(tǒng)的植物花序仿真方法研究》等。學(xué)生通過將課本知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，達(dá)到綜合實(shí)踐、學(xué)以致用的目的。
　　2.3 PBL教學(xué)模式實(shí)施
　　通過上述問題設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上我們采取分組實(shí)踐形式具體實(shí)施PBL教學(xué)模式，每組由5—6名學(xué)生組成。分組后老師首先幫助學(xué)生明確問題主要研究?jī)?nèi)容、任務(wù)具體分配及驗(yàn)收方式等。在問題提出階段，老師以引導(dǎo)為主，讓學(xué)生明確問題，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館等各種渠道搜集相關(guān)設(shè)計(jì)資料；在任務(wù)分配階段，由組長(zhǎng)制定開發(fā)計(jì)劃，選擇開發(fā)平臺(tái)，提出設(shè)計(jì)方案，分配組員具體設(shè)計(jì)工作，老師在該階段重點(diǎn)檢查設(shè)計(jì)方案的合理性；在具體設(shè)計(jì)與代碼實(shí)現(xiàn)階段，由學(xué)生完成詳細(xì)設(shè)計(jì)包括代碼編碼、測(cè)試、集成等工作，老師在該階段主要進(jìn)行組內(nèi)工作協(xié)調(diào)等；問題完成后，老師組織學(xué)生進(jìn)行編碼測(cè)試、分組答辯、結(jié)果評(píng)比等多種形式展示設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　
　　該教學(xué)模式分別在06、07兩屆學(xué)生中小范圍嘗試，從實(shí)施情況看，課堂氣氛活躍，學(xué)生普遍反映通過自主學(xué)習(xí)，合作開發(fā)，課堂講解等多種教學(xué)形式，更好地理解了算法。這同時(shí)也為教師組織教學(xué)、考核評(píng)價(jià)提出了更高的要求。
　　2.4 PBL教學(xué)模式考核標(biāo)準(zhǔn)研究
　　傳統(tǒng)編譯原理課程考核主要采用筆試形式，而新PBL教學(xué)模式形式多樣，因此標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)的多元性，即將教師評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)等有機(jī)結(jié)合起來，保護(hù)每個(gè)學(xué)生積極參與的熱情，避免吃“大鍋飯”的現(xiàn)象，保證PBL教學(xué)模式能夠切實(shí)有力地貫徹。
　　為多角度地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，考查根據(jù)每次討論學(xué)生發(fā)言的次數(shù)、質(zhì)量、最終提交的書面報(bào)告及每個(gè)學(xué)生在問題實(shí)現(xiàn)過程所做的貢獻(xiàn)進(jìn)行，最終成績(jī)應(yīng)該包括兩部分，一部分是老師對(duì)小組的評(píng)價(jià)，一部分是組內(nèi)各同學(xué)之間的匿名相互評(píng)分，通過對(duì)問題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)，保證PBL教學(xué)的效果。基于新教學(xué)模式考核標(biāo)準(zhǔn)研究還有待在今后的教學(xué)中進(jìn)一步地摸索、改進(jìn)。
　　3.結(jié)語
　　基于PBL的教學(xué)模式的特點(diǎn)是以問題為中心，以學(xué)生為主體，我們圍繞PBL典型教學(xué)過程，將PBL新教學(xué)模式引入到編譯原理課程教學(xué)中，根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況總結(jié)了一些經(jīng)典案例，開發(fā)了與之相關(guān)的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并重新設(shè)計(jì)了課程教學(xué)體系。這種啟發(fā)引導(dǎo)為主的教學(xué)模式，能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作開發(fā)、解決問題的能力。但是教學(xué)方法、教學(xué)手段的改革是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，其中教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化是根本出發(fā)點(diǎn)，課程內(nèi)容的優(yōu)化、組合，以及教學(xué)方法的改革是個(gè)長(zhǎng)期的過程。這些還需要我們根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化并在以后的教學(xué)實(shí)踐中摸索，進(jìn)一步提高教學(xué)水平，為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革提供新的解決途徑。
　　
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