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(guò)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(guò)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(guò)程中無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程的分析部分劃分為詞法分析和語(yǔ)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)喬姆斯基文法體系和NFA/DFA，體現(xiàn)分類的研究思想；通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程強(qiáng)調(diào)以知識(shí)和案例為載體，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程，若干步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下所述。

通過(guò)鉆研授課內(nèi)容，容易發(fā)現(xiàn)在自頂向下的LL（1）語(yǔ)法分析過(guò)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(guò)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(guò)“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(guò)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(lái)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(guò)程：通過(guò)提前演練，斟酌如何用課堂語(yǔ)言準(zhǔn)確地向?qū)W生介紹表驅(qū)動(dòng)LL（1）語(yǔ)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(yǔ)法分析等，進(jìn)行充分關(guān)聯(lián)。

通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中。

4.結(jié)語(yǔ)

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(guò)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(guò)模式研究思想舉例介紹了研究思想在編譯原理教學(xué)過(guò)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。