編譯原理課程研究型教學方法探討與實踐

摘要：針對新時期編譯原理課程教學實際，分析研究型教學的核心及科研思想在編譯原理課程教學中的實踐與應用，給出一個研究型教學設計流程，提出科研思想與方法是研究型教學核心的觀點，并舉例嘗試在編譯原理課程教學過程中運用分類、模式和設計等科研思想。

關鍵詞：研究型教學；科研思想；編譯原理

編譯原理是計算機科學技術及軟件工程專業本科階段的核心基礎課程之一。在研究型教學的新形勢下，深化編譯原理課程的教學改革，向學生傳授編譯原理的基本概念、理論、方法、技術和工具，具有十分重要的意義。筆者嘗試從科學研究思想（以下簡稱研究思想）的角度，對編譯原理研究型教學方法和教學內容進行初步探索，交流在編譯原理課程教學實踐中對相關研究思想的一點體會。

1.研究思想與高校教學過程

1.1研究思想與高校教學的關系

傳統教學強調知識的傳承，盡管具有基礎夯實等優點，但是在高等院校教學過程中無法有效激勵學生的求學熱情，不能有效提高學生探索未知世界的能力。研究型教學強調知識的創造，從學生角度要求“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”。研究型教學方法強調學生的主體性和教師的主導性，包括問題解決、自主研究和課題參與等3種形式。研究思想強調解決問題的基本想法和途徑，與高等院校培養創新型人才的使命具有很強的相關性，不難看出，研究思想與高校研究型教學是緊密相關、相輔相成的。

如何在高等院校課程教學過程中加強研究型教學，讓學生了解基本的研究思想和方法、掌握解決問題的基本思路，是筆者長期堅持的教學目標之一。通過研究型教學方法的實踐探索與深入體會，我們認為研究型教學的核心是在具體課程中對相關研究思想的凝練與詮釋。筆者嘗試探討研究型教學設計流程，并在編譯原理課程中實踐研究型教學方法，具體探索分類、模式、設計等基本研究思想在編譯原理中的運用及在編譯原理課程教學中的講解。

1.2研究思想在教學過程中的作用

研究型教學是以探究為基本方法的教學方式。將科學研究的思想和方法引入教學過程，能有效培養學生的創新精神和實踐能力。我們認為研究型教學的核心在于在教學中體現并突出研究思想。研究思想是否在教學中得以有效體現直接決定研究型教學的成功與否。為了在教學中有效體現研究思想，需要學生們積極思考，主動研究并獲取知識，重現知識創造的過程，更需要教師進行詳細的規劃，力圖在邏輯上提供與具體知識的創造相吻合的場景。筆者相信，與案例式教學相結合，研究型教學將在編譯原理教學過程中發揮巨大的作用。

2.編譯原理教學中研究思想的提煉

2.1研究型教學設計流程

研究型教學設計流程對研究型教學過程的設計與規劃具有重要意義。本文嘗試給出一個研究型教學設計流程，如圖1所示。該流程由明確研究型教學目的、研讀教學內容、調整研究型教學規劃等12個步驟構成。在這些步驟中，我們認為提煉科學研究思想和制定研究型教學方案是兩個關鍵步驟。較為準確地從授課內容中提煉出科學研究思想，是后繼研究型教學的基礎；制定一個較為完善的研究型教學方案，更是順利實現研究型教學的關鍵。

研究型教學用具在研究型教學中也起著重要作用。需要明確的是，研究型教學用具的制作不僅包括多媒體課件的制作，還包括相關教學工具的開發。例如，在編譯原理課程教學中，如果直接向學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化編譯器的設計、提高編譯器的效率、增強編譯器的可移植性，那么很難保證學生真正理解。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用具，通過向同學們展示一個可拆解插頭的手機電源適配器及其各個組成部分來介紹將一個復雜研究對象分解為幾個組件的思想及其簡化、高效和便于移植的優點（見圖2）。

在流程的一個周期結束后，需要積極思考并調整已有的研究型教學規劃，通過重新提煉科研思想、梳理研究型教學思路等步驟，努力實現整個流程的正向反饋。

2.2編譯原理課程中的研究思想

從前述科學研究思想的角度出發，在編譯原理課程實踐研究型教學的過程中，我們嘗試突出“分類、模式、設計”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，體現分類的研究思想；通過正則表達式、表驅動的分析方法（如表驅動LL（1）分析方法）體現模式的研究思想；通過句柄的概念和LR（O）自動機，介紹設計的研究思想。

當然，除了以上3類研究思想，在編譯原理知識體系中還蘊含其他研究思想，例如分析與綜合、整體和局部、自頂向下與自底向上等。在教學實踐過程中可考慮深入研討，力爭將這些研究思想在編譯原理課程教學中綜合體現。

3.研究思想在編譯原理教學中的實踐

編譯原理研究型教學過程強調以知識和案例為載體，通過對案例的理解、對知識的汲取，掌握合適的問題求解思路和方法，培養學生的專業實踐能力；通過對研究思想的理解和掌握，促進學生思考并了解知識的獲取方法，體會創造和研究的樂趣，培養計算機和軟件專業學生的科學研究能力。本節將根據上一節所述流程，以模式研究思想為例，討論如何有計劃、分階段地將研究思想在編譯課程教學過程中加以貫徹和滲透。

模式思想即發現并應用具體問題中蘊含的規律。眾所周知，模式在計算機和軟件專業中具有重要作用和大量應用。例如，數據管理中的查詢模式，信息檢索中的檢索模式，程序設計中的設計模式等。在編譯原理知識體系中，眾多知識點都體現了模式思想，包括正則表達式、有限狀態自動機、LL（1）文法分析等。

在編譯原理教學實踐中，我們根據圖1所示的研究型教學設計流程探討模式研究思想的教學過程，若干步驟的具體實現如下所述。

通過鉆研授課內容，容易發現在自頂向下的LL（1）語法分析過程中，存在一個模式，即分析某個非終結符，結合當前輸入符號的具體取值，確定需要應用哪個產生式。上述規律可以體現為表驅動的方法。這種表驅動的方法，實質是規律的發現與使用，亦即模式的發現與使用。

據此，從編譯原理知識體系中提煉出“模式”這一具有普遍意義的研究思想。進而，考慮如何引導學生發現和使用該研究思想。

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

（1）尋找研究型教學案例：首先，通過“日常上課”這個校園學習生活中的簡單例子，向學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”驅動的。課程表的模式很簡單，即“日期-時間-科目及地點”，也就是根據給定日期（星期幾）和具體時間在對應的單元格內查表得到該時段待上科目及地點信息。在“課程表”的基礎上，采用“表驅動LL（1）分析方法”作為教學案例，重點介紹LL（1）分析表的構成：以非終結符為行，以終結符或輸入結束符號為列，以可選擇的產生式集合為表項。

（2）制定研究型教學方案：書寫教案，突出規律。向學生們介紹在LL（1）分析過程中，根據當前的文法符號（終結符或者非終結符）以及當前輸入符號，來決定后繼動作。鑒于當前文法符號為終結符時較簡單（僅需進行簡單對比），表驅動LL（1）分析教學方案的核心為根據當前非終結符以及當前輸入符號，查詢符號表中的具體表項以決定后繼動作。

（3）制作研究型教學用具：準備課件等相關教學用具。為了便于學生有效理解表驅動LL（1）分析方法，在課件中充分使用Flash和動畫等較為形象的方式，如圖3所示。

（4）演練研究型教學過程：通過提前演練，斟酌如何用課堂語言準確地向學生介紹表驅動LL（1）語法分析方法及其蘊含的模式研究思想，并和其相關的知識點，例如First集/Follow集的計算、遞歸下降LL（1）語法分析等，進行充分關聯。

通過教師課堂講解、學生課堂討論、課下研討與書面報告等形式進行一系列研究型教學實踐活動，同時通過課堂書面收集、課下師生交流、第三方（例如助教、學校電子教務系統）輔助評價等方式收集教學意見。

整理教學反饋，并根據教學反饋及時調整研究型教學規劃。在我們的編譯原理課程教學過程中，鑒于模式思想在表驅動LL（1）分析方法上的前期教學效果良好，后繼又將該思想應用在LR分析表、正則表達式等知識點的教學過程中。

4.結語

筆者從教學實踐中提出“研究型教學的核心在于科學研究思想在教學過程中有效體現”的觀點，給出一個研究型教學設計流程，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過程中的初步嘗試。如何給出研究型教學的較為全面完善的評價指標體系，如何進行合理的研究型教學效果評估是今后需要進一步研究的問題。