啟發式教學在編譯原理理論與實踐教學中的應用

王曼韜 黃強，2危疆樹

（1.四川農業大學信息工程學院 四川雅安 625014；2.西南交通大學交通與物流工程學院 四川成都 611756）

啟發式教學在編譯原理理論與實踐教學中的應用

王曼韜1黃強1，2危疆樹1

（1.四川農業大學信息工程學院 四川雅安 625014；2.西南交通大學交通與物流工程學院 四川成都 611756）

啟發式教學方法是以學生為主體、教師為中心，能充分調動學生積極性、主動性，激發學生積極思考、發展智力的教學方法。為提高編譯原理教學的質量和效果，結合編譯原理的課程特點，在課堂教學、實踐教學中應用啟發式教學，并相應調整課程的考核方法，激發學的學習熱情、提升學生自主學習能力。

啟發式教學 編譯原理 應用

編譯原理是計算機相關專業的核心課程，是一門公認比較難學、比較難教的課程，課程對學生專業知識掌握情況要求高，為保障教學質量，無論是教師授課還是學生學習都需要投入較大的精力。同時，近年來編譯原理所涉及的知識范圍越來越多，大大增加了新技術內容，在課程課時不足的情況下，采用什么樣的課程教學方法以及相應的課程考核方式將接影響到教學效果以及對學生進行全面、客觀的評價。

啟發式教學是師生積極主動參與教學活動，教師采取各種方式調動學生的學習熱情、讓學生積極主動地探究和解決問題、獲取知識和提高認知能力的一種教學指導思想［1］。啟發式教學的要旨在于先讓學生積極思考，再進行適時啟發，在學生自愿、自動、自覺學習的情況下能夠舉一反三、觸類旁通；其實施要領在于要根據學生的實際出發進行引導，當學生還沒有達到理解某件事情的階段，不可操之過急，要循序漸進，腳踏實地，務其根本。

一、編譯原理教學問題分析

首先，編譯原理課程有較強的綜合性，涉及的先修課程包括離散數學、程序設計、數據結構、匯編語言、操作系統等，學生對這些基礎知識的掌握程度參差不齊，也存在部分學生沒有掌握必要的基礎知識的情況；其次編譯原理課程著重討論編譯的基本理論和編譯器構造的基本技術，同時還涉及到一些新的理論知識，如正規式、自動機、形式語言理論、語法制導翻譯等，因此學生感到理論知識抽象，理解困難；算法復雜，不容易實現，在學習的過程中逐步喪失學習的熱情和學習的積極性。

其次，編譯原理課程實踐環節相對比較薄弱，而編譯原理課程自身的特點決定了對實踐的要求很高，一些相關的重要理論不經過實踐、編程來實現，就不能算真正的理解和掌握。雖然經過精心安排，實踐內容基本涵蓋了編譯原理的基本算法和技術，但實踐環節依然存在如下問題。首先，實驗環境往往忽視了學生的個體差異，實驗內容往往比較固定和單一，難以滿足不同水平的學生的實踐需求；其次，編譯的實踐環節往往還是局限于編譯器的實現而忽視編譯技術與實際應用的聯系。雖然在課程初始就告訴學生編譯技術的若干應用，但是學生在實踐過程中不自覺的有一種誤解，認為編譯原理的目的就是編寫一個編譯器，逐漸喪失實踐的興趣［2］；第三，相當一部分基礎較差的學生和理解能力較弱的同學隨著實踐的深入采用各種方法，用敷衍的態度應付實踐環節，達不到課程的要求。因此，在考慮如何學好理論知識的同時，如何把理論和實踐相結合，促進和激發學生的學習興趣，鍛煉學生用計算思維解決實際問題的能力，是編譯原理教學的一個主要和及其重要的問題。

二、常見啟發式教學法在教學中的具體應用

啟發式教學方法沒有固定的教學格式和教學環節，只要具備啟發式教學的特點，都可以歸為啟發式教學法。［3］因此，可以在不同的知識點，在不同的理論、實踐教學環節應用恰當的教學方法進行教學。

1.PBL教學法與討論式教學法相結合

PBL教學法是以問題為基礎的教學模式，是在教師的整體把握和指導下，把學習設置到有意義的“問題”情景中。讓學生通過分析真實問題，來學習隱含于“問題”背后的科學知識，形成解決問題的技能，培養自主學習的能力［4］。討論式教學法是教師為實現一定的教學目標，通過課前對知識點的設計和組織，在課程討論中啟發學生表達經過獨立思考后的見解，對于培養學生的獨立思考能力和創新精神有非常積極的意義。為此，設置了專門的“討論課”，具體操作如下：

（1）在課前精心設疑，提出問題的背景、目的和意義，并為學生提供部分相關參考資料，形成文檔在課前發放給同學，并鼓勵學生自己查詢相關資料；

（2）以小組為單位組織學生在課前對問題進行探索，小組長負責組織組員發言、討論，并記載每位同學的工作和討論情況；最終得到結論、或提出討論中遇到的問題，并形成書面文檔；小組討論等相關記錄在后期作為每位同學考核的依據。

（3）在討論課前每個小組將文檔提交給任課老師，使任課老師對學生工作的總體情況有初步的了解，并對各個小組的工作進行總結。

（4）討論課中，任課教師各向同學簡要匯報各小組的工作，問題的解決方案，遇到的問題等等；接下來進行自由發言、討論、問答。任課老師對整個討論進行組織和管理，控制討論的節奏，并負責最后的總結。

通過課程實踐，PBL教學法在強調了同學的實踐能力、實踐能力和團隊合作精神方面；討論教學法在培養了同學獨立思考的能力方面都有良好的效果。

2.案例式教學法的應用

案例教學法是一種以案例為基礎的教學法，由于選擇的案例本身蘊含的理論知識和相關技術具有強烈的代表性，其教學方式具備形象、直觀、生動具體的特點，因此在充分激發學生的學習熱情方面具備特殊的功效。

通過教學實踐有兩方面的案例對學生學習的促進特別大。其一，為加深和鞏固理論知識，在完成基本理論和基本方法的授課后，精心挑選經典例題或綜合習題作為案例在課堂加以講解，并要求同學在課后加以演練。例如，正則式、正則文法轉化成等價的NFA、NFA轉換為等價的DFA、DFA的最小化內容在在自動機理論中具有不可分的相關性，理論授課結束后，可組織一道規模簡單的綜合題將這些知識點貫穿在一起，學生一方面鞏固了各知識點，一方面更能融會貫通各知識點的聯系，取得了很好的教學效果［5］。其二，選擇編譯原理課程中介紹的算法思想和實現技術與實際應用相結合的案例，這類案例直觀、同時具有實際的應用效果，往往會激發學生的學習熱情。例如：教師可以實現開發出“24”點速算游戲或者開發出計算器的手機應用。采用以上案例講授算符優先限分析法的具體應用，這樣的案例規模小，難度相對較低，學生理解非常容易，同學往往在案例講授完后有試一試的想法，因此還可以與實踐環節相結合。

3.任務驅動式教學法在實踐教學中的應用

起源于教育學領域中構建主義理論的“任務驅動”，要求引導學生從實際問題出發，讓學生在強烈的解決問題的愿望下，通過老師提供的學習資源對問題進行分析題和進行自主探索。任務驅動教學的四個基本環節包括：創設情境，確定問題，自主學習和效果評價［5］。例如，在編譯原理正規式和詞法分析部分的學習中，首先創設情境：在很多文本編輯器中，都具有語法高亮轉換的功能，然后使用實際的編輯器讓全體學生對語法高亮有直觀的認識；然后確定問題、給出任務：如何使文本編輯器實現C語言的語法高亮轉換功能？然后學生帶著任務，通過老師提供的資料，通過課后對相關資料的檢索、查詢，自主學習或和同學協作完成一個C語言語法高亮文本編輯器；最后老師根據學生解決問題的算法、結果和自主學習與協作學習能力進行學習效果綜合評價，并進行點評。

4.授課時貫徹“說話通俗化”、“說話要明白”的原則

在課堂講授中，無論采取什么形式方法都要語言準確、通俗易懂、生動形象；不僅如此，通過教師生動的語言、愉快的提問引起學生的“無意注意”和“有意注意”，使學生精力高度集中，使學生牢固地掌握知識，留下難忘的有印象。例如，在介紹LR（k）分析法的時候，部分同學對K的含義難以理解，在課堂上可以通過通俗的例子說明了K的含義，如通過點名的例子來說明K的含義，方法如下，首先給出條件列表如下：

條件一：張三、王五、李四、劉洪

條件二：張三、王五、劉洪、劉洋

條件三：歐陽洪、歐陽光明、歐陽端木、劉洪

在條件一的情況下，點名時只需要念出當前單字即可唯一確認某位同學。

在條件二的情況下，點名時如果點“劉”姓的同學，念出當前單字“劉”時不能唯一確認某位同學，必須念出“劉”字的下一個單字方可唯一確認某位同學。

在條件三的情況下，點名時如果點“歐”單字開頭的同學，必須要念出“歐”單字后的2個單字方可唯一確認某位同學。

三種條件下K的取值分別為0，1，2。通過“通俗化”的類比，同學很容易接受LR（K）中K的含義。

三、課程考核方式的改進

1.合理設置考核內容

本著以素質教育為出發點的思想進行考核內容的改革，考試范圍不單純局限于教材和課堂講授的各種理論知識，而是在知識、能力、素質三個方面進行綜合考核，在知識部分著重于編譯原理基本概念、基礎知識點的考核；能力考核主要通過實踐教學中學生對實驗項目、實踐項目的完成情況進行評分；素質考核主要考察學生在小組活動、課堂討論中體現出的團隊協作意識、學習的創新性和主動性、資料的查閱能力等各方面加以評分［6］。

2.采取多樣化和全過程的考核方式

著重能力和素質的考核要求考核不再是老師為學生的練習評分、試卷評分，而更應該對學生在課程教學活動中的積極表現加以評分，也可適當采用同學之間分數的互評。如：教師可針對課堂提問、課堂討論中學生的參與情況為學生評分；在分組實踐中，學生可以根據其他同學對實踐的參與度、對實踐項目的共享度進行分數的互評等；教師可以布置適當的學習報告，教師和同學為學習報告共同評分等手段對同學進行考核。通過上述改革讓考核貫穿在學習的全過程，使同學能夠在很長的時間內保持學習的熱情。

3.加強題庫建設

以往的期末課終考核采用筆試考核，由于課程的特點考試題目一般為若干較大型的綜合題，造成學生在考試前突擊聯系相關題目；同時由于題目的隨機性，可能某些題目學生未能復習到，造成考試成績變化幅度較大。根據實際需要期末筆試考核變換了考核形式，采用上機考試，而題目的類型主要為選擇題和判斷題、在教師設定相應的組卷策略后每個同學題目隨機抽取，因此試題庫和機試的順利實施改變了教師出試卷憑經驗、題量少、知識點覆蓋面窄等缺點。

4.考核方案的設定

依據上面的原則調整了學生的考核方案。未調整前的方案由期末筆試（60%）、實驗（30%）、平時練習（10%）組成，修改為通過過程性評價、參與狀態評價、學習成果評價及學習效果評價等四個方面進行構建體系。并對現有的由考勤、平時作業、實驗、期末考試考核機制上通過如下方式對學生的學習加以監控，并納入到考核。將實驗中的單元實驗的大部分納入到課后作業，作為課后作業的一部分評分；同時部分單元實驗和綜合實驗的分數將通過在實驗課進行討論、答辯，由老師給定的分數，以及小組內成員互相評定的分數，代碼的實現、報告書組成，盡可能較客觀的對學生進行評價。

課程考核指標由平時成績與期末理論考試成績構成，比例分別為65%與35%；期末理論考試成績采用機考的形式，主要考查基礎在知識點。平時成績的組成包含：課后練習（10%）， 基礎實驗 （10%），綜合實驗（10%），選做實驗（10%），討論和學習報告（10%），課堂練習（5%），課堂討論（5%），課程建議（5%）。

四、總結

經過近2年來在教學過程中實施啟發性教學和新的考核方式后，通過對學生的考試成績和實踐環節的檢查，以及對學生的問卷調查、學校和學院的教師評價，經過分析我們得出主要的教學效果如下：一是能有效的激發學生的學習熱情，運用啟發式教學法進行教學，教師采用豐富教學手段，化枯燥為生動，化抽象為形象，使學生較容易地抓住所要學習的要點，達到較好的教學效果。二是能促進培養學生主動學習、自主學習能力，在回答調研問卷中關于“自學能力的提高程度”時，一半以上的同學都選擇了“有較大提高”；三是改變期末理論考試的考核方式，考查重點放在基礎知識上，因此在客觀上促使學生能夠較全面的復習和鞏固編譯原理課程的一般性原理和知識。四是將課程的考核納入到學習的各個環節、全過程當中，學生在整個學習周期對課程的投入比以往有相當大的提高。

［1］張忠華等.現代大學貫徹啟發式教學的阻力與對策研究［J］.現代教育科學（高教研究），2009，6.

［2］金永霞等，《編譯原理》實驗的層次化設計［J］.現代計算機（專業版），2012，8.

［3］姜同等.啟發式教學十談［J］.長江工程職業技術學院學報［J］.2001，2.

［4］Wood Dianana F.Problem based learning［J］.J Br Med，2003，326（7384）.

［5］崔少國等.“編譯原理”課程教學方法的探索與實踐［J］.福建電腦，2012，1.

［6］李艷平.“中外廣告史”課程考核方式改革初探 ［J］.教育與職業，2014.3

王曼韜（1974-），男，講師，主要研究領域為農業信息化、圖像處理。

四川農業大學教改項目X2014025