基于學生自主學習能力提升的《形式語言與自動機（理論）》課程啟發式教學改革

裴之蕈 田宏偉 舒甲 周晨陽 李林峰 劉毅文

摘要：《形式語言與自動機（理論）》課程作為計算機科學與技術專業基礎理論課程，著重于學生對計算機底層編程處理技術的了解。由于本課程過于抽象，在實際講授時中學生對課程興趣不高，缺乏自主學習能力，不能很好地吸收課堂知識。本文圍繞如何提升學生自主學習能力，并結合現階段主流教學模式，提出了《形式語言與自動機（理論）》課程啟發式教學改革方案。

關鍵詞：計算機理論;自主學習能力;啟發式教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）19-0106-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

近年來，隨著新興技術的崛起，大數據、人工智能等熱門專業人才人數倍增，而對于底層編譯方面的工作卻少有人問津。《形式語言與自動機（理論）》作為編譯原理的前導課程，在其中占有很重要的地位，對比于實踐類課程，更偏向于理論的課程很難吸引住學生，學生難以理解其中知識點，學習效果不佳。如何使學生對該理論類課程產生興趣是我們應該關注的問題。

2 現狀

2.1 教學方式欠佳

《形式語言與自動機（理論）》是一門邏輯性極強的課程，相關知識點抽象，難以理解，部分同學即使費盡全力也難以達到掌握的境界。其主要原因在于：

一是教師未能正確引導學生。由于課程難度較大，教師不能在課堂上很好地與學生互動，學生學習興趣不高，使其愈發抵觸該門課程，進而導致教師教學過程難以進行，學生學習過程難以進展。

二是填鴨式教學。在高等教育中，教學時間安排緊張，往往一門課程難以在短暫的時間內講解透徹。教師為了完成教學任務，只好在教學中對于部分內容照本宣科，致使師生互動性差，學生在課堂中感到枯燥，學習主動性低迷。

三是過于注重理論教學。以《形式語言與自動機（理論）》課程為例，在教學過程中，大量的理論性知識十分抽象，學生難以理解。過于注重理論知識的灌輸，不能顧及實踐（如編程、繪圖等），造成學生對知識點理解不深刻，概念模糊不清。

2.2 學生存在僥幸心理

當下，部分大學生對自我要求不高，對未來規劃不清楚，部分大學生認為大學就是“自由”的，可以放肆地去玩樂，認為大學畢業即失業，對于專業學習興趣不高，從而導致部分學生存在“60分萬歲”的心理。其主要原因在于，剛進人大學，從高中的高壓式學習脫離出來，對于充分的時間無法進行合理的安排，從而導致在學習生活中的逐漸墮落。對自我沒有合理的要求，盲目跟風，漸漸地就將學習的動力拋之腦后。

3 方案

3.1 混合式教學

混合式教學，就是指將線上教學（在線教學）與傳統的教學結合起來，形成一種“線上”+“線下”的教學模式，兩種模式的結合，利于把學習者循序漸進地引入深度學習。

傳統教學模式相對于線上教學內容更加充實，學生可以通過傳統教學獲得更詳細的教學內容，但是傳統教學模式過于單調，很難引起學生興趣，長時間只吸收不消化必然會引起學生的厭倦心理。而在傳統教學模式中引入線上教學，使學生在傳統教學模式下獲取到的知識融人線上學習中，將在一定程度上增加課程的吸引力，使更多學生能夠自主進行學習。

現如今線上輔助式教學平臺越來越多，如學習通、PTA程序設計類實驗輔助教學平臺等。混合式教學可以合理地運用線上資源，以彌補傳統教學中的不足之處。在《形式語言與自動機（理論）》課程中，教師可利用線上輔助平臺，給學生發放參考資料或學習任務，以輔助學生解決在預習、復習過程中遇到的問題，鍛煉學生思維和應變能力，提升學生自主學習能力。

混合式教學包括但不局限于線上輔助式教學平臺。在教學過程中，對于部分知識點，利用網絡資源來引入有時候會比教學平臺更有效果。在《形式語言與自動機（理論）》課程中，教師在講解“圖靈機”這一章時，采用放映電影片段，來將學生引入教學環境中，相較于直入主題，這種模式更能吸引學生進入狀態，并且極大地提升了學生在課后溫習影片來回顧課堂上教學內容的主動性。

3.2 以考促學，多種考核方式結合

以考核促進學生自主學習。在進行考核時，可依照混合式教學模式的思想，“線上”、“線下”同步進行考核。教師在課堂上可以直接提問、借助輔助軟件進行全班投票作答等，課下教師可采用傳統紙質作業、線上編程作業、開放式命題作業等。

采用積分的方式來作為考核標準，以此來調動學生學習積極性。將積分分塊細化，落實到不同考核中。對于不同的考核對應不同數量積分，使學生不會因為一種考核方式而決定最終成績。

3.3 新型合作學習模式（獨立任務，合作交流）

以往的合作學習過于注重團隊合作，幾乎所有的合作學習模式都是簡單地將學生分成幾個小組，每個小組安排一個任務，合作完成。但是，小組合作存在很多弊端，如部分組員積極性不高，導致合作學習變成單人或幾人學習，并不能起到團隊共同提升的作用，反而會增加積極性高的同學負擔。

新型合作學習模式提倡人人分配不同的任務，以小組為單位，分組進行任務的驗收。以《形式語言與自動機（理論）》課程為例，在進行NFA轉DFA的教學中，教師可隨機安排題目至每個同學，同學們自行組隊來解決自己所分配到的題目，由于每個同學題目不同，在小組合作中，同學們集思廣益各抒己見，以達到組內成員對知識點均有所了解。在驗收過程中，教師采用組內隨機報告的方式，可以有效避免“一人完成，全組同享”的現象，以便同學們更好地掌握知識點。

3.4 敏捷教學

敏捷教學（Agile Education）是基于制造業鄰域和軟件工程領域的相關基礎概念提出的。敏捷教學最早可追溯到二十世紀九十年代，美國當時提出了敏捷制造（Agile Manufacturing），想要通過靈活可變的生產技術、高素質人才等綜合，從而形成一套完整的新型生產模式或體系。在同時期，軟件工程鄰域也提出了一套敏捷軟件開發方法（Agile Software Development），采用迭代、循序漸進的方法進行軟件開發，極大地提高了軟件開發的效率，如圖1所示。

對于敏捷教學，其核心思想是在教學過程中，首先引導學生了解基礎知識，用一般方法解決問題，在解決問題的過程中加深對知識點的理解，從而繼續尋找更優的方法解決問題，以此來達到快速解決問題的目標。其優勢在于引導學生自主學習，促進學生自主思考，以小見大，能夠讓學生在已掌握的基礎上得以提升。

以《形式語言與自動機（理論）》課程為例，在進行DFA最小化化簡的過程中，首先引導學生了解最小化的基礎方法，即去除不可達狀態后進行極小化。最初的極小化形式采用可區分狀態表的形式，為便于理解可將執行過程中被標記的順序記錄下來，以此來促進學生對極小化過程的理解，而在此基礎上，對極小化過程進行優化，即采用分割法進行極小化過程，從而以更快更準確地方式去實現這一過程。

4 實施

4.1 課前（預習考核）

在講授一個新內容前，教師可結合往屆學生的考核情況，通過線上輔助教學平臺，布置一些有針對性的題目，點明預習重點，引導學生主動思考并提出問題，促進學生與學生之間相互交流進而解決問題。

4.2 課中（課堂考核）

在課堂上，教師可利用課堂前二十分鐘進行課程的簡單考核，一方面了解同學們復習、預習情況并對往后的自主學習任務起到督促作用，另一方面可根據同學們的考核情況來靈活安排授課內容與授課側重點。

對于課堂中的知識點，教師可采用激勵式考核方式，即“答對加分，打錯不扣分”，以此來提升同學們的學習信心，幫助同學們更深入理解課堂中的疑難點。

4.3 課后（復習考核）

課后，教師可結合混合式教學模式，“線上、“線下”布置考 核內容。“線上”考核方式豐富，以《形式語言與自動機（理論）》課程為例，教師可利用“超星學習通”等輔助軟件布置課后練習，以鞏固學生課堂上的知識理解，亦可利用“PTA程序設計類實驗輔助教學”等平臺布置編程類練習，檢驗學生對知識點的運用能力，提升學生自主思考能力。“線下”考核可繼承傳統教學模式，引入新型考核方式，開放學生思維。教師可將課程內容分成多個部分，隨機分配各個部分至學生，讓學生基于所分配的知識點制作微課，來考查學生對知識點的掌握情況。教師也可布置開放式任務，如讓學生自制試卷及答案詳解，一方面可反映學生對知識點的了解情況，另一方面可增強學生自主學習能力，從而開發學生的邏輯思維能力。

基于以上教學方案落實到課程中，具體實施方案如表1所示。

5 總結

提升學生自主學習能力是一個常態化問題，教師的教學方法可以從一定程度上對學生進行引導。本文立足實際，從傳統教學方式出發，結合新型教學模式，引入新型教學思想，能夠有效地提升學生自主學習能力，進而促進學生對理論課程更深入的理解。

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【通聯編輯：王力】

基金項目：懷化學院2018年度啟發式教改項目（《形式語言與自動機》課程啟發式教學改革）;懷化學院2019教改項目（《新工科背景下基于混合式學習的計算機理論性課程教學改革探索》）;懷化學院2018非標準答案教改項目（《形式語言與自動機》課程非標準答案考試改）;湖南省2019年度大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目（《基于微信小程序的手語助手》，編號S201910548018）

作者簡介：裴之蕈，男，本科在讀，主要研究方向為圖像識別;田宏偉，男，本科在讀;舒甲，男，本科在讀;周晨陽，女，本科在讀;李林峰，男，本科在讀;劉毅文（通訊作者），男，講師，主要研究方向為云計算、程序設計。