基于学生自主学习能力提升的《形式语言与自动机（理论）》课程启发式教学改革

裴之蕈 田宏伟 舒甲 周晨阳 李林峰 刘毅文

摘要：《形式语言与自动机（理论）》课程作为计算机科学与技术专业基础理论课程，着重于学生对计算机底层编程处理技术的了解。由于本课程过于抽象，在实际讲授时中学生对课程兴趣不高，缺乏自主学习能力，不能很好地吸收课堂知识。本文围绕如何提升学生自主学习能力，并结合现阶段主流教学模式，提出了《形式语言与自动机（理论）》课程启发式教学改革方案。

关键词：计算机理论;自主学习能力;启发式教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）19-0106-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

近年来，随着新兴技术的崛起，大数据、人工智能等热门专业人才人数倍增，而对于底层编译方面的工作却少有人问津。《形式语言与自动机（理论）》作为编译原理的前导课程，在其中占有很重要的地位，对比于实践类课程，更偏向于理论的课程很难吸引住学生，学生难以理解其中知识点，学习效果不佳。如何使学生对该理论类课程产生兴趣是我们应该关注的问题。

2 现状

2.1 教学方式欠佳

《形式语言与自动机（理论）》是一门逻辑性极强的课程，相关知识点抽象，难以理解，部分同学即使费尽全力也难以达到掌握的境界。其主要原因在于：

一是教师未能正确引导学生。由于课程难度较大，教师不能在课堂上很好地与学生互动，学生学习兴趣不高，使其愈发抵触该门课程，进而导致教师教学过程难以进行，学生学习过程难以进展。

二是填鸭式教学。在高等教育中，教学时间安排紧张，往往一门课程难以在短暂的时间内讲解透彻。教师为了完成教学任务，只好在教学中对于部分内容照本宣科，致使师生互动性差，学生在课堂中感到枯燥，学习主动性低迷。

三是过于注重理论教学。以《形式语言与自动机（理论）》课程为例，在教学过程中，大量的理论性知识十分抽象，学生难以理解。过于注重理论知识的灌输，不能顧及实践（如编程、绘图等），造成学生对知识点理解不深刻，概念模糊不清。

2.2 学生存在侥幸心理

当下，部分大学生对自我要求不高，对未来规划不清楚，部分大学生认为大学就是“自由”的，可以放肆地去玩乐，认为大学毕业即失业，对于专业学习兴趣不高，从而导致部分学生存在“60分万岁”的心理。其主要原因在于，刚进人大学，从高中的高压式学习脱离出来，对于充分的时间无法进行合理的安排，从而导致在学习生活中的逐渐堕落。对自我没有合理的要求，盲目跟风，渐渐地就将学习的动力抛之脑后。

3 方案

3.1 混合式教学

混合式教学，就是指将线上教学（在线教学）与传统的教学结合起来，形成一种“线上”+“线下”的教学模式，两种模式的结合，利于把学习者循序渐进地引入深度学习。

传统教学模式相对于线上教学内容更加充实，学生可以通过传统教学获得更详细的教学内容，但是传统教学模式过于单调，很难引起学生兴趣，长时间只吸收不消化必然会引起学生的厌倦心理。而在传统教学模式中引入线上教学，使学生在传统教学模式下获取到的知识融人线上学习中，将在一定程度上增加课程的吸引力，使更多学生能够自主进行学习。

现如今线上辅助式教学平台越来越多，如学习通、PTA程序设计类实验辅助教学平台等。混合式教学可以合理地运用线上资源，以弥补传统教学中的不足之处。在《形式语言与自动机（理论）》课程中，教师可利用线上辅助平台，给学生发放参考资料或学习任务，以辅助学生解决在预习、复习过程中遇到的问题，锻炼学生思维和应变能力，提升学生自主学习能力。

混合式教学包括但不局限于线上辅助式教学平台。在教学过程中，对于部分知识点，利用网络资源来引入有时候会比教学平台更有效果。在《形式语言与自动机（理论）》课程中，教师在讲解“图灵机”这一章时，采用放映电影片段，来将学生引入教学环境中，相较于直入主题，这种模式更能吸引学生进入状态，并且极大地提升了学生在课后温习影片来回顾课堂上教学内容的主动性。

3.2 以考促学，多种考核方式结合

以考核促进学生自主学习。在进行考核时，可依照混合式教学模式的思想，“线上”、“线下”同步进行考核。教师在课堂上可以直接提问、借助辅助软件进行全班投票作答等，课下教师可采用传统纸质作业、线上编程作业、开放式命题作业等。

采用积分的方式来作为考核标准，以此来调动学生学习积极性。将积分分块细化，落实到不同考核中。对于不同的考核对应不同数量积分，使学生不会因为一种考核方式而决定最终成绩。

3.3 新型合作学习模式（独立任务，合作交流）

以往的合作学习过于注重团队合作，几乎所有的合作学习模式都是简单地将学生分成几个小组，每个小组安排一个任务，合作完成。但是，小组合作存在很多弊端，如部分组员积极性不高，导致合作学习变成单人或几人学习，并不能起到团队共同提升的作用，反而会增加积极性高的同学负担。

新型合作学习模式提倡人人分配不同的任务，以小组为单位，分组进行任务的验收。以《形式语言与自动机（理论）》课程为例，在进行NFA转DFA的教学中，教师可随机安排题目至每个同学，同学们自行组队来解决自己所分配到的题目，由于每个同学题目不同，在小组合作中，同学们集思广益各抒己见，以达到组内成员对知识点均有所了解。在验收过程中，教师采用组内随机报告的方式，可以有效避免“一人完成，全组同享”的现象，以便同学们更好地掌握知识点。

3.4 敏捷教学

敏捷教学（Agile Education）是基于制造业邻域和软件工程领域的相关基础概念提出的。敏捷教学最早可追溯到二十世纪九十年代，美国当时提出了敏捷制造（Agile Manufacturing），想要通过灵活可变的生产技术、高素质人才等综合，从而形成一套完整的新型生产模式或体系。在同时期，软件工程邻域也提出了一套敏捷软件开发方法（Agile Software Development），采用迭代、循序渐进的方法进行软件开发，极大地提高了软件开发的效率，如图1所示。

对于敏捷教学，其核心思想是在教学过程中，首先引导学生了解基础知识，用一般方法解决问题，在解决问题的过程中加深对知识点的理解，从而继续寻找更优的方法解决问题，以此来达到快速解决问题的目标。其优势在于引导学生自主学习，促进学生自主思考，以小见大，能够让学生在已掌握的基础上得以提升。

以《形式语言与自动机（理论）》课程为例，在进行DFA最小化化简的过程中，首先引导学生了解最小化的基础方法，即去除不可达状态后进行极小化。最初的极小化形式采用可区分状态表的形式，为便于理解可将执行过程中被标记的顺序记录下来，以此来促进学生对极小化过程的理解，而在此基础上，对极小化过程进行优化，即采用分割法进行极小化过程，从而以更快更准确地方式去实现这一过程。

4 实施

4.1 课前（预习考核）

在讲授一个新内容前，教师可结合往届学生的考核情况，通过线上辅助教学平台，布置一些有针对性的题目，点明预习重点，引导学生主动思考并提出问题，促进学生与学生之间相互交流进而解决问题。

4.2 课中（课堂考核）

在课堂上，教师可利用课堂前二十分钟进行课程的简单考核，一方面了解同学们复习、预习情况并对往后的自主学习任务起到督促作用，另一方面可根据同学们的考核情况来灵活安排授课内容与授课侧重点。

对于课堂中的知识点，教师可采用激勵式考核方式，即“答对加分，打错不扣分”，以此来提升同学们的学习信心，帮助同学们更深入理解课堂中的疑难点。

4.3 课后（复习考核）

课后，教师可结合混合式教学模式，“线上、“线下”布置考 核内容。“线上”考核方式丰富，以《形式语言与自动机（理论）》课程为例，教师可利用“超星学习通”等辅助软件布置课后练习，以巩固学生课堂上的知识理解，亦可利用“PTA程序设计类实验辅助教学”等平台布置编程类练习，检验学生对知识点的运用能力，提升学生自主思考能力。“线下”考核可继承传统教学模式，引入新型考核方式，开放学生思维。教师可将课程内容分成多个部分，随机分配各个部分至学生，让学生基于所分配的知识点制作微课，来考查学生对知识点的掌握情况。教师也可布置开放式任务，如让学生自制试卷及答案详解，一方面可反映学生对知识点的了解情况，另一方面可增强学生自主学习能力，从而开发学生的逻辑思维能力。

基于以上教学方案落实到课程中，具体实施方案如表1所示。

5 总结

提升学生自主学习能力是一个常态化问题，教师的教学方法可以从一定程度上对学生进行引导。本文立足实际，从传统教学方式出发，结合新型教学模式，引入新型教学思想，能够有效地提升学生自主学习能力，进而促进学生对理论课程更深入的理解。

参考文献：

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[2]商琦.软件实训课程的敏捷教学研究[J].无锡职业技术学院学报，2018，17（1）：28-32.

[3]靳红梅，牟琦，余美.基于敏捷教学的创新创业课程体系研究[J].新西部，2018（26）：148-149.

[4]赵丹.混合式学习在大学英语视听说课程中的应用研究[Jl.英语广场，2019（7）：95-96.

[5]林雪芬.混合式学习有效性提升路径的研究[J].计算机时代，2019（7）：76-77+80.

【通联编辑：王力】

基金项目：怀化学院2018年度启发式教改项目（《形式语言与自动机》课程启发式教学改革）;怀化学院2019教改项目（《新工科背景下基于混合式学习的计算机理论性课程教学改革探索》）;怀化学院2018非标准答案教改项目（《形式语言与自动机》课程非标准答案考试改）;湖南省2019年度大学生研究性学习和创新性实验计划项目（《基于微信小程序的手语助手》，编号S201910548018）

作者简介：裴之蕈，男，本科在读，主要研究方向为图像识别;田宏伟，男，本科在读;舒甲，男，本科在读;周晨阳，女，本科在读;李林峰，男，本科在读;刘毅文（通讯作者），男，讲师，主要研究方向为云计算、程序设计。