樹立精品意識,注重教學(xué)積累,建設(shè)優(yōu)秀教材

眾所周知,教材作為教與學(xué)雙邊活動的基本依據(jù),應(yīng)該能夠體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)基本要求和教學(xué)方法等;作為教學(xué)的基本工具之一,應(yīng)該能夠給教師和學(xué)生研究、學(xué)習(xí)相關(guān)問題提供最基本參考;教材和一般的書籍(包括科技書籍)的基本定位不同,應(yīng)該適應(yīng)教育對象的教育基本要求。所以,在教學(xué)活動和教學(xué)改革中,教材占有重要的地位,是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證,必須充分認識到建設(shè)優(yōu)秀的教材重要性。

1建設(shè)優(yōu)秀教材的基本要求

1.1樹立精品教材意識

近幾年來,隨著高等教育規(guī)模的迅速擴大,教材出版之勢頭異常迅猛,各種各樣的教材大批涌現(xiàn),讓人目不暇接,為我國高等教育的發(fā)展做出了巨大貢獻。尤其是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育規(guī)模的超高速發(fā)展,使得計算機類的教材,無論從品種還是從數(shù)量上來說,都非常大。

近幾年來在國家推行的高等教育質(zhì)量工程中,把優(yōu)秀教材的建設(shè)放到了一個非常重要的地位。例如,教育部既組織了國家級的規(guī)劃教材(如國家“十一五規(guī)劃教材”),還從每年出版的規(guī)劃教材中評選“普通高等教育精品教材”。北京市也在高等教育優(yōu)秀教材的建設(shè)上作了很大的投入,既有一年一度的“北京市精品教材立項”,還有一年一度的“北京市精品教材”評審。這些都在大規(guī)模教材建設(shè)的基礎(chǔ)上有力地促進了優(yōu)秀教材的建設(shè)。使得高等教育的教材,特別是一些重要基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的教材的質(zhì)量大幅度提高。這種優(yōu)秀教材的建設(shè)戰(zhàn)略,大大提高了作者、讀者、出版社等各個方面的優(yōu)秀教材建設(shè)意識,也為保證更多的優(yōu)秀教材的不斷涌現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

1.2作者要有深厚的積累

優(yōu)秀作者是優(yōu)秀教材的基礎(chǔ),要建設(shè)優(yōu)秀的教材,必須從優(yōu)秀作者的培育抓起,要以對教育負責(zé)的精神去鼓勵、發(fā)現(xiàn)、動員、選拔優(yōu)秀作者,并且有意識地培育優(yōu)秀作者。

首先,作為一本(套)教材的作者,起碼要有嚴肅認真的態(tài)度,要知道自己肩上承擔(dān)的責(zé)任,而不是簡單的“成果”。一般來講,教材和一般的“書”不一樣,其目的首先是為某門課程的教學(xué)服務(wù),而教學(xué)有著自身的規(guī)律,它與科學(xué)研究、工程開發(fā)、企業(yè)生產(chǎn)與管理等存在很大的不同,這就是現(xiàn)代的(高等)教育,如果一樣了,就不用開辦大學(xué)了,更不要區(qū)分教授、研究員、工程師了。所以,教材作者除了要有實際的經(jīng)驗外,還必須具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗。作為以表現(xiàn)新技術(shù)、新系統(tǒng)的選修課程的教材,由于發(fā)展較快,作者中至少應(yīng)該有相應(yīng)課程兩輪的教學(xué)經(jīng)驗,同時有多年的高校教學(xué)經(jīng)驗積累,而且在教學(xué)過程中能夠?qū)虒W(xué)、課程和相關(guān)領(lǐng)域有深入的研究,并有獨特的見解,至少能夠用自己的語言按照教學(xué)的要求組織和敘述相關(guān)內(nèi)容,基本上能夠做到恰當(dāng)?shù)睦}、習(xí)題隨手拈來。當(dāng)然,對一般的作者來說,要想出一本真正的精品,恐怕需要在相應(yīng)課程的教學(xué)與研究上有10年甚至更長的“修煉”。我們也許可以將教學(xué)分為以下4個層次,處于不同層次的作者,大體上會創(chuàng)造出不同水平的教材。

(1) 掌握課程內(nèi)容,能夠脫稿講授;問題、習(xí)題難以隨手拈來;

(2) 開展啟發(fā)式教學(xué):熟練掌握課程內(nèi)容體系,研究學(xué)生,較自由地安排講授;可以較自由地提出問題,自由地修改習(xí)題;

(3) 開展研究型教學(xué):掌握課程體系、學(xué)科方法論、培養(yǎng)目標(biāo)及相關(guān)課程內(nèi)容,能講出問題來龍去脈,將課堂變成師生共同研究場所;問題自然淌出,自由編寫習(xí)題,能編著特色教材;

(4) 融教育于教學(xué),寓教于樂;了解哲學(xué)、教育學(xué),掌握學(xué)科及其教育的特點、精髓;問題、經(jīng)典隨手拈來,編著經(jīng)典教材。

1.3心目中想著讀者

學(xué)生是教材最重要的讀者。對這類讀者,要注意到:第一,作為初學(xué)者,他們需要敘述清晰易懂,語言流暢,深入淺出,有吸引力而不是晦澀的。杜絕自身習(xí)慣的說法和陌生名詞的突然出現(xiàn)和使用,專用名詞在第一次出現(xiàn)時必須給予解釋,至少應(yīng)給出它的大體含義,以免成為讀者往下看的障礙。第二要追求描述的準(zhǔn)確性,初學(xué)者一旦建立了錯誤的概念,可能將是貽害無窮的。有些說法在課堂上因為有“上下文”和及時的解釋可能不會引起誤解,但寫在教材中可能是難以理解的,甚至是錯的。要強調(diào)用詞和描述的準(zhǔn)確性、一致性、語言表達的清晰性和敘述的完整性。第三,不同類型的學(xué)生有不同的關(guān)注點。

除此之外,再考慮適合其他讀者的閱讀需要。例如,各種序言、適當(dāng)?shù)男〗Y(jié)、索引、參考文獻應(yīng)該盡可能齊全。

1.4想著為教學(xué)服務(wù)

首先,每門課程都需要為整個專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)服務(wù),教材作為課程教學(xué)最重要的支撐材料,必須有所體現(xiàn)。在大眾化教育下,更強調(diào)準(zhǔn)確的培養(yǎng)目標(biāo)定位。不同類型的人才的培養(yǎng),由不同的要求和需要。如果我們將其分為科學(xué)、工程、應(yīng)用三大類,那么,對應(yīng)這三類不同人才培養(yǎng),同一門課程的教材應(yīng)該是不一樣的。他們需要關(guān)注、強調(diào)不同的內(nèi)容。這種不同不僅僅限于理解力,更是考慮擅長和需要。

其次,要符合認知規(guī)律,引導(dǎo)“思考”,富有啟發(fā)性,便于學(xué)習(xí),有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新能力培養(yǎng),而不是知識的簡單羅列;要考慮課堂的容量,符合人才培養(yǎng)目標(biāo)及本課程教學(xué)內(nèi)容的要求,取材合適、深度適宜、份量適中、舉例應(yīng)用恰當(dāng)豐富;課堂講授的組織,層次分明、條理清楚,教材體系能反映內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系及本專業(yè)特有的思維方式;要有豐富的習(xí)題,適當(dāng)?shù)乃伎碱};一些必要的配套實驗設(shè)計;要對重點、難點的解決提供支撐。另外,還可以適當(dāng)?shù)乜紤]作為資料使用者的其它需求。

2《形式語言與自動機理論》的建設(shè)

《形式語言與自動機理論》是作者編著的第3套教材,于2003年由清華大學(xué)出版社出版,有配套的《形式語言與自動機理論教學(xué)參考書》和相應(yīng)的電子講稿。先后印刷了5次,成為該課程覆蓋率極高的教材。曾獲北京市精品教材稱號和北京市(高等教育)教學(xué)成果一等獎。該書的新版式《形式語言與自動機理論(第2版)》2007年繼續(xù)由清華大學(xué)出版社出版,含配套的《形式語言與自動機理論教學(xué)參考書(第2版)》,是國家“十一五”規(guī)劃教材,并被評為國家級的精品教材。

這套教材的第1版是以作者16年教學(xué)形成的教案為基礎(chǔ),輔以深受學(xué)生歡迎的形式語言與自動機理論和編譯原理課的教學(xué)經(jīng)驗,以及10余年對教育教學(xué)的研究撰寫而成,強調(diào)易懂性和能力培養(yǎng)。2003年一出版就被多所院校選為教材,是國內(nèi)該課程教材發(fā)行量最大的,緩解了長期存在的困難,并提高了課堂效果,強化了理論教學(xué)及能力培養(yǎng)。第2版在第1版的基礎(chǔ)上,進一步融進作者面向工程應(yīng)用型學(xué)生培養(yǎng)的經(jīng)驗、近些年來對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教育研究的新成果,以及作者在教材建設(shè)中獲得的新經(jīng)驗和新想法等,使教材的水平進一步提高。主要特色如下。

(1) 滿足國內(nèi)外對課程的最新要求

滿足CC2005(ACM,IEEE/CS)和《高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告及專業(yè)規(guī)范(試行)》(教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會)等規(guī)定的知識體系和課程大綱的要求,并且結(jié)合國內(nèi)學(xué)校本科生和研究生教學(xué)的基本狀況組織內(nèi)容,既能作為本科生的教材,又能滿足今后若干年內(nèi)研究生教學(xué)的要求。

(2) 適合國情,強化能力培養(yǎng)

與國外教材相比,首先根據(jù)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才能力培養(yǎng)的需要,按照作者提出并引起共鳴的研究型教學(xué)的要求,以知識為載體,除了傳授知識,還通過對模型建立、構(gòu)造、等價變換、證明的方法與思路的探討,引導(dǎo)讀者挖掘知識背后的內(nèi)容,富有啟發(fā)性,強化了計算思維等學(xué)科基本能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),而這種能力是最重要、最難培養(yǎng)的。將枯燥、抽象的內(nèi)容變得更有“意思”、更吸引人。其次,考慮了本專業(yè)理工兼有的特征,既有構(gòu)造,又有嚴格證明,適應(yīng)理、工科學(xué)校的需要。另外,本教材先講文法,更符合人們的思維習(xí)慣。

(3) 體現(xiàn)學(xué)科基本教育原理

通過多個模型的建立、等價變換、性質(zhì)分析,使讀者逐漸熟悉模型計算。層次分明、條理清楚,順序漸進,符合認知規(guī)律,很好地體現(xiàn)該學(xué)科“抽象第一”的基本教育原理和培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)能力的要求。

(4) 配套建設(shè)

編寫積20余年教學(xué)經(jīng)驗和第1版教材的編寫經(jīng)驗,配套出版了主教材和教學(xué)參考書,通過教學(xué)參考書進一步歸納內(nèi)容、闡述思路;獨特的教學(xué)設(shè)計曾在哈工大計算機學(xué)院當(dāng)作范例,后獲該校一等獎,豐富后納入教材,在參考書中又被充實。電子教案便于教師備課。構(gòu)成國內(nèi)本課程唯一的配套教材。

(5) 化解深奧

化抽象深奧為通俗易懂。保持基本內(nèi)容抽象和形式化特征,設(shè)計引導(dǎo)思路的圖,通過直觀可視化,更清晰地表達思路,并使得內(nèi)容更易理解。例如,教材中的圖1-5、圖1-6、圖1-7關(guān)于語言和“計算思維”的理解,TM(圖靈機)的構(gòu)造思路圖等。語言流暢,敘述深入淺出,把握內(nèi)容體系及知識點的聯(lián)系,安排鋪墊,分散難點,突出重點,便于學(xué)生自學(xué)。

(6) 內(nèi)容組織合理

取材合適,敘述強調(diào)反映本學(xué)科特有思想方法,滿足進行計算思維能力培養(yǎng)的需求。不簡單追求內(nèi)容的全面,按照教學(xué)的需要,刪除了生僻內(nèi)容,深度適宜。

結(jié)構(gòu)嚴謹。先簡要介紹基礎(chǔ)知識,然后用文法給出語言描述與分類。再從易到難,逐一研究3型語言、2型語言的等價描述模型和性質(zhì),有基礎(chǔ)后,給出一般的計算模型——0型語言的識別器TM。最后給出1型語言的識別器——LBA。

(7) 習(xí)題豐富恰當(dāng)

每章都附有大量習(xí)題。由于國內(nèi)外的教材比較少,而且內(nèi)容難度很大,要求習(xí)題既不能傷害讀者的信心,又能促進讀者對課程知識和課程深層內(nèi)容的理解,并鍛煉相關(guān)的能力。編寫了難度適當(dāng)、前后呼應(yīng)、富有啟發(fā)性的習(xí)題,既有宏觀的,也有微觀的,而且盡量結(jié)合專業(yè)課中的問題。

(8) 其它

附有縮寫符號、詞匯索引、參考文獻,給出了關(guān)鍵詞的英文。

3注意創(chuàng)新

教材通常都是敘述一些成熟的知識、方法和技術(shù),如何創(chuàng)新是一個不大不小的問題。作者認為,教材的創(chuàng)新主要應(yīng)該瞄準(zhǔn)對教學(xué)需要的滿足,對讀者需要的滿足上。包括內(nèi)容選擇、內(nèi)容組織、敘述方法、表達形式等多個方面。《形式語言與自動機理論》和《形式語言與自動機理論(第2版)》兩套教材的創(chuàng)新性表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1獨特的教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計是教師在把握課程內(nèi)容、課程在人才培養(yǎng)中的地位和作用的基礎(chǔ)上,根據(jù)課堂容量、學(xué)生情況等,對教學(xué)進行安排。針對此課程形成時間短、師資欠缺問題,作者根據(jù)自己的研究和教學(xué)經(jīng)驗,通過教學(xué)設(shè)計,使讀者對性質(zhì)、特點、教學(xué)目的、如何教、如何學(xué)等更清楚,從而更有意識地學(xué)習(xí)深層內(nèi)容。據(jù)了解,在工科教材中還沒見到過,且很有特色、很有用。主要內(nèi)容有,課程內(nèi)容體系(基本描述,教學(xué)定位,各章的知識點與學(xué)時分配);課程講授(各章的重點、難點、講授提示,講授中應(yīng)該注意的方法問題);作業(yè)安排(指導(dǎo)思想,關(guān)于大作業(yè)和實驗);考試與成績評定(成績評定,考題設(shè)計)。

這個教學(xué)設(shè)計被用于教育部高等理工教育教學(xué)改革與實踐項目“高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案”的研究,針對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)科學(xué)型、工程型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求,給出離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機組成、軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)共8門課程的教學(xué)實施方案。研究成果將以《高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實施方案》出版,目前已經(jīng)進入編輯加工階段。

3.2突出能力培養(yǎng)

知識、能力、素質(zhì)是高等教育的三個方面。對學(xué)生,不僅要打下堅實的知識基礎(chǔ)(堅實、寬廣的理論知識和系統(tǒng)、深入的專門知識),還要著力培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力,提高學(xué)生的基本素質(zhì)。教材在這個方面也需要做出努力。

教材為解決抽象、形式化所帶來的枯燥和難理解問題,并能保證不失抽象和形式化特征,達到培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力之目的,首先是用準(zhǔn)確、流暢、易懂的語言描述知識,其次是力求講解問題的求解思路和方法,盡可能讓讀者感受大師的思維,支持研究型教學(xué),既免去了抽象內(nèi)容的枯燥和深奧,使其通俗易懂,又培養(yǎng)了學(xué)生形式化描述、抽象思維、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。通過在適當(dāng)?shù)牡胤讲迦胝n程深層意義,鼓勵讀者學(xué)好此課程。例如,NFA到DFA的轉(zhuǎn)化過程中狀態(tài)的設(shè)置與狀態(tài)轉(zhuǎn)換的模擬,RG和FA等價變換的基本思路,PDA與CFG等價變換中語法變量的設(shè)置。

這種重視能力培養(yǎng)的思想,也得到了擴展。目前作者正開展計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)能力培養(yǎng)的研究,該研究以作者提出的該專業(yè)4大基本能力為基礎(chǔ),細化出83種能力點,探討他們的內(nèi)涵以及與核心課程教學(xué)的關(guān)系。

3.3化解難點強調(diào)重點

安排鋪墊,突出重點,將一些難點問題分開,提醒容易出錯之處。例如在第一章特意安排遞歸定義,為突破第2章的文法構(gòu)造做準(zhǔn)備;安排歸納證明的概要介紹和適當(dāng)習(xí)題,為本書后面用得較多的模型之間的等價變換及其等價性證明、語言有關(guān)性質(zhì)的證明做準(zhǔn)備。再如,第4章的Myhill定理是最難理解的,作者將其拆分成4個定義、兩個命題和一個定理講述,將難點分開,使得更容易理解。而且還在第2章中對語法變量A定義set(A),在第3章中對FA的狀態(tài)q定義set(q)。

3.4內(nèi)容更完整更易理解

(1) 構(gòu)建配套的ID描述

一般只定義PDA和TM的ID,作為一個系列的描述模型,本書補充FA的ID,使得0、1、2、3型語言的識別模型都有ID外,更重要的是使學(xué)生能夠順序漸進地掌握用ID來描述這些識別器的行為。講清├、├n、├*、├+等的實際意義后,將它們定義為ID上的二元關(guān)系,使得知識更加系統(tǒng),促進了讀者對內(nèi)容的理解。

(2) 構(gòu)建TM構(gòu)造思路圖

設(shè)計出如圖2所示的TM構(gòu)造思路圖,通過對抽象的東西直觀可視處理,更加便于讀者梳理、表達設(shè)計思路,從而更好地進行TM的設(shè)計。這種表示明顯比用形如δ(qi, a)=(qj, X, R)的一系列式子表達更具總體性,更易表達思路。

(3)DG和SDG

為了更好地表達CFL的文法特征,并且考慮讀者的易理解性,先定義可派生性圖表示(DG),通過此圖來判定CFG定義的語言是否有窮。然后進一步將其簡化為“簡化的可派生性圖表示”(SDG),并給出了相應(yīng)的判定算法。該處理方式包括兩個定義、兩個定理、一個算法。

(4) 用適當(dāng)?shù)姆柋磉_思路

例如,為了進一步表達出FA狀態(tài)的有窮存儲功能,除了使用習(xí)慣的qk類符號表示狀態(tài)外,明確提出使用文法變量A類符號來表示狀態(tài),以與相應(yīng)的語法范疇相對應(yīng),用q[a1,a2,…,an]類符號表示記憶了a1,a2,…,an等。

(5) 用等價轉(zhuǎn)換思路圖總結(jié)RL描述模型

除了每章的小結(jié)外,以圖4-23和參考書中的圖4-23(a)總結(jié)RL的5個描述模型之間的等價變換基本思想,使之更系統(tǒng)。

(6) 與《離散數(shù)學(xué)》緊密聯(lián)系

有意識地深化學(xué)生對《離散數(shù)學(xué)》有關(guān)內(nèi)容的理解,從而可以更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)好離散數(shù)學(xué),協(xié)助解決學(xué)生初期難以認識到離散數(shù)學(xué)的重要性問題。例如,集合的可數(shù)無窮、二元關(guān)系、等價關(guān)系和等價類、樹等相關(guān)問題。這樣也有利于將學(xué)生的思維帶到“計算模型”的層面上來,實現(xiàn)學(xué)生模型計算能力的培養(yǎng)。

4追求廣泛應(yīng)用

教材的建設(shè)目標(biāo)不僅在于采用,而且在于發(fā)揮更廣泛的作用。

據(jù)出版社2006年統(tǒng)計,我國開設(shè)“形式語言與自動機理論”相關(guān)課程的學(xué)校大多數(shù)采用本書的第一版做教材,其他學(xué)校基本上都將其作為主要參考書,所以該書的發(fā)行量是同類書中最大的。而且還有不少學(xué)校還將此書作為研究生、博士生的考試參考書,有的還作為“編譯原理”課程的參考書。還有一些讀者曾經(jīng)在網(wǎng)上說:“書很好,作為計算理論的基礎(chǔ)課本不錯,比我原來看的幾本書好”,“朋友介紹才知道這本書,果然很好。值得推薦”,“SO GOOD!趕快充貨吧”。

第2版進一步受到好評,即使與國外出的教材比,也被網(wǎng)友認為是要好一些。如xiaodaoren發(fā)表的評論說, Peter Linz(美)的形式語言與自動機導(dǎo)論(原書第3版)“內(nèi)容很淺,入門書,不如看蔣宗禮的那本!”網(wǎng)友雷厲風(fēng)在其“2007計算機教材之美”中作為推薦的本課程唯一的本土教材,稱“這是比較優(yōu)秀的本土原創(chuàng)教材,而且還有配套輔導(dǎo)書和教學(xué)指導(dǎo)書。”

作者用此教材為研究生和本科生開設(shè)出效果很好的課程。

學(xué)生認為用此教材學(xué)習(xí)“收獲頗豐”,認為“重點突出,化難為易,將深奧的知識講解的普通化”,“很具啟發(fā)性”,“感到了思考的快樂”,“有層次,有深度,非常棒”,授課富有激情。有人反映,已將有關(guān)知識直接用于研究,也有博士生和教師參加學(xué)習(xí)。課程被評為最好的課程之一。

后續(xù)課教師認為教材反映了作者的豐富經(jīng)驗和深厚功底,對學(xué)生抽象思維能力的培養(yǎng)非常有效,知識準(zhǔn)備很到位。

一批知名專家也認為 “這樣的書,沒有長期的教學(xué)研究經(jīng)驗是寫不出來的。在我的印象中,過去二十來年來,由中國人寫的這方面的教材應(yīng)該是寥寥可數(shù),近幾年更少看到”。“本書作者在計算機理論方面有深厚的功底,作為本課程教材的作者和主講人,寫作生動,貫穿了教學(xué)研究中許多新的內(nèi)容,使本來深奧抽象的課程變得易于理解,加強了對學(xué)生能力的培養(yǎng)。……是一本十分難得的優(yōu)秀教材”。“注重模型建立和構(gòu)造思路的探討,引導(dǎo)讀者探索知識背后的內(nèi)容。……是一本非常優(yōu)秀的教材”。內(nèi)容取舍得當(dāng),組織合理,條理清楚,重點突出,適合本科和現(xiàn)階段研究生教學(xué)。通過知識傳授方法和思想,給人良好啟迪,實現(xiàn)能力培養(yǎng)。將抽象難懂的內(nèi)容變得通俗易懂,引人深思,易于自學(xué)。習(xí)題豐富、難易適中、富有啟發(fā)和引導(dǎo)性。解決了國內(nèi)計算機專業(yè)教學(xué)長期以來對學(xué)生形式化方法培養(yǎng)不足的困難。是國內(nèi)本課程最新最好、影響最大、第一個配套齊全的優(yōu)秀教材,整套書填補了國內(nèi)的空白。學(xué)生普遍反映受益匪淺。參考書和電子教案提高了課程的整體效果,將促進計算機專業(yè)計算基礎(chǔ)理論的教育。首次看到的課程設(shè)計很有特色、很有用。