“編譯原理”課程建設(shè)研究

劉　磊　郭德貴

“編譯原理”課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件中非常重要的一個(gè)分支，任何計(jì)算機(jī)語言的實(shí)現(xiàn)都離不開編譯技術(shù)，因而，作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)和掌握編譯程序的基本構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)、研究和工作奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)是十分必要的。

吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院軟件教研室多年來一直從事計(jì)算機(jī)本科生“編譯原理”課程的教學(xué)與科研工作，積累了豐富的教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)，并取得了多項(xiàng)與編譯課程相關(guān)的教學(xué)、科研成果，“編譯原理”課程先后被評為吉林大學(xué)精品課程、吉林省精品課程和“教育部-微軟精品課程”。

一、注重理論教學(xué)

編譯程序不同于一般的應(yīng)用程序，是一個(gè)十分龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，它所包含的算法和思想比較特殊，理論性較強(qiáng)，抽象度也較高。學(xué)習(xí)編譯程序的構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，不僅可以掌握編譯程序本身的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，同時(shí)也能夠提高對程序設(shè)計(jì)語言的理解，提高語言的設(shè)計(jì)能力，提高元級(jí)程序的設(shè)計(jì)能力，提高開發(fā)大型軟件的能力，能夠培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和形式化描述能力。吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院軟件教研室在“編譯原理”課程的教學(xué)過程中，注重學(xué)生對原理的理解，使學(xué)生不僅要做到知其然，更要做到知其所以然。

（1）科學(xué)引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生積極思維

從知識(shí)體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，抓住編譯過程各個(gè)功能階段的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，通過有目的地設(shè)計(jì)問題，有意義地提出問題，引導(dǎo)學(xué)生的積極思維。把編譯原理中的理論難點(diǎn)、抽象概念通過問題引導(dǎo)呈現(xiàn)出來，學(xué)生通過回答問題，從不同的角度尋求解決問題的原則、途徑和方法，從而引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題，加深對編譯理論和技術(shù)的理解。

（2）從知識(shí)體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

教師通過精心備課，掌握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，對編譯過程的各個(gè)功能階段進(jìn)行歸納總結(jié)。講授時(shí)，讓學(xué)生掌握編譯原理各個(gè)階段的基本概念，基本法則以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，抓住知識(shí)體系的主線，掌握規(guī)律性的知識(shí)，授之以法，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

（3）實(shí)施多媒體輔助教學(xué)形式

“編譯原理”是一門理論性強(qiáng)的課程，為了使抽象問題形象化，便于學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用，利用多媒體手段，把原理性的重點(diǎn)知識(shí)以動(dòng)畫、圖形形式呈現(xiàn)給學(xué)生，把知識(shí)講解化靜為動(dòng)，寓教于樂，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）設(shè)計(jì)課程輔助教學(xué)軟件

教研室設(shè)計(jì)和開發(fā)了編譯原理CAI課件－PCMCAI、SNL編譯實(shí)例等編譯原理教學(xué)輔助軟件，教師在上課時(shí)使用這些課件來演示部分關(guān)鍵算法和難點(diǎn)，提高了教學(xué)效果，學(xué)生在課下利用這些課件自動(dòng)生成各個(gè)分析程序，進(jìn)一步理解基本原理和實(shí)現(xiàn)算法。

二、開拓教學(xué)內(nèi)容、擴(kuò)展學(xué)生視野

在“編譯原理”課程的講授過程中，教學(xué)隊(duì)伍一直堅(jiān)持教學(xué)和科研相結(jié)合、理論和實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)和課外相結(jié)合，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，將最新教改和科研成果引入教學(xué)。

教研室先后承擔(dān)了Algol60編譯器、Fortran編譯器、Algol60到Fortran的轉(zhuǎn)換器等與編譯原理相關(guān)的科研項(xiàng)目，目前教研室正在進(jìn)行ATLAS編譯器項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。在教學(xué)過程中將這些科研項(xiàng)目中的新思想、新方法、新技術(shù)融入到課堂講授當(dāng)中，不僅加深了學(xué)生對編譯基本原理的掌握，而且促進(jìn)了學(xué)生對傳統(tǒng)內(nèi)容與最新技術(shù)成果的理解。例如，在講授語法分析時(shí)，傳統(tǒng)的Early算法受當(dāng)時(shí)硬件條件限制，它僅僅是一個(gè)理論上的語法分析方法；隨著技術(shù)進(jìn)步，結(jié)合ATLAS編譯器項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，Early語法分析方法便成為一個(gè)實(shí)用、有效的語法分析方法。通過這些內(nèi)容的講述，將經(jīng)典編譯理論與現(xiàn)代編譯技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，激發(fā)了學(xué)生對編譯新技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。

三、重視實(shí)踐能力培養(yǎng)

編譯程序以程序作為操作對象，是一個(gè)元級(jí)處理程序，它所包含的算法和思想理論性較強(qiáng)，抽象度也較高，并且一個(gè)編譯器是由多個(gè)完成不同功能、執(zhí)行在不同階段的子程序組成的，各個(gè)階段具有不同的特點(diǎn)，采用比較經(jīng)典的方法來完成各自不同的功能，即使學(xué)生理解了不同階段的各個(gè)子程序的功能和特定方法，但如何銜接各個(gè)子程序，如何組成一個(gè)完整的編譯器，對學(xué)生來講，仍可能是一件比較困難的事情。基于此，我們開設(shè)了編譯原理實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

實(shí)踐性教學(xué)的設(shè)計(jì)思想是使學(xué)生透徹地理解編譯程序的原理和思想，系統(tǒng)全面地掌握編譯技術(shù)，使學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)，理解編譯原理的同時(shí)，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步鞏固對知識(shí)的理解，通過實(shí)際的鍛煉，掌握編譯技術(shù)，進(jìn)而能夠獨(dú)立地進(jìn)行編譯器的設(shè)計(jì)。

通過多年來的教學(xué)實(shí)踐以及近五年來關(guān)于編譯原理實(shí)踐課程的建設(shè)，我們?nèi)〉昧艘恍┏尚?。開設(shè)的編譯原理實(shí)踐課程，以實(shí)際上機(jī)實(shí)習(xí)為主，教師指導(dǎo)為輔，學(xué)生在實(shí)踐課程中，通過實(shí)際動(dòng)手，把原理性的抽象理論知識(shí)具體化和形象化，消化了課堂上、書本中難于理解的概念和方法，全面系統(tǒng)地掌握了編譯器的構(gòu)造過程。同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生進(jìn)行更深入學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。通過一個(gè)學(xué)期的實(shí)習(xí)，大部分學(xué)生對編譯器的整個(gè)過程有了較清晰的理解，靈活地掌握了編譯程序的構(gòu)造方法和技術(shù)，部分學(xué)生可以獨(dú)立地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)自定義的模型語言，達(dá)到了預(yù)計(jì)的效果。

四、精品課網(wǎng)站建設(shè)

針對目前學(xué)生人數(shù)增多，教學(xué)資源不足，學(xué)生質(zhì)量參差不齊，教學(xué)質(zhì)量和效率得不到保證的情況，我們充分利用Internet網(wǎng)絡(luò)，建立和實(shí)施了網(wǎng)絡(luò)課程體系，利用Internet網(wǎng)在信息制造、貯存和遞送方面的優(yōu)勢，克服了資源不足的缺點(diǎn)，同時(shí)也為學(xué)生提供了完全個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢。具體網(wǎng)址為http://softlab.jlu.edu.cn。

目前已經(jīng)完成了編譯網(wǎng)絡(luò)課程體系的基本功能模塊，構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)課程資源系統(tǒng)，具體包括：

（1）“編譯原理”網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容教學(xué)體系

將“編譯原理”的課程概況、課程內(nèi)容、習(xí)題解答、教學(xué)錄像、參考資料、實(shí)踐課題、編譯實(shí)例庫以及CAI課件等內(nèi)容上網(wǎng)，為校內(nèi)外學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐編譯原理與技術(shù)提供理論知識(shí)和范例。

（2）完成學(xué)生練習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)造

通過電子黑板，BBS為學(xué)生提供開放的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間，促進(jìn)教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生間的相互交流，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，更深入地理解和掌握課程內(nèi)容。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輔助工具系統(tǒng)

提供電子筆記本，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行記錄，教師通過對記錄的分析，反饋和改進(jìn)課程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有利于今后的維護(hù)工作。

（4）構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

通過網(wǎng)絡(luò)登陸驗(yàn)證，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，以保證網(wǎng)絡(luò)課程體系運(yùn)行良好。

五、教師隊(duì)伍建設(shè)

長期以來，教研室一直注重把精品課程建設(shè)與高水平教師隊(duì)伍建設(shè)相結(jié)合?！熬幾g原理”課程已形成一支教師職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、學(xué)位結(jié)構(gòu)合理，人員穩(wěn)定，教學(xué)水平高的教學(xué)隊(duì)伍。教學(xué)隊(duì)伍成員具有良好的師德，學(xué)術(shù)造詣高，教學(xué)能力強(qiáng)，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，教學(xué)特色鮮明。

編譯課程負(fù)責(zé)人劉磊教授1997年獲寶鋼優(yōu)秀教師獎(jiǎng)，2005年被評為吉林大學(xué)十佳優(yōu)秀教師，并在學(xué)校的教學(xué)評估中，多次被評為優(yōu)秀，受到學(xué)校的表彰獎(jiǎng)勵(lì)，先后主編出版了多部教材，在各級(jí)學(xué)術(shù)期刊和國際會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。

六、教材建設(shè)

教研室一直注重編譯教材建設(shè)，先后在科學(xué)出版社、高等教育出版社和機(jī)械工業(yè)出版社出版了編譯原理方面的著作7部，例如：《Algol60編譯方法》上下冊（1983年，科學(xué)出版社）、《編譯方法》（1984年，高等教育出版社）、《編譯原理與實(shí)現(xiàn)》（1989年，高等教育出版社）、《編譯程序構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)》（2000年，高等教育出版社）、《編譯程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》（2004年，機(jī)械工業(yè)出版社）、《編譯原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)》（2005年，機(jī)械工業(yè)出版社）等。

目前在編著的由國家“九五”規(guī)劃出版的面向二十一世紀(jì)教材《編譯程序構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)》基礎(chǔ)上，教研室又新推出了《編譯程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》教材，作為“編譯原理”實(shí)踐課程教材，也是“編譯原理”課程的配套教材。該教材以實(shí)踐培養(yǎng)為重點(diǎn)，針對一個(gè)教學(xué)語言模型，詳細(xì)地介紹了該模型語言編譯器的設(shè)計(jì)和具體的實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，為學(xué)生提供國內(nèi)外先進(jìn)的編譯教材，供學(xué)生選讀。

這些教材一直是高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)普遍使用的教材，也是計(jì)算機(jī)軟件相關(guān)專業(yè)的重要參考書籍，至今許多著作經(jīng)過了多次重印，在國內(nèi)占有重要的地位。

七、總結(jié)

教研室始終堅(jiān)持吸收最新研究成果和保持自己特色的原則，保證“編譯原理”課程教材內(nèi)容的先進(jìn)性和實(shí)用性，注重教學(xué)方法和教學(xué)手段改革，至今，教研室已先后出版編譯相關(guān)教材7部，承擔(dān)并圓滿完成了多項(xiàng)省部級(jí)重點(diǎn)教改項(xiàng)目，發(fā)表了多篇教改教研論文，研制了課程教輔軟件，使吉林大學(xué)在“編譯原理”課程、教材和教學(xué)梯隊(duì)建設(shè)，以及課程的教學(xué)組織管理和學(xué)生系統(tǒng)軟件分析能力的嚴(yán)格訓(xùn)練等方面居國內(nèi)領(lǐng)先行列。