“編譯原理”課程教學(xué)指導(dǎo)思想的思忖

陳 英 計衛(wèi)星 王貴珍 李 侃

摘要:本文回顧了計算機學(xué)科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課——“編譯原理”課程的發(fā)展,探討了在計算機學(xué)科和技術(shù)飛速發(fā)展,IT人才的多向需求拉動的新形勢下,按照“分類培養(yǎng)”的思路,對“編譯原理”課程教學(xué)指導(dǎo)思想進行的新的定位和思考。進一步結(jié)合學(xué)校研究型人才的培養(yǎng)目標(biāo),基于課程教學(xué)指導(dǎo)思想的定位及課程特點,對在“編譯原理”課程中通過計算機專業(yè)知識的融會貫通來提升學(xué)生的專業(yè)能力和素質(zhì)。

關(guān)鍵詞:編譯原理;教學(xué)指導(dǎo)思想;專業(yè)能力;專業(yè)素質(zhì)

中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:B

1引言

計算機學(xué)科是一門年輕的、發(fā)展迅速的學(xué)科,在人才培養(yǎng)、教學(xué)模式和教學(xué)體系的改革乃至具體的課程設(shè)置中都面臨新的挑戰(zhàn)?！熬幾g原理”是計算機專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程,其原理、方法和技術(shù)在語言處理、軟件工程、軟件自動化、逆向軟件工程、搜索引擎甚至非編譯系統(tǒng)等諸多技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是,學(xué)生普遍反映“編譯原理”是一門難學(xué)的專業(yè)課程,畢業(yè)后也很少有從事編譯器研發(fā)的機會,在該課程學(xué)習(xí)的認識上存在障礙。同時,隨著教學(xué)改革的不斷推進,課程理論教學(xué)學(xué)時不斷縮減,這也是推動課程改革必須面對的問題。

鑒于“編譯原理”課程的知識點涉及許多知識和技術(shù)領(lǐng)域,諸如離散數(shù)學(xué)、計算機體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、軟件體系結(jié)構(gòu)、軟件測試、形式語言與自動機等,因此課程講授面臨諸多概念、知識點、原理和算法。如何將這些知識融會貫通,啟發(fā)式地引導(dǎo)學(xué)生,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加強他們對知識的掌握,達到提升學(xué)生專業(yè)能力和素質(zhì)的目的,值得研究。為此,需要在課程的教學(xué)指導(dǎo)思想定位的基礎(chǔ)上,從教學(xué)方法、教學(xué)手段及內(nèi)容等諸方面協(xié)調(diào)保證

課程的教學(xué)目標(biāo)和效果。

2 “編譯原理”課程教學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀

國內(nèi)“編譯原理”課程最早開設(shè)于20世紀(jì)70年代末期,該課程的發(fā)展和改革至今僅有30余年的歷史,其發(fā)展和改革進程大體可以概括為:

(1) 課程起步階段。20世紀(jì)70年代,高級程序設(shè)計語言的課程納入學(xué)校教學(xué)計劃,與之配套的課程是“編譯方法”、“編譯技術(shù)”等,重點講授高級程序設(shè)計語言的發(fā)展和編譯的基礎(chǔ)知識和技術(shù)。由于缺少配套的教材,主要結(jié)合一些實際編譯程序的實現(xiàn)技術(shù)展開課程內(nèi)容。該階段后期,國內(nèi)引入格里斯的教材上、中、下三冊,本科生重點講授上、中冊。80年代初至80年代末,國內(nèi)組織計算機專業(yè)統(tǒng)編教材,國防科技大學(xué)陳火旺教授于1983年編寫出版了《編譯原理》,國內(nèi)多數(shù)學(xué)校采用了該教材,課程名稱也相對統(tǒng)一稱為“編譯原理”。由于當(dāng)時該課程參考資料缺乏,開設(shè)的學(xué)校較少,加之當(dāng)時國內(nèi)軟件研發(fā)剛剛起步,對課程涉及的編譯程序這類大型系統(tǒng)軟件有關(guān)理論和技術(shù)理解受限,教師把握課程的精髓及學(xué)生學(xué)習(xí)皆感到有一定困難。為此,國內(nèi)一些高校聯(lián)合舉辦每兩年一次的“編譯原理”課程研討會,交流課程教學(xué)計劃、教學(xué)方法和教學(xué)手段等,對該課程的推進起到了很好的促進作用。

(2) 課程發(fā)展階段。約從20世紀(jì)80年代初、中期開始至90年代中期,計算機學(xué)科及體系不斷發(fā)展完善,許多較早設(shè)立計算機專業(yè)的院校成立了計算機系(院),許多院校結(jié)合學(xué)習(xí)、理解和分析IEEE教程,較系統(tǒng)梳理了課程體系,制定了“編譯原理”課程新的大綱和知識體系,更新了教學(xué)內(nèi)容。特別是設(shè)置計算機軟件專業(yè)的本科院校,“編譯原理”課程基本都設(shè)為必修課,有些學(xué)校還設(shè)置了“編譯原理”的前驅(qū)基礎(chǔ)課程“形式語言自動機基礎(chǔ)”,為學(xué)生更深入、牢固地掌握編譯理論奠定了良好的基礎(chǔ)和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)途徑。

(3) 從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在,隨著全球范圍內(nèi)IT業(yè)的迅猛發(fā)展及IT領(lǐng)域人才市場的需求拉動,對計算機專業(yè)的課程設(shè)置和改革提出了更高的要求。課程教學(xué)體系和教學(xué)模式不斷提升,積累了豐富的教學(xué)資源。此階段亦正值我國高等教育大發(fā)展大變革時期,自1999年開始,招生規(guī)模逐年迅速擴大,計算機專業(yè)已成為中國規(guī)模最大的理工專業(yè),專業(yè)調(diào)整、合并不斷推進。而本課程在此階段的一些重要改革是:教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教指委確立了“分類培養(yǎng)”的戰(zhàn)略思想,在教材建設(shè)上更注重汲取世界上著名編譯教材的優(yōu)點,先后引進了本領(lǐng)域權(quán)威的“鯨書”、“龍書”和“虎書”等經(jīng)典教材。國內(nèi)許多高校結(jié)合自己多年積累的教學(xué)和科研經(jīng)驗,先后出版了適合自身教學(xué)要求的教材及教學(xué)參考書。與此同時,課程實驗教學(xué)的改革與理論教學(xué)的改革同步,更注重通過編譯原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生綜合的軟件工程能力。

3基于專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)考量的教學(xué)指導(dǎo)思想

3.1人才培養(yǎng)目標(biāo)主導(dǎo)課程教學(xué)指導(dǎo)思想

按照教育部計算機教指委“分類培養(yǎng)”的指導(dǎo)思想,根據(jù)學(xué)校為創(chuàng)建研究型大學(xué)而確立的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合計算機學(xué)科的發(fā)展趨勢和現(xiàn)代計算機人才的社會需求,我們明確了本專業(yè)“編譯原理”課程的建設(shè)目標(biāo)和指導(dǎo)思想是:立足夯實基礎(chǔ),拓寬課程相關(guān)領(lǐng)域,訓(xùn)練工程素質(zhì);使學(xué)生明確認知語言及語言的處理是求解問題的一種有效途徑;培養(yǎng)學(xué)生對系統(tǒng)軟件和中、大型軟件的規(guī)劃、組織、設(shè)計和實現(xiàn)的綜合能力和素質(zhì)。

3.2課程設(shè)計實施保障專業(yè)能力和素質(zhì)提升

“編譯原理”課程具有理論性、系統(tǒng)性、實踐性強的特點,課程涉及的知識可以讓學(xué)生領(lǐng)悟到計算機理論的精髓。在課程教學(xué)指導(dǎo)思想定位的基礎(chǔ)上,結(jié)合課程規(guī)劃、設(shè)計與實施,把面向知識的教育轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?dǎo)向的教育,探討課程教學(xué)如何在學(xué)生專業(yè)能力和素質(zhì)培養(yǎng)中發(fā)揮有效的作用。這需要教師有厚重的業(yè)務(wù)水平和教學(xué)經(jīng)驗的積累,凝練與之相適應(yīng)的課程內(nèi)容的內(nèi)涵,注重對課程學(xué)習(xí)思維方法的啟發(fā)和引導(dǎo)。以“編譯原理”課程為例,我們的討論關(guān)注其中的兩點:

(1) 課程知識向?qū)I(yè)能力和素質(zhì)的升華

專業(yè)能力實際也是知識的綜合體現(xiàn)。編譯程序是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)軟件,涉及到計算思維能力,系統(tǒng)規(guī)劃、實現(xiàn)能力,算法能力等知識點及可應(yīng)用性。因此,編譯的原理性研究、學(xué)習(xí)和實踐,可以從多角度提高學(xué)生的邏輯思維能力、實踐動手能力、編程調(diào)試及綜合應(yīng)用能力,有助于切實有效地提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。

(2) 知識的融合和關(guān)聯(lián)

“編譯原理”的課程體系和知識點具有許多內(nèi)在和外在關(guān)聯(lián),知識點的可應(yīng)用性亦處處存在,可以經(jīng)過專門的課程設(shè)計,啟發(fā)式地讓課程知識點融合或關(guān)聯(lián),有利于拓寬學(xué)生思維,將專業(yè)能力和素質(zhì)的提升融入教學(xué)之中。

下面舉例說明“編譯原理”課程中知識的融合和關(guān)聯(lián)。

例1:對語言的表示和分析,涉及形式化描述和自動機;自動機的化簡是一種數(shù)學(xué)抽象,直接利用離散數(shù)學(xué)中等價劃分、商集的基礎(chǔ)理論和知識;而在軟件測試中,理論上的測試用例往往是無窮集,亦可以劃分為等價集設(shè)計高質(zhì)量的測試用例。

例2:編譯程序在從程序設(shè)計到程序運行產(chǎn)生輸出結(jié)果這一過程中處于核心地位,編譯系統(tǒng)對用程序設(shè)計語言編寫的源程序進行編譯,編譯過程中會用到源語言自身的規(guī)范和庫程序,需要操作系統(tǒng)提供的庫程序和接口,以及目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息生成可執(zhí)行的二進制程序。根據(jù)用戶的需要,可執(zhí)行程序由操作系統(tǒng)調(diào)度運行,并與下層硬件系統(tǒng)產(chǎn)生密切的關(guān)系。為此,編譯課程所講授的部分內(nèi)容需要程序設(shè)計語言、操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)等課程內(nèi)容作為支撐,這樣才能使學(xué)生更好地理解計算機系統(tǒng)中從軟件設(shè)計到程序執(zhí)行這一完整的過程。

例3:對編譯程序的組織與結(jié)構(gòu),若從軟件體系結(jié)構(gòu)層面考慮,將詞法分析器作為語法分析器獨立調(diào)用的子程序,則屬于層次結(jié)構(gòu);若從接口關(guān)系上存在的直接I/O關(guān)系,可以認為屬于過濾器結(jié)構(gòu)。若從操作系統(tǒng)知識領(lǐng)域考慮,將詞法分析器和語法分析器各作為一個獨立線程,則對共享程序要解決互斥問題等。

再如,代碼優(yōu)化則是數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、結(jié)構(gòu)程序設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)化理論的綜合應(yīng)用。

4結(jié)語

對課程教學(xué)指導(dǎo)思想的定位要緊扣人才的培養(yǎng)目標(biāo),有了明確的教學(xué)指導(dǎo)思想,才能有針對性地進行課程的教革,把面向知識的教育轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?dǎo)向的教育。本文結(jié)合學(xué)校研究型人才的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)指導(dǎo)思想的定位及本課程特點,探討在教學(xué)中將編譯原理和技術(shù)與相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域知識的融會貫通,提出在編譯課程的教學(xué)改革中應(yīng)加強與其他課程內(nèi)容的交叉和聯(lián)系,以提升學(xué)生的專業(yè)能力和素質(zhì)。

參考文獻:

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