基于PBL的教學方法在編譯原理課程教學中的應用探究
——以LR類語法分析為例

徐艷群 張 斌

（南陽理工學院 計算機與信息工程學院，河南 南陽 473004）

基于PBL的教學方法在編譯原理課程教學中的應用探究
——以LR類語法分析為例

徐艷群 張 斌

（南陽理工學院 計算機與信息工程學院，河南 南陽 473004）

編譯原理課程是計算機專業(yè)最能鍛煉學生計算思維能力的一門課程。但截至到目前編譯原理的課堂教學還是采用傳統(tǒng)滿堂灌的教學方式，學生沒有參與到課堂中來。因此作者提出采取“以問題為中心、學生為主體的自主學習方式”即PBL的教學方法，并將其應用于編譯原理LR類語法分析方法的教學實踐中，取得了較好的教學效果。

編譯原理；問題導向；LR類分析法

一、PBL的涵義

為了提高學生的學習能力，英美一些發(fā)達國家被廣泛采用“以問題為中心、學生為主體的自主學習方式”即PBL（Problem-Based Learning，問題式學習）的教學方法，教師通過設立問題，在課前引導學生查閱相關(guān)資料，采取自主學習或分組討論的形式解決問題，課堂上可以讓學生分組講等方式完成教學內(nèi)容，目的是通過知識的主動建構(gòu)，激發(fā)學生的學習激情，挖掘?qū)W生的學習潛力。文章針對以往編譯原理課程教學特點，在編譯原理LR類語法分析大膽采用PBL教學方法進行改革和教學實踐，取得了良好的教學效果。

二、編譯原理課程教學現(xiàn)狀

《編譯原理》是計算機專業(yè)的一門很重要的課程，集中體現(xiàn)了計算機的思維方式。但該課程涉及的理論抽象，算法復雜：幾乎每一章都有很多知識點，很多新的理論算法思想，很多需要學生動手實踐的環(huán)節(jié)等。但目前編譯原理教學缺少互動，效果差，學生如果上課能認真聽講，可以按照老師課堂講的內(nèi)容，回答大部分問題，但如果學生不會去思考“為什么”“如何做”等問題，學生的這種學習方式就是一種被動的接受知識的過程，學生學完這門課程，不知道一個編譯器到底應該怎么設計？怎樣實現(xiàn)？在設計的過程中到底應該選取哪種語法分析方法，生成的代碼優(yōu)化到什么程度就達到最優(yōu)等。因此如何改變目前《編譯原理》課程死板的教學模式，提高教學效果，改善教學質(zhì)量，讓學生積極主動地投身到編譯原理的課程學習中，獲得更多更有用的編譯原理課程的理論知識，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，是各位編譯原理教師應該思考和關(guān)注的問題。針對目前在編譯原理課程教學中存在的問題，作者將PBL教學方法引入到編譯原理課程教學中，文章將以LR類語法分析為類進行介紹。

三、基于PBL的教學方法在編譯原理課程教學中的應用

按照PBL教學方法，教師在具體實施中可以按照以下步驟來進行教學設計，最終幫助學生解決問題：發(fā)現(xiàn)問題→引導學生分析問題→組織并幫助學生進行小組討論或自主學習→知識建構(gòu)→自我反思，最后進行教師進行內(nèi)容總結(jié)并補充。

通過課程的合理設計及問題的巧妙提出，讓同學通過問題的引導明確本節(jié)課的教學目標，通過教師的引導學生明確問題的解決思路，通過問題的解決讓學生理解課程知識體系，采用循序漸進引導啟發(fā)的方式讓學生主動的學習，掌握編譯原理課程知識。文章以LR語法分析法為例來幫助大家理解。

（一）創(chuàng)設問題

問題不能來的太突然，因此需創(chuàng)設情境，進行帶入?？梢韵冉o出一個文法如下：

G：（0）S'→S（1）S→aAd（2）S→bAc（3）S→aec（4）S→bed（5）A→e

1.先要求學生采用已學過的LR（0）分析法進行分析。由于前面學生學習過LR（0）分析法，學生就可以完成此題。在構(gòu)造LR（0）識別活前綴的確定化有限自動機過程中出現(xiàn)了項目集:I7=｛A→e.，S→ae.c｝中，按照LR（0）分析法構(gòu)造分析表時對于第I7狀態(tài)，遇到超前搜索符c時可以進行移進，在分析表中填S9，同時對于項目A→e.，需要在這個表中填R5，即在一個表格中填兩個動作，即狀態(tài)I7中出現(xiàn)了歸約-移進沖突，當對符合串進行分析的時候，查到這個狀態(tài)I7遇到符號c時，不知道改采用哪個動作，這時可以讓學生按照兩種動作分別做一下，識別出為什么一種正確，而另外一種不行呢？學生通過思考發(fā)現(xiàn)采用LR（0）分析法顯然不行。重新審視這種方法。

2.引導學生進一步思考采用SLR（1）分析法，對于移進項目跟LR（0）完全相同，對于歸約項目需求歸約項目產(chǎn)生式左部非終結(jié)符號的Follow集，即求項目A→e.產(chǎn)生式左部非中介符號A的Follow集，F(xiàn)ollow（A）=｛c，d｝，很明顯A的Follow集中還有c，說明沖突解決不了。

3.引導學生進行思考：為什么不行？顯然當棧里邊的符號為ae，輸入符號c時，如果對把棧頂符號e歸約為A，當前符號串就變?yōu)閍Ac，而它不是一個規(guī)范句型，A后面可以跟c，因為有規(guī)范句型bAc，這也就是SLR（1）分析法求Follow集的原因。很自然地讓學生自己發(fā)現(xiàn)采用SLR（1）分析法顯然不行。情境帶入學生主動思考采用哪種方法解決該問題，給學生這次課到下次課之間的思考時間。

（二）引導學生分析問題

經(jīng)過思考之后學生深入理解采用前兩種方法不行的原因，組織學生分組講解原因，教師進行歸納補充?？紤]LR（0）分析表的造表算法規(guī)則（2），對于歸約項目A→α·，不管下一輸入符號是誰，均進行歸約。這顯然是一個武斷的決定。若Ii中同時含有［B→α·bβ及C→α·］兩類項目時，上述填表方法必然得到?jīng)_突的分析表。一般地，Ii=｛A1→α·a1β1，…，Am→α· amβm，B1→α·，…，Bn→α·｝如果能根據(jù)下一輸入符號a對上述沖突加以區(qū)分，則沖突可解決。當Follow（Bk）（1≦k≦n）與｛a1，a2，…，am｝兩兩互不相交時，則可按下述方法解決沖突：從SLR（1）解決問題的方法看，對于歸約項目A→α·，只要是Follow（A）中的符號均可按此產(chǎn)生式進行歸約，這也有一定的片面性，因為沒有考慮α所在的“環(huán)境”。當α在棧頂形成時（設此時棧內(nèi)容為#δα，輸入符為a），若強行將α歸約為A（棧內(nèi)容：#δA），但#δAa又不是任何規(guī)范句型的前綴時，這個歸約就是無效的。

（三）自主學習或分組討論

知道了什么是LR（1）分析法，分組討論如何采用LR（1）分析法做題，就需要構(gòu)造LR（1）識別活前綴的DFA，構(gòu)造的過程跟LR（0）、SLR（1）進行比較，找到不同處：每個項目都有超前搜索字符，如何確定LR（1）每個項目集，顯然跟LR（0）或SLR（1）一樣，基本項目為［S′→.S］，LR（1）需要考慮超前搜索字符，文法開始符號的超前搜索字符為#，因此確定［S′→.S，#］為LR（1）的基本項目，其他項目的確定方法的難點就是確定每個項目的超前搜索字符。根據(jù)以下定義確定：

LR（1）項目［A→α·β，α］對活前綴γ=δα有效，iff存在規(guī)范推導S?*δAy?δαβy y∈VT*且滿足條件：

（1）當y≠ε時，a∈FIRST（y）；（2）當y=ε時，a=#.

這樣可以求出每個項目集的閉包。

（四）知識主動建構(gòu)

通過閱讀教材和小組討論，教師引導啟發(fā)，學生主動學習運用比較分析法掌握LR（1）語法分析方法，從而完成了對知識的主動建構(gòu)。LR（0）只要出現(xiàn)歸約項目，不管當前識別符號是什么，就無條件歸約，這樣可能出現(xiàn)歸約-移進，歸約-歸約沖突；SLR（1）在有歸約-歸約沖突，歸約-移進沖突，需要看向前搜索一次，求歸約項目產(chǎn)生式左部非終結(jié)符號的Follow集，有些沖突解決不了，因為這種方法只注意到歸約之后該非結(jié)符號后面可以跟的符號，不考慮歸約后能否構(gòu)成規(guī)范句型。

LR（1）分析法通過求超前搜索符號，歸約的時候看超前搜索符號，能夠保證每次歸約之后棧里面的符號串是規(guī)范句型的活前綴。這種分析方法的取得，不是教師通過講課學生掌握的，是學生通過查閱資料分析討論主動建構(gòu)得到的，這就是研究性自主學習的過程，即PBL教學方法的重現(xiàn)。把科研的思路應用到具體的教學環(huán)節(jié)中，學生們主動思考、主動討論、主動掌握知識。

（五）自我思考

在這個階段教師要對學生所做的工作進行歸納總結(jié)，根據(jù)需要進行補充。最后組織學生對本次學習過程進行有意識的總結(jié)和反思。例如LR分析法學完之后讓學生大膽思考，考慮當前的有限自動機跟詞法分析過程中有限自動機之間的聯(lián)系，能不能先構(gòu)造非確定化的有限自動機再對其進行確定化，確定化的方法跟以前詞法分析一樣還是不一樣，詞法分析與語法分析的銜接之處。這種反思有利于發(fā)展學生的高層次思維能力。

四、結(jié)束語

根據(jù)編譯原理課程教學特點：抽象、邏輯性強，知識點多、算法復雜。學生學習狀態(tài)一直處于被動獲取知識的方式，教學效果很不理想。經(jīng)過大膽改革，嘗試采用基于PBL教學方法，并在編譯原理LR類分析中進行了具體應用，從問題的提出、分析、討論、知識主動建構(gòu)和自我反思等環(huán)節(jié)進行了論述。這種方法非常適合編譯原理教學過程，相信以后的教學實踐中能夠取得了較好的教學效果，提高學生的主動獲取知識、探索知識、解決實際問題的能力，達到提升學生計算思維能力，達到在計算機專業(yè)中理想就業(yè)的目的。

［1］周汝雁，張云，韓彥嶺.計算機專業(yè)課程PBL教學方法探究與實踐——以“編譯原理”課程為例［J］.工業(yè)和信息化教育，2014（5）：39-43.

［2］馮阿芳.PBL在編譯原理課程教學中的應用研究［J］.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學院學報，2008（4）：94.

The compilation principle is the most suitable course to exercise the students' computational thinking ability.But at present，the classroom teaching of compiling principle still adopts the traditional teaching way and students are not involved in the classroom.Therefore，the author puts forward an autonomic learning way which centered on problems and takes students as subject，that is the PBL teaching method and applies it to the teaching practice of LR syntax analysis in compiling principle，which has achieved good teaching effect.

compilation principle；problem oriented；LR analysis

G642

A

2096-000X（2016）20-0125-02

徐艷群（1978-），女，陜西韓城人，講師，碩士，研究方向：計算機應用。