編譯原理課程教學(xué)方法研究

劉 妮

(貴陽學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550005)

編譯原理課程教學(xué)方法研究

劉 妮

(貴陽學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550005)

編譯原理課程是計算機(jī)專業(yè)的一門非常重要的必修課程，課程內(nèi)容抽象較難理解，教師難教學(xué)生難學(xué)。針對此現(xiàn)象，本文從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了相應(yīng)試探研究，分析了以往教學(xué)過程中存在的問題，引入了翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)手段，討論了如何在實(shí)際教學(xué)過程中落實(shí)教學(xué)改革方案、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和全面提高教學(xué)質(zhì)量等問題。

編譯原理；教學(xué)模式；翻轉(zhuǎn)課堂；實(shí)驗(yàn)方案

0 引言

編譯原理課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及軟件工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)核心課程，在計算機(jī)本科專業(yè)教學(xué)中占有較重要的地位。本門課程主要是介紹如何將高級語言翻譯為機(jī)器語言的編譯程序的工作原理和方法。該課程建立在高級語言和匯編語言基礎(chǔ)之上,綜合運(yùn)用編譯理論及多門前修課程如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”等課程的相關(guān)知識來解決高級語言在機(jī)器上運(yùn)行的實(shí)際問題。該課程內(nèi)容豐富,具有嚴(yán)密的邏輯性和抽象性,是一門“難教難學(xué)”的課程，但對提高學(xué)生計算機(jī)軟件素質(zhì)、邏輯思維能力、抽象思維能力和形式化能力具有很大作用,可以使學(xué)生真正了解計算機(jī)的工作過程,認(rèn)識計算機(jī)信息處理的實(shí)質(zhì),并綜合運(yùn)用所學(xué)的軟件設(shè)計技術(shù)來分析解決問題。

1 編譯原理課程教學(xué)中存在的問題

編譯原理課程涉及的前導(dǎo)課程較多，課程本身理論性較強(qiáng)，算法抽象難理解，一直以來被視為計算機(jī)專業(yè)最難學(xué)難教的課程。因此，在教學(xué)過程中存在一些問題。如： 教學(xué)內(nèi)容比較偏重于原理，實(shí)踐環(huán)節(jié)太薄弱，以致學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，搞不太清楚研究編譯原理到底有什么意義；再者，編譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)涉及其他相關(guān)課程，所以綜合性、連貫性強(qiáng)，課本提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容抽象缺乏實(shí)踐性，即使在分模塊設(shè)計的時候也存在較大難度，不利于提高學(xué)生的動手能力，使學(xué)生感到“編譯原理”課程枯燥，望而生畏，甚至有學(xué)生感覺像聽天書。而在畢業(yè)后的實(shí)際工作中，很多學(xué)生具體完成一個完整的編譯程序的機(jī)會比較少，從而在一定程度上也影響了學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣和對這門課深入學(xué)習(xí)的積極性。

2 教學(xué)模式

2.1 教學(xué)目標(biāo)

針對編譯原理課程目前教學(xué)中存在的一些問題，結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)及學(xué)生的實(shí)際情況，本文將此課程教學(xué)的總體目標(biāo)定為：通過本門課程的教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)先進(jìn)的教學(xué)理念和方法，在加強(qiáng)理論基礎(chǔ)教學(xué)的同時加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)訓(xùn)練，介紹基本的編譯理論的同時注重編譯技術(shù)和系統(tǒng)軟件開發(fā)的某些最新成果，要求掌握編譯技術(shù)的同時強(qiáng)調(diào)與其他專業(yè)必修課程(如程序設(shè)計語言、操作系統(tǒng)、軟件工程等)的融會貫通等方面進(jìn)行大量探索嘗試。通過本課程的教學(xué)研究，一方面使學(xué)生掌握和理解編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作流程以及編譯程序各組成部分的設(shè)計原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，獲得分析、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)編譯系統(tǒng)的初步能力；另一方面，通過對編譯技術(shù)的學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)生對計算機(jī)專業(yè)相關(guān)課程，如程序設(shè)計語言、操作系統(tǒng)等課程知識的深入理解與運(yùn)用。對畢業(yè)后可能從事編譯系統(tǒng)設(shè)計的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)編譯原理課程將為其打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐知識基礎(chǔ)。總之，通過本門課程的學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)生對計算機(jī)系統(tǒng)的整體認(rèn)識。

2.2 教學(xué)方法探討

首先，在教學(xué)過程中改變以往的純理論教學(xué)方式，通過引入客觀事實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。比如，在“編譯原理”課程的第一章里，首先介紹的內(nèi)容就是“什么是編譯原理”，針對這樣一個抽象概念，在學(xué)生對編譯知識完全沒有學(xué)過的情況下去理解是有一定難度的。因此，為了更好地講述清楚這個概念，會選擇通過導(dǎo)入法引入這樣一個客觀事實(shí)：生活中存在多種自然語言，如英語、日語、漢語等，不同語言的人之間交流必須在兩種語言間進(jìn)行互譯。而計算機(jī)系統(tǒng)里所有信息都是由“0”和“1”表示的，在編寫程序的時候，多數(shù)采用和人類自然語言相接近的C語言、JAVA語言等高級語言描述，如何讓計算機(jī)讀懂并執(zhí)行這些代碼，這里就存在一個翻譯問題，即編譯程序。這一客觀現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的運(yùn)用，達(dá)到了簡化編譯課程認(rèn)識的目的，而且更容易被學(xué)生所理解和接受，在腦海中留下深刻印象，為以后學(xué)習(xí)更多理論作好鋪墊。

其次，對教學(xué)方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。傳統(tǒng)的計算機(jī)課程教學(xué)普遍采用“三段式”教學(xué)模式，即理論綜述階段、理論詳解階段和綜合實(shí)驗(yàn)階段。針對目前編譯原理課程理論性較強(qiáng)、知識點(diǎn)較多的特點(diǎn)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高動手能力和課堂的教學(xué)質(zhì)量為目的，針對“三段式”教學(xué)模式存在的理論與實(shí)踐相脫節(jié)這一問題，立足于微觀環(huán)境，從“實(shí)驗(yàn)演示法”和“任務(wù)驅(qū)動法”演變出“五環(huán)式教學(xué)法”[1]，如圖1所示。

圖1 “五環(huán)教學(xué)法”組織結(jié)構(gòu)與聯(lián)系Fig.1 struction and relation of five-circles teaching method

最后，部分章節(jié)授課采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式?！胺D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”是教師在課前安排學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在課外自己進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)， 課堂變成了教師與學(xué)生之間和同學(xué)與同學(xué)之間互動交流的場所，包括解答疑問、知識的理解與運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。通常情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程一般分為兩個階段：第一階段是“信息的傳遞”，是通過教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的互動來實(shí)現(xiàn)的[2]；第二個階段是“吸收內(nèi)化”，是在課后由學(xué)生自己來完成的。由于缺少老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，“吸收內(nèi)化”階段常常會使學(xué)生有挫敗感，從而喪失學(xué)習(xí)的動力?！胺D(zhuǎn)課堂”對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了重構(gòu)?！靶畔鬟f”是學(xué)生在課前進(jìn)行的，教師不僅提供了視頻，還可以提供在線的輔導(dǎo)；“吸收內(nèi)化”是在課堂上通過互動來完成的，教師能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，同學(xué)之間的相互交流更有助于促進(jìn)學(xué)生知識的吸收內(nèi)化過程。由于編譯原理課程不易被學(xué)生掌握理解，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以在一定程度上改善這一現(xiàn)象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式如圖2所示。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式Fig.2 teachering method of flipped course

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案

編譯程序的上機(jī)實(shí)驗(yàn)可加深對課堂講授知識的理解，熟練掌握編譯系統(tǒng)中常用的技術(shù)和方法，建立編譯程序的整體概念。上機(jī)實(shí)驗(yàn)是對課堂教學(xué)很好的補(bǔ)充和完善，通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備初步的研究、設(shè)計、編制和調(diào)試編譯程序的能力。在開設(shè)編譯課程之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過高級語言程序設(shè)計,因此可以用其進(jìn)行描述。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，我們將根據(jù)學(xué)生掌握知識的程度和興趣，計劃學(xué)時合理選擇、安排和調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為了包含編譯技術(shù)中的核心內(nèi)容，我們將實(shí)驗(yàn)安排為三個部分：1)給定一種具體語言，要求學(xué)生單獨(dú)完成該語言的詞法分析、語法分析、語法制導(dǎo)的翻譯和目標(biāo)代碼生成程序，目的是使學(xué)生對編譯程序的各個階段有較深入的理解；2)將掃描器、語法分析器、語法制導(dǎo)的翻譯程序和目標(biāo)代碼生成器組合在一起，使之成為完整的編譯程序，實(shí)現(xiàn)一個程序設(shè)計語言子集的編譯程序，有利于學(xué)生建立編譯程序的整體概念；3)為了降低難度，避免進(jìn)行較完整的編譯程序中生成目標(biāo)代碼正確性的驗(yàn)證工作，可以用解釋程序的方式實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識，從細(xì)節(jié)到整體對翻譯程序的設(shè)計有較深入的了解。

3 結(jié)語

本文通過分析編譯原理課程教學(xué)過程中存在的問題，討論了如何將理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，采用多種教學(xué)方式，提高編譯原理課程的教學(xué)效果，對其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)模式進(jìn)行試探性研究。多種教學(xué)手段相結(jié)合，既注重理論知識的學(xué)習(xí)，也考慮應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性的目的。

[1]張熠，趙小明.五環(huán)法在《編譯原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 臺州學(xué)院學(xué)報，2008(03).

[2]王雷,劉志成,周晶. 編譯原理課程設(shè)計[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]何炎祥，伍春.現(xiàn)代教學(xué)理論指導(dǎo)下的“編譯原理”教學(xué)綜合改革[J].計算機(jī)教育，2005(03).

[4]Keith Cooper，Linda Torczon Engineering a Compiler[M]. Morgan Kaufmann，2011.

Research on teaching method of compiler principle

LIU Ni

(Guiyang University Mathematics and information science college, Guizhou Guiyang 550005,China)

Compiler principle is a very important professional compulsory course in computer science and technology specialty, the content of course is abstract and hard to understand , it is difficult to learn for students and to teach for teacher. Due to this phenomenon , this paper does some tentative research on teaching content, teaching scheme and other aspects, analyzes the problem which is discovered in the course of teaching, add variety of teaching methods such as flipped course, discuss how to implement teaching reform scheme, develop students’ practical abililty, inspire students’ learning interests and improve teaching quality in the course of teaching.

compiler principle; teaching model; flipped course；experiment scheme

2016-09-24

貴陽學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目:“編譯原理課程教學(xué)改革研究”(項(xiàng)目編號：201404651)。

劉 妮(1983-)，女，貴州貴陽人，貴陽學(xué)院副教授。主要研究方向：軟件工程，數(shù)據(jù)庫技術(shù)。

TP311

A

1673-6125(2016)04-0067-03