計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生編譯原理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)改革

劉漢強(qiáng)

摘要：編譯原理是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，旨在介紹編譯程序構(gòu)造的一般原理和基本方法。針對(duì)高等師范院校的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生普遍對(duì)編譯原理課程學(xué)習(xí)興趣不高且無(wú)法獲得良好的學(xué)習(xí)效果等問(wèn)題，通過(guò)考察計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的特點(diǎn)，深入分析了教材、教學(xué)對(duì)象、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)過(guò)程等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生編譯原理課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)改革措施。通過(guò)措施的開(kāi)展，使得學(xué)生能夠理解掌握并能清楚講解編譯原理主要理論，加深學(xué)生對(duì)編譯原理基本課程理論的理解與把握，提升學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生；編譯原理；教學(xué)方法；改革探索

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）36-0121-03

引言

2007年，國(guó)務(wù)院決定在教育部直屬師范大學(xué)實(shí)行師范生免費(fèi)教育。陜西師范大學(xué)作為教育部直屬6所師范大學(xué)之一，經(jīng)過(guò)近十年的努力，在師范生免費(fèi)教育上獲得了突出的成績(jī)。編譯原理作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，旨在介紹編譯程序構(gòu)造的一般原理和基本方法。在陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)師范生，該課程開(kāi)設(shè)在第五個(gè)學(xué)期。該課程講授內(nèi)容包括語(yǔ)言和文法、詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)法制導(dǎo)翻譯、中間代碼生成、存儲(chǔ)管理、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成[1]。Alfred V.Aho在其名著《編譯原理》的開(kāi)篇寫(xiě)道，“編譯編譯器的原理與技術(shù)具有十分普遍的意義，以至于每個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家的研究生涯中，本書(shū)中的原理與技術(shù)都會(huì)被反復(fù)使用”[2]，表明了編譯原理在整個(gè)程序設(shè)計(jì)教程中擔(dān)負(fù)著重要作用。

雖然編譯原理在計(jì)算機(jī)教學(xué)中擔(dān)任著重要的角色，但是作為一名計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大三學(xué)生，尤其計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生，在學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)普遍存在以下問(wèn)題：（1）該課程對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生未來(lái)從事中小學(xué)教師職業(yè)幫助不大，且無(wú)法得知是否可以對(duì)今后的學(xué)習(xí)與工作產(chǎn)生有利的影響；（2）編譯原理課本中存在大量的理論知識(shí)，內(nèi)容抽象枯燥且不易理解，很難完整全面地把握知識(shí)并形成相應(yīng)的理論體系；（3）很多人認(rèn)為只要掌握了如何使用編譯器就可以了，何必掌握這個(gè)編譯器是怎么來(lái)的呢，又為何要學(xué)習(xí)如何編譯一個(gè)編譯器呢？也因?yàn)檫@樣的原因，大多數(shù)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生對(duì)編譯原理的學(xué)習(xí)興趣不高甚至于根本沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣。因此我們不得不采取措施轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改革編譯原理的傳統(tǒng)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法，研究新型教學(xué)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑雇瑢W(xué)們糾正自己的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)習(xí)編譯原理的積極性與熱情，更好地理解與掌握編譯原理的相關(guān)知識(shí)。同時(shí)，也能夠使教師在授課的過(guò)程中更加用心，最終使教師與學(xué)生共同進(jìn)步。

一、對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的編譯原理理論知識(shí)的教學(xué)改革

在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，習(xí)慣使用填鴨式教學(xué)法，即教師對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的講解，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握大量知識(shí)。但是這種方法以教師為主體，學(xué)生的聽(tīng)課效率不高，并且這種教學(xué)方法多以書(shū)本為主，很少考慮學(xué)生的主體意識(shí)。此外，編譯原理知識(shí)的晦澀枯燥使學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣大大降低，且教師與學(xué)生間的互動(dòng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較少，教師難以把握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，不利于教學(xué)的展開(kāi)[3]。此外，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的師范生未來(lái)的工作多為中小學(xué)信息技術(shù)老師，編譯原理課程在其未來(lái)的工作可能不再會(huì)涉及，使得他們對(duì)該課程的學(xué)習(xí)不夠重視，并且學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)不愿意獨(dú)立思考、動(dòng)手實(shí)踐。針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生編譯原理課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合學(xué)生和編譯原理課程的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，精心設(shè)計(jì)任務(wù)教學(xué)任務(wù)。

（一）啟發(fā)式教學(xué)法

啟發(fā)式教學(xué)就是根據(jù)教學(xué)目的、內(nèi)容、學(xué)生的知識(shí)水平和知識(shí)規(guī)律，運(yùn)用各種教學(xué)手段，采用啟發(fā)誘導(dǎo)辦法傳授知識(shí)，使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，以促進(jìn)身心發(fā)展。例如：學(xué)習(xí)詞法分析時(shí)，怎樣完成單詞的識(shí)別呢？可以讓學(xué)生思考人類(lèi)語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)，按照從左到右的掃描順序，一個(gè)一個(gè)解讀每個(gè)單詞，尋找規(guī)律并發(fā)現(xiàn)不同的單詞。最后，按照開(kāi)始符號(hào)的不同，識(shí)別不同的單詞，拼寫(xiě)單詞直到遇到非法符號(hào)即可。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，借助教師的幫助，利用學(xué)習(xí)資源，通過(guò)課堂上的自主、合作、探究學(xué)習(xí)獲得知識(shí)意義的建構(gòu)和能力提高的一種教學(xué)方法。它以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，是新課程改革實(shí)踐中出現(xiàn)的一種新教法、新模式，體現(xiàn)了新課程改革“自主—合作—探究”的學(xué)習(xí)理念。詞法分析的任務(wù)和功能以及有限自動(dòng)機(jī)等分析工具的內(nèi)容比較抽象，是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法能夠取得較好的效果[4]。詞法分析是編譯的第一階段，該階段的任務(wù)是從左到右逐個(gè)字段對(duì)源程序進(jìn)行掃描，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)單詞序列，用以進(jìn)行語(yǔ)法分析。直白的說(shuō)就是輸入源程序，輸出單詞符號(hào)。具備了正規(guī)文法知識(shí)，講解形式語(yǔ)言和自動(dòng)機(jī)理論知識(shí)就比較容易被學(xué)生接受。

（三）案例教學(xué)法

案例教學(xué)是一種開(kāi)放式、互動(dòng)式的新型教學(xué)方式。通常，案例教學(xué)要經(jīng)過(guò)事先周密的策劃和準(zhǔn)備，要使用特定的案例并指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀，要組織學(xué)生開(kāi)展討論或爭(zhēng)論，形成反復(fù)的互動(dòng)與交流。算法優(yōu)先分析是編譯原理過(guò)程中的一個(gè)重要的自上而下分析算法，在講解詞算法時(shí)，首先要引入3個(gè)概念：算符文法、終結(jié)符間的優(yōu)先關(guān)系及算符優(yōu)先文法。我們首先從“算符優(yōu)先算法”幾個(gè)字入手，先了解這種算法是借助于“字符間的優(yōu)先關(guān)系”進(jìn)行的一種語(yǔ)法分析方法，告訴學(xué)生優(yōu)先關(guān)系有3種，然后給出3組小實(shí)例，從而使得學(xué)生能夠很自然地理解這里的優(yōu)先關(guān)系與數(shù)字間的大小關(guān)系是完全不同的，它是指左結(jié)合下的算法表達(dá)式中算符計(jì)算的先后順序。然后在黑板上給出小實(shí)例，如“3+4*52-6”，并在寫(xiě)的過(guò)程中告訴學(xué)生這個(gè)表達(dá)式很長(zhǎng)，在寫(xiě)中間過(guò)程“3+4”、“3+4*”、“3+4*52”、“3+4*52-”的時(shí)候，詢問(wèn)學(xué)生表達(dá)式還未結(jié)束是否可以計(jì)算，因此讓學(xué)生自己總結(jié)出這里的優(yōu)先關(guān)系是指前一個(gè)算符和后一個(gè)相繼出現(xiàn)的算符的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：首先，（a，b）和（b，a）是兩種不同的關(guān)系；其次，當(dāng)a，b前后相繼出現(xiàn)時(shí)才會(huì)用到（a，b）。最后，把算符擴(kuò)充到終結(jié)符。根據(jù)上述案例教學(xué)，很容易讓學(xué)生理解算符文法和算法優(yōu)先文法的概念。endprint

（四）討論式教學(xué)法

討論式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)在教師的精心準(zhǔn)備和指導(dǎo)下，為實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)預(yù)先的設(shè)計(jì)與組織，啟發(fā)學(xué)員就特定問(wèn)題發(fā)表自己的見(jiàn)解，以培養(yǎng)學(xué)員的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神。討論式教學(xué)的環(huán)節(jié)大致包括：設(shè)計(jì)問(wèn)題、提供資料、啟發(fā)思路、得出結(jié)論。

在講授編譯原理語(yǔ)法分析單元中的算符有限分析法時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)算器的應(yīng)用程序，傳統(tǒng)的計(jì)算器是按照輸入表達(dá)式的順序進(jìn)行運(yùn)算，而這里的設(shè)計(jì)包含括號(hào)的計(jì)算器，按照先括號(hào)后乘除最后加減的方法進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)輸入表達(dá)式后通過(guò)按鈕控制結(jié)果的輸出。演示完畢后，由同學(xué)討論計(jì)算機(jī)是如何完成的。最后給出采用兩個(gè)棧存放操作數(shù)和運(yùn)算符，通過(guò)按鈕來(lái)控制進(jìn)棧和出棧。這樣引出了算符優(yōu)先分析法的內(nèi)容。這種講解法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)接下來(lái)的內(nèi)容充滿了好奇，有利于對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

（五）Blackboard信息化教學(xué)平臺(tái)的使用

陜西師范大學(xué)已于2013年引入Blackboard信息化教學(xué)平臺(tái)，引導(dǎo)各教學(xué)單位和廣大教師開(kāi)展基于Blackboard教學(xué)平臺(tái)的信息化課程建設(shè)及教學(xué)方式改革。該信息平臺(tái)可以提供比較豐富的教學(xué)資源，如教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、電子教案、電子課件和教學(xué)視頻等，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及資源在本課程的教學(xué)中已經(jīng)發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，課程教學(xué)組成員負(fù)責(zé)網(wǎng)站的日常維護(hù)和教學(xué)資源更新，學(xué)生每天的正常學(xué)習(xí)都要在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行，課后師生也經(jīng)常利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行在線交流、答疑等。通過(guò)利用該教學(xué)平臺(tái)，使用混合式教學(xué)，將傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而獲得更佳的教學(xué)效果。

二、針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的編譯原理實(shí)驗(yàn)部分改革

對(duì)于計(jì)算機(jī)學(xué)科來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)是其重要的組成部分。如果掌握了理論知識(shí)而不動(dòng)手實(shí)踐，就如同將軍紙上談兵。對(duì)于編譯原理來(lái)說(shuō)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以更好地掌握其理論知識(shí)，當(dāng)我們做完試驗(yàn)后再回頭看書(shū)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)編譯原理并沒(méi)有那么難理解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以對(duì)自己所學(xué)知識(shí)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的問(wèn)題與漏洞，及時(shí)改正與復(fù)習(xí)，同時(shí)也避免了丟開(kāi)課本就忘的情況。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生因以后多從事教師行業(yè)，大多對(duì)自己的理論知識(shí)要求較高，而在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要求一般，做具體實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)感覺(jué)比較難，動(dòng)手實(shí)踐能力較差，因此教師可以以學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)原理作為實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求。因此針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生，對(duì)編譯原理課程實(shí)驗(yàn)部分改革的具體內(nèi)容為：（1）詞法分析器設(shè)計(jì)：主要目的為熟悉詞法分析的基本原理、詞法分析的過(guò)程以及詞法分析中要注意的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是使用C語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)PL/0詞法分析器，為語(yǔ)法語(yǔ)義分析提供單詞，使之能把輸入的字符串形式的源程序分割成一個(gè)個(gè)單詞符號(hào)傳遞給語(yǔ)法語(yǔ)義分析，并把分析結(jié)果（基本字，運(yùn)算符，標(biāo)識(shí)符，常數(shù)以及界符）輸出。（2）語(yǔ)法分析程序設(shè)計(jì)（一）：加深對(duì)語(yǔ)法分析器工作過(guò)程的理解，能夠采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的語(yǔ)法分析程序，能夠使用自己編寫(xiě)的分析程序?qū)?jiǎn)單的程序段進(jìn)行語(yǔ)法翻譯。這里可以設(shè)計(jì)使用預(yù)測(cè)分析法來(lái)編制語(yǔ)法分析程序，通過(guò)對(duì)語(yǔ)法規(guī)則的明確定義，編寫(xiě)有效的分析程序并對(duì)詞法分析器實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果進(jìn)行正確的語(yǔ)法分析。（3）語(yǔ)法分析程序設(shè)計(jì)（二）：由于后續(xù)語(yǔ)法分析原理比較復(fù)雜，針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)算符優(yōu)先分析法、遞歸下降分析法和LR（1）分析法的理解，將現(xiàn)成的程序讓學(xué)生閱讀理解，并組織分組討論和講解，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法分析程序的掌握。

通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)改革，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生提高了學(xué)生對(duì)編譯原理實(shí)驗(yàn)的興趣，在原有的基礎(chǔ)上加深了對(duì)原理的掌握，同時(shí)提高了自己閱讀和理解程序的能力。

三、總結(jié)與展望

該論文旨在對(duì)師范院校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的編譯原理教學(xué)與實(shí)驗(yàn)改革部分進(jìn)行闡述，使教師和學(xué)生轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，提升學(xué)生對(duì)編譯原理的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對(duì)編譯原理相關(guān)知識(shí)的理解與把握能力，從而提升其創(chuàng)新精神與創(chuàng)造能力。通過(guò)介紹編譯原理在計(jì)算機(jī)中的重要性、對(duì)編譯原理進(jìn)行教學(xué)改革的原因，結(jié)合計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，對(duì)編譯原理教學(xué)進(jìn)行改革所采取的新式教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法策略。希望此論文可以為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)師范生的編譯原理教學(xué)提供幫助。

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