“項目驅(qū)動”在編譯原理教學中的應(yīng)用

吉 梅，張 靜

（1.溫州醫(yī)學院 信息與工程學院，浙江 溫州 325035；2.唐山師范學院 教務(wù)處，河北 唐山 063000）

編譯原理是計算機本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程所討論的原理與技術(shù)，既適用于程序設(shè)計語言的翻譯和編譯器的構(gòu)造，也適用于其它系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)?！熬幾g原理”被公認為是計算機專業(yè)本科教學中最難教、最難學的課程[1]，主要是因為：（1）“編譯原理”綜合性比較強，涉及的先修課程比較多，包括離散數(shù)學、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語言、程序設(shè)計等，對學習者專業(yè)基礎(chǔ)知識及其掌握要求都比較高；（2）“編譯原理”理論性較強，涉及到的一些理論知識抽象深奧、晦澀難懂，如形式語言與自動機理論等。（3）“編譯原理”的實踐性較強，一般的編譯程序都比較復(fù)雜且規(guī)模龐大，教師很難在有限的課時內(nèi)把編譯器涉及的各個細節(jié)都講透徹。

1 “編譯原理”教學中存在的問題

1.1 重理論，輕實驗

由于各個學校軟硬件基礎(chǔ)的原因，很多高校都把培養(yǎng)的重點放在理論教學上，實驗課時安排得很少，有的甚至根本未開設(shè)實驗課。這使得學生很少有機會理論聯(lián)系實際，缺乏程序編譯的直觀感受，學習興趣不高。

1.2 理論課堂教學效果差

由于編譯原理課程中涉及到很多的概念、定理，再加上一些復(fù)雜的算法，課程內(nèi)容顯得比較枯燥。盡管很多高校也提出了一些教學改革方案，如比喻式教學法、啟發(fā)式教學法、構(gòu)建多媒體教學環(huán)境等，在一定程度上調(diào)動了學習的積極性，但課堂效果總的來說還是不明顯。

1.3 實驗環(huán)節(jié)薄弱

大部分學校將實驗內(nèi)容安排在詞法分析器、語法分析器的構(gòu)造上，而對編譯器后端語義分析及代碼生成部分內(nèi)容涉及較少。同時，實驗項目的選取一般都以孤立算法的實現(xiàn)為主，較少要求去完成一個規(guī)模型的編譯項目設(shè)計與現(xiàn)實，直接導致學習者對編譯程序的總體把握不夠。

1.4 理論與實際應(yīng)用脫節(jié)

通常在編譯原理理論教學過程中并不涉及編譯器的具體實現(xiàn)[2]。由于理論知識的講解與學習都是采用自然語言進行實際應(yīng)用中則要采用計算機編程語言來實現(xiàn)，對于學生而言，從理解理論并且可以套用公式解題到能夠編程實現(xiàn)存在一個巨大的鴻溝。因此，在上機實踐時很多學生沒有思路，感到無從下手。

2 “項目驅(qū)動式”教學方法

項目驅(qū)動教學法以項目為核心，由教師根據(jù)各個階段的教學目標提出項目設(shè)計任務(wù)，針對所提出的問題，采取演示或講解等方式，給出完成項目的思路和方法，逐步引導學生邊學邊練，并通過協(xié)同合作實踐來完成整個項目的目標[3]。通過將一個具體的實踐項目貫穿到整個編譯原理課程的教學過程中，以具體的實例讓學生能在學習這門課程各個章節(jié)內(nèi)涵的同時逐步提高他們學習的興趣，以至最終理解并真正掌握編譯原理技術(shù)。

與傳統(tǒng)的教學方法相比，“項目驅(qū)動法”能更大地激發(fā)學生的學習興趣和求知欲望[4]，促使學生主動學習，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學生的思維能力、實踐動手能力以及團隊協(xié)作能力。

3 “項目驅(qū)動法”在編譯原理中的應(yīng)用

項目設(shè)計是整個項目驅(qū)動教學過程的關(guān)鍵。為了讓學生能夠掌握編譯器的各個環(huán)節(jié)，采用自定義的簡單繪圖語言，以該語言編譯器的實現(xiàn)為項目貫穿整個教學過程。

3.1 提出項目任務(wù)

在學生了解編譯程序的結(jié)構(gòu)之后，提出項目任務(wù)，演示、講解完成項目的思路和方法，讓學生對整個項目有一個總體、初步的認識。

3.2 提高理論課堂教學效果

在運用多媒體教學手段、比喻式教學、啟發(fā)式教學外，將項目的具體實現(xiàn)引入課堂。在理論教學的同時，適當介紹算法的具體實現(xiàn)以避免理論與實踐的脫節(jié)。例如，在講解詞法分析的同時，介紹該繪圖語言詞法分析器的設(shè)計與實現(xiàn)。該繪圖語言分為關(guān)鍵字、常量、標識符、界符和其他五類單詞，各單詞的詞法規(guī)則如下：

（1）關(guān)鍵字。該語言只有 For、Next、Point、Line、Circle和Scale幾個有限的關(guān)鍵字。其中For-Next用于循環(huán)語句；Point、Line和Circle用于繪制圖形的方法；Scale用于定制圖形的坐標系統(tǒng)。

（2）標識符：以英文字母開頭的字母數(shù)字串。

（3）常量：非零開頭的正整數(shù)，用來表示圖形的坐標。

（4）界符：如分號、小括號等。

（5）其他：如空格、注釋（支持Java單行注釋）等。

在給出詞法規(guī)則后，將語言的詞法規(guī)則用正規(guī)式的形式描述單詞，并利用 ANTLR構(gòu)造該詞法分析程序，然后對ANTLR自動構(gòu)造的詞法分析程序進行分析和測試，從而使學生理解整個詞法分析過程。其ANTLR描述如圖1所示。

圖1 繪圖語言詞法規(guī)則的ANTLR描述

3.3 插件式編程思想[5]

為了讓學生能夠整體把握編譯技術(shù)，將項目分成不同的模塊，每個模塊都是一個獨立的插件。在每一個階段的練習中，我們將提供其它模塊的代碼，讓學生立即看到運行效果，同時產(chǎn)生成就感，從而提高他們的編程興趣。

3.4 項目模塊化

在整個教學過程中，可以將知識點分解到不同的學習階段并形成不同的模塊，分別交給不同的學生組合去具體負責相應(yīng)的模塊實現(xiàn)，使學生都能夠切實感受到知識應(yīng)用的效果，使之加深理解，并以此來提高學習者的興趣。

3.5 因材施教

對于基礎(chǔ)差、確實無力完成實驗要求的學生，提供標準代碼，要求能夠看懂，能夠講解就給達標。

4 結(jié)束語

通過分析編譯原理課程的特征、教學中存在的問題，提出了項目驅(qū)動教學法在編譯原理課程教學中的應(yīng)用。