編譯原理課程的創(chuàng)新教學(xué)方式

　　摘要：編譯原理課程是高等院校培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的核心課程，針對(duì)該課程在計(jì)算機(jī)本科教學(xué)中難講、難學(xué)的特點(diǎn)，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)手段等幾方面對(duì)編譯原理課程教學(xué)改革、創(chuàng)新進(jìn)行研究、探索。
　　關(guān)鍵詞：編譯原理；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；多元化
　　
　　編譯原理是普通高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課，主要內(nèi)容包括程序設(shè)計(jì)語言編譯程序的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)，一方面使學(xué)生掌握和理解編譯器構(gòu)造的一般原理、基本設(shè)計(jì)方法和主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)；另一方面培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、獨(dú)立解決復(fù)雜問題的能力以及增強(qiáng)編寫和調(diào)試程序的能力。
　　然而，編譯原理被普遍看做是計(jì)算機(jī)本科教學(xué)中最難講解、最難學(xué)習(xí)的課程。如何創(chuàng)新編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段，從而提高教學(xué)效果，這是一個(gè)值得探討的問題，具有較高的研究價(jià)值。
　　1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
　　由于編譯原理課程的理論教學(xué)內(nèi)容涉及很多理論知識(shí)，如形式語言理論、正規(guī)式、有限自動(dòng)機(jī)、語法制導(dǎo)翻譯等，這些知識(shí)相對(duì)比較抽象，尤其是有限自動(dòng)機(jī)理論，在今后學(xué)習(xí)人工智能時(shí)應(yīng)用較多，這些內(nèi)容學(xué)生理解起來相對(duì)困難；此外，該課程還包含很多算法，例如詞法分析器和各種語法分析器的實(shí)現(xiàn)，特別是LALR語法分析器的設(shè)計(jì)，學(xué)生在實(shí)現(xiàn)過程中經(jīng)常感到內(nèi)容抽象、算法復(fù)雜、難于理解，而且編譯程序規(guī)模較大，學(xué)生對(duì)編譯程序各邏輯部分之間的接口和一些算法的實(shí)現(xiàn)感覺很困惑[1]。另外，學(xué)生普遍認(rèn)為編譯原理課程不實(shí)用，所以缺乏學(xué)習(xí)的熱情、主動(dòng)性和積極性。
　　1.1提高學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性
　　上第一次課時(shí)，我們首先給學(xué)生介紹編譯原理課程的地位和應(yīng)用市場。編譯器的基本原理和技術(shù)適用于一般軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，而且在語言處理、軟件工程、軟件自動(dòng)化、逆向軟件工程、再造軟件工程等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)于將來從事編譯系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的學(xué)生來說，編譯原理課程將為其打下堅(jiān)實(shí)的能力和知識(shí)基礎(chǔ)；對(duì)于從事其他工作的學(xué)生，它也能夠提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體的認(rèn)識(shí)[2]。此外，課程中介紹的經(jīng)典的語言分析方法和工具，對(duì)于設(shè)計(jì)一些實(shí)用的工具和軟件來說都是必備的基礎(chǔ)。
　　其次，端正學(xué)生對(duì)本門課程的認(rèn)識(shí)，肯定學(xué)生的能力，使其有信心學(xué)好這門課程。
　　1.2抽象內(nèi)容形象化
　　編譯系統(tǒng)中的一些概念很抽象，學(xué)生難于理解。在講解的過程中，我們可以選用學(xué)生最熟悉的一些實(shí)例，通過類比使抽象的概念更容易被理解。
　　例如，從理論上來說，編譯過程一般包括詞法分析、語法分析、語義分析和中間代碼生成、代碼優(yōu)化、目標(biāo)代碼生成這五個(gè)階段。學(xué)生記住這五個(gè)階段并不難，但理解階段劃分的依據(jù)有一定的難度。編譯程序的功能是將用高級(jí)語言編寫的源程序翻譯成等價(jià)的用機(jī)器語言或匯編語言表示的目標(biāo)程序。既然編譯過程是一種語言的翻譯過程，那么，它的工作過程就類似于外文的翻譯過程，不同之處僅在于翻譯的對(duì)象不同，但其原理是類似的[3]。
　　又如，自下而上的LR語法分析器的設(shè)計(jì)原理，在規(guī)范歸約過程中一方面記住移進(jìn)和歸約出的整個(gè)符號(hào)串，即記住“歷史”，另一方面根據(jù)所用的產(chǎn)生式推測(cè)未來可能碰到的輸入符號(hào)，即對(duì)于未來進(jìn)行“展望”。這個(gè)原理其實(shí)和每個(gè)人的成長過程很類似，只有記住歷史，把握現(xiàn)在，才能對(duì)未來進(jìn)行很好的規(guī)劃和展望。
　　1.3復(fù)雜問題實(shí)例化
　　我們準(zhǔn)備的實(shí)例是從實(shí)際程序編譯和運(yùn)行遇到問題中抽象出來的，學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)對(duì)這些問題進(jìn)行分析、理解，并加以解決。這種方式可以使學(xué)生深入理解高級(jí)語言的工作原理，知其然更知其所以然，從而能夠更準(zhǔn)確地運(yùn)用各種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，既能對(duì)前期課程起到復(fù)習(xí)鞏固的作用，又能讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到本課程的實(shí)際價(jià)值，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編譯原理和技術(shù)的積極性[4]。
　　2改革實(shí)踐教學(xué)
　　實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，也是鞏固和驗(yàn)證所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力的重要環(huán)節(jié)，編譯原理課程對(duì)實(shí)踐的要求更高。
　　目前，實(shí)驗(yàn)環(huán)境不僅局限于Windows操作系統(tǒng)，學(xué)生可以嘗試拓展到Linux、Unix等環(huán)境，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除了以手工構(gòu)造的方式實(shí)現(xiàn)，也可以使用現(xiàn)在較為流行的LEX、YACC等自動(dòng)生成工具，體會(huì)軟件自動(dòng)化的基本思路。
　　1) 階段化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
　　第一階段——驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。
　　驗(yàn)證不同結(jié)構(gòu)，如C、Java程序的分析過程及結(jié)果，從而體驗(yàn)不同語言的編譯過程。
　　第二階段——設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
　　通過設(shè)計(jì)、編寫并調(diào)試詞法分析器和語法分析器，加深對(duì)詞法、語法分析原理的理解。
　　第三階段——分析性實(shí)驗(yàn)。
　　通過語義分析實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)語法制導(dǎo)翻譯原理的理解，掌握將語法分析所識(shí)別的語法成分變換為中間代碼的語義翻譯方法。
　　第四階段——綜合性實(shí)驗(yàn)。
　　綜合性實(shí)驗(yàn)將以編譯的原理、技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合前期課程，加上實(shí)際需求和學(xué)生自己的設(shè)計(jì)才能完成。這些前期課程包括離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言、操作系統(tǒng)、匯編語言、數(shù)據(jù)庫原理等。通過綜合性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生設(shè)計(jì)制作出有一定水平的編譯程序，使學(xué)生更好地掌握編譯原理和基本技術(shù)，充分發(fā)揮學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和編程技巧的能力。
　　2) 基于多種操作系統(tǒng)。
　　學(xué)生可以自由選擇基于windows、Unix或Linux等操作系統(tǒng)，分析并實(shí)現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
　　3) 使用自動(dòng)生成工具。
　　除了以手工構(gòu)造的方式實(shí)現(xiàn)詞法、語法分析器外，學(xué)生也可以使用詞法分析器自動(dòng)生成工具LEX、語法分析器自動(dòng)生成工具YACC或類似工具，掌握其基本原理與使用方法，從而學(xué)習(xí)如何編寫類似工具的源文件以解決詞法分析、語法分析等問題，體會(huì)軟件自動(dòng)化的基本思路。
　　4) 成果展示。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每班推選2至3位實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好的同學(xué)，講解展示自己的設(shè)計(jì)思路、源代碼以及運(yùn)行結(jié)果。一方面，給本次實(shí)驗(yàn)一個(gè)良好的示范，另一方面，刺激并鼓勵(lì)同學(xué)們更好地完成今后的實(shí)驗(yàn)。
　　3多元化教學(xué)手段
　　1) 討論式、啟發(fā)式的課堂教學(xué)方法。
　　以討論時(shí)、啟發(fā)式課堂教學(xué)法取代滿堂灌的教學(xué)方式，它可以活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)收采取演示、講解和答辯相結(jié)合方式，為學(xué)生提供綜合運(yùn)用知識(shí)、培養(yǎng)科研素質(zhì)的機(jī)會(huì)，鍛煉學(xué)生的自主性，使學(xué)生的科研能力和人文素質(zhì)得到全方位的鍛煉。
　　2) 數(shù)字化的教學(xué)資源。
　　數(shù)字化的教學(xué)環(huán)境為課堂教學(xué)提供多種媒體的刺激，有利于學(xué)生知識(shí)的獲取和興趣的保持，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，同時(shí)，它可以作為“知識(shí)的灌輸者”，也可以成為“學(xué)習(xí)的輔助者”，為提高學(xué)習(xí)效率，完成復(fù)雜研究任務(wù)提供幫助。
　　建立課程網(wǎng)站，隨時(shí)更新、補(bǔ)充網(wǎng)上教學(xué)資源，供教師和學(xué)生使用。教學(xué)內(nèi)容不斷更新完善有助于實(shí)現(xiàn)分層次教學(xué)、個(gè)別化學(xué)習(xí)，為每個(gè)學(xué)生提供盡可能的選擇學(xué)習(xí)的空間，利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生的協(xié)助式學(xué)習(xí)，實(shí)行合作和交流。教師還可以利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、逼真的教學(xué)情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入自主學(xué)習(xí)狀態(tài)。
　　3) 多樣的考核手段。
　　期中考試采用“一頁紙”半開卷形式；作業(yè)增加課外報(bào)告等內(nèi)容；實(shí)踐環(huán)節(jié)以老師考評(píng)和學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的形式進(jìn)行。
　　4) 豐富的課外活動(dòng)。
　　鼓勵(lì)學(xué)生參加課外興趣小組，互相討論和學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)。例如，興趣小組的同學(xué)，通過分析UCC編譯器源代碼并加寫注釋，使學(xué)生進(jìn)一步加深編譯器的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方案。
　　4教學(xué)與科研緊密結(jié)合
　　加強(qiáng)教學(xué)和科研的結(jié)合，扎根于科研，以相關(guān)科研成果為背景和基礎(chǔ)，緊密跟蹤國際學(xué)術(shù)前沿，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，以保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。將科研中遇到的問題作為教學(xué)的典型案例在課堂中進(jìn)行講解，并且將科研項(xiàng)目進(jìn)行必要的分解，組織部分優(yōu)秀的學(xué)生參與項(xiàng)目開發(fā)，使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到理論成果在技術(shù)實(shí)踐中的完美應(yīng)用，深刻理解理論與實(shí)踐相結(jié)合的意義和具體途徑。
　　
　　例如，軟件測(cè)試中的測(cè)試用例自動(dòng)生成技術(shù)，其中涉及到的插樁、跟蹤等內(nèi)容就用到編譯中的詞法分析、語法分析、中間代碼等相關(guān)知識(shí)。
　　5結(jié)語
　　我們結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，提出創(chuàng)新編譯原理課程的一些方法和手段的探索，實(shí)踐證明，該教學(xué)方法在編譯原理教學(xué)中取得了一定的成績。然而，如何使該門課程取得更加高效的教學(xué)成果，還需要我們不斷的思考、探索、實(shí)踐和積累。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 編譯原理課程的教學(xué)研究與探索[J]. 教育