《編譯原理》課程教學改革探討

張鵬，戚梅

（山東科技大學 信息科學與工程學院，山東 青島 266590）

《編譯原理》課程教學改革探討

張鵬，戚梅

（山東科技大學 信息科學與工程學院，山東 青島 266590）

《編譯原理》是高校計算機類專業的重要基礎和骨干課程，具有較強的理論性和實踐性。針對這門課程的特點，探討了提高教學效果改革的方法，主要提出了4點：打破灌輸式教學方式，注重創新意識和能力的培養；實施多樣化的教學形式，努力實現以學生發展為本；區分不同教學對象，注重因材施教的培養方式；提倡理論聯系實踐，培養學生的動手能力。經過實踐，較好地調動了學生的學習興趣，在培養學生的學習能力、實踐能力和創造能力、工程意識方面取得了良好的教學效果。

編譯原理；教學改革；專業能力；教學實踐；教學方式

《編譯原理》是高等院校本科計算機專業中一門非常重要的核心課程之一，它對培養學生的抽象思維能力、獨立解決復雜問題的能力以及增強理解計算機基礎理論的能力等方面起著很大作用[1-3]。Alfred V.Aho曾說過“編寫編譯器的原理和技術具有十分普遍的意義，以至于在每個計算機科學家的研究生涯中，本書中的原理和技術都會反復用到[1]”。

如何改革編譯原理課程教學以提高其教學效果和教學質量，使它跟上新形勢下計算機技術的發展，是我們當前急需解決的重要問題。為了使學生系統全面地掌握編譯的相關內容，培養學生扎實的計算機理論基礎和良好的計算機實際應用能力，掌握課程的重點，融會其難點。

筆者曾于2010年5月參加全國高校教師網絡培訓中心舉辦的蔣宗禮教授主講的《編譯原理》精品課程培訓，得到蔣教授在各個方面給予的指導，深受啟發。筆者在多年的教學實踐基礎上，對這門課程的教學提出了一系列的改革措施并在教學實踐中付諸實施，取得了良好的教學效果。現在將講授該課程的指導思想和理念的個人心得總結如下，歡迎同行批評指正。

1 改變教學方式，注重創新能力的培養

過去教學中過分強調知識的灌輸過程，好像教師不講學生肯定不會。講課務必求全，講得夠多，講得夠細，講得夠深，學生的學習目的好像都是為了死板的知識。但事實證明這種教學方式是有問題的，這種教育觀念已經妨礙了學生全面而富有個性的發展，窒息了學生的創新意識，創新精神。

教師首先要解放思想打破灌輸式教育教學觀念，建立注重創新意識和能力教育理念。該課程的主要特點可以歸納為：傳授基本方法，培養學科能力；挖掘知識來源，培養創新能力；重視培養系統能力；注重實驗教學，培養實踐能力。

其次教學內容為次，方法為主，讓學生掌握解決問題的方法。這些方法主要有：基于自動機理論的形式化描述方法、程序設計的逐步求精方法、程序設計中自頂向下、自底向上的方法，算法設計中的遞歸求解方法、計算機科學理論中圖形化與數學化結合的方法等。這些方法都是計算機學科最經典、最常用的問題求解與系統設計方法。掌握這些方法后實現從“實例計算”到“類計算”和“模型計算”的跨越[4]；從宏觀到微觀、從微觀到宏觀，培養系統能力，注重培養學生的創新意識和能力。

例如在講授“正規式”一節中，在學生掌握基本內容和知識基礎以后，可以補充一個思考題，來鞏固所學，促進思考，并將以前高級語言的基本知識形式化。

例如：某高級語言可接受的合法文件名為:device:name.extension，其中device:和.extension可以省略。假定device，name和extension都是字母串，長度不限但至少為1，試畫出識別文件名的DFA。

此題解題的關鍵在于理解正規式對于單詞形式的表達更為方便，求某類單詞的DFA可以先求其正規式，再化成等價的DFAM。求正規式時對于復雜單詞可以分部分求解，文件名可以分為3部分，可以分別寫出再連接起來，不妨設c為任意字 母 ，Device 的 正 規 式 ：cc*|ε，name 的 正 規 式 ：cc*，.extension 的正規式：cc*|ε，3 部分連接起來（cc*|ε） cc* （cc*|ε）.有了正規式，就可以化為等價的DAFM，這正是圖形化與數學化結合，該DFA如圖1所示。

圖1 文件名的DFAFig.1 DFA of file name

2 多樣化的教學形式，以學生發展為本

課程的出發點與落腳點都是面向全體學生的全面發展。為此，教師課堂講授中應該深挖知識背后的內容，努力再現該課程開創者大師們的問題求解思考過程，引導學生一起思考問題，體驗思考和問題求解的樂趣。通過在課堂中適時提出深層問題、擴展問題和提示輔助材料，鼓勵和引導學生開闊視野，主動探索，培養他們的學習興趣、創新意識和創新能力，也減少了學生的死記硬背，便于學生理解。

講課過程中通過各種方式化解對編譯的難點，降低課程知識內容的抽象性，提高了學生的學習興趣，獲得了更好的學習效果。

教學形式上力求多樣化，充分利用多媒體教學，講授內容事先編排和制作，表達手段多樣化，能夠大幅度提高信息量、改善課堂結構、擴大知識面和避免人為錯誤。經過多年的教學實踐，制作了圖文并茂的多媒體課件。相關算法可以用圖片，動畫等多種形式展現其對數據的處理過程。課程中詞法分析，語法分析，代碼優化等內容理論比較深奧，算法比較復雜，我們利用動畫表現算法對文法和句子處理過程。經過這樣處理，能調動學生的觀察能力，把教學過程變為學生自己的主動探究性活動，教者輕松，學者有趣，深化了學生對基本知識掌握和對算法的準確理解。

比如，LR分析法是本課程的難點，在講解分析過程前，先講解LR分析器模型。一個LR分析器實質上是一個帶先進后出存儲器（棧）的確定有限狀態自動機。把“歷史”和“展望”材料綜合地抽象成某些“狀態”（自動機的狀態）。狀態棧（先進后出存儲器）用來存放狀態。棧里的每個狀態概括了從分析開始直到某一歸約階段的全部“歷史”和“展望”資料。任何時候，棧頂的狀態都代表了整個的歷史和已推測出的展望。因此，在任何時候都可從棧頂狀態得知所想了解的文法的一切信息，而沒有必要從底而上翻閱整個棧。LR分析器的每一步工作都是由棧頂狀態和現行輸入符號所唯一決定的。

3 區分教學對象，注重因材施教

“編譯原理”中的一些基本概念、基本理論和基本方法，學生應該掌握，這是本課程的基礎。這些基本內容有：文法、語言、正規語言（文法）、上下文無關語言（文法）、二義性、語法樹；單詞文法描述、詞法分析程序、正規式和正規集；LL分析、遞歸下降分析器、算符優先分析法、LR分析法；語法制導翻譯、中間代碼生成；符號表、靜態存儲分配、動態存儲分配；寄存器分配、目標代碼生成等。

當前多數高校都有計算機類專業，比如計算機科學與技術，軟件工程等。不同高校計算機專業學生培養有不同的目的，大體可以分為科學型、工程型、技術型等。不同類型的授課內容、課程難點重點都有不同的側重點。科學型對理論要求較高，對問題形式化描述、算法討論，以培養學生的抽象思維能力、獨立解決復雜問題的能力為重點。工程型、技術型要求以應用為主，將編譯的技術用到實際的編程中。培養解決實際問題的能力。

4 理論聯系實踐，注重動手能力

實踐教育是創新人材培養體系的重要組成部分。實驗教育對于提高學生的綜合素質、培養學生的科學精神和動手能力有著不可替代的作用。“編譯原理”是理論和實踐結合密切的計算機課程之一，其內容有較深的理論知識，而相關技術又是這些理論的實踐，課堂的理論教學與實驗課的實踐相結合，培養他們理論結合實際的能力。

在課程講授中，注意將編譯原理的理論與軟件開發的實踐問題相結合，引導學生在軟件實踐中運用編譯的理論與方法[5]。“編譯原理”的相關理論不僅可以應用到編譯器的設計中，而且可以用于一般的軟件設計：文本編輯器、自動排版、模式識別、程序自動驗證、程序自動調試、高級語言之間的轉換工具、通信協議轉換，交叉編譯技術，芯片設計等。

比如對有限自動機的學習，有限自動機是研究自動系統的一種數學模型，作為一種識別裝置（模型），可用來識別正則文法所定義的語言。引入有限自動機這個理論，為詞法分析程序的自動構造尋找方法和工具。但是有限自動機形式化定義比較抽象，學生理解有困難。為此把確定的有限自動機識別單詞的過程用程序體現出來。

DFAM=（K，∑，f，S，Z）的行為的模擬程序如下：

5 結束語

計算機技術發展日新月異，社會對計算機人才的需求隨時有變化，面對新形勢和新要求，課程教學不應一成不變，應該重新學習課程理論，學習教學策略。近幾年的教學實踐中，在課程教學內容、教學方法和手段、實踐教學體系等方面的改革方面做了積極探索，較好地調動了學生的學習興趣，在培養學生的學習能力、實踐能力和創造能力、工程意識方面做出了有益嘗試，取得了良好的教學效果。教學中，只有不斷進行教學內容和課程體系的改革，才能培養出符合社會需求的、具有一定創新能力的、高素質的人才。

[1]李建中，姜守旭譯.編譯原理[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]張素琴，呂映芝.編譯原理[M].2版.北京：清華大學出版社，2007.

[3]陳火旺，劉春林，譚慶平.程序設計語言編譯原理[M].3版.長沙：國防工業出版社，2000.

[4]蔣宗禮.基本學科能力培養在編譯原理課程教學中的實現[J].計算機教育，2007（1）：28-30.

JIANG Zong-li.The realization of basic subject ability in the teaching of compile principle[J].Computer Education，2007（1）:28-30.

[5]高麗.基于軟件項目小組模式的編譯原理教學改革探索[J].科技信息，2008，12（2）:19-89.

GAO LI.Exploration of teaching innovation of compile principle based on,ode of software project teams[J].Science&Technology Information，2008，12（2）:19-89.

[6]王挺，李夢君，周會平.對編譯原理課程教學中計算思維培養的探討[J].計算機教育，2009（21）:11-13.

WANG Ting， LI Jun-meng， ZHOU Hui-ping.The study of cultivating computing thinking in the teaching of compile principle[J].Computer Education，2009（21）:11-13.

Study of compiling principles teaching reform

ZHANG Peng，QI Mei
（College of Information Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao266590，China）

Compiling Principles is an important professional course in computer major，and it includes strong theory and practicality.Discusses the methods of improving teaching effects of Compiling Principles in four points:Paying more attention to students’ ability cultivating； carrying out various teaching method； practicing principles of individualized instruction；linking up theory with practice.It is proved that the teaching effect and the students’professional ability have been greatly enhanced and improved after teaching practice for several years.

compiling principles； teaching reformation； professional ability； teaching practice； teaching method

TP314

A

1674－6236（2012）05-0008-03

2012-01-01稿件編號：201201001

國家自然科學基金項目（60803032；60970001；91018007）；山東科技大學教學研究項目（qx102051）

張 鵬（1973—），男，山東泰安人，博士，副教授。研究方向：Petri網理論與應用、并發模型與算法、工作流、服務計算等。