基于 CDIO 教育理念的 “編譯原理”課程教學的探索

徐艷群 張斌（南陽理工學院計算機與信息工程學院 河南南陽 473004）

基于 CDIO 教育理念的 “編譯原理”課程教學的探索

徐艷群 張斌（南陽理工學院計算機與信息工程學院 河南南陽 473004）

“編譯原理”是計算機專業(yè)中一門非常重要的課程，它最能鍛煉學生的計算思維能力，計算思維能力對從事計算機專業(yè)工作的學生將終身受益。但是“編譯原理”課程教學中依然存在一些問題：教學方法陳舊，忽視實踐環(huán)節(jié)，學生參與意識不強等。本文針對這些問題，在編譯原理課程教學中應用CDIO（Conceive、Design、 Implement、 Operate）教育理念，從理論課教學方法、實踐環(huán)節(jié)、考核方式等方面進行改革。 實踐證明CDIO 模式在“編譯原理”課程教學中取得了良好的效果。

CDIO教育理念；編譯原理；啟發(fā)式教學法；項目教學法

【DOI】10．19312/j．cnki．61-1499/c．2016．09．056

“質(zhì)量工程”的廣泛實施，各高等院校在計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)方面做出了很大貢獻，但是畢業(yè)生的專業(yè)能力相當一部分不能很好地滿足社會需求，究其原因主要是因為現(xiàn)有的教學理念、教學思路存在問題。 最新教育改革成果—CDIO教育模式，實踐證明 CDIO 教育模式先進可行，適合工科教育教學環(huán)節(jié)的改革。為了培養(yǎng)高素質(zhì)的計算機專業(yè)人才，就需要從課程這個培養(yǎng)人才的課程載體上進行改革，而編譯原理課程作為本專業(yè)的重要課程更應該改革。因此本文將CDIO工程教育理念用于編譯原理的教學實踐中，以期取得良好的教學效果。

一、CDIO 工程教育理念

國際工程教育改革的最新成果--CDIO工程教育模式是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，鼓勵學生積極、主動、實踐地投入到課程學習中去，在學習過程中注意專業(yè)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系。CDIO大綱對專業(yè)畢業(yè)生能力的考核主要包括基礎知識掌握情況、個人的學習、及實踐能力、團隊協(xié)作能力和系統(tǒng)工程能力四個方面。各高校應該按照大綱的要求用綜合有效的培養(yǎng)模式力求在這四方面達到目標要求。

二、“編譯原理”課程的特點

《編譯原理》是計算機專業(yè)的一門很重要的課程，課程涉及的理論知識點多，比較抽象，相當一部分算法有些復雜。目前編譯原理課程教學絕大部分采用傳統(tǒng)的教學方式，這種學習方式完全是一種被動的接受知識的過程，學生學完這門課程，不知道一個編譯器到底應該怎么設計？怎樣實現(xiàn)？采用傳統(tǒng)的方式不能充分發(fā)揮學生的積極主動性，不利于引導學生去思考，更不利于帶動學生去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。針對目前在編譯原理課程教學中存在的問題，筆者將CDIO教育理念引入到編譯原理課程教學中。

三、CDIO 教育模式下的“編譯原理”課程的教學探索

為了改善“編譯原理”課程的教學效果,提高學生的實踐能力,我們將CDIO理念應用于“編譯原理”課程的教學中。課程教學中嘗試采用啟發(fā)式教學、項目式教學等教學方法；上機實踐方面根據(jù)課程內(nèi)容布置小程序，課程學完后在課程設計中布置綜合性項目。考核方式設置中注重學生的動手實踐能力考察。讓學生親自經(jīng)歷和體驗編譯的全過程。

1.啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學是強調(diào)學生學習的主體地位,激發(fā)學生獨立思考后去解決問題。常見的啟發(fā)式教學方法是：創(chuàng)設情境法、問題導向法,行為驅動方法等等。例如在LR（1）分析中采用啟發(fā)式教學方法中的問題導向法。

題目：對于以下文法采用LR（1）分析法分析。

G：(0)S'→S (1)S→aAd (2)S→bAc (3)S→aec (4)S→bed (5)A→e

先要求學生采用已學過的LR(0)分析法進行分析。在做題的過程中學生會發(fā)現(xiàn)在兩個狀態(tài)中出現(xiàn)了移進-歸約沖突，這時候學生就得重新審視這種方法。這時老師引導學生進一步思考采用SLR(1)分析法，介紹SLR(1)分析法，它對于移進項目跟LR(0)完全相同，對于歸約項目需求歸約項目產(chǎn)生式左部非終結符號的Follow集，思考沖突能不能解決？引導學生SLR(1)分析法為什么不行？組織學生分組討論，教師進行歸納補充。引入LR(1)分析法，提供資料讓學生分組自主學習并討論如何采用LR(1)分析法來完成該題。

2.項目式教學

項目教學法是一種綜合實踐性的教學方法，強調(diào)學生的主體參與，教師的引導作用，一般在一門課程學完之后才能開展， 是對課程所學內(nèi)容進一步深入應用，讓學生把課程所學理論與實踐有機結合起來。通過項目實踐，學生不僅掌握了課程內(nèi)容，而且具備了該課程所應具備的工程實踐能力、團隊協(xié)作與交流的能力。因此,在“編譯原理”課程設計中,讓學生動手完PL/0編譯器的設計與開發(fā),它的編譯過程使用一遍掃描方式,核心模塊是語法分析和語義分析器,詞法分析器、代碼生成器分別作為它的一個過程。為了完成相應的項目內(nèi)容，在平時上課的過程中就會注重介紹PL/0編譯器,幫助學生了解必要的步驟和編碼實現(xiàn)技術。為了培養(yǎng)學生的閱讀文獻的能力,可以提供PL/0編譯器文本供學生閱讀,提醒學生應該先熟悉總體結構，然后理解每個流程的功能、實現(xiàn)方法及各過程之間的相互關系,最后達到深入理解編譯器構造過程和實現(xiàn)技術。PL/0編譯器實現(xiàn)圖如圖2-1所示。項目要求：他包括大綱、內(nèi)容、組織、進度計劃和實施過程；與此同時，對學生進行分組,每組選一個組長, 在項目中每個團隊成員都有自己的任務和職責；此外,改變過去“填鴨式教育”,以學生為主體主動學習,給學生提供展示的機會,激發(fā)學生學習積極性和主動性；項目完成后,每個項目團隊成員進行匯報,演示程序,用幻燈片輔助講解,并且提交項目文檔。項目報告不僅是團隊的結果的展示,同時促進了項目團隊之間的交流和學習。通過項目匯報,也鍛煉了學生的表達能力，增強了學生的自信心。

圖2-1： PL/0編譯程序的實現(xiàn)

3.上機實踐

為了讓學生在系統(tǒng)學習編譯原理的章節(jié)之前, 對編譯原理獲得一些感性認識和初步了解，世界著名計算機科學家N．Wirth編寫的“PL/0編譯器”是對編譯程序的總結和實施的過程分析說明，作為學生閱讀PL/0語言編譯器文本的提示，便于建立整體的概念。編譯原理的教學內(nèi)容包括詞法分析、語法分析、語義分析和中間代碼的生成、代碼優(yōu)化和目標代碼生成等。實驗內(nèi)容選擇PL/0語言的編譯程序，原因是PL/0語言功能簡單，結構清晰、易讀， PL / 0編譯器可以充分體現(xiàn)一個高級語言的編譯器實現(xiàn)的基本技術和步驟。結合PL/0編譯程序的設計與實現(xiàn)要求學生對給定的PL/0源程序進行詞法分析、語法分析、語義分析和中間代碼生成等，從而理解每個過程的功能和相互聯(lián)系及實現(xiàn)技術，作為拓展內(nèi)容可以讓學生用C語言或者Java對PL/0編譯程序進行改寫，這樣可以讓學生體會到各門課程之間的聯(lián)系，做到對知識的融會貫通。為了提高學生學習的目的性和主動性，在編譯原理課程每次講理論課前先介紹要求學生完成的實驗內(nèi)容，并分組討論。在每次實驗前給出實驗要求讓學生討論需要掌握哪些內(nèi)容并列舉出來，上課時教師根據(jù)學生們需要學習的內(nèi)容進行講解并適當拓展。讓學生體會理論知識在實踐中如何用？為什么需要學習這些理論知識？從而改變學生以往被動接受知識的習慣，讓學生有目的地、積極主動地參與到實驗中，參與到課堂中。

4.考核方式

“編譯原理”課程考核一般采用閉卷考試方式，基本決定學生最終期末成績，平時成績基本按考勤、提問等核定，只占到10%-20%。這種方式考核的是知識而不是能力。CDIO工程教育理念要求從四個維度考核，重點強調(diào)實踐動手能力。因此在編譯原理的考核方式上進行改革，采用注重過程評價的評價方式。過程評價主要包括和項目評價和實驗評價。實驗評價：對每個實驗的實驗目的、實驗步驟、實驗結果進行考核；項目評價：以項目團隊為單位考核，對項目的實施情況、團隊協(xié)作情況、項目答辯和項目文檔等進行評估；期末理論考試在總成績中的比重最多不超過50%。 其中項目的實施情況包括詞法分析部分、語法分析部分、語義分析和中間代碼生成部分、代碼優(yōu)化部分、目標代碼生成部分等綜合確定。

四、效果評價

為了量化編譯原理課程改革情況，我們按照CDIO教育理念的目標設計了一份調(diào)查問卷，主要從四個維度進行考量：（1）課程知識掌握情況；（2）解決具體問題的能力；（3）團隊協(xié)作與組織能力；（4）工程系統(tǒng)化情況。回收問卷統(tǒng)計結果表明：學生通過課程實踐，基本能夠掌握課程要求的大部分知識，并且能夠活學活用；通過上機和課程設計，項目實踐動手能力大大提高，學會了分析問題、解決問題，及團隊合作；具備了該門課程的工程應用能力。

五、結束語

CDIO教育理念是一種先進實用的工程教育模式，將CDIO理念引入到“編譯原理”課程教學中，對課程從教學方法、上機、考核方式方面進行改革和嘗試,實踐證明了CDIO模式在教學實踐中取得不錯的教學效果。隨后我們將繼續(xù)深入探討CDIO在課程教學中的應用。

[1]李桂玲,朱曉蓮等．基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結構”課程教學的探索[J]．中國教育信息化,2015(24):50-52

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[3]薛健飛,林凌敏．基于CDIO的行業(yè)特色高校的可持續(xù)發(fā)展研究[J]．教育與職業(yè),2011(4):72-75

[4]李震平;李曉霞;魏紅君;CDIO模式下C語言教學項目專業(yè)化研究[J]．河北工程大學學報(社會科學版),2012(1):121-124

徐艷群（1978—）女，陜西韓城人，講師，碩士，研究方向：計算機應用。