編譯原理立體化教學(xué)體系建設(shè)探索

徐秀娟　江賀　劉馨月　賈棋

摘 要：根據(jù)卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)編譯原理課程的教學(xué)實(shí)際，分析編譯原理課程的教學(xué)特點(diǎn)以及當(dāng)前學(xué)生的特點(diǎn)，闡述編譯原理課程的立體化教學(xué)資源建設(shè)方法，最后說(shuō)明教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；開(kāi)放課程；問(wèn)題教學(xué)；編譯原理

0 引 言

2010年6月教育部正式提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，以貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，旨在培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高質(zhì)量工程型技術(shù)人才[1-2]。結(jié)合面向卓越工程師發(fā)展的人才培養(yǎng)體系[3]，編譯原理課程致力于使該體系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練條件達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，為學(xué)生提供優(yōu)良、完善的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐條件。

編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是各大高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的三大核心課程，也是各大高校與一般高職院校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的重要差別之一。與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)這類(lèi)計(jì)算機(jī)核心課程相比，編譯原理課程具有不針對(duì)具體語(yǔ)言且模塊化的特點(diǎn)，是高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)、軟件工程專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課程。

1 編譯原理課程授課現(xiàn)狀及定位

1.1 授課內(nèi)容的特點(diǎn)

編譯原理課程是計(jì)算機(jī)和軟件工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要核心課，有一定的理論性又有一定的實(shí)踐性，尤其是本課程的知識(shí)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用中很多領(lǐng)域有緊密聯(lián)系[4]。了解與掌握本課程的基本內(nèi)容有利于學(xué)生提高專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和能力。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生既能掌握編譯的基本過(guò)程、基本方法、編譯系統(tǒng)的組成，又具有設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、分析編譯程序的初步能力，為今后從事應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)打下一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

本課程介紹編譯程序構(gòu)造的一般原理和基本實(shí)現(xiàn)方法，內(nèi)容包括形式語(yǔ)言基本知識(shí)、詞法分析、語(yǔ)法分析、中間代碼生成和目標(biāo)代碼生成，要求學(xué)生不僅了解與掌握編譯程序構(gòu)造的基本原理與技術(shù)，還要了解其中的基本概念、基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。本課程理論性較強(qiáng)、概念復(fù)雜、難以理解。為了適應(yīng)應(yīng)用型工程師人才培養(yǎng)的目標(biāo)，編譯原理教學(xué)小組對(duì)原有的教學(xué)大綱進(jìn)行了調(diào)整，增加了一些工程應(yīng)用的案例。由于課堂教學(xué)學(xué)時(shí)保持48學(xué)時(shí)不變，教師需要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的分配，僅僅利用課堂時(shí)間完成整套編譯原理課程的教授有很大困難，此時(shí)慕課的出現(xiàn)很好地補(bǔ)充了原有的不足。

1.2 授課對(duì)象的特點(diǎn)

當(dāng)前高校的大學(xué)生幾乎都是90后，具備如下特點(diǎn)。

（1）多數(shù)伴隨著網(wǎng)絡(luò)一起成長(zhǎng)，有問(wèn)題更習(xí)慣直接求助網(wǎng)絡(luò)；課堂上更加沉默，對(duì)教師的提問(wèn)不愿給予積極回應(yīng)。

（2）多數(shù)是視頻一代，習(xí)慣看各類(lèi)吸引眼球的視頻，教師針對(duì)單個(gè)知識(shí)的直接講述很難吸引學(xué)生，學(xué)生的注意力集中時(shí)間更短。

（3）學(xué)生的個(gè)性更為突出，單純的課堂教學(xué)很難滿(mǎn)足學(xué)生多樣化的需求。

基于以上幾點(diǎn)，現(xiàn)有的課堂模式必須加以轉(zhuǎn)變才能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 課程重新定位

針對(duì)編譯原理課程，要構(gòu)建軟件學(xué)院的授課體系，開(kāi)發(fā)符合軟件學(xué)院教學(xué)案例以充實(shí)和豐富課堂內(nèi)容，研究問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，利用多元化、立體化的視頻授課、研究課題等教學(xué)資源，構(gòu)建課程的全新教學(xué)體系，探索性地研究問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念效果，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力的目的。編譯原理是信息管理與信息系統(tǒng)、軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，其目的是使選修本課程的學(xué)生深刻了解從傳統(tǒng)的編譯器轉(zhuǎn)變到編譯原理的必要性、必然性和可行性[5]。

1.4 問(wèn)題引導(dǎo)式的課堂設(shè)計(jì)

由于豐富的教學(xué)資源，特別是慕課資源的出現(xiàn)，沖擊了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在建設(shè)慕課資源的時(shí)候，需要結(jié)合編譯原理知識(shí)框圖，從每個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的問(wèn)題開(kāi)始講授，引導(dǎo)學(xué)生自主式學(xué)習(xí)。

教師提出能夠引起學(xué)生深入思考的問(wèn)題，這些問(wèn)題包括新講授知識(shí)和之前知識(shí)的拓展和延伸[6]。例如，針對(duì)語(yǔ)法分析方法，引導(dǎo)學(xué)生思考構(gòu)造語(yǔ)法樹(shù)的方法有哪些，通過(guò)設(shè)定特定的表達(dá)式啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題，并一起尋找解決方案。

教師在問(wèn)題討論的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生由淺層知識(shí)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變到深層知識(shí)學(xué)習(xí)。例如，結(jié)合本課程，通過(guò)語(yǔ)法樹(shù)的構(gòu)造方法，首先討論自上而下的語(yǔ)法樹(shù)應(yīng)該具有哪些特點(diǎn)，進(jìn)而介紹如何消除左遞歸和提取左因子。

在每次課結(jié)束之后，教師仍舊通過(guò)一個(gè)問(wèn)題給出下次課的討論主題。例如，在學(xué)習(xí)完成自上而下的語(yǔ)法分析后，引導(dǎo)學(xué)生思考如果采取自下而上的分析方法，如何利用棧完成構(gòu)造語(yǔ)法樹(shù)的工作，學(xué)生展示實(shí)現(xiàn)的算法，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生能夠進(jìn)行對(duì)比，深刻理解各類(lèi)算法的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，教師布置本次課程的作業(yè)。

2 立體化的教學(xué)體系

學(xué)校結(jié)合精英教育發(fā)展思路，總結(jié)國(guó)內(nèi)外其他院校在編譯原理課程方面對(duì)學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)編譯原理課程體系的研究，從培養(yǎng)模式、教學(xué)模式、考核模式等角度構(gòu)建編譯原理知識(shí)體系和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目由教授負(fù)責(zé)整體設(shè)計(jì)和分配，最終形成“教授—副教授—講師”階梯教學(xué)團(tuán)隊(duì)，打造高水平的編譯原理在線開(kāi)放課程。本課程建設(shè)包括5個(gè)方面，見(jiàn)圖1。

（1）建立整體化的知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（2）建立原理與實(shí)踐統(tǒng)一的課程內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

（3）采用多層次激勵(lì)型教學(xué)模式，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）設(shè)計(jì)梯度化實(shí)驗(yàn)體系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（5）建設(shè)立體化教學(xué)資源平臺(tái)，保障教學(xué)質(zhì)量。

2.1 整體化的教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

編譯原理是較難的計(jì)算機(jī)學(xué)科課程，內(nèi)容較為抽象，但如果教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合理，則能很大程度提升學(xué)生的興趣。圍繞核心內(nèi)容，結(jié)合社會(huì)對(duì)本課程的實(shí)際需求，我們進(jìn)一步完善課程內(nèi)容，例如換名調(diào)用的參數(shù)傳遞方法；加強(qiáng)對(duì)前沿知識(shí)的介紹，增加在線編譯器的介紹；引入在線編譯器網(wǎng)站等。圖2為整體化的教學(xué)資源建設(shè)示意圖。