計算機專業師范生編譯原理教學和實驗改革

劉漢強

摘要：編譯原理是計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。針對高等師范院校的計算機專業師范生普遍對編譯原理課程學習興趣不高且無法獲得良好的學習效果等問題，通過考察計算機專業師范生的特點，深入分析了教材、教學對象、教學目標和教學過程等問題，設計了計算機專業師范生編譯原理課程的教學和實驗改革措施。通過措施的開展，使得學生能夠理解掌握并能清楚講解編譯原理主要理論，加深學生對編譯原理基本課程理論的理解與把握，提升學習效率。

關鍵詞：計算機專業師范生；編譯原理；教學方法；改革探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）36-0121-03

引言

2007年，國務院決定在教育部直屬師范大學實行師范生免費教育。陜西師范大學作為教育部直屬6所師范大學之一，經過近十年的努力，在師范生免費教育上獲得了突出的成績。編譯原理作為計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。在陜西師范大學計算機科學學院，對于計算機科學與技術專業師范生，該課程開設在第五個學期。該課程講授內容包括語言和文法、詞法分析、語法分析、語法制導翻譯、中間代碼生成、存儲管理、代碼優化和目標代碼生成[1]。Alfred V.Aho在其名著《編譯原理》的開篇寫道，“編譯編譯器的原理與技術具有十分普遍的意義，以至于每個計算機科學家的研究生涯中，本書中的原理與技術都會被反復使用”[2]，表明了編譯原理在整個程序設計教程中擔負著重要作用。

雖然編譯原理在計算機教學中擔任著重要的角色，但是作為一名計算機專業大三學生，尤其計算機專業師范生，在學習這門課程時普遍存在以下問題：（1）該課程對計算機專業師范生未來從事中小學教師職業幫助不大，且無法得知是否可以對今后的學習與工作產生有利的影響；（2）編譯原理課本中存在大量的理論知識，內容抽象枯燥且不易理解，很難完整全面地把握知識并形成相應的理論體系；（3）很多人認為只要掌握了如何使用編譯器就可以了，何必掌握這個編譯器是怎么來的呢，又為何要學習如何編譯一個編譯器呢？也因為這樣的原因，大多數計算機專業師范生對編譯原理的學習興趣不高甚至于根本沒有學習興趣。因此我們不得不采取措施轉變教學觀念，改革編譯原理的傳統教學和實驗方法，研究新型教學和實驗模式，使同學們糾正自己的錯誤認識，端正學習態度，提高學習編譯原理的積極性與熱情，更好地理解與掌握編譯原理的相關知識。同時，也能夠使教師在授課的過程中更加用心，最終使教師與學生共同進步。

一、對計算機專業師范生的編譯原理理論知識的教學改革

在傳統教學方法中，習慣使用填鴨式教學法，即教師對知識進行系統的講解，學生在短時間內掌握大量知識。但是這種方法以教師為主體，學生的聽課效率不高，并且這種教學方法多以書本為主，很少考慮學生的主體意識。此外，編譯原理知識的晦澀枯燥使學生們的學習興趣大大降低，且教師與學生間的互動相對來說比較少，教師難以把握學生學習狀況，不利于教學的展開[3]。此外，計算機專業的師范生未來的工作多為中小學信息技術老師，編譯原理課程在其未來的工作可能不再會涉及，使得他們對該課程的學習不夠重視，并且學生遇到問題時不愿意獨立思考、動手實踐。針對計算機專業師范生編譯原理課程學習中出現的問題，結合學生和編譯原理課程的特點，轉變教學模式，精心設計任務教學任務。

（一）啟發式教學法

啟發式教學就是根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段，采用啟發誘導辦法傳授知識，使學生積極主動地學習，以促進身心發展。例如：學習詞法分析時，怎樣完成單詞的識別呢？可以讓學生思考人類語言的結構，按照從左到右的掃描順序，一個一個解讀每個單詞，尋找規律并發現不同的單詞。最后，按照開始符號的不同，識別不同的單詞，拼寫單詞直到遇到非法符號即可。

（二）任務驅動教學法

任務驅動教學法是學生在任務的驅動下，借助教師的幫助，利用學習資源，通過課堂上的自主、合作、探究學習獲得知識意義的建構和能力提高的一種教學方法。它以任務為主線、教師為主導、學生為主體，是新課程改革實踐中出現的一種新教法、新模式，體現了新課程改革“自主—合作—探究”的學習理念。詞法分析的任務和功能以及有限自動機等分析工具的內容比較抽象，是教學的重點和難點。采用任務驅動法能夠取得較好的效果[4]。詞法分析是編譯的第一階段，該階段的任務是從左到右逐個字段對源程序進行掃描，產生一個個單詞序列，用以進行語法分析。直白的說就是輸入源程序，輸出單詞符號。具備了正規文法知識，講解形式語言和自動機理論知識就比較容易被學生接受。

（三）案例教學法

案例教學是一種開放式、互動式的新型教學方式。通常，案例教學要經過事先周密的策劃和準備，要使用特定的案例并指導學生提前閱讀，要組織學生開展討論或爭論，形成反復的互動與交流。算法優先分析是編譯原理過程中的一個重要的自上而下分析算法，在講解詞算法時，首先要引入3個概念：算符文法、終結符間的優先關系及算符優先文法。我們首先從“算符優先算法”幾個字入手，先了解這種算法是借助于“字符間的優先關系”進行的一種語法分析方法，告訴學生優先關系有3種，然后給出3組小實例，從而使得學生能夠很自然地理解這里的優先關系與數字間的大小關系是完全不同的，它是指左結合下的算法表達式中算符計算的先后順序。然后在黑板上給出小實例，如“3+4*52-6”，并在寫的過程中告訴學生這個表達式很長，在寫中間過程“3+4”、“3+4*”、“3+4*52”、“3+4*52-”的時候，詢問學生表達式還未結束是否可以計算，因此讓學生自己總結出這里的優先關系是指前一個算符和后一個相繼出現的算符的關系，并強調兩點：首先，（a，b）和（b，a）是兩種不同的關系；其次，當a，b前后相繼出現時才會用到（a，b）。最后，把算符擴充到終結符。根據上述案例教學，很容易讓學生理解算符文法和算法優先文法的概念。endprint

（四）討論式教學法

討論式教學法強調在教師的精心準備和指導下，為實現一定的教學目標，通過預先的設計與組織，啟發學員就特定問題發表自己的見解，以培養學員的獨立思考能力和創新精神。討論式教學的環節大致包括：設計問題、提供資料、啟發思路、得出結論。

在講授編譯原理語法分析單元中的算符有限分析法時，設計了一個計算器的應用程序，傳統的計算器是按照輸入表達式的順序進行運算，而這里的設計包含括號的計算器，按照先括號后乘除最后加減的方法進行運算，當輸入表達式后通過按鈕控制結果的輸出。演示完畢后，由同學討論計算機是如何完成的。最后給出采用兩個棧存放操作數和運算符，通過按鈕來控制進棧和出棧。這樣引出了算符優先分析法的內容。這種講解法激發了學生的學習興趣，對接下來的內容充滿了好奇，有利于對知識的學習。

（五）Blackboard信息化教學平臺的使用

陜西師范大學已于2013年引入Blackboard信息化教學平臺，引導各教學單位和廣大教師開展基于Blackboard教學平臺的信息化課程建設及教學方式改革。該信息平臺可以提供比較豐富的教學資源，如教學大綱、教學計劃、電子教案、電子課件和教學視頻等，方便學生自主學習。網絡教學平臺及資源在本課程的教學中已經發揮了關鍵的作用，課程教學組成員負責網站的日常維護和教學資源更新，學生每天的正常學習都要在這個平臺上進行，課后師生也經常利用這個網絡平臺進行在線交流、答疑等。通過利用該教學平臺，使用混合式教學，將傳統教學的優勢和數字化教學的優勢結合起來，二者優勢互補，從而獲得更佳的教學效果。

二、針對計算機專業師范生的編譯原理實驗部分改革

對于計算機學科來說，實驗是其重要的組成部分。如果掌握了理論知識而不動手實踐，就如同將軍紙上談兵。對于編譯原理來說，通過實驗可以更好地掌握其理論知識，當我們做完試驗后再回頭看書，我們會發現原來編譯原理并沒有那么難理解。通過實驗，學生可以對自己所學知識進行檢測，及時發現自己存在的問題與漏洞，及時改正與復習，同時也避免了丟開課本就忘的情況。計算機專業師范生因以后多從事教師行業，大多對自己的理論知識要求較高，而在實驗環節要求一般，做具體實驗時會感覺比較難，動手實踐能力較差，因此教師可以以學生了解實驗原理作為實驗目的與要求。因此針對計算機專業師范生，對編譯原理課程實驗部分改革的具體內容為：（1）詞法分析器設計：主要目的為熟悉詞法分析的基本原理、詞法分析的過程以及詞法分析中要注意的問題。實驗內容是使用C語言編寫一個PL/0詞法分析器，為語法語義分析提供單詞，使之能把輸入的字符串形式的源程序分割成一個個單詞符號傳遞給語法語義分析，并把分析結果（基本字，運算符，標識符，常數以及界符）輸出。（2）語法分析程序設計（一）：加深對語法分析器工作過程的理解，能夠采用C語言實現簡單的語法分析程序，能夠使用自己編寫的分析程序對簡單的程序段進行語法翻譯。這里可以設計使用預測分析法來編制語法分析程序，通過對語法規則的明確定義，編寫有效的分析程序并對詞法分析器實驗中得到的結果進行正確的語法分析。（3）語法分析程序設計（二）：由于后續語法分析原理比較復雜，針對計算機專業師范生，為了加強學生對算符優先分析法、遞歸下降分析法和LR（1）分析法的理解，將現成的程序讓學生閱讀理解，并組織分組討論和講解，實現語法分析程序的掌握。

通過上述的實驗改革，計算機專業師范生提高了學生對編譯原理實驗的興趣，在原有的基礎上加深了對原理的掌握，同時提高了自己閱讀和理解程序的能力。

三、總結與展望

該論文旨在對師范院校計算機專業師范生的編譯原理教學與實驗改革部分進行闡述，使教師和學生轉變教學思想，端正學生學習態度，提升學生對編譯原理的學習興趣，加強對編譯原理相關知識的理解與把握能力，從而提升其創新精神與創造能力。通過介紹編譯原理在計算機中的重要性、對編譯原理進行教學改革的原因，結合計算機專業師范生的學習特點，對編譯原理教學進行改革所采取的新式教學和實驗方法策略。希望此論文可以為計算機專業師范生的編譯原理教學提供幫助。

參考文獻：

[1]陳火旺，劉春林，譚慶平，等.程序設計語言編譯原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2]張素琴，呂映芝，蔣維杜，等.編譯原理[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]徐晶.研究型教學在編譯原理課程中的應用探索[J].現代教育技術，2009，19（S1）：62-63.

[4]袁彩虹，周星.編譯原理課程案例教學研究[J].計算機教育，2013，（9）：27-29.endprint