編譯原理課程教學(xué)改革探索與實踐

陳蒙 李學(xué)志

【摘 要】針對編譯原理課程在長期的實踐教學(xué)中存在學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，課堂教學(xué)效果不佳等問題。文章針對這些現(xiàn)實情況，經(jīng)過不斷的教學(xué)實踐，總結(jié)編譯原理課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合具體的教學(xué)實例，有針對性的對編譯原理課程進行了改革和實踐，設(shè)計幾種課程教學(xué)改革的實施方案，取得了不錯的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】編譯程序；編譯原理；課程改革；課程實踐

【中圖分類號】G424 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）02-0029-01

編譯原理是計算機科學(xué)與技術(shù)和軟件工程專業(yè)非常重要的核心課程。具有很強的理論性、實踐性和技術(shù)性。課程要求學(xué)生掌握和理解編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作流程以及編譯程序的設(shè)計原理和實現(xiàn)技術(shù)。幫助計算機相關(guān)專業(yè)的同學(xué)提升計算機問題求解的水平，運用編譯算法解決軟件問題，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)[1]。

一、編譯原理課程教學(xué)中存在的問題

1.學(xué)生的前期課程學(xué)習(xí)不足。

編譯原理是計算機相關(guān)專業(yè)的重要核心課程，主要介紹的是編譯器構(gòu)建的原理和方法。要求學(xué)生具有較好的計算機知識，對計算機的工作原理有一定了解，對應(yīng)的先修課程包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，離散數(shù)學(xué)，高級程序設(shè)計語言。實際中存在前導(dǎo)課程學(xué)生掌握情況一般，知識體系缺失，這些是編譯原理課程教學(xué)中效果不佳的原因。

2.課程本身的理論性較強。

編譯器規(guī)模很大，且模糊了編譯器的各個邏輯部分和某些算法的實現(xiàn)之間的接口，涉及到形式語言和自動機理論，語法指導(dǎo)等概念，對這些理論的研究很困難。編譯原理課程中包括DFA確定和化簡的算法，用于構(gòu)建文法符號的符號集和后續(xù)符號集的算法，以及用于各種數(shù)據(jù)流方程的迭代求解算法，對于本科生而言，掌握這些算法是有難度的。

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與自制力相對不足。

根據(jù)課程實際的教學(xué)體驗，現(xiàn)階段大學(xué)生的學(xué)習(xí)動機不足，無法保證基本的學(xué)習(xí)時間。厭倦學(xué)習(xí)，缺乏課堂興趣，沒有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)計劃。開設(shè)編譯原理課程的年級一般是大三或者是大四，作為高年級的學(xué)生在學(xué)習(xí)上的自制能力尤為不夠，更容易受到其它因素的影響，在學(xué)習(xí)的過程中遇到困難，容易放棄。

二、探索編譯原理教學(xué)改革的方法

1.明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

首先是要提高學(xué)生們主動學(xué)習(xí)的興趣，在編譯原理課程的第一課，要向?qū)W生們闡述課程的意義。對現(xiàn)實問題進行抽象化和形式化表示是進行計算機問題求解的基本途徑，編譯原理課程教授同學(xué)們具有這種抽象化和形式化思維的能力[2]。編譯原理課程集中體現(xiàn)了計算思維，采用理論和算法解決了高級語言到低級語言的翻譯問題，為計算機和人對話提供了可靠的接口。學(xué)習(xí)本課程有助于學(xué)生理解高級語言的本質(zhì)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，編譯原理對很多領(lǐng)域理論的研究具有深遠的意義，如計算機軟件技術(shù)領(lǐng)域，計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，人工智能系統(tǒng)的機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，并行處理技術(shù)領(lǐng)域等[3]。在講解到具體章節(jié)的時候，我們注意對其說明，如：正規(guī)式和有窮自動機在文本編輯器中的廣泛應(yīng)用，有窮自動機在字符串查找中的運用，由文法來定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。

2.抽象內(nèi)容具體化。

編譯原理課程中的一些概念比較抽象，不容易理解，在某種程度上增加了本門課程的難度。在講解這些知識的時候，可從現(xiàn)實生活中找一些實例，通過類比學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生們對于概念的理解。舉例說明，在講解編譯過程的六個階段：詞法分析、語法分析時可類比一個英文句子翻譯為中文的實例，從而明確整個語言的編譯過程[4]。

3.課堂教學(xué)生動化。

為了更進一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果，利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，將需要在教學(xué)過程中解釋的知識點動態(tài)表示的過程制作成CAI課件。比如自動機如何動態(tài)識別字符串，如何以交互方式設(shè)計自動機，如何完成正則表達式到自動機的轉(zhuǎn)換，如何幫助學(xué)生設(shè)計語法分析表地等。可借助于JFLAP和JELLRAP軟件解決上述問題[5]。該軟件能夠像向?qū)б粯虞o助學(xué)生完成詞法和文法設(shè)計的每一步，并且動態(tài)演示學(xué)生設(shè)計的每一個詞法和文法分析器的工作過程。在課堂上，不僅僅使用單一的多媒體教學(xué)方法，還可將多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。對于在一張幻燈片中難以展現(xiàn)的內(nèi)容，通過黑板板書的方式，使多媒體和黑板有機分工，兩者相結(jié)合，學(xué)生可以更好地理解和掌握課程內(nèi)容。

4.理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合。

編譯原理課程實驗課的設(shè)計要與課程本身的理論體系相互遵循，原理要與技術(shù)相互對照。根據(jù)編譯程序的結(jié)構(gòu)，詞法分析，語法分析，語義分析和中間代碼生成，代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成五個階段來設(shè)計實驗內(nèi)容。實踐教學(xué)內(nèi)容，可由學(xué)生根據(jù)自己掌握的程度和自學(xué)的能力選擇，三種題目難度從高到低，分數(shù)所占的總評比例分別是50%，30%，20%。

（1）手動構(gòu)造小型的編譯器。

完整的編譯器包括前端部分，如詞法分析，語法分析、語義分析，中間代碼生成和代碼優(yōu)化。還包括生成適用于特定計算機體系結(jié)構(gòu)的可執(zhí)行代碼后端部分。學(xué)生在有限的實踐教學(xué)中同時完成前端和后端是不現(xiàn)實的，允許學(xué)生可以只完成編譯的前端。

（2）自動構(gòu)造編譯器。

對某一種語言，借助Lex和 Yacc等工具，自動生成詞法分析程序和語法分析程序，然后組裝成完整的編譯程序。這種形式的實踐，學(xué)生必須花費大量的時間研究開發(fā)工具的基本原理及使用方法，通過學(xué)習(xí)，學(xué)生對編譯程序前端的理論知識有一很好的學(xué)習(xí)和提高。

（3）采用分析現(xiàn)有編譯器程序的方法。

不需要設(shè)計和開發(fā)特定的編譯器，可通過閱讀現(xiàn)有的編譯器來了解它的工作原理。這將確保大多數(shù)學(xué)生能夠完成實踐任務(wù)，并達到讓學(xué)生通過課程實踐理解編譯過程的目的。

三、結(jié)語

編譯原理是一門理論性和實踐性都很強的課程，在計算機相關(guān)專業(yè)的教學(xué)體系中有著非常重要的作用。在實際教學(xué)中，課程雖然比較抽象，難度比較大，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果還是有的，不僅掌握了基礎(chǔ)知識，而且已經(jīng)體會到教學(xué)中的深層次的內(nèi)容，達到了提高教學(xué)效果的目的。

參考文獻

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

[2]趙曉，張振國.編譯原理課程教學(xué)改革探索[J].陜西教育（高教版），2008（11）：39-49.

[3]雷宇，馬新娜.編譯原理課程教學(xué)改革與實踐[J].中國電力教育，2010（28）：71-72.

[4]郝愛峰.編譯原理教學(xué)探索[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2008（12）：73-74.

[5]何炎祥，伍春香.現(xiàn)代教學(xué)理論指導(dǎo)下的“編譯原理”[J].計算機教育，2010（1）：46-49.