“三位一體、雙專三創(chuàng)融合”的編譯原理課程改革

文章編號：1671-489X（2025）06-0150-03DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.06.150

0 引言

編譯原理是計算機專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，也是最具挑戰(zhàn)性的課程之一。主要講解編譯器構(gòu)造的一般原理和基本方法，編寫編譯器的原理和技術(shù)具有十分普遍的意義，這些原理和技術(shù)在每個計算機科學(xué)家的研究生涯中都會被反復(fù)使用[1]。2020年9月，國內(nèi)幾所高等院校被美國禁止使用MATLAB[2]，中國迫切需要具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)編譯器及其專業(yè)領(lǐng)域人才。然而編譯器的構(gòu)造涉及形式語言、自動機理論等方面的內(nèi)容，具有知識點多、概念難理解等特點，很多學(xué)生對原理性內(nèi)容存有畏難情緒，慢慢對此課程失去了興趣。《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》和《關(guān)于深化教育體制改革機制改革的意見》都提出將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)的全過程[3-4]。因此，如何以學(xué)生發(fā)展為中心、在課程中具體開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、將課程思政融入育人全過程、培養(yǎng)“雙專型”（專業(yè)型、專家型）“三創(chuàng)型”（創(chuàng)新型、創(chuàng)造型、創(chuàng)業(yè)型）人才[5成為亟須解決的重要課題。

1編譯原理課程現(xiàn)狀分析

2020年9月，華為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品鯤鵬原生編譯器—畢昇編譯器[6正式上線激發(fā)了眾多學(xué)生研究和學(xué)習(xí)的熱情。編譯原理課程已逐漸成為各高校最受歡迎和最熱門的課程之一。然而編譯原理課程理論性強，實踐要求高，學(xué)習(xí)設(shè)計并實現(xiàn)編譯器的過程中，涉及形式語言與自動機理論、軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容，課程內(nèi)容難度大，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中易對課程失去興趣。傳統(tǒng)“以教為中心”的教學(xué)模式面臨的痛點問題包括以下幾點。

1）學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不高，學(xué)習(xí)效能低，國際化視野受到局限。

2）無法滿足個性化教學(xué)，學(xué)習(xí)中的個體性差異較大，同樣的授課內(nèi)容有的學(xué)生“吸收不了”，有的學(xué)生“吃不飽”。

3）不利于復(fù)合創(chuàng)新型拔尖人才的培養(yǎng)。

4）缺乏對現(xiàn)實復(fù)雜性問題的認識和實踐，在課程中難以貫穿第一課堂和第二課堂。

5）學(xué)生的學(xué)習(xí)愿景與職業(yè)理想不清晰，在課程中難以打通高校與企業(yè)的界限。

針對以上問題，本文將從教學(xué)理念、教學(xué)目標、育人模式、課程思政、教學(xué)模式、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、競教結(jié)合、多維評價等方面進行課程改革探索。

2教學(xué)理念與教學(xué)目標

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨的痛點進行反思，以立德樹人為根本，以學(xué)生發(fā)展為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)教學(xué)創(chuàng)新為教學(xué)理念，通過線上教學(xué)與線下教學(xué)相混合、教學(xué)與科研實踐相結(jié)合、產(chǎn)教融合，培養(yǎng)適應(yīng)國家發(fā)展需求、具有家國情懷和全球視野的卓越“雙專型”“三創(chuàng)型”人才，實現(xiàn)從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，結(jié)合創(chuàng)新平臺和產(chǎn)學(xué)研育人等項目，教學(xué)貫穿第一課堂和第二課堂，打通學(xué)校與企業(yè)界限，構(gòu)建“雙專三創(chuàng)型”人才培養(yǎng)模式，完善課程教學(xué)目標，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法與考核評價方式，將思政教育與編譯原理教學(xué)有機融合，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，使學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)上獲得全面提升。

針對編譯原理課程的培養(yǎng)主體，完善“專業(yè)知識一創(chuàng)新創(chuàng)造能力一創(chuàng)業(yè)素質(zhì)價值”三位一體的教學(xué)目標。

1）專業(yè)知識目標：掌握編譯程序構(gòu)造的一般原理和基本方法，分析編譯器與解釋器，描述語法制導(dǎo)翻譯思想，了解學(xué)科理論與技術(shù)發(fā)展歷程和工程應(yīng)用，提升學(xué)生的專業(yè)知識素養(yǎng)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定知識基礎(chǔ)。

2）創(chuàng)新創(chuàng)造能力目標：了解編譯器的科學(xué)內(nèi)涵和技術(shù)前沿，具備運用所學(xué)知識解決與編譯程序相關(guān)的復(fù)雜工程問題的能力；能夠通過科技文獻或資料調(diào)研，進行探索研究并獲得有效結(jié)論；能主動閱讀國際相關(guān)規(guī)范和標準，拓寬國際視野；具有創(chuàng)新創(chuàng)造意識，培養(yǎng)專業(yè)興趣和探索欲望、探索能力。

3）創(chuàng)業(yè)素質(zhì)價值目標：具有追求真理的科學(xué)精神和具有使命擔(dān)當?shù)膼蹏閼眩唤Y(jié)合華為畢昇編譯器的產(chǎn)學(xué)育人等項目，培養(yǎng)工程倫理、職業(yè)道德和工匠精神，成為“雙專三創(chuàng)型”科技人才。

3編譯原理課程教學(xué)設(shè)計

長期以來，編譯原理教學(xué)體系設(shè)計中，以原理性課堂教學(xué)為主導(dǎo)，教師和學(xué)生的互動性不足，學(xué)校與企業(yè)、教學(xué)與科研實踐之間的交互相對比較薄弱，因此，本文重新進行課程教學(xué)設(shè)計，如圖1所示，將課程思政融入育人全過程，將華為編譯器引入教學(xué)，采用線上線下混合的教學(xué)模式，不僅有利于完善計算機人才培養(yǎng)目標體系，而且有利于加強業(yè)界人才資源儲備和幫助學(xué)生形成正確的價值觀。

3.1線上教學(xué)與線下教學(xué)相混合

本課程采用線上線下混合式教學(xué)模式和翻轉(zhuǎn)課堂，利用華南理工大學(xué)課程中心平臺，建立知識點視頻、討論區(qū)、試題庫等線上教學(xué)資源，課堂使用長江雨課堂等微信小程序，實現(xiàn)線上與線下的數(shù)據(jù)流動、鏈式管理、即時反饋、深度互動、融合對話，在翻轉(zhuǎn)課堂中實現(xiàn)以學(xué)生為主體，改變傳統(tǒng)課堂中教師一言堂的局面，引導(dǎo)學(xué)生進行協(xié)作交流、問題解決和知識建構(gòu)，實現(xiàn)知識、能力和素養(yǎng)的深度融合。課前和課后利用線上學(xué)習(xí)資源補充、拓展和深化，彌補傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足和短板，重點培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力。采用小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等混合式教學(xué)模式，實時和同學(xué)進行交互。學(xué)生可以通過雨課堂提交試題答案或?qū)δ骋豁撌谡nPPT標注“不懂”，教師可以及時掌握課堂教學(xué)情況。

3.2教學(xué)與科研實踐相結(jié)合

編譯原理是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，其理論和技術(shù)可用于一般軟件的設(shè)計。例如：有窮自動機理論可用于文本編輯程序、情報檢索、模式識別；上下文無關(guān)文法及語法制導(dǎo)翻譯可用于建立多種文本處理程序；代碼優(yōu)化技術(shù)可用于程序校驗或由非結(jié)構(gòu)化到結(jié)構(gòu)化的程序轉(zhuǎn)換等。

本課程將結(jié)合學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生選擇一個科研實踐方向，通過學(xué)生研究項目（SRP）、大學(xué)生國家創(chuàng)新項目等學(xué)生科研項目或案例實踐、項目實踐等方式，層層推進、逐點深入，由易到難，由淺入深，從現(xiàn)象到本質(zhì)，由外表到原理，貫穿第一課堂與第二課堂，提高求知欲和學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)自主創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

學(xué)生通過將課程中的某些原理和技術(shù)與自己感興趣的科研方向結(jié)合，實現(xiàn)了“手勢控制\"等多項科研實踐建立了多個學(xué)生研究項目，如“智慧燈桿智能管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”“基于機器學(xué)習(xí)的人體動作識別研究及實現(xiàn)”等，這不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足了個性化教學(xué)，而且有利于復(fù)合創(chuàng)新型拔尖人才的培養(yǎng)。

3.3產(chǎn)教融合

長期以來，本課程教學(xué)團隊與華為公司緊密合作。依托華為公司教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（結(jié)合鯤鵬畢昇編譯器的編譯原理課程建設(shè)），雙向選擇一些對編譯器開發(fā)感興趣的本科生進入創(chuàng)新實驗室，參與企業(yè)實際科研和工程活動，在實戰(zhàn)中增強學(xué)生的科研和工程能力。同時，組織學(xué)生參加每年的“全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)能力大賽編譯系統(tǒng)設(shè)計賽”（華為畢昇杯），實現(xiàn)“競教結(jié)合、以賽促創(chuàng)、以賽促學(xué)”，不僅解決了課堂教學(xué)與實際應(yīng)用脫節(jié)等問題，為計算機人才培養(yǎng)確立了更為完整的目標體系，而且對加強業(yè)界人才資源儲備發(fā)揮了積極作用。此外，組織學(xué)生參加華為開發(fā)者大會、華為主題開放日等活動，讓學(xué)生通過與企業(yè)的積極溝通與交流，清晰自己的學(xué)習(xí)愿景與職業(yè)理想，了解各個領(lǐng)域的前沿知識，不斷求知創(chuàng)新，實現(xiàn)自我突破和探索。

3.4思政教育的主要切入點

通過對編譯原理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和計算思維培養(yǎng)等方面進行研究，本課程深入挖掘課程的思政元素，提煉出愛國情懷、歷史文化、專業(yè)理想、工程倫理、職業(yè)道德、工匠精神等六個思政元素，并總結(jié)梳理出可以從編譯器與解釋器、編譯器的發(fā)展、文法與語言、有窮自動機、兩類語法分析、語義分析、中間代碼優(yōu)化、時政科技熱點等出發(fā)尋找合適的切入點，將思政元素適時融入教學(xué)，實現(xiàn)思

立德樹人為根本以學(xué)生發(fā)展為中心以產(chǎn)出為導(dǎo)向 持續(xù)教學(xué)創(chuàng)新專業(yè)知識目標 創(chuàng)新創(chuàng)造能力目標 →創(chuàng)業(yè)素質(zhì)價值目標線上教學(xué)與線下教學(xué)相混合 線上教學(xué)： 教學(xué)與科研實踐相融合 學(xué)生研究項目 全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)能力大賽知識點視頻 編譯系統(tǒng)設(shè)計賽（華為畢昇杯）華工課程中心大學(xué)生國家創(chuàng)新 產(chǎn)教融合 華為公司教育部產(chǎn)學(xué)作協(xié)的編譯原理課程建設(shè)線下教學(xué)： 華為開發(fā)者大會大三本科進科研翻轉(zhuǎn)課堂團隊 華為主題開放日第一課堂 第二課堂 學(xué)校 →企業(yè)政教育與課程知識體系教育的有機統(tǒng)一。

例如，通過引入“華為技術(shù)被西方國家限制”等新聞，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷；通過介紹2019年華為方舟編譯器和2020年華為畢昇編譯器的發(fā)布，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感與愛國情懷。

4多維考核體系

課程采用多維度考核體系，將期末考試的“一考定終身”轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程式激勵性考核。之前的考核方式為：平時成績 30%+ 期末考試 70% ；現(xiàn)優(yōu)化為多維考核方案：線上部分總計 15% （含作業(yè) 5%+線上測試 5%+討論 5% ）+線下部分總計 85% （含小組作業(yè) 10%+ 實踐實驗 15%+ 課堂展示或討論 10%+ 期末考試 50% ）。在過程考核中，對形成性證據(jù)進行監(jiān)控。針對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置獨立實踐單元，全面考核學(xué)生的實踐動手能力。

5 課程改革成效

本課程教學(xué)團隊面向2018級、2019級學(xué)生采用線上線下混合教學(xué)模式，學(xué)生在知識體系的掌握和知識應(yīng)用方面有顯著的提升。其中，2018級四位學(xué)生在2020年全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)能力大賽編譯系統(tǒng)設(shè)計賽（華為畢昇杯）中獲得三等獎；2019級四位學(xué)生參加2021年全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)能力大賽編譯系統(tǒng)設(shè)計賽（華為畢昇杯）獲得全國第四名及全國二等獎。“以賽促創(chuàng)、以賽促學(xué)”有效提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定了良好基礎(chǔ)。同時，本文第一作者主持的教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“結(jié)合鯤鵬畢昇編譯器的編譯原理課程建設(shè)”于2022年順利結(jié)題并獲評優(yōu)秀，第一作者被評為全國大學(xué)生計算機系統(tǒng)能力大賽編譯系統(tǒng)設(shè)計賽（華為畢昇杯）“優(yōu)秀指導(dǎo)教師”。此外第一作者還多次獲得校級“本科生科技創(chuàng)新優(yōu)秀指導(dǎo)教師”稱號，并在學(xué)校2022—2023學(xué)年度本科課堂教學(xué)競賽中榮獲一等獎。

6 結(jié)束語

本文從教學(xué)理念、教學(xué)目標、教學(xué)設(shè)計等方面進行編譯原理課程改革。摒棄了傳統(tǒng)的“課堂灌輸式”教育理念，聚焦面向“雙專三創(chuàng)型”人才培養(yǎng)的課程教學(xué)設(shè)計，通過校企共建創(chuàng)新實驗室等多種模式，實現(xiàn)培養(yǎng)主體的多元化，通過“認知、能力、素質(zhì)”三位一體的多元融合促進知識內(nèi)化，全面提升學(xué)生的解決復(fù)雜工程問題能力、自主創(chuàng)新能力、團隊合作能力和社會認知與責(zé)任感。編譯原理課程改革是一項長期系統(tǒng)的工程，通過持續(xù)的教學(xué)創(chuàng)新，收到了比較好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生的歡迎。

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