編譯原理立體化教學(xué)體系建設(shè)探索

編譯原理立體化教學(xué)體系建設(shè)探索編譯原理立體化教學(xué)體系建設(shè)探索

0引言

2022年6月教育部正式提出了“卓越項目師教育培養(yǎng)方案〞，以貫徹落實?國家中長期教育改革和開展規(guī)劃綱要》，旨在培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)社會開展的、創(chuàng)新能力強的高質(zhì)量項目型技術(shù)人才[1-2]。結(jié)合面向卓越項目師開展的人才培養(yǎng)體系[3]，編譯原理課程致力于使該體系的實驗教學(xué)和專業(yè)訓(xùn)練條件到達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平，為學(xué)生提供優(yōu)良、完善的實驗與實踐條件。

編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是各大高校計算機專業(yè)的三大核心課程，也是各大高校與一般高職院校計算機專業(yè)的重要差異之一。與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫這類計算機核心課程相比，編譯原理課程具有不針對具體語言且模塊化的特點，是高校計算機專業(yè)、軟件項目專業(yè)的重要專業(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

編譯原理課程是計算機和軟件項目專業(yè)的一門重要核心課，有一定的理論性又有一定的實踐性，尤其是本課程的知識與計算機應(yīng)用中很多領(lǐng)域有緊密聯(lián)系[4]。了解與掌握本課程的根本內(nèi)容有利于學(xué)生提高專業(yè)素質(zhì)和能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生既能掌握編譯的根本過程、根本辦法、編譯系統(tǒng)的組成，又具有設(shè)計、實現(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)軟件的開發(fā)打下一定的理論和實踐根底。

本課程介紹編譯程序構(gòu)造的一般原理和根本實現(xiàn)辦法，內(nèi)容包括形式語言根本知識、詞法分析、語法分析、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)造的根本原理與技術(shù)，還要了解其中的根本概念、根本原理和實現(xiàn)辦法。本課程理論性較強、概念復(fù)雜、難以理解。為了適應(yīng)應(yīng)用型項目師人才培養(yǎng)的目標(biāo)，編譯原理教學(xué)小組對原有的教學(xué)大綱進(jìn)行了調(diào)整，增加了一些項目應(yīng)用的案例。由于課堂教學(xué)學(xué)時保持48學(xué)時不變，教師需要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的分配，僅僅利用課堂時間完成整套編譯原理課程的教授有很大困難，此時慕課的出現(xiàn)很好地補充了原有的缺乏。

1.2授課對象的特點

當(dāng)前高校的大學(xué)生幾乎都是90后，具備如下特點。

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

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

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

基于以上幾點，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

針對編譯原理課程，要構(gòu)建軟件學(xué)院的授課體系，開發(fā)合乎軟件學(xué)院教學(xué)案例以充實和豐盛課堂內(nèi)容，研究問題驅(qū)動的教學(xué)模式和任務(wù)驅(qū)動的實驗教學(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，探索性地研究問題驅(qū)動的教學(xué)理念效果，以到達(dá)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力的目的。編譯原理是信息管理與信息系統(tǒng)、軟件項目、計算機科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的一門重要專業(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問題引導(dǎo)式的課堂設(shè)計

由于豐盛的教學(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)慕課資源的時候，需要結(jié)合編譯原理知識框圖，從每個知識點對應(yīng)的問題開始講授，引導(dǎo)學(xué)生自主式學(xué)習(xí)。

教師提出能夠引起學(xué)生深入思考的問題，這些問題包括新講授知識和之前知識的拓展和延伸[6]。示例，針對語法分析辦法，引導(dǎo)學(xué)生思考構(gòu)造語法樹的辦法有哪些，通過設(shè)定特定的敘述式啟發(fā)學(xué)生思考問題，并一起尋找解決計劃。

教師在問題討論的根底上引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生由淺層知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變到深層知識學(xué)習(xí)。示例，結(jié)合本課程，通過語法樹的構(gòu)造辦法，首先討論自上而下的語法樹應(yīng)該具有哪些特點，進(jìn)而介紹如何打消左遞歸和提取左因子。

在每次課結(jié)束之后，教師仍舊通過一個問題給出下次課的討論主題。示例，在學(xué)習(xí)完成自上而下的語法分析后，引導(dǎo)學(xué)生思考如果采取自下而上的分析辦法，如何利用棧完成構(gòu)造語法樹的工作，學(xué)生展示實現(xiàn)的算法，教師進(jìn)行點評，使學(xué)生能夠進(jìn)行比照，深刻理解各類算法的優(yōu)缺點。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)合精英教育開展思路，總結(jié)國內(nèi)外其他院校在編譯原理課程方面對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的成功經(jīng)驗，通過對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)建編譯原理知識體系和實驗設(shè)計。本工程由教授負(fù)責(zé)整體設(shè)計和分配，最終形成“教授―副教授―講師〞階梯教學(xué)團(tuán)隊，打造高水平的編譯原理在線開放課程。本課程建設(shè)包括5個方面，見圖1。

〔1〕建立整體化的知識點結(jié)構(gòu)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

〔2〕建立原理與實踐統(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〕采用多層次鼓勵型教學(xué)模式，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

〔4〕設(shè)計梯度化實驗體系，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，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算機學(xué)科課程，內(nèi)容較為抽象，但如果教學(xué)內(nèi)容設(shè)計合理，那么能很大程度提升學(xué)生的興趣。圍繞核心內(nèi)容，結(jié)合社會對本課程的實際需求，我們進(jìn)一步完善課程內(nèi)容，示例《Q名調(diào)用的參數(shù)傳遞辦法；加強對前沿知識的介紹，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。2.2原理與實踐統(tǒng)一的知識點結(jié)構(gòu)建設(shè)

在增加了慕課資源后[7]，必須重新調(diào)整課程的整體安頓，主要考慮的因素有如下兩點：首先，由于局部學(xué)校將編譯原理課程作為考研復(fù)試課程之一，因此大綱應(yīng)包含考研復(fù)試的核心內(nèi)容，即詞法分析、語法分析、語義分析以及中間代碼生成；其次，考慮卓越項目師的要求，面向?qū)嶋H應(yīng)用需求，刪減局部過時內(nèi)容，示例將大綱中原有要求使用Pascal實現(xiàn)的內(nèi)容變?yōu)镴ava或C/C++實現(xiàn)。

借鑒慕課的要求，分析課程的全部內(nèi)容，對照“章―節(jié)―知識點〞的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，將本課程的全部知識點與實踐統(tǒng)一起來，結(jié)合實際案例，將各個分散的知識點形成串行模式，使學(xué)生掌握編譯器各個模塊之間的關(guān)聯(lián)；通過統(tǒng)一原理與實踐，降低每個知識點的難度，為學(xué)生自學(xué)提供條件。課程方案針對每個知識點，設(shè)計課前導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，安頓每個知識點對應(yīng)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，明確每個知識點的學(xué)習(xí)目標(biāo)和難度。比方，第三章語法分析局部拆分為30個左右的多媒體課件，并為每一章配備一個知識點結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生清晰了解每個知識點的位置，方便學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)。圖3為本課程知識點結(jié)構(gòu)建設(shè)圖。

2.3多層次鼓勵型教學(xué)模式的建設(shè)

在現(xiàn)有的多層次評價教學(xué)模式根底上，方案建設(shè)多層次鼓勵型教學(xué)模式，以成績?yōu)楦軛U，提高學(xué)生的課程參與度[8]，包括將學(xué)生課堂回答下列問題與平時成績關(guān)聯(lián)，增加教學(xué)互動；通過課前開放式問題的討論，調(diào)動學(xué)生的思維；通過課前簡單問題的引導(dǎo)，提高學(xué)生的參與度；通過模擬試題和實踐案例的設(shè)計，激勵學(xué)生動手設(shè)計自己的編譯器，具體內(nèi)容見圖4。

2.4實驗體系的建設(shè)

本教學(xué)團(tuán)隊之前開發(fā)了MicroC編譯器，并引入課堂使用，在此根底上，繼續(xù)指導(dǎo)開發(fā)MiniJava編譯器和在線編譯器兩個案例。通過課程引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計案例的重點設(shè)計內(nèi)容，爭取讓學(xué)生能夠自動設(shè)計編譯器的詞法，然后設(shè)計語法局部參照規(guī)范編譯器，進(jìn)而理解編譯器的運行原理。我們在本課程團(tuán)隊內(nèi)設(shè)計統(tǒng)一的教學(xué)案例，編寫不同難度的實驗表明供學(xué)生選用。圖5展示了全方位的編譯原理課程實驗體系。

2.5立體化教學(xué)資源平臺的建設(shè)

本課題依據(jù)全日制本科教學(xué)要求，結(jié)合軟件學(xué)院教學(xué)的具體要求[9]，按照慕課要求的專業(yè)開放課程建設(shè)需要，擬從課程知識點視頻錄制、課程知識點對應(yīng)的課程講義、課程實驗設(shè)計與安頓、課程習(xí)題和考試題庫4個方面進(jìn)行課程建設(shè)，從而提升教學(xué)質(zhì)量，見表1。

同時，修改原有配備習(xí)題的方式，原來的習(xí)題參照章的安頓進(jìn)行配備，參照知識點配備課件后，習(xí)題也需要參照知識點重新配備。其次，增加趣味習(xí)題，原有的習(xí)題通常是關(guān)于詞法和語法的抽象習(xí)題，不合乎目前學(xué)生的特點，因此應(yīng)通過搜集有關(guān)習(xí)題，配備局部趣味習(xí)題，示例，詞法分析局部增加了表示日期的正規(guī)式習(xí)題。

利用大連理工大學(xué)開放與遠(yuǎn)程教育的平臺資源，培養(yǎng)學(xué)生使用此類平臺的意識和習(xí)慣。在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺上上傳教師制作的全部視頻及習(xí)題，并設(shè)置討