摘要：探討以研究型大學(xué)的教學(xué)理念和內(nèi)涵來探索編譯原理與設(shè)計(jì)課程建設(shè)向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，提出致力于知識(shí)、能力、科學(xué)素養(yǎng)三位一體的編譯原理與設(shè)計(jì)課程研究型教學(xué)建設(shè)的目標(biāo)，闡釋研究型教學(xué)模式的定位，進(jìn)一步探討研究型教學(xué)模式的課程體系建設(shè)。

關(guān)鍵詞：編譯原理；研究型教學(xué)模式；科學(xué)素養(yǎng)；探究性學(xué)習(xí)

0.引言

按照學(xué)校創(chuàng)建研究型大學(xué)的定位和確立的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)及社會(huì)需求，以研究型大學(xué)的教學(xué)理念和內(nèi)涵來探索課程建設(shè)向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，以教學(xué)和科研為中心，以編譯原理與設(shè)計(jì)課程為試點(diǎn)，致力于知識(shí)、能力、科學(xué)素養(yǎng)三位一體的編譯原理的研究型教學(xué)建設(shè)，建立一種基于研究、探索的學(xué)習(xí)模式，將學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，使學(xué)生能創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，在主動(dòng)探索、主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐的過程中，自主地發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題，培養(yǎng)具有探索、創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高層次、高水平計(jì)算機(jī)人才。

ACM/IEEE-CS計(jì)算學(xué)科2013新教程（簡(jiǎn)稱CS2013教程）中，根據(jù)計(jì)算學(xué)科的迅速發(fā)展和變化，根據(jù)學(xué)校的定位和培養(yǎng)目標(biāo)，亦強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)學(xué)科學(xué)生除了掌握本學(xué)科領(lǐng)域重要的知識(shí)和技能，還要有領(lǐng)域拓寬和終身學(xué)習(xí)的能力。CS2013教程比CC2001對(duì)計(jì)算學(xué)科涉及的知識(shí)領(lǐng)域的凝練在深度和廣度上都有較大變化。它將計(jì)算學(xué)科劃分為18個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，編譯原理與設(shè)計(jì)課程涉及的知識(shí)直接關(guān)聯(lián)到ACM/IEEE-CS2013許多知識(shí)領(lǐng)域，諸如算法和復(fù)雜性、計(jì)算科學(xué)、架構(gòu)與組織、系統(tǒng)的基礎(chǔ)、離散結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言、并行和分布式計(jì)算、軟件工程等。因此若本課程教學(xué)計(jì)劃仍然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式而不進(jìn)行改革，將難以支撐課程改革和學(xué)科發(fā)展的需求，難以勝任研究型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。

本文在探討編譯原理與設(shè)計(jì)課程作為研究型課程的教學(xué)模式的定位基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)以教學(xué)和科研為中心，建設(shè)基于3個(gè)層次、多個(gè)系列的研究型課程體系和實(shí)施方案。

1.研究型教學(xué)模式的定位

“教學(xué)模式是為達(dá)到一定教學(xué)目標(biāo)，在一定教學(xué)思想或理論指導(dǎo)下，為特定條件設(shè)計(jì)和組織教學(xué)活動(dòng)而構(gòu)建的教學(xué)過程的基本結(jié)構(gòu)和范型”。因此教學(xué)模式在教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下，需建立穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)的結(jié)構(gòu)框架和執(zhí)行程序。作為結(jié)構(gòu)框架，應(yīng)突出教學(xué)模式從宏觀上把握教學(xué)活動(dòng)整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能；作為執(zhí)行程序，則應(yīng)突出教學(xué)模式的有序性和可操作性。

21世紀(jì)計(jì)算機(jī)人才應(yīng)是具有探索、創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高層次、高水平計(jì)算機(jī)人才?？茖W(xué)探究和探究性學(xué)習(xí)是學(xué)生獲取知識(shí)、領(lǐng)會(huì)課程知識(shí)的思想方法。因此致力于知識(shí)、能力、科學(xué)素養(yǎng)三位一體的編譯原理與設(shè)計(jì)的研究型教學(xué)模式，堅(jiān)持研究型教學(xué)理論與實(shí)踐的結(jié)合，要以達(dá)到學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題為目的，將科學(xué)研究素質(zhì)培養(yǎng)貫穿于課程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

2.研究型教學(xué)模式的課程體系建設(shè)

2.1建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)研究型課程教學(xué)模式的定位，課程的建設(shè)目標(biāo)設(shè)定為以下幾個(gè)方面：

（1）探索、建立以編譯原理與設(shè)計(jì)為范例的研究型課程的教學(xué)模式，完成以研究型課程為目標(biāo)的課程大綱和新教案的編寫。

（2）為提升學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)能力、計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力、系統(tǒng)能力等綜合專業(yè)能力和素質(zhì)，圍繞3個(gè)層次、多個(gè)系列設(shè)計(jì)學(xué)生創(chuàng)新性思維階梯式培養(yǎng)規(guī)劃和實(shí)施方案。

（3）構(gòu)建具有可擴(kuò)展性的研究型實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)方法和平臺(tái)。

為了完成建設(shè)目標(biāo)應(yīng)注重以下兩個(gè)方面：

（1）通過基本知識(shí)的傳授和專題講座，將課題組研究問題及與課程相關(guān)的其他熱點(diǎn)研究問題引入到教學(xué)內(nèi)容中，進(jìn)行廣泛的討論。借助課題組的研究力量，幫助感興趣的學(xué)生實(shí)現(xiàn)小領(lǐng)域知識(shí)體系的構(gòu)建以及研究課題的快速切入和開展，注重以研促教的執(zhí)行路線。

（2）注重于學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)和科學(xué)精神的養(yǎng)成，為學(xué)生將來從事科研打下良好的基礎(chǔ)，具體體現(xiàn)為扎實(shí)專業(yè)知識(shí)的積累，創(chuàng)新思維的提升，分析能力和動(dòng)手能力的強(qiáng)化等。在課程的教學(xué)過程中，以專題為組織單位，強(qiáng)調(diào)問題的提出和解決過程，對(duì)不同解決方法進(jìn)行對(duì)比和討論，以開拓思維和強(qiáng)化理解。

2.2建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)內(nèi)容涵蓋有助于學(xué)生創(chuàng)新性思維階梯式培養(yǎng)的模式，即3個(gè)層次和多個(gè)系列。其中3個(gè)層次為：

1）知識(shí)構(gòu)建的理論教學(xué)，完成以研究型課程為目標(biāo)的課程大綱的編寫。

改變傳統(tǒng)的教師“灌輸式教學(xué)”，學(xué)生“接受式學(xué)習(xí)”及以教材為中心的教學(xué)模式，建立“研討式”“互動(dòng)式”“自主式”教學(xué)模式。構(gòu)建教學(xué)和科研雙重職能的課程教學(xué)范式。以設(shè)計(jì)和增加探究性、拓展性問題為切入知識(shí)點(diǎn)和內(nèi)容，使教學(xué)任務(wù)更多元，更滲透獨(dú)立研究的精神。

2）與科研結(jié)合的探究性專題。

結(jié)合本領(lǐng)域的科研方向、研究課題、研究成果和發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)，凝練、設(shè)置與課程有關(guān)的創(chuàng)新性研究的專題。專題的設(shè)計(jì)注重引入科學(xué)研究的基本要素，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)造性的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、創(chuàng)造知識(shí)的能力，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成及跨領(lǐng)域的研究拓展。

3）創(chuàng)新、拓展、綜合性的實(shí)踐。

建立基于激勵(lì)機(jī)制多級(jí)指導(dǎo)的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)模式，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)踐教學(xué)建立認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、課程實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用提高實(shí)驗(yàn)系列案例，尤其增加綜合性實(shí)驗(yàn)；指導(dǎo)方式采取答疑式指導(dǎo)、項(xiàng)目式指導(dǎo)和課題式指導(dǎo)。

多個(gè)系列的實(shí)體內(nèi)容是保證3個(gè)層次的設(shè)置目標(biāo)和實(shí)施的可操作性、可篩選性?？紤]設(shè)置：學(xué)科、知識(shí)融合拓展系列，科研導(dǎo)向性專題系列，行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)一線在研產(chǎn)品系列等。其中學(xué)科、知識(shí)融合拓展系列的實(shí)施內(nèi)容主要包括：

（1）編譯器自動(dòng)構(gòu)建：以現(xiàn)有的編譯器自動(dòng)構(gòu)建工具為基礎(chǔ)，主要探討編譯器構(gòu)建的基本原理和編譯自動(dòng)生成工具的構(gòu)造方法。

（2）存儲(chǔ)管理技術(shù)：目前程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的存儲(chǔ)管理方法主要分為顯式和隱式兩種，其中顯式需要程序員手動(dòng)分配與釋放存儲(chǔ)空間，隱式一般由程序員手動(dòng)分配內(nèi)存，但是運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的垃圾回收機(jī)制自動(dòng)完成空閑空間的回收。由于垃圾回收機(jī)制降低了編程復(fù)雜度，減輕了程序員的工作量，因此在各語(yǔ)言中逐步得到了或多或少的支持，但是垃圾回收算法難以并行化，導(dǎo)致程序長(zhǎng)期停頓的問題一直沒有很好的解決方案，目前仍然是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)內(nèi)容之一。

（3）編程模型與調(diào)試技術(shù)：多核處理器已經(jīng)在桌面系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是關(guān)于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界尚未找到合適的并行程序設(shè)計(jì)模型和方法，且并行程序的調(diào)試技術(shù)一直是并行程序設(shè)計(jì)與驗(yàn)證過程中懸而未解的問題之一。目前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都投入了大量的科研力量對(duì)該問題進(jìn)行攻關(guān)。

科研導(dǎo)向性專題系列的實(shí)施內(nèi)容主要包括：

（1）安全與軟件逆向工程：隨著智能手機(jī)的不斷普及和移動(dòng)計(jì)算的不斷發(fā)展，手機(jī)的功能越來越豐富，軟件也越來越多，其中涉及的安全與用戶隱私問題日益受到公眾的關(guān)注，使用編譯技術(shù)對(duì)軟件二進(jìn)制文件進(jìn)行逆向提取和分析，能夠獲得一定的信息，對(duì)軟件進(jìn)行分級(jí)和過濾，并能夠使用戶在使用前獲知安裝和使用軟件是否存在特定的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）面向特定體系結(jié)構(gòu)的編譯優(yōu)化技術(shù)：處理器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展日新月異，雖然多核處理器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的不斷努力仍然沒有停止，不斷有新的計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)被提出。為了發(fā)掘這些硬件系統(tǒng)潛在的性能優(yōu)勢(shì)，需要輔以編譯優(yōu)化方法和工具。

行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)一線在研產(chǎn)品系列的實(shí)施內(nèi)容包括：Intel公司在研的移動(dòng)處理器關(guān)于虛擬機(jī)性能提升的產(chǎn)品；Intel公司基于特定體系結(jié)構(gòu)的高中低層優(yōu)化產(chǎn)品和技術(shù)等。

3.結(jié)語(yǔ)

筆者介紹了編譯原理與設(shè)計(jì)課程向研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)換的課程定位、建設(shè)目標(biāo)和與之配套的課程體系設(shè)計(jì)初步方案。3個(gè)層次和多個(gè)系列的設(shè)計(jì)方案涵蓋了課程體系建設(shè)的整體內(nèi)容規(guī)劃，注重課程學(xué)習(xí)、理論與實(shí)踐的拓展與創(chuàng)新。然而，方案的實(shí)施和效果保證不僅需要在試行和執(zhí)行中不斷改進(jìn)和總結(jié)提升，還需充分考慮面向不同類型學(xué)生的針對(duì)性和可操作性。