徐艷群 張斌（南陽(yáng)理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 河南南陽(yáng) 473004）

基于 CDIO 教育理念的 “編譯原理”課程教學(xué)的探索

徐艷群 張斌（南陽(yáng)理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 河南南陽(yáng) 473004）

“編譯原理”是計(jì)算機(jī)專業(yè)中一門非常重要的課程，它最能鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維能力，計(jì)算思維能力對(duì)從事計(jì)算機(jī)專業(yè)工作的學(xué)生將終身受益。但是“編譯原理”課程教學(xué)中依然存在一些問題：教學(xué)方法陳舊，忽視實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生參與意識(shí)不強(qiáng)等。本文針對(duì)這些問題，在編譯原理課程教學(xué)中應(yīng)用CDIO（Conceive、Design、 Implement、 Operate）教育理念，從理論課教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核方式等方面進(jìn)行改革。 實(shí)踐證明CDIO 模式在“編譯原理”課程教學(xué)中取得了良好的效果。

CDIO教育理念；編譯原理；啟發(fā)式教學(xué)法；項(xiàng)目教學(xué)法

【DOI】10．19312/j．cnki．61-1499/c．2016．09．056

“質(zhì)量工程”的廣泛實(shí)施，各高等院校在計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)方面做出了很大貢獻(xiàn)，但是畢業(yè)生的專業(yè)能力相當(dāng)一部分不能很好地滿足社會(huì)需求，究其原因主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的教學(xué)理念、教學(xué)思路存在問題。 最新教育改革成果—CDIO教育模式，實(shí)踐證明 CDIO 教育模式先進(jìn)可行，適合工科教育教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。為了培養(yǎng)高素質(zhì)的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，就需要從課程這個(gè)培養(yǎng)人才的課程載體上進(jìn)行改革，而編譯原理課程作為本專業(yè)的重要課程更應(yīng)該改革。因此本文將CDIO工程教育理念用于編譯原理的教學(xué)實(shí)踐中，以期取得良好的教學(xué)效果。

一、CDIO 工程教育理念

國(guó)際工程教育改革的最新成果--CDIO工程教育模式是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，鼓勵(lì)學(xué)生積極、主動(dòng)、實(shí)踐地投入到課程學(xué)習(xí)中去，在學(xué)習(xí)過程中注意專業(yè)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系。CDIO大綱對(duì)專業(yè)畢業(yè)生能力的考核主要包括基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況、個(gè)人的學(xué)習(xí)、及實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和系統(tǒng)工程能力四個(gè)方面。各高校應(yīng)該按照大綱的要求用綜合有效的培養(yǎng)模式力求在這四方面達(dá)到目標(biāo)要求。

二、“編譯原理”課程的特點(diǎn)

《編譯原理》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門很重要的課程，課程涉及的理論知識(shí)點(diǎn)多，比較抽象，相當(dāng)一部分算法有些復(fù)雜。目前編譯原理課程教學(xué)絕大部分采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，這種學(xué)習(xí)方式完全是一種被動(dòng)的接受知識(shí)的過程，學(xué)生學(xué)完這門課程，不知道一個(gè)編譯器到底應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)？怎樣實(shí)現(xiàn)？采用傳統(tǒng)的方式不能充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，不利于引導(dǎo)學(xué)生去思考，更不利于帶動(dòng)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。針對(duì)目前在編譯原理課程教學(xué)中存在的問題，筆者將CDIO教育理念引入到編譯原理課程教學(xué)中。

三、CDIO 教育模式下的“編譯原理”課程的教學(xué)探索

為了改善“編譯原理”課程的教學(xué)效果,提高學(xué)生的實(shí)踐能力,我們將CDIO理念應(yīng)用于“編譯原理”課程的教學(xué)中。課程教學(xué)中嘗試采用啟發(fā)式教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等教學(xué)方法；上機(jī)實(shí)踐方面根據(jù)課程內(nèi)容布置小程序，課程學(xué)完后在課程設(shè)計(jì)中布置綜合性項(xiàng)目?？己朔绞皆O(shè)置中注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力考察。讓學(xué)生親自經(jīng)歷和體驗(yàn)編譯的全過程。

1.啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位,激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考后去解決問題。常見的啟發(fā)式教學(xué)方法是：創(chuàng)設(shè)情境法、問題導(dǎo)向法,行為驅(qū)動(dòng)方法等等。例如在LR（1）分析中采用啟發(fā)式教學(xué)方法中的問題導(dǎo)向法。

題目：對(duì)于以下文法采用LR（1）分析法分析。

G：(0)S'→S (1)S→aAd (2)S→bAc (3)S→aec (4)S→bed (5)A→e

先要求學(xué)生采用已學(xué)過的LR(0)分析法進(jìn)行分析。在做題的過程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)狀態(tài)中出現(xiàn)了移進(jìn)-歸約沖突，這時(shí)候?qū)W生就得重新審視這種方法。這時(shí)老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考采用SLR(1)分析法，介紹SLR(1)分析法，它對(duì)于移進(jìn)項(xiàng)目跟LR(0)完全相同，對(duì)于歸約項(xiàng)目需求歸約項(xiàng)目產(chǎn)生式左部非終結(jié)符號(hào)的Follow集，思考沖突能不能解決？引導(dǎo)學(xué)生SLR(1)分析法為什么不行？組織學(xué)生分組討論，教師進(jìn)行歸納補(bǔ)充。引入LR(1)分析法，提供資料讓學(xué)生分組自主學(xué)習(xí)并討論如何采用LR(1)分析法來(lái)完成該題。

2.項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目教學(xué)法是一種綜合實(shí)踐性的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體參與，教師的引導(dǎo)作用，一般在一門課程學(xué)完之后才能開展， 是對(duì)課程所學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步深入應(yīng)用，讓學(xué)生把課程所學(xué)理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)。通過項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生不僅掌握了課程內(nèi)容，而且具備了該課程所應(yīng)具備的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流的能力。因此,在“編譯原理”課程設(shè)計(jì)中,讓學(xué)生動(dòng)手完P(guān)L/0編譯器的設(shè)計(jì)與開發(fā),它的編譯過程使用一遍掃描方式,核心模塊是語(yǔ)法分析和語(yǔ)義分析器,詞法分析器、代碼生成器分別作為它的一個(gè)過程。為了完成相應(yīng)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，在平時(shí)上課的過程中就會(huì)注重介紹PL/0編譯器,幫助學(xué)生了解必要的步驟和編碼實(shí)現(xiàn)技術(shù)。為了培養(yǎng)學(xué)生的閱讀文獻(xiàn)的能力,可以提供PL/0編譯器文本供學(xué)生閱讀,提醒學(xué)生應(yīng)該先熟悉總體結(jié)構(gòu)，然后理解每個(gè)流程的功能、實(shí)現(xiàn)方法及各過程之間的相互關(guān)系,最后達(dá)到深入理解編譯器構(gòu)造過程和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。PL/0編譯器實(shí)現(xiàn)圖如圖2-1所示。項(xiàng)目要求：他包括大綱、內(nèi)容、組織、進(jìn)度計(jì)劃和實(shí)施過程；與此同時(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組,每組選一個(gè)組長(zhǎng), 在項(xiàng)目中每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都有自己的任務(wù)和職責(zé)；此外,改變過去“填鴨式教育”,以學(xué)生為主體主動(dòng)學(xué)習(xí),給學(xué)生提供展示的機(jī)會(huì),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；項(xiàng)目完成后,每個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行匯報(bào),演示程序,用幻燈片輔助講解,并且提交項(xiàng)目文檔。項(xiàng)目報(bào)告不僅是團(tuán)隊(duì)的結(jié)果的展示,同時(shí)促進(jìn)了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之間的交流和學(xué)習(xí)。通過項(xiàng)目匯報(bào),也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

圖2-1： PL/0編譯程序的實(shí)現(xiàn)

3.上機(jī)實(shí)踐

為了讓學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)編譯原理的章節(jié)之前, 對(duì)編譯原理獲得一些感性認(rèn)識(shí)和初步了解，世界著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家N．Wirth編寫的“PL/0編譯器”是對(duì)編譯程序的總結(jié)和實(shí)施的過程分析說明，作為學(xué)生閱讀PL/0語(yǔ)言編譯器文本的提示，便于建立整體的概念。編譯原理的教學(xué)內(nèi)容包括詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析和中間代碼的生成、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇PL/0語(yǔ)言的編譯程序，原因是PL/0語(yǔ)言功能簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰、易讀， PL / 0編譯器可以充分體現(xiàn)一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言的編譯器實(shí)現(xiàn)的基本技術(shù)和步驟。結(jié)合PL/0編譯程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)要求學(xué)生對(duì)給定的PL/0源程序進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析和中間代碼生成等，從而理解每個(gè)過程的功能和相互聯(lián)系及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，作為拓展內(nèi)容可以讓學(xué)生用C語(yǔ)言或者Java對(duì)PL/0編譯程序進(jìn)行改寫，這樣可以讓學(xué)生體會(huì)到各門課程之間的聯(lián)系，做到對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和主動(dòng)性，在編譯原理課程每次講理論課前先介紹要求學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并分組討論。在每次實(shí)驗(yàn)前給出實(shí)驗(yàn)要求讓學(xué)生討論需要掌握哪些內(nèi)容并列舉出來(lái)，上課時(shí)教師根據(jù)學(xué)生們需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行講解并適當(dāng)拓展。讓學(xué)生體會(huì)理論知識(shí)在實(shí)踐中如何用？為什么需要學(xué)習(xí)這些理論知識(shí)？從而改變學(xué)生以往被動(dòng)接受知識(shí)的習(xí)慣，讓學(xué)生有目的地、積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)中，參與到課堂中。

4.考核方式

“編譯原理”課程考核一般采用閉卷考試方式，基本決定學(xué)生最終期末成績(jī)，平時(shí)成績(jī)基本按考勤、提問等核定，只占到10%-20%。這種方式考核的是知識(shí)而不是能力。CDIO工程教育理念要求從四個(gè)維度考核，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐動(dòng)手能力。因此在編譯原理的考核方式上進(jìn)行改革，采用注重過程評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方式。過程評(píng)價(jià)主要包括和項(xiàng)目評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行考核；項(xiàng)目評(píng)價(jià)：以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為單位考核，對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況、項(xiàng)目答辯和項(xiàng)目文檔等進(jìn)行評(píng)估；期末理論考試在總成績(jī)中的比重最多不超過50%。 其中項(xiàng)目的實(shí)施情況包括詞法分析部分、語(yǔ)法分析部分、語(yǔ)義分析和中間代碼生成部分、代碼優(yōu)化部分、目標(biāo)代碼生成部分等綜合確定。

四、效果評(píng)價(jià)

為了量化編譯原理課程改革情況，我們按照CDIO教育理念的目標(biāo)設(shè)計(jì)了一份調(diào)查問卷，主要從四個(gè)維度進(jìn)行考量：（1）課程知識(shí)掌握情況；（2）解決具體問題的能力；（3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作與組織能力；（4）工程系統(tǒng)化情況?；厥諉柧斫y(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：學(xué)生通過課程實(shí)踐，基本能夠掌握課程要求的大部分知識(shí)，并且能夠活學(xué)活用；通過上機(jī)和課程設(shè)計(jì)，項(xiàng)目實(shí)踐動(dòng)手能力大大提高，學(xué)會(huì)了分析問題、解決問題，及團(tuán)隊(duì)合作；具備了該門課程的工程應(yīng)用能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

CDIO教育理念是一種先進(jìn)實(shí)用的工程教育模式，將CDIO理念引入到“編譯原理”課程教學(xué)中，對(duì)課程從教學(xué)方法、上機(jī)、考核方式方面進(jìn)行改革和嘗試,實(shí)踐證明了CDIO模式在教學(xué)實(shí)踐中取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。隨后我們將繼續(xù)深入探討CDIO在課程教學(xué)中的應(yīng)用。

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徐艷群（1978—）女，陜西韓城人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。