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（南陽理工學(xué)院計算機(jī)與信息工程學(xué)院 河南南陽 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（南陽理工學(xué)院計算機(jī)與信息工程學(xué)院 河南南陽 473004）

“編譯原理”是計算機(jī)專業(yè)中一門非常重要的課程，它最能鍛煉學(xué)生的計算思維能力，計算思維能力對從事計算機(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，忽視實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生參與意識不強(qiáng)等。本文針對這些問題，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、實踐環(huán)節(jié)、考核方式等方面進(jìn)行改革。 實踐證明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”的廣泛實施，各高等院校在計算機(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需求，究其原因主要是因為現(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)的計算機(jī)專業(yè)人才，就需要從課程這個培養(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)實踐中，以期取得良好的教學(xué)效果。

一、CDIO 工程教育理念

國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，鼓勵學(xué)生積極、主動、實踐地投入到課程學(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大綱對專業(yè)畢業(yè)生能力的考核主要包括基礎(chǔ)知識掌握情況、個人的學(xué)習(xí)、及實踐能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和系統(tǒng)工程能力四個方面。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

《編譯原理》是計算機(jī)專業(yè)的一門很重要的課程，課程涉及的理論知識點多，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的接受知識的過程，學(xué)生學(xué)完這門課程，不知道一個編譯器到底應(yīng)該怎么設(shè)計？怎樣實現(xiàn)？采用傳統(tǒng)的方式不能充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，不利于引導(dǎo)學(xué)生去思考，更不利于帶動學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。針對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)、項目式教學(xué)等教學(xué)方法；上機(jī)實踐方面根據(jù)課程內(nèi)容布置小程序，課程學(xué)完后在課程設(shè)計中布置綜合性項目?？己朔绞皆O(shè)置中注重學(xué)生的動手實踐能力考察。讓學(xué)生親自經(jīng)歷和體驗編譯的全過程。

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)生會發(fā)現(xiàn)在兩個狀態(tài)中出現(xiàn)了移進(jìn)-歸約沖突，這時候?qū)W生就得重新審視這種方法。這時老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考采用SLR(1)分析法，介紹SLR(1)分析法，它對于移進(jìn)項目跟LR(0)完全相同，對于歸約項目需求歸約項目產(chǎn)生式左部非終結(jié)符號的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)分析法來完成該題。

2.項目式教學(xué)

項目教學(xué)法是一種綜合實踐性的教學(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)理論與實踐有機(jī)結(jié)合起來。通過項目實踐，學(xué)生不僅掌握了課程內(nèi)容，而且具備了該課程所應(yīng)具備的工程實踐能力、團(tuán)隊協(xié)作與交流的能力。因此,在“編譯原理”課程設(shè)計中,讓學(xué)生動手完P(guān)L/0編譯器的設(shè)計與開發(fā),它的編譯過程使用一遍掃描方式,核心模塊是語法分析和語義分析器,詞法分析器、代碼生成器分別作為它的一個過程。為了完成相應(yīng)的項目內(nèi)容，在平時上課的過程中就會注重介紹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)，然后理解每個流程的功能、實現(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)造過程和實現(xiàn)技術(shù)。PL/0編譯器實現(xiàn)圖如圖2-1所示。項目要求：他包括大綱、內(nèi)容、組織、進(jìn)度計劃和實施過程；與此同時，對學(xué)生進(jìn)行分組,每組選一個組長, 在項目中每個團(tuán)隊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)生為主體主動學(xué)習(xí),給學(xué)生提供展示的機(jī)會,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性；項目完成后,每個項目團(tuán)隊成員進(jìn)行匯報,演示程序,用幻燈片輔助講解,并且提交項目文檔。項目報告不僅是團(tuán)隊的結(jié)果的展示,同時促進(jìn)了項目團(tuán)隊之間的交流和學(xué)習(xí)。通過項目匯報,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編譯程序的實現(xiàn)

3.上機(jī)實踐

為了讓學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)編譯原理的章節(jié)之前, 對編譯原理獲得一些感性認(rèn)識和初步了解，世界著名計算機(jī)科學(xué)家N．Wirth編寫的“PL/0編譯器”是對編譯程序的總結(jié)和實施的過程分析說明，作為學(xué)生閱讀PL/0語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、語法分析、語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。實驗內(nèi)容選擇PL/0語言的編譯程序，原因是PL/0語言功能簡單，結(jié)構(gòu)清晰、易讀， PL / 0編譯器可以充分體現(xiàn)一個高級語言的編譯器實現(xiàn)的基本技術(shù)和步驟。結(jié)合PL/0編譯程序的設(shè)計與實現(xiàn)要求學(xué)生對給定的PL/0源程序進(jìn)行詞法分析、語法分析、語義分析和中間代碼生成等，從而理解每個過程的功能和相互聯(lián)系及實現(xiàn)技術(shù)，作為拓展內(nèi)容可以讓學(xué)生用C語言或者Java對PL/0編譯程序進(jìn)行改寫，這樣可以讓學(xué)生體會到各門課程之間的聯(lián)系，做到對知識的融會貫通。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和主動性，在編譯原理課程每次講理論課前先介紹要求學(xué)生完成的實驗內(nèi)容，并分組討論。在每次實驗前給出實驗要求讓學(xué)生討論需要掌握哪些內(nèi)容并列舉出來，上課時教師根據(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)生體會理論知識在實踐中如何用？為什么需要學(xué)習(xí)這些理論知識？從而改變學(xué)生以往被動接受知識的習(xí)慣，讓學(xué)生有目的地、積極主動地參與到實驗中，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，平時成績基本按考勤、提問等核定，只占到10%-20%。這種方式考核的是知識而不是能力。CDIO工程教育理念要求從四個維度考核，重點強(qiáng)調(diào)實踐動手能力。因此在編譯原理的考核方式上進(jìn)行改革，采用注重過程評價的評價方式。過程評價主要包括和項目評價和實驗評價。實驗評價：對每個實驗的實驗?zāi)康?、實驗步驟、實驗結(jié)果進(jìn)行考核；項目評價：以項目團(tuán)隊為單位考核，對項目的實施情況、團(tuán)隊協(xié)作情況、項目答辯和項目文檔等進(jìn)行評估；期末理論考試在總成績中的比重最多不超過50%。 其中項目的實施情況包括詞法分析部分、語法分析部分、語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、效果評價

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)計了一份調(diào)查問卷，主要從四個維度進(jìn)行考量：（1）課程知識掌握情況；（2）解決具體問題的能力；（3）團(tuán)隊協(xié)作與組織能力；（4）工程系統(tǒng)化情況?；厥諉柧斫y(tǒng)計結(jié)果表明：學(xué)生通過課程實踐，基本能夠掌握課程要求的大部分知識，并且能夠活學(xué)活用；通過上機(jī)和課程設(shè)計，項目實踐動手能力大大提高，學(xué)會了分析問題、解決問題，及團(tuán)隊合作；具備了該門課程的工程應(yīng)用能力。

五、結(jié)束語

CDIO教育理念是一種先進(jìn)實用的工程教育模式，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,實踐證明了CDIO模式在教學(xué)實踐中取得不錯的教學(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。

[1]李桂玲,朱曉蓮等．基于CDIO理念的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)的探索[J]．中國教育信息化,2015(24):50-52

[2]張運(yùn)濤．基于CDIO工程教育模式的AutoCAD課程教學(xué)改革初探[J]．安徽科技學(xué)院學(xué)報,2010(3):60-62

[3]薛健飛,林凌敏．基于CDIO的行業(yè)特色高校的可持續(xù)發(fā)展研究[J]．教育與職業(yè),2011(4):72-75

[4]李震平;李曉霞;魏紅君;CDIO模式下C語言教學(xué)項目專業(yè)化研究[J]．河北工程大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2012(1):121-124

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