高雪瑤 張春祥 李成嚴(yán) 郭紅 高尚民

基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“‘新工科背景下面向OBE的編譯原理課程線上、線下一體化教學(xué)模式研究與實踐”（SJGY20220316）

第一作者簡介：高雪瑤（1979-），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，副院長，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為圖形圖像處理與自然語言處理。

*通信作者：張春祥（1974-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授。研究方向為圖形圖像處理與自然語言處理。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.010

摘? 要：該文剖釋計算機(jī)專業(yè)編譯原理教學(xué)中存在的問題。為適應(yīng)人才培養(yǎng)和就業(yè)需求，面向OBE理念，設(shè)計編譯原理教學(xué)大綱，構(gòu)建編譯原理課程體系，創(chuàng)建線上線下融會貫通的一體化教學(xué)模式，實施項目驅(qū)動的實踐教學(xué)，制定編譯原理課程考核評價體系。將學(xué)生從知識的被動接受者轉(zhuǎn)為主動獲取者，提高編譯原理課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的動手能力。

關(guān)鍵詞：編譯原理；OBE理念；教學(xué)大綱；課程體系；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）19-0038-04

Abstract： This paper explains the problems of Compilation Principles education in computer major. In order to meet need of talent cultivation and employment， teaching outline of compilation principles is designed， course system of compilation principles is constructed， teaching mode fusing online and offline resources is created， project-driven practical teaching is implemented， and assessment and evaluation system of compilation principles course is designed， based on OBE concept. Students are transformed from passive recipients of knowledge to active learners of knowledge， in order to improve the teaching quality of Compilation Principles course and enhance students' manual dexterity.

Keywords： Compilation Principles; OBE concept; teaching outline; course system; teaching quality

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在不斷地進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級需要高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確保工科專業(yè)的畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價。OBE（產(chǎn)出導(dǎo)向）理念是工程教育認(rèn)證的核心理念，其目標(biāo)是要保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力。哈爾濱理工大學(xué)立足“雙一流”建設(shè)，面向OBE理念，注重專業(yè)培養(yǎng)與社會需求接軌，不斷優(yōu)化課程體系以提高學(xué)生的就業(yè)競爭能力。編譯原理是計算機(jī)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，是一門融合多門計算機(jī)專業(yè)課的綜合性課程。注重培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)原理與技術(shù)來解決復(fù)雜工程問題的能力，注重培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)具體問題，選擇研究路線和設(shè)計實現(xiàn)方案的能力，為學(xué)生職業(yè)發(fā)展提供重要的支持。

“雙一流”建設(shè)對編譯原理教學(xué)提出了新要求，要求學(xué)生掌握編譯知識，深刻理解編譯器背后的實現(xiàn)機(jī)理，靈活運(yùn)用編譯技術(shù)來解決現(xiàn)實中的實際問題，滿足學(xué)生的就業(yè)需求，為學(xué)生從事科學(xué)研究工作提供幫助。

一? 編譯原理教學(xué)中存在的問題

編譯原理是計算機(jī)專業(yè)的一門專業(yè)核心課，是離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機(jī)組成原理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的綜合應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)編譯原理這門課程，能夠深入理解、鞏固、運(yùn)用這些課程的知識點。同時，在軟件項目開發(fā)和科研工作中，編譯技術(shù)都是必不可少的。

在編譯原理課程中，存在著很多抽象的理論知識和復(fù)雜的實現(xiàn)技術(shù)，諸如形式語言理論和自動機(jī)理論、算符優(yōu)先分析和LR分析技術(shù)。這些理論知識和實現(xiàn)技術(shù)是極其抽象的和難于理解的。如果僅憑課堂講授知識和有限學(xué)時的實驗上機(jī)，很難使學(xué)生掌握編譯的核心，更不要說編譯知識的實際應(yīng)用了。在授課過程中，課堂講授和實驗上機(jī)往往相互割裂，使學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)而無用”的懈怠思想，難以達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。在授課過程中，過于注重理論知識的講解，所進(jìn)行的實驗教學(xué)內(nèi)容片面，缺乏對編譯知識體系的整體支撐，很難讓學(xué)生從程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)理上去理解和掌握編譯知識，從而導(dǎo)致學(xué)生做實驗的效果并不理想，學(xué)生對編譯原理知識的學(xué)習(xí)也只是停留在公式和定理上。編譯原理課程的教學(xué)模式單一，以老師講授知識為主，學(xué)生被動學(xué)習(xí)和接受知識，教學(xué)方法缺乏多樣性和有效性。在單一的教學(xué)模式和教學(xué)方法的培養(yǎng)下，學(xué)生不能深刻地理解編譯知識背后的原理與邏輯，更談不上在實際工程中加以應(yīng)用了?，F(xiàn)有的編譯原理課程的考核機(jī)制過于片面，不夠靈活具體。編譯原理涉及大量的理論知識和算法設(shè)計，僅以期末一張卷和實驗成績難以衡量學(xué)生對編譯知識與技術(shù)的掌握情況。在授課過程中，師生互動不夠充分，學(xué)生從來不提問題，學(xué)生失去了學(xué)習(xí)編譯原理課程的興趣。學(xué)生厭倦了編譯原理課程的學(xué)習(xí)，不會的知識點積累得越來越多，從而導(dǎo)致了學(xué)生提不出問題，更談不上應(yīng)用所學(xué)過的編譯技術(shù)去解決實際問題了[1]。

在編譯原理的學(xué)習(xí)過程中，很多學(xué)生缺乏主動性和積極性，課堂內(nèi)對課程學(xué)習(xí)感到厭倦，課堂外缺少對編譯技術(shù)的追綜與探索。最終的結(jié)果只是通過了期末考試，根本沒有學(xué)習(xí)到編譯技術(shù)的本質(zhì)與核心，沒有掌握運(yùn)用編譯技術(shù)來解決實際問題的能力。

二? 面向OBE理念的編譯原理教學(xué)改革

根據(jù)工程教育認(rèn)證的OBE核心理念，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效為目標(biāo)，給出了以下的編譯原理教學(xué)改革方案。

（一）? 基于OBE理念的編譯原理教學(xué)大綱設(shè)計

編譯原理是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，具有理論性、設(shè)計性與實踐性相結(jié)合的特點。依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)大綱的設(shè)置應(yīng)遵循該課程在“課程支撐畢業(yè)要求”矩陣中的支撐點。矩陣規(guī)定了編譯原理課程必須完成的教學(xué)任務(wù)。編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)手段就是為了完成教學(xué)任務(wù)設(shè)置的。在OBE理念的指導(dǎo)下，將以學(xué)生為中心作為出發(fā)點，將促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)作為教學(xué)設(shè)計的目標(biāo)，將學(xué)習(xí)效果作為檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)好壞的主要依據(jù)，設(shè)計編譯原理教學(xué)大綱。同時，根據(jù)學(xué)生的具體特點、教學(xué)目的、教學(xué)環(huán)境選擇合適的教學(xué)手段和教學(xué)方法。

（二）? 將OBE理念融入編譯原理課程體系的構(gòu)建過程

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)來設(shè)計編譯原理課程的課程體系。教學(xué)內(nèi)容包括編譯原理的理論知識，例如，文法和語言、詞法分析、自頂向下語法分析、自底向上優(yōu)先分析、LR分析、語法制導(dǎo)的語義計算、靜態(tài)語義分析和中間代碼生成、運(yùn)行時存儲組織、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成。同時，包括編譯原理的算法設(shè)計，例如，詞法分析程序的設(shè)計、不確定的有窮自動機(jī)（NFA）到確定的有窮自動機(jī)（DFA）的轉(zhuǎn)化、不確定的有窮自動機(jī)（NFA）的確定化和DFA的最小化、LL（1）文法的判別、算符優(yōu)先分析算法和LR（0）分析。在構(gòu)建編譯原理課程體系時，應(yīng)該結(jié)合OBE理念的教學(xué)手段[2]，以啟發(fā)式教學(xué)方法為主，附以必要的互動教學(xué)手段，以設(shè)計開發(fā)編譯器為驅(qū)動，融會貫通多個編譯知識點，綜合穿插多個算法設(shè)計，聯(lián)合運(yùn)用多項編譯技術(shù)來解決具體問題以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。要以學(xué)生掌握編譯技術(shù)為中心，以培養(yǎng)學(xué)生編譯思維和提高學(xué)生程序設(shè)計能力為目的，通過開發(fā)編譯器來鞏固學(xué)生所學(xué)到的編譯知識，通過自主學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握編譯技術(shù)，從而由被動學(xué)習(xí)者變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)者。綜合使用騰訊會議、釘釘直播課程、MOOC課堂、超星直播課程、QQ群和微信群建立線上[3]和線下[4]一體化教學(xué)模式。融合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法、對比教學(xué)法、討論法、練習(xí)法、直播教學(xué)法、錄播教學(xué)法、自主學(xué)習(xí)法及閱讀指導(dǎo)法提高學(xué)生編譯原理課程的學(xué)習(xí)成效。在教學(xué)大綱中給出編譯原理課程中詞法分析和語法分析大作業(yè)的設(shè)計要求，將課堂所傳授的理論與大作業(yè)緊密結(jié)合，以提高學(xué)生的實際動手能力。

（三）? 創(chuàng)建線上線下融會貫通的一體化教學(xué)模式

面向OBE的人才培養(yǎng)理念要求我們在編譯原理的授課過程中，必須堅持教、學(xué)、做一體化的原則，將整個教學(xué)過程從“以教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主”。不但教師和學(xué)生之間需要教學(xué)互動，而且學(xué)生和學(xué)生之間也需要教學(xué)互動，使學(xué)生通過持續(xù)學(xué)習(xí)，深入理解編譯原理的知識原理和掌握相關(guān)的編譯技術(shù)。編譯原理的教學(xué)活動主要包括線上和線下兩種形式。在編譯原理的線上教學(xué)活動中，主要是通過各種形式的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和在線互動掌握編譯的相關(guān)知識與技術(shù)，例如，騰訊會議授課、釘釘直播課程、MOOC課堂[5]、超星課程、QQ群答疑和微信討論等教學(xué)形式。在編譯原理的線下教學(xué)活動中，主要是通過面對面的師生交流來獲取編譯的相關(guān)知識與技術(shù)，例如，課堂授課、項目實踐、翻轉(zhuǎn)課堂、實驗教學(xué)和課后答疑等。編譯原理線上線下一體化教學(xué)模式如圖1所示。

編譯原理的線上教學(xué)活動與線下教學(xué)活動相輔相成，融會貫通，相互融合，彼此促進(jìn)，使學(xué)生更好地掌握了編譯的原理知識與實現(xiàn)技術(shù)。各個線上教學(xué)活動和線下教學(xué)活動沒有彼此獨立的界限，例如，QQ群答疑與課后答疑是討論答疑解答學(xué)生困惑的兩種不同的線上和線下教學(xué)活動。

在線上線下一體化教學(xué)活動中，應(yīng)以學(xué)生作為主體，采用多種教學(xué)形式，讓學(xué)生從被動地掌握編譯知識變?yōu)橹鲃拥貙W(xué)習(xí)編譯理論。使學(xué)生由編譯技術(shù)的被動接受者變?yōu)榫幾g工具的主動構(gòu)建者，切實保證學(xué)生在編譯原理知識傳授與學(xué)習(xí)過程中的主體地位。采用課堂授課和騰訊會議授課完成知識的傳授，同時，錄制所講授的課程。在釘釘中直播所錄制的課程，讓學(xué)生做好預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)工作。MOOC課堂、超星課程提供豐富和經(jīng)典的教學(xué)資源[6]，指導(dǎo)學(xué)生選擇性觀看。在觀看MOOC課堂、超星課程時，通常要精確到小節(jié)課程，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生帶著問題來更好的學(xué)習(xí)。通過項目實踐和實驗教學(xué)來設(shè)計開發(fā)編譯工具，以加深學(xué)生對編譯原理知識的理解和編譯技術(shù)的掌握。利用QQ群答疑、微信討論、課后答疑等形式，讓老師利用多種通信工具進(jìn)行直接與間接、線上與線下的交流，為學(xué)生解答疑難問題。

（四）? 項目驅(qū)動的實踐教學(xué)

編譯原理是一門專業(yè)性和實踐性極強(qiáng)的課程。整個編譯原理課程的知識點都圍繞著一個編譯器而展開。編譯器主要包括詞法分析器、語法分析器、語義分析器、中間代碼生成程序、中間代碼優(yōu)化程序和目標(biāo)代碼生成程序。講解文法和語言、詞法分析等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)詞法分析器；講解自頂向下語法分析、自底向上優(yōu)先分析、LR分析等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)語法分析器；講解語法制導(dǎo)的語義計算、靜態(tài)語義分析等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)語義分析器；講解中間代碼生成、運(yùn)行時存儲組織等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)中間代碼生成程序；講解代碼優(yōu)化等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)中間代碼優(yōu)化程序；講解目標(biāo)代碼生成等教學(xué)內(nèi)容，主要是為了實現(xiàn)目標(biāo)代碼生成程序。學(xué)習(xí)編譯原理最好的方式是結(jié)合教師課堂講授的知識設(shè)計開發(fā)編譯器。通過分解編譯器，逐步運(yùn)用所學(xué)過的相關(guān)知識與技術(shù)來完成編譯器各個組成模塊的設(shè)計開發(fā)工作。讓學(xué)生在編譯器設(shè)計與實現(xiàn)中，深刻地理解所學(xué)過的編譯知識及其背后的運(yùn)行機(jī)理。實踐教學(xué)活動包括大作業(yè)、實驗課[7]、項目實踐[8]。在大作業(yè)中，給學(xué)生一個高級程序語言的詞法規(guī)范，要求學(xué)生設(shè)計實現(xiàn)該高級程序語言的自動分詞工具；在實驗課中，給學(xué)生高級程序語言的語法規(guī)范，要求學(xué)生設(shè)計實現(xiàn)該高級程序語言的自動語法分析工具；在項目實踐中，要求學(xué)生設(shè)計實現(xiàn)該高級程序語言的編譯器。項目實踐是以大作業(yè)和實驗課的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的，三者相輔相成，絕不重復(fù)。

（五）? 基于OBE的編譯原理課程考核評價

基于OBE的編譯原理課程考核評價[9]的目標(biāo)是：綜合平時成績與期末成績，結(jié)合理論考核與實踐考核，從多角度出發(fā)，采用多種形式度量學(xué)生學(xué)習(xí)掌握編譯原理的知識與技術(shù)情況，以促進(jìn)學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)編譯原理這門課程。

結(jié)合哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實際情況，遵循OBE理念，其課程考核對課程目標(biāo)的支撐見表1。其中，課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3如下。

課程目標(biāo)1：能夠基于編譯程序構(gòu)造的一般原理，通過文獻(xiàn)研究等方式，針對某種高級語言編譯程序的解決方案進(jìn)行調(diào)研。

課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)某種高級語言的語法規(guī)則，選擇詞法分析方法和主要實現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計詞法分析程序。

課程目標(biāo)3：能夠基于編譯的一般過程，利用詞法分析、語法分析、語法制導(dǎo)翻譯、有窮自動機(jī)和正則表達(dá)式等編譯理論和方法，結(jié)合計算機(jī)語言處理系統(tǒng)中各種通用的分析和翻譯技術(shù)，設(shè)計特定語言的編譯程序。

編譯原理課程考核包括形成性評價和期末考核評價。其中，形成性評價占40%，期末考核評價占60%。

在教學(xué)過程中，隨時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)學(xué)生的反饋作出教學(xué)調(diào)整，促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，與編譯原理教學(xué)過程同步進(jìn)行形成性評價。形成性評價主要包括課堂表現(xiàn)、大作業(yè)、項目實踐和實驗[10]等。其中，課堂表現(xiàn)包括課堂討論、學(xué)生筆記、回答問題等。

期末考核評價既要重視考察學(xué)生對編譯原理的基本概念、基本方法、基本原理的掌握程度及靈活應(yīng)用能力，又要考察學(xué)生的綜合運(yùn)用編譯技術(shù)分析和解決實際問題的能力。

期末考試題型主要包括基本概念、原理理解、運(yùn)用題型、綜合分析和設(shè)計題。

三? 結(jié)束語

為提高編譯原理課程的教學(xué)質(zhì)量，本文基于OBE理念設(shè)計了教學(xué)大綱，將OBE理念融入課程體系的構(gòu)建過程，創(chuàng)建了線上線下融會貫通的一體化教學(xué)模式，實施了項目驅(qū)動的實踐教學(xué)，制定了基于OBE的課程考核評價體系。將教學(xué)設(shè)計應(yīng)用于哈爾濱理工大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的編譯原理教學(xué)之中，教學(xué)實踐表明，學(xué)生能夠更好地理解編譯知識，更好地掌握和應(yīng)用編譯技術(shù)，實際動手能力得到了提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聶文梅，宋曉霞.基于對分課堂的編譯原理混合教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育，2023（10）：107-111.

[2] 劉兵，劉明明.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的實例化驅(qū)動混合教學(xué)模式的探索與實踐——以“編譯原理”課程為例[J].工業(yè)和信息化教育，2021（1）：32-37.

[3] 韓玉艷，王玉亭，李成友.淺談編譯原理“互聯(lián)網(wǎng)+”線上多樣化教學(xué)[J].大學(xué)教育，2021（7）：95-97.

[4] 李軍輝，黃紅妹.《編譯原理》課程教學(xué)分析和策略安排[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（28）：132-133.

[5] 陳義仁，王一賓.編譯原理MOOC的教學(xué)設(shè)計與實踐[J].福建電腦，2020，36（1）：44-45.

[6] 劉洪娟，宋經(jīng)平，韓春燕.編譯原理慕課建設(shè)與混合式教學(xué)設(shè)計[J].計算機(jī)教育，2020（4）：98-101.

[7] 萬新燕，時招軍.編譯原理實驗教學(xué)設(shè)計[J].教育教學(xué)論壇，2019（8）：261-262.

[8] 王中卿，朱培培.層次化精準(zhǔn)編譯原理實踐教學(xué)[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（20）：158-159.

[9] 蔣宗禮，姜守旭.編譯原理課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定與表述[J].計算機(jī)教育，2019（11）：1-4.

[10] 余芳，王曉明，趙森.基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的編譯原理實驗教學(xué)改革[J].大學(xué)教育，2019（12）：45-47.