職業(yè)教育論文-《編譯原理》教學(xué)過程中的思考與探討.doc

職業(yè)教育論文-編譯原理教學(xué)過程中的思考與探討【摘要】本文對編譯原理教學(xué)過程中出現(xiàn)的一系列問題進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)踐，對編譯原理課程的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了思考和探索?！娟P(guān)鍵詞】編譯原理教學(xué)過程課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一、前言編譯原理是高等院校本科教育計(jì)算機(jī)專業(yè)中一門非常有用的核心課程之一，它對培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、獨(dú)立解決復(fù)雜問題的能力以及增強(qiáng)編寫和調(diào)試程序的能力等方面起著很大作用。但是，接觸過編譯原理的學(xué)生和老師都知道編譯原理是一門難學(xué)難教的課程。這門課程的內(nèi)容比較抽象，理論性很強(qiáng)，不容易理解，而且對實(shí)踐也有較高的要求。學(xué)生普遍認(rèn)為編譯原理不實(shí)用，因而也就缺乏了學(xué)習(xí)的熱情與積極性，存在畏難情緒。如何在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的興趣，并解決教學(xué)中出現(xiàn)的一些問題，我覺得可以從以下幾個(gè)方面去思考與探討。二、認(rèn)清編譯原理，明確學(xué)習(xí)意義，激發(fā)學(xué)生的熱情1.幫助學(xué)生認(rèn)清編譯原理的作用和地位在教學(xué)過程中，很多學(xué)生都有這樣的疑問：編譯原理學(xué)的是什么？學(xué)習(xí)它有什么作用？我們知道，目前的計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的都是非常低級(jí)的機(jī)器語言，一個(gè)用高級(jí)語言編寫的源程序最終如何在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行呢？這就是編譯原理要解決的問題。概括地說，編譯原理課程介紹編譯器構(gòu)造的一般原理、基本設(shè)計(jì)方法和主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)。編譯原理課程通過編譯器的各個(gè)組成部分來解釋高級(jí)語言編寫的源程序如何翻譯成計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的機(jī)器語言。這個(gè)翻譯的過程涉及程序設(shè)計(jì)語言、機(jī)器結(jié)構(gòu)、形式語言理論、類型論、算法和軟件工程等方面的知識(shí)。例如，對軟件工程來說，編譯程序是一個(gè)很好的實(shí)例（基本設(shè)計(jì)、模塊劃分、基于事件驅(qū)動(dòng)的編程等），編譯原理課程所介紹的概念和技術(shù)可以用到一般的軟件設(shè)計(jì)中。事實(shí)上，通過編譯原理的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生快速理解、定位和解決在程序編譯、測試與運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。另外，編譯原理的學(xué)習(xí)對熟悉編譯過程、掌握計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的生成機(jī)制、理解具體程序的運(yùn)行狀態(tài)起著關(guān)鍵作用。2.幫助學(xué)生克服畏難心理，提高學(xué)生的興趣在教學(xué)的過程中，很多學(xué)生認(rèn)為他們今后的工作不會(huì)涉及到編譯原理的理論和技術(shù)，編譯原理沒有實(shí)際的用處，學(xué)習(xí)起來就非常的枯燥無味。其實(shí)這是對編譯原理的一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。該課程中的原理除了可以用于分析編譯器以外，還對諸如人工智能、并行處理技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)具有指導(dǎo)作用。例如，利用編譯原理的理論設(shè)計(jì)出“翻譯風(fēng)”這樣的軟件。與此同時(shí)編譯原理課程可以幫助學(xué)生更進(jìn)一步地理解和綜合應(yīng)用離散數(shù)學(xué)、高級(jí)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、匯編語言等專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)。例如，編譯程序應(yīng)用了多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在詞法分析階段使用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來識(shí)別各種單詞；在語法分析中使用語法樹等來進(jìn)行語法分析；在存儲(chǔ)分配時(shí)使用棧式結(jié)構(gòu)和堆式結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)空間的分配。本門課程學(xué)習(xí)對其它課程的學(xué)習(xí)和今后很多領(lǐng)域的理論研究具有深遠(yuǎn)的意義，如計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域、人工智能系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域、并行處理技術(shù)等領(lǐng)域。鑒于“編譯原理”這門專業(yè)課程的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中端正學(xué)生的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生克服畏難情緒，肯定學(xué)生所具有的能力，讓學(xué)生明白以他們掌握的計(jì)算機(jī)知識(shí)，有足夠的能力學(xué)好編譯原理這門課程。鼓勵(lì)他們同樣可以利用學(xué)到的理論技術(shù)設(shè)計(jì)出類似“翻譯風(fēng)”這樣的軟件，幫助學(xué)生建立信心，發(fā)揮他們的才智，提高學(xué)習(xí)的熱情。三、把握課堂教學(xué)內(nèi)容1.整體把握一條主線，領(lǐng)會(huì)每個(gè)階段的精髓，各個(gè)擊破編譯器（編譯程序）可以分為詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成，代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成這六個(gè)階段，每個(gè)階段還會(huì)伴有符號(hào)表管理和出錯(cuò)管理。在第一章編譯器概述中就把編譯器化分成這六個(gè)階段，同時(shí)還簡要的描述了這六個(gè)階段各自的任務(wù)，這是貫穿整個(gè)課程的一個(gè)主線，整個(gè)課程就是按這六個(gè)階段組織進(jìn)行的。所以一開始讓學(xué)生把握這條主線，對課程有一個(gè)總體的把握，理解編譯的過程。當(dāng)學(xué)生從整體上理解編譯器的結(jié)構(gòu)之后，然后分章節(jié)對各個(gè)部分進(jìn)行細(xì)致地教學(xué)。按照編譯過程的劃分，把課程分為六章內(nèi)容，每章都有它的精髓所在，只要掌握了每章的精髓，就能掌握編譯的整個(gè)過程。詞法分析的精髓主要是詞法分析的構(gòu)造、有限自動(dòng)機(jī)理論的應(yīng)用；語法分析的精髓主要是語法分析的兩種方法自上而下分析法和自下而上分析法；語義分析主要是屬性文法、語法制導(dǎo)定義以及翻譯方案；中間代碼主要描述了中間代碼常見的幾種表示形式、各種語法結(jié)構(gòu)如何進(jìn)行語法制導(dǎo)翻譯形成中間代碼；代碼優(yōu)化主要圍繞如何從時(shí)間和空間上進(jìn)行優(yōu)化，盡可能提高執(zhí)行的效率展開，分別講述了局部優(yōu)化和循環(huán)優(yōu)化；目標(biāo)代碼生成主要是目標(biāo)代碼生成算法的實(shí)現(xiàn)及寄存器的分配。這六個(gè)部分相輔相成，互有聯(lián)系，掌握每個(gè)階段的精髓，各個(gè)擊破，這樣學(xué)生比較容易理解和接受。2.課堂討論式在編譯原理的教學(xué)過程中，課堂上不能采取“灌輸式”教學(xué)，上面老師講解的充滿激情，下面學(xué)生聽得昏昏欲睡，隨著時(shí)間的積累，學(xué)生不理解的知識(shí)越來越多，就會(huì)慢慢失去學(xué)習(xí)的興趣。所以，要注重與學(xué)生的交流，在課堂上可以采取集體討論和分析的方法，讓學(xué)生說出自己在學(xué)習(xí)的過程遇到的問題以及解決問題的方法。例如，數(shù)據(jù)對齊是由硬件特點(diǎn)造成的對存儲(chǔ)分配的一點(diǎn)約束，這個(gè)概念有的教材并沒有提到或者只是一帶而過。針對數(shù)據(jù)對齊問題，有一個(gè)C語言的例子：typedefstructacharcl；longi；charc2；doublef；a；typedefstruct_bcharcl；charc2；longi；doublef；)b；main()printf(“Sizeofdouble,long,char=%d,%d,%dn”，sizeof(double),sizeof(long)，sizeof(char)；printf(“Sizeofa,b=%d,%dn，sizeof(a),sizeof(b)；在X86/Linux機(jī)器上，該程序的運(yùn)行的結(jié)果是:Sizeofdouble,long,char=8,4,1Sizeofa,b=20,16在SPARC/Solaris工作站上，該程序的運(yùn)行結(jié)果是:Sizeofdouble,long,char=8,4,1Sizeofa,b=24,16在這個(gè)例子中，結(jié)構(gòu)體類型a和b的域名及類型都一樣，僅次序不同，但是它們在同一機(jī)器上的存儲(chǔ)分配字節(jié)數(shù)不一樣，在不同機(jī)器上的情況也不一樣。有的學(xué)生就會(huì)問為什么會(huì)要考慮數(shù)據(jù)對齊的問題？這時(shí)候，老師可以指導(dǎo)學(xué)生課后搜集相關(guān)資料，然后進(jìn)行課堂討論分析。其實(shí)，數(shù)據(jù)對齊對用C語言編程、對構(gòu)造編譯器、對C程序的移植來說都是重要的。利用這樣的例子考察實(shí)際編譯器存儲(chǔ)分配的對齊情況，讓學(xué)生明白存儲(chǔ)分配時(shí)要考慮到數(shù)據(jù)對齊以及數(shù)據(jù)對齊的作用。讓學(xué)生自己去探索，不僅明白了概念的重要性，增強(qiáng)了學(xué)生的理解和應(yīng)用能力，拓寬了知識(shí)面，而且培養(yǎng)了學(xué)生思考問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力。四、精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容編譯原理對實(shí)踐的要求比較高，所以實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是鞏固和驗(yàn)證所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。但是在教學(xué)的過程中，絕大部分學(xué)生無法完成編譯原理的實(shí)驗(yàn)。即使告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)的思路和算法，有的還是不知如何入手，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的效果很差。為了能達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)效果，極大地促進(jìn)學(xué)生對原理的理解，可以從以下幾個(gè)方面思考：1.認(rèn)真設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編譯技術(shù)中有很多經(jīng)典的算法，由于課時(shí)有限，可以選擇具有代表性的典型算法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)課程的特點(diǎn)和大綱的要求，可以設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：詞法分析器的設(shè)計(jì)、遞歸下降分析器的設(shè)計(jì)、LR(0)分析器的設(shè)計(jì)。很多教材中都有相關(guān)的設(shè)計(jì)算法和程序代碼片斷，這樣降低了編譯原理實(shí)驗(yàn)課的難度。另外，根據(jù)老師可以根據(jù)的實(shí)驗(yàn)效果對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容再做適當(dāng)調(diào)整。2.采用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)形式根據(jù)課程的重難點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)覆蓋的知識(shí)點(diǎn)不同，將編譯原理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩大部分：獨(dú)立實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的過程中，將詞法分析器的設(shè)計(jì)和遞歸下降分析器的設(shè)計(jì)作為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，由每一個(gè)學(xué)生自己獨(dú)立完成，而將LR(0)分析器的設(shè)計(jì)作為分組實(shí)驗(yàn)。分組實(shí)驗(yàn)以學(xué)生自由組合的小組形式為單位進(jìn)行，一般一個(gè)小組由3至4名學(xué)生組成，并推薦一人作為組長，負(fù)責(zé)師生之間的聯(lián)系，采用分組實(shí)驗(yàn)的形式鍛煉了團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作的能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神。3.教師的耐心指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)過程中的指導(dǎo)也很重要。教師對學(xué)生的指導(dǎo)要細(xì)心認(rèn)真，讓學(xué)生記錄下每次實(shí)驗(yàn)的輸入和輸出形式，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)他們獨(dú)立思考、獨(dú)立完成；另外，更要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的監(jiān)督，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。五、結(jié)束語以上結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)際，在編譯原理的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些思考。事實(shí)上學(xué)好編譯原理課程需要老師和學(xué)生雙方的共同努力，需要我們共同不斷的思考、探索、實(shí)踐和積累。參考文獻(xiàn)：1張昱，陳意云，鄭啟龍.編譯原理課