編譯原理課程案例教學研究

摘要：針對編譯原理傳統教學中學生死記硬背、不會學以致用的情況，根據多年的教學經驗，以“算符優先分析”為例，探討一個適合編譯原理課程的案例教學模式。

關鍵詞：編譯原理；案例教學；算符優先分析；教學模式

0.引言

編譯原理作為計算機專業的傳統核心課程，其所含知識是本專業實施能力培養的最佳載體之一，對學生專業能力的培養具有重要意義。然而，編譯原理涉及的是抽象層面上的數據變換，既有明確的、便于抽象的問題，又有較成熟的理論，因此該課程常以理論性、抽象性、枯燥性為特征，對于一般本科院校的學生來說，學起來感到枯燥乏味，同時又不知道如何學以致用，教學效果不理想。“案例式教學”通過對典型事例進行分析，來加深學生對所學理論的理解，提高運用該理論的能力。筆者從事多年的編譯原理課程教學，從中探索出了一個適合該課程的“實例+實踐”的案例教學模式。本文以“算符優先分析”為例，介紹這種模式下如何精選切題的“實例”，如何設置合適的“實踐”題目，使學生從理論學習到實踐，都感到編譯原理課程雖抽象但是好理解，能夠學以致用，提高學生對編譯理論的理解，并能將從編譯中學到的方法應用到一般的程序設計當中，從而提高教學質量。

1.傳統教學中存在的問題

由于編譯原理有大量的算法，算法思想相對復雜，因此在傳統教學過程中，往往過分注重算法本身，而忽略編譯器本身是一個整體，缺少算法之間的聯系介紹；另一方面，實踐中往往設置的是實現編譯器或者是實現編譯前端。學生學完編譯原理之后，往往記住的只是幾個單獨的算法的名稱，至于“算法為何這樣設計”就不理解了，認為這些算法除了在編譯器中用，其他地方就不能用了，致使好多學生感覺學習編譯原理沒多少用處。因此教師要從課堂講解、課后實踐這兩個方面進行改革，從而改變傳統教學中存在的問題。

2.“實例+實踐”案例教學模式

“實例+實踐”教學模式中，“實例”是指在教學過程中，為了學生深刻理解定義、概念和理論，所精心設計的切題的小實例，既能讓學生輕松理解，又不會分散精力；“實踐”是指實驗課程中根據學生的情況，針對某一具體算法所設計的規模合適的實踐題目，該實踐題目應當以該算法為核心，而不應牽扯更多其他的問題。下面以“算符優先分析”為例，介紹這種案例教學模式。

“算符優先分析”是編譯原理課程中一個重要的自下而上的語法分析算法，相比課程中的其他算法，該算法并不特別抽象，但是傳統教學中往往只是把書上的概念、定義直接灌輸給學生，講一個例題，然后讓學生模仿，按這種方式會做題，然后做作業，這個教學過程就算完成了。然而，當改變一下作業內容，改為不是上課講的例題形式，而是換個角度，就會發現學生其實根本就沒有學會。比如“3個終結符號a、b、c，存在優先關系a>b和b>c，那么a、b、c之間還會有哪些優先關系”，回答“不能確定還有哪些關系”的同學沒有幾個。這說明學生只是死記硬背老師教過的東西，他們不知道算符文法中為何不能出現兩個非終結符并列以及空字表達式，不明白為何優先關系反過來就不成立，不理解優先關系為何那樣定義，因此他們無法正確地理解“算符優先分析”過程，從而無法做到學以致用。

2.1精選小實例

在講解“算符優先分析”時，首先要引入的概念有3個：算符文法、終結符間的優先關系及算符優先文法。如果只是照本宣科把定義教給學生，學生會感到很迷惑，對這些概念不會真正地理解。如果準備幾個“算術表達式”作為小實例，便會讓學生對概念一目了然。

筆者的做法是，首先領著學生讀“算符優先分析”這幾個字，從字面上先了解這種方法是借助于“算符之間的優先關系”進行的一種語法分析方法，告訴學生優先關系有3種：>、<和=。然后給出3組小實例：“a+b×c”“a+b-c”和“a-b+c”，問這3組表達式中算符的關系，得到的答案是“+-”和“->+”，其中“+”和“-”前后位置雖然不同，關系卻都是>，從而學生能夠很自然地理解這里的優先關系與數字之間的大小關系是完全不同的，它是指左結合的方式下算術表達式中算符計算的先后順序，因此，得到結論一：優先關系反過來不成立，也不能由其他的優先關系推算得到。

然后，筆者會在黑板上書寫一個小實例，如“3+4×52-6”，并在寫的過程中告訴學生這個表達式很長，請在老師寫的過程中求解這個式子。在寫中間過程“3+4”“3+4x”“3+4×52”“3+4×52-”的時候，問“表達式還沒有結束，能否計算”，讓學生自己總結出結論二：這里的優先關系是指前一個算符和后一個相繼出現的算符的關系，并強調兩點：第一，（a，b）和（b，a）是兩個不同的關系；第二，當a，b前后相繼出現時才會用到（a，b）。

最后，把“算符”擴充到“終結符”，根據結論一和結論二，很容易讓學生理解算符文法和算符優先文法的概念。

2.2用好“原理圖”

優先關系的定義是理解整個“算符優先分析”的關鍵，然而這個定義恰恰學生容易記錯。如果直接記概念，時間長了就很容易遺忘，所以教師要考慮如何讓學生能夠輕松地記得準、記得牢。筆者在介紹這部分內容的時候，會給出“原理圖”。讓學生看到圖自然理解這里的大小關系定義，而不用死記硬背。

2.2.1理解優先關系定義

已知P、Q、R是非終結符，[R]表示R可以存在，也可以不存在，以a

當a…aQ…，且Q=>…=>[R]b…。圖中，自下而上的箭頭表示自下而上的語法分析，其中以P為根結點的樹是語法分析樹中的一棵子樹，產生式p-->…aQ…右部每一個文法符號表示為結點P的孩子結點，虛箭頭表示Q的推導過程，Q最終推出的串是[R]b…，若把這里的a和b看成是算術表達式的算符，在看到a時，能不能運算，要看a和b的關系。從圖1中可以看出，在自下而上的語法分析中，要先把[R】b…歸約為Q，所以a

其余兩種優先關系，讀者可以自己設計出原理圖，不再一一說明。

2.2.2理解優先分析過程

“算符優先分析”過程其實就是尋找最左素短語進行歸約的過程，該過程需要借助“棧”來完成，何時進棧、何時出棧、何時歸約由終結符之間的優先關系來決定，這一過程，同樣可以采用以上方式畫出“原理圖”來介紹，既講明了原理，又清晰明了。讀者可以自己嘗試，在此不再贅述。

2.3“實踐”題目要合適

由于編譯原理課程中算法較多又較難以理解，學生的學習任務又很重，不可能有太多的時間和精力全用在編譯原理的學習上，因此，以理解整體編譯過程、掌握基本的理論和原理為教學目的，在實驗中，針對課程中的主要算法，“量身定做”規模適當的“實踐”題目，而不要激進地要求“全”和“難”。因為，教學畢竟針對的是全體學生，而不是精英教育，對于大部分學生來講，只要掌握教學大綱規定的內容就可以了，當然對于學生中的“精英”，在完成基本要求的前提下，如果有進一步學習的愿望，教師可根據情況對其布置更有難度的實踐題目。筆者設置的有關“算符優先分析”的實踐題目，不是用其實現算符優先語法分析器，而是設計類似Windows中的科學計算器，由于該題目難度不是太大，學生不會一開始就被“嚇倒”，又能把編譯中的知識運用到一般的程序設計中去，因此學生積極性很高，實驗效果很好。

3.結語

以上通過“算符優先分析”的教學過程介紹了編譯原理課程“實例+實踐”的案例教學模式，在該模式下，教師需要投入更多的精力理解教材、了解學生，設計切題的實例，為學生量身定做既能完成又能提高能力的“實踐”題目。“實例+實踐”的案例教學方法在編譯原理課程中的合理運用，還需要進一步的探索和努力，以提高學生的學習能力和綜合素質。