諶志群　王榮波　黃孝喜

摘 要： 第一堂課如何上，很大程度上決定了課程教學(xué)的成敗。首先介紹了第一堂課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，然后重點(diǎn)介紹了我們課程組在“編譯原理”第一堂課中采用的教學(xué)手段和教學(xué)方法，如圖表法、動態(tài)演示法等。本研究對計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)，以及其他工科專業(yè)的課堂教學(xué)可起到一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 第一堂課； 編譯原理； 教學(xué)； 動態(tài)演示

中圖分類號：TP314 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）03-59-03

0 引言

請經(jīng)驗(yàn)豐富、學(xué)術(shù)造詣深厚的名師為大學(xué)新生開設(shè)學(xué)科導(dǎo)論課，可讓學(xué)生更好地了解本學(xué)科和專業(yè)的知識體系及發(fā)展趨勢，掌握本學(xué)科和專業(yè)的研究方法和思維方式，解決本專業(yè)“為何學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)”的問題[1]。同樣，對于一門課，也需要在教學(xué)的開始安排導(dǎo)論性的內(nèi)容，以幫助學(xué)生解決這門課“為何學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)”的問題。這就要求任課教師精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，上好課程教學(xué)的第一堂課。

1 如何上好第一堂課

如果說學(xué)科是一片森林，那么課程就是一棵棵樹木，如果說學(xué)科導(dǎo)論課是為了讓學(xué)生掌握森林的導(dǎo)航地圖，那么課程導(dǎo)論就是為了讓學(xué)生掌握某棵樹木的總體概貌。課程導(dǎo)論要說清楚樹木在森林中的位置與作用，以及樹木本身的主要枝杈，而不是去研究細(xì)小的枝丫，甚至樹葉。第一堂課如何上，很大程度上決定了課程教學(xué)的成敗。

1.1 第一堂課的教學(xué)內(nèi)容

第一堂課應(yīng)以教師講授為主，需要向?qū)W生講授的內(nèi)容有以下幾個方面。

⑴ 課程在學(xué)科體系中的地位

學(xué)科的知識體系是由一門一門的課程構(gòu)建起來的，每門課在學(xué)科知識體系中都有其特有的地位和作用。第一堂課首先要介紹課程的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹該門課的前導(dǎo)課程和后續(xù)課程，以及該課程與前導(dǎo)課程和后續(xù)課程之間的關(guān)系，讓學(xué)生對該課程在學(xué)科體系中的地位和作用有個清楚的認(rèn)識，使得學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中明確大方向。

⑵ 課程主要內(nèi)容概覽

每門課都有自身的核心內(nèi)容和知識結(jié)構(gòu)，對學(xué)生來說，課程學(xué)習(xí)首先就需要解決“學(xué)什么”的問題。第一堂課需要向?qū)W生概略性地介紹本門課程的主要內(nèi)容、知識點(diǎn)，以及知識點(diǎn)之間的關(guān)系。最好是能將課程的主要內(nèi)容以知識點(diǎn)為單位串聯(lián)起來，形成一個完整的知識圖譜，使得學(xué)生在后面的學(xué)習(xí)過程中做到胸中有丘壑，在學(xué)習(xí)具體章節(jié)或者知識點(diǎn)的時候不會迷路。

⑶ 課程的作用

學(xué)習(xí)某門課程，其作用體現(xiàn)在很多方面。一是可以通過課程學(xué)習(xí)來構(gòu)建完整的學(xué)科知識體系，并為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；二是可以通過學(xué)習(xí)掌握本課程的相關(guān)知識，為將來解決實(shí)際問題提供幫助；三是課程學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和能力的促進(jìn)作用，這一點(diǎn)很重要。在第一堂課中應(yīng)向?qū)W生介紹本課程的多方面作用，解決學(xué)生“為何學(xué)”的問題，這對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常重要。

⑷ 課程的學(xué)習(xí)方法

每門課都有其自身的性質(zhì)和特點(diǎn)，計算機(jī)專業(yè)的課程可分為理論類、實(shí)踐類、編程類等。課程的性質(zhì)和特點(diǎn)不同，學(xué)習(xí)方法也各不相同。第一堂課需要向?qū)W生介紹課程的類屬，本課程與別的課程的區(qū)別與類同之處，課程各部分內(nèi)容的比例，課程的實(shí)驗(yàn)或者上機(jī)要求等。然后結(jié)合課程特點(diǎn)，介紹本課程的學(xué)習(xí)方法，比如是采用理論思辨、算法分析，還是編程驗(yàn)證，為學(xué)生解決“如何學(xué)”的問題。

1.2 第一堂課的教學(xué)方法

第一堂課的目的是介紹課程的總體概貌，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要達(dá)到這個教學(xué)目的，需要采用合適的教學(xué)方式。首先不能讓課堂氣氛嚴(yán)肅壓抑，而應(yīng)該營造得輕松愉快一點(diǎn)。最好以講故事的方式開始，介紹課程的發(fā)展史和發(fā)展過程中重要科學(xué)家的事跡。在介紹課程內(nèi)容概貌時，應(yīng)該采用形象、直觀、易記的方式，比如圖、表、動畫、音頻、視頻等。為介紹課程的作用，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動力，可以用具體實(shí)例說明課程知識在解決實(shí)際問題過程中的應(yīng)用，以及在專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力培養(yǎng)方面所發(fā)揮的作用?？梢哉f上好第一堂課，課程教學(xué)就成功了一半。

2 “編譯原理”第一堂課

“編譯原理”是計算機(jī)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，在教學(xué)中存在著教難、學(xué)難、實(shí)驗(yàn)組織難等問題，是計算機(jī)專業(yè)教學(xué)中一門公認(rèn)的難上課程[2]，因此上好“編譯原理”第一堂課顯得尤為重要。

編譯系統(tǒng)在現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中占有重要的地位，它是直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的一類重要系統(tǒng)軟件，如圖1所示。

[裸機(jī)][操作系統(tǒng)][編譯系統(tǒng)]

圖1 編譯系統(tǒng)的地位

編譯原理課程的目的在于系統(tǒng)地向?qū)W生講述編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作流程及編譯程序各組成部分的設(shè)計原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，既掌握編譯理論和方法方面的基本知識，也初步掌握設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、分析和維護(hù)編譯程序的技能。編譯原理課程與其他課程之間的關(guān)系如圖2所示。

[高級語言程序設(shè)計][自動機(jī)和形式語言][操作系統(tǒng)][數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)][離散數(shù)學(xué)][編譯理論][素材] [控制對象][技術(shù)][基礎(chǔ)]

圖2 “編譯原理”與其他課程的關(guān)系

向?qū)W生介紹編譯原理課程在學(xué)科體系中的地位之后，還需向?qū)W生概略性介紹課程的主要內(nèi)容。編譯原理課程內(nèi)容綱要如圖3所示。編譯原理課程教學(xué)中幾乎所有內(nèi)容都是圍繞這一綱要展開的。

[符號表管理][中間代碼生成][語義分析][語法分析][詞法分析][目標(biāo)代碼生成][代碼優(yōu)化][源程序][目標(biāo)代碼][錯誤診斷處理]

圖3 “編譯原理”課程內(nèi)容綱要

編譯原理課程要重點(diǎn)介紹編譯的整個過程，這一過程包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等步驟（見圖3）。編譯過程是非常復(fù)雜的，但是編譯過程中每個階段完成的主要工作又是非常明確的。

讓學(xué)生掌握編譯過程各階段分別完成哪些編譯工作，并在腦海中建立深刻印象，對后續(xù)教學(xué)是非常關(guān)鍵的。為此，我們采用多媒體開發(fā)工具FLASH CS3[3]，自行設(shè)計開發(fā)了一個“編譯過程動態(tài)演示系統(tǒng)”，系統(tǒng)導(dǎo)航界面如圖4所示。

圖4 編譯過程動態(tài)演示系統(tǒng)導(dǎo)航界面

系統(tǒng)將文本、表格、圖形、音頻、視頻等不同的媒體結(jié)合在一起，以形象直觀的方式動態(tài)演示高級程序設(shè)計語言編譯過程各個階段對源程序或其中間表示的處理工作，并以一個典型的源程序例子為對象，展示其編譯過程中的變換情況。圖5是代碼優(yōu)化階段的實(shí)例變換情況動態(tài)展示。

圖5 代碼優(yōu)化實(shí)例展示

通過播放以上演示系統(tǒng)，可以使學(xué)生輕松掌握編譯中的幾個核心概念，更重要的是可以牢固把握整個高級程序的編譯過程及其特點(diǎn)，更深刻理解編譯原理課程學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，使得學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)中無論在學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容都明白當(dāng)前內(nèi)容在課程知識體系中所處的位置。

編譯原理是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)尤其是軟件類專業(yè)的核心課程，對于學(xué)科知識體系的構(gòu)建是不可或缺的，這對于提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和軟件開發(fā)能力是至關(guān)重要的。如果一個軟件類專業(yè)的學(xué)生不能深刻理解高級語言程序的編譯理論與核心算法，在進(jìn)行程序開發(fā)的時候也就無法寫出高質(zhì)量的程序。雖然編譯原理課程主要講述編譯理論（形式語言與自動機(jī)）與經(jīng)典的編譯算法，而絕大多數(shù)學(xué)生畢業(yè)后并不會從事編譯器開發(fā)工作，但是學(xué)習(xí)該課程仍然是重要的和有益的。首先編譯器本身就是一個大型軟件，剖析這一大型軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對于培養(yǎng)學(xué)生的軟件開發(fā)能力非常有幫助。另外，編譯原理課程中涉及到的算法與技術(shù)可應(yīng)用到其他軟件的開發(fā)中，如文本分析與處理器、情報檢索軟件、模式識別軟件等。應(yīng)該在第一堂課向?qū)W生講述課程的重要作用，激發(fā)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣。

編譯原理是一門典型的理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，如何學(xué)好這門課程也是在第一堂課需要向?qū)W生重點(diǎn)闡述的。學(xué)好該課程，首先需要牢固掌握編譯的經(jīng)典算法，雖然這些算法已有幾十年的歷史，但是在現(xiàn)代編譯器設(shè)計中仍然被廣泛采用，這一點(diǎn)必須向?qū)W生說清楚，以免其對學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理。為了讓學(xué)生能輕松掌握編譯中的主要算法，我們采用Flash CS3，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一個編譯算法動態(tài)演示系統(tǒng)[4]，能夠?qū)讉€經(jīng)典的編譯算法（NFA到DFA的等價轉(zhuǎn)換算法、LL分析器的組成和分析算法、SLR分析器的組成和分析算法）進(jìn)行全方位動態(tài)演示。

要學(xué)好編譯原理，只學(xué)習(xí)理論是不夠的，也是難以真正掌握的，根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)程去剖析一個實(shí)際編譯器的源代碼是一個很好的學(xué)習(xí)方法，最好在第一堂課就提供這樣一個編譯程序?qū)嵗⑾驅(qū)W生提出具體的要求。

實(shí)驗(yàn)部分是編譯原理課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。目前大多數(shù)高校在編譯原理課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)都要求學(xué)生能上機(jī)實(shí)現(xiàn)一個小型模型語言的編譯程序。這對于大部分學(xué)生來說似乎是一個不可能完成的任務(wù)。為了克服學(xué)生的畏難心理，我們在第一堂課向?qū)W生提供一個類Pascal語言的可拆卸式編譯器[5]。該編譯器是往屆學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中設(shè)計實(shí)現(xiàn)的。這樣，一方面提供了一個編譯器的范例供學(xué)生學(xué)習(xí)參考，另一方面也告訴學(xué)生，編譯器設(shè)計并沒有那么神秘，通過他們自身努力是可以實(shí)現(xiàn)的，從而增強(qiáng)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的動力，并進(jìn)一步激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)束語

第一堂課是教師和學(xué)生的第一次見面，第一堂課教學(xué)效果的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個課程教學(xué)的成敗，因此教師必須高度重視第一堂課。第一堂課的內(nèi)容一般是導(dǎo)論性的，涉及課程的性質(zhì)、地位和作用，課程的學(xué)科基礎(chǔ)、主要內(nèi)容、知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)方法和應(yīng)用領(lǐng)域等多個方面。本文簡要介紹了第一堂課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，重點(diǎn)介紹了我們課程組在“編譯原理”第一堂課中的教學(xué)手段和教學(xué)方法，如圖表法、動態(tài)演示法等。在教育界不斷強(qiáng)調(diào)提高本科教育質(zhì)量，強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育的今天，希望本文研究不僅對編譯原理教學(xué)，也對計算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程，甚至對其他工科專業(yè)的課堂教學(xué)起到參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱振岳.杭州電子科大教授給新生做“向?qū)А盵N].中國教育報，

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[2] 諶志群，王小華，朱文華.編譯原理課程的教學(xué)改革思路[J]. 杭州電子

科技大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007.3（4）：69-72

[3] 王環(huán)，李安宗.新編中文Flash CS3實(shí)用教程[M].西北工業(yè)大學(xué)出版

社，2009.

[4] 諶志群，王榮波.基于Flash的編譯算法動態(tài)演示系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)

時代，2011.9：59-61

[5] 諶志群，王小華.面向試驗(yàn)教學(xué)的可拆卸小型編譯器設(shè)計[J].現(xiàn)代教

育技術(shù)，2009.19（6）：111-113