鄒長(zhǎng)軍 管莉莉 易鈺程

【摘要】針對(duì)《編譯原理》課程教學(xué)中所面臨的問(wèn)題，本文將KM教學(xué)法引入編譯原理課程的教學(xué)實(shí)踐中。將編譯原理相關(guān)課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)化，以整體—部分—整體為教學(xué)模式。將編譯器所涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以邏輯思維導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)，用這種方式可以直觀、簡(jiǎn)潔地進(jìn)行抽象知識(shí)的傳授，使得該課程的知識(shí)體系邏輯結(jié)構(gòu)清晰、明了，使學(xué)生融會(huì)貫通。同時(shí)便于學(xué)生舉一反三，將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。

【關(guān)鍵詞】KM教學(xué)法? 編譯原理? 思維導(dǎo)圖

【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金（NO.62162027）;九江市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：2020069）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）43-0192-03

編譯原理課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)中一門(mén)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐性的學(xué)科，主要包括算法和軟件工程兩方面內(nèi)容。主要讓學(xué)生掌握編譯器基本原理的，從編譯器的工作原理出發(fā)剖析編譯器的基本構(gòu)成和工作原理，培養(yǎng)學(xué)生從底層構(gòu)造一個(gè)編譯器的工程實(shí)踐能力。由于計(jì)算機(jī)學(xué)科是一門(mén)快速發(fā)展的學(xué)科，相關(guān)工具軟件更新?lián)Q代頻繁，學(xué)生普遍忽略對(duì)基礎(chǔ)的掌握，反而熱衷于當(dāng)前的熱點(diǎn)領(lǐng)域。且編譯原理課程所涉及領(lǐng)域較多，如匯編語(yǔ)言、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程理論等。同時(shí)，該課程比較抽象、算法設(shè)計(jì)復(fù)雜，學(xué)生普遍缺乏興趣。加之該課程相關(guān)章節(jié)之間聯(lián)系緊密，一旦其中某個(gè)章節(jié)掌握不牢，后續(xù)章節(jié)不容易跟上節(jié)奏。因此，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐中遇到的以上諸多問(wèn)題，提出將KM教學(xué)法[1-2]引入到編譯原理課程的教學(xué)中。嘗試構(gòu)建編譯原理課程的知識(shí)邏輯架構(gòu)圖以及相應(yīng)思維導(dǎo)圖，并將它們貫穿到整個(gè)課程的課堂教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)編譯原理課程學(xué)習(xí)的積極性，提高課程教學(xué)質(zhì)量[3-4]。

1.KM 教學(xué)法介紹

KM教學(xué)法是楊炳儒教授經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的一種創(chuàng)新型的教學(xué)方法，基本思想是首先掌握課程的總體架構(gòu)，然后再去了解課程中的每一部分，最后再?gòu)目傮w上去把握。KM 教學(xué)法中的KM分別是“知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)”（Knowledge Logic Structure，KM）與“思維導(dǎo)圖”（Mind Mapping，MP）的英文字母開(kāi)頭的縮寫(xiě)。其中知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)區(qū)別于教材中固有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，是跨越章節(jié)的、橫向的基本思維形式。MP是一種具有發(fā)散思維的表達(dá)轉(zhuǎn)換過(guò)程，學(xué)生能夠借助MP來(lái)提高思維的能力。并且隨著學(xué)生思維不斷的深入，可以逐漸建立一個(gè)有意義的思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖體現(xiàn)了大腦的自然思維方式，能讓多種觀點(diǎn)自然地在MP圖上進(jìn)行表達(dá)，加強(qiáng)記憶。可以在創(chuàng)建思維導(dǎo)圖的過(guò)程中使用不同顏色、不同形狀，使得負(fù)責(zé)邏輯思維、詞匯表達(dá)、數(shù)字運(yùn)算的左腦結(jié)合負(fù)責(zé)直覺(jué)、創(chuàng)造力和想象力的右腦，并進(jìn)一步激發(fā)右腦的潛能。

KM教學(xué)法其本質(zhì)就是：將知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)與MP相融合的全新教學(xué)方法，是一種分類(lèi)、推導(dǎo)、證明、反駁、歸納相結(jié)合的思維導(dǎo)圖，并通過(guò)這種方式去組織整個(gè)教學(xué)過(guò)程的一種教學(xué)方法[5-9]。

2.KM教學(xué)法基本模式

KM教學(xué)法基本模式是按照搭建粗框架、展開(kāi)填充、啟發(fā)誘導(dǎo)、按照章節(jié)、跨章節(jié)的步驟展開(kāi)。

（1）首先給出按章節(jié)的總體粗框架結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)各章節(jié)之間的內(nèi)容聯(lián)系。（2）本著精煉的原則，按照章節(jié)展開(kāi)重點(diǎn)、突出難點(diǎn)、呈現(xiàn)關(guān)鍵內(nèi)容。（3）遵循思維導(dǎo)圖等形式，并開(kāi)展啟發(fā)式的誘導(dǎo)。（4）按照KM方法建立邏輯夾頭，按照章節(jié)的形式凝練出總體架構(gòu)，體現(xiàn)豐富生動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)，展示它們之間的復(fù)雜內(nèi)在聯(lián)系。（5）對(duì)于具有邏輯聯(lián)系的章節(jié)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)擴(kuò)展性、跨章節(jié)的KM來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。

該模式也體現(xiàn)了教學(xué)過(guò)程中交互的“薄-厚-薄”模式。即從加涅提出和發(fā)展的信息加工方面來(lái)看，先給學(xué)生“薄”的信息感受，快速建立全局的整體框架;再進(jìn)行逐步展開(kāi)予以擴(kuò)充，啟發(fā)誘導(dǎo)形成“厚”的涵蓋核心內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵）的信息載體;最后使學(xué)生從厚重的載體中構(gòu)建出充滿(mǎn)了豐滿(mǎn)內(nèi)在聯(lián)系的“薄”的總體架構(gòu)[10-12]。

總括出的知識(shí)系統(tǒng)可以用“圖表”的形式概括，具有結(jié)構(gòu)清晰、融會(huì)貫通、直觀形象等特點(diǎn)。通過(guò)它，可以使我們對(duì)知識(shí)的全貌有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)，并且厘清所歸納出的幾條線索;這樣只要牽動(dòng)一點(diǎn)就可以帶動(dòng)一串，便于記憶與運(yùn)用。按照這種模式組織的教學(xué)過(guò)程，可以使學(xué)生不斷取得認(rèn)識(shí)上的“飛躍”[13-15]。

3.KM教學(xué)法在編譯原理課程中的應(yīng)用

編譯原理是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，課程要求學(xué)生了解計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言流程序被計(jì)算機(jī)接受、掃描、詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義解釋執(zhí)行的原理與過(guò)程;掌握編譯的原理和基本算法、各種概念和語(yǔ)言描述。

以清華大學(xué)出版社出版的《編譯原理》第三版為例，全書(shū)主要內(nèi)容共分10章，按邏輯功能不同可將編譯過(guò)程劃分為五個(gè)基本階段，分別是第一章的引論，第二章、第三章的詞法分析，第四章～第六章的語(yǔ)法分析，第七章、第八章的語(yǔ)義分析和中間代碼生成，第九章、第十章目標(biāo)代碼生成和優(yōu)化組成，基本知識(shí)點(diǎn)的邏輯架構(gòu)如圖 1所示，通過(guò)該架構(gòu)圖可以非常直觀地了解編譯原理課程的整個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系，方便學(xué)生建立整體框架，做到通過(guò)“薄”的內(nèi)容建立骨架結(jié)構(gòu)。與此相對(duì)應(yīng)，我們將整個(gè)編譯過(guò)程的編譯程序劃分為五個(gè)邏輯階段（即五個(gè)邏輯子過(guò)程），如圖 2所示。

其中，詞法分析任務(wù)是分析和識(shí)別單詞，并以某種編碼形式輸出。其中單詞是語(yǔ)言的基本語(yǔ)法單位，一般語(yǔ)言有四大類(lèi)單詞分別為：①語(yǔ)言定義的關(guān)鍵字或保留字;②標(biāo)識(shí)符;③常數(shù);④分界符（運(yùn)算符）。

語(yǔ)法分析任務(wù)是根據(jù)語(yǔ)法規(guī)則（即語(yǔ)言的文法），分析并識(shí)別出各種語(yǔ)法成分，如表達(dá)式、各種說(shuō)明、語(yǔ)句、過(guò)程、函數(shù)等，并進(jìn)行語(yǔ)法正確性檢查。

語(yǔ)義分析任務(wù)：對(duì)識(shí)別出的各種語(yǔ)法成分進(jìn)行語(yǔ)義分析，并產(chǎn)生相應(yīng)的中間代碼。生成中間代碼的目的：? ①便于進(jìn)行優(yōu)化處理;②便于編譯程序的移植和重用。

由語(yǔ)法分析識(shí)別出賦值語(yǔ)句，語(yǔ)義分析首先要分析語(yǔ)義上的正確性。根據(jù)賦值語(yǔ)句的語(yǔ)義，生成中間代碼。即用一種語(yǔ)言形式來(lái)代替另一種語(yǔ)言形式，這是翻譯的關(guān)鍵步驟。

由中間代碼很容易生成目標(biāo)程序（地址指令序列）。這部分工作與機(jī)器關(guān)系密切，所以要根據(jù)特定機(jī)器進(jìn)行。

通過(guò)該編譯過(guò)程邏輯結(jié)構(gòu)可以方便學(xué)生掌握在編譯的每個(gè)階段，編譯器分別執(zhí)行了什么操作、其對(duì)應(yīng)的輸入、輸出分別是什么，每個(gè)階段的前驅(qū)步驟和后繼步驟分別是什么，達(dá)到進(jìn)一步豐富骨架、填充肌肉而實(shí)現(xiàn)“厚”的目標(biāo)。

所謂編譯過(guò)程是指將高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯為等價(jià)目標(biāo)程序的過(guò)程。根據(jù)編譯程序各部分功能不同，可將編譯程序分成前端和后端（圖3）。編譯前端：與源語(yǔ)言有關(guān)，與機(jī)器無(wú)關(guān)的優(yōu)化。編譯后端：與目標(biāo)機(jī)器有關(guān)，與目標(biāo)機(jī)有關(guān)的優(yōu)化及目標(biāo)代碼產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)編譯前端后端的梳理，可以進(jìn)一步梳理總結(jié)編譯過(guò)程的邏輯結(jié)構(gòu)，通過(guò)梳理厚的“薄”框架，讓學(xué)生進(jìn)一步建立基本框架。通過(guò)以上三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)了“薄—厚—薄”整個(gè)流程的閉環(huán)，建立整體形象;使學(xué)生從厚重的載體中構(gòu)建出充滿(mǎn)了豐滿(mǎn)內(nèi)在聯(lián)系的“薄”的總體架構(gòu)。

4.結(jié)論

針對(duì)理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大的 “編譯原理” 課程，文章創(chuàng)造性地提出了基于KM教學(xué)法的課程教學(xué)改革具體方法。KM方法更利于學(xué)生了解和掌握編譯原理相關(guān)知識(shí)及其之間的聯(lián)系，并且，今后的課程實(shí)踐教學(xué)中，我們將更多地使用KM教學(xué)法來(lái)進(jìn)一步提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

鄒長(zhǎng)軍（1987年-），男，講師，博士，主要研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。