高雪瑶 张春祥 李成严 郭红 高尚民

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目“‘新工科背景下面向OBE的编译原理课程线上、线下一体化教学模式研究与实践”（SJGY20220316）

第一作者简介：高雪瑶（1979-），女，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，副院长，博士研究生导师。研究方向为图形图像处理与自然语言处理。

*通信作者：张春祥（1974-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士，教授。研究方向为图形图像处理与自然语言处理。

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

摘  要：该文剖释计算机专业编译原理教学中存在的问题。为适应人才培养和就业需求，面向OBE理念，设计编译原理教学大纲，构建编译原理课程体系，创建线上线下融会贯通的一体化教学模式，实施项目驱动的实践教学，制定编译原理课程考核评价体系。将学生从知识的被动接受者转为主动获取者，提高编译原理课程的教学质量和学生的动手能力。

关键词：编译原理；OBE理念；教学大纲；课程体系；教学质量

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：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

随着全球经济的快速发展，我国产业结构正在不断地进行调整和优化。产业结构的升级需要高质量的工程技术人才。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。工程教育专业认证的核心就是要确保工科专业的毕业生达到行业认可的质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。OBE（产出导向）理念是工程教育认证的核心理念，其目标是要保证专业教育质量和专业教育活力。哈尔滨理工大学立足“双一流”建设，面向OBE理念，注重专业培养与社会需求接轨，不断优化课程体系以提高学生的就业竞争能力。编译原理是计算机专业的一门重要的专业课程，是一门融合多门计算机专业课的综合性课程。注重培养学生利用计算机原理与技术来解决复杂工程问题的能力，注重培养学生根据具体问题，选择研究路线和设计实现方案的能力，为学生职业发展提供重要的支持。

“双一流”建设对编译原理教学提出了新要求，要求学生掌握编译知识，深刻理解编译器背后的实现机理，灵活运用编译技术来解决现实中的实际问题，满足学生的就业需求，为学生从事科学研究工作提供帮助。

一  编译原理教学中存在的问题

编译原理是计算机专业的一门专业核心课，是离散数学、程序设计基础、计算机组成原理和数据结构等课程的综合应用。通过学习编译原理这门课程，能够深入理解、巩固、运用这些课程的知识点。同时，在软件项目开发和科研工作中，编译技术都是必不可少的。

在编译原理课程中，存在着很多抽象的理论知识和复杂的实现技术，诸如形式语言理论和自动机理论、算符优先分析和LR分析技术。这些理论知识和实现技术是极其抽象的和难于理解的。如果仅凭课堂讲授知识和有限学时的实验上机，很难使学生掌握编译的核心，更不要说编译知识的实际应用了。在授课过程中，课堂讲授和实验上机往往相互割裂，使学生产生“学而无用”的懈怠思想，难以达到理想的学习效果。在授课过程中，过于注重理论知识的讲解，所进行的实验教学内容片面，缺乏对编译知识体系的整体支撑，很难让学生从程序实现机理上去理解和掌握编译知识，从而导致学生做实验的效果并不理想，学生对编译原理知识的学习也只是停留在公式和定理上。编译原理课程的教学模式单一，以老师讲授知识为主，学生被动学习和接受知识，教学方法缺乏多样性和有效性。在单一的教学模式和教学方法的培养下，学生不能深刻地理解编译知识背后的原理与逻辑，更谈不上在实际工程中加以应用了。现有的编译原理课程的考核机制过于片面，不够灵活具体。编译原理涉及大量的理论知识和算法设计，仅以期末一张卷和实验成绩难以衡量学生对编译知识与技术的掌握情况。在授课过程中，师生互动不够充分，学生从来不提问题，学生失去了学习编译原理课程的兴趣。学生厌倦了编译原理课程的学习，不会的知识点积累得越来越多，从而导致了学生提不出问题，更谈不上应用所学过的编译技术去解决实际问题了[1]。

在编译原理的学习过程中，很多学生缺乏主动性和积极性，课堂内对课程学习感到厌倦，课堂外缺少对编译技术的追综与探索。最终的结果只是通过了期末考试，根本没有学习到编译技术的本质与核心，没有掌握运用编译技术来解决实际问题的能力。

二  面向OBE理念的编译原理教学改革

根据工程教育认证的OBE核心理念，以提高学生学习成效为目标，给出了以下的编译原理教学改革方案。

（一）  基于OBE理念的编译原理教学大纲设计

编译原理是计算机科学与技术专业的核心课程，具有理论性、设计性与实践性相结合的特点。依据工程教育认证标准，教学大纲的设置应遵循该课程在“课程支撑毕业要求”矩阵中的支撑点。矩阵规定了编译原理课程必须完成的教学任务。编译原理课程的教学内容、课程体系、教学手段就是为了完成教学任务设置的。在OBE理念的指导下，将以学生为中心作为出发点，将促进学生有效学习作为教学设计的目标，将学习效果作为检验学生学习好坏的主要依据，设计编译原理教学大纲。同时，根据学生的具体特点、教学目的、教学环境选择合适的教学手段和教学方法。

（二）  将OBE理念融入编译原理课程体系的构建过程

根据教学目标来设计编译原理课程的课程体系。教学内容包括编译原理的理论知识，例如，文法和语言、词法分析、自顶向下语法分析、自底向上优先分析、LR分析、语法制导的语义计算、静态语义分析和中间代码生成、运行时存储组织、代码优化和目标代码生成。同时，包括编译原理的算法设计，例如，词法分析程序的设计、不确定的有穷自动机（NFA）到确定的有穷自动机（DFA）的转化、不确定的有穷自动机（NFA）的确定化和DFA的最小化、LL（1）文法的判别、算符优先分析算法和LR（0）分析。在构建编译原理课程体系时，应该结合OBE理念的教学手段[2]，以启发式教学方法为主，附以必要的互动教学手段，以设计开发编译器为驱动，融会贯通多个编译知识点，综合穿插多个算法设计，联合运用多项编译技术来解决具体问题以激发学生学习的主动性。要以学生掌握编译技术为中心，以培养学生编译思维和提高学生程序设计能力为目的，通过开发编译器来巩固学生所学到的编译知识，通过自主学习使学生掌握编译技术，从而由被动学习者变为主动学习者。综合使用腾讯会议、钉钉直播课程、MOOC课堂、超星直播课程、QQ群和微信群建立线上[3]和线下[4]一体化教学模式。融合翻转课堂教学法、启发式教学法、案例教学法、对比教学法、讨论法、练习法、直播教学法、录播教学法、自主学习法及阅读指导法提高学生编译原理课程的学习成效。在教学大纲中给出编译原理课程中词法分析和语法分析大作业的设计要求，将课堂所传授的理论与大作业紧密结合，以提高学生的实际动手能力。

（三）  创建线上线下融会贯通的一体化教学模式

面向OBE的人才培养理念要求我们在编译原理的授课过程中，必须坚持教、学、做一体化的原则，将整个教学过程从“以教师为主”转变为“以学生为主”。不但教师和学生之间需要教学互动，而且学生和学生之间也需要教学互动，使学生通过持续学习，深入理解编译原理的知识原理和掌握相关的编译技术。编译原理的教学活动主要包括线上和线下两种形式。在编译原理的线上教学活动中，主要是通过各种形式的网络学习和在线互动掌握编译的相关知识与技术，例如，腾讯会议授课、钉钉直播课程、MOOC课堂[5]、超星课程、QQ群答疑和微信讨论等教学形式。在编译原理的线下教学活动中，主要是通过面对面的师生交流来获取编译的相关知识与技术，例如，课堂授课、项目实践、翻转课堂、实验教学和课后答疑等。编译原理线上线下一体化教学模式如图1所示。

编译原理的线上教学活动与线下教学活动相辅相成，融会贯通，相互融合，彼此促进，使学生更好地掌握了编译的原理知识与实现技术。各个线上教学活动和线下教学活动没有彼此独立的界限，例如，QQ群答疑与课后答疑是讨论答疑解答学生困惑的两种不同的线上和线下教学活动。

在线上线下一体化教学活动中，应以学生作为主体，采用多种教学形式，让学生从被动地掌握编译知识变为主动地学习编译理论。使学生由编译技术的被动接受者变为编译工具的主动构建者，切实保证学生在编译原理知识传授与学习过程中的主体地位。采用课堂授课和腾讯会议授课完成知识的传授，同时，录制所讲授的课程。在钉钉中直播所录制的课程，让学生做好预习和复习工作。MOOC课堂、超星课程提供丰富和经典的教学资源[6]，指导学生选择性观看。在观看MOOC课堂、超星课程时，通常要精确到小节课程，以提高学生的学习成效。利用翻转课堂让学生带着问题来更好的学习。通过项目实践和实验教学来设计开发编译工具，以加深学生对编译原理知识的理解和编译技术的掌握。利用QQ群答疑、微信讨论、课后答疑等形式，让老师利用多种通信工具进行直接与间接、线上与线下的交流，为学生解答疑难问题。

（四）  项目驱动的实践教学

编译原理是一门专业性和实践性极强的课程。整个编译原理课程的知识点都围绕着一个编译器而展开。编译器主要包括词法分析器、语法分析器、语义分析器、中间代码生成程序、中间代码优化程序和目标代码生成程序。讲解文法和语言、词法分析等教学内容，主要是为了实现词法分析器；讲解自顶向下语法分析、自底向上优先分析、LR分析等教学内容，主要是为了实现语法分析器；讲解语法制导的语义计算、静态语义分析等教学内容，主要是为了实现语义分析器；讲解中间代码生成、运行时存储组织等教学内容，主要是为了实现中间代码生成程序；讲解代码优化等教学内容，主要是为了实现中间代码优化程序；讲解目标代码生成等教学内容，主要是为了实现目标代码生成程序。学习编译原理最好的方式是结合教师课堂讲授的知识设计开发编译器。通过分解编译器，逐步运用所学过的相关知识与技术来完成编译器各个组成模块的设计开发工作。让学生在编译器设计与实现中，深刻地理解所学过的编译知识及其背后的运行机理。实践教学活动包括大作业、实验课[7]、项目实践[8]。在大作业中，给学生一个高级程序语言的词法规范，要求学生设计实现该高级程序语言的自动分词工具；在实验课中，给学生高级程序语言的语法规范，要求学生设计实现该高级程序语言的自动语法分析工具；在项目实践中，要求学生设计实现该高级程序语言的编译器。项目实践是以大作业和实验课的结果为基础进行的，三者相辅相成，绝不重复。

（五）  基于OBE的编译原理课程考核评价

基于OBE的编译原理课程考核评价[9]的目标是：综合平时成绩与期末成绩，结合理论考核与实践考核，从多角度出发，采用多种形式度量学生学习掌握编译原理的知识与技术情况，以促进学生更有效地学习编译原理这门课程。

结合哈尔滨理工大学计算机科学与技术专业的实际情况，遵循OBE理念，其课程考核对课程目标的支撑见表1。其中，课程目标1、课程目标2、课程目标3如下。

课程目标1：能够基于编译程序构造的一般原理，通过文献研究等方式，针对某种高级语言编译程序的解决方案进行调研。

课程目标2：能够根据某种高级语言的语法规则，选择词法分析方法和主要实现技术，设计词法分析程序。

课程目标3：能够基于编译的一般过程，利用词法分析、语法分析、语法制导翻译、有穷自动机和正则表达式等编译理论和方法，结合计算机语言处理系统中各种通用的分析和翻译技术，设计特定语言的编译程序。

编译原理课程考核包括形成性评价和期末考核评价。其中，形成性评价占40%，期末考核评价占60%。

在教学过程中，随时了解学生的学习情况，根据学生的反馈作出教学调整，促进学生更好地学习，与编译原理教学过程同步进行形成性评价。形成性评价主要包括课堂表现、大作业、项目实践和实验[10]等。其中，课堂表现包括课堂讨论、学生笔记、回答问题等。

期末考核评价既要重视考察学生对编译原理的基本概念、基本方法、基本原理的掌握程度及灵活应用能力，又要考察学生的综合运用编译技术分析和解决实际问题的能力。

期末考试题型主要包括基本概念、原理理解、运用题型、综合分析和设计题。

三  结束语

为提高编译原理课程的教学质量，本文基于OBE理念设计了教学大纲，将OBE理念融入课程体系的构建过程，创建了线上线下融会贯通的一体化教学模式，实施了项目驱动的实践教学，制定了基于OBE的课程考核评价体系。将教学设计应用于哈尔滨理工大学计算机专业的编译原理教学之中，教学实践表明，学生能够更好地理解编译知识，更好地掌握和应用编译技术，实际动手能力得到了提升。

参考文献：

[1] 聂文梅，宋晓霞.基于对分课堂的编译原理混合教学改革[J].计算机教育，2023（10）：107-111.

[2] 刘兵，刘明明.面向工程教育专业认证的实例化驱动混合教学模式的探索与实践——以“编译原理”课程为例[J].工业和信息化教育，2021（1）：32-37.

[3] 韩玉艳，王玉亭，李成友.浅谈编译原理“互联网+”线上多样化教学[J].大学教育，2021（7）：95-97.

[4] 李军辉，黄红妹.《编译原理》课程教学分析和策略安排[J].电脑知识与技术，2020，16（28）：132-133.

[5] 陈义仁，王一宾.编译原理MOOC的教学设计与实践[J].福建电脑，2020，36（1）：44-45.

[6] 刘洪娟，宋经平，韩春燕.编译原理慕课建设与混合式教学设计[J].计算机教育，2020（4）：98-101.

[7] 万新燕，时招军.编译原理实验教学设计[J].教育教学论坛，2019（8）：261-262.

[8] 王中卿，朱培培.层次化精准编译原理实践教学[J].电脑知识与技术，2020，16（20）：158-159.

[9] 蒋宗礼，姜守旭.编译原理课程的教学目标设定与表述[J].计算机教育，2019（11）：1-4.

[10] 余芳，王晓明，赵森.基于创新思维培养的编译原理实验教学改革[J].大学教育，2019（12）：45-47.