面向軟件工程專業(yè)工程化改造“編譯原理”課程

1、面向軟件工程專業(yè)工程化改造“編譯原理課程面向軟件工程專業(yè)工程化改造編譯原理課程摘要:本文闡述了計算機學科編譯原理課程在軟件工程專業(yè)進展工程化改造的方法和必要性,創(chuàng)立了編譯原理課程工程化理論教學體系,提出了知識的先期注入、工程化編譯理論以及階梯狀迭代工程理論工程的教學方法,從根本上解決了該課程教、學、理論中存在的難講授、難理解和難開發(fā)的三難問題,為其他計算機學科核心課程面向軟件工程專業(yè)的工程化改造提供了一定的理論根據(jù)。關(guān)鍵詞:編譯原理;軟件工程;工程化;知識先期注入;工程化編譯理論;階梯狀迭代教學法中圖分類號:G642文獻標識碼:B作為信息產(chǎn)業(yè)的核心和國民經(jīng)濟信息化的根底,軟件產(chǎn)業(yè)日益受到國家的

2、高度重視。權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,我國軟件產(chǎn)業(yè)每年人才需求量近一百萬,然而令人為難的是,許多軟件企業(yè)卻招聘不到真正適宜的軟件人才。信息社會不斷增長的軟件人才需求與優(yōu)質(zhì)軟件專業(yè)教育供應缺乏的矛盾已成為計算機高等教育開展面臨的一個重要問題。2001年12月,經(jīng)國家教育部和國家計委結(jié)合發(fā)文批準,全國首批35所示范軟件學院正式成立,目的是批量培養(yǎng)具有國際競爭才能的高層次、應用型、復合型軟件工程人才。自示范軟件學院成立以來,我國軟件工程教育事業(yè)得到了很大開展,學科建立逐步走向成熟,初步實現(xiàn)了與國際學科開展的接軌,軟件工程教育實現(xiàn)了歷史性跨越。然而,軟件工程是一個迅速開展的穿插性學科,相關(guān)的新概念、新技術(shù)、新方法不

3、斷涌現(xiàn),這就要請教育機構(gòu)要不斷調(diào)整策略,以應對專業(yè)的快速變化。尤為突出的是,無論是全國首批35所示范軟件學院還是非示范軟件學院,大局部都根植于計算機學院,因此很多軟件工程專業(yè)學科課程體系與計算機科學與技術(shù)專業(yè)根本相似,而計算機科學與技術(shù)專業(yè)的教學內(nèi)容是遠遠不能適應軟件工程學科的開展要求的。從根本上解決上述問題的關(guān)鍵是,結(jié)合中國軟件產(chǎn)業(yè)和軟件學院已有的硬、軟件根底設施及辦學的詳細情況,研究和定制合適本學院特色的軟件工程學科的課程設置、教學內(nèi)容、教學方法,形成一個良好的軟件工程學科課程體系,使軟件工程教學更具先進性、目的性和系統(tǒng)性,其中對計算機科學核心課程的工程化改造勢在必行。本文將研究計算機學科

4、的編譯原理課程在軟件工程專業(yè)如何進展工程化改造,怎樣創(chuàng)立合適軟件工程專業(yè)知識體系要求的編譯原理理論教學,從而在科學的軟件工程學科課程體系的保證下,形成一個融根底理論、實驗教學、工程理論為一體的整體化培養(yǎng)機制,以適應軟件工程學科教學要求,使軟件工程學科教學質(zhì)量得到不斷開展,使軟件工程專業(yè)教育得到安康穩(wěn)步開展,培養(yǎng)社會需要的軟件人才。1編譯原理的工程化理論教學體系1.1教育教學理念工程化理論教學就是樹立工程化才能培養(yǎng)與根底理論教學、專業(yè)才能培養(yǎng)并重的教學理念,把工程化教學作為人才培養(yǎng)的核心任務之一,通過全面改革軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)形式、調(diào)整課程體系、充實教學內(nèi)容、改良教學方法,在教學過程中全面表

5、達才能和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的思路,并將軟件工程知識內(nèi)容由淺入深、階梯狀、循序漸進地貫穿在工程化理論教學的各個開發(fā)工程中?；谏鲜鲕浖こ虒I(yè)的知識體系、本科課程設置的指導原那么以及工程化理論教學教育教學理念,下面將給出編譯原理課程的工程化理論教學體系。1.2編譯原理的工程化理論教學體系如圖1所示,編譯原理課程的工程化理論教學體系由六個局部組成:編譯原理課程工程化理論教學環(huán)境、編譯原理理論教學、軟件工程才能培養(yǎng)、階梯狀迭代工程理論工程、配套教材和評價體系。構(gòu)建理念為以計算機科學為根底,以軟件工程為核心,以目的應用為導向。論文聯(lián)盟.Ll.1.2.1編譯原理課程工程化理論教學環(huán)境編譯原理課程工程化理論教學

6、環(huán)境由實驗室、工程團隊、老師講座以及團隊匯報組成。(1)實驗室。以工程化培養(yǎng)理念指導教學實驗室建立,為編譯原理課程工程化理論教學提供強有力的根底設施支持。提供全天開放機房,機房實行開放型管理。工程開發(fā)時間規(guī)定為開時間和閉時間,閉時間為固定時間,要求授課老師到機房現(xiàn)場指導,開時間內(nèi),學生可以自由選擇時間,以小組為單位進展自行討論、設計,要務實驗室人員在現(xiàn)場,以便解決設備問題。機房的使用和維護要有嚴格的管理制度,保證工程的順利完成。(2)工程團隊。將45個學生分為一個工程小組,一名組長作為負責人;每名學生分配一臺微型計算機,在開發(fā)小組中以分工協(xié)作的方式完成指定的軟件開發(fā)任務,完成工程設計報告,并提

7、交完好的軟件開發(fā)文檔和源代碼。學生在團隊環(huán)境下使用最新的軟件開發(fā)工具,獲得較真實的軟件開發(fā)經(jīng)歷,進步學生在工程規(guī)劃、隊伍組織、工作分配、成員交流等多方面的才能,培養(yǎng)學生團隊合作及工程工程研發(fā)才能。(4)團隊匯報。理論教學中老師唱主角,而工程化理論教學應讓學生唱主角,讓開發(fā)小組自己擬定演講方案、內(nèi)容,由老師審核修改后進展匯報演講。這樣可以有效地進步學生總結(jié)概括、研究立項、口頭表達、演講和交流溝通的才能,培養(yǎng)學生獨立考慮、分析問題的才能和創(chuàng)新才能。1.2.2編譯原理理論教學由知識的先期注入和工程化理論教學組成。(1)知識的先期注入。編譯原理課程的理論性較強,整個課程內(nèi)容由幾個功能模塊組成,學生對課

8、程的完全理解應在最后一個模塊,即課程完畢時。鑒于教學內(nèi)容的特殊性,應在一門程序設計語言之后安排釋程序的面向?qū)ο笤O計與實現(xiàn)工程,作為前導理論環(huán)節(jié),配套教材為?+實戰(zhàn):解釋程序的面向?qū)ο蟪绦蚺c設計?。這可以使學生在學習理論之前對程序設計語言的解釋執(zhí)行有較深的理解,由傳統(tǒng)的填鴨式被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自主式學習。學生對編譯原理課程的學習由問這是什么變成這是我需要的什么,從根本上解決了編譯原理課程的教學困難。理論說明,這種方法在鍛煉學生理論才能的同時先期注入了理論教學需要的解釋程序的知識和概念,有很好的教學效果。(2)工程化理論教學。編譯程序是龐大而復雜的,這使得如何介紹編譯原理本身就是一個難題。中外編譯

9、原理教材很多,假如從工程化的角度去詮釋編譯程序的實現(xiàn)過程及其原理,即對一個完好的源程序到目的程序的轉(zhuǎn)換過程進展詳細講解,不失為一個新的途徑。我們的配套教材?編譯程序的實現(xiàn)原理?的編寫形式如下:先給出編譯器的輸入一個語言小程序;再給出編譯器的輸出目的機上的目的語言,完成這樣的轉(zhuǎn)換需要進展的工作包括詞法分析、語法分析等幾個功能模塊;再針對每個功能模塊給出本模塊的輸入和輸出,如詞法分析為一個語言小程序,模塊的輸出形式為TKEN鏈表,完成這樣的轉(zhuǎn)換需要進展的工作由理論和實現(xiàn)兩局部組成。這種講述方法實現(xiàn)了五化:工程化:以對一個完好的源程序到目的程序的轉(zhuǎn)換作為教學載體介紹編譯程序的實現(xiàn)及其原理,以反映編譯

10、的工程性。模塊化:將一個完好的源程序到目的程序的轉(zhuǎn)換作為總目的,將不同的子轉(zhuǎn)換作為各個子模塊的目的,以反映編譯的模塊性。鏈接化:將一個完好的源程序到目的程序的轉(zhuǎn)換所需的知識處理成總目的與子模塊、子模塊內(nèi)所需知識點之間的鏈接,以反映編譯的整體性。需求化:將編譯原理內(nèi)容的平鋪直敘轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)一個完好的源程序到目的程序的轉(zhuǎn)換的所需知識,解決了編譯內(nèi)容的龐雜、不分主次、表達冗長的問題。形式化:將形式語言的內(nèi)容介紹放置在為完成目的所需知識的位置,突出形式語言的地位、內(nèi)容及其應用。1.2.3軟件工程才能培養(yǎng)在工程化理論教學體系中,軟件工程才能的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。軟件工程才能包括軟件需求、軟件設計、軟件構(gòu)造、

11、軟件工程根底構(gòu)造、軟件配置管理、軟件維護等知識單元。有些知識單元在早期學習,以促進學習條件的成熟;而有些知識單元的學習需要一定的成熟條件,應該放在后期講授,如階梯狀迭代工程理論工程是整個教學過程中理論聯(lián)絡實際,培養(yǎng)學生動手才能、觀察才能、分析和解決問題才能、團隊合作以及創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。把軟件工程知識單元分期、分階段引入階梯狀不同開發(fā)工程的全過程,形成了特色鮮明的工程化理論教育體系,使學生的軟件工程才能在實際工程開發(fā)中得到鍛煉和提升。編譯原理課程工程化理論工程內(nèi)容安排如表1所示。理論性、個性化、逐步工程化是工程化人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),也是學生成為合格軟件工程化人才的理論過程。以上教學組織方法既

12、保證了教學的系統(tǒng)性、知識性,又保證了教學案例的先進性和理論性。1.2.4階梯狀迭代工程理論工程編譯器代碼的長度可從10000行到1000000行不等,編寫甚至讀懂這樣一個程序都非易事,更何況是開發(fā),因此編譯器的實現(xiàn)比以前任何課程中學生承當?shù)脑O計要大得多、難得多。縱觀國內(nèi)外大學研究現(xiàn)狀,一般都是先設計一個語言,面向過程式或面向?qū)ο笫?然后對設計的語言進展面向過程或面向?qū)ο蟪绦蛟O計方法的開發(fā),早期采用面向過程語言編譯器的面向過程開發(fā),如吉林大學計算機科學與技術(shù)學院的編譯原理理論課程編譯程序的設計與實現(xiàn),近期采用面向過程語言編譯器的面向?qū)ο箝_發(fā),或是面向?qū)ο笳Z言編譯器的面向?qū)ο箝_發(fā),如dernpil

13、erIpleentatininJava。無論哪一種,學生都是一次性為具有上百條產(chǎn)生式語法的語言開發(fā)編譯器,難度極大,這使理論課程的收效甚校采用階梯狀迭代教學法創(chuàng)立的編譯原理課程工程化理論工程從根本上解決了這個問題,配套教材為?編譯程序的面向?qū)ο蟪绦蚺c實現(xiàn)?。如圖1和圖2所示,編譯原理課程工程化理論工程內(nèi)容包括0解譯程序的面向?qū)ο笤O計與實現(xiàn),1編譯程序的面向?qū)ο笤O計與實現(xiàn),2編譯程序的面向?qū)ο笤O計與實現(xiàn),3編譯程序的面向?qū)ο笤O計與實現(xiàn)。整體工程的源語言定義為語言的子集,采用階梯狀迭代教學法后,將源語言定義為0、1、2、3,n是n-1的擴展。論文聯(lián)盟.Ll.編譯原理課程工程化理論工程的優(yōu)點有:(1

14、)起點低:降低了開發(fā)難度。學生根據(jù)自己的實際程度選擇源語言級別,有不同收效。從根本上解決了軟件開發(fā)程度低的學生對編譯程序開發(fā)望而生畏甚至放棄的問題。(2)階梯上升:工程內(nèi)容的選擇不是零散的、隨機的、重疊的,而是互相關(guān)聯(lián)的?？v向為編譯理論,是主要內(nèi)容;橫向為軟件工程,是輔助內(nèi)容。主要內(nèi)容將難點分散,處理成階梯狀;輔助內(nèi)容也將難點分散,同樣處理成階梯狀。(3)迭代開展:每一個工程需求是前一個工程的擴展,因此,每一次的軟件開發(fā)可以看作是前一次開發(fā)的迭代,使學生面對大型軟件開發(fā)工程中最難處理的用戶需求不斷變更的問題,最大程度地使用重用技術(shù)。所有工程的開發(fā)承上啟下、循序漸進、階梯狀迭代開展,為研究和學習

15、軟件消費線新技術(shù)埋下伏筆。(4)知識浸透:將軟件工程核心內(nèi)容及工程化軟件開發(fā)思想由淺入深逐步浸透到各個工程中,每個工程具有不同級別的培養(yǎng)目的,學生從不同工程循序漸進地掌握工程化軟件開發(fā)理念,降低了工程化軟件開發(fā)的難度。階梯狀迭代工程理論工程發(fā)揮了學生的主體意識,給學生足夠的空間,激發(fā)了學生的活力與創(chuàng)新思維,并培養(yǎng)了學生的三個才能(自我管理才能、組織籌劃才能、社會理論才能)和五種意識(責任意識、效勞意識、創(chuàng)新意識、團隊意識、競爭意識)。1.2.5配套教材編譯原理課程工程化理論教學配套教材共有3部,前導教材?+實戰(zhàn):解釋程序的面向?qū)ο蟪绦蚺c設計?與編譯原理理論教學知識的先期注入配套;?編譯程序的實

16、現(xiàn)原理?與編譯原理工程化理論教學配套;?編譯程序的面向?qū)ο蟪绦蚺c實現(xiàn)?與階梯狀迭代工程理論工程配套,3部教材前后關(guān)聯(lián)且各呈完好體系。本套教材為清華大學出版社編譯原理及其理論課程的工程化教學課群研究立項工程,已出版1部,另2部明年中旬出版。1.2.6評價體系編譯原理課程的工程化理論教學評價體系包括對學生工程素質(zhì)和對教學體系的評價。學生工程素質(zhì)的評價采用過程化考核管理標準,即把工程化才能和職業(yè)素質(zhì)引入學生工程素質(zhì)的評價體系,加大工程化理論環(huán)節(jié)的比重,形成專業(yè)理論知識和理論才能并重的考核體制,將期末一張試卷定成績的考評機制改為由工程化理論工程、隨堂測驗、論文、面試、考試、團隊等多種形式相結(jié)合的評價機

17、制,防止實驗抄襲現(xiàn)象。編譯原理課程考核采取理論知識和工程化理論工程完成情況的綜合考核方式,工程化理論工程根據(jù)工程設計報告、軟件開發(fā)文檔、源代碼和運行系統(tǒng)的質(zhì)量進展考核,學生成績以登記評定方式給出。教學體系的評價采用回饋化考核管理標準,即把企業(yè)回饋和畢業(yè)生回饋引入教學體系的評價。對企業(yè)和畢業(yè)生進展跟蹤調(diào)查,通過搜集企業(yè)和學生的反應指導教學和理論工程的設置和修訂,形成良性循環(huán),為進一步進步教學質(zhì)量打下堅實基矗2結(jié)論軟件工程是集計算機科學與技術(shù)、數(shù)學、經(jīng)管等多學科的穿插性學科。作為一名軟件工程教育者,我們必須建立一套具有自身特色的工程化人才培養(yǎng)體系,培育具有國際競爭力的一流軟件產(chǎn)業(yè)高級/高端人才,結(jié)合軟件工程人才的學科穿插性、側(cè)重實用、職業(yè)定位等特點,系統(tǒng)深化地研究軟件產(chǎn)業(yè)對技術(shù)型、管理型的人才需求,注重學生綜合才能和專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng),才能在計算機系統(tǒng)、軟件工具、