编译原理课程信创与思政元素的融合探索
摘 要:以计算机专业核心课程编译原理中编译器的设计与开发为例,阐述计算机专业上机编程环节不仅实现理论与实践相结合,而且融入信创和思政元素,探索出理论、实践、思政三位一体的新的教学方式。
关键词:编译原理;编译器;课程思政;教学设计
0 引言
大学计算机专业的人才培养目标是面向计算机及相关应用领域,系统掌握计算机科学基础理论和实践应用技术,培养具有创新能力和实践能力、具备国际视野以及交叉学科专业知识的高层次人才,它是落实“数字中国”人才培养战略的主要途径之一[1]。培养学生具有强国意识、自主创新精神、追求卓越的工匠精神等方面的素质至关重要,它关系到“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这个根本宗旨[2]。因此,计算机专业课程思政是题中应有之意。
上机编程实践是众多计算机专业课程的重要教学环节,有效的编程实践不仅能加深学生对理论知识的理解、提高学生的应用能力,也是开展信创、落实思政育人的良机[3]。本文以编译
原理课程为例,采用自主开发编译器的任务驱动模式,将计算机关键核心技术受制于人的现实问题与科技自立自强、创新强国等课程思政元素融入教学过程,适用于应用型和创新型本科教学研究。
1学情分析与目标设计
编译原理是计算机专业的核心必修课,面向计算机专业大三学生。由于信息技术的急速发展,计算机专业不断增设新课程,造成课程平均课时减少、教学内容广而不深,学生学习压力增大、知识能力掌握不牢靠等多种问题。因此,大多数大三学生依旧缺乏完整的编程项目开发的基本技能,尚未确立“为何而学”的目标与情怀,很少掌握自主创新和科学深究的方法与能力。针对上述情况,基于“知识-能力-素养”目标模型,设置如下课程教学目标:
(1)知识:理解形式语言、自动机理论的主要概念和语法制导翻译的方法,能够清晰描述编译器的设计思路。
(2)能力:能够根据文法定义自主设计与开发一个前端编译器,能够自行测试并说明编译器的正确性,能够自行探索并添加新的功能。
(3)素养:了解计算机科技以及核心技术在我国数字化转型背景下,建设科技强国“数字中国”的重要性,树立科技自立自强意识,增强创新能力,培养追求卓越的工匠精神。
2 教学原则与方法设计
(1)通过理论教学让学生掌握编译器相关理论和技术,从国家政策背景、国际形势和行业现状三大方面挖掘思政元素:
政策背景: 提炼《国家创新驱动发展战略纲要》、《中国制造2025》、《“十四五”国家信息化规划》、《“十四五”数字经济发展规划》、《数字中国建设整体布局规划》等国家战略规划中信创政策重点,使学生知道个人所学只有融入国家建设发展的滚滚洪流才有前途和价值,明确科技强国的目标,激发“强国有我”责任感。
国际形势: 整理相关新闻和事例,例如中美地缘政治冲突,贸易摩擦和高科技产业的技术封锁,以叙述性形式启发学生意识到关键核心技术“卡脖子”问题的严重性,认识到关键核心技术是买不来、要不来的,必须依靠科技自立自强,理解本案例设计的自主研发国产编译器可为新一代计算机专业大学生的责任担当铺垫基础,是走“我们自己可掌控、可研究、可发展、可生产” 信息技术应用创新发展之路的必然之选。
行业现状: 整理国内外编译器相关产品信息,例如gcc、yacc、llvm、华为方舟编译器、计图(Jittor)、QuanTaichi等,让学生自行对比自制编译器和先进编译器的差距、知不足,从而激发学生不断加强学习,发扬追求卓越的工匠精神。
通过上述案例,让学生了解国家发展战略和科技自立自强政策背景、知晓国家未来科技创新和信息技术应用创新的任务和方向、知道自己将来的责任和努力方向、了解全球编译器上游核心关键技术的发展以及国产编译器研发状况、了解技术封锁的现状,让学生认识到科技自强的必要性、激发“强国有我”的责任感。
(2)通过上机操作锻炼学生设计、开发编译器的实践能力。根据《上机指导书》要求,独立自主开发一个简易的编译器,能够自行探索并添加新的功能,并在《实验报告》中阐述设计思路。
(3)进行综合考核。通过个人答辩展示成果,能够自行测试并说明编译器的正确性,并思考自身技术的不足和有待进一步深入学习和改进的地方,到自身掌握的知识和技术与世界前沿技术的差距,培养奋发图强、追求卓越的工匠精神。
3 教学资源与思政资源的融入方式
(1)《上机指导书》电子文档:结合政治背景和国际形势,明确上机目的和任务;提供源语言的文法、教学资源列表与使用方法;明确提交形式、考核要求与考核流程;提供外部资源链接。
(2)《实验报告》电子文档:包括三道论述题分别描述词法分析程序、语法分析程序和语义分析程序的设计思路,一道自选思考题(例如新功能的设计思路、检验翻译结果是否正确的思路与方法、上机过程中遇到的难题和解决步骤等)的论述,一份自我评价表(可包括自制编译器性能测试量表、先进编译器的对比量表、意识变化调查量表、满意度调查量表、心得与体验论述等)。
(3)教学辅助软件:源代码生成器、样例编译器、文件格式检测软件、代码查重软件。
(4)导言微课视频:采用课件展示形式,口头解释理论课程和上机课程的关联、介绍行业现状、解释《上机指导书》的内容、《实验报告》的填写要求、源代码生成器和样例编译器的使用方法以及上机教学整体流程。二次元编程教学视频步骤
(5)编程教学视频:采用电子板书和代码演示,选取局部上机文法,从编程环境搭建开始,逐步演示设计思路、代码编写、调试检测的完整步骤。
4 评价与成效
经过三个学期的实践,本课程教学模式得到学生的普遍认同和好评。本课程获校级教学竞赛特等奖的荣誉,并获得校级本科课程思政示范课程建设项目和校级课程思政工作室开放课题资助。上机实践环节的班级平均达成度在0.89至0.97之间,即使不强制学生学习教程资源,资源的观看率也超过了70%、人均观看时间超过了950分钟。通过配备充足的教学资源、明确的考核方案以及充足的完成时间,极大的提升了上机实践的可行性,充分调动了学生的实践意欲。同时,答辩过程中也发现有学生通过对比行业编译器,自行探索并实现了动态编译、临时变量优化、自动纠错或后端对接等优秀的原创功能,说明本案例对培养工匠精神和创新能力有积极作用。
5 结语
编译器的设计与开发是编译原理课程的主要实践教学环节。本文跳出教材的局限,将当今政治背景、国际形势和行业形势与学生自主开发编译器的教学任务相结合,提出了让学生了解计算机科技以及编译器核心技术在社会主义现代化国家新征程建设中与数字中国、科技强国建设的关系,树立科技自立自强意识,增强信息技术创新能力,培养追求卓越的工
匠精神的课程思政教学方法,为编程实践类课程开展课程思政建设提供了借鉴。
参考文献
[1]孙涵,袁伟伟,黄圣君,等.计算机类专业创新型人才培养探索[J].计算机教育,2021(04):85-87+97.
[2]高宁,王喜忠.全面把握《高等学校课程思政建设指导纲要》的理论性、整体性和系统性[J].中国大学教学,2020(09):17-22.
[3]那俊,李丹程.课程思政在计算机类课程中的探索与实践[J].中国大学教学,2021(03):48-51.
基金项目:南京工业大学智能制造课程思政工作室开放课题(ZNZZSZ09)
版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198,我们将在24小时内删除。
发表评论