计算机导论-第6章专业实践环节

第6章专业实践环节

本章将探讨专'也实践与计算机科学与技术专'业课程及实验相结合的各种策略，介绍专业

实践的重要性、专业实践的内容和方法、对专业实践的支持、将专业实践与课程和实验相结

合的方法以及评估这些方法有效性的策略。

6.1专业实践的目的与重要性

在课程设置中加入专业实践环节是基于学生在校学习和毕业后事业的需要。例如用人单

位的对毕业生解决实际问题的需要、用户对高质量产品的需要、软件可用性和可靠性分析案

例的掌握以及促进毕业后终身学习的需要。通常，学生刚人校时，对这些问题并没有全面的

认识和正确的评价。随着学生对专业实践及其根本问题认识的深入，他们会对自己的研究以

及如何更好地与他人合作产生越来越浓厚的兴趣。因此，在课程中加入专业实践必将激发并

提高学生对计算机及其应用的兴趣。

6.1.1就业的需要

大多数用人单位都认为对学生进行专业实践教育很重要。据2001年的调查，用人单位对

求职者应具备的素质要求可归纳为以下10项：

①诚实和正直

②口头和书面的交流能力

③.协同工作的能力

④人际交往的能力

⑤工作的动力和主动性

⑥职业道德

⑦分析能力

⑧灵活性和适应能力

⑨计算机技能

⑩自信

社会需要的产品其缺陷越少越好，这一需求增加了将专业实践与课程和实验相结合的压

力。大量的事实已经证明，随意的软件工程技术是导致产生带有大量缺陷的产品的一个重要

因素。通常情况下，在决定同软件研究与提供方签订合同时，客户(特别是政府以及重要单位)

要求知道充分而合理的软件开发过程。为此，合同签订人必须对开发软件的流程有一个具体

的、充分的、全局的和真实的认识。如果使用方对运行得很好的软件不是很清楚，可能会产

生误解或错误，甚至会导致损失，进而要求赔偿。因此，学生需要对建立良好的客户关系有

深入的理解，对研究工作的需求达成共识，这是研究出高质量软件的基础。

IEEE和ACM都采取了很多方法来促进专业职责的建立和强化。这些方法可归纳如下：

①建立或改进会员必须遵守的职业道德规范(ACM2001,IEEE2001,SEEPP98)。一般来

说，道德规范能够促进真实性、完整性、先进性、高标准质量的持续性、公众利益的考虑以

及终身学习等；

②发起并建立直接针对道德和专业问题的社会团体。其中包括技术社会内涵协会(SSIT)

和计算机与社会特别兴趣组织(SIGCAS)等；

③提出和改进有关课程指导方针，保证课程与专业实践的结合；

④支持有关的学生组织，促进学生对专业实践认识的成熟；

⑤通过技术出版物、研讨会以及报告会等为终身专业发展提供有利的机遇。

学生应当认识到进行专业实践的重要性以及如果忽略这•方面的训练会引起什么样的不

良后果；也同样需要认识到，专业团体制定的标准规范有助于避免很多年轻的专业人士经常

感觉到的孤立感，并且能够帮助他们以更成熟和更理性的方式进行专业实践。

6.2专业实践的内容和方法

目前，课程与专业实践结合的方法很多。这些方法的一个共同特征就是设立帮助学生增

强交流能力、解决问题能力和技术技能的课程。这些技能既可以在计算机专业有关课程中培

养，也可以有选择地在一些非计算机专业课程中培养，如开设演讲课或英语写作技巧课等。

要鉴定这些方法的效果，不仅要看学生是否获取了这些技能，更要看学生能否将这些技能应

用到以后的学习和工作中去。

专业实践所能覆盖的程度依赖于制度的保证、学科机构的资源以及教职人员的利益。1999

年，美国通过ACM的SIGCSE对课程设置中应包含的专业道德规范进行了一次非正式的调

查，根据74所学校返回的调查结果显示，其中的40所学校已覆盖了足够的道德规范并符合

CSAB2000标准。尽管很多学校并不认为这•内容具有什么实质性，但该调查还是推动了超

过半数的学校这样去做。随着认证机制的更加专业化，其他学校也应该加强自己在专业实践

方面的教学内容。

专业实践还应该包含其他更多的内容，它们可以在下述有关课程中反映出来：

1.特色课程

这些课程开设在学生学习的最后一年，需要连续学习一到两个学期。通常，学生必须成

立一个工作组，共同设计并实现几个大的作业。这些作业要求学生在工作组中必须考虑现实

社会问题所涉及的开销、安全性、效率以及对后续使用人员的适应性。可以要求这些大的作

业完全由学生完成，但也允许校内外的其他有关人员参与。尽管这类课程的重点是放在作业

和学生的表现情况上，但是一些有关知识产权、版权、专利、法律以及道德规范的因素也应

属于学习和考核的范畴。

2.专业道德规范和法律课程

这些课程需持续一个学期，让学生面对专业实践的问题、道德规范的行为以及计算机法

律。所包含的内容有计算发展史、计算机对社会的影响、计算机有关的法律和道德等。

3.实习或合作课程

这一课程需要研究机构和学校的支持，在毕业前给学生一个机会参与全职或兼职工作。

至少需要一到两名负责协调的人员对该课程进行监督检查。协调员可以是一名学校一级的协

调员和一名系内的兼职协调员。学生可以在暑假期间工作，也可以在本科阶段1〜3个学期内

不连续地工作。参与实习或合作课程的学生通常需要在校外完成，有可能会影响他们在暑假

或某个学期中的学习。所以，学生应该得到一定的报酬，在某些情况下还可以计入学分。

4.团队开发课程

这些课程将重点放在软件开发过程上，通常包含一个团队项目。课程项目覆盖了软件开

发过程、软件管理、经济、风险管理、需求工程、设计、实现、维护、软件退役回收、软件

质量保证、软件标准以及协同工作等。其涉及的范围是侧重广度而非深度。

很多计算机科学与技术专业以外的课程同样也可以帮助学生进行更高层次的专业实践，

这些课程包括哲学、道德规范、心理学、商业管理、经济学、技术交流以及工程设计等。

6.3对专业实践的支持

对在课程中增加更多的专业实践可以有很多种支持方式。本节将讨论用人单位的责任、

学术环境和工作环境之间的关系、大学行政管理机构和教师等在专业实践中的作用。

6.3.1用人单位

作为毕业生的首要用户，企业和政府在帮助教育机构促进专业实践方面扮演着一个重要

的角色。在企业或政府中参与过工作的学生能够更快地培养自己处理问题的能力，而且对自

己所受的教育也会采取更严肃的态度；曾经在某个公司参与过工作的学生毕业后很有可能选

择在该公司继续工作。有了用人单位的支持，课堂内外的专业实践所覆盖的范围必然会扩大。

用人单位能够支持教育过程的重要途径之•是鼓励他们的员工积极参与对学生的培训工

作。员工们可以在很多方面提供帮助，例如：

①以顾问的角色对学生的项目工作进行指导；

②向学生和教师介绍公司的情况、目前承担的工作以及开发进程；

③做兼职助教，延展学校开设的课程内容；

④提供内部培训资料，在专业研究、开发过程或软件工具领域为学生和教师开设特别的

培训班；

⑤成立顾问团，为学生所在系和本单位提供有关学生的优势和不足等有价值的反馈信息。

无论哪种方法，都可以使用人单位内部研究机构与•教育机构之间架设起交流的桥梁，通

过交流使他们获得未来员工的信息。

用人单位也可以为加强专'也实践的发展做出自己的努力，将学生和教师带进专业以外的

环境。学生和教师到用人单位进行实地考察，逐步建立起与用人单位的良好的合作关系；经

过较长时间的合作、实习过程，学生会对自己将来的工作有更好的认识；学生的专业兴趣会

比以前更浓厚，并凭借这种兴趣发掘他们的潜力；学生也可能与用人单位建立起契约关系，

以便在毕业后到这个单位就职；对于教师，由于用人单位常常向他们咨询，因此会建立起相

互之间的高层次的信任关系。

用人单位也能为教育机构提供捐赠或资助，主要有硬件、软件、商品折扣、资金、时间

等方式。这些捐赠和资助有效地提供了资源的升级，例如，实验室硬件和软件条件的改善，

提供学生的奖学金和教师的教学科研有关费用，资助学生的编程、设计和教育性的比赛等。

有了这些资助，学校就可以完成更多的研究项目。从这个层面上讲，用人单位为计算机学科

的教育和发展起到了一定的促进作用。

总之，用人单位与教育机构的合作，无论是对于提高学生的道德水平，还是对于提高学

生的专业实践能力，都是十分必要的。

6.3.2对国内和国际工作环境的整体认识

用人单位对毕业生的需求不断增长。大多数学生则希望一毕业就能够在工作岗位顺利工

作，而不需要另外的培训。教育工作者应当尽量减小从学校的学术环境到用人单位的工作环

境的转变，可采取的方法有：

①在学术环境中模拟工作的计算环境；

②教学生如何在团队中工作；

③为学生提供重要的项目经验。

在课程设置中引进这些方法，可以了解国内和国际工作环境中的一些重要问题。

因为计算环境的快速变更和不同的环境并存，我们不可能预测学生毕业后的确切工作环

境。所以，将课程的重点放在一套特定的环境上并不可取。应当提供广泛且不同的计算平台

和软件工具，为学生将来的专业工作打下良好的基础。

学习如何在一个团队中工作是十分重要的。这不是一个自然的过程。学生应当学会在大

团队和小团队两种环境中工作，以培养计划、预算、组织和人际交往的能力。课程训练应包

括学生如何在团队内进行工作的要求，对此进行评估应基于团队成果，或基于团队成员个人

的工作成绩，或两者兼顾；团队成员的行为也是评估的•个因素。

重要项目的经验可以提高学生解决问题的能力，因为学生必须面对那些尚未定论或尚无

明确解决办法的问题。这样的项目既可以是具有可控性的课堂内训练，也可以是与校外用户

共同设立的具有某种不可预见性的项目。与专门为每个人分配某一特定的作业来锻炼学生的

基本技能相比，这样的项目更能扩展学生的视野、提高能力。另外，这些项目还可以跨越儿

个不同的知识领域，因此可以更好地帮助学生融会贯通他们获得的基本技能。

6.3.3行政管理机构和教师

行政管理机构应该对教师在专业方面的发展和活动提供支持，包括咨询、专业社团服务、

暑期交流、专业认证和资格许可、鉴定、成立有关机构、建立合作、实习学分考核、与用人

单位建立联系等。这些支持无论是对于个人还是机构整体都是很有价值的。

通过吸收采纳、改进、提高和加强有关专业社团的规范标准和专业行为标准，教师和学

生可以实现共同合作。教师应当参与到专业社团中，并帮助建立本单位的学生社团分会。这

些组织还可以开设论坛，讨论如何与将来的领导共同工作等广泛的问题。同时，这也有助于

从校外得到赞助、举办学术报告会和选择研究工作的导师。

6.4专业实践与课程设置相结合

因为在已有的课程中各种内容环环相扣，所以结合专业实践的工作必须采取谨慎而主动

的态度。例如，介绍性的课程可以主要让学生自己讨论和调查计算机发展对社会的影响以及

专业实践的重要性；当进入大二学习阶段时，他们就可以开始按照专业方式进行需求分析、

设计和文档撰写。

专业实践的有关内容，如计算机发展史、对疑难问题的解决在团队工作中个人的责任、

实际工作中的道德规范标准和方针、有关道德问题讨论的哲学依据等，要么包含在专业课中，

要么分布于全部课程中。分布式方法的优势在于可以将这些内容与实际紧密联系起来；但它

也会带来一些问题，因为很难在恰当的时间内获得所需要的全部专业实践的技术基础，因此

往往导致不得不缩小专业实践活动的规模。当学生参与到一个较大的作业项目中或与外部客

户共同工作时，他们就能够体会到道德规范的必要性。无论课程如何设置专业实践内容，关

键在于如何通过练习、项目工程和考核来补充所需的知识。

如果有充足的人力和物力资源，非常有必要设置有关专业实践的课程，其内容包括专业

实践、道德规范、计算机法律等，也可以设置更高级的关于软件经济、质量、可靠性和安全

性等内容的课程。除此之外，还应该有一些来自于计算机科学以外的其他学科的课程，这对

学生的专业实践具有同样积极的作用。

6.5通过课程实验加强专业实践能力

计算机课程教学实验是加强计算机科学与技术专业实践的重要环节。学生不但要具备广

泛坚实的理论基础，而且还要接受良好的科学思维和科学实验的训练。21世纪的计算机专业

学生应具备从事计算机系统的分析、设计和集成能力，能从事大型软件的开发和研究，既有

扎实的计算机理论基础，又有良好的科学实验技能和素质。

6.5.1实验的重要性

实验在计算机科学与技术学科中的作用十分重要，是教学活动的重要环节。实验教学和

课堂理论教学相辅相成。实验贯穿于理论、抽象和设计过程。实验对软件和硬件的设计和实

现、测试原理和方法起示范作用。实验不仅仅是对理论的验证，重要的是技术训练和能力培

养，包括动手能力、分析问题解决问题能力、书写和表达能力、协作能力等的培养。教学活

动是教师和学生不断交流的过程，实验是实现这个过程的桥梁，可以弥补课堂教学的不足，

加深对理论过程的理解，启发学生深入思考，敢于创新，达到良好的理论联系实际的教学效

果。

6.5.2实验的内容和水平

随着计算机技术的迅猛发展，实验的内容不断更新，实验水平不断提高。要不断地追踪

新技术、新方法和新器件，及时地将其反映到实验教学中。在每门课程的实验中，可能会通

过多种不同的实验类型来培养学生各方面的能力。

基本实验是计算机学科教学实验的基本要求，用以配合课程教学，达到对学生的基本要

求。具有提高作用的开放实验可以根据各个学校自身的情况开设，目的是进一步提高教学水

平、培养学生实验技能，并使学生通过实验，较为深入和全面地了解现代计算机技术发展的

前沿。

据方式区分，实验分闭实验和开实验。闭实验是有老师指导，有软硬件和仪器设备的支

持，按照实验指导书的要求，完成特定的实验内容。开实验则没有教师指导，学生在方便的

时候自行进行软硬件实验，充分发挥学生的主观能动性，进行创新设计实验或科学研究实验。

实验室提供设备、仪器和器件等保障条件。

据性质区分，实验的不同类型包括：

①观察性实验：培养学生的注意力、观察力、辨别力，同时可以增强学生学习的兴趣。

例如“化学”和“物理学”等课程的演示实验。

②验证性实验：培养学生对仪器设备的操作能力，加深对理论的理解。实际上，与课程

相关的大部分实验都是验证性实验。

③设计性实验：培养学生的设计能力和独立工作的能力。这类实验是课程中较大的实验,

如“数字逻辑”中的电子乒乓球、交通灯等，“数据结构”中的迷宫，“高级语言”中的自定

义数据类型实验，“单片机”中的电子钟等。

④综合性实验：培养学生分析问题和解决问题的能力。这一类实验就是我们常说的“大

作业”实验。主要课程有“计算机原理与设计”实验、“操作系统”实验、“编译原理”实验、

“数据库”实验、“软件工程”实验、“计算机体系结构”实验等。

⑤研究性实验：培养学生推理抽象能力和研究能力。主要有“计算机网络”实验、“图形

学”实验、“多媒体技术”实验、“UNIX系统”实验、“VLSI设计”实验等。在一般情况下，

毕业设计也属于这一类实验的范畴。

典型的基本实验应该包括：

①公共基础系列实验：主要有物理实验、化学实验、计算机基本操作实验等。该系列实

验是公共课程的基础之­«

②基础理论系列实验：主要有数值分析实验、离散数学实验和算法设计与分析实验等。

数值分析实验和算法设计与分析实验是比较经典的实验，离散数学实验则对后续课程有比较

大的影响。这些实验对于加深对基本数学概念理解、体会计算机数值计算和非数值计算的特

点是非常有意义的。

③软件技术系列实验：主要有汇编语言程序设计实验、高级语言程序设计实验、人工智

能语言实验、数据结构实验、编译原理实验、操作系统实验、数据库原理及应用实验、软件

工程实验（软件课程的综合性实验）、图形学实验等，还可以包括人机界面实验、多媒体技术

实验等其他选修课的内容。学生可以深刻体会编译、操作系统的结构和工作过程，而不仅仅

局限在原理上。

④硬件技术系列实验：主要有电路分析实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验和

专用集成电路ASIC设计实验、数字逻辑实验、计算机原理实验、微机原理及应用实验、单

片机应用实验、计算机接口设计实验、计算机网络实验等。为了获得更好的效果，学生可以

在这里增加软件模拟的内容，根据自己的爱好、兴趣做一些内容更广泛的实验。通过这些实

验，学生较深入地接触当今计算机设计的基本环境。

计算机科学与技术学科是实践性极强的学科，学生的动手能力非常重要。软硬件实习的

有效、充分设置不仅对学生能力培养至关重要，而且还可缩短学校教育与社会流行技术、工

具的差距，满足学生毕业后工作的需要。

6.5.3综合性课程设计

除与课程相结合的基本实验外，从提高综合能力出发，还应该大幅度增加综合性课程设

计。可以考虑设置一个综合性课程设计系列，这些课程设计既可以作为单独的实验课程开设,

也可以纳入相应的课程教学计划。考虑到综合课程设计对学生专业实践能力培养的重要性，

下面作为范例给出一组（6个）综合课程设计，供参考。

1.数字系统综合设计

数字系统综合实验是数字电路与逻辑设计课的重要组成部分，通过本课程设计，使学生

进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养

学生的实际动手能力和分析、解决问题的能力。教学实验内容包括：

实验1：数字闹钟。能进行24小时。时、分、秒计时功能和显示时间功能；具有校时、

校分功能；具有整点报时、定点闹时功能；能按预定程序顺序自动报时。

实验2：8位ALUo4位组内并行进位、组间串行进位构成8位ALU；运算器需要具有8

种不同的操作（加、加1、减、减1、传送A、传送B、与、或）。请设置控制端控制这8种操

作。

实验3：自选题目，题目难度须经任课教师认可。

要求学生独立完成选题的设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的装配及调试，掌握

数字系统的调试技术；在课程设计中，要注重培养工程质量意识，并给出实验报告。

2.计算机原理课程设计

通过本课程设计加深对计算机原理和相关课程的理解，实践和锻炼计算机硬件的设计能

力、工程实现和调试能力。培养严谨的科学实验作风和良好的工程素质，从而提高学生的动

手能力、分析问题和解决问题的能力。教学实验内容包括：

实验1：基于FPGA综合实验平台设计并实现一个简单的8位计算机，共16条指令。该

计算机内存为256X8,通用寄存器为8X8o能够实现16位数的加、减运算，用软件实现两个

8位数的乘法运算、16位数除以8位数运算。

实验2：HDL语言综合设计实验。完成DLX微处理器结构的VHDL寄存器级描述，仿

真测试成功，利用FPGA综合实验平台实现。

要求了解HDI。语言的基本知识，掌握HDL语言的词法结构与基本语言元素。通过设计

实例掌握基于HDI。语言的设计过程与方法。熟悉FPGA工作原理，掌握基本的设计技术，

用HDL语言进行逻辑设计和实现CPU。通过逻辑模拟和综合，将CPU硬核下载到FPGA中，

将测试程序加载到RAM中，单步调试，并能连续运行，通过微机查看结果，并给出实验报

告。

3.微机控制系统设计

通过本设计使学生掌握有关微机接口、微机通讯的基础知识、使用嵌入式微处理器构成

控制系统的实际知识。通过实验加深学生对课程内容的了解，培养学生硬件方面的综合设计

能力和动手能力。课程实验内容包括：

实验1：电热水杯恒温控制系统。本实验综合“微机原理与接口技术”、“单片机应用”

和“计算机控制”的教学内容设计一个小型计算机监督控制系统实验-----微机（上位机）+单

片机（下位机）+被控对象。要求设计一个用PID控制的热水杯恒温系统，并编写实时过程监控

软件。首先从室温加热到80-C,稳定一段时间（30min）；然后从80-C降温到50-C,稳定一

段时间（30min）。

实验2：掌上电话簿的设计和实现。在硬件综合性实验平台上设计并实现一个嵌入式应

用系统：掌上电话簿。该系统存储电话簿，支持汉字显式，支持输入、修改、删除、检索功

能。并可通过红外接口与其他PDA设备或笔记本电脑通信。

本综合设计的目的是培养和考察学员的综合能力。在实验前要求熟悉微机和单片机系统

的有关知识，掌握受控对象的相关知识。实验时要细心，严格按照操作规程操作。实验后要

求检验实验结果和形成实验报告。

4.操作系统课程设计

LINUX操作系统以其开放性、可移植性、多用户和多任务等特点，已成为当今世界的主

流操作系统之一。本课程要求学生能掌握LINUX系统结构、实现机理和各种典型算法，系

统地了解操作系统的设计和实现思路，运用内核开发环境实现对内核的修改，并了解发展动

向和趋势。教学实验内容包括：

实验1：文件系统。理解文件系统的层次结构，掌握高速缓存管理和磁盘管理的基本思

想和算法，掌握文件系统的系统调用处理算法和运用技巧。重点在高速缓存思想和文件系统

结构。

实验2：进程管理。理解进程表示和模态转换、状态转换；掌握进程上下文切换机制；

掌握软中断机制的实现机理和作用；掌握进程调度的基本思想：熟练应用进程相关的系统调

用。重点在进程的创建与结束、进程调度与切换、软中断机制。

实验3：存储管理。掌握页式虚存系统的实现机理，理解进程存储空间的表示、实现和

管理。重点在虚存的实现和管理。

实验4：设备管理。理解I/O子系统的结构，用户使用设备系统调用接口、操作系统与驱

动程序的接口；了解磁盘驱动程序和中断驱动程序结构。重点在I/O子系统结构和驱动程序

接口。

实验5：进程间通讯。理解IPC机制的实现机理，掌握套接字网络通讯原理，掌握各种

通讯方式的运用。重点在IPC内部机制和BSD套接字。

本课程设计以LINUX为实验平台，进行源代码分析与修改。本课程是一门系统性和技术

性很强的课程，尤其重视上机实践，重点培养学生操作系统的系统设计能力。要求学生给出

实验报告。

5.程序设计综合设计

本课程是程序设计系列课程的重要组成部分，通过本课程的学习，使学生能更进一步地

理解程序设计方法，熟练掌握常用的数据结构和算法。培养学生的实际设计能力和分析解决

问题的能力。教学实验内容包括：

实验1：国际象棋的跳马遍历问题；

实验2：二叉树的建立和遍历问题：

实验3：求最短路径问题；

实验4：小学生四则运算交互考试系统；

实验5：迷宫的随机产生和遍历。

要求学生独立完成课程设计，编程实现教学内容中规定的5个实验中的3个。在编程实

现时要保持良好的程序设计风格；对每个实验提供详细的上机报告，包括程序流程、源程序、

运行结果和上机体会。根据课程设计完成情况进行考核，并结合设计报告对学生进行等级评

定。

6.软件工程课程设计

本课程设计要使学生系统地掌握软件工程及软件管理的过程、方法和工具，为学生将来

从事软件的研发和管理奠定基础。

教学实验内容和要求包括：针对•个相对大型的软件开发课题，完成需求分析、软件设

计、软件测试和软件维护。每名学生至少负责一个阶段或一个子任务的管理。要求提交完整

的软件配置以及可运行的实验原型.

在教学组织与实施上，2〜4人作为一个开发小组，一名组长作为负责人；每名学生分配

一台微型计算机，每三个开发小组共享一台文件服务器，用于软件工程文档管理。

要求学生在开发小组中以分工协作的方式完成指定的软件开发课题，完成课题设计报告，

并提交完整的软件开发文档和源代码。根据课题设计报告、软件开发文档、源代码和运行系

统的质量进行考核，学生成绩以等级评定的方式给出。

6.5.4改进实验方式

不仅实验内容要着重能力的培养，而且实验方式和方法也要有利于实验能力利独立工作

能力的培养。在实验教学中，一方面向学生传授实验基础理论知识，包括仪器仪表的原理、

测量技术、误差分析、设计原理和相关理论等，另一方面要训练学生的基本实验技能，包括

仪器设备的操作使用与维护，仪器设备的连接与组合，实验环境和条件的设计，实验过程中

一般故障的排除，实验结果的分析和解释。在理论教学中教师唱主角，在实验教学中要改变

传统的“注入式”模式，让学生唱主角，自己动手操作使用仪器设备，排除故障。特别是综

合设计性实验，让学生自己拟订实验方案，提出实验消耗的器材和使用的仪器设备，自己做

出