“网络工程与设计”教学中复杂工程问题能力培养的探索

臧海娟 白凤娥 潘瑜 景征骏

摘    要：考虑工程教育专业认证的基本定位，在网络工程与设计课程教学中，紧密结合工程实际，经多年教学实践并持续改进后，逐步确定现今的课程培养目标、理论教学内容和实验项目。在介绍交换、路由、存储及服务器等主流网络技术的基础上，采用由简单验证性实验到企业级网络构建实践这样逐步深入的模式组织实验教学，以培养学生解决复杂工程问题能力。

关键词：复杂工程问题;网络工程与设计;工程教育认证;能力培养

中图分类号：G642              文献标识码：A                  文章编号：2095-7394（2018）06-0080-04

我国的高等教育目前正处于从以规模扩张为主的外延式发展转向以质量提高为主的内涵式发展的转型过程中[1]，全国绝大多数高校以工程教育专业认证为契机，全面推进本科工程教育实现《华盛顿协议》（以下简称《协议》）意义上的本科工程教育。此“国际等效”的基本定位就是培养学生解决复杂工程问题的能力。

对于复杂工程问题，《协议》用7个特征进行了刻画。其中“必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决”第1条是必备的，它指出了复杂工程问题的本质，第2到第7条是可选的，是复杂工程问题的深化和补充。这不仅需要我们将培养学生“解决复杂工程问题”的能力写进培养目标和培养方案中去，更重要的是，需要思考如何将培养目标分解到每个教学环节，改进课程教学使学生真正达到这目标和要求。“网络工程与设计”课程是江苏理工学院网络工程专业的核心课程，近年来，从课程目标、教学内容以及考核方式等方面进行有效探索。

1    课程的教学现状

对于网络工程领域的“复杂工程问题”，国内尚未形成统一的认识，从网络工程专业的现状来看，国内高校通过工程教育专业认证的专业还在个位数，绝大部分高校的网络工程专业的人才培养环节中，落实分析和解决复杂问题等还达不到国际标准的要求。在课程教学上，理论教学缺乏工程项目成本构成、经济效益等内容，更不会涵盖项目相关各方利益之考虑。实践环节是设备命令使用、具体技术的验证性居多，缺乏综合考虑技术、工程、经济和法律等多方面制约因素的复杂大系统设计性实验。

2    理论教学内容探索

2.1  课程培养的目标

“网络工程与设计”课程是在计算机网络、网站设计、网络安全等先修课程后开设的一门综合性设计性强的课程，要实施对专业“复杂工程问题”的支撑，就需要培养学生。

（1）掌握局域网、基本的交换与路由、广域网等网络技术，路由器、交换机等主流网络设备的基本配置、调试和故障排除方法，达到作为网络工程师应该具备的网络设备基础理论和实践能力，并具有跟踪IPV6等网络新技术的能力。

（2）能够针对不同网络使用环境、对象和规模，设计特定需求的解决方案，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、安全、法律以及环境等因素。

（3）能够针对复杂的网络系统工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、包括Visio、SecureCRT、Packet Tracer等工具，对网络复杂系统工程问题进行预测与模拟，并能够理解实际应用中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中。

（4）了解复杂网络工程项目成本构成与效益，具有一定的工程质量管理的能力，并理解工程项目相关各方利益不完全一致。

（5）有良好的分工協作意识和团队精神。

2.2   理论教学内容

网络技术日新月异，网络工程与设计课程专用合适的教材极少，在充分调研规模企事业单位的网络和数据中心基础上，参考锐捷、华为和思科网络技术学院相关电子教材[2]，借鉴兄弟院校经验 [3-5]，课程内容经多年探索和6届学生实施持续改进后，最新构成见表1。

3    实践教学探索

3.1   实验内容由浅入深

实验内容安排。网络设备验证实验→交换网络构建→网络互联→企业级网络构建，由浅入深，详见表2。验证性实验为网络设备的基础配置实验，涉及网络设备配置命令和具体步骤，这类实验用来让学生熟悉交换机、路由器等网络设备的基本使用，这部分内容已在“计算机网络”课程完成。

“交换网络构建与配置”要求用交换机构建有一定复杂度的局域网，需要满足诸如具有VLAN、端口聚合AP与生成树STP等功能需求。

“网络互联与路由器设备配置”要求用路由器有一定复杂度的互联网络工程，能满足诸如针对静态或动态路由、ACL、NAT等特殊需要。

综合性实验又被分成小综合和大综合。小综合实验包括交换+路由+服务器综合实验，实验指导书中要求：采用2台路由器+2台交换机+2台服务器，实现路由器之间实现OSPF，交换机实现多个VLAN，服务器上实现DNS+ WEB，这个在正常实验课内完成。

大综合实验是在课程结束后为期一周的集中实践开展复杂网络工程实践，要求学生分组完成一个企业级局域网项目，每组学生必须选择有一定规模的单位（500以上信息点，企业、学校或者园区），通过调研了解被设计单位的网络布局和特殊需求，设计一个网络解决方案（以下简称方案），方案可以是全新的设计或者是现有的改造。（1）方案包括需求分析、设计原则、网络技术的选型、网络设备选型、系统及应用软件选型、IP地址规划、综合布线、方案优势描述、报价单等内容。（2）设计的方案核心部分必须在实验室模拟实现，即按照自己的设计，对网络设备进行配置与调试，学会解决网络实施过程中遇到的问题。（3）方案完成后还要求制作PPT进行汇报答辩，。将课程所学的知识与技术综合应用到该实际项目中，使学生掌握解决复杂工程问题的一般工程与思维，提高相互间的协作、沟通能力以及多因素不常用的应变等能力。

3.2   实验虚实接合、过程分组协作

网络技术发展快，实验设备因资金等原因，很难及时更新。目前大多数院校的网络使用都采用虚实结合的方式，而且以“虚”为多。 “虚”即通过仿真软件模拟实际网络[6]，一般采用Cisco Packet Tracer、GNS3 等模拟软件，学生利用这些模拟软件仿真网络设备互联，完成前面提到的大综合等较复杂网络配置实验，也可以作为学生平时练习使用。“实”即用真实设备搭建网络，要求学生在实验环境中模拟实际网络，这样更有利于提高学生工程应用技能。江苏理工学院是一所地方应用型院校，注重动手实践能力培养，网络工程专业的实验实践环节以“实”居多，现有的网络工程实验室配备了16 组设备，每组包括6台高配置PC（可以配置服务器）、4台路由器、2台二层交换机、2台三层交换机、2个 AP、1台无线控制器、一组存储器、1台防火墙、 一台IDS及网络攻防平台等网络安全实验设备。 学生可以利用这些设备进行实际操作，搭建中小型企业网络，仿真真实网络环境，并学会解决设备故障、网络等复杂工程问题。

在实验课程中，采用分组协作模式，每组一般为6 人，采用分组学习的方式可以发挥团队的作用，在培养学生知识技能同时，还培养他们的责任感和团队合作能力。对于综合性实验项目，引导学生从设计思路、方法、特殊需求、性价比等方面着手，鼓励同一问题多解决方案。课后积极鼓励学有余力的学生进行个性化的创新实验，参加 “中国高校计算机大赛 - 网络技术挑战赛”、“新华三杯”等类网络技术竞赛，取得不错的成绩。在近年的专业竞赛中，学生的参与度提高了，竞赛成绩也稳步上升。

4    考核方式重视过程

针对“网络工程与设计”课程实践性强的特点，探索以过程性考核为主，重在实践操作，兼顾理论的考核方式。从形式到内容尽力脱离“概念题、填空题、单选题、对错判断题、简答题”等主观性考试题，真正按照教学大纲规定的课程教学目标进行考核。

采用江苏理工学院积极鼓励的N+1方式，其中N由平时作业10%、实验成绩40%（平时实验30%+实验考试70%）构成;期末考试50%。对于参与网络技术相关竞赛并取得成绩给予奖励分并计入总分，成绩突出可以直接免理论考试，平时课堂和实验有创新等突出表现可给以1至10分的奖励分，并计入总分。

平时作业和平时实验都有一定的占比，其目的使学生更加重视课程过程学习，而不是在期末时搞突击;期末实验考试与笔试结合，可以兼顾对理论知识以及实际操作的考核。课程考核同时兼顾创新及网络技术相关竞赛，这为后续科研创新工作打下良好的基础，竞赛优秀成绩往往可以学生进入行业名企的敲门砖，因此，作为加分项目。

5    结语

解决“复杂工程问题”，需要学生能够灵活地、综合地、創造性地运用所学，并且最好落实到第一课堂中。江苏理工学院对“网络工程与设计”课程进行有益探索，提高了课程的教学质量，激发学生的学习兴趣，也为推进工程教育认证打下了基础。

参考文献：

[1] 蒋宗礼.“聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养”[J]. 中国大学教学， 2016（11）： 27-30.

[2] 思科网络学习空间. 200-125 CCNA单科考试要点[EB/OL]. [2018-03-20]. http：//www.clnchina.com.cn/.

[3] 刘静，赖英旭，徐玮，等. 网络工程与设计课程教学的创新探索与实践[J]. 中国教育技术装备， 2015（2）： 88-91.

[4] 梁艳， 曾碧卿， 唐华. 网络工程与设计课程教学改革研究[J]. 中国教育技术装备， 2011（12）： 33-35.

[5] 娄小平，邹志杰，李凌飞. 网络工程专业人才的创新创业教育模式研究[J]. 计算机教育， 2017（7）： 19-21.

[6] 张敏，李骥业，杨明广，等.路由与交换技术课程探索与实践[J]. 计算机教育，2018（6）： 14-16.