基于OBE的网络工程专业实践体系研究

崔贯勋, 郜继红

(1. 重庆理工大学 计算机科学与工程学院, 重庆 400054； 2. 淮安信息职业技术学院 计算机与通信工程学院, 江苏 淮安 223003)

企业难以找到满意的人才,而毕业生找不到满意的工作,也就是高校的人才培养与社会需求存在着矛盾,需要进行教育领域的供给侧结构性改革。为了解决这一矛盾,党中央、国务院先后作出了一系列引导部分地方本科高校转型发展的重大决策,2015年10月23日,教育部、发改委、财政部联合发布的《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》(教发[2015]7号),引导部分地方高校向应用型高校转型,因此开展网络工程专业应用型人才培养改革具有现实意义。

1 网络工程专业实践教学中存在的问题

据教育部发布的相关数据统计,截至2016年6月,共有440余所高校开设了网络工程专业,经过近20多年的建设发展,网络工程专业已成为规模较大的专业,但许多高校在人才培养方面仍然存在特色不明显、人才培养质量不高、学生就业岗位与专业不对口等问题,主要原因在于各课程大多独立设计和实施,知识体系规划缺乏系统性,学生不能很好地建立完整的网络系统观念,实践过程缺乏足够的训练规模与难度,难以确保工程应用能力有效形成[1-2]。

(1) 实验内容与学校人才培养定位不匹配。部分重点大学网络工程专业定位太低,和一般大学甚至职业技术学院设置的教学内容无显著差异,特色不明显,学生的能力也没有得到充分挖掘,学生在择业的过程中优势也不明显；而一些一般高校和职业技术学院缺乏实践条件而过多地讲授理论知识、新知识、前沿技术,实践能力培养环节没有达到理想效果。

(2) 实践教学与理论内容结合不紧密。在教学内容上,有些内容需要动手操作不便讲解,而有的内容理论太强难以在实践环节实施。因此,有的学校将实验和理论教学分开,单独作为课程讲解,造成学生无法真正理解理论知识,由于实验内容简单,实践动手能力不能真正得到锻炼[3]；有的高校理论课堂能够讲解最新的前沿技术,但由于实验环境的原因或者教师本身的原因,理论上的内容基本上能同步网络技术的发展,实践内容却不能反映当前最新的网络新技术,甚至主流技术也不能体现在实验环节,造成了理论与实践不同步[4]。

(3) 网络实验环境与实践教学的需要不相适应。网络工程的相当一部分实践教学内容依赖于专门的网络环境,迅速发展的网络技术使网络设备升级换代的频率加快,加上高校经费紧张和许多网络实验设备只是供网络工程专业的学生使用而受益面不大的问题,使得学校不愿意投入足够的资金,很多实验迫于无奈用虚拟软件来模拟,但是很多真实网络环境中的问题无法在虚拟软件中得到体现,学生的网络应用能力也就无法得到真正锻炼,因此通过实验课堂所锻炼的动手能力远远低于社会对网络人才的要求。另外,网络实验往往需要的环境比较复杂,实验室从管理方便的角度出发,也不允许学生改变现有的网络环境,致使实验的效果有限。

(4) 实验教师无实际的网络工程实践经历,实验内容与企业实际需求相距较大。网络课程实验内容较其他课程有较强的特殊性,很多内容需要特殊的网络硬件支持,缺乏网络工程实践经历的教师很难将实际应用需要的技术通过实践传导给学生,这就使得实践教学过程出现的很多问题无法得到解决,影响了教师上实验课的信心和实验效果。

2 基于OBE的网络工程专业实践教学体系

2.1 反向设计

OBE是产出导向教育的简称,是Spady等人提出的教育理念,这也是目前美国、英国、加拿大等国主流的教育理念,它与传统的基于内容教学理念有显著不同。基于OBE的教学是基于产出的教学理念,教学的目的是使得毕业生达到一定的能力要求、教学计划要明确反映对毕业要求的支撑、上“好”课就是有效地完成相应的“支撑”任务、逐项评估毕业要求是否达成,它以学生为中心,以学生不断反馈为驱动,强调学习结果,教学和学习过程可持续改进,采用多种评估和持续评估的评估方式对学生的培养目标与毕业要求是否明确、设定的目标与要求是否达成等评估指标进行评估,中心是关注学生的学习成果；而基于CBE的教学是基于课程的教学理念,教学计划的核心是确定要上哪些课程,而确定哪些课程的根据是对于该学科的理解、教学实施过程是安排上好每门课、教学评估是评价每门课上得怎么样,它以教师和教科书为中心,以教师的个性为驱动,强调教师希望的学习内容,采用评教单一的评估方式对教师教的效果和过程等评估指标进行评估,中心是关注教师教学内容、教学过程、学分等[5]。

通过以网络工程专业人才需求为起点,研究人才的培养目标和毕业要求,反向进行课程体系和实践内容及评价体系的设计,这个过程紧扣“人才产出”这个关键要素。根据OBE这一理念,结合对文献[6]的研究,构建了如图1所示的人才需求、培养目标、毕业要求、课程体系、教学内容和教学评价六位一体的网络工程专业实践教学模型,以全面贯彻产出导向的教学理念。

2.2 网络工程专业的知识体系

随着网络与人们的工作和生活的联系越来越紧密,网络整体规模急剧增加,网络应用从相对封闭走向开放并且越来越智能化,要从系统的高度多维度开展研究与构思,即掌握网络软硬件协同贯通工作及相互作用机制、综合运用多种知识才能培养其解决复杂工程问题的能力,其涉及的知识体系如图2所示[7]。

图1 基于OBE的六位一体的网络工程专业实践教学模型

图2 网络工程专业知识体系

其中计算机工程具体的知识有数字逻辑、概论统计、组织与体系结构、嵌入式系统、信号分析与处理、数据库系统；信息技术具体的知识有信息保障和安全、信息系统集成、社会和职业素养、Web系统和技术；软件工程具体的知识有软件设计、软件过程、软件管理和软件建模与分析；网络工程具体的知识有计算机网络、组网工程、Internet协议、网络管理、路由与交换技术、网络安全；计算机科学具体的知识有程序设计基础、操作系统；管理科学具体的知识有信息系统管理、项目管理；电子工程具体的知识有电路与电子学；通信工程具体的知识有通信系统。

2.3 网络工程专业的实践课程体系

以岗位需求为导向、以学生为中心、以持续改进为核心、以培养学生解决复杂工程问题能力为目标的 OBE教学理念,通过人才需求、毕业目标和毕业要求“反向设计”课程体系、实践内容及评价体系,结合图1所示的实践教学模型和图2所示的网络工程专业的知识体系,通过对文献[7-11]的研究,形成了如图3所示的网络工程专业的实践课程体系。

图3 网络工程专业实践课程体系

逻辑思维层实现网络系统软硬件概念贯穿,建立起网络理论到硬件实现的联系,为后续建立网络架构奠定基础。其中电子技术基础的课程有电子与电路基础、模拟电子技术、数字电子技术；通信技术基础的课程有信号分析与处理、数据通信原理、现代通信技术；计算机技术基础的课程有数据结构、算法设计与分析、信息安全基础；计算机系统基础的课程有计算机原理、操作系统、软件工程、数据库原理。

专业素养层面实现网络软硬件程序贯穿,强调软硬件关联与协同,以程序的生成、执行和优化为核心,建立网络系统架构。

核心能力层面实现网络软硬件系统贯通,构建了自顶向下和自底向上2条交叉融合的核心课程架构,实现从使用网络到构建网络。组网工程方向的课程有信息系统集成、无线通信与网络、网络工程课程设计、传感网与物联网技术、Linux操作系统；其中网络应用方向的课程有面向对象程序设计、Web系统与技术、网络编程课程设计、网络计算技术、多媒体技术；网络设计方向的课程有数字系统设计、微机接口与控制、嵌入式网络设备开发课程设计、网络协议分析与设计课程设计、计算机系统工程、汇编语言程序设计；网络管理与安全方向的课程有网络性能评价、信息安全、网络管理与维护课程设计、网络安全防范课程设计、网络故障诊断与维护、信息安全法规。

复杂工程问题实践层面实现网络软硬件系统应用贯通,面向应用,通过解决不同类型的实际具体的复杂工程问题,达到培养学生解决复杂工程问题能力的目标。

该体系已在我校网络工程专业的人才培养中实施5年,通过对实施改革前后各260名毕业生就业数据的统计和分析,得出了如表1所示的数据:

表1 实施OBE教学前后就业数据统计表

从表中的数据可以看出,实施实践教学改革后,学生的专业能力有了质的提升,改革的效果非常明显。

3 实施网络工程专业实践教学体系的关键

3.1 实践教材的建设

教材是课程的基石,而目前许多教师缺乏实际工程经历加上有些教师出教材仅仅是为了评职称的需要,使得教材质量堪忧,且同质化非常严重,单个实验内容涉及的知识点少,不利于以系统的观点培养学生综合能力和解决复杂工程问题所需的工程实践能力。为了提高教材的质量,同社会对人才的需求相接轨,建议联合著名的网络技术公司的技术骨干联合编写有行业特色的教材。

3.2 网络工程专业的师资队伍建设

以产出为导向的实践教学改革，既不是局部某门课程或者某几门课程的改革,也不是将所有内容推倒重来,它是一个系统性的工程,将原来的内容进行整合重构,需要所有教师共同参与进来,才能达到理想的目标,需要教师间相互协作,共同培养学生(产出成果)才能与培养目标和毕业要求达成理想的契合度。一方面,现有师资,可以到通过工程专业认证的高校接受系统的培训,宏观上可以学习课程建设和改革的经验,微观上可以学习实践内容如何设置、实验室和实践基地如何建设、实践课堂如何组织及评价,使教师快速地适应以OBE为理念的工程教育模式[12]；另一方面,也可以从主流的网络技术公司聘请技术骨干担任兼职教师,让工程实践教育更贴近实际需要。

3.3 网络实验室建设

网络实验室的建设一定要和社会对网络人才的需求相结合,实验室设备的型号及参数不一定要追求很高的性能,只要能满足学生的实验需求即可,这样不至于造成成本太高。实验室应尽可能地减少用模拟软件做虚拟实验,因为虚拟软件只能做有限的几个预置的实验而不能扩展,完全是验证性的,没有创新性可言。虚拟软件不会出现实际应用中可能出现的问题,不能使学生真正了解工程中常用的实现手段和实际的使用过程,学生的能力得不到充分的提高[13]。

3.4 实践课程教学研究与改革

以产出为导向的教育的中心是学生,培养的学生如果达到了社会对人才的要求,就达到了教学目标,否则,就没达到预期目标。培养解决复杂工程问题的能力的重要途径就是实践教育,而能否达到预期目标的首要问题就是实践内容是否能够培养学生解决复杂工程问题的能力。成果导向的第一步就是要设计好实践内容,这就需要深入地研究实践教学,去除不合要求的内容,开发利于达成目标的实践内容。

4 结语

现代工程的典型特征是系统复杂、设计约束多、要素间冲突激烈、多种技术交叉与集成、工程规模庞大、团队协同要求高,网络工程作为“新工科”专业,面对日益复杂的网络和层出不穷的网络技术及应用需求,需要加强人才培养的改革,提高人才培养质量,更好地服务社会发展。