“網絡工程與設計”教學中復雜工程問題能力培養的探索

臧海娟 白鳳娥 潘瑜 景征駿

摘? ? 要：考慮工程教育專業認證的基本定位，在網絡工程與設計課程教學中，緊密結合工程實際，經多年教學實踐并持續改進后，逐步確定現今的課程培養目標、理論教學內容和實驗項目。在介紹交換、路由、存儲及服務器等主流網絡技術的基礎上，采用由簡單驗證性實驗到企業級網絡構建實踐這樣逐步深入的模式組織實驗教學，以培養學生解決復雜工程問題能力。

關鍵詞：復雜工程問題;網絡工程與設計;工程教育認證;能力培養

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-7394（2018）06-0080-04

我國的高等教育目前正處于從以規模擴張為主的外延式發展轉向以質量提高為主的內涵式發展的轉型過程中[1]，全國絕大多數高校以工程教育專業認證為契機，全面推進本科工程教育實現《華盛頓協議》（以下簡稱《協議》）意義上的本科工程教育。此“國際等效”的基本定位就是培養學生解決復雜工程問題的能力。

對于復雜工程問題，《協議》用7個特征進行了刻畫。其中“必須運用深入的工程原理經過分析才可能解決”第1條是必備的，它指出了復雜工程問題的本質，第2到第7條是可選的，是復雜工程問題的深化和補充。這不僅需要我們將培養學生“解決復雜工程問題”的能力寫進培養目標和培養方案中去，更重要的是，需要思考如何將培養目標分解到每個教學環節，改進課程教學使學生真正達到這目標和要求。“網絡工程與設計”課程是江蘇理工學院網絡工程專業的核心課程，近年來，從課程目標、教學內容以及考核方式等方面進行有效探索。

1? ? 課程的教學現狀

對于網絡工程領域的“復雜工程問題”，國內尚未形成統一的認識，從網絡工程專業的現狀來看，國內高校通過工程教育專業認證的專業還在個位數，絕大部分高校的網絡工程專業的人才培養環節中，落實分析和解決復雜問題等還達不到國際標準的要求。在課程教學上，理論教學缺乏工程項目成本構成、經濟效益等內容，更不會涵蓋項目相關各方利益之考慮。實踐環節是設備命令使用、具體技術的驗證性居多，缺乏綜合考慮技術、工程、經濟和法律等多方面制約因素的復雜大系統設計性實驗。

2? ? 理論教學內容探索

2.1? 課程培養的目標

“網絡工程與設計”課程是在計算機網絡、網站設計、網絡安全等先修課程后開設的一門綜合性設計性強的課程，要實施對專業“復雜工程問題”的支撐，就需要培養學生。

（1）掌握局域網、基本的交換與路由、廣域網等網絡技術，路由器、交換機等主流網絡設備的基本配置、調試和故障排除方法，達到作為網絡工程師應該具備的網絡設備基礎理論和實踐能力，并具有跟蹤IPV6等網絡新技術的能力。

（2）能夠針對不同網絡使用環境、對象和規模，設計特定需求的解決方案，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、安全、法律以及環境等因素。

（3）能夠針對復雜的網絡系統工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、包括Visio、SecureCRT、Packet Tracer等工具，對網絡復雜系統工程問題進行預測與模擬，并能夠理解實際應用中涉及的因素可能沒有完全包含在專業標準和規范中。

（4）了解復雜網絡工程項目成本構成與效益，具有一定的工程質量管理的能力，并理解工程項目相關各方利益不完全一致。

（5）有良好的分工協作意識和團隊精神。

2.2? ?理論教學內容

網絡技術日新月異，網絡工程與設計課程專用合適的教材極少，在充分調研規模企事業單位的網絡和數據中心基礎上，參考銳捷、華為和思科網絡技術學院相關電子教材[2]，借鑒兄弟院校經驗 [3-5]，課程內容經多年探索和6屆學生實施持續改進后，最新構成見表1。

3? ? 實踐教學探索

3.1? ?實驗內容由淺入深

實驗內容安排。網絡設備驗證實驗→交換網絡構建→網絡互聯→企業級網絡構建，由淺入深，詳見表2。驗證性實驗為網絡設備的基礎配置實驗，涉及網絡設備配置命令和具體步驟，這類實驗用來讓學生熟悉交換機、路由器等網絡設備的基本使用，這部分內容已在“計算機網絡”課程完成。

“交換網絡構建與配置”要求用交換機構建有一定復雜度的局域網，需要滿足諸如具有VLAN、端口聚合AP與生成樹STP等功能需求。

“網絡互聯與路由器設備配置”要求用路由器有一定復雜度的互聯網絡工程，能滿足諸如針對靜態或動態路由、ACL、NAT等特殊需要。

綜合性實驗又被分成小綜合和大綜合。小綜合實驗包括交換+路由+服務器綜合實驗，實驗指導書中要求：采用2臺路由器+2臺交換機+2臺服務器，實現路由器之間實現OSPF，交換機實現多個VLAN，服務器上實現DNS+ WEB，這個在正常實驗課內完成。

大綜合實驗是在課程結束后為期一周的集中實踐開展復雜網絡工程實踐，要求學生分組完成一個企業級局域網項目，每組學生必須選擇有一定規模的單位（500以上信息點，企業、學?；蛘邎@區），通過調研了解被設計單位的網絡布局和特殊需求，設計一個網絡解決方案（以下簡稱方案），方案可以是全新的設計或者是現有的改造。（1）方案包括需求分析、設計原則、網絡技術的選型、網絡設備選型、系統及應用軟件選型、IP地址規劃、綜合布線、方案優勢描述、報價單等內容。（2）設計的方案核心部分必須在實驗室模擬實現，即按照自己的設計，對網絡設備進行配置與調試，學會解決網絡實施過程中遇到的問題。（3）方案完成后還要求制作PPT進行匯報答辯，。將課程所學的知識與技術綜合應用到該實際項目中，使學生掌握解決復雜工程問題的一般工程與思維，提高相互間的協作、溝通能力以及多因素不常用的應變等能力。

3.2? ?實驗虛實接合、過程分組協作

網絡技術發展快，實驗設備因資金等原因，很難及時更新。目前大多數院校的網絡使用都采用虛實結合的方式，而且以“虛”為多。 “虛”即通過仿真軟件模擬實際網絡[6]，一般采用Cisco Packet Tracer、GNS3 等模擬軟件，學生利用這些模擬軟件仿真網絡設備互聯，完成前面提到的大綜合等較復雜網絡配置實驗，也可以作為學生平時練習使用?！皩崱奔从谜鎸嵲O備搭建網絡，要求學生在實驗環境中模擬實際網絡，這樣更有利于提高學生工程應用技能。江蘇理工學院是一所地方應用型院校，注重動手實踐能力培養，網絡工程專業的實驗實踐環節以“實”居多，現有的網絡工程實驗室配備了16 組設備，每組包括6臺高配置PC（可以配置服務器）、4臺路由器、2臺二層交換機、2臺三層交換機、2個 AP、1臺無線控制器、一組存儲器、1臺防火墻、 一臺IDS及網絡攻防平臺等網絡安全實驗設備。 學生可以利用這些設備進行實際操作，搭建中小型企業網絡，仿真真實網絡環境，并學會解決設備故障、網絡等復雜工程問題。

在實驗課程中，采用分組協作模式，每組一般為6 人，采用分組學習的方式可以發揮團隊的作用，在培養學生知識技能同時，還培養他們的責任感和團隊合作能力。對于綜合性實驗項目，引導學生從設計思路、方法、特殊需求、性價比等方面著手，鼓勵同一問題多解決方案。課后積極鼓勵學有余力的學生進行個性化的創新實驗，參加 “中國高校計算機大賽 - 網絡技術挑戰賽”、“新華三杯”等類網絡技術競賽，取得不錯的成績。在近年的專業競賽中，學生的參與度提高了，競賽成績也穩步上升。

4? ? 考核方式重視過程

針對“網絡工程與設計”課程實踐性強的特點，探索以過程性考核為主，重在實踐操作，兼顧理論的考核方式。從形式到內容盡力脫離“概念題、填空題、單選題、對錯判斷題、簡答題”等主觀性考試題，真正按照教學大綱規定的課程教學目標進行考核。

采用江蘇理工學院積極鼓勵的N+1方式，其中N由平時作業10%、實驗成績40%（平時實驗30%+實驗考試70%）構成;期末考試50%。對于參與網絡技術相關競賽并取得成績給予獎勵分并計入總分，成績突出可以直接免理論考試，平時課堂和實驗有創新等突出表現可給以1至10分的獎勵分，并計入總分。

平時作業和平時實驗都有一定的占比，其目的使學生更加重視課程過程學習，而不是在期末時搞突擊;期末實驗考試與筆試結合，可以兼顧對理論知識以及實際操作的考核。課程考核同時兼顧創新及網絡技術相關競賽，這為后續科研創新工作打下良好的基礎，競賽優秀成績往往可以學生進入行業名企的敲門磚，因此，作為加分項目。

5? ? 結語

解決“復雜工程問題”，需要學生能夠靈活地、綜合地、創造性地運用所學，并且最好落實到第一課堂中。江蘇理工學院對“網絡工程與設計”課程進行有益探索，提高了課程的教學質量，激發學生的學習興趣，也為推進工程教育認證打下了基礎。

參考文獻：

[1] 蔣宗禮.“聚焦學生解決復雜工程問題能力的培養”[J]. 中國大學教學， 2016（11）： 27-30.

[2] 思科網絡學習空間. 200-125 CCNA單科考試要點[EB/OL]. [2018-03-20]. http：//www.clnchina.com.cn/.

[3] 劉靜，賴英旭，徐瑋，等. 網絡工程與設計課程教學的創新探索與實踐[J]. 中國教育技術裝備， 2015（2）： 88-91.

[4] 梁艷， 曾碧卿， 唐華. 網絡工程與設計課程教學改革研究[J]. 中國教育技術裝備， 2011（12）： 33-35.

[5] 婁小平，鄒志杰，李凌飛. 網絡工程專業人才的創新創業教育模式研究[J]. 計算機教育， 2017（7）： 19-21.

[6] 張敏，李驥業，楊明廣，等.路由與交換技術課程探索與實踐[J]. 計算機教育，2018（6）： 14-16.