基于OBE的網絡工程專業實踐體系研究

崔貫勛, 郜繼紅

(1. 重慶理工大學 計算機科學與工程學院, 重慶 400054； 2. 淮安信息職業技術學院 計算機與通信工程學院, 江蘇 淮安 223003)

企業難以找到滿意的人才,而畢業生找不到滿意的工作,也就是高校的人才培養與社會需求存在著矛盾,需要進行教育領域的供給側結構性改革。為了解決這一矛盾,黨中央、國務院先后作出了一系列引導部分地方本科高校轉型發展的重大決策,2015年10月23日,教育部、發改委、財政部聯合發布的《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》(教發[2015]7號),引導部分地方高校向應用型高校轉型,因此開展網絡工程專業應用型人才培養改革具有現實意義。

1 網絡工程專業實踐教學中存在的問題

據教育部發布的相關數據統計,截至2016年6月,共有440余所高校開設了網絡工程專業,經過近20多年的建設發展,網絡工程專業已成為規模較大的專業,但許多高校在人才培養方面仍然存在特色不明顯、人才培養質量不高、學生就業崗位與專業不對口等問題,主要原因在于各課程大多獨立設計和實施,知識體系規劃缺乏系統性,學生不能很好地建立完整的網絡系統觀念,實踐過程缺乏足夠的訓練規模與難度,難以確保工程應用能力有效形成[1-2]。

(1) 實驗內容與學校人才培養定位不匹配。部分重點大學網絡工程專業定位太低,和一般大學甚至職業技術學院設置的教學內容無顯著差異,特色不明顯,學生的能力也沒有得到充分挖掘,學生在擇業的過程中優勢也不明顯；而一些一般高校和職業技術學院缺乏實踐條件而過多地講授理論知識、新知識、前沿技術,實踐能力培養環節沒有達到理想效果。

(2) 實踐教學與理論內容結合不緊密。在教學內容上,有些內容需要動手操作不便講解,而有的內容理論太強難以在實踐環節實施。因此,有的學校將實驗和理論教學分開,單獨作為課程講解,造成學生無法真正理解理論知識,由于實驗內容簡單,實踐動手能力不能真正得到鍛煉[3]；有的高校理論課堂能夠講解最新的前沿技術,但由于實驗環境的原因或者教師本身的原因,理論上的內容基本上能同步網絡技術的發展,實踐內容卻不能反映當前最新的網絡新技術,甚至主流技術也不能體現在實驗環節,造成了理論與實踐不同步[4]。

(3) 網絡實驗環境與實踐教學的需要不相適應。網絡工程的相當一部分實踐教學內容依賴于專門的網絡環境,迅速發展的網絡技術使網絡設備升級換代的頻率加快,加上高校經費緊張和許多網絡實驗設備只是供網絡工程專業的學生使用而受益面不大的問題,使得學校不愿意投入足夠的資金,很多實驗迫于無奈用虛擬軟件來模擬,但是很多真實網絡環境中的問題無法在虛擬軟件中得到體現,學生的網絡應用能力也就無法得到真正鍛煉,因此通過實驗課堂所鍛煉的動手能力遠遠低于社會對網絡人才的要求。另外,網絡實驗往往需要的環境比較復雜,實驗室從管理方便的角度出發,也不允許學生改變現有的網絡環境,致使實驗的效果有限。

(4) 實驗教師無實際的網絡工程實踐經歷,實驗內容與企業實際需求相距較大。網絡課程實驗內容較其他課程有較強的特殊性,很多內容需要特殊的網絡硬件支持,缺乏網絡工程實踐經歷的教師很難將實際應用需要的技術通過實踐傳導給學生,這就使得實踐教學過程出現的很多問題無法得到解決,影響了教師上實驗課的信心和實驗效果。

2 基于OBE的網絡工程專業實踐教學體系

2.1 反向設計

OBE是產出導向教育的簡稱,是Spady等人提出的教育理念,這也是目前美國、英國、加拿大等國主流的教育理念,它與傳統的基于內容教學理念有顯著不同。基于OBE的教學是基于產出的教學理念,教學的目的是使得畢業生達到一定的能力要求、教學計劃要明確反映對畢業要求的支撐、上“好”課就是有效地完成相應的“支撐”任務、逐項評估畢業要求是否達成,它以學生為中心,以學生不斷反饋為驅動,強調學習結果,教學和學習過程可持續改進,采用多種評估和持續評估的評估方式對學生的培養目標與畢業要求是否明確、設定的目標與要求是否達成等評估指標進行評估,中心是關注學生的學習成果；而基于CBE的教學是基于課程的教學理念,教學計劃的核心是確定要上哪些課程,而確定哪些課程的根據是對于該學科的理解、教學實施過程是安排上好每門課、教學評估是評價每門課上得怎么樣,它以教師和教科書為中心,以教師的個性為驅動,強調教師希望的學習內容,采用評教單一的評估方式對教師教的效果和過程等評估指標進行評估,中心是關注教師教學內容、教學過程、學分等[5]。

通過以網絡工程專業人才需求為起點,研究人才的培養目標和畢業要求,反向進行課程體系和實踐內容及評價體系的設計,這個過程緊扣“人才產出”這個關鍵要素。根據OBE這一理念,結合對文獻[6]的研究,構建了如圖1所示的人才需求、培養目標、畢業要求、課程體系、教學內容和教學評價六位一體的網絡工程專業實踐教學模型,以全面貫徹產出導向的教學理念。

2.2 網絡工程專業的知識體系

隨著網絡與人們的工作和生活的聯系越來越緊密,網絡整體規模急劇增加,網絡應用從相對封閉走向開放并且越來越智能化,要從系統的高度多維度開展研究與構思,即掌握網絡軟硬件協同貫通工作及相互作用機制、綜合運用多種知識才能培養其解決復雜工程問題的能力,其涉及的知識體系如圖2所示[7]。

圖1 基于OBE的六位一體的網絡工程專業實踐教學模型

圖2 網絡工程專業知識體系

其中計算機工程具體的知識有數字邏輯、概論統計、組織與體系結構、嵌入式系統、信號分析與處理、數據庫系統；信息技術具體的知識有信息保障和安全、信息系統集成、社會和職業素養、Web系統和技術；軟件工程具體的知識有軟件設計、軟件過程、軟件管理和軟件建模與分析；網絡工程具體的知識有計算機網絡、組網工程、Internet協議、網絡管理、路由與交換技術、網絡安全；計算機科學具體的知識有程序設計基礎、操作系統；管理科學具體的知識有信息系統管理、項目管理；電子工程具體的知識有電路與電子學；通信工程具體的知識有通信系統。

2.3 網絡工程專業的實踐課程體系

以崗位需求為導向、以學生為中心、以持續改進為核心、以培養學生解決復雜工程問題能力為目標的 OBE教學理念,通過人才需求、畢業目標和畢業要求“反向設計”課程體系、實踐內容及評價體系,結合圖1所示的實踐教學模型和圖2所示的網絡工程專業的知識體系,通過對文獻[7-11]的研究,形成了如圖3所示的網絡工程專業的實踐課程體系。

圖3 網絡工程專業實踐課程體系

邏輯思維層實現網絡系統軟硬件概念貫穿,建立起網絡理論到硬件實現的聯系,為后續建立網絡架構奠定基礎。其中電子技術基礎的課程有電子與電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術；通信技術基礎的課程有信號分析與處理、數據通信原理、現代通信技術；計算機技術基礎的課程有數據結構、算法設計與分析、信息安全基礎；計算機系統基礎的課程有計算機原理、操作系統、軟件工程、數據庫原理。

專業素養層面實現網絡軟硬件程序貫穿,強調軟硬件關聯與協同,以程序的生成、執行和優化為核心,建立網絡系統架構。

核心能力層面實現網絡軟硬件系統貫通,構建了自頂向下和自底向上2條交叉融合的核心課程架構,實現從使用網絡到構建網絡。組網工程方向的課程有信息系統集成、無線通信與網絡、網絡工程課程設計、傳感網與物聯網技術、Linux操作系統；其中網絡應用方向的課程有面向對象程序設計、Web系統與技術、網絡編程課程設計、網絡計算技術、多媒體技術；網絡設計方向的課程有數字系統設計、微機接口與控制、嵌入式網絡設備開發課程設計、網絡協議分析與設計課程設計、計算機系統工程、匯編語言程序設計；網絡管理與安全方向的課程有網絡性能評價、信息安全、網絡管理與維護課程設計、網絡安全防范課程設計、網絡故障診斷與維護、信息安全法規。

復雜工程問題實踐層面實現網絡軟硬件系統應用貫通,面向應用,通過解決不同類型的實際具體的復雜工程問題,達到培養學生解決復雜工程問題能力的目標。

該體系已在我校網絡工程專業的人才培養中實施5年,通過對實施改革前后各260名畢業生就業數據的統計和分析,得出了如表1所示的數據:

表1 實施OBE教學前后就業數據統計表

從表中的數據可以看出,實施實踐教學改革后,學生的專業能力有了質的提升,改革的效果非常明顯。

3 實施網絡工程專業實踐教學體系的關鍵

3.1 實踐教材的建設

教材是課程的基石,而目前許多教師缺乏實際工程經歷加上有些教師出教材僅僅是為了評職稱的需要,使得教材質量堪憂,且同質化非常嚴重,單個實驗內容涉及的知識點少,不利于以系統的觀點培養學生綜合能力和解決復雜工程問題所需的工程實踐能力。為了提高教材的質量,同社會對人才的需求相接軌,建議聯合著名的網絡技術公司的技術骨干聯合編寫有行業特色的教材。

3.2 網絡工程專業的師資隊伍建設

以產出為導向的實踐教學改革，既不是局部某門課程或者某幾門課程的改革,也不是將所有內容推倒重來,它是一個系統性的工程,將原來的內容進行整合重構,需要所有教師共同參與進來,才能達到理想的目標,需要教師間相互協作,共同培養學生(產出成果)才能與培養目標和畢業要求達成理想的契合度。一方面,現有師資,可以到通過工程專業認證的高校接受系統的培訓,宏觀上可以學習課程建設和改革的經驗,微觀上可以學習實踐內容如何設置、實驗室和實踐基地如何建設、實踐課堂如何組織及評價,使教師快速地適應以OBE為理念的工程教育模式[12]；另一方面,也可以從主流的網絡技術公司聘請技術骨干擔任兼職教師,讓工程實踐教育更貼近實際需要。

3.3 網絡實驗室建設

網絡實驗室的建設一定要和社會對網絡人才的需求相結合,實驗室設備的型號及參數不一定要追求很高的性能,只要能滿足學生的實驗需求即可,這樣不至于造成成本太高。實驗室應盡可能地減少用模擬軟件做虛擬實驗,因為虛擬軟件只能做有限的幾個預置的實驗而不能擴展,完全是驗證性的,沒有創新性可言。虛擬軟件不會出現實際應用中可能出現的問題,不能使學生真正了解工程中常用的實現手段和實際的使用過程,學生的能力得不到充分的提高[13]。

3.4 實踐課程教學研究與改革

以產出為導向的教育的中心是學生,培養的學生如果達到了社會對人才的要求,就達到了教學目標,否則,就沒達到預期目標。培養解決復雜工程問題的能力的重要途徑就是實踐教育,而能否達到預期目標的首要問題就是實踐內容是否能夠培養學生解決復雜工程問題的能力。成果導向的第一步就是要設計好實踐內容,這就需要深入地研究實踐教學,去除不合要求的內容,開發利于達成目標的實踐內容。

4 結語

現代工程的典型特征是系統復雜、設計約束多、要素間沖突激烈、多種技術交叉與集成、工程規模龐大、團隊協同要求高,網絡工程作為“新工科”專業,面對日益復雜的網絡和層出不窮的網絡技術及應用需求,需要加強人才培養的改革,提高人才培養質量,更好地服務社會發展。