新工科背景下的網絡工程專業實驗教學體系

何 欣 ，劉俊男，廖先富

（河南大學 現代網絡技術實驗教學中心，河南 鄭州475000）

1 背景

工程教育在我國高等教育中占有重要的地位，高素質工程科技人才是支撐產業轉型升級、實施國家重大發展戰略的重要保障。在此背景下“新工科”計劃孕育而生，在新工科計劃的背景下，以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟蓬勃發展。國家一系列重大戰略得以實施，例如，產業轉型升級和新舊動能轉換、“互聯網+”深刻改變各行各業、“大眾創業萬眾創新”等，均對高等教育工科人才培養提出了新的更高的要求[1-2]。信息學科的人才培養更應該面向產業、面向世界、面向未來建設新工科，面向當前急需和未來產業發展，提前進行人才布局，培養具有創新創業意識、數字化思維和跨界整合能力的“新工科”高素質信息學科人才。

在網絡工程專業實驗教學方面，應該通過加大投入，不斷完善實踐教學體系，引導建設一批具有明確人才培養目標及先進實驗教學理念的實驗教學中心。然而，在教學中發現網絡工程專業的專業實驗室間還普遍存在著實驗室專業方向關聯性不夠緊密、 實驗教學課程體系不夠完善、學生創新創業培養不能滿足人才需求等缺點，無法適應新工科背景下的信息學科人才培養目標。

2 新工科背景下的網絡工程專業實驗教學體系設計

2.1 構建新工科背景下網絡工程專業知識體系關聯拓撲

注重體現多學科交叉融合、寬基礎、重能力的專業實驗教學課程建設，培養學生跨學科思維和跨界整合能力；基于網絡拓撲思維模式，將工程坊實驗室作為網絡節點，將網絡工程專業相關的知識點分散化與碎片化后，融入各網絡節點，并基于知識經驗，計算節點的主從權重和節點隸屬關聯代價，構建新工科下網絡工程專業“知識點”體系關聯拓撲[3]，如圖 1 所示。以此拓撲為基礎，尋求影響實驗教學建設目標的關鍵路徑節點，以路由交換技術、網絡搭建與綜合布線、無線網絡與安全、大數據應用實踐、物聯網與RFID 應用等工程實踐性課程，與人生職業規劃、創新創業理念教育、項目綜合管理等人文、管理類通識性課程相互交叉，并依托對應的工程坊實驗室作為重點發展對象，制定實驗課程體系發展建設規劃。

2.2 構建螺旋式實驗教學體系

圖1 新工科下網絡工程專業知識體系關聯拓撲

在新工科下網絡工程專業知識體系關聯拓撲的基礎上，從“基礎性→工程能力提升性→工程研究創新性”三層次逐級遞進，以“鞏固基礎、注重能力、強調素質、突出工程應用創新”為原則，構建螺旋式實驗教學體系。 第一階段將各個學科專業知識分散化與碎片化后，融入實驗教學環節，制定基礎性實驗教學大綱，完成基于知識關聯拓撲的基礎性實驗建設工作；第二階段在完成大綱要求的實驗教學任務的基礎上，針對不同授課對象，分層次、循序漸進進行綜合性實驗專題訓練；第三階段以工程性社會服務和實驗教學實踐為主要驅動力，以校企合作項目、大學生創新性實驗計劃、學科競賽等為助力，進一步通過創新和研究實驗，提升學生的獨立創新、自主動手能力和團結協作精神，在實踐過程中逐步提高學生理論與實踐相結合處理實際問題的能力，以及創新思維的能力。

2.3 構建基于“工程坊式”的實驗教學平臺

實驗實踐是工程的本質，是創新的基礎，實踐促進創新，創新創業能力是新工科背景下網絡工程專業培養工程科技人才的核心能力。建立并完善工程坊式開放實驗室平臺是貫徹創新創業教育落地實施，保證新工科下網絡工程專業實驗教學體系建設，加強新工科工程科技人才創新創業能力的培養，爭取各種社會教育資源，構建政校協同、產學融合、校企合作、科教結合的新工科專業協同育人模式和多主體參與的新工科工程科技人才培養的必由之路[3-4]。如圖 2所示，工程坊實驗教學平臺是依托現代網絡技術實驗教學示范中心建立的開放式實驗室。工程坊的特性有：①區別于傳統實驗教學模式，工程坊為學生提供一個安全、方便、功能齊全，完成各類項目綜合設計課程訓練的自由實踐平臺；②借助工程坊，加強與各企業的合作聯系，孵化各類創新實踐訓練項目，提高師生、學院科研人員社會化服務能力的一個綜合能力訓練平臺；③依托工程坊可建立支持基礎工程綜合能力訓練、系統性創新思維訓練、創意原型產品開發和技術成果產業化等“三創”生態系統，向學生提供全方位的創意實現服務，鼓勵學生跨界學習、交叉合作、面向未來、挑戰學科前沿問題，支持學生實現創意設計、形成創新產品、產業化創新成果。

2.4 凝練新工科背景下網絡工程專業實驗教學團隊

新工科建設需要一支在知識、能力、經歷、素質等方面均能夠勝任學科專業建設和創新工程科技人才培養工作的教師隊伍。在教師隊伍建設上，新工科建設與傳統師資建設的主要區別源于新工科專業的學科交融特征，因此需要研究多學科交叉融合的新工科專業對教師的要求、教師隊伍建設路徑以及教師的評價和激勵。

3 新工科背景下的網絡工程專業實驗教學體系實施方案及支撐保障

3.1 具體實施方案

1）以螺旋式實驗教學體系為實施核心，以工程坊實驗教學平臺和專業實驗教師隊伍為軟硬件保障條件，構建新工科背景下網絡工程專業實驗教學體系。

圖2 “工程坊式”實驗教學平臺

如圖 3所示，在具體實施過程中，首先分析新工科網絡工程專業實驗教學建設目標， 建立新工科背景下網絡工程專業知識體系拓撲關聯， 關聯拓撲中注重體現多學科交叉融合、寬基礎、重能力的專業實驗教學課程建設， 在實驗教學中設置學科前沿課程、綜合性課程、創業引導課程、問題導向課程、交叉學科研討課程等，以此培養學生的跨學科思維和跨界整合能力。其次， 在新工科下網絡工程專業關聯“知識點”體系與實驗教學課程體系建設規劃的基礎上， 從“基礎性→工程能力提升性→工程研究創新性”三層次逐級遞進，以“鞏固基礎、注重能力、強調素質、突出工程應用創新”為原則， 加強實驗教學中綜合設計性項目規劃與實施， 對新工科背景下網絡工程專業實驗教學體系進行螺旋式迭代階段性建設。與此同時，為了保證新工科背景下網絡工程專業實驗教學體系建設的順利實施，還要建立工程坊開放實驗室，制定單個課程實驗指導手冊，并分別匯總為實驗室和中心實驗教學培養目標，形成面向網絡專業學生培養的現代網絡技術實驗教學指導規范。 最后，需要加大師資培訓力度與培訓規模，全面提升實驗教學隊伍的教育研究能力、教學學術水平與實踐創新能力，打造一支能夠勝任新工科背景下網絡工程專業實驗教學工作的高素質教師隊伍。

圖3 網絡工程專業實驗教學體系實施方案結構圖

2）加強校企合作與社會化服務推廣， 開展聯合培養實踐教學建設， 進一步錘煉學生的實踐創新能力，豐富實驗教學體系建設。

通過和國內外著名企業合作， 建立面向新工科專業學生開展創意、創新、創業“三創融合”活動的校企合作支撐服務平臺（已建成河南大學—華三云學院、河南大學—華三大數據學院、甲骨文公司實踐基地等）， 來培養學生的實踐能力。這些聯合實踐課程將當今一線企業的方案和項目拿出來讓學生進行實驗和練習， 既促進了學生對課程的理解，也使學生對自己的職業崗位有深刻的了解。通過這樣的實踐課程，學生在校內實驗中心就獲得了進入企業才能得到的知識和體驗，提高了學生的適應能力， 也將創新創業訓練項目中的一些科研成果輻射推廣到相關企業，對學生、學校、企業三方都有促進作用。建立以問題和課題為導向的教育模式，倡導研究性學習和挑戰性學習，因材施教，注重提高學生的探究興趣、創新意識和學習成效。

3）以學科競賽、大學生創新創業訓練項目培育為工作抓手，完善實驗教學實施手段。

在實驗教學、校企合作與社會服務的基礎上，通過大學生創新性實驗計劃、學科競賽等手段， 組建以教師為引導、 以學生為核心的創新實踐團隊，培養學生以問題為目標的創新實踐能力[5]。努力建設支持基礎工程綜合能力訓練、系統性創新思維訓練、創意原型產品開發和技術成果產業化等“三創”生態系統，向學生提供全方位的創意實現服務，鼓勵學生跨界學習、交叉合作、面向未來、挑戰學科前沿問題，支持學生實現創意設計、形成創新產品和產業化創新成果。

4）實驗教學與科研互動，以科研促實驗教學，反哺教學，深化實驗教學體系建設。

倡導聘請科研水平和知識創新能力高的教師、特別是教授職稱的教師，參與指導國家級、省級和校級大學生創新性實驗計劃；把最新科技前沿和科研成果及時轉化為實踐課程的教學內容和開放的研究型實驗項目，以科研成果反哺實踐教學；激勵高年級本科生進入科研實驗室充當科研助手， 使學生更好地了解學科前沿動態，培養創新意識，提高實驗綜合設計能力。

3.2 支撐保障

（1）建立健全實驗教學質量保障體系。按照“教學督導、教師、學生”三重監督， “課前、課中、課后”三個環節， “設備、教師、學生”三個層次相結合的思想，形成了一套較為完善的實驗教學質量保證體系[4]。從人才培養目標出發，制定實驗教學內容、建設相應的實驗教學隊伍及滿足實驗教學要求的實驗設備及環境；充分利用信息技術及手段，加強實驗教學督導及學生學風建設，以保證實驗教學效果；建立教學反饋機制，及時反饋教學結果，組織教學研討，促進教學方法改革和創新；通過科學的實驗教學考評，綜合評定學生的學習情況。

（2）充分依托現代網絡技術實驗教學示范中心，為網絡工程專業實驗教學體系建設提供硬件平臺支撐。網絡工程專業依托的現代網絡技術教學示范中心陸續建設了智能物流實驗室、 智能家居實驗室、 IOS 實驗室、 Android 實驗室，以滿足各類學生在智能網絡以及移動計算方面實踐實訓的需求。中心又建設了云計算實驗室、軟件定義網絡實驗室、 H3C 路由交換實驗室、無線網絡與安全等專業實驗室，形成了現代網絡從應用端到服務端的全面覆蓋。至此，既可以滿足本科生、研究生在網絡技術領域的實驗教學和實踐實訓，又可為師生進行相關領域的項目研發及社會化服務提供平臺保障。

4 結語

新工科教育下網絡工程專業實驗教學體系以螺旋式實驗教學體系為實施核心，以工程實驗教學平臺和專業實驗教師隊伍為軟硬件保障條件，通過加強校企合作與社會化服務推廣， 開展聯合培養實踐教學建設，以學科競賽、大學生創新創業訓練項目培育為工作抓手，完善實驗教學實施手段，以此來進一步錘煉學生的實踐創新能力，構建新工科背景下網絡工程專業實驗教學體系。教師通過以實驗教學與科研互動，以科研促實驗教學，反哺教學來深化實驗教學體系建設。通過依托現代網絡技術實驗教學示范中心， 為網絡工程專業實驗教學體系建設提供硬件平臺支撐完善實驗教學體系。實踐證明，此教學體系大大提高了網絡工程類實驗教學水平。