新工科背景下網絡工程專業實踐教學體系研究

邢慧芬，王淑超,王洪海

（1.巢湖學院 信息工程學院；2.巢湖學院 數學與統計學院，安徽 合肥 238024）

隨著人工智能、5G、物聯網、虛擬化等技術的發展，網絡的泛在性、異構性與融合性進一步增強，“5G+工業互聯網”為產業數字化、網絡化、智能化發展提供了實現途徑。預計到2023 年，全球范圍內各種各樣的互聯網設備節點超過293億，5G 鏈接將超過14 億互聯網用戶也將達到53億[1]。網絡變革帶來網絡工程人才需求的變化與升級，迫切需要地方高等院校順應時代步伐，主動調整人才培養定位，創新人才培養模式和體系，加強師資隊伍建設，從而提高人才培養效果。從2016 年起，我國將國際工程教育的理念引入到“新工科”建設當中。工程教育認證的核心理念就是OBE ( outcome-based education，基于學習成果產出的教育模式）工程教育理念，即以學生成果產出為導向，以學生為中心，注重持續改進原則[2-3]。因此，新工科教育就是以立德樹人為引領，以產業需求為導向，以協同創新為主要途徑，以學生為中心，根據學生志趣選擇、設計教學方法與手段，培養多元化、創新型卓越工程人才，探索建立工科發展新范式[4]。

在新工科建設背景下，工程教育認證對實踐教學也提出了新的要求，《工程教育認證標準（2018 版）》[5]中5.3 明確要求工程實踐與畢業設計（論文）學分需至少占總學分的20%，并指定課程內容體系設置要求、畢業設計（論文）選題要求及學生在工程實踐中應培養的能力要求；《標準》[5]同時明確了對解決復雜工程問題能力的要求，而培養解決復雜工程問題能力離不開實踐。因此，在新工科+工程教育認證背景下，地方高等院校應結合學校辦學定位和新型互聯網行業需求，秉持OBE 理念，始終堅持以人才培養為中心，把握社會發展和企業技術創新需求；堅持能力為重，強化實踐，構建新工科背景下與工程認證相適應的實踐教學體系；在實踐教學環節有效融入工程與社會、創新意識、職業素養、項目管理等非技術畢業能力要素，提升新工科網絡工程復合人才培養[6-8]。文章從OBE 教育理念出發，結合新型互聯網行業需求，探索網絡工程專業實踐教學體系，旨在實踐教學中不斷激發學生的學習興趣，培養具有較強行業知識背景、工程實踐能力的新工科復合人才。

1 實踐教學現狀

國內的高等教育研究學者正致力于研究新工科+工程認證背景下實踐教學體系，并且已經有了豐富的研究成果。文獻[2]依據OBE 理念剖析了傳統工程教育實踐教學體系的問題，提出了實踐教學體系的構建原則，構建了項目式實踐教學體系，介紹了該體系的具體細則和標準，總結了該體系中對非技術能力指標的培養優勢。文獻[3]基于OBE 教育理念，提出了符合社會人才需求的實踐教學改革措施,而提高學生的實踐能力、創新能力和綜合素質。文獻[6]立足于解決復雜工程問題能力培養的教育理念，探討如何構建計算機類專業實踐教學體系，旨在為高校的計算機工程教育和專業建設提供參考。文獻[7]基于工程教育認證對實踐教學的新要求，提出工科專業畢業實踐教學體系，設計工程實踐能力評價體系。文獻[8]依據CIPP 評價模式（亦稱決策導向評價模式，四個字母分別代表Context Evaluation（內容評價）、Input Evaluation（輸入評價） 、Process Evaluation（過程評價）、Product Evaluation （結果評價））構建了應用型高校實踐教學質量評價指標體系，以便科學合理地評價各高校各專業的實踐教學質量，不斷改進其實踐教學模式和過程。文獻[13]從高校實踐教學的現狀出發，提出了“互聯網+OBE”的新型人才培養理念，創建了“互聯網+PBL”的教學方法，在校企合作上提出學校企業共建云端一體化教室的構想，并構建基于學生滿意度的“互聯網+”實踐教學評價體系和標準。調查問卷驗證了“互聯網+”實踐教學評價體系的合理性。文獻[15]根據“新工科”對材料專業學生實踐能力的新要求，結合專業工程教育認證畢業要求，科學構建了基于“新工科”的新型實踐教學體系，進一步明確新工科背景下實踐教學的教學目標，更新和優化實踐教學內容體系，改革了實踐教學模式，健全實踐教學支撐保障體系。

新工科+工程認證背景下實踐教學體系還存在諸多問題，主要表現在以下三個方面。

1.1 傳統工程教育實踐教學模式老化

傳統的大學教學方法多采用 LBL 模式（Lecture-based Learning，簡稱LBL，傳統授課模式），該模式以傳授知識為主，過分強調理論知識講授，學生缺乏深入思考，被動接受知識，不能靈活運用知識，更不理解理論知識應用場景；沒有堅持“能力培養為導向”的培養目標；學生成果評價以結果評價為主而不是結果過程相結合，或者以學生實踐的報告或者分數作為評價指標，難以測量實踐能力的達成度。顯然，LBL 教學模式沒有融于新工科教育理念（比如OBE、CDIO 教育理念（CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）），很難適應于新工科和工程認證的培養目標與要求[9]。

1.2 實踐教學內容體系脫離科研與生產

由于對“5G+工業互聯網”新型工業互聯網發展的新趨勢、新特征與新需求不能正確研判和發掘，容易造成地方高校理論教學內容過于落后行業發展，不能及時跟蹤行業發展新技術和新方法。實踐環境和實驗手段過于老化，并且重視理論而忽略實踐。很多工科高校課程只把實踐作為理論的一部分，沒有專門的實驗考核和評價機制。以每年的畢業論文（設計）選題為例，由于教師和學生所掌握的工程知識具有局限性和片面性，選題相似度較高，甚至偏離網絡工程應用（比如偏向應用軟件開發）。而有些選題脫離新型工業互聯網（如云服務中心、網絡空間安全、5G 互聯、虛擬化、SDN 軟件定義網絡等），只是進行簡單的企業獲校園網絡設計和仿真。實踐是工程教育的靈魂，是培養學生解決復雜工程能力的主要途徑與提升學生創新意識的必要條件，因此在工程教育中實踐教學與理論教學的兩手都要抓，兩手都要硬。

1.3 實踐教學評價體系不完善

目前高校實踐教學評價體系大多側重于理論性研究，缺乏實踐教學實施中的過程評判細則和具體的實踐教學效果評價指標體系，總體評價方案尚不完善。實踐教學活動具有多樣性、開放性和動態性的特點，以學生實踐的報告或者分數評價學生實踐成果難以測量實踐能力的達成，不能有效地對學生能力達成進行反饋和及時進行教學設計的調整和修正，影響教學管理者的決策和人才培養。因此，在新工科建設和工程認證背景下，實踐教學必須保證有明確的實踐教學評價標準，做到有據可循，而不是單純依靠老師的主觀判斷進行隨意評價。只有從實踐教學各個環節全面打通，建立過程性的評價機制與評價標準，才能提升實踐教學質量。

2 基于“新工科+OBE”實驗教學體系構建

為了主動應對新工科背景下網絡工程人才的新需求，構建創新型國家和科技強國，文章提出了一種基于OBE 的網絡工程實踐教學模式體系，如圖1 所示。首先，在人才培養目標的確定上，利用DACUM（Developing A Curriculum，課程計劃開發）分析法對網絡工程相關職業能力進行分析，提出基礎技能、職業素養、專業技能和創新能力四個任務領域，根據四個領域進行單項工作任務行為分析，得到網絡工程專業職業能力圖表，同時結合學校的辦學定位給出復合型網絡工程人才的培養目標；其次，根據人才培養目標制定網絡工程畢業要求，并根據12 條畢業進行不同環節的教學設計，包括實踐教學內容體系大綱、教學方式確定；然后利用PBL（Problem-Based Learning，即基于問題的學習）教學法貫穿于實踐教學的理論與實踐中；最后構建基于CIPP 模型和OBE 理念實踐教學評價體系，對畢業生的綜合能力進行質量評估，并將質量評價結果進行反饋以持續改進，優化實踐教學體系和標準。

圖1 基于“新工科+OBE”實驗教學體系框架圖

2.1 基于DACUM 職業能力需求分析

本文采用DACUM 方法[10、11]進行職業能力分析，DACUM 方法即教學計劃開發，其本質是一種科學、高效的分析和確定某種職業崗位所需能力的方法。為把握網絡工程人才需求，結合相關課題研究，調研了數家互聯網企業及國家機關、科研機構、銀行等企事業單位對網絡工程師、系統運維工程師、網絡安全工程師及路由器開發測試等相關崗位的人才需求規格要求，并應用DACUM 分析法，對網絡工程相關職業能力進行分析，得到網絡工程人才能力需求規格要求，包含四個方面，分別是職業素養、專業基礎技能、專業核心技能和創新能力，其中專業基礎技能是基礎，專業核心技能是關鍵，創新能力是目標，職業素養是保障，各能力要求由易到難，從基礎能力依次遞進到綜合能力的提升。對四個領域進行單項工作任務行為分析，得到網絡工程專業職業能力圖表，如表1 所示。

表1 網絡工程專業DACUM 能力圖表

2.2 實踐教學內容體系結構

在新工科建設背景下，基于OBE 理念，依據社會和網絡工程行業發展新需求，確定了實踐教學內容體系，主要包括三大模塊：學科基礎實踐課程、專業實踐課程和創新創業實踐課程。下面給出學生知識能力、培養目標、畢業要求和實踐課程內容體系的映射關系，如圖2 所示。

圖2 學生知識能力、培養目標、畢業要求和實踐課程內容體系的映射關系

2.3 教學方式實施——PBL 教學法

PBL 教學法[9、12-13]強調以問題為導向，讓學生自主學習、挖掘知識，獨立發現、思考和解決問題。基于PBL 教學法的實施如圖3 所示，整個過程“以學生為主，教師為輔”方式進行開展，分為三個階段：課前教師充分利用在線課程平臺設置學習情境和問題，學生則在課前查閱資料和收集資料；在課堂上（理論和實驗課堂）進行理論知識梳理和討論，分析問題并解決問題；課后進行作業和實驗的討論、測評、總結和反饋。通過做到了線上與線下、課內與課外優勢互補，提高了學生知識挖掘能力、自學能力和分析解決問題能力，實現了師生水平共同提高。網絡資源學習平臺、開放實驗室、校企合作基地等教學環境和資源是PBL 教學法順利實施的重要保障。

圖3 基于PBL 教學法的具體實施流程

2.4 實踐教學評價體系

傳統實踐教學評價模式側重于結果性評價，缺乏對實踐課程教學過程的持續跟蹤和改進，主要從教師教的角度出發，而不是從學生學習的過程和效果出發，有著明顯的局限性和片面性。目前網絡工程專業實踐內容體系主要由基礎實踐課程、專業實踐課程和創新創業實踐課程三部分構成。從其構成上看，實踐教學是一個多維度進階式的復雜內容體系，因此必須全方位、多層次地對其進行度量和評價。著名的CIPP 模型[8、14]能凸顯過程評價的價值，為實踐教學提供一套系統的、操作邏輯性嚴密和可持續的評價標準。針對現有實踐教學評價體系的不足，并參考柯亮[6]基于CIPP 模型的實踐教學評價體系，文章構建了新工科背景下基于“CIPP+OBE”的實踐教學評價體系。該體系共有3 個一級指標，分別為“輸入評價——環境與資源”“過程評價——教學過程”“成果評價——教學效果”，其中“輸入評價”是保障，“過程評價”是核心，“成果評價”是關鍵，由此構建了一個由3 個一級指標、21 個二級指標的實踐教學評價體系，其具體指標體系和權重比例如表2 所示。該體系能有效測量學生實踐成果能力達成度，能有效反映實踐教學過程的合理性、有效性、創新性。

表2 新工科背景下基于OBE 的實踐教學評價體系

續 表

3 實踐應用——以巢湖學院網絡工程專業為例

巢湖學院網絡工程專業于2017 年起探索將基于“新工科+OBE”實踐教學體系應用于工程實踐教學中。經過近5 年的運行，學生綜合素質和解決復雜工程問題的能力明顯提升，實踐教學體系進一步優化，教學管理過程進一步規范化，實驗室師資力量明顯改善，校企合作產教融也都取得了一定成效。

3.1 學生綜合素質提升

巢湖學院網絡工程專業目前在校學生325 人，近三屆畢業生平均初次就業率達95.72%，就業率在學校一直名列前茅，其中80%的畢業生從事網絡工程專業相關工作，且用人單位對本專業畢業生滿意度較高；職業技能證書的獲取率達70%以上。據不完全統計，學生在歷屆安徽省大學生網絡與分布式系統創新設計大賽、網絡技術挑戰賽（華東賽區）、安徽省高校物聯網應用創新大賽及安徽省“互聯網+”大學生創新創業大賽等各項大賽事中累計獲獎達50 余項，在綜合實踐課程中完成復雜、交叉項目課題的比例達到70%以上。因此，經過近5 年的運行，通過對我院網絡工程專業學生和實習單位的調查發現，該實踐教學體系能夠激勵學生，提高學生專業技能、創新創業能力、復雜工程問題解決能力及綜合素質，規范化人才培養，符合新產業對網絡人才的實際需求。

3.2 實踐教學體系優化和教學管理規范化

2017 年以來，網絡工程專業根據新型互聯網的發展需求，邀請企業人員參與制定人才培養方案，監督和指導實踐教學過程，從而有效防止教學內容與方式與實際生成脫離可導致的人才培養不符合新產業對網絡人才的實際需求。另外根據基于“CIPP+OBE”實踐評價模型得到的校內外各方信息反饋，對人才培養方案和實踐教學大綱進行了2 次全面的修訂和多次動態調整，使得整個體系更加符合新型工業互聯網發展的新趨勢、新特征與新標準。修訂后的實踐教學環節的總學分占比已提高至27.68%，高于《工程教育認證標準（2018 版）》中規定的20%，符合工程教育認證要求；綜合性、設計性實驗的課程比例為70%。學校引進了先進的課程管理平臺（比如學習通、博思平臺等在線教育平臺），同時我院自己開發教學管理平臺，對教學過程、學生實踐活動過程、作業和實驗報告提交、評測和總結反饋進行科學規范化的管理，優化管理流程，監控教學過程，提升實踐教學質量。

3.3 校企合作和產教融合

2018 年，我院網絡工程專業獲批“六卓越、一拔尖”卓越人才培養創新計劃，2021 年獲批國家級一流本科專業建設點單位，因此為應對網絡工程人才需求的更新與升級，需要進一步增進校企合作，推進產教融合共同發展。2018 年1 月，巢湖學院信息工程學院率先與華為技術有限公司成立“華為ICT 學院”，為我校開展的數字化校園合作、網院的師資培訓、人才的聯合培養、專業實驗室建設等方面給于全方位的指導和幫助。于此同時“華為ICT 學院”協助學校舉辦“華為杯”網絡與分布式系統創新設計大賽，助推學校向應用型大學轉型。自成立“華為ICT 學院”以來，每年派1-2 名老師前往華為杭州分部進行師資培訓，定期對學生開展華為網絡工程師培訓，每屆超過70%的同學獲得華為HCNA 證書。為提高網絡安全方面的人才培養質量，2022 年1 月巢湖學院與新華三信息安全技術有限公司簽署產業學院合作協議，共建網絡智能與安全現代產業學院。巢湖學院網絡工程專業作為國家一流專業，在網絡工程方向的人才培養上具備成熟的體系，借助校企雙方結合優勢，聯合建設網絡安全學院，尋找校企在用人需求上的共性，為網絡安全行業培養優質人才，實現互惠共贏。產教融合和校企合作，是一項合作雙贏、意義深遠的戰略性項目，使得教學與行業及市場最新技術接軌，對教學與實踐緊密結合具有重要的意義，以此推進產教融合共同發展。

4 結語

在新工科建設背景下，針對網絡工程專業社會和行業發展需求，本文以地方辦學特色為指導，融入OBE 理念，構建了網絡工程專業實踐教學體系。首先利用DACUM 分析法職業能力進行分析，正向進行教學設計，并將PBL 教學法貫穿于實踐教學的理論與實踐中，力求達到多維度層層遞進的學習效果；最后，由基于“CIPP+OBE”的評價體系對學生的綜合能力進行畢業生質量評價。通過對網絡工程專業進行實踐，在學生綜合素質、實踐教學體系優化、教學管理規范化以及產教融合等方面，都取得了一定效果，提升了新型網絡工程人才培養質量。