网络工程专业课程建设研究与实践

摘要:网络工程专业是面向工程和应用的计算机类专业,专业课程建设要体现网络工程的特色,需要从专业课程体系构成及学分设置、专业课程层次设计、专业实践课程的设置等几个方面研究和探讨。本文给出选课比例大于30%的专业课程体系设计,提出专业课程按计算机网络理论、技术、应用三个层次设置的方案,说明了使专业实践早接触、不间断、相互联系的实施安排,最后给出专业建设和教学计划实施的分析和讨论。

关键词:网络工程专业;专业建设;课程建设;计算机网络

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

网络工程专业知识领域的特点:知识结构涉及计算机科学和数据通信等核心技术,知识更新快,与应用实践结合紧密。网络工程专业培养计划应对工程技术知识和素质教育有严格的要求,对人才的培养要注重三个方面:创新思维和分析能力,专业知识学习兴趣和方法,工程实践动手能力。

网络工程专业属于信息社会建设和发展急需的专业,专业培养方案和课程内容设置立足让学生知道做什么,为什么做,怎样做,做到举一反三、触类旁通,使学生在掌握计算机网络工程的理论知识和实践技术的过程中感受到快乐。

网络工程专业课程建设的主导思想是“加强多学科理论基础教育,突出网络工程专业特点,注重实践技能训练,探索主动学习、兴趣培养的教学模式,提高学生的创新能力”。

2专业课程体系构成及学分设置

网络工程专业作为计算机科学与技术类专业,一些核心的学科基础课应有统一的要求,在计算科学理论、技术和应用等知识结构的理解和掌握上与其他计算机类专业有共同的基本要求。

在专业课程设计和建设上只有突出计算机网络理论知识、计算机网络技术知识和计算机网络应用知识的教学,才能形成网络工程专业特色。还要考虑对学生创新思维培养、学生综合素质和文化知识学习有基本的要求。

课内教学和独立设置的实践环节,学分要求分别为140学分和20学分。课内教学按课程类别进一步分为公共基础课、学科基础课、专业课和通识课。课内教学和独立设置的实践环节的课程体系构成及学分设置如图1所示。

为了给学生提供更大的选课空间,提高学习积极性和兴趣,增大选修课的比重,在课内教学和独立设置的实践环节的学分中,选修课的比例占31.5%。

课内教学和独立设置的实践环节160学分,加上规定的创新能力2学分和课外教育项目学分11学分,最低毕业学分要求为173学分,专业最低毕业学分构成如图2所示。

主要课程包括:计算科学导引、程序设计基础、电路与电子学、离散数学、数据结构、操作系统、编译原理、软件工程、计算机组成原理、通信原理、计算机网络、计算机网络实验、网络安全技术、网络设计与工程、Linux网络环境、计算机网络管理、TCP/IP协议分析、IPv6技术、网络编程、网站开发与维护、网络仿真和模拟课程设计。

专业知识领域模块包括:计算机软件基础、电路与数字逻辑、计算机体系结构与组织、嵌入式系统、计算机网络理论、计算机网络技术、计算机网络设计与应用。

这里需要注意的是,怎样突出网络工程专业知识的特色,同时也需要考虑网络工程专业与计算机科学与技术类专业的联系。在制订网络工程专业教学进程计划时,往往要考虑课程先修关系。由于一些规定的公共基础课程时数的限制,以及需要满足对学科基础课程的要求,对计算机网络和专业课程的学时安排显得尤为重要。

3专业课程层次设计

采用三个层次描述网络工程专业课程知识,自底向上依次为计算机网络理论、计算机网络技术、计算机网络设计与下层课程知识为上层课程知识的基础,需要说明的是在某一门课程中可能存在既包括理论知识、又包括技术知识和应用知识的情况,例如专业核心课程“计算机网络”。三个层次的专业课程设计可以体现网络工程专业的特色,注重课程之间的联系和衔接,使知识结构流畅、看起来一目了然、学习起来循序渐进。三个层次的专业课程知识描述如图3所示。

以“计算机网络课”程为核心,设计出理论、技术和应用的计算机网络课程体系知识领域框架,可以很好地使各课程内容前后衔接、连贯相通、循序渐进、易学易懂。

3.1计算机网络理论课程

计算机网络理论是专业课程的基础,开设的课程有:计算机网络原理、通信原理、TCP/IP协议分析。

计算机网络原理从计算机网络体系结构、网络层次、网络协议、网络服务、网络接口和对等层定义和功用出发,描述当前计算机网络体系结构的5个层次的功能、位置和协议数据单元(PDU),涉及可靠数据传输(RDT)、网络协议设计及实现、流量和拥塞控制、网络寻址、路由选择协议、网络互连、局域网络、无线和移动网络、网络管理和网络安全。

通信原理讲述通信基本理论和数据通信基础知识,涉及到传输介质、信道容量、信道复用技术、交换技术、编码技术、差错控制技术,这部分知识内容以够用为原则。通信原理的知识在计算机网络课程中会多次用到,在计算机网络中包含“数据通信基础知识”一章内容,从计算机技术与通信技术相结合的层面归纳两种技术的结合和联系。

TCP/IP协议是因特网的语言,是计算机网络事实上的工业标准,讲述时结合与开放系统互连(OSI)框架,以及当代5层计算机网络体系结构进行比较,强调网络体系结构和协议分层的基本原理。讨论因特网和身边网络正在使用的各层网络协议,涉及的网络协议有:HTTP、SMTP、POP3MIME、DNS、FTP、SNMP、TCP、UDP、IP、ICMP、ARP、RARP、IGMP等。

3.2计算机网络技术课程

计算机网络技术涉及网络实现的技术和方法。开设的课程有:网络编程、网络安全技术、网络管理、IPv6技术等。

采用三个层次描述网络工程专业课程知识,自底向上依次为计算机网络理论、计算机网络技术、计算机网络设计与网络编程课程讲述网络软件设计技术和方法,重点是理解网络协议、对等层协议实现、套接字编程、C/S计算模式、B/S计算模式的方法和技术。

网络安全涉及网络中的认证和加密技术,涉及对称密钥加密机制、公钥加密机制、安全认证、数字签名与报文摘要、网络病毒防治技术、网络协议安全、防火墙、入侵检测。

网络管理涉及网络管理体系结构;抽象语法标记ASN.1;管理信息库MIB;网络管理协议;远程网络监控;网络管理代理;网络管理实现技术。

IPv6技术是新一代网络技术,课程内容涉及IPv4存在的问题;IPv6技术历程;IPv6协议格式;IPv6与IPv4的主要差异;IPv6地址技术;IPv6路由技术;IPv6安全技术;IPv6过渡方法;移动IPv6。

3.3计算机网络设计及应用课程

这部分课程的选择和讲述主要是围绕当前网络的主要应用展开。涉及的课程有:网络设计与工程、Linux网络环境、网站开发与维护、网络仿真与模拟、网络工具应用等。

结合因特网和身边的网络介绍和描述网络应用课程,让学生知道学的理论和技术用在哪里、如何应用、怎样用好。

这部分课程内容要有目的性、针对性和代表性。强调学生动手能力的培养,让学生通过网络软件实践,以及组网技术训练,加深对计算机网络理论知识的理解,并在网络组网、维护和管理中对所学的计算机网络理论和技术知识进行检验。从应用的层面使学生明白学到的知识用在哪里、在哪里,将来怎样用的更好。学生学的懂、又会用,增加了学习专业课程的兴趣。

3.4计算机网络课程的设置

计算机网络课程是网络工程专业的核心课程,可以说是承上启下的一门课程,该课程在学科基础课的知识架构上,为网络工程专业课提供基础和支撑,考虑到计算机网络知识更新的加快和内容的增多,把计算机网络课程设置为理论课,重点讲深、讲透计算机网络理论知识和技术基础知识,增加数据通信基础知识、无线网络、对等(P2P)网络、网络管理和网络安全的基础知识,为后续课程开设打下坚实的理论基础。

最初是将计算机网络课程的开课时间放在第五学期,问题是学生反映接触到计算机网络理论知识较晚,也影响到后续网络专业课程的开设时间。经过取舍,最后这门课程的开课时间放在第四学期,与该课程的先修课程操作系统和计算机组成原理在第四学期同时开课,使得后续的网络专业课程可以提前开始,使学生尽早开始网络专业课程的学习。

4专业实践课程的设置及开课学期

网络工程专业是一门理论与实践密切结合,实践性非常强的专业,对几门重要的网络工程专业基础课,均分别设置至少两周的课程设计和课内实验。注重学生实践能力的培养。

在大一程序设计基础等学科基础课程的实验基础上,专业实践课程内容从大二开始设置,目的是使专业实践早接触、不间断、相互联系和支撑。网络工程专业主要的实践环节课程如表1所示。

从这些课程的属性中可以看出,有理论与实验的结合,有单独实践环节,目的是培养学生分析问题和解决问题的能力,促进理论教学与实践教学的结合,让专业学生早接触实际工程应用,体现网络工程专业的工程背景和特色。

5注重理论、技术和应用融合的课程教学方法

专业课程体系框架设计立足让学生通过身边和所用的网络,类比人类社会中的通信活动学习网络知识。结合专业培养方案,设计优化的专业课程体系中各课程的教学大纲。针对专业的特点,以及学生对学习专业知识的需求,把专业知识理论、技术和应用融合到每一门课程的教学内容中。注重和体现“理论、技术与应用知识相融合”的教学方法。

例如,在“计算机网络”课程的教学过程中,通过对计算机网络体系结构和网络协议理论的阐述,说明计算机网络涉及到的各种技术(例如交换、复用、协议分析、寻址、路由等技术),结合因特网应用(例如域名系统、Web应用、电子邮件、局域网等应用),使学生容易理解网络的理论基础知识、掌握组建网络需要的技术、明白怎样使用网络的方法。

网络工程专业是一个软、硬结合,面向工程和应用的计算机类专业。要求学生较系统地掌握网络工程专业所必需的基础理论知识和基本技能;掌握计算机科学与技术、通信工程等相关专业必要的基础知识;具有较强的网络工程实践动手能力;掌握网络设计、规划、组网、编程和管理的技术,以及计算机网络系统综合开发、应用的方法。

通过计算机网络课程体系课程的学习,在学生掌握和具备了扎实的计算机网络知识基础上,鼓励网络工程专业的同学积极参与国际上认可的思科网络认证考试和网络工程师认证等考试,使学生较早了解实际工作要求和社会需求,检验自己专业知识学习的水平,找到差距,制定新的学习目标。

网络工程专业课程教学涉及的知识面广、内容多。与其他专业的课程相比较,网络工程专业课程中,往往在一门课程中就会涉及多种学科的知识内容,学生在学习时感到教学内容比较杂、比较散,由于教学时数的限制,在一门课程中又不能对涉及的各学科知识有过多介绍,一般时数够用为止,这会对学生较好地理解、融合相关的学科知识带来影响。

在课程教学中采用“理论、技术与应用知识相融合”的教学方法,使学生明了各学科知识的来龙去脉、之间的联系,会激发学生学习专业所涉及学科知识的兴趣,通过阅读相关学科知识文献,通过身边的应用学习技术,并上升到理论,进一步理清楚各课程之间的脉络关系。结合专业实践课程,明白怎样应用专业知识,对技术和理论课程知识更深一步验证和理解,在实验中培养动手能力,学会查阅文献、分析问题、解决问题的方法。经过对专业课程系统的学习,掌握触类旁通、举一反三、学以致用的读书方法。

6专业建设和教学计划实施的分析和讨论

网络工程专业的培养的目标:培养掌握计算机和计算机网络的基础理论与技术知识,掌握网络工程的基本理论与技术实现方法,能运用所学知识与技能去分析和解决计算机网络科学研究与技术开发问题的创新型网络技术人才。

网络工程专业的学生应具备在计算机网络体系结构、网络协议和网络技术方面进行深入研究与开发工作的扎实基础。可以在国内外企事业单位、科研机构、高等院校、政府机构从事计算机网络的规划、设计、组网、应用和管理,以及计算机网络体系结构、网络协议和网络技术的科学研究与开发工作。

经过几年专业培养计划研究与探讨,感到把网络工程专业办出特色、办出水平,是长期的、需要团队协作的工作,专业课程建设工作任重道远。专业课程建设需要跟踪信息技术的发展趋势,优化课程体系与课程内容的设置。设计出与计算机网络工程技术发展相适应的专业培养计划,有与培养计划配套的课程体系与教材,重点建设一至两门精品示范课程。同时积极采用网络化教学、案例化教学、计算机辅助教学、多媒体教学等现代化的教学手段。

学生的专业学习兴趣的培养是第一位的,采取进校后对学生进行专业学习教育是一个很有效的方法,让学生了解所学专业是什么、学习哪些知识内容、课程有哪些,将来毕业以后可以从事哪些工作,目的是让学生学的明白、知道怎样学、对所学习专业有兴趣。从培养专业学习兴趣出发,让学生熟悉设计、组建、管理和应用计算机网络的全部过程,以及所要学习主要专业课程,需要阅读的相关学科的书籍。

实施专业年级班主任和指导教师制度。实现对学生专业学习的及时帮助和指导。为帮助学生在制订专业培养计划时,给出了网络工程专业培养方案的选课示例,供学生参考。学生可结合自身兴趣,在专业教师的指导下,制定个性化的选课方案。

中国高等教育从2002年起开设网络工程专业,到2007年,开设网络工程专业的高校(含独立学院)已经有207所,各高校在网络工程专业培养计划、专业课程建设等方面进行了许多有意义的探索,由于侧重不同,在课程设置、培养计划实施等方面存在不少差异。目前,需要加大力度建设、积累和拥有先进、丰富的教学资源和专业实验教学环境。在专业教学研究基础上,出版学术著作和编写配套实验指导书,设计和编写符合我国高等教学实际情况和社会需要的网络工程专业课程系列教材。同时,加强各高校网络工程专业在专业培养计划研究、专业课程建设方面的学习和交流,并尽早成立网络工程专业教学指导委员会,组织、协调和引导网络工程本科专业的建设和发展,加快网络工程本科专业建设步伐,为信息社会培养更多、更好的网络工程技术、应用人才。

参考文献:

[1] 中国计算机科学与技术学科教程2002研究组. 中国计算机科学与技术学科教程2002[M]. 北京:清华大学出版社,2002: 10-25.

[2] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M]. 北京:高等教育出版社,2006,125-143.

[3] 王相林. 计算机网络[M]. 北京:机械工业出版社,2007:72-252.

Research and Practice of Course Building for Computer Network Engineering Discipline

WANG Xiang-lin

(College of Computer, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

Abstract: Computer network engineering discipline is computer discipline class for engineering and application. Building of discipline course should reflect features concern on computer network engineering. It is requiremented to research and discussion related to structure of discipline course system, and layer design of discipline course, and construct of disciplinepractice course. Layout of discipline course system on elective course propotion great then percent 30%. The three layer constructsuggestion is proposed based on computer network theory, and technology, and application. It is also explain toImplementation arrangements of early contact, and uninterrupted, and interrelated. Finally analysis and discussion be givened on discipline building and teaching program implementation.

Key words: computer network engineering discipline; discipline building; course building; computer network