企业需求为导向的网络工程实践教学模式

2014-06-25苗春雨陈丽娜

计算机教育 2014年6期

苗春雨+陈丽娜

摘要：根据企业对网络工程应用型人才的需求，针对网络工程实践教学中学生技能培养的目标，分析目前网络工程实践教学环节教学内容、教学平台和教学模式中存在的问题，提出基于知识点定义与分解，以多阶段学习为手段，虚拟平台与真实设备结合为实践环境的网络工程实践教学模式。通过教学过程中的实际运用，达成了良好的教学效果。

关键词：网络工程；实践教学；实验平台；多阶段学习

0 引言

随着网络技术的不断发展，网络应用系统的普及，各单位对网络工程技术人才的需求不断提高。各行各业都需要网络工程专业技术人才，尤其是迫切需要大量的网络建设、管理与维护方面的应用型技术人才。2010年6月，教育部在天津启动“卓越工程师教育培养计划”，目标是要培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。高等学校网络工程应用型人才培养的目标是培养具有深厚的专业基础知识和扎实的专业技能，能从事网络工程的规划设计与实施、网络设备和网络协议的研发、网络应用系统的设计与开发、网络管理与维护、网络安全保障等技术工作的高级网络技术人才，满足我国信息化建设人才的需求。

大部分高校的计算机专业都开设了计算机网络、网络工程等相关专业课，以培养学生的网络集成技能，扩展其就业方向，而建立合理的实践教学体系结构，做到理论联系实际；优化实践教学内容，力争使学生学有所用，是达成培养目标的一个重要因素。

笔者针对高校应用型人才培养的目标，分析网络工程实践教学环节的现状，提出了一套面向企业需求，基于知识点定义与分解的实践教学模式。实施过程中采用虚拟平台与真实设备相结合的实践教学环境，教学过程分阶段进行。通过在教学中的实际应用，结合对毕业生和用人企业的跟踪调研及网络工程师认证的通过情况，验证了该教学模式的效果。

1 网络工程实践教学中存在的问题与研究现状

课程实践教学在应用型人才的技术应用与实践能力培养上有着理论教学所不可替代的作用，但同时又要与理论教学紧密结合，才能使学生知其然并知其所以然。计算机专业开设的网络类课程通常包括通信原理、计算机网络、广域网技术、网络工程等，着重以培养网络工程技能为目的。大量前期课程中的知识点和分散的验证性实验教学成果，都集中反映在网络工程的实践教学环节。因此，在这样一个课程体系中，网络工程实践教学环节对学生网络工程技能的培养起着关键的总结和检验作用。而从以往的经验来看，网络工程实践教学过程中，存在着学生提不起兴趣，教学效果难以达成等问题。笔者通过长期从事网络技术相关课程的教学工作，总结出导致上述问题的原因有以下几点：

（1）实验内容不合理，复杂的网络原理和对设备的陌生，使学生们无所适从。

（2）实验设备过于陈旧，和现实工程中的设备不匹配，无法切合实际应用，从而使学生们觉得学无所用。

（3）实验平台的网络拓扑过于简单，无法满足学生们对网络综合应用的知识需求。

（4）实验形式单一，单兵作战无法激起学生的责任感和培养团队合作能力。

综上所述，选用合适的设备构造一个合理的实验环境，以此为基础，科学地编排实验内容与实验形式，成为构建网络工程实践教学体系的关键因素。

日前，大量的一线教学工作者及教学管理人员对网络类课程的实践教学模式进行了大量的研究，提出了多种教学方法、教改模式及课程群建没思路。文献[2]提出一种培养创新性思维的教学方法，把课程知识点、探究性的问题、师生互动和实验内容统一考虑，以系统性的角度进行教学内容的优化。文献[3-4]则从网络工程课程群实践教学体系建设的角度出发，涉及实验内容与教学方法、实践教材建设、实验室建设等方面。文献[5]则从实践项目的具体设计出发，定义了能够满足网络工程师职业能力的实践教学内容。文献[6]从实验教学内容和教学环境两方面出发，对重实践、创环境的教学体系进行研究。文献[7—8]的主要研究内容是实践教学平台的规划和设计，以网络教学的方式弥补课堂教学的不足文献[9]结合学生技术实践能力与创新能力培养目标，对网络工程实践课程体系的规则、设计进行了探讨。文献[10]从课程群建设的角度出发，介绍了计算机专业课程的实践环节设计和实施文献[11-12]的研究内容是符合学生职业技能培养目标的计算机网络课程群建设，从课堂教学到实践教学分别进行了讨论。文献[13]研究了网络课程群建设过程中的结合企业需求的技术型人才培养模式。相关学者的研究，对网络技术类课程的实践体系建设有极大的启发意义。总之，了解企业需求，合理的设计实践教学内容和方法，完善课程资源建设以满足学生多种学习方式，定义操作性强的网络工程实践教学模式，势在必行.

2 网络工程实践教学设计思路

CDIO工程教育模式的培养大纲将工科毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力4个层面。我国的“卓越工程师教育培养计划”强调工程教育中的3个特点：校企合作、行业标准培养工程人才、强化培养学生的工程能力和创新能力。

可以看出，无论是CDIO模式还是“卓越计划”其实都以培养具有实际工程能力和职业素养的工科人才为最终目标。我们可以分析企业需求，理清知识和技能培养目标，形成可操作性强、可持续的教学内容及方法，并在相关专业课程中由浅入深，由点及面的贯彻。首先，要明确课堂教学和实践教学是不可分割的整体，知识点的定义和分解要从全局出发；其次，通过教学资源的建设以及合理的组织，形成满足学生需要的多阶段、多形式的学习模式；最后，设计实践教学内容和方法，并在完成实践教学后，通过反馈信息进行新一轮整改。

2.1 知识点定义与分解

如何定义企业需求，是培养应用型人才过程中需要解决的首要问题。单源信息可能存在片面性和特殊性。因此可以结合就业服务网站、企业实地调研、学生反馈、网络工程师资格认证和厂商的技能认证达标要求等信息，结合专业培养目标，对网络技术类课程的知识点进行定义和分解，形成课程群知识点AOE图，以确定每个知识点所需教学时间和知识点间的进度关系。进一步结合学校的开课情况，把上述知识点拓扑图进一步分解成以课程为单位的线索知识树森林，完成知识点的定义与分解。每完成一个线索知识树的内容即可进行单元考核。最后通过理论分析和实践总结，不断调整图和树的结点内容和关系。企业需求重点体现在要求学生有实际动手能力、团队合作能力和沟通能力。这就要求我们在知识建设过程中除了要落实知识点的定义和分解，还要充分考虑采用合理的教学模式和考核模式，及教学过程组织方式，来突出沟通能力和团队合作能力的培养。endprint

2.2 构建多阶段、多形式的学习过程

根据我们的经验，学生动手能力的培养不可能只依赖有限的课堂时间完成。要求学生课前预习所要完成的实践内容及其涉及的理论知识，可以提高实践环节的效率，同理可以让学生知其然并知其所以然。而课后对已经掌握的知识进行重复演练，则可巩固所学知识，使整个实践环节保持连贯性。这就需要我们提供可以满足学生多阶段学习的资源和环境。因此，建设一个服务于实践教学的Web平台，既能打破时间和空间上的学习限制，又能使教师了解学生的关注重点。有条件的学校可以建设教学、实验、考核一体化的教学资源平台。上述工作中建立的课程知识拓扑图和线索知识树，也可以体现在平台内容的组织过程，通过超链等形式，体现实践过程中理论知识的相互联系，使学生自主地回溯学习。

3 实践教学环节

课程群实践教学体系建设过程中，教学环节的重要程度不言而喻。而能否落实设计好的教学内容则需要满足要求的实践环境，因为网络设备种类繁多并更新较快，对大多数学校而言，不可能投入大量资金购买昂贵的网络硬件设备。因此，我们利用软件和硬件结合，搭建了性价比较高、实用性较强的实践平台，并在实践教学内容和环节的设计，以及教学过程和考核方式的组织上，充分考虑对学生沟通能力、责任感和团队合作能力的培养。

3.1 结合虚拟实践平台与真实设备搭建实践环境

针对在网络工程实践教学中存在的问题，我们可以通过改变教学环境、改善教学形式相结合，重点着手于设计循序渐进的教学过程，逐步提高学生们的学习兴趣和降低学习难度。通过长期的教学经验总结，结合对网络工程教学目标的分析与相关认证的技能需求调研，我们选用了几款优秀的网络工程模拟软件，构成虚拟实验平台，详细介绍如下：

（1）Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习CCNA课程的网络初学者去设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。学生可在软件的图形用户界面上建立网络拓扑，观察网络实时运行情况。

（2）Boson Netsim可以模拟路由器和部分交换机，而且是它最先提出自定义网络拓扑的功能，且反应时间较小，实验内容丰富。

（3）GNS 3是一款优秀的具有图形化界面的多平台网络模拟器，可以在PC上实现网络拓扑。主要特点是通过加载不同设备的IOS，可以真实地模拟网络设备，配置该设备支持的所有功能。但当设备较多时，会占用大量内存和CPU时间。

（4）Aspire是思科工作公司出品的一款RPG游戏，在游戏中，玩家扮演一名网络工程师，完成各种网络工程相关的任务，无论设备的购买、安装、配置、调试、验收都有合理的情节模拟。对于学生来讲，这种寓教于乐的软件有相当的吸引力。

（5）真实设备构成的网络工程实践教学环境：由3台思科2950交换机，2台思科2600路由器，1台思科3550三层交换机组成，拓扑如图1所示。上述设备价格适中，属于经典型号的思科设备，比较有代表性。可以在机柜上做一套配线架，网络的拓扑可根据学生的设计，在配线架上做改变，又不至于因为频繁的接线而损坏设备接口，减少了对实验设备的损耗。

3.2 实践教学实施过程

根据上述虚拟实验平台和真实设备构成的实验环境，我们把网络工程实践教学的过程分为4个阶段。前3阶段为组网技能实训阶段，属于逐步深入、层层递进的教学模式，第4阶段为网络设计能力培养阶段，具体流程如下。

1）熟练阶段。

这个阶段的教学目标是让学生先接触网络工程模拟软件，结合各软件不同的特点，了解网络设备与其配置方法，设计如下：

（1）让学生通过BOSON Netsim模拟器熟悉常用网络设备基于CLI的设置，完成软件附带的实验指导书中CCNA考试部分若干个实验即可，而且可以排除ISDN、帧中继这些已过时的实验内容。

（2）在学生对典型网络设备熟悉的基础上，通过Packet Tracer软件完成无线网络、NAT等实验的操作，这些实验是BOSON软件所不能提供的。利用PT的图形界面，减少实验耗时

（3）所有的模拟软件中，只有GNS3是真实的模拟网络设备，但需要用户自己准备IOS，可以在教学资源网站提供下载。通过使用这一软件，可以完成诸如HSRP（Hot Standby Router Protocol）这类高级应用。

2）巩固阶段。

这个阶段可以让学生独立或分组完成Aspire游戏的攻略制作，更全面地体验网络工程的各个实施环节，对于非英语母语国家的学生来讲，能够理解游戏中的网络需求，完成各种设备的采购和实施。可以加深其对网络工程理论知识的理解，巩固专业英语，并进一步提高学习兴趣。

3）实战阶段。

通过上述实践教学环节的实施，学生应该已经消除了对网络设备、网络拓扑的陌生感。在本阶段，建议采用分组、开放的实验形式，学生3人1组，讨论自己想完成的实验内容并自主设计网络拓扑，或组间的合作与协调。不但能够锻炼学生真实的组网能力，同时也体验了团队合作和沟通的过程。

4）网络设计阶段。

首先要设计实践教学中的网络系统集成案例，这一实践过程，应该有如下特点：

（1）案例的设计符合行业实践需求，同时案例的规模适于8个课时的实践教学过程。

（2）案例的实施贯穿网络设计的需求分析、规划、设计、选型和实施及测试的全过程。

（3）明确项目结题时提供的文档，如网络系统需求分析与可行性报告、网络拓扑图、网络设备选型明细表，虚拟软件中的网络实施过程、网络测试计划和总结报告。

对这一阶段的教学形式，建议如下：

（1）以电子文档的方式下达网络集成项目的要求和验收标准。

（2）分组竞赛的模式，由4～6名学生组成网络工程组，接受任务后能够分工明确、团队合作，最后根据答辩内容确定最优方案若干。endprint

（3）教师交替地以客户与顾问的角色与每组的组长进行沟通和指导。组内成员分阶段汇报进度和讲解自己的工作进展。

具体的实验内容与学时安排如表1。

课后需要学生最后上交网络工程实训报告、网络设计报告、网络设计答辩PPT，以此作为实践课程的主要考核依据。

4 结语

自2009年以来，我们采用上述形式开展网络工程课程的实践教学。通过对计算机专业学生的问卷调查和对2011、2012届毕业生的追踪调查，统计数据表明，该教学模式在帮助学生明确专业目标、提高专业兴趣、提升实践能力、增加就业竞争力和职业适应性方面都起到了明显作用。以2008与2009级学生近两年所参加的工业与信息化部“网络工程师”认证为例，一次通过率分别达到了60%和66%，这两届学生报考思科CCNA和CCNP认证考试的人数各增加了15%和17%，CCNA、CCNP认证考试的平均通过率达到了70%和60%。

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