网络工程专业培养体系建设与实践

彭碧涛　罗海蛟

摘要：针对当前高校计算机网络工程人才培养中存在的问题，基于从事网络工程专业培养体系建设的实践，从网络工程专业的培养目标、课程体系、师资团队、教学模式和实验教学等多个方面的内容和建设进行了的探讨，提出了有效的网络工程专业培养体系和培养方案，以培养具有扎实理论基础、熟练动手能力和创新能力的网络工程人才。

关键词：网络工程；培养体系；创新能力；教学模式；实验教学

随着计算机网络相关技术的快速发展，信息社会对网络工程人才的要求也在不断发生变化，对计算机网络人才的培养提出了新的要求和挑战。但是目前高等院校的学历教育偏向于网络技术的基本理论和基础知识的传授，课程内容滞后于不断发展的专业技术；同时部分院校网络工程专业课程体系未能立足网络工程人才培养进行合理、完善的规划与设计，难以支撑培养目标的达成。因此如何培养具有扎实理论基础、熟练动手能力和创新能力的网络人才，如何充分满足社会对网络人才的需求是当前网络工程人才培养的一项重要课题。

各大高校和教育机构都在积极探索新时期网络人才教育的培养模式和改革思路。笔者长期在计算机网络一线从事教学和科研工作，所在的课程教学组坚持以网络工程人才培养目标为依据，以培养学生实践创新能力为宗旨，以提高学生素质为核心，通过多年的教学实践、教学探索和教学改革，逐渐形成一个较为稳定的网络工程专业本科生的培养体系，并且取得了良好的效果。

1.网络工程专业培养目标

网络工程专业的人才培养目标应该是培养具有良好的综合素质和创新能力，扎实的专业基础，能够系统地掌握计算机科学和计算机网络工程的基础理论和工程技能，具有从事科学研究工作或专业技术工作的能力，适应社会发展和市场需求的具有一定研究基础的工程应用型人才。在专业能力上具体而言，应该包含以下几个方面的基本能力：网络协议研发、网络应用软件系统开发、网站建设与管理、网络规划和管理以及网络安全管理。

1）网络协议研发。网络协议研发能力包括协议分析和应用能力以及协议仿真和优化能力。一方面对于计算机网络的基本通信协议TCP/IP协议栈要非常熟悉，能够有效的对协议数据包进行深度分析和处理，熟练掌握常用的网络仿真软件中的一种，如NS2、OPNET、OMNET++等，对协议用到的算法进行优化与分析；另一方面，对于常用的应用层协议，如HTTP协议、FTP协议和Telnet协议等能够熟练掌握，能够分析这些应用层协议的数据包，并熟练地应用这些协议进行相关开发。

2）网络应用软件系统开发。良好网络应用系统开发能力要求学生掌握多种常用程序设计语言应用能力（c++、JAVA）、软件系统项目管理能力、数据库系统开发和管理能力、软件架构设计能力和软件界面开发能力。能力熟练开发基于C/S模式的软件系统，利用软件工程的知识和项目管理技术，选择系统的开发框架和所使用的软件架构，设计和开发对应的数据库系统和处理逻辑以及对应的界面系统，最终完成整个软件系统的开发。在网络应用软件系统中，不仅仅要掌握开发桌面系统的能力，而且要开发基于移动系统的网络应用软件，如针对An-droid系统的软件开发。

3）网站建设与管理。网站建设与管理能力要求学生掌握网站开发的相关技术，具体而言包括HTML、XML、CSS、JSP、oracle/mysql/sqlserver、J2EE相关技术和JavaScript等，能够熟练运用这些技术开发基于Web的应用系统。当前随着移动设备的日益流行，学生还需要掌握移动Web的开发技术，如基于HTML5和CSS3等开发基于移动设备的网站系统。

4）网络规划与管理。网络规划与管理能力要求学生具有复杂整合式网络进行筹划、准备、运营、监控和故障排除的技能。具体而言包括交换机、路由器和防火墙等设备的规划与配置管理。

5）网络安全管理。网络安全管理能力要求学生掌握常用的密码学、网络攻防技术、PKI架构、网络设备安全配置、访问控制、防火墙、入侵檢测和VPN等技术。

2.网络工程专业本科生培养体系

2.1课程体系

网络工程专业是计算机、软件工程和网络技术交叉的专业，重点在与基于网络的知识学习与应用，涉及很多的理论、概念、协议和技术，包括数学、计算机相关理论、通信原理、软件开发相关知识和网络知识等各个方面，同时这些知识间存在渐进性和相关性。构建合适的课程体系，将知识点分散的每一学年的教学任务中，循序渐进的引导学生掌握网络工程所需的理论和知识。在课程体系建设中，要把握以下几个原则：

1）以培养目标为基础。学校对于网络工程专业人才的培养目标应该作为课程体系建设的基础。笔者所在学校是一所研究与应用兼备的本科院校，学校定位是教研并重，以培养具有一定研究基础能力的应用型人才，因此网络工程专业的课程体系也应该以培养兼具研究基础的应用型人才为标准。

2）课程循序渐进。为了让学生更好地掌握网络工程专业相关的知识，课程的安排应该遵循从易到难、从浅到深、从基础到高级、从简单到复杂的规则。专业课程上，在大一阶段主要学习高等数学、线性代数、概率论、计算机基础、高级语言程序设计和数据结构等学科基础课程；大二阶段主要学习Java语言程序设计、离散数学、算法设计、操作系统、通信原理、计算机网络、数据库原理、汇编语言与计算机系统组成、电子电路、接口技术等专业必修课程；大三阶段主要学习数据库工程、网站建设与管理、网络编程、移动设备软件开发、移动Web设计、Linux系统程序设计、网络安全、J2EE高级系统设计、软件工程、网络互联技术；大四阶段主要包括高级网络协议、网络工程设计（实）、数据挖掘、人工智能、编译原理、软件项目管理等。

3）理论与实践并重。网络工程是一个理论性和实践性都很强的专业，因此在课程体系设置上需要理论与实践并重，在学习理论基础的同时，通过实践操作来进一步理解理论的内容，提高动手能力。一方面在每一门具体的理论课程上，都设置了专门的实践环节；另一方面，开设的以实践为主的课程，如数据库工程、网络编程、移动设备软件开发、移动Web开发等等十多门课程，来提高学生的实践开发能力。

2.2师资团队

高素质的师资队伍是良好教学效果的重要保障。组建优秀的师资团队不仅可以提交网络教学水平，而且可以通过教改项目和学术交流来提高青年教师的教学能力和科研水平。针对网络工程的特点，学院组建了由青年骨干教师为主体的网络工程教学团队，包括2名教授，3名副教授和若干名讲师和助教，团队成员都具有多年的网络方面教学和科研经验，同时教学团队定期开展教学改革的研究活动。为了提高教学和科研水平，教学团队成员积极参与相关研究，目前主持省部级以上教学和科研项目18项，所有成员均主持和参与校级以上教学和科研项目。

为了提高教师实践操作能力，学院大力支持团队教师参与网络相关专业认证培训和时间，目前有6人获得了CCNP认证，1人获得了CCIE安全的认证，还有3名教师分别在学习路由交换和无线认证；除了思科的认证，多名教师还参加了JAVA相关培训，并获得了证书；联合吉大东软公司开展网络协议和网络安全攻防师资培训；此外，网络教学团队还积极参加各种网络前沿技术的培训，以提高实操水平。

除了在编教师以外，学院与知名IT企业合作，如思科、IBM、汇丰软件、花旗数据等，通过外聘教师的方式，将企业工作在一线的工程师引入教学中，实现“校企”人才资源共享；同时学院制定相关激励政策，鼓励并安排教师去企业一线定岗锻炼，以提高工程实践能力。

2.3教学模式

传统的灌输式教学只是将书本内容教授给学生，不利于专业知识的学习，也不利于学生独立思考和创新能力的培养。因此，在改进教学课程体系、提高教学团队能力的同时，教学模式的改革和实践也一直的探索之中。

1）启发式教学。启发式教学法的特点是抓住学生思维过程中的矛盾，启发诱导，层层深入，最终引导至正确结论。例如在学习滑动窗口概念时，首先提出滑动窗口的原理，然后让学生讨论为何需要滑动窗口，滑动窗口技术可否存在改善之处，或者是否有其他更好的机制来提高通信的性能。

2）案例教学。由于网络工程是一个实践性很强的专业，案例教学在教学中很有必要，而且可以起到很好的效果。通过实际的案例，提过问题的解决方案，一方面可以让学生更好地理解书本上的理论知识，能够将抽象的理论和概念应用到具体的问题，有利于提高学生的对知识的掌握；另一方面同时可以很好地提高学生学习的兴趣，明白学到的知识可以这样应用到现实的问题中。例如在网络层IP地址划分和静态路由的讲解上，构建一个包含2个路由器、2个交换机和4台PC机的网络拓扑，设计和配置，P地址，子网掩码，网关地址，路由协议等，实现全网互通。

3）任务驱动式教学。任务驱动指的是在学习网络专业知识的过程中，学生在教师的帮助下，紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，来完成任务。在任务驱动教学中，首先要确定问题，选择一个与当前学习知识点紧密相关的问题作为任务；然后学生可以组队，也可以独立去寻找问题的解决方法。教师可以提供需要去哪里寻找资料，按照怎样的路径去解决问题。同时鼓励学生之间相互交流和沟通，以更好的寻找到问题的解决方案。最后教师对学生的结果进行评价，给出反馈意见。例如在学习无线协议时，教师提出要求模拟一个100个节点的，活动范围为50M*50M的无线自主网络的通信过程，可以选择多种不同的路由协议来实现。

2.4实验教学

网络实验教学指通过使用一定的实验设备和软件，让学生动手实际操作，具体的熟悉理论知识和操作，通过实验理解书本上的理论知识，同时进一步深入掌握协议和理论的思想与内涵。

在硬件上，学校至今已投资300多万元建设思科网络实验室和物联网实验室，其中思科网络实验室包含8组路由和交换设备和4套安全设備，可以满足CCNP以上级别考试要求。学生可以构建相应的网络，配置，P地址、子网掩码、网管、多种路由协议、VLAN、NAT、DHCP、DNS、多种通信冗余协议、多种VPN，访问控制、PKI、防火墙和入侵检测等网络相关技术。物联网实验室提供了物联网的感知、设计、应用等不同层次实验内容，并提供综合性的应用场景展示。

在基于软件的实验方面，学院建立了网络安全实验室、网络协议实验室、协议仿真实验室和移动设备软件开发实验室等。网络安全实验室可以实现包括密码学、PKI.PMI、操作系统安全、数据库安全、身份认证、计算机病毒、安全审计、容灾备份、防火墙、入侵检测与入侵防御、VPN、漏洞扫描、网络攻防、Web安全、无线安全、通信安全、信息隐藏、安全编程在内的多种安全实验；网络协议分析实验室主要是中软吉大开发的《网络协议仿真教学系统》，针对网络协议的相关内容，该实验系统设计了相关的实验环境和实验内容，可以辅助学生很好地理解和掌握相关的网络协议，其中包括从数据链路层、网络层、传输层到应用层等各种具体协议的实验。协议仿真实验室主要通用的NS2协议仿真平台基于事件驱动，提供了离散事件的模拟功能，可以很好地从源代码层面辅助学生理解网络协议的具体工作流程，提高计算机网络的教学效果。移动设备软件开发实验室提供了基于Android系统的移动设备的学习和开发环境，在实验系统中，学生可以实现包括Android基本架构、Android数据存储、Android界面，Android网络连接、Android硬件访问、位置控制和手机传感器访问等在内的多方面Android实验，最后以一个大型综合实验作为总结。

3.结论

广东外语外贸大学网络工程培养体系建设经过几年的探索和实践，已经取得了初步的成效。网络工程培养体系从多个方面人手，根本上提高了培养学生实践能力和创新能力。下一步的改革重点将利用已有的培养体系，进一步加强校企合作平台建设、师资培训建设和学生自主团队建设，更好地培养具有独立自主思维的、满足社会需要的网络工程人才。