新工科背景下网络工程专业实践教学体系研究

邢慧芬，王淑超,王洪海

（1.巢湖学院 信息工程学院；2.巢湖学院 数学与统计学院，安徽 合肥 238024）

随着人工智能、5G、物联网、虚拟化等技术的发展，网络的泛在性、异构性与融合性进一步增强，“5G+工业互联网”为产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径。预计到2023 年，全球范围内各种各样的互联网设备节点超过293亿，5G 链接将超过14 亿互联网用户也将达到53亿[1]。网络变革带来网络工程人才需求的变化与升级，迫切需要地方高等院校顺应时代步伐，主动调整人才培养定位，创新人才培养模式和体系，加强师资队伍建设，从而提高人才培养效果。从2016 年起，我国将国际工程教育的理念引入到“新工科”建设当中。工程教育认证的核心理念就是OBE ( outcome-based education，基于学习成果产出的教育模式）工程教育理念，即以学生成果产出为导向，以学生为中心，注重持续改进原则[2-3]。因此，新工科教育就是以立德树人为引领，以产业需求为导向，以协同创新为主要途径，以学生为中心，根据学生志趣选择、设计教学方法与手段，培养多元化、创新型卓越工程人才，探索建立工科发展新范式[4]。

在新工科建设背景下，工程教育认证对实践教学也提出了新的要求，《工程教育认证标准（2018 版）》[5]中5.3 明确要求工程实践与毕业设计（论文）学分需至少占总学分的20%，并指定课程内容体系设置要求、毕业设计（论文）选题要求及学生在工程实践中应培养的能力要求；《标准》[5]同时明确了对解决复杂工程问题能力的要求，而培养解决复杂工程问题能力离不开实践。因此，在新工科+工程教育认证背景下，地方高等院校应结合学校办学定位和新型互联网行业需求，秉持OBE 理念，始终坚持以人才培养为中心，把握社会发展和企业技术创新需求；坚持能力为重，强化实践，构建新工科背景下与工程认证相适应的实践教学体系；在实践教学环节有效融入工程与社会、创新意识、职业素养、项目管理等非技术毕业能力要素，提升新工科网络工程复合人才培养[6-8]。文章从OBE 教育理念出发，结合新型互联网行业需求，探索网络工程专业实践教学体系，旨在实践教学中不断激发学生的学习兴趣，培养具有较强行业知识背景、工程实践能力的新工科复合人才。

1 实践教学现状

国内的高等教育研究学者正致力于研究新工科+工程认证背景下实践教学体系，并且已经有了丰富的研究成果。文献[2]依据OBE 理念剖析了传统工程教育实践教学体系的问题，提出了实践教学体系的构建原则，构建了项目式实践教学体系，介绍了该体系的具体细则和标准，总结了该体系中对非技术能力指标的培养优势。文献[3]基于OBE 教育理念，提出了符合社会人才需求的实践教学改革措施,而提高学生的实践能力、创新能力和综合素质。文献[6]立足于解决复杂工程问题能力培养的教育理念，探讨如何构建计算机类专业实践教学体系，旨在为高校的计算机工程教育和专业建设提供参考。文献[7]基于工程教育认证对实践教学的新要求，提出工科专业毕业实践教学体系，设计工程实践能力评价体系。文献[8]依据CIPP 评价模式（亦称决策导向评价模式，四个字母分别代表Context Evaluation（内容评价）、Input Evaluation（输入评价） 、Process Evaluation（过程评价）、Product Evaluation （结果评价））构建了应用型高校实践教学质量评价指标体系，以便科学合理地评价各高校各专业的实践教学质量，不断改进其实践教学模式和过程。文献[13]从高校实践教学的现状出发，提出了“互联网+OBE”的新型人才培养理念，创建了“互联网+PBL”的教学方法，在校企合作上提出学校企业共建云端一体化教室的构想，并构建基于学生满意度的“互联网+”实践教学评价体系和标准。调查问卷验证了“互联网+”实践教学评价体系的合理性。文献[15]根据“新工科”对材料专业学生实践能力的新要求，结合专业工程教育认证毕业要求，科学构建了基于“新工科”的新型实践教学体系，进一步明确新工科背景下实践教学的教学目标，更新和优化实践教学内容体系，改革了实践教学模式，健全实践教学支撑保障体系。

新工科+工程认证背景下实践教学体系还存在诸多问题，主要表现在以下三个方面。

1.1 传统工程教育实践教学模式老化

传统的大学教学方法多采用 LBL 模式（Lecture-based Learning，简称LBL，传统授课模式），该模式以传授知识为主，过分强调理论知识讲授，学生缺乏深入思考，被动接受知识，不能灵活运用知识，更不理解理论知识应用场景；没有坚持“能力培养为导向”的培养目标；学生成果评价以结果评价为主而不是结果过程相结合，或者以学生实践的报告或者分数作为评价指标，难以测量实践能力的达成度。显然，LBL 教学模式没有融于新工科教育理念（比如OBE、CDIO 教育理念（CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）），很难适应于新工科和工程认证的培养目标与要求[9]。

1.2 实践教学内容体系脱离科研与生产

由于对“5G+工业互联网”新型工业互联网发展的新趋势、新特征与新需求不能正确研判和发掘，容易造成地方高校理论教学内容过于落后行业发展，不能及时跟踪行业发展新技术和新方法。实践环境和实验手段过于老化，并且重视理论而忽略实践。很多工科高校课程只把实践作为理论的一部分，没有专门的实验考核和评价机制。以每年的毕业论文（设计）选题为例，由于教师和学生所掌握的工程知识具有局限性和片面性，选题相似度较高，甚至偏离网络工程应用（比如偏向应用软件开发）。而有些选题脱离新型工业互联网（如云服务中心、网络空间安全、5G 互联、虚拟化、SDN 软件定义网络等），只是进行简单的企业获校园网络设计和仿真。实践是工程教育的灵魂，是培养学生解决复杂工程能力的主要途径与提升学生创新意识的必要条件，因此在工程教育中实践教学与理论教学的两手都要抓，两手都要硬。

1.3 实践教学评价体系不完善

目前高校实践教学评价体系大多侧重于理论性研究，缺乏实践教学实施中的过程评判细则和具体的实践教学效果评价指标体系，总体评价方案尚不完善。实践教学活动具有多样性、开放性和动态性的特点，以学生实践的报告或者分数评价学生实践成果难以测量实践能力的达成，不能有效地对学生能力达成进行反馈和及时进行教学设计的调整和修正，影响教学管理者的决策和人才培养。因此，在新工科建设和工程认证背景下，实践教学必须保证有明确的实践教学评价标准，做到有据可循，而不是单纯依靠老师的主观判断进行随意评价。只有从实践教学各个环节全面打通，建立过程性的评价机制与评价标准，才能提升实践教学质量。

2 基于“新工科+OBE”实验教学体系构建

为了主动应对新工科背景下网络工程人才的新需求，构建创新型国家和科技强国，文章提出了一种基于OBE 的网络工程实践教学模式体系，如图1 所示。首先，在人才培养目标的确定上，利用DACUM（Developing A Curriculum，课程计划开发）分析法对网络工程相关职业能力进行分析，提出基础技能、职业素养、专业技能和创新能力四个任务领域，根据四个领域进行单项工作任务行为分析，得到网络工程专业职业能力图表，同时结合学校的办学定位给出复合型网络工程人才的培养目标；其次，根据人才培养目标制定网络工程毕业要求，并根据12 条毕业进行不同环节的教学设计，包括实践教学内容体系大纲、教学方式确定；然后利用PBL（Problem-Based Learning，即基于问题的学习）教学法贯穿于实践教学的理论与实践中；最后构建基于CIPP 模型和OBE 理念实践教学评价体系，对毕业生的综合能力进行质量评估，并将质量评价结果进行反馈以持续改进，优化实践教学体系和标准。

图1 基于“新工科+OBE”实验教学体系框架图

2.1 基于DACUM 职业能力需求分析

本文采用DACUM 方法[10、11]进行职业能力分析，DACUM 方法即教学计划开发，其本质是一种科学、高效的分析和确定某种职业岗位所需能力的方法。为把握网络工程人才需求，结合相关课题研究，调研了数家互联网企业及国家机关、科研机构、银行等企事业单位对网络工程师、系统运维工程师、网络安全工程师及路由器开发测试等相关岗位的人才需求规格要求，并应用DACUM 分析法，对网络工程相关职业能力进行分析，得到网络工程人才能力需求规格要求，包含四个方面，分别是职业素养、专业基础技能、专业核心技能和创新能力，其中专业基础技能是基础，专业核心技能是关键，创新能力是目标，职业素养是保障，各能力要求由易到难，从基础能力依次递进到综合能力的提升。对四个领域进行单项工作任务行为分析，得到网络工程专业职业能力图表，如表1 所示。

表1 网络工程专业DACUM 能力图表

2.2 实践教学内容体系结构

在新工科建设背景下，基于OBE 理念，依据社会和网络工程行业发展新需求，确定了实践教学内容体系，主要包括三大模块：学科基础实践课程、专业实践课程和创新创业实践课程。下面给出学生知识能力、培养目标、毕业要求和实践课程内容体系的映射关系，如图2 所示。

图2 学生知识能力、培养目标、毕业要求和实践课程内容体系的映射关系

2.3 教学方式实施——PBL 教学法

PBL 教学法[9、12-13]强调以问题为导向，让学生自主学习、挖掘知识，独立发现、思考和解决问题。基于PBL 教学法的实施如图3 所示，整个过程“以学生为主，教师为辅”方式进行开展，分为三个阶段：课前教师充分利用在线课程平台设置学习情境和问题，学生则在课前查阅资料和收集资料；在课堂上（理论和实验课堂）进行理论知识梳理和讨论，分析问题并解决问题；课后进行作业和实验的讨论、测评、总结和反馈。通过做到了线上与线下、课内与课外优势互补，提高了学生知识挖掘能力、自学能力和分析解决问题能力，实现了师生水平共同提高。网络资源学习平台、开放实验室、校企合作基地等教学环境和资源是PBL 教学法顺利实施的重要保障。

图3 基于PBL 教学法的具体实施流程

2.4 实践教学评价体系

传统实践教学评价模式侧重于结果性评价，缺乏对实践课程教学过程的持续跟踪和改进，主要从教师教的角度出发，而不是从学生学习的过程和效果出发，有着明显的局限性和片面性。目前网络工程专业实践内容体系主要由基础实践课程、专业实践课程和创新创业实践课程三部分构成。从其构成上看，实践教学是一个多维度进阶式的复杂内容体系，因此必须全方位、多层次地对其进行度量和评价。著名的CIPP 模型[8、14]能凸显过程评价的价值，为实践教学提供一套系统的、操作逻辑性严密和可持续的评价标准。针对现有实践教学评价体系的不足，并参考柯亮[6]基于CIPP 模型的实践教学评价体系，文章构建了新工科背景下基于“CIPP+OBE”的实践教学评价体系。该体系共有3 个一级指标，分别为“输入评价——环境与资源”“过程评价——教学过程”“成果评价——教学效果”，其中“输入评价”是保障，“过程评价”是核心，“成果评价”是关键，由此构建了一个由3 个一级指标、21 个二级指标的实践教学评价体系，其具体指标体系和权重比例如表2 所示。该体系能有效测量学生实践成果能力达成度，能有效反映实践教学过程的合理性、有效性、创新性。

表2 新工科背景下基于OBE 的实践教学评价体系

续 表

3 实践应用——以巢湖学院网络工程专业为例

巢湖学院网络工程专业于2017 年起探索将基于“新工科+OBE”实践教学体系应用于工程实践教学中。经过近5 年的运行，学生综合素质和解决复杂工程问题的能力明显提升，实践教学体系进一步优化，教学管理过程进一步规范化，实验室师资力量明显改善，校企合作产教融也都取得了一定成效。

3.1 学生综合素质提升

巢湖学院网络工程专业目前在校学生325 人，近三届毕业生平均初次就业率达95.72%，就业率在学校一直名列前茅，其中80%的毕业生从事网络工程专业相关工作，且用人单位对本专业毕业生满意度较高；职业技能证书的获取率达70%以上。据不完全统计，学生在历届安徽省大学生网络与分布式系统创新设计大赛、网络技术挑战赛（华东赛区）、安徽省高校物联网应用创新大赛及安徽省“互联网+”大学生创新创业大赛等各项大赛事中累计获奖达50 余项，在综合实践课程中完成复杂、交叉项目课题的比例达到70%以上。因此，经过近5 年的运行，通过对我院网络工程专业学生和实习单位的调查发现，该实践教学体系能够激励学生，提高学生专业技能、创新创业能力、复杂工程问题解决能力及综合素质，规范化人才培养，符合新产业对网络人才的实际需求。

3.2 实践教学体系优化和教学管理规范化

2017 年以来，网络工程专业根据新型互联网的发展需求，邀请企业人员参与制定人才培养方案，监督和指导实践教学过程，从而有效防止教学内容与方式与实际生成脱离可导致的人才培养不符合新产业对网络人才的实际需求。另外根据基于“CIPP+OBE”实践评价模型得到的校内外各方信息反馈，对人才培养方案和实践教学大纲进行了2 次全面的修订和多次动态调整，使得整个体系更加符合新型工业互联网发展的新趋势、新特征与新标准。修订后的实践教学环节的总学分占比已提高至27.68%，高于《工程教育认证标准（2018 版）》中规定的20%，符合工程教育认证要求；综合性、设计性实验的课程比例为70%。学校引进了先进的课程管理平台（比如学习通、博思平台等在线教育平台），同时我院自己开发教学管理平台，对教学过程、学生实践活动过程、作业和实验报告提交、评测和总结反馈进行科学规范化的管理，优化管理流程，监控教学过程，提升实践教学质量。

3.3 校企合作和产教融合

2018 年，我院网络工程专业获批“六卓越、一拔尖”卓越人才培养创新计划，2021 年获批国家级一流本科专业建设点单位，因此为应对网络工程人才需求的更新与升级，需要进一步增进校企合作，推进产教融合共同发展。2018 年1 月，巢湖学院信息工程学院率先与华为技术有限公司成立“华为ICT 学院”，为我校开展的数字化校园合作、网院的师资培训、人才的联合培养、专业实验室建设等方面给于全方位的指导和帮助。于此同时“华为ICT 学院”协助学校举办“华为杯”网络与分布式系统创新设计大赛，助推学校向应用型大学转型。自成立“华为ICT 学院”以来，每年派1-2 名老师前往华为杭州分部进行师资培训，定期对学生开展华为网络工程师培训，每届超过70%的同学获得华为HCNA 证书。为提高网络安全方面的人才培养质量，2022 年1 月巢湖学院与新华三信息安全技术有限公司签署产业学院合作协议，共建网络智能与安全现代产业学院。巢湖学院网络工程专业作为国家一流专业，在网络工程方向的人才培养上具备成熟的体系，借助校企双方结合优势，联合建设网络安全学院，寻找校企在用人需求上的共性，为网络安全行业培养优质人才，实现互惠共赢。产教融合和校企合作，是一项合作双赢、意义深远的战略性项目，使得教学与行业及市场最新技术接轨，对教学与实践紧密结合具有重要的意义，以此推进产教融合共同发展。

4 结语

在新工科建设背景下，针对网络工程专业社会和行业发展需求，本文以地方办学特色为指导，融入OBE 理念，构建了网络工程专业实践教学体系。首先利用DACUM 分析法职业能力进行分析，正向进行教学设计，并将PBL 教学法贯穿于实践教学的理论与实践中，力求达到多维度层层递进的学习效果；最后，由基于“CIPP+OBE”的评价体系对学生的综合能力进行毕业生质量评价。通过对网络工程专业进行实践，在学生综合素质、实践教学体系优化、教学管理规范化以及产教融合等方面，都取得了一定效果，提升了新型网络工程人才培养质量。