構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

張　杰　張建偉

摘要:本文分析了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)和實踐教學(xué)的現(xiàn)狀,針對網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)特點,構(gòu)建了一套由實驗、實習(xí)、實訓(xùn)等環(huán)節(jié)組成的,縱向擺脫對理論課程的依附,橫向與理論課程相互支撐的實踐教學(xué)體系,并具體設(shè)計了實踐教學(xué)平臺的實現(xiàn)方案。實踐證明,該做到現(xiàn)實與虛擬環(huán)境結(jié)合、校內(nèi)與校外實習(xí)結(jié)合,為學(xué)生創(chuàng)造了良好的工程項目實踐的環(huán)境,很好地培養(yǎng)了學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用技能。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)工程;實踐教學(xué);橫向;縱向

中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:B

1引言

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具有計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識和抽象思維能力以及計算機網(wǎng)絡(luò)軟硬件基本理論和技術(shù),從事計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全應(yīng)用、計算機網(wǎng)絡(luò)管理和維護、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)和集成的高層次網(wǎng)絡(luò)工程和應(yīng)用專業(yè)技術(shù)和科研人才。

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的畢業(yè)生應(yīng)獲得的知識和能力有以下幾方面:

(1) 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)原理、計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)信息安全、計算機網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)站建設(shè)及應(yīng)用開發(fā)技術(shù)及其他相關(guān)的計算機科學(xué)與技術(shù)等方面的理論知識及應(yīng)用能力。

(2) 扎實的計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識與網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)信息安全應(yīng)用的專業(yè)理論知識與基本技能,以及計算機網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)信息安全應(yīng)用的設(shè)計和開發(fā)的初步能力。

(3) 各種計算機網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、Web應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集成和開發(fā)以及相關(guān)的科研、設(shè)計、調(diào)試、維護運行和管理的初步能力。

(4) 掌握資料查詢、文獻檢索及運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法,具有一定的技術(shù)設(shè)計、歸納、整理、分析實驗結(jié)果、撰寫論文、參與學(xué)術(shù)交流的能力。

(5) 有較寬的知識面,具有較高的職業(yè)素質(zhì),包括嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)、獨立工作和自我知識更新的能力。

要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)出高水平的網(wǎng)絡(luò)人才,必須構(gòu)建一套完善的、高質(zhì)量的實踐教學(xué)體系,包括大型綜合實驗、課程設(shè)計、實習(xí)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。使學(xué)生掌握近代通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論及網(wǎng)絡(luò)工程的實用技術(shù),理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、組網(wǎng)工程、網(wǎng)絡(luò)性能評估、網(wǎng)絡(luò)編程與管理等相關(guān)知識,能夠從事網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計與建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)運行維護及管理、網(wǎng)絡(luò)安全防護和性能分析等工作。

但是,長期以來由于各種主觀和客觀因素,網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)理論與實踐教學(xué)之間存在著許多問題,原有的計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)已不能滿足計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展需求。目前大多數(shù)院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實驗室建設(shè)普遍存在“缺少專用的網(wǎng)絡(luò)實驗室”、“網(wǎng)絡(luò)實驗所需的軟件和硬件短缺”、“忽視與企業(yè)間的合作”等問題。

2網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的結(jié)構(gòu)

2.1網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)的特點

根據(jù)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的特點,實踐教學(xué)體系應(yīng)有如下特點:

(1) 實驗平臺的復(fù)雜性。一個普通的網(wǎng)絡(luò)實驗至少要兩臺微機才能構(gòu)建一個最簡單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,而網(wǎng)絡(luò)環(huán)境太簡單又會使實驗在數(shù)量和質(zhì)量上受到限制。為了取得較好的效果,每組實驗需要多臺微機和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備,同時組與組之間也可以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境。

(2) 實踐教學(xué)的獨特性。網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)中的絕大多數(shù)實驗,例如“網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成”、“網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和管理”在兩節(jié)課的時間內(nèi)是無法完成的。并且有些實驗與實驗之間是緊密聯(lián)系的,例如后面的實驗是在前面實驗的平臺上實現(xiàn)。這給實踐教學(xué)的實施提出了很大的難題。

(3) 實踐教學(xué)中知識跨度大、實用性強。網(wǎng)絡(luò)工程實驗要結(jié)合“局域網(wǎng)原理”、“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”、“TCP/IP協(xié)議”、“協(xié)議分析”、“網(wǎng)絡(luò)編程”等多門課程來開設(shè)實驗,是對網(wǎng)絡(luò)工程的實施過程進行模擬仿真,具有很強的實用性。

2.2重組教學(xué)體系

根據(jù)社會對網(wǎng)絡(luò)工程人才需求的變化,以及網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展,確定實踐教學(xué)內(nèi)容,以實踐教學(xué)內(nèi)容定位理論教學(xué)內(nèi)容,對整個教學(xué)體系的教學(xué)內(nèi)容進行合理取舍。例如:

(1) 合并、壓縮或調(diào)整原有課程中陳舊和重復(fù)的內(nèi)容。如壓縮或調(diào)整網(wǎng)絡(luò)原理中一些比較陳舊的知識,如令牌環(huán)網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)、FDDI網(wǎng)絡(luò)、CSMA/CD、X.25、幀中繼等技術(shù),從而加大實驗學(xué)時,增加課程設(shè)計和實習(xí)環(huán)節(jié)。

(2) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的具體情況和人才需求變化,對一些學(xué)科理論有重大發(fā)展的基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容進行重組。例如調(diào)整組網(wǎng)技術(shù)在整體教學(xué)中的比例,增加網(wǎng)絡(luò)組建、安裝、測試及其工程實施的知識單元比重,增加組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)絡(luò)攻防等工程應(yīng)用類的課程。

(3) 適時地把一些反映當(dāng)代計算機技術(shù)發(fā)展趨勢的內(nèi)容充實到課程教學(xué)中。例如增加P2P技術(shù)的應(yīng)用。

實踐教學(xué)體系是以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力為主線,培養(yǎng)學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)。把網(wǎng)絡(luò)工程實踐教學(xué)作為一個體系納入網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)方案之中,在人才質(zhì)量觀、現(xiàn)代工程教育觀、終生教育思想的指導(dǎo)下,圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求,對不同的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)的完善和實施,從縱、橫兩方面考慮,形成網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu),如圖1所示。

縱向擺脫實踐教學(xué)對理論課程的依附,按照從簡單到復(fù)雜、從低級到高級、從單一到綜合,循序漸進地認(rèn)識規(guī)律,整體設(shè)計其內(nèi)容,相對獨立地形成一個有梯度、有層次、有階段性的實踐教學(xué)體系;橫向與理論課程相互支撐,有機結(jié)合。在各自波浪式前進的過程中不斷出現(xiàn)結(jié)合點,以培養(yǎng)具有綜合的思維能力和綜合處理問題能力的復(fù)合型人才。

作為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系建設(shè)的支撐,主要包括實驗教學(xué)平臺、實訓(xùn)教學(xué)平臺、實習(xí)基地等的建設(shè)。

3實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建

3.1網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的設(shè)計和搭建

網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的設(shè)計和搭建遵循系統(tǒng)性、先進性、實用性、開放性、發(fā)展性的原則。由于網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的實踐教學(xué)課程較多,要組建能夠適合多個課程的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺是一項復(fù)雜的工作。對實驗平臺的規(guī)劃、設(shè)計、硬件建設(shè)、軟件建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)的使用、擴充等均要以系統(tǒng)的眼光來看待。先進性和實用性是指實驗平臺應(yīng)盡可能地采用當(dāng)今流行的先進技術(shù),同時也要兼顧技術(shù)的成熟性和實用性。實驗平臺的規(guī)劃、設(shè)計采用開放技術(shù)、開放結(jié)構(gòu)和開放系統(tǒng)組件,有良好的兼容性,以利于在實踐課程進行的過程中網(wǎng)絡(luò)平臺的維護和擴展,既能適合學(xué)生的公共實驗課程,也能適合學(xué)生自主設(shè)計的實驗。

基于以上原則以及實驗室的具體實驗設(shè)備,設(shè)計出總體的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。串口控制服務(wù)器CCM(Configure Control Module)是每個實驗組的控制中心,每個實驗組配置一臺CCM作為實驗組的核心設(shè)備,通過CCM上的網(wǎng)絡(luò)接口將所有的實驗組互聯(lián)到實驗室中心交換機上。每個邏輯實驗組分別完成不同類型的實驗,也可以將多個邏輯實驗組合并為一個物理組中,形成綜合實驗組。實驗室管理系統(tǒng)(LinkManager Netcollege)具有可視化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和遠程模擬串口登陸設(shè)備等功;可以多人共享同一臺設(shè)備,以小組方式學(xué)習(xí);同時教師還可以實時打斷學(xué)生的操作,進行指導(dǎo)教學(xué)。實驗室備有思科、華為和神州數(shù)碼等多個廠家的高、中、低端設(shè)備,供學(xué)生完成實踐教學(xué)的內(nèi)容。

實驗作為教學(xué)環(huán)節(jié),除了應(yīng)盡量再現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的真實性外,還要使學(xué)生在一個可操作的環(huán)境下學(xué)習(xí)和訓(xùn)練相關(guān)技能,因此,除了硬件環(huán)境外,還在PC 機上安裝了路由器模擬軟件、交換機的模擬軟件以及操作系統(tǒng)的模擬軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分析軟件等,學(xué)生可以方便地利用這些軟件進行各種類型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計和測試。

3.2實訓(xùn)平臺的設(shè)計和搭建

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實訓(xùn)主要包括:網(wǎng)絡(luò)綜合布線與測試、網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程、網(wǎng)絡(luò)攻防等幾個方面。其中,網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程實訓(xùn)環(huán)境均是根據(jù)每組學(xué)生的具體設(shè)計方案,提供相應(yīng)的設(shè)備,由學(xué)生自主完成獨立的環(huán)境搭建、調(diào)試和運行;而網(wǎng)絡(luò)綜合布線與測試、網(wǎng)絡(luò)攻防的實訓(xùn)環(huán)境必須有相對固定的場地和模擬環(huán)境,否則,會對使用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成不可預(yù)知的威脅。

網(wǎng)路綜合布線實訓(xùn)室具備知識學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練和工程實踐三部分的功能。知識學(xué)習(xí)部分利用教師通過對各種資料、圖像、錄像、樣品等的講解,整體呈現(xiàn)綜合布線系統(tǒng)工程所涉及的各種知識和產(chǎn)品;技能訓(xùn)練部分主要通過訓(xùn)練裝置鍛煉學(xué)生對各種布線產(chǎn)品的基本安裝和操作的基本技能;工程實踐部分分為實際工程項目教學(xué)和模擬工程項目教學(xué),相對于實際工程項目這種實習(xí)型的教學(xué),模擬工程項目實踐教學(xué)是在經(jīng)過深化設(shè)計的模擬布線工程環(huán)境中,給學(xué)生提供布線工程涉及的各個子系統(tǒng)和路由的設(shè)計、管理、安裝等全方位的訓(xùn)練,具體實訓(xùn)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)綜合布線與測試實訓(xùn)環(huán)境集“教、學(xué)、做”為一體,是一個校內(nèi)生產(chǎn)性實訓(xùn)基地,從演示實踐教學(xué)、基本技能訓(xùn)練實踐教學(xué)、工程項目實訓(xùn)實踐教學(xué)三個層面為網(wǎng)絡(luò)綜合布線技術(shù)課程教學(xué)提供了整套實踐教學(xué)解決方案,充分體現(xiàn)了技能教學(xué)的特點。

網(wǎng)絡(luò)攻防的實訓(xùn)環(huán)境如圖4所示,使用安全沙盒的模擬環(huán)境。安全沙盒是進行網(wǎng)絡(luò)安全攻擊和防御的模擬平臺,使用虛擬技術(shù)以及簡單的設(shè)備模擬復(fù)雜、繁多的計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)沙盒具有虛擬化技術(shù)、實驗包技術(shù)、虛擬系統(tǒng)動態(tài)遷移技術(shù)。虛擬化技術(shù)是指在主操作系統(tǒng)上虛擬出不同的虛擬服務(wù)器,每個應(yīng)用層的實驗程序運行在獨立的軟件環(huán)境中,同時啟動多項安全實驗,最大限度發(fā)揮系統(tǒng)資源的使用率;實驗包技術(shù)是指把一個攻防實驗所需要的所有組件,包括運行環(huán)境、主服務(wù)程序、非公有工具、技術(shù)幫助文檔等通過加密技術(shù)組成一個完整的實驗包,可以方便地進行管理和加載;虛擬系統(tǒng)動態(tài)遷移技術(shù)是指攻防平臺和課件平臺分離,教師通過控制臺可以為學(xué)生開啟各種計算機及網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)課程的實驗環(huán)境,學(xué)生可以在實驗環(huán)境中進行各種計算機及網(wǎng)絡(luò)安全的攻防實驗,獨立隔離的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不會對其他網(wǎng)絡(luò)造成危害,并且可以最大限度地利用系統(tǒng)資源,提供盡可能多的服務(wù)。

3.3校企合作和實習(xí)基地

在重視校內(nèi)實踐教學(xué)的同時,加強校企合作和校外實習(xí)基地的建設(shè)也是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。校企合作是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才,縮短教學(xué)與就業(yè)之間距離的一個重要渠道,在網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)中,與多家網(wǎng)絡(luò)廠商和企業(yè)合作,培養(yǎng)了一批雙師型教師,使實驗室具有了培養(yǎng)國家計算機網(wǎng)絡(luò)管理員、計算機網(wǎng)絡(luò)工程師、Cisco網(wǎng)絡(luò)工程師、華為3COM網(wǎng)絡(luò)工程師等的專業(yè)培訓(xùn)和考核能力。這樣,不但便于教師根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的變化及時更新和完善教學(xué)體系,也有利于學(xué)生就業(yè)競爭力的提高。

網(wǎng)絡(luò)實習(xí)教學(xué)是加強網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識教育,增加學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的感性認(rèn)識、實踐能力、創(chuàng)新能力的重要綜合性訓(xùn)練環(huán)節(jié)。實習(xí)基地也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要場所, 是學(xué)生了解社會和企業(yè)的橋梁。依托校園網(wǎng),建立校內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)控制中心實習(xí)基地和綜合布線實習(xí)基地,在這兩個實習(xí)基地中,學(xué)生能夠完成真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、組建和維護工作;其次,與有關(guān)企業(yè)聯(lián)合,建立了二十多個校外實習(xí)基地,保證一定名額的輪崗實習(xí)和頂崗實習(xí),充分保障了學(xué)生高質(zhì)量的完成實習(xí)任務(wù),使學(xué)生由“知識型”向“知識能力型”轉(zhuǎn)變。

4結(jié)束語

在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系時,我們將原來服務(wù)于理論教學(xué)的實踐教學(xué),從理論教學(xué)體系中分離出來,形成相對獨立的實踐教學(xué)體系,形成兩條主線的教學(xué)體系。同時大幅度提高實踐教學(xué)學(xué)時的比例,把實驗、實習(xí)、實訓(xùn)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等各個實踐環(huán)節(jié)有效地配合和銜接起來,通過各類實驗培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用能力。

在校內(nèi)實驗室的管理上,我們采用固定課時、預(yù)約課時、開放課時等多種模式相結(jié)合的管理方法,方便學(xué)生完成課內(nèi)、課外以及遠程實驗。實踐結(jié)果表明,該實施方案有利于促進該專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實施,能夠達到提高教學(xué)質(zhì)量,為社會培養(yǎng)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人才的目的。

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