“網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)”教學(xué)中復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的探索

臧海娟 白鳳娥 潘瑜 景征駿

摘? ? 要：考慮工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本定位，在網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，緊密結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)多年教學(xué)實(shí)踐并持續(xù)改進(jìn)后，逐步確定現(xiàn)今的課程培養(yǎng)目標(biāo)、理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在介紹交換、路由、存儲(chǔ)及服務(wù)器等主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用由簡(jiǎn)單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建實(shí)踐這樣逐步深入的模式組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工程問題;網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì);工程教育認(rèn)證;能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-7394（2018）06-0080-04

我國(guó)的高等教育目前正處于從以規(guī)模擴(kuò)張為主的外延式發(fā)展轉(zhuǎn)向以質(zhì)量提高為主的內(nèi)涵式發(fā)展的轉(zhuǎn)型過程中[1]，全國(guó)絕大多數(shù)高校以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，全面推進(jìn)本科工程教育實(shí)現(xiàn)《華盛頓協(xié)議》（以下簡(jiǎn)稱《協(xié)議》）意義上的本科工程教育。此“國(guó)際等效”的基本定位就是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

對(duì)于復(fù)雜工程問題，《協(xié)議》用7個(gè)特征進(jìn)行了刻畫。其中“必須運(yùn)用深入的工程原理經(jīng)過分析才可能解決”第1條是必備的，它指出了復(fù)雜工程問題的本質(zhì)，第2到第7條是可選的，是復(fù)雜工程問題的深化和補(bǔ)充。這不僅需要我們將培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”的能力寫進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案中去，更重要的是，需要思考如何將培養(yǎng)目標(biāo)分解到每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)課程教學(xué)使學(xué)生真正達(dá)到這目標(biāo)和要求。“網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)”課程是江蘇理工學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的核心課程，近年來，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式等方面進(jìn)行有效探索。

1? ? 課程的教學(xué)現(xiàn)狀

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程領(lǐng)域的“復(fù)雜工程問題”，國(guó)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，從網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的現(xiàn)狀來看，國(guó)內(nèi)高校通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的專業(yè)還在個(gè)位數(shù)，絕大部分高校的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，落實(shí)分析和解決復(fù)雜問題等還達(dá)不到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。在課程教學(xué)上，理論教學(xué)缺乏工程項(xiàng)目成本構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)效益等內(nèi)容，更不會(huì)涵蓋項(xiàng)目相關(guān)各方利益之考慮。實(shí)踐環(huán)節(jié)是設(shè)備命令使用、具體技術(shù)的驗(yàn)證性居多，缺乏綜合考慮技術(shù)、工程、經(jīng)濟(jì)和法律等多方面制約因素的復(fù)雜大系統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2? ? 理論教學(xué)內(nèi)容探索

2.1? 課程培養(yǎng)的目標(biāo)

“網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)”課程是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)安全等先修課程后開設(shè)的一門綜合性設(shè)計(jì)性強(qiáng)的課程，要實(shí)施對(duì)專業(yè)“復(fù)雜工程問題”的支撐，就需要培養(yǎng)學(xué)生。

（1）掌握局域網(wǎng)、基本的交換與路由、廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，路由器、交換機(jī)等主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本配置、調(diào)試和故障排除方法，達(dá)到作為網(wǎng)絡(luò)工程師應(yīng)該具備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)理論和實(shí)踐能力，并具有跟蹤IPV6等網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的能力。

（2）能夠針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境、對(duì)象和規(guī)模，設(shè)計(jì)特定需求的解決方案，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、安全、法律以及環(huán)境等因素。

（3）能夠針對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、包括Visio、SecureCRT、Packet Tracer等工具，對(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜系統(tǒng)工程問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解實(shí)際應(yīng)用中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中。

（4）了解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目成本構(gòu)成與效益，具有一定的工程質(zhì)量管理的能力，并理解工程項(xiàng)目相關(guān)各方利益不完全一致。

（5）有良好的分工協(xié)作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。

2.2? ?理論教學(xué)內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)課程專用合適的教材極少，在充分調(diào)研規(guī)模企事業(yè)單位的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，參考銳捷、華為和思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院相關(guān)電子教材[2]，借鑒兄弟院校經(jīng)驗(yàn) [3-5]，課程內(nèi)容經(jīng)多年探索和6屆學(xué)生實(shí)施持續(xù)改進(jìn)后，最新構(gòu)成見表1。

3? ? 實(shí)踐教學(xué)探索

3.1? ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)→交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建→網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)→企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，由淺入深，詳見表2。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)配置實(shí)驗(yàn)，涉及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置命令和具體步驟，這類實(shí)驗(yàn)用來讓學(xué)生熟悉交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本使用，這部分內(nèi)容已在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程完成。

“交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與配置”要求用交換機(jī)構(gòu)建有一定復(fù)雜度的局域網(wǎng)，需要滿足諸如具有VLAN、端口聚合AP與生成樹STP等功能需求。

“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與路由器設(shè)備配置”要求用路由器有一定復(fù)雜度的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)工程，能滿足諸如針對(duì)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)路由、ACL、NAT等特殊需要。

綜合性實(shí)驗(yàn)又被分成小綜合和大綜合。小綜合實(shí)驗(yàn)包括交換+路由+服務(wù)器綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中要求：采用2臺(tái)路由器+2臺(tái)交換機(jī)+2臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)路由器之間實(shí)現(xiàn)OSPF，交換機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)VLAN，服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)DNS+ WEB，這個(gè)在正常實(shí)驗(yàn)課內(nèi)完成。

大綜合實(shí)驗(yàn)是在課程結(jié)束后為期一周的集中實(shí)踐開展復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐，要求學(xué)生分組完成一個(gè)企業(yè)級(jí)局域網(wǎng)項(xiàng)目，每組學(xué)生必須選擇有一定規(guī)模的單位（500以上信息點(diǎn)，企業(yè)、學(xué)?；蛘邎@區(qū)），通過調(diào)研了解被設(shè)計(jì)單位的網(wǎng)絡(luò)布局和特殊需求，設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)解決方案（以下簡(jiǎn)稱方案），方案可以是全新的設(shè)計(jì)或者是現(xiàn)有的改造。（1）方案包括需求分析、設(shè)計(jì)原則、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選型、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、系統(tǒng)及應(yīng)用軟件選型、IP地址規(guī)劃、綜合布線、方案優(yōu)勢(shì)描述、報(bào)價(jià)單等內(nèi)容。（2）設(shè)計(jì)的方案核心部分必須在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)現(xiàn)，即按照自己的設(shè)計(jì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置與調(diào)試，學(xué)會(huì)解決網(wǎng)絡(luò)實(shí)施過程中遇到的問題。（3）方案完成后還要求制作PPT進(jìn)行匯報(bào)答辯，。將課程所學(xué)的知識(shí)與技術(shù)綜合應(yīng)用到該實(shí)際項(xiàng)目中，使學(xué)生掌握解決復(fù)雜工程問題的一般工程與思維，提高相互間的協(xié)作、溝通能力以及多因素不常用的應(yīng)變等能力。

3.2? ?實(shí)驗(yàn)虛實(shí)接合、過程分組協(xié)作

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展快，實(shí)驗(yàn)設(shè)備因資金等原因，很難及時(shí)更新。目前大多數(shù)院校的網(wǎng)絡(luò)使用都采用虛實(shí)結(jié)合的方式，而且以“虛”為多。 “虛”即通過仿真軟件模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)[6]，一般采用Cisco Packet Tracer、GNS3 等模擬軟件，學(xué)生利用這些模擬軟件仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)，完成前面提到的大綜合等較復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)驗(yàn)，也可以作為學(xué)生平時(shí)練習(xí)使用?！皩?shí)”即用真實(shí)設(shè)備搭建網(wǎng)絡(luò)，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，這樣更有利于提高學(xué)生工程應(yīng)用技能。江蘇理工學(xué)院是一所地方應(yīng)用型院校，注重動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)以“實(shí)”居多，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室配備了16 組設(shè)備，每組包括6臺(tái)高配置PC（可以配置服務(wù)器）、4臺(tái)路由器、2臺(tái)二層交換機(jī)、2臺(tái)三層交換機(jī)、2個(gè) AP、1臺(tái)無線控制器、一組存儲(chǔ)器、1臺(tái)防火墻、 一臺(tái)IDS及網(wǎng)絡(luò)攻防平臺(tái)等網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 學(xué)生可以利用這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作，搭建中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，仿真真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并學(xué)會(huì)解決設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜工程問題。

在實(shí)驗(yàn)課程中，采用分組協(xié)作模式，每組一般為6 人，采用分組學(xué)習(xí)的方式可以發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的作用，在培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)技能同時(shí)，還培養(yǎng)他們的責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)合作能力。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計(jì)思路、方法、特殊需求、性價(jià)比等方面著手，鼓勵(lì)同一問題多解決方案。課后積極鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，參加 “中國(guó)高校計(jì)算機(jī)大賽 - 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)挑戰(zhàn)賽”、“新華三杯”等類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)競(jìng)賽，取得不錯(cuò)的成績(jī)。在近年的專業(yè)競(jìng)賽中，學(xué)生的參與度提高了，競(jìng)賽成績(jī)也穩(wěn)步上升。

4? ? 考核方式重視過程

針對(duì)“網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)”課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，探索以過程性考核為主，重在實(shí)踐操作，兼顧理論的考核方式。從形式到內(nèi)容盡力脫離“概念題、填空題、單選題、對(duì)錯(cuò)判斷題、簡(jiǎn)答題”等主觀性考試題，真正按照教學(xué)大綱規(guī)定的課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行考核。

采用江蘇理工學(xué)院積極鼓勵(lì)的N+1方式，其中N由平時(shí)作業(yè)10%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)40%（平時(shí)實(shí)驗(yàn)30%+實(shí)驗(yàn)考試70%）構(gòu)成;期末考試50%。對(duì)于參與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)競(jìng)賽并取得成績(jī)給予獎(jiǎng)勵(lì)分并計(jì)入總分，成績(jī)突出可以直接免理論考試，平時(shí)課堂和實(shí)驗(yàn)有創(chuàng)新等突出表現(xiàn)可給以1至10分的獎(jiǎng)勵(lì)分，并計(jì)入總分。

平時(shí)作業(yè)和平時(shí)實(shí)驗(yàn)都有一定的占比，其目的使學(xué)生更加重視課程過程學(xué)習(xí)，而不是在期末時(shí)搞突擊;期末實(shí)驗(yàn)考試與筆試結(jié)合，可以兼顧對(duì)理論知識(shí)以及實(shí)際操作的考核。課程考核同時(shí)兼顧創(chuàng)新及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)競(jìng)賽，這為后續(xù)科研創(chuàng)新工作打下良好的基礎(chǔ)，競(jìng)賽優(yōu)秀成績(jī)往往可以學(xué)生進(jìn)入行業(yè)名企的敲門磚，因此，作為加分項(xiàng)目。

5? ? 結(jié)語

解決“復(fù)雜工程問題”，需要學(xué)生能夠靈活地、綜合地、創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)，并且最好落實(shí)到第一課堂中。江蘇理工學(xué)院對(duì)“網(wǎng)絡(luò)工程與設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行有益探索，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也為推進(jìn)工程教育認(rèn)證打下了基礎(chǔ)。

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