新工科背景下的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系

何 欣 ，劉俊男，廖先富

（河南大學(xué) 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)中心，河南 鄭州475000）

1 背景

工程教育在我國高等教育中占有重要的地位，高素質(zhì)工程科技人才是支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實施國家重大發(fā)展戰(zhàn)略的重要保障。在此背景下“新工科”計劃孕育而生，在新工科計劃的背景下，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展。國家一系列重大戰(zhàn)略得以實施，例如，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和新舊動能轉(zhuǎn)換、“互聯(lián)網(wǎng)+”深刻改變各行各業(yè)、“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”等，均對高等教育工科人才培養(yǎng)提出了新的更高的要求[1-2]。信息學(xué)科的人才培養(yǎng)更應(yīng)該面向產(chǎn)業(yè)、面向世界、面向未來建設(shè)新工科，面向當(dāng)前急需和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提前進行人才布局，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”高素質(zhì)信息學(xué)科人才。

在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)方面，應(yīng)該通過加大投入，不斷完善實踐教學(xué)體系，引導(dǎo)建設(shè)一批具有明確人才培養(yǎng)目標(biāo)及先進實驗教學(xué)理念的實驗教學(xué)中心。然而，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的專業(yè)實驗室間還普遍存在著實驗室專業(yè)方向關(guān)聯(lián)性不夠緊密、 實驗教學(xué)課程體系不夠完善、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)不能滿足人才需求等缺點，無法適應(yīng)新工科背景下的信息學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2 新工科背景下的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系設(shè)計

2.1 構(gòu)建新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系關(guān)聯(lián)拓撲

注重體現(xiàn)多學(xué)科交叉融合、寬基礎(chǔ)、重能力的專業(yè)實驗教學(xué)課程建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維和跨界整合能力；基于網(wǎng)絡(luò)拓撲思維模式，將工程坊實驗室作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，將網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)相關(guān)的知識點分散化與碎片化后，融入各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并基于知識經(jīng)驗，計算節(jié)點的主從權(quán)重和節(jié)點隸屬關(guān)聯(lián)代價，構(gòu)建新工科下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)“知識點”體系關(guān)聯(lián)拓撲[3]，如圖 1 所示。以此拓撲為基礎(chǔ)，尋求影響實驗教學(xué)建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵路徑節(jié)點，以路由交換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)搭建與綜合布線、無線網(wǎng)絡(luò)與安全、大數(shù)據(jù)應(yīng)用實踐、物聯(lián)網(wǎng)與RFID 應(yīng)用等工程實踐性課程，與人生職業(yè)規(guī)劃、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念教育、項目綜合管理等人文、管理類通識性課程相互交叉，并依托對應(yīng)的工程坊實驗室作為重點發(fā)展對象，制定實驗課程體系發(fā)展建設(shè)規(guī)劃。

2.2 構(gòu)建螺旋式實驗教學(xué)體系

圖1 新工科下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系關(guān)聯(lián)拓撲

在新工科下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系關(guān)聯(lián)拓撲的基礎(chǔ)上，從“基礎(chǔ)性→工程能力提升性→工程研究創(chuàng)新性”三層次逐級遞進，以“鞏固基礎(chǔ)、注重能力、強調(diào)素質(zhì)、突出工程應(yīng)用創(chuàng)新”為原則，構(gòu)建螺旋式實驗教學(xué)體系。 第一階段將各個學(xué)科專業(yè)知識分散化與碎片化后，融入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，制定基礎(chǔ)性實驗教學(xué)大綱，完成基于知識關(guān)聯(lián)拓撲的基礎(chǔ)性實驗建設(shè)工作；第二階段在完成大綱要求的實驗教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，針對不同授課對象，分層次、循序漸進進行綜合性實驗專題訓(xùn)練；第三階段以工程性社會服務(wù)和實驗教學(xué)實踐為主要驅(qū)動力，以校企合作項目、大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃、學(xué)科競賽等為助力，進一步通過創(chuàng)新和研究實驗，提升學(xué)生的獨立創(chuàng)新、自主動手能力和團結(jié)協(xié)作精神，在實踐過程中逐步提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合處理實際問題的能力，以及創(chuàng)新思維的能力。

2.3 構(gòu)建基于“工程坊式”的實驗教學(xué)平臺

實驗實踐是工程的本質(zhì)，是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，實踐促進創(chuàng)新，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)工程科技人才的核心能力。建立并完善工程坊式開放實驗室平臺是貫徹創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育落地實施，保證新工科下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)，加強新工科工程科技人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，爭取各種社會教育資源，構(gòu)建政校協(xié)同、產(chǎn)學(xué)融合、校企合作、科教結(jié)合的新工科專業(yè)協(xié)同育人模式和多主體參與的新工科工程科技人才培養(yǎng)的必由之路[3-4]。如圖 2所示，工程坊實驗教學(xué)平臺是依托現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)示范中心建立的開放式實驗室。工程坊的特性有：①區(qū)別于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，工程坊為學(xué)生提供一個安全、方便、功能齊全，完成各類項目綜合設(shè)計課程訓(xùn)練的自由實踐平臺；②借助工程坊，加強與各企業(yè)的合作聯(lián)系，孵化各類創(chuàng)新實踐訓(xùn)練項目，提高師生、學(xué)院科研人員社會化服務(wù)能力的一個綜合能力訓(xùn)練平臺；③依托工程坊可建立支持基礎(chǔ)工程綜合能力訓(xùn)練、系統(tǒng)性創(chuàng)新思維訓(xùn)練、創(chuàng)意原型產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化等“三創(chuàng)”生態(tài)系統(tǒng)，向?qū)W生提供全方位的創(chuàng)意實現(xiàn)服務(wù)，鼓勵學(xué)生跨界學(xué)習(xí)、交叉合作、面向未來、挑戰(zhàn)學(xué)科前沿問題，支持學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計、形成創(chuàng)新產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新成果。

2.4 凝練新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)團隊

新工科建設(shè)需要一支在知識、能力、經(jīng)歷、素質(zhì)等方面均能夠勝任學(xué)科專業(yè)建設(shè)和創(chuàng)新工程科技人才培養(yǎng)工作的教師隊伍。在教師隊伍建設(shè)上，新工科建設(shè)與傳統(tǒng)師資建設(shè)的主要區(qū)別源于新工科專業(yè)的學(xué)科交融特征，因此需要研究多學(xué)科交叉融合的新工科專業(yè)對教師的要求、教師隊伍建設(shè)路徑以及教師的評價和激勵。

3 新工科背景下的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系實施方案及支撐保障

3.1 具體實施方案

1）以螺旋式實驗教學(xué)體系為實施核心，以工程坊實驗教學(xué)平臺和專業(yè)實驗教師隊伍為軟硬件保障條件，構(gòu)建新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系。

圖2 “工程坊式”實驗教學(xué)平臺

如圖 3所示，在具體實施過程中，首先分析新工科網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)建設(shè)目標(biāo)， 建立新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)知識體系拓撲關(guān)聯(lián)， 關(guān)聯(lián)拓撲中注重體現(xiàn)多學(xué)科交叉融合、寬基礎(chǔ)、重能力的專業(yè)實驗教學(xué)課程建設(shè)， 在實驗教學(xué)中設(shè)置學(xué)科前沿課程、綜合性課程、創(chuàng)業(yè)引導(dǎo)課程、問題導(dǎo)向課程、交叉學(xué)科研討課程等，以此培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和跨界整合能力。其次， 在新工科下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)關(guān)聯(lián)“知識點”體系與實驗教學(xué)課程體系建設(shè)規(guī)劃的基礎(chǔ)上， 從“基礎(chǔ)性→工程能力提升性→工程研究創(chuàng)新性”三層次逐級遞進，以“鞏固基礎(chǔ)、注重能力、強調(diào)素質(zhì)、突出工程應(yīng)用創(chuàng)新”為原則， 加強實驗教學(xué)中綜合設(shè)計性項目規(guī)劃與實施， 對新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系進行螺旋式迭代階段性建設(shè)。與此同時，為了保證新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)的順利實施，還要建立工程坊開放實驗室，制定單個課程實驗指導(dǎo)手冊，并分別匯總為實驗室和中心實驗教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，形成面向網(wǎng)絡(luò)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)指導(dǎo)規(guī)范。 最后，需要加大師資培訓(xùn)力度與培訓(xùn)規(guī)模，全面提升實驗教學(xué)隊伍的教育研究能力、教學(xué)學(xué)術(shù)水平與實踐創(chuàng)新能力，打造一支能夠勝任新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)工作的高素質(zhì)教師隊伍。

圖3 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系實施方案結(jié)構(gòu)圖

2）加強校企合作與社會化服務(wù)推廣， 開展聯(lián)合培養(yǎng)實踐教學(xué)建設(shè)， 進一步錘煉學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，豐富實驗教學(xué)體系建設(shè)。

通過和國內(nèi)外著名企業(yè)合作， 建立面向新工科專業(yè)學(xué)生開展創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)融合”活動的校企合作支撐服務(wù)平臺（已建成河南大學(xué)—華三云學(xué)院、河南大學(xué)—華三大數(shù)據(jù)學(xué)院、甲骨文公司實踐基地等）， 來培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。這些聯(lián)合實踐課程將當(dāng)今一線企業(yè)的方案和項目拿出來讓學(xué)生進行實驗和練習(xí)， 既促進了學(xué)生對課程的理解，也使學(xué)生對自己的職業(yè)崗位有深刻的了解。通過這樣的實踐課程，學(xué)生在校內(nèi)實驗中心就獲得了進入企業(yè)才能得到的知識和體驗，提高了學(xué)生的適應(yīng)能力， 也將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目中的一些科研成果輻射推廣到相關(guān)企業(yè)，對學(xué)生、學(xué)校、企業(yè)三方都有促進作用。建立以問題和課題為導(dǎo)向的教育模式，倡導(dǎo)研究性學(xué)習(xí)和挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)，因材施教，注重提高學(xué)生的探究興趣、創(chuàng)新意識和學(xué)習(xí)成效。

3）以學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目培育為工作抓手，完善實驗教學(xué)實施手段。

在實驗教學(xué)、校企合作與社會服務(wù)的基礎(chǔ)上，通過大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃、學(xué)科競賽等手段， 組建以教師為引導(dǎo)、 以學(xué)生為核心的創(chuàng)新實踐團隊，培養(yǎng)學(xué)生以問題為目標(biāo)的創(chuàng)新實踐能力[5]。努力建設(shè)支持基礎(chǔ)工程綜合能力訓(xùn)練、系統(tǒng)性創(chuàng)新思維訓(xùn)練、創(chuàng)意原型產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化等“三創(chuàng)”生態(tài)系統(tǒng)，向?qū)W生提供全方位的創(chuàng)意實現(xiàn)服務(wù)，鼓勵學(xué)生跨界學(xué)習(xí)、交叉合作、面向未來、挑戰(zhàn)學(xué)科前沿問題，支持學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計、形成創(chuàng)新產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新成果。

4）實驗教學(xué)與科研互動，以科研促實驗教學(xué)，反哺教學(xué)，深化實驗教學(xué)體系建設(shè)。

倡導(dǎo)聘請科研水平和知識創(chuàng)新能力高的教師、特別是教授職稱的教師，參與指導(dǎo)國家級、省級和校級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃；把最新科技前沿和科研成果及時轉(zhuǎn)化為實踐課程的教學(xué)內(nèi)容和開放的研究型實驗項目，以科研成果反哺實踐教學(xué)；激勵高年級本科生進入科研實驗室充當(dāng)科研助手， 使學(xué)生更好地了解學(xué)科前沿動態(tài)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高實驗綜合設(shè)計能力。

3.2 支撐保障

（1）建立健全實驗教學(xué)質(zhì)量保障體系。按照“教學(xué)督導(dǎo)、教師、學(xué)生”三重監(jiān)督， “課前、課中、課后”三個環(huán)節(jié)， “設(shè)備、教師、學(xué)生”三個層次相結(jié)合的思想，形成了一套較為完善的實驗教學(xué)質(zhì)量保證體系[4]。從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，制定實驗教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)相應(yīng)的實驗教學(xué)隊伍及滿足實驗教學(xué)要求的實驗設(shè)備及環(huán)境；充分利用信息技術(shù)及手段，加強實驗教學(xué)督導(dǎo)及學(xué)生學(xué)風(fēng)建設(shè)，以保證實驗教學(xué)效果；建立教學(xué)反饋機制，及時反饋教學(xué)結(jié)果，組織教學(xué)研討，促進教學(xué)方法改革和創(chuàng)新；通過科學(xué)的實驗教學(xué)考評，綜合評定學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（2）充分依托現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)示范中心，為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)提供硬件平臺支撐。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)依托的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)示范中心陸續(xù)建設(shè)了智能物流實驗室、 智能家居實驗室、 IOS 實驗室、 Android 實驗室，以滿足各類學(xué)生在智能網(wǎng)絡(luò)以及移動計算方面實踐實訓(xùn)的需求。中心又建設(shè)了云計算實驗室、軟件定義網(wǎng)絡(luò)實驗室、 H3C 路由交換實驗室、無線網(wǎng)絡(luò)與安全等專業(yè)實驗室，形成了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)從應(yīng)用端到服務(wù)端的全面覆蓋。至此，既可以滿足本科生、研究生在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的實驗教學(xué)和實踐實訓(xùn)，又可為師生進行相關(guān)領(lǐng)域的項目研發(fā)及社會化服務(wù)提供平臺保障。

4 結(jié)語

新工科教育下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系以螺旋式實驗教學(xué)體系為實施核心，以工程實驗教學(xué)平臺和專業(yè)實驗教師隊伍為軟硬件保障條件，通過加強校企合作與社會化服務(wù)推廣， 開展聯(lián)合培養(yǎng)實踐教學(xué)建設(shè)，以學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目培育為工作抓手，完善實驗教學(xué)實施手段，以此來進一步錘煉學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，構(gòu)建新工科背景下網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系。教師通過以實驗教學(xué)與科研互動，以科研促實驗教學(xué)，反哺教學(xué)來深化實驗教學(xué)體系建設(shè)。通過依托現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)示范中心， 為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)提供硬件平臺支撐完善實驗教學(xué)體系。實踐證明，此教學(xué)體系大大提高了網(wǎng)絡(luò)工程類實驗教學(xué)水平。