陳　鳴　胡谷雨　王元元　周　雷　齊望東

摘要:解放軍理工大學于1999年起啟動了網絡工程本科專業(yè)教學體系的建設工作。我校面向高素質人才培養(yǎng)目標,注重專業(yè)建設的頂層設計,取得了如下成果:凝煉網絡技術內涵,創(chuàng)立網絡技術人才培養(yǎng)的課程體系;填補國內教材空白,建設系統完整的教材體系;注重實踐知行合一,構建先進配套的實驗體系;實踐創(chuàng)新教學相長,鍛造一流的師資隊伍。本文詳細總結了我院網絡工程專業(yè)教學體系創(chuàng)新實踐的經驗教訓,論述了為取得以上成果而具體采取的措施。

關鍵詞:網絡工程;教學體系;課程;教材;實驗

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

鑒于網絡在未來戰(zhàn)爭中的重要性和軍隊信息化建設的需要,1999年中央軍委決定在軍事院校中設置網絡工程本科專業(yè)。當時國內外還沒有建設類似專業(yè)的成功經驗可供借鑒,解放軍理工大學憑借在網絡工程領域教學科研的深厚積淀和領先優(yōu)勢,受命創(chuàng)建網絡工程專業(yè),擬制網絡工程專業(yè)規(guī)范。

我校網絡技術教學和科研工作始于1981年。在國家一級教授、中科院學部委員、原解放軍通信工程學院副院長畢德顯帶領下,在謝希仁教授主持下,開展網絡技術研究。經過長期的發(fā)展和建設,取得了一系列成果,通信與計算機的結合成為學科特色,并于1990年學院成立“網絡技術研究所”,1997年由總部授牌成立了“全軍網絡技術研究中心”。網絡工程專業(yè)教學體系邊建設邊實踐、邊應用邊提高,從2000年首批招生至今已有五屆學生畢業(yè),培訓質量令總部和部隊滿意,大多已經成為部隊信息化建設的骨干。通過九年的探索與實踐,我校網絡工程專業(yè)建設走在全國前列,“軍用網絡工程”也被總部確定為軍隊“2110工程”重點建設學科專業(yè)領域。

時至今日,網絡工程專業(yè)已經成為國內高校一個普遍開設的新興專業(yè),我們有必要認真總結分析網絡工程專業(yè)教學體系建設的經驗教訓,為兄弟學校提供專業(yè)發(fā)展建設的他山之石。

1面向人才培養(yǎng)目標,注重專業(yè)建設的頂層設計

網絡工程專業(yè)是解放軍訓練部門于1999年列入本科專業(yè)目錄的,這先于國家教育部將該流專業(yè)列入本科專業(yè)目錄的時間。如何開辦網絡工程專業(yè),國內外并沒有現成模式和成功經驗。為此,我校組織專門班子進行了廣泛調查和深入研究。在深刻領會軍委決策戰(zhàn)略意圖的基礎上,準確把握網絡工程專業(yè)“學科領域交叉滲透,技術發(fā)展日新月異,軍事應用全面深入”的特殊背景,反復凝煉網絡工程技術內涵,精準推敲人才培養(yǎng)的目標和思路,精心策劃教學體系建設。

我們確定的建設思路是:以培養(yǎng)高素質新型人才為目標,運用先進的教學理念、方法、手段,構建完善的課程體系、教材體系和實驗體系,形成良好的育人機制、實力雄厚的師資隊伍,建設一個能適應軍隊信息化建設需要的高水平新型專業(yè)教學體系。

我們確定的專業(yè)人才培養(yǎng)目標是:完成專業(yè)技術人才的基礎訓練,掌握數學、物理等自然科學知識,了解人文社會科學知識,具有較強的計算機應用能力、良好的語言文字表達能力和初步的國際交流能力,掌握信息網絡工程設計和應用開發(fā)的基本技術和方法以及系統集成、安裝與調試技能,掌握網絡安全和計算機病毒防護知識,熟悉戰(zhàn)術互聯網、數據鏈網絡及其戰(zhàn)略戰(zhàn)術用途、軍事應用特點、設計規(guī)劃、維護管理等方面知識,了解網絡技術領域科學技術和裝備的前沿知識,能夠適應科學技術發(fā)展和崗位轉換。

隨后,我們將網絡工程專業(yè)教學體系建設的重點確定為三個體系(課程體系、教材體系、實驗體系)、一套育人舉措和一支教師隊伍的建設。

2凝煉網絡技術內涵,創(chuàng)立人才培養(yǎng)的課程體系

根據信息化戰(zhàn)爭對網絡技術人才的知識和能力要求,結合該專業(yè)的學科交叉的特點,我們于2000年制訂了最初的網絡工程專業(yè)課程體系、教學計劃,并承擔了全國教育科學“十?五”規(guī)劃研究項目“網絡工程專業(yè)課程體系研究”,2003年舉行專業(yè)建設大討論。此后,對網絡工程專業(yè)的課程體系進行了修改、補充、完善,2005年制定了新版的人才培養(yǎng)方案。

網絡工程專業(yè)課程體系的主要課程及其聯系如圖1所示。

2.1課程設置的基本思路

鑒于網絡工程是計算機專業(yè)和通信專業(yè)交叉融合的新專業(yè),我們的課程設置思路是:以工學的自然科學、人文科學基礎理論為通識教育平臺,以計算機學科的核心知識和通信學科基礎理論為專業(yè)基礎,構建網絡課程群作為專業(yè)課程,培養(yǎng)學生具有較強的軍事信息網絡工程設計、開發(fā)應用、安全防護、維護管理以及網絡系統集成、設備安裝調試等技能。

2.2國內首創(chuàng)的網絡課程群

根據專業(yè)培養(yǎng)目標,首次提出了網絡課程群思想。把基礎性、原理性內容納入“計算機網絡原理”課程,網絡操作使用、安全防護、維護管理、應用編程和工程設計等內容則分別構成“互聯網應用與維護”、“網絡攻擊與防護(網絡安全)”、“網絡管理”、“網絡應用編程”和“網絡工程設計”等5門專業(yè)課。

目前“網絡課程群”的思想及其所設課程已經得到了國內許多專家的認可,并已成為國家教育部教指委“高等學校計算機科學與技術專業(yè)核心課程內容實施方案”研究組的研究基礎。

2.3強調能力培養(yǎng)的實踐環(huán)節(jié)

在課程設置中始終貫徹“程序設計不斷線,工程實踐不斷線”的原則。從一年級開始學習編程語言,二、三年級都有課內編程實踐;從三年級開始學習網絡專業(yè)課程,每門都有實驗安排,形成了系統的實踐性教學環(huán)節(jié)。

2.4貼近軍事應用的專門課程

開設了“數據鏈網絡”和“戰(zhàn)術互聯網”等軍事網絡課程。

該課程體系經過多年的補充和完善,其基礎教育體現了學科交叉性,專業(yè)教育體現了內容先進性,崗位指向體現了軍事應用性,實踐環(huán)節(jié)體現了系統綜合性。我校多次應邀在全國性會議上介紹該課程體系,并已被多所高校學習和借鑒。中國計算機學會教育專業(yè)委員會主任蔣宗禮教授的評價是“這是我所見到的思路最為清晰、論述最為完整的網絡工程教學改革方案”。

3填補國內教材空白,建設系統完整的教材體系

在專業(yè)建設之初,國內尚沒有類似的網絡課程設置,相應的網絡專業(yè)教材也是空白。為了滿足教學急需,2000年起我們陸續(xù)編寫出版了各專業(yè)課教材,構建了完整的網絡工程專業(yè)教材體系。

3.1一部暢銷的精品教材

作為專業(yè)核心課程“計算機網絡原理”的教材《計算機網絡》(謝希仁編著)首版是1989年,1992年獲機電部優(yōu)秀教材特等獎、教委全國優(yōu)秀教材獎。根據專業(yè)建設需要,我們加強了該教材的修訂和更新,2000年以來共發(fā)行了6個版次、累計130余萬冊,其中一個版本的印數達49萬冊。該教材2002年獲教育部全國優(yōu)秀教材二等獎,其最新版被列入“十一五”國家級教材規(guī)劃。清華大學、北京大學、上海交通大學、中國科技大學、南京大學、華中科技大學、北京郵電大學等國內著名高校均使用了該教材,50多所著名高校將其列為研究生入學考試的指定參考書。

3.2一組填補空白的專業(yè)教材

2001～2003年,我們組織編撰了網絡課程群的系列專業(yè)教材,包括《互聯網應用與技術》、《網絡工程設計教程》、《網絡管理技術教程》、《網絡信息安全》和《網絡程序設計教程》等,填補了國內網絡工程專業(yè)教材的空白。

近年來,我們又在講義的基礎上,出版了《計算機網絡實驗教程:從原理到實踐》、《網絡應用程序設計教程》和《互聯網應用與維護教程》等教材。

這些專業(yè)教材,已被國內多所著名高校采用,如中國科技大學、東南大學,其中《網絡工程設計教程》一書被稱為“一本不可多得的工程性強、應用性強的教科書”。

3.3一批譯自經典名著的教輔讀物

為了擴展教材中有限的知識,我們組織翻譯了近30部因特網經典名著和國際流行網絡教材,作為輔助教學參考書,滿足了學生自主學習和知識拓展需要,并受到國內高校師生及工程技術人員普遍歡迎,對我國計算機網絡教學、網絡工程技術發(fā)展產生了廣泛和持久的影響。

下面列舉其中最經典的幾部。

(1)《TCP/IP詳解》,W.R.Stevens等著。該書是因特網著作中最有影響的兩部書之一,受到網絡技術人員的一致推崇。國內主要網絡設備廠商的研發(fā)人員幾乎人手一冊。該書卷1、卷2分別名列中國互動出版網2007年計算機網絡著作暢銷書第1、第7名。

(2)《用TCP/IP進行網絡互聯》,D.E.Comer等著。該書是因特網著作中最有影響的兩部書之一,國內網絡教科書中的TCP/IP技術細節(jié)幾乎都引自該書。

(3)《計算機網絡:自頂向下方法(第2、3、4版)》,J. Kurose和K. Ross著,該書是目前國際上最為流行的網絡教科書。

4注重實踐知行合一,構建先進配套的實驗體系

網絡協議的交互過程復雜且難以觀察理解,網絡實驗是不可或缺的。早期的網絡實驗大多局限于網絡設備的操作實習或用軟件模擬演示網絡原理,有效的網絡實驗教學是一個世界性難題。

我們提出了分類實驗模式,將網絡實驗分為原理驗證、設計應用和探索研究三種類型,共設計出90多個網絡實驗項目,并投資400多萬元建成了先進的網絡工程實驗室。

4.1教育部精品教材《網絡實驗教程》

根據多年網絡實驗講義編寫出版的《計算機網絡實驗教程:從原理到實踐》,反映了我們的網絡實驗教學理念。該教材原創(chuàng)性強,便于實施,是“十一五”國家級規(guī)劃教材,2007年評為教育部精品教材。

4.2方便組合運用的網絡實驗臺

自行設計的網絡實驗臺便于組合運用網絡設備,既滿足了計算機網絡原理等6門專業(yè)課90多個實驗的需要,又便于學生認識網絡工程規(guī)范、鍛煉協作實驗能力。

4.3方便控制管理的網絡實驗支持系統

自主設計的網絡實驗管理系統支持教學生查詢實驗要求、學習實驗指導、提交實驗報告和批改輔導,便于進行實驗準備,減輕教師工作量;便于控制實驗效果,實驗過程標準化;便于檢查實驗結果,實驗考核客觀化。

4.4促進自主學習的虛擬實驗室

為了滿足學生的自主學習需要,我們在校園網上建設了計算機網絡虛擬實驗室,已為6門專業(yè)課程提供3類65個實驗、57個在線模擬演示和模擬網絡設備操作,“遠程實驗”則能實際操作聯網實驗設備。

實驗體系的成功建立,為6門網絡課程的124學時課內實驗創(chuàng)造了良好條件,每年有300多名學生籍此完成網絡實驗教學。每年還有近30名外軍學生和40多名研究生學生開展網絡實驗。在多次全國性的網絡實驗研討會上,該實驗體系引起了300多所高校領導、教師和相關企業(yè)的濃厚興趣,網絡設備廠商銳捷公司當即要求合作推廣,并為此贈送了價值百萬元的實驗設備。

網絡工程實驗室是校開放實驗室,還支持網絡工程專業(yè)學生的課程設計、畢業(yè)設計和課外創(chuàng)新活動。該實驗室現已成為展示本校的窗口之一,接待敘利亞國防部長、加拿大軍事教育總監(jiān)、西點軍校校長等國內外教育專家50余次,獲高度評價。

5提高學生綜合素質,兼顧科研教學的育人舉措

網絡工程專業(yè)建設中,提出并貫徹了“五個堅持”,走出了教學支撐科研,科研促進教學的教學相長之路。

(1) 堅持教學內容不斷更新,緊貼先進技術前沿、緊貼軍事斗爭準備,及時更新教學內容、修訂教材。

(2) 堅持課堂教學聯系科研實踐,使學生了解網絡技術的軍事應用現狀和需求,理解問題求解的過程。

(3) 堅持雙語教學模式探索,從2002開始,每年都有“計算機網絡原理”雙語教學課。

(4) 堅持鼓勵學生自主學習,建設了基于校園網絡的自主學習環(huán)境,有計算機網絡和微型計算機系統2個虛擬實驗室、所有專業(yè)和專業(yè)基礎課的虛擬教室、1個鏈接了各種相關信息資源的專業(yè)學習網站。

(5) 堅持開展學生科技創(chuàng)新活動,從2006年起每年舉辦“Flash動畫設計大賽”、“程序設計大賽”、“本科生科技訓練計劃”和評選“勵志獎”。鼓勵和組織學生積極參加國際國內各種競賽。獲全國大學生數學建模競賽一、二、三等獎共5項。2006年首次組隊參加國際大學生數學建模競賽即獲一等獎,此后又獲二等獎2項、三等獎1項。在歷年全國性技術競賽和大學組織的學生科技競賽等活動中獲獎共計34人次。

6實踐創(chuàng)新教學相長,鍛造一流的師資隊伍

20世紀80年代初,由畢德顯指導、謝希仁主持的高水平科研促進了高質量教學。網絡工程專業(yè)設立后,教員隊伍的“四個貼近”形成了以老帶新、以新促老的良好局面。

(1) 貼近軍事應用,在實踐中成長。以軍事需求為牽引,跟蹤國際最新發(fā)展,逐步形成了軍用網絡監(jiān)測、軍事通信網管理、網絡攻擊與防護、無線傳感器網絡和野戰(zhàn)網絡協議工程等軍事特色鮮明的研究方向,參與了我軍重大網絡項目建設,開發(fā)的網管產品在全軍普遍應用,歷年共獲國家科技進步二、三等獎各1項,軍隊級科技獎一等獎4項,二、三等獎20余項。

(2) 貼近學科前沿,在創(chuàng)新中發(fā)展。利用教員留學、深造歸來之機,開辟了網絡測量、協議驗證、網格技術等研究新方向。承擔了國家自然科學基金資助項目5項、國家863計劃項目4項、國家重點科技攻關項目2項、省市重點攻關項目數十項。

(3) 貼近學生課堂,實現教學相長。提倡教員獻身課堂,用教員的言行感染學生,讓學生的求知欲增進教員責任感,培養(yǎng)學生的同時教員的水平也不斷提升。在2007年的全軍通信院校教員教學能力競賽中,本專業(yè)2名教員分別獲得全能第一名和課堂教學第一名,另外4名教員獲得了二、三等獎。

(4) 貼近網絡時代特點,年青人挑大梁,“網絡時代是年輕人的時代”。我們把年輕人推上教學科研第一線,使他們脫穎而出,年輕人的快速成長,又增加了老教授的緊迫感,形成了以老帶新以新促老的良好局面。目前師資隊伍中有8名教授、13名副教授,96%具有碩士學位,41%具有博士學位,涌現出全國高等學校教學名師1人,獲“求是杰出青年獎”1人,總參優(yōu)秀中青年專家2人,全軍優(yōu)秀教師3人,獲軍隊院校育才獎金獎3人、銀獎7人;獲軍隊教學成果二等獎6人次。

7幾點體會

(1) 理清課程體系。與其他IT專業(yè)體系基本上直接從發(fā)達國家全盤引進不同,網絡工程專業(yè)是具有中國特色的新建專業(yè)。由于發(fā)展時間不長,該專業(yè)無論是在課程體系,還是在教材體系和實驗體系等方面,都有巨大的探索和發(fā)展空間,不少學校都為該專業(yè)的課程體系進行了大量探討。例如,具有共性的是都開設了“計算機網絡原理”課程,并在此基礎上擴展了其他課程,如本文前述的5門課,也有的開設如“TCP/IP協議原理”、“路由與交換”等課程。其實,課程體系的設計是與學生的培養(yǎng)目標息息相關的,有的用于打牢理論基礎、有的用于加強某項技術的能力,使學生的綜合能力得到提升,成為社會需要的具有較全面專業(yè)知識的人才。不過在課程設置中,也存在為拼湊課程數量、拼湊教學學時而破壞課程體系的內在聯系,切忌盲目照搬網絡公司培養(yǎng)網絡工程師的模式,用指令細節(jié)占用了大量的學時,這樣只會學生“學會的用不到,需要的沒有學”,加強能力的培養(yǎng)才是專業(yè)發(fā)展的正確方向。

(2) 堅持特色發(fā)展。每個學校都應當有自己的社會定位,因此不同學校的網絡工程專業(yè)甚至網絡課程教學也都應當有自己的特色,而不必使用完全相同的教材、遵從同一個教案,而應當在實現基本教學目標的基礎上有所創(chuàng)新。只有這樣,各學校的網絡工程專業(yè)才會是獨特的和“最好”的。用這個觀點看問題,航天大學的網絡教學應當講點星際網絡,地質大學的網絡教學應當講點傳感器網絡,軍事院校的網絡教學應當講點戰(zhàn)術互聯網,而經濟大學就應當講點電子商務等等。這就需要我們老師開展有特色的網絡科研,真正理解網絡技術,真正享受網絡研究和教學的樂趣。

(3) 重視能力培養(yǎng)。計算機網絡是一個交叉性、實踐性、滲透性很強的專業(yè),所謂交叉性使指它具有計算機科學與技術以及通信工程的知識,所謂實踐性是指它能廣泛地應用于各行各業(yè),工程性極強,所謂滲透性是指網絡技術發(fā)展速度極快,不斷有各種新技術替代舊技術。面對這種局面,如何培養(yǎng)出大批高素質的網絡工程專業(yè)學生呢?答案只能是,采用各種措施來提高學生應用網絡知識解決實際問題的能力。這些措施包括:為每門網絡專業(yè)課程開設網絡實驗,設置“計算機網絡課程設計”課程,使學生能夠配置各種網絡應用服務器,使學生具備利用編程手段解決許多網絡應用問題的能力,使學生能夠設計并實現局域網和校園網。一個能力強的學生必然是一個網絡基礎理論扎實、實踐能力強,而且能夠運用所學知識解決網絡問題的人。

參考文獻:

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Innovation and Practice of the Institution of Educational Systems of Network Engineering Speciality

CHEN Ming, HU Gu-yu, WANG Yuang-yuang, ZHOU Lei, QI Wang-dong

(Department of Computer Science,Hunan University of Science & Engineering, Yongzhou 425100,China)

Abstract: The institution of educational systems for undergraduates majoring in network engineering was initiated by PLA University of Science and Technology in 1999. Based on the training objectives of the university, the work has been attaching great importance to the top-level design of the specialty construction, and thus has yielded fruits as follows. First, the curriculum for talent cultivation has been formulated by means of condensing the connotation of network technology. Second, systematic and integrated teaching materials have been provided, and hereby fill in the gap in China in this field. Third, cutting-edge laboratory equipments with complete supporting facilities have been installed for the sake of keeping the balance between knowledge and practice. Finally, a group of excellent teaching staffs has been formed, in which the teachers innovate while they teach and they teach while they innovate as well.

Key words: network engineering; the institution of educational systems; curriculum; teaching material; experiments