張　杰　張建偉

摘要:本文分析了網(wǎng)絡工程專業(yè)的教學目標和實踐教學的現(xiàn)狀,針對網(wǎng)絡工程專業(yè)實踐教學特點,構(gòu)建了一套由實驗、實習、實訓等環(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體系,并具體設計了實踐教學平臺的實現(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)與校外實習結(jié)合,為學生創(chuàng)造了良好的工程項目實踐的環(huán)境,很好地培養(yǎng)了學生的工程技術應用技能。

關鍵詞:網(wǎng)絡工程;實踐教學;橫向;縱向

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

網(wǎng)絡工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具有計算機網(wǎng)絡基礎知識和抽象思維能力以及計算機網(wǎng)絡軟硬件基本理論和技術,從事計算機網(wǎng)絡信息安全應用、計算機網(wǎng)絡管理和維護、網(wǎng)絡系統(tǒng)設計開發(fā)和集成的高層次網(wǎng)絡工程和應用專業(yè)技術和科研人才。

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

(1) 計算機網(wǎng)絡原理、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)原理、計算機網(wǎng)絡協(xié)議分析、網(wǎng)絡信息安全、計算機網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)站建設及應用開發(fā)技術及其他相關的計算機科學與技術等方面的理論知識及應用能力。

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

(3) 各種計算機網(wǎng)絡、網(wǎng)絡設備、Web應用、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的集成和開發(fā)以及相關的科研、設計、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)代信息技術獲取相關信息的基本方法,具有一定的技術設計、歸納、整理、分析實驗結(jié)果、撰寫論文、參與學術交流的能力。

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

要根據(jù)網(wǎng)絡工程專業(yè)的培養(yǎng)目標,培養(yǎng)出高水平的網(wǎng)絡人才,必須構(gòu)建一套完善的、高質(zhì)量的實踐教學體系,包括大型綜合實驗、課程設計、實習實訓、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)。使學生掌握近代通信網(wǎng)絡的基本理論及網(wǎng)絡工程的實用技術,理解網(wǎng)絡協(xié)議體系、網(wǎng)絡互聯(lián)技術、組網(wǎng)工程、網(wǎng)絡性能評估、網(wǎng)絡編程與管理等相關知識,能夠從事網(wǎng)絡編程、網(wǎng)絡規(guī)劃、組網(wǎng)設計、網(wǎng)絡工程設計與建設、網(wǎng)絡運行維護及管理、網(wǎng)絡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)絡工程專業(yè)理論與實踐教學之間存在著許多問題,原有的計算機網(wǎng)絡實踐教學已不能滿足計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展需求。目前大多數(shù)院校網(wǎng)絡工程專業(yè)的實驗室建設普遍存在“缺少專用的網(wǎng)絡實驗室”、“網(wǎng)絡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)絡工程專業(yè)實踐教學體系的結(jié)構(gòu)

2.1網(wǎng)絡工程專業(yè)實踐教學的特點

根據(jù)當今網(wǎng)絡的應用發(fā)展和網(wǎng)絡工程專業(yè)的特點,實踐教學體系應有如下特點:

(1) 實驗平臺的復雜性。一個普通的網(wǎng)絡實驗至少要兩臺微機才能構(gòu)建一個最簡單的網(wǎng)絡環(huán)境,而網(wǎng)絡環(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網(wǎng)絡硬件設備,同時組與組之間也可以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡實驗環(huán)境。

(2) 實踐教學的獨特性。網(wǎng)絡實踐教學中的絕大多數(shù)實驗,例如“網(wǎng)絡系統(tǒng)集成”、“網(wǎng)絡的規(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)。這給實踐教學的實施提出了很大的難題。

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

2.2重組教學體系

根據(jù)社會對網(wǎng)絡工程人才需求的變化,以及網(wǎng)絡工程專業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展,確定實踐教學內(nèi)容,以實踐教學內(nèi)容定位理論教學內(nèi)容,對整個教學體系的教學內(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的內(nèi)容。如壓縮或調(diào)整網(wǎng)絡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、CSMA/CD、X.25、幀中繼等技術,從而加大實驗學時,增加課程設計和實習環(huán)節(jié)。

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

(3) 適時地把一些反映當代計算機技術發(fā)展趨勢的內(nèi)容充實到課程教學中。例如增加P2P技術的應用。

實踐教學體系是以培養(yǎng)學生的技術應用能力為主線,培養(yǎng)學生的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)。把網(wǎng)絡工程實踐教學作為一個體系納入網(wǎng)絡工程專業(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下,圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標的要求,對不同的實踐教學環(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)絡工程專業(yè)實踐教學體系結(jié)構(gòu),如圖1所示。

縱向擺脫實踐教學對理論課程的依附,按照從簡單到復雜、從低級到高級、從單一到綜合,循序漸進地認識規(guī)律,整體設計其內(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合型人才。

作為網(wǎng)絡工程專業(yè)實踐教學體系建設的支撐,主要包括實驗教學平臺、實訓教學平臺、實習基地等的建設。

3實踐教學平臺的構(gòu)建

3.1網(wǎng)絡實驗平臺的設計和搭建

網(wǎng)絡實驗平臺的設計和搭建遵循系統(tǒng)性、先進性、實用性、開放性、發(fā)展性的原則。由于網(wǎng)絡專業(yè)的實踐教學課程較多,要組建能夠適合多個課程的網(wǎng)絡實驗平臺是一項復雜的工作。對實驗平臺的規(guī)劃、設計、硬件建設、軟件建設以及網(wǎng)絡的使用、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盡可能地采用當今流行的先進技術,同時也要兼顧技術的成熟性和實用性。實驗平臺的規(guī)劃、設計采用開放技術、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)絡平臺的維護和擴展,既能適合學生的公共實驗課程,也能適合學生自主設計的實驗。

基于以上原則以及實驗室的具體實驗設備,設計出總體的網(wǎng)絡實驗平臺的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。串口控制服務器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備,通過CCM上的網(wǎng)絡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)絡拓撲圖和遠程模擬串口登陸設備等功;可以多人共享同一臺設備,以小組方式學習;同時教師還可以實時打斷學生的操作,進行指導教學。實驗室備有思科、華為和神州數(shù)碼等多個廠家的高、中、低端設備,供學生完成實踐教學的內(nèi)容。

實驗作為教學環(huán)節(jié),除了應盡量再現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境的真實性外,還要使學生在一個可操作的環(huán)境下學習和訓練相關技能,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)絡協(xié)議的分析軟件等,學生可以方便地利用這些軟件進行各種類型的網(wǎng)絡架構(gòu)設計和測試。

3.2實訓平臺的設計和搭建

網(wǎng)絡工程專業(yè)的實訓主要包括:網(wǎng)絡綜合布線與測試、網(wǎng)絡組建、網(wǎng)絡應用編程、網(wǎng)絡攻防等幾個方面。其中,網(wǎng)絡組建、網(wǎng)絡應用編程實訓環(huán)境均是根據(jù)每組學生的具體設計方案,提供相應的設備,由學生自主完成獨立的環(huán)境搭建、調(diào)試和運行;而網(wǎng)絡綜合布線與測試、網(wǎng)絡攻防的實訓環(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)絡構(gòu)成不可預知的威脅。

網(wǎng)路綜合布線實訓室具備知識學習、技能訓練和工程實踐三部分的功能。知識學習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;技能訓練部分主要通過訓練裝置鍛煉學生對各種布線產(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和模擬工程項目教學,相對于實際工程項目這種實習型的教學,模擬工程項目實踐教學是在經(jīng)過深化設計的模擬布線工程環(huán)境中,給學生提供布線工程涉及的各個子系統(tǒng)和路由的設計、管理、安裝等全方位的訓練,具體實訓環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖3所示。網(wǎng)絡綜合布線與測試實訓環(huán)境集“教、學、做”為一體,是一個校內(nèi)生產(chǎn)性實訓基地,從演示實踐教學、基本技能訓練實踐教學、工程項目實訓實踐教學三個層面為網(wǎng)絡綜合布線技術課程教學提供了整套實踐教學解決方案,充分體現(xiàn)了技能教學的特點。

網(wǎng)絡攻防的實訓環(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)絡安全攻擊和防御的模擬平臺,使用虛擬技術以及簡單的設備模擬復雜、繁多的計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡環(huán)境。網(wǎng)絡沙盒具有虛擬化技術、實驗包技術、虛擬系統(tǒng)動態(tài)遷移技術。虛擬化技術是指在主操作系統(tǒng)上虛擬出不同的虛擬服務器,每個應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、主服務程序、非公有工具、技術幫助文檔等通過加密技術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)遷移技術是指攻防平臺和課件平臺分離,教師通過控制臺可以為學生開啟各種計算機及網(wǎng)絡安全教學課程的實驗環(huán)境,學生可以在實驗環(huán)境中進行各種計算機及網(wǎng)絡安全的攻防實驗,獨立隔離的網(wǎng)絡環(huán)境不會對其他網(wǎng)絡造成危害,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。

3.3校企合作和實習基地

在重視校內(nèi)實踐教學的同時,加強校企合作和校外實習基地的建設也是網(wǎng)絡工程專業(yè)實踐教學的一個重要環(huán)節(jié)。校企合作是培養(yǎng)工程應用型人才,縮短教學與就業(yè)之間距離的一個重要渠道,在網(wǎng)絡實驗室的建設中,與多家網(wǎng)絡廠商和企業(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)絡管理員、計算機網(wǎng)絡工程師、Cisco網(wǎng)絡工程師、華為3COM網(wǎng)絡工程師等的專業(yè)培訓和考核能力。這樣,不但便于教師根據(jù)網(wǎng)絡應用的變化及時更新和完善教學體系,也有利于學生就業(yè)競爭力的提高。

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

4結(jié)束語

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

在校內(nèi)實驗室的管理上,我們采用固定課時、預約課時、開放課時等多種模式相結(jié)合的管理方法,方便學生完成課內(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)的實踐教學環(huán)節(jié)的實施,能夠達到提高教學質(zhì)量,為社會培養(yǎng)高質(zhì)量的網(wǎng)絡工程技術及網(wǎng)絡應用人才的目的。

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