王崇霞

（長(zhǎng)治學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 長(zhǎng)治 046011）

0 前言

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)自1998年教育部批準(zhǔn)開(kāi)設(shè)以來(lái)，發(fā)展十分迅速。社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)人才需求的數(shù)量和質(zhì)量也逐年提高。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的工程類專業(yè)，需要培養(yǎng)有較強(qiáng)的專業(yè)技能和素養(yǎng)的行業(yè)應(yīng)用型人才，但網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在發(fā)展中出現(xiàn)教學(xué)和市場(chǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象，高校難以滿足市場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才的需求，培養(yǎng)的學(xué)生專業(yè)特色不鮮明，實(shí)踐創(chuàng)新能力強(qiáng)的優(yōu)秀人才欠缺。

2014年教育部提出地方本科高校向“應(yīng)用型大學(xué)”轉(zhuǎn)型發(fā)展。要求“應(yīng)用型”大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)以能力而非以知識(shí)為核心，加強(qiáng)實(shí)踐、實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)，主張采用案例分析、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的多樣化教學(xué)方法[1]。但地方本科院校底子薄、資金不足，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)上投入欠缺，實(shí)踐教學(xué)依然不能全面開(kāi)展。近年來(lái)，雖然各院校在一定程度上對(duì)實(shí)踐教學(xué)的硬軟件設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化妝，但仍然難以滿足網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)需求，如何利用有限的硬軟資源，加強(qiáng)地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，是地方本科院校向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)，也是提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要方面。

1 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前，地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)主要有課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等幾種方式，但這些實(shí)踐教學(xué)模式已不適合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展時(shí)代的教學(xué)需求，主要問(wèn)題有以下幾方面。

1.1 教師設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的硬軟件設(shè)置，事先設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生在教師的安排下被動(dòng)完成實(shí)踐任務(wù)。實(shí)踐過(guò)程缺乏自主性和創(chuàng)新性，學(xué)生無(wú)法感受到實(shí)踐的樂(lè)趣和用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的成就感，實(shí)踐過(guò)程缺乏參與性和主動(dòng)性。

1.2 不能在實(shí)踐教學(xué)中及時(shí)融入新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，一些新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可能已在多個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用，但因?yàn)榻?jīng)費(fèi)、投入成本等原因，在實(shí)踐教學(xué)中不能及時(shí)融入新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生實(shí)踐教學(xué)中獲得的知識(shí)與實(shí)際市場(chǎng)需求脫節(jié)，致使學(xué)生畢業(yè)后無(wú)法學(xué)以致用。

1.3 實(shí)踐教學(xué)中欠缺工程設(shè)計(jì)思路，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)屬于工程學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生工程管理實(shí)施需要的綜合能力，而地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)多停留在模仿層面。實(shí)踐教學(xué)中欠缺獨(dú)立構(gòu)思設(shè)計(jì)到實(shí)施運(yùn)行完成的工程實(shí)踐鍛煉，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的提高。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)踐教學(xué)

虛擬實(shí)驗(yàn)是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬技術(shù)，模擬實(shí)驗(yàn)需要的硬軟件環(huán)境，仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)[2]。虛擬實(shí)驗(yàn)為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)開(kāi)辟了新的思路，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境基本可以實(shí)現(xiàn)高校大部分課程的虛擬實(shí)踐教學(xué)，有效緩解學(xué)校資金不足導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)軟硬件短缺問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在發(fā)達(dá)國(guó)家已十分普及，如2004年美國(guó)巴爾的摩的約翰霍普金斯大學(xué)教育資源中心發(fā)起的基于Java技術(shù)的虛擬物理實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目；新加坡國(guó)立大學(xué)電子工程系開(kāi)發(fā)的用于工程教育的虛擬實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)目前從可查到的各院校開(kāi)放的對(duì)外服務(wù)看，國(guó)內(nèi)部分大學(xué)已陸續(xù)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)輔助教學(xué)。

建立完整的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境是進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象及仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程等[2]。目前已經(jīng)建設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境有多種，如Cisco虛擬實(shí)驗(yàn)軟件、VMWare系統(tǒng)、基于云計(jì)算的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等等。多數(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)靈活、自主的仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且大多虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)，所以在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中可以融入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使學(xué)生、教師都可以及時(shí)了解、學(xué)習(xí)最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能及時(shí)了解最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的弊端。

3 基于CDIO的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)

3.1 CDIO工程教育模式

CDIO（Conceive-design-implement-operate構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作）是21世紀(jì)初美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等四所工程大學(xué)聯(lián)合倡導(dǎo)的一種新型工程教育模式[3]。它以工程項(xiàng)目從構(gòu)思到實(shí)施的生命周期為載體，把工程過(guò)程構(gòu)建劃分為四個(gè)階段，學(xué)生以主動(dòng)的、課程有機(jī)串接的方式學(xué)習(xí)工程。將教育過(guò)程與工程實(shí)施過(guò)程相融合，改善當(dāng)前工程教育中存在的重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也提高學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力、工程構(gòu)建能力、團(tuán)隊(duì)交流能力和大系統(tǒng)掌控能力[3-4]。

在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入CDIO教學(xué)模式，對(duì)一些當(dāng)前硬件欠缺的實(shí)踐項(xiàng)目有重要意義，構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行基于軟件平臺(tái)的虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)虛擬工程項(xiàng)目的管理、協(xié)作、設(shè)計(jì)和實(shí)施，有效整合現(xiàn)有的硬軟件資源，建立基于虛擬實(shí)驗(yàn)的CDIO實(shí)踐教學(xué)模式，從而為學(xué)生提供設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)造性的實(shí)踐環(huán)境，進(jìn)而培養(yǎng)與市場(chǎng)發(fā)展需求吻合、有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的合格大學(xué)生。

3.2 基于CDIO的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于CDIO的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，指導(dǎo)教師需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大小、難易程度確定實(shí)驗(yàn)分組情況。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成過(guò)程中，指導(dǎo)教師不用事先編寫詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，只需在實(shí)驗(yàn)課前指導(dǎo)學(xué)生了解虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的使用方法，確定本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主題和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基本知識(shí)，制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求和實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)期。學(xué)生在完全開(kāi)放的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中自主完成虛擬項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行。

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)經(jīng)常使用Cisco的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件構(gòu)建各種虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。下面以Cisco虛擬軟件平臺(tái)模擬路由器、交換機(jī)和多臺(tái)計(jì)算機(jī)建立一個(gè)包含兩個(gè)VLAN的虛擬網(wǎng)絡(luò)為例闡述基于CDIO的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)要求：用路由器、交換機(jī)及多臺(tái)計(jì)算機(jī)建立包含兩個(gè)VLAN的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩倮斫釼LAN的基本概念、原理和作用；②掌握VLAN的配置方法；③掌握VLAN的測(cè)試方法；

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：①路由器的基本配置；②交換機(jī)的基本配置；③配置VLAN。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作的工程教育模式規(guī)劃、設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及VLAN的配置方法，再在Cisco虛擬實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)上實(shí)施、運(yùn)作，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題再修改原有構(gòu)思-設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)配置完成后，學(xué)生需要測(cè)試VLAN的連通性。實(shí)驗(yàn)完成后學(xué)生需要把實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)及VLAN結(jié)構(gòu)、IP地址的劃分、測(cè)試結(jié)果等截圖并寫成實(shí)驗(yàn)報(bào)告交給指導(dǎo)老師。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各小組設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、IP地址、VLAN可能各不相同，實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、完成、運(yùn)行由各小組成員決定，指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和結(jié)果沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一分析總結(jié)，學(xué)生可以借鑒其他小組在本次實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)思考自己實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，這種基于CDIO思想的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有實(shí)驗(yàn)題目開(kāi)放性、實(shí)驗(yàn)過(guò)程不固定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不唯一等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注重實(shí)驗(yàn)實(shí)施，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要發(fā)揮學(xué)生的想象力和探究能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章從CDIO實(shí)踐教學(xué)的角度，探討基于CDIO的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，拓寬了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)的思路和方法。文章舉例說(shuō)明了基于CDIO工程教育理念完成基于軟件平臺(tái)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開(kāi)展基于CDIO的實(shí)踐教學(xué)，拓展網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教學(xué)范疇，培養(yǎng)與市場(chǎng)發(fā)展需求相吻合，有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的合格大學(xué)生有一定的幫助。