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计算机网络涉及计算机技术和通讯技术两大领域,自20世纪60年代末期美国军方建立起ARPANET网后,基于此的Internet网络快速发展,其应用逐渐扩大到世界范围的各行各业。在近十年里,Internet得到了迅猛的发展,在商业上取得了巨大的成功。Internet已逐步由过去单纯的数据载体,发展为支持数据、语音、视频等多种信息的多媒体信息和通讯平台。Internet的快速发展、网络的普及使得网络工程专业人才的需求倍增,各大高校相继设立了网络工程专业。
网络安全是网络工程中的一个重要环节,因此,在网络工程专业中设置网络安全的相关课程是非常必要的。
1.网络带来的安全问题
Internet的开放性和其他方面的因素导致了网络环境下的计算机系统存在很多安全问题。为了解决这些安全问题,各种安全机制、策略和工具被研究和应用。然而,在使用了现有的安全工具和机制的情况下,网络的安全仍然存在很大隐患和问题,这些安全隐患和问题主要为以下几点。
(1)每一种安全机制都有一定的应用范围和应用环境。
防火墙是一种有效的安全工具,它可以隐蔽内部网络结构,限制外部网络到内部网络的访问。但是对于内部网络之间的访问,防火墙往往是无能为力的。因此,对于内部网络到内部网络之间的入侵行为和内外勾结的入侵行为,防火墙是很难发觉和防范的。
(2)安全工具的使用受到人为因素的影响。
一个安全工具能不能实现期望的效果,在很大程度上取决于使用者,包括系统管理者和普通用户,不正当的设置就会产生不安全因素。例如,NT在进行合理的设置后可以达到C2级的安全性,但很少有人能够对NT本身的安全策略进行合理的设置。虽然使用者可以通过静态扫描工具来检测系统是否进行了合理的设置,但是这些扫描工具基本上只是基于一种缺省的系统安全策略进行比较,针对具体的应用环境和专门的应用需求很难判断设置的正确性。
(3)系统的后门是传统安全工具难以考虑到的地方。
防火墙很难考虑到这类安全问题,多数情况下,这类入侵行为可以堂而皇之地经过防火墙而很难被察觉。比如说,ASP源码问题,这个问题在IIS服务器4.0以前一直存在。它是IIS服务的设计者留下的一个后门,任何人都可以使用浏览器从网络上方便地调出ASP程序的源码,从而收集系统信息,进而对系统进行攻击。对于这类入侵行为,防火墙是无法发觉的,因为对于防火墙来说,该入侵行为的访问过程和正常的Web访问是相似的,唯一的区别是入侵访问在请求链接中多加了一个后缀。
(4)黑客的攻击手段在不断地更新,几乎每天都有不同的系统安全问题出现。
安全工具的更新速度太慢,绝大多数情况需要人为的参与才能发现以前未知的安全问题,这就使得安全工具总是对新出现的安全问题反应慢。当安全工具刚发现并努力更正某方面的安全问题时,其它的安全问题又出现了。因此,黑客总是可以使用先进的、安全工具不知道的手段进行攻击。
2.网络安全专业课程设置
很多高校认识到了网络安全的重要性,所以在网络工程专业的课程设置上面均考虑了对于网络安全方面专业课程教学要求。但是由于各方面的原因,在实际教学当中,根据不完全统计,96.84%的高校针对于网络工程专业的网络安全方面课程设置一般仅仅安排了《信息安全概论》或者《网络安全技术概论》等课程,并且理论远远大于实践,完全不能满足实际网络安全方面的需要。
正是由于网络自身安全问题,入侵事件数量持续上涨,黑客成为引起网络安全问题最为重要的因素。黑客(hacker)是指一个喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人,特别是他们所感兴趣的领域,例如电脑编程或电器工程。“黑客”最早源自英文hacker,早期在美国的电脑界该词是带有褒义的。但在媒体报导中,“黑客”一词往往指那些“软件骇客”(software cracker)。“黑客”一词原指热心于计算机技术,水平高超的电脑专家,尤其是程序设计人员。但到了今天,它已被用于泛指那些专门利用电脑网络搞破坏或恶作剧的家伙。对这些人的正确英文叫法是Cracker,有人翻译成“骇客”。现在计算机专业一些大学生认为成为一名黑客是一件极富于挑战并且令他们为之自豪的事情。尤其现在网络上流传着各种各样的黑客免费软件,使得他们能够入侵某些国内外的网站或者通过系统漏洞安装一些木马,成功获得某些权限,或者直接在校园网内部进行攻击,这样能够证明自己的能力或者验证某项技术。
在这样一种背景下,网络安全专业课程的设置既要满足学生学习的需求,符合社会对于网络工程中网络安全的需求,又要尽可能保证用户正常使用网络。这是因为很多学生在学习和验证过程中,对网络和其他用户进行有意或者无意识的破坏,导致了不良的后果。同时学生的一知半解对于网络的危害性更大,因为他们在实践过程中有时候并不清楚会造成什么样的后果,结果会带来意想不到的麻烦。
因此,对于网络安全课程的设置,设置哪些课程,如何设置,如何将教学和实践很好地统一在一起,并且保证现有网络资源安全,是一个很重要的问题。
3.网络安全专业课程设置计划
网络安全专业课程一般来说包括以下一些课程:信息安全数学基础、密码与编码学、信息安全概论、网络攻防技术、计算机病毒原理及其防治、网络安全协议、数字鉴别与认证机制、防火墙与入侵检测技术、电子商务安全、网络安全体系结构等。
很多人认为以上大部分课程应该是属于信息安全专业所开设的课程,但是目前信息安全专业在很多高校中并没有开设。因为教育部对这方面是严格控制的,现在开设信息安全专业本科的高校不多,到目前为止,全国只有70多所高校开设了这一专业,武汉大学是第一个开设信息安全专业的,但至今也仅仅只有8年的时间。目前安全方面的专家远远不能满足人才市场和实际工作中的需要,因此各高校网络工程专业对于此类课程的开设而且是必要的。网络工程师不仅需要对整体网络构架、设置等方面进行考虑,而且对于网络安全的考虑是必不可少的,没有安全保障的网络系统是危险的。因此,一个网络工程师不仅是精通网络安全方面的专家,而且是了解网络安全法律法规的专家。
网络工程专业在网络安全专业课程设置之上当然不能和信息安全专业相提并论,但是在课程开设的过程中,各高校可以有选择、有针对性地设置一些网络安全方面的课程。我国于1994年2月18日出台《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》,于1996年2月1日出台《中华人民共和国计算机信息网络国际互联网管理暂行办法》;公安部于1996年1月29日颁发《关于对与国际互联网的计算机信息系统进行备案工作的通知》,于1997年12月30日颁发《计算机信息网络国际互联网安全保护管理办法》,对于这些内容各高校可以以讲座的形式进行开设,加强学生在网络安全法律方面的意识。下表为我校网络安全专业课程设置简表。
这样的设置可以使得网络安全课程有一个持续的学习和研究过程,而不是只开设一门课程让学生仅仅了解而已。
4.网络安全专业课程实践环节
在讲授理论课程时,如果没有配备适合的实验教学,高校就不能保障学科的正常教学研究。网络安全专业课程最为重要的就是实践环节,仅仅有理论只是纸上谈兵,不能使学生从真正意义上了解网络安全中一系列的专业技术。但是在教学过程中,网络安全方面的实验有可能造成网络环境的混乱,扰乱正常的教学秩序。
在实践环节,教师在讲授理论课程的基础上还要配以实验教学,保障学科的正常教学研究。教师应使学生具有一定的工程实践能力,能将理论和实践形成有机的统一体,使学生具有解决实际问题的能力,能完成相应的毕业设计、课程设计和创新课题,等等。网络实践环节可以使教师在网络安全的教学和科研方面得到提高。由于网络安全这方面的知识是需要终身学习的,特别是反病毒这一块,更新较快,可能很多教师都不如学生,因此,教师应不断学习,把握网络安全方面的最新知识,这样才能及时将最前沿的知识传授给学生,以达到较好的教学效果。
高校网络安全实验室的设置最好是单独的实验室,自身为一个局域网,并且最好不要连在校园网上或者Internet上。在实验室中,教师可以每组安排3-6台学生机,1个防火墙,1个入侵检测设备,共用1个服务器。在进行网络安全实验的时候,对于操作系统、应用软件系统和网络协议本身都要考虑到它们的安全性,所以教师可以让学生从头开始,一项一项地进行试验。教师可以让学生下载各种漏洞的补丁进行安装,加固各种系统,保障安全,然后让学生在局域网的范围内以小组为单位进行攻防实验。同时教师还可以进行一些病毒实验,让学生根据资料编写一些小的病毒,也可以让学生从网上下载一些病毒进行试验。在课堂实践的过程中,教师要加强对学生与国家计算机安全相关的法律、法规、政策、条例等方面的教育,使学生避免有意或者无意的计算机犯罪,以免给国家网络安全造成危害。这种独立实验室不会影响正常的其他教学内容,可保证其他教学内容的正常开展。
网络工程专业中网络安全课程的开设,要求教师不仅在教学上尽可能地深入,而且在理论与实践结合的实践中使学生在保障网络安全的同时减少了对网络的危害。教师不仅要在教学上对学生严格要求,而且要在法律法规上对学生进行规范,避免学生进行网络犯罪。
参考文献:
[1]关于信息安全人才培养的建议.tech.163.corn/.2006.3.
关键词:网络工程;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2014)03-0011-02
据统计,我国对网络工程方面的人才需求的年缺口超过60万,而且,随着网络技术的迅速发展,这一数字逐年递增,这表明社会对网络工程专业人才的需求越来越大[1]。另一方面,我国网络工程专业起步较晚,与世界先进国家的教育水平有一定差距,受重理论轻实践的传统教学模式、缺乏具有工程经验的教师、实验设备不足等因素的影响,使得很多学生缺乏实践能力,毕业后不能适应岗位的需求[2-3],进而出现了这种市场需求巨大与培养质量低下结构失衡的尴尬局面。因此,培养具有创新能力、实践能力、工程能力、国际化视野的高质量的网络工程师型技术人才,是高校必须深入研究和实践的课题,不但可以解决高校毕业生就业难的问题,而且可以更好地满足社会需求,使自身价值得到充分体现[4-5]。
一、分析社会需求,优化课程体系
网络工程师是指能够掌握网络技术的理论知识和操作技能的人员,其拥有着广阔的职业发展空间,基础的网络工程师可以做网络安全工程师、网络管理员等,随着经验的积累可以升级做高级网路工程师、项目主管、项目经理等。为了培养具有创新能力、实践能力、工程能力、国际化视野的高质量网络工程师型网络工程应用人才,网络工程本科学生的培养采用“3+1”与“1+X”相结合的培养模式。大一大二大三在校内主要完成基础课程、学科基础课程、专业课程的学习,在网络工程专业课程体系设置上,按照“网络规划”、“网络管理”、“网络应用”三个方向设置课程,大四主要进行实习和毕业设计,这部分学习主要在校外的企业中进行。在整个专业课程构建时,注意从以下几个方面进行改革。
1.为了使学生入学后很快进入大学学习状态,增设专业介绍及就业规划讲座,使得学生明确专业所开设课程的具体结构和进度,以及自己毕业后的职业选择范围,及早为自己的未来做好准备和规划。
2.为了更好地满足社会需求,有计划地将社会上认可的权威网络工程师技能证书的考试内容纳入到网络工程专业的培养方案中,有针对性地设置专业课程,使得学生在毕业时候不但获取本科学历,同时还能够考取或取得各种网络工程师证书,从而大大提高学生毕业后直接服务社会的能力和就业层次。
3.由于网络工程专业具有较强的工程特点,仅仅依靠计划学时内的实验课程是远远不够的,因此,需要着重培养学生的实践应用能力,增加网络规划、网络管理、网络应用方面结合典型工程项目的综合实训课程,充分利用校内实验室以及校外的校企合作实训基地,把典型工程项目进行逐步拆分,分阶段、分层次规划教学,遵循由易到难、分散难点、前后衔接、步步推进的原则,培养学生各个方面的网络实践应用能力,最终达到培养工程师型的网络工程应用型人才的教学目的,使学生在毕业后有较大的就业面,能适应多种职业需要。
优化后的应用型本科院校网络工程专业模块化课程体系如图1 所示。
图1 网络工程专业课程体系
二、加强师资队伍建设
为了达到以培养工程师型网络工程应用人才的教学目标,教学成功与否的关键在于提高教师的实际工程经验和实际工程能力,而这恰恰是一般高校师资队伍所欠缺的。因此,必须鼓励专业教师具有到企业工作的实际经验和经历,同时获得专业技术资格认证。可以利用假期,选派教师到思科、H3C、中兴网络学院或其他授权培训机构学习,使教师获得相应的网络工程师认证和认证讲师资格。另一方面,积极与相关企业联系,使教师能够参与到企业的实际工程项目中,同时聘请企业的专业工程师定期到学校开设讲座,对学生进行专业技术和企业文化教学,使学生能够紧跟当前社会发展和学科最新知识。与此同时,注重提高教师的科研能力,使其与教研相互促进,从而更好地提高教学水平。
三、规范实验室建设
由于网络工程专业课程所需的实验设备大多较昂贵,很多学校没有购置或者仅购置少量,取而代之的是用模拟软件去模拟网络互联设备的实际运行。但模拟软件和实际的物理设备还是存在很大的差别,有些实验内容无法在模拟软件上完成。更重要的是,使用模拟软件,很多实践课无法正常开出或无法真正开出,较严重地影响了教学质量,极大地阻碍了学生实践动手能力的培养。因此,必须以实际物理设备为主,建立一个网络工程开放实验室。由于网络工程方向课程实践教学的最大特点是必须搭建分组的网络环境,目前,包括CISCO、H3C、中兴等主流供应商在内的网络设备供应商丰富,为设备选型购置提供了一个很大的市场。同时,网络工程教研室有10多名专任教师从事相关研究和应用工作,有能力在搭建分组网络环境基础上进行实验内容的开发和扩展。在购置设备时有些学校仅选用一种品牌的设备,学生毕业后如果面临操作其他品牌的设备还要重新自学,为了锻炼学生举一反三、一通百通的能力,黑龙江科技大学计算机与信息工程学院在设备选取时兼顾华为、中兴两大主流品牌,借鉴相关学院的先进经验,在原有机房的基础上建设,利用原有的计算机、投影仪、桌椅、电力线缆插座等原有设备,另购置了相应的网络设备,建立了计算机网络工程开放实验室,具体如表1所示。网络设备规划图如图2所示。此实验室每次可容纳30个学生,可以满足网络编程、网络操作系统、计算机网络、无线网络、网络工程、路由与交换技术、网络协议分析、网络安全技术等方面系列专业课程相应的实验、综合实训等。同时,还可以为其他开设相应网络课程的专业所共享。
表1 实验室主要网络设备一览表
图2 实验室网络设备规划图
四、拓展校外实习基地
为了保障学生实践能力的培养,计算机与信息工程学院已与深圳中兴通讯公司建立了长期合作关系,择优选取通过考试的学生到深圳实习,参与到具体的网络工程实际项目中,极大地锻炼了学生的实践能力和水平。目前又积极与哈尔滨元申广电有限公司联系,同时,积极利用一切可利用的资源寻找网络工程专业实习基地,力争让每个学生毕业前真正参加过本专业的一个实际项目。
本文从学校的实际情况出发,针对网络工程专业当前的社会需求现状,探索了网络工程专业教学改革的新模式,重点对课程体系优化、师资队伍建设、实验室建设、校外实习基地建设等方面做了深入研究和实践,取得了较好的效果,对培养具有创新能力、实践能力、工程能力、国际化视野的高质量网络工程师型网络工程应用人才有着重要的意义。
参考文献:
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人才的研究[J].教学研究,2009,(6).
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[4]刘悦,张远,贾忠田.高等学校网络工程本科专业的科学
规范探讨[J].教育与教学研究,2008,(24).
关键词:网络工程专业;专业方向;专业能力;示范课程体系
一、研究背景
网络工程专业是在计算机科学与技术、通信工程等专业交叉、融合的基础上发展起来的新专业。从1998年网络工程专业被教育部列入本科专业目录以来,至今全国已有近300所高校设置了该专业,为社会培养了大批网络专业技术人才。
随着我国信息化建设从横向规模发展转变为纵向深度应用发展,社会对各种类型的网络技术人才在数量和质量上的需求也正在发生变化。主要表现为:
1.不断扩展的互联网应用需求,不断涌现的新信息技术对网络体系结构的适用性、网络协议性能与服务质量、网络应用的可靠性与安全性等提出了新的挑战,科研院所需要高层次的关于网络理论与技术的科学研究后备人才。
2.网络设备制造企业和网络应用开发企业迅速崛起,网络相关软硬件产品更新换代以及产品系列化、企业规模化等,需要大量的网络软硬件系统研发人才。
3.不断涌现的新企事业单位网络系统规划设计、建设与施工需求,大量原有的企事业单位网络系统扩容、升级与改造需求,需要大量的网络系统规划设计、信息系统集成、网络软硬件产品安装与调试等组网工程技术人才。
4.政府、军队及企事业单位对网络与信息系统应用的不断深入,网络系统已成为各单位的一种基础性设施,急需大量的网络与信息系统管理、维护及安全保障人才。
5.各行各业的网络应用如雨后春笋般地发展,产生了一系列新岗位、新职业需求。
为了适应上述应用需求,一方面,作为一个跨学科、实用性强、服务面广的专业,网络工程专业的内涵、人才培养目标需要不断丰富和发展。首先,在专业内涵方面,需要涵盖局域网、城域网、广域网、互联网、无线网络与移动通信、物联网、社交网络以及空间网络等多个领域的理论基础、技术原理和工程方法等内容;其次,在人才培养目标方面,需要培养包括网络软硬件系统设计与开发、网络工程规划设计与施工、网络系统管理与维护等多层次的专业人才。另一方面,从培养规模来看,网络工程无疑已是一个较大规模的专业,而且未来有更大的发展空间。人们不禁会问,网络工程专业具有哪些专业方向?每个专业方向需要掌握哪些专业知识?具有哪些专业能力?将来可就业于哪些工作岗位?为此,我们必须思考网络工程专业应该具有什么样的知识体系?应该包括哪些核心知识单元?各专业方向需要开设哪些核心专业课程和专业扩展课程?应该进行哪些实践环节的训练?网络工程专业与计算机科学与技术、信息安全、通信工程、物联网工程等相关专业差异与特色何在?本科、专科与培训机构之间的培养定位又各是什么?
本文将围绕网络工程专业人才培养目标、专业方向、专业能力和专业课程体系等问题进行探讨。
二、人才培养目标
必须根据网络技术的发展和社会需求,面向网络工程的整个生命周期,适时调整网络工程专业人才培养目标,使之覆盖网络设备的设计与开发、网络协议的设计与开发、网络工程规划设计与实施、网络应用系统开发以及网络系统的管理与安全等方面。
因此,网络工程专业的人才培养目标定义为:培养德、智、体全面发展,具有深厚的数学和自然科学基础知识,扎实的专业基础知识,较强的网络工程专业能力,能从事网络设备和网络协议研发、网络应用系统开发、组网工程的规划设计与实施、网络系统的管理与维护、网络安全保障等技术工作,具有一定的工程管理能力和良好的职业道德与团队协作精神的中、高级网络技术人才。
三、专业方向设置
为了满足调整后的网络工程专业人才培养目标需求,可在网络工程专业设立“网络设计、组网工程、网络管理与网络安全”3个专业方向。覆盖网络工程生命周期中的网络产品设计与开发、组网工程建设、网络系统管理与维护3个阶段,如图1所示。
图1 网络工程专业方向
各专业方向的内涵如下:
1.网络设计。包括网络理论与网络体系结构研究、网络硬件系统设计与研发、网络协议分析与新协议研发、基于网络的通用服务系统设计与研发、基于行业的网络应用系统设计与研发、网络应用新技术与新型网络计算模式的研究等内容。
该方向侧重于科学研究型人才的培养。毕业生适合到网络技术相关的科研院所、网络设备生产厂家、网络软件开发公司与网络服务公司、高等院校等单位从事网络相关理论与技术研究,网络设备、网络协议、网络应用系统等的分析、设计、开发以及教育、教学和人才培养等工作。
2.组网工程。包括网络系统需求分析、网络系统结构设计与规划、组网方案设计与论证、网络软硬件产品安装与配置、局域网络系统、广域网系统和互联网系统集成、多层构架的网络应用系统集成、跨平台多数据源的数据集成、网络系统测试与验收等内容。
组网工程方向侧重于工程型人才的培养。毕业生适合到系统集成公司、网络服务公司、电信运营公司等从事网络系统规划、设计与集成及IT领域技术支持与市场拓展等工作。
3.网络管理与网络安全。包括网络管理与网络安全协议及相关技术研究、网络管理与网络安全需求分析、方案设计与系统部署、网络故障分析与维护、网络性能测试、评估与优化、网络安全策略制订与实施等内容。
网络管理与网络安全方向侧重于应用型人才的培养。毕业生适合到政府、军队、企事业单位从事办公自动化网络的管理、维护、安全保障与信息化建设决策支持等工作。
笔者从众多开设网络工程专业的高校中选取部分211或985学校作为研究对象,对多所学校的网络安全方向课程的设置进行了对比分析,见表1。网络安全在某些高校是作为网络工程专业的一个方向开设,如吉林大学就是在网络工程专业下设网络安全方向,开设网络攻防技术、无线网络技术等课程;而在有些院校网络工程中没有网络安全方向,而以单独的信息安全专业存在,如电子科技大学和北京邮电大学都是单独设有信息安全专业,该专业开设的安全方向课程更全面,如信息安全数学基础、密码学基础、网络安全协议等;还有一些高校既没有信息安全专业,在网络工程专业中也没有安全方向,只是在课程中设置了少量的安全类课程,如大连理工大学开设网络安全、Matlab课程,中山大学开设了密码学与网络安全课程。
2扩展课程设置探讨
下面针对济南大学的网络工程专业安全方向开设的课程进行改革探讨。济南大学网络工程专业目前正在使用的培养方案中与安全相关的课程设置情况见表2。其中,一部分是计算机类学科基础课,一部分是网络工程专业基础选修课和专业方向课。济南大学网络工程专业中设有网络安全方向。结合山东省名校工程的契机,笔者在调研多个名校的培养方案并结合本校实际情况的前提下,对网络安全方向课程的设置提出下面几个调整意见。
2.1增设信息安全数学基础和网络仿真课程
虽然原有培养方案中高等数学、线性代数、概率论与数理统计、离散数学4门数学课程都占据了大量学时,但是对于网络安全方向的学生而言,后期用到的相关数学知识并不多。但是学生对网络安全真正用到的初等数论和群环域知识却一点都没有接触。因此,修改培养方案时应增设信息安全数学基础课程,学时不用太多,可以为24学时,授课内容要涉及网络安全中用到的模运算、同余理论、数论函数和群环域等知识。目前,网络安全方向用到的数学知识均是在应用密码学课程中讲解的。大部分有关密码学的教材都会在讲解分组密码和公钥密码时,介绍一些与之密切相关的数学知识(如群环域),如由清华大学出版社出版,杨波编写的《现代密码学》(第二版)[3]中的“密码学中一些常用的数学知识”部分。这种做法一方面占了密码学课程的部分学时,势必会减少学生学到的密码学知识;另一方面,临时讲一些数学知识并不能让学生系统地理解。因此,笔者非常赞成清华大学冯克勤教授提出的增设初等数论课程的想法[4]。虽然冯教授是针对清华大学数学科学系本科生提出的,但对于网络安全方向的学生而言,不学习初等数论和群环域知识,很难理解和掌握后续的与安全相关的课程内容,这点在应用密码学课程中尤其明显。例如,学习离散对数算法后,学生只知道在已知一些参数的情况下如何利用指数进行加密解密,但不能理解如何选择参数,不知道什么是本原元,如何确定一个循环群的本原元以及如何利用模运算降低计算量,如何快速的编程实现。笔者采用不同于上述冯教授提出的在大学第1学期开设初等数论课程的方式,而是在第3学期开设。因为济南大学在第1、2学期,学生必修高等数学和线性代数课程,这已经使学生无暇顾及更多的数学知识。第3学期开设信息安全数学基础可以很好地和第4学期开设的应用密码学课程衔接。另外,在信息安全数学基础课程中,安排一定的实验学时,让学生在经过第1、2学期的程序设计课程之后,通过学过的编程语言实现数论和群环域中的一些算法,理论联系实际,从而更好地掌握数学知识,为后续密码学算法的研究奠定基础。
2.2增加网络仿真课程
现代网络技术的研究离不开仿真软件,因为我们不可能实际搭建网络,如果不合适,再拆了重新搭建,这不仅费时而且费力。现在所有与网络相关的研究都在仿真基础上进行;而如果不开设仿真课程,学生仅学习理论知识,会与实际应用脱离。济南大学的信息安全教学团队由5位博士组成,其中3人是数学专业背景,主要研究网络安全,2人是计算机学科出身,主要研究无线网络,而且5人中有2人具有工程背景。信息安全教学团队负责网络工程专业的所有安全类课程的教学,包含无线网络和网络协议等课程,这些课程都需要仿真软件的配合才能使学生真正掌握所学知识。因此,增加网络仿真课程是必须的。至于仿真课程的内容,可以选择NS2或NS3,也可以与大连理工大学相似,采用Matlab。
2.3合并网络协议和网络安全协议课程,调整其他相关课程的学分和学时
网络协议课程主要讲TCP/IP协议,内容与吉林大学的TCP/IP协议族相似,重点在网络的分层协议,如网络层协议、传输层协议等。涉及部分安全协议,如IPsec、SSL、SNMP等,这与网络安全协议课程中再次对这些内容的讲解重复,而且安全协议本身也是网络协议的一种,因此可以考虑将安全协议和网络协议两个课程整合或一门全新的网络协议课程,去掉重复内容,增加部分学分和学时,从原有的2.5学分增加到3学分,同时学时从原有的48增加到64。网络工程专业修改培养方案后的安全方向课程设置见表3。从表3可以看出培养方案修正前后的总学分保持不变,这是因为在增加新课的同时,调整了部分课程所占学分和学时,如减少无线网络原理与技术的学分,从原有的4学分减到3.5学分。这样一方面增加了新课,另一方面整合了重复内容的课程。
关键词:网络工程专业;课程体系建设;知识模块化实践教学;贯通式案例教学
中图法分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)33-0000-0c
根据地方性高校网络工程专业的培养目标,培养具备网络工程基本理论知识、专业知识与专业思想,掌握网络工程方法和技能,具有较强网络工程意识与工程能力、良好的社会协调与职业发展潜力,具有创新精神和团队合作精神的网络工程应用型人才[1]。
1网络工程专业课程体系建设
1.1网络工程专业人才需求分析
联系未来五年网络工程专业人才需求,制订网络工程专业“网络工程师”培养计划,主要包括网络规划工程师、网络安全工程师、网络系统集成工程师、网络布线工程师、网络测试工程师、网络管理工程师[2-3]。
1.2网络工程师职业能力需求
根据“网络工程师”的各种职业需求,制定网络工程专业培养能力目标,主要培养学生的网络工程规划与实施能力,网络系统布线、管理与部署能力,网络系统安全保障能力、网络协议分析与实现能力、网络工程管理能力、网络测试能力[3]。
1.3网络工程专业知识模块设计
根据“网络工程师”职业能力培养的内容,网络工程专业制订了6个专业培养知识模块,包括网络工程规划设计知识模块、网络布线管理知识模块、网络系统安全知识模块、网络协议分析设计知识模块、网络工程管理知识模块、网络性能测试知识模块[4],如图1所示。将各知识模块的知识内容进行明确,并将相关内容分配到课程体系各个科目当中,以达到剔除教学内容的冗余,完成课程体系优化的作用。
1.4网络工程专业课程体系结构
依托网络工程师职业能力培养要求,组织网络工程专业知识模块结构,构建网络工程专业课程体系,包括专业基础课程计算机网络,专业必修课程路由与交换技术、综合布线与工程管理、网络协议分析与实现、网络安全技术,专业实战提高课程网络工程部署、网络规划与设计、网络工程管理、网络性能测试与分析等课程[5]。网络工程课程体系中各课程之间递进关系如图2所示。
2贯通式案例设计
通过案例驱动式教学模式,将“枣庄学院校园网规划与设计”项目的设计实施过程贯通到课程群各个科目当中,计算机网络完成网络基础知识、网络整体规划、IP地址划分、网络服务器配置任务;路由与交换技术完成网络设备的配置与维护工作;综合布线与工程管理完成线路的铺设与维护工作;校园网的安全、防火墙的配置交给网络安全技术来完成;网络协议分析、网络应用程序编写任务交给网络协议分析与实现课程完成;网络性能测试由网络性能测试课程完成;最后网络规划、网络构建在专业实战课程中完成。多门课程共同完成项目的设计与实施。如图3-4所示[6]。
3总结
以网络工程师职业能力为导向,制定课程体系标准,确定课程体系知识模块,统一分配教学内容,弱化课程界限,避免教学内容重复;通过贯通式案例整合课程体系,强调网络工程师职业素质的培养;将贯通式案例项目分解成多个任务,分配到网络工程专业的每门课程之中,让学生每门课当中完成既定的分解任务,在通过综合实习实践环节将任务组合,完成本课程在贯通式案例中的设计实施部分。
参考文献:
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[3]施晓秋.计算机网络课程教学改革的应用型人才培养的网络工程实践课程体系构建[J].中国大学教学,2008,(12).
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[5]苗春雨,陈丽娜.企业需求为导向的网络工程实践教学模式[J].计算机教育,2014(6).
关键词:网络工程;省级特色专业;信息安全特色方向
作者简介:董智勇,男,副教授,研究方向为网络监控;郑秋生,男,教授,研究方向为网络安全。
1背景
中原工学院是河南省第一家开设网络工程专业的高等院校,制定了完整的网络工程专业教学计划和人才培养方案,形成了独具特色的实践环节体系。
河南省内的部分高校,如河南师范大学、洛阳师范学院、河南理工大学等,多次对我校的网络工程专业的专业规划、课程设置、实验室建设和实践教学体系等进行调研,邀请我校网络工程专业的专家多次在河南省计算机学会会议上做网络工程专业建设的报告。中原工学院网络工程专业于2009年被评为河南省省级特色专业,下面笔者将介绍网络工程省级特色专业的建设方案。
2建设方案
2.1突出网络的工程特点,注重工程经验
网络工程专业的工程性质决定了实践和工程经验的重要性。通过将网络工程划分成不同的知识模块,每个知识模块下面包含若干实验和程序设计,每个实验和程序设计又涵盖知识点。把知识点和实验划分到相应的课程当中,并且使新增加的实验能够很好地插入到这个实验体系结构当中[1],使学生初步具有网络的规划、设计、构建、维护和管理等能力。如图1所示。
通过组织学生参加校内、外实习基地的实际网络工程项目的实践,使学生的网络工程的设计、规划、调试与维护能力得以全面锻炼和提高。
通过与中国思科公司、CIW(Certified Internet Webmaster)中国等单位合作,开办网络安全、CCNA、CCNP等方面的认证考试,鼓励学生考取Cisco CCNA、CCNP证书和网络工程师的证书,使学生的就业多了一份保障。
2.2强化信息安全特色方向
学生通过学习网络安全课程,参加基于校园网的黑客攻防演练,发现并定位单机系统及网络的各种漏洞,并最终消除各项隐患,使学生具有网络安全的防护能力。
通过组织学生参与“中安科技集团有限公司”、“河南山谷创新网络科技有限公司”,“Cisco网络技术学院”、“美国CIW网络信息安全”等实习基地的网络安全项目开发,在实践中进一步培养学生针对网络安全的应用和开发能力。
2.3强化基于网络的软件开发特色
学生通过学习嵌入式技术、无线传感器技术、网络开发技术、计算机组成原理等理论知识,并进行相关的实验、实践工作,初步掌握网络编程能力。
通过组织学生参与“河南省863软件孵化器有限公司”,“郑州新开普电子技术有限公司”,“河南航天金穗电子有限公司”等实习基地的实际项目,在实践中进一步培养学生基于网络的软件开发、设计及测试能力。
图1计算机网络实验体系
我们还组织学生利用课余时间,积极学习无线传感器网络技术,开发出了“基于无线传感器网络的智能停车场系统”,该系统在第四届河南省青年创新软件设计大赛上获得铜奖;学生开发的“基于物联网的智能定位导航停车系统”,在第九届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品总决赛中,荣获省级一等奖等。通过一系列类似的强化训练,使学生的网络理论、网络实践和网络开发能力大大提高。
2.4师资队伍建设
1) 根据专业建设的实际需要,以培养和引进相结合为原则,积极引进具有博士学位的学科带头人,重点引进高学历、高职称人才,同时鼓励现有教师攻读博士学位,妥善处理好引进人才和稳定现有人才之间的关系。鼓励高职称教师去国内外作访问学者,掌握最新网络工程专业的教学科研动态,为专业建设指明方向。
2) 注重教师年龄结构、学历结构、职称结构、知识结构、学缘结构的合理配置,努力发挥教授、副教授在教学改革中的主力军作用,把为本科生上课作为教授、副教授的基本要求[2]。
3) 名师垂范,严格指导,建立和完善青年教师助教制度,对青年教师的备课、课堂讲解、预备实验等主要教学环节进行指导,帮助青年教师尽快过好“教学关”。在备课环节,实行集体备课;在讲课环节,实行试讲、预讲;在评价环节,实行指导教师临场听课指导、公开课示范、讲课竞赛的形式。团队教师通过多种形式的教研活动,共同研讨,形成了教学的指导交流机制。
4) 注重学科交叉,科教融合。鼓励和督促专任教师积极参加国家或国际学术团体组织的各种学术交流活动,重视科学研究与教学工作的融合与相互促进。实施青年教师科研导师制,使青年教师获得有力的科研指导;鼓励教师将最新的科研成果引入课堂或开设新课,丰富教学资源,拓宽学生的学术视野,提高教学质量。
5) 加强与IT企业的合作,引进e-learning教学资源;加强学校教师和企业工程师之间的交流,提高教师的网络工程能力。
2.5实验室建设
进一步加强和完善“郑州市计算机网络安全评估重点实验室”、校级“网络安全评估工程技术研究中心”、计算机学院实验中心、网络工程实验室,组网实验室、网络安全实验室,综合布线实验室的建设,正在着手组建“无线网络实验室”。
加强综合性、设计性实验教学的开设力度,使之达到总实验教学的30%左右,最终实现教学实验与工程实践教学相结合,增强学生的创造能力、创新能力和实践能力,我们做到实验室对学生的开放率达到100%。
2.6实习基地建设
通过和网络工程专业相关性强的企业的深入合作,将它们建设为学生实习基地。学院在进一步完善12个校外实习基地的建设的基础上,重点建设“河南山谷创新网络科技有限公司”网络安全实习基地、“河南省863软件孵化器有限公司”网络软件开发及测试实习基地和“中安科技集团有限公司公司”网络安全、网络规划、设计及施工基地等知名的实习基地。每年派学生去这些单位进行真实项目的实践工作,在具体的工程、开发和维护过程中发现问题,找到不足,从而提高学生相应的工程能力、软件开发能力等。
2.7教学管理与教学改革
我们本着加强基础课、拓宽专业教学、外语教学四年不断线、加强实践环节、注重学生综合能力培养、加强科研能力训练等理念,努力使教学在以下方面取得突破。
1) 为体现专业特色,我们将培养方向定位在网络安全、网络应用、网络组建和网络管理等几个方向,始终能紧跟市场对网络类人才的需求。
2) 完成计算机网络原理、网络安全技术、局域网技术与组网工程等核心课程的理论教学改革和网络工程的实践能力教学改革。
3) 完成并鉴定教改项目“网络工程专业实验课程单列”、“‘网络安全技术课程’教学内容与实践能力培养的研究与实践”的工作。
2.8课程建设
我们依据网络工程专业建设发展规划、网络工程专业的培养目标和市场需求,制定了网络工程专业课程建设规划,科学、合理地完善培养方案。具体方案如下:
1) 发挥学校优秀课程和优秀教师的示范和带动作用,加强省级精品课程建设,提高课程教学的信息化水平,建立丰富的,反映学科发展前沿和网络工程实践成果的教学资源,提高学生自我学习、自我发展的能力;
2) 加强网络工程实践教学环节建设;
3) 加强课程群建设,促进课程体系与内容的优化与改革,提高教学效率和教学效果,加强教师间的交流与合作,提高教师的教学水平。
2.9教材与实习(实验)指导书建设
教材建设是课程建设的重要内容,是衡量师资水平和教学质量的重要指标。学院在网络工程专业多年的建设中,形成自己的教材建设思路:
1) 教材选用方面力争做到紧跟专业发展、适合学生特点,主干课程全部选用同行公认的优秀、权威、获奖教材。
2) 鼓励教师积极参与教材和教学参考书编写,资助教师出版自编高质量教材。
3) 在部分专业骨干课程中,鼓励教师积极使用原版教材,开展双语教学。
4) 学院拿出专项的资金,在资料室设置专柜,收集、购买国内外优秀系列教材,供师生教学参考。
2.10人才培养
1) 我院结合自2003年以来的培养方案,针对在教学实践中暴露出来的问题,进一步改革教学内容与教学手段,使教学内容与网络工程专业的两个特色方向的目标相适应。
2) 重视和发挥学校优秀课程和优秀教师的示范和带动作用,加强省级精品课程建设与注重实践能力培养的专业基础课、专业课等不同类型、不同层次课程群的建设,大胆地对课程体系、教学内容、实践环节等进行改革与系统整合,提高课程教学的教学效率与信息化水平,构筑宽厚基础,拓宽专业口径。
3) 在强化传统教学内容的同时,加强隐性的教学内容,它通过学校的教学质量、教师态度以及教学活动传递,能支配学生的态度、价值观念与行为方式,对学生的成长发展有潜移默化的功能。
2.11科研工作
通过支持教师申报科研项目,培养、带动一批在网络工程方面具有国内领先水平的骨干力量,同时鼓励教师从事社会实际项目或参与外单位的科研项目,加强科研应用和合作,将科研和应用结合起来;最终,将这些科研的经验、成果、产品应用到教学中,做到产学研相结合,进一步提高老师、学生的科研水平。
3结语
我们按以上建设方案的指导进行网络工程省级特色专业的建设,经过一年多的实践,在课程内容、师资队伍、实验室等方面取得了很好的成绩。接下来我们将根据建设中发现的诸如课程设置先后顺序不尽合理,实验室配套设备不能很好的满足科研要求等专业建设中体现出来的问题,进一步研究解决,提高、完善相应工作。
参考文献:
[1] 徐梅. 高职电气自动化专业实践教学体系的探索[J]. 中国电力教育,2009(10):139-141.
[2] 王东旭. 研究型大学特色专业师资队伍建设的思考[J]. 中国成人教育,2009(21):28-29.
The Construction Programs for Network Engineering Provincial Characteristic Specialty
DONG Zhiyong, ZHENG Qiusheng
(School of Computer Science, Zhongyuan University of Technoloy, Zhengzhou 450007,China)
关键词:网络工程;实践教学;横向;纵向
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
网络工程专业旨在培养具有计算机网络基础知识和抽象思维能力以及计算机网络软硬件基本理论和技术,从事计算机网络信息安全应用、计算机网络管理和维护、网络系统设计开发和集成的高层次网络工程和应用专业技术和科研人才。
网络工程专业的毕业生应获得的知识和能力有以下几方面:
(1) 计算机网络原理、数据通信系统原理、计算机网络协议分析、网络信息安全、计算机网络管理、网络操作系统、网站建设及应用开发技术及其他相关的计算机科学与技术等方面的理论知识及应用能力。
(2) 扎实的计算机网络基础知识与网络管理及网络信息安全应用的专业理论知识与基本技能,以及计算机网络管理与网络信息安全应用的设计和开发的初步能力。
(3) 各种计算机网络、网络设备、Web应用、网络数据库系统的集成和开发以及相关的科研、设计、调试、维护运行和管理的初步能力。
(4) 掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法,具有一定的技术设计、归纳、整理、分析实验结果、撰写论文、参与学术交流的能力。
(5) 有较宽的知识面,具有较高的职业素质,包括严谨的科学作风、独立工作和自我知识更新的能力。
要根据网络工程专业的培养目标,培养出高水平的网络人才,必须构建一套完善的、高质量的实践教学体系,包括大型综合实验、课程设计、实习实训、毕业设计等实践教学环节。使学生掌握近代通信网络的基本理论及网络工程的实用技术,理解网络协议体系、网络互联技术、组网工程、网络性能评估、网络编程与管理等相关知识,能够从事网络编程、网络规划、组网设计、网络工程设计与建设、网络运行维护及管理、网络安全防护和性能分析等工作。
但是,长期以来由于各种主观和客观因素,网络工程专业理论与实践教学之间存在着许多问题,原有的计算机网络实践教学已不能满足计算机网络技术的发展需求。目前大多数院校网络工程专业的实验室建设普遍存在“缺少专用的网络实验室”、“网络实验所需的软件和硬件短缺”、“忽视与企业间的合作”等问题。
2网络工程专业实践教学体系的结构
2.1网络工程专业实践教学的特点
根据当今网络的应用发展和网络工程专业的特点,实践教学体系应有如下特点:
(1) 实验平台的复杂性。一个普通的网络实验至少要两台微机才能构建一个最简单的网络环境,而网络环境太简单又会使实验在数量和质量上受到限制。为了取得较好的效果,每组实验需要多台微机和相应网络硬件设备,同时组与组之间也可以构成更大的网络实验环境。
(2) 实践教学的独特性。网络实践教学中的绝大多数实验,例如“网络系统集成”、“网络的规划和管理”在两节课的时间内是无法完成的。并且有些实验与实验之间是紧密联系的,例如后面的实验是在前面实验的平台上实现。这给实践教学的实施提出了很大的难题。
(3) 实践教学中知识跨度大、实用性强。网络工程实验要结合“局域网原理”、“互联网技术”、“TCP/IP协议”、“协议分析”、“网络编程”等多门课程来开设实验,是对网络工程的实施过程进行模拟仿真,具有很强的实用性。
2.2重组教学体系
根据社会对网络工程人才需求的变化,以及网络工程专业的现状和发展,确定实践教学内容,以实践教学内容定位理论教学内容,对整个教学体系的教学内容进行合理取舍。例如:
(1) 合并、压缩或调整原有课程中陈旧和重复的内容。如压缩或调整网络原理中一些比较陈旧的知识,如令牌环网、令牌总线网、FDDI网络、CSMA/CD、X.25、帧中继等技术,从而加大实验学时,增加课程设计和实习环节。
(2) 根据网络应用发展的具体情况和人才需求变化,对一些学科理论有重大发展的基础课程的教学内容进行重组。例如调整组网技术在整体教学中的比例,增加网络组建、安装、测试及其工程实施的知识单元比重,增加组网、网络应用、网络管理、网络编程、网络攻防等工程应用类的课程。
(3) 适时地把一些反映当代计算机技术发展趋势的内容充实到课程教学中。例如增加P2P技术的应用。
实践教学体系是以培养学生的技术应用能力为主线,培养学生的知识、能力和素质结构。把网络工程实践教学作为一个体系纳入网络工程专业人才的培养方案之中,在人才质量观、现代工程教育观、终生教育思想的指导下,围绕专业培养目标的要求,对不同的实践教学环节进行系统的完善和实施,从纵、横两方面考虑,形成网络工程专业实践教学体系结构,如图1所示。
纵向摆脱实践教学对理论课程的依附,按照从简单到复杂、从低级到高级、从单一到综合,循序渐进地认识规律,整体设计其内容,相对独立地形成一个有梯度、有层次、有阶段性的实践教学体系;横向与理论课程相互支撑,有机结合。在各自波浪式前进的过程中不断出现结合点,以培养具有综合的思维能力和综合处理问题能力的复合型人才。
作为网络工程专业实践教学体系建设的支撑,主要包括实验教学平台、实训教学平台、实习基地等的建设。
3实践教学平台的构建
3.1网络实验平台的设计和搭建
网络实验平台的设计和搭建遵循系统性、先进性、实用性、开放性、发展性的原则。由于网络专业的实践教学课程较多,要组建能够适合多个课程的网络实验平台是一项复杂的工作。对实验平台的规划、设计、硬件建设、软件建设以及网络的使用、扩充等均要以系统的眼光来看待。先进性和实用性是指实验平台应尽可能地采用当今流行的先进技术,同时也要兼顾技术的成熟性和实用性。实验平台的规划、设计采用开放技术、开放结构和开放系统组件,有良好的兼容性,以利于在实践课程进行的过程中网络平台的维护和扩展,既能适合学生的公共实验课程,也能适合学生自主设计的实验。
1.1面向能力培养的实验
设置实践创新能力的培养是目前实验教学环节的重要目标。为了适应不同层次的培养目标,许多高校根据实验内容的难易程度将实验分为验证型、操作型、综合型和设计型等几种类型[1]。然而,这种单一的划分方式不能很好地体现对学生各种能力的培养需求。学生的实践创新能力是多方面具体能力的综合体现,包括发现问题能力、问题解决能力、想象能力、实验设计能力、技术开发能力、产品改进能力和应用能力等[2],因而有必要建立面向各种具体能力培养的更细粒度的实验设置体系。本文结合本校的网络工程课程教学要求和目标,从知识学习能力、问题发现和解决能力、实验设计能力、学习迁移能力4个角度设置实验内容,希望探讨一种更好的培养学生能力的教学方法。
1.1.1面向知识学习能力的实验
面向知识学习能力的实验的教学目标是让学生学习网络工程中基本组件的配置使用方法和验证基本组件的工作原理。通过实验,学生能达到加深理解和巩固课堂教学内容的目标。这类实验的内容设置方法与传统的验证型或操作型实验相似,由教师指定具体的实验内容及实验步骤,学生通过逐步完成实验,掌握实验内容涉及的相关知识。为了加深学生对实验内容的记忆和学习,教师还应在实验结束后,总结实验实施过程中学生普遍存在的问题和易犯的错误。适用于该类型的实验内容包括网络线缆的制作、交换机与路由器的启动及基本配置等。
1.1.2面向问题发现和解决能力的实验
面向问题发现和解决能力的实验的教学目标是让学生学习如何在实际网络运行环境中发现存在的问题,以及利用所学知识解决这些问题,从而获得对网络知识的深刻理解和深入把握;培养学生运用理论知识进行网络应用的能力,为学生未来从事网络应用和管理的相关工作打下良好的基础。
该类实验内容设置的难度较大,教师需根据教学内容和自身经验,设计完整的网络拓扑与配置方案,将网络应用中可能存在的实际问题部署在实验网络中。学生的实验任务就是发现教师设计的网络中存在的问题,并进一步提出对这些问题的解决方案,最终依据自己可行的解决方案完成实验的配置和测试任务。该类实验不同于传统实验,学生在整个实验实施过程中,没有事先确定的步骤可循。在问题发现阶段,学生需经过自己的观察和测试分析网络存在的问题,这种方式既锻炼了学生分析和发现问题的能力,同时也激发了学生的实验兴趣;在问题解决阶段,实验设置不拘泥于统一的解决方案,这使得学生有了更大的自主空间,发挥自身的主动性和创新性。他们可根据已发现的问题,提出自己的解决方案并论证其合理性,最终完成实验任务。适用于该类型的实验包括路由协议、路由环路、广播风暴以及交换机环路等。
1.1.3面向实验设计能力的实验
面向实验设计能力的实验的教学目标是进一步深化学生对网络系统及规划设计的理解,让学生学习如何收集网络需求、分析网络性能、制定具体网络技术解决方案及网络工程的实施。该类实验设置的内容包括两部分:文档设计和实验部署。教师使用案例式教学方法[3],通过具体情境,提出实验设计的问题和要求。学生需详细分析这些问题和要求,确定具体的实验设计方案(包括网络拓扑),并进一步将方案转化为具体的实现。实验设计能力是实验能力的最高层次,其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。笔者所提出的面向实验设计能力的实验设置部分类似于传统的综合设计型实验,但更强调设计环节,要求学生必须完成设计文档,文档中需针对实际情境中的具体问题和要求是否在实验设计方案得以体现和解决给出详细说明。适用于该类型的实验有小型局域网设计实践和三层网络规划设计等。
1.1.4面向学习迁移能力的实验
所谓学习迁移能力是指应用一种情境中所学的理论和知识解决另一情境中相似问题的能力,有时也被认为是教育的最终目标[4]。面向学习迁移能力的实验的教学目标就是让学生利用已学的一种理论知识和原理通过自学解决另一种相似原理的设备使用和配置问题。
这种类型的实验是本文教学改革中最大胆的一个尝试,希望通过该实验的设置在一定程度上启发和培养学生的学习迁移能力,为学生后续的深造学习及相关应用建立基础。该类实验设置的内容完全是学生自学知识,教师只提出实验目标和实验结果要求,由学生独立自学完成实验,教师只针对学生遇到的疑难问题统一讲解。适用该类型的实验如防火墙的配置与使用,由于包过滤防火墙的工作原理与路由器的访问控制列表的工作原理相似,因而学生可将之前所学知识迁移应用到该实验的实施过程中。
1.2主体—主导论的师生角色
教师与学生是教学活动中的两大主体,构成了教与学的基本关系。传统的网络工程实验教学以教师为中心,遵循“传授知识—以知识点为核心设计实验—布置实验任务—检查实验结果”的基本过程,学生在整个实验环节中只能被动接受,按部就班地完成实验任务,束缚了学生学习主体作用的发挥,不利于学生应用能力和创新思维的培养。
这种教学结构虽然极大程度地促进了学生的主动学习,但忽略了教师的主导作用,学生在学习过程中可能偏离教学目标。因而,有些教育工作者提出了优势互补的教学模式,即以教师为主导,以学生为主体的“主体—主导论”[5]。我们使用“主体—主导论”的思想处理网络工程实验教学的师生角色,力求实验过程中的教师主导作用和学生主体地位的体现,同时对教师和学生也提出了新的要求。
1.2.1教师的主导作用教师的主导作用
体现在实验设置、实验活动监控和实验检查评价3个步骤中。面向能力培养的实验设置对教师提出了更高的要求,不但要求教师全面把握教学目标和内容,还需要教师增加网络工程的实际经验,推动教师投入更多的精力和时间去考查、思考和设计复杂的基于学生各种具体能力培养的实验。在实验活动监控环节,教师需充当帮助者和促进者的角色,尽可能引导学生独立完成实验过程。最后,在实验检查评价阶段,教师对实验报告的要求不拘泥于实验步骤和结果,应通过实验报告促进学生对实验的反思和反馈,给学生更大的空间思考一些开放性的问题。
1.2.2学生的主体地位
学生是实验教学环节的主体,其主体地位体现在学生“思考分析—自我展示—反思总结—调节提高”的完整过程中。学生在实验过程中要充分发挥主动性,积极分析情境和思考问题,弄清楚需求是什么,该采用什么技术来满足需求,然后自己动手解决和实现问题;还需反思总结前期行为,以便对实验过程有全面的解析和认识,促进改进未来行为;必要时学生还可通过与其他同学的团结合作或与教师的交流沟通完善自己的认识。
1.3现场实验与仿真实验并存的实验模式
网络工程的特点决定其实验设备的复杂性和多样性,国内高校网络工程实验室的基本硬件多以小型的交换机和路由器为主,辅以少量的网络设备、终端[6]。限于资金与场地空间的不足,现场网络实验室的条件限制了实验组网的规模,无法有效地给学生一个完整的实验平台,从而影响了部分实验的部署实施。仿真实验便于观察、设计和参与实际操作,是传统实验教学的延伸与扩展[7],大大拓宽了教学的实验项目,开拓了学生的视野,更重要的是学生能够按他们自己的节奏完成学习过程和决定他们的个人需求;但是,如果单一依赖仿真实验,学生会缺乏对实际设备的直观认识,不能锻炼学生动手施工的能力,同时也不利于提高学生规范操作和安全操作的能力。因而,网络工程的实验设置应将现场实验与仿真实验相结合,为学生创造一个完整的实验平台。对于验证型和学习型实验内容应以现场实验为主,学生通过操作实际设备掌握和理解设备的使用和工作原理;对于设计型和问题解决型实验,其内容设计应以仿真实验为主,通过模拟现实网络环境,让学生在更高层次把握网络工程的教学内容。另外,在实验内容的设置上,应该注意这些内容之间的联系和衔接,尽可能地让前一次实验的平台成为后一次实验的基础或是将现场平台移植到仿真环境,避免学生在同样的知识点上多次重复实验。
2结论
关键词:卓越工程师;课程体系;“双师型”教师;校企合作
作者简介:胡中栋(1958-),男,江西婺源人,江西理工大学信息工程学院,教授;涂燕琼(1981-),女,江西南昌人,江西理工大学信息工程学院,讲师。(江西 赣州 341000)
基金项目:本文系江西省教育厅教改资助课题(项目编号:JXJG-10-6-33)的研究成果。
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)31-0017-02
“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020 年)》的重大改革项目,也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。[1]工程师作为新生产力的重要创造者和新兴产业的开拓者,在当今社会扮演着越来越重要的角色。如何持续高效地培养工程师,从而提高国家的竞争力、造福人类社会是世界各国政府关心的重要议题。[2]随着互联网的迅猛发展,对网络工程师人才的需求量相当大。几十年来,我国培养了大批工科毕业生,可是满足社会需要的工程师仍然显得紧缺。[3]我国工程教育存在的“学术化”取向使工科学生在读期间以理论课为主,缺少工程实践。[4]而很多学生毕业后到了工作单位又很难适应岗位的需求;用人单位也反映本科生动手能力差、再培训的经费支出较大的问题。针对此问题,根据长期以来对网络工程专业人才培养的实践,探讨网络工程专业卓越工程师人才培养方案。
一、确定网络工程专业人才培养目标
网络工程专业应用型“卓越工程师培养计划”的主要培养目标是通过“知识—能力—素质”一体化培养的课程体系,培养创新能力强、适应我国经济社会发展需要的高级网络工程技术人才,系统地培养学生掌握网络工程技术的基本理论及专业知识,为社会培养出具有现代高级网络工程师的知识、能力和素质,具有可持续发展潜力的新世纪卓越工程师。培养的网络工程专业学生应具有较好的获取知识和综合应用知识的能力,具有在大、中、小企业网络与骨干网络等方面从事网络系统的规划、设计、实施、管理与维护等的能力,同时具备网络应用软件的开发能力,以满足国家与社会经济发展的需求。
二、改革人才培养方案与课程体系
本着基本知识、基本技术和基本技能培养的要求,将知识点和实训能力的训练模块化、目标任务化、项目工程化,课程体系更加优化。教学内容要保持先进,要及时反映本学科领域的最新科技成果。要不断改革教学内容和体系,注意随时更新知识内容。将培养标准进一步细化为知识能力大纲,针对大纲中的各要素设计所需要开设的相关课程和教学环节,形成适合《卓越工程师培养计划》的教学大纲、培养方案、课程体系、教学环节。网络工程专业课程体系设计了八个课程模块,分别是:素质教育模块、基础模块、网络与计算机基础模块、路由交换模块、网络应用软件模块、网络安全与视频监控模块、数据中心与存储模块、工程实训模块,如图1所示。
素质教育模块包含思想道德与法律基础、中国近现代史纲要、职业规划、形势与政策、创业教育、创新教育等;基础模块包含高等数学、工程数学、大学物理、电路分析、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、大学英语等课程;网络与计算机基础模块包含计算机基础、C程序设计、计算机网络、构建中小企业网络等;路由交换模块包含高性能园区网络、大规模网络路由技术、构建广域网等课程;网络应用软件模块包含JAVA语言程序设计、WEB技术开发、数据库系统、软件工程等课程;网络安全与视频监控模块包含安全防火墙系统、构建安全VPN网络、入侵防御系统与安全审计、IP视频监控系统等课程;数据中心与存储模块包含数据中心网络、存储基本原理、Neocean网络存储技术等课程;工程实训模块是强化学生工程能力的模块,紧密结合企业现场的研究与应用环境,进行网络工程认识实习、构建中小型企业网与高性能园区网络实训、网络安全技术实训、数据中心实训、数据库开发实训、Java方向(或DotNet方向)软件开发实训等。
三、改革教学模式与教学方法
在理论课程的教学中,采用启发式教学方法,增加课堂习题课,留给学生自主学习时间,引导学生自主学习;促进学生的自学能力与创新能力的提高。例如,在数据库系统、网络规划与设计与综合布线系统等课程中,增加课堂习题课,布置大作业。鼓励学生参加IT认证考试、参加全国网络技术大赛,以培养学生的实践能力、创新能力,培养学生的团队精神、求真务实的作风和良好的意志品质。鼓励学生参与教师的科研课题,让学生边学习、边应用,极大地激发他们的求知欲望和创新精神。用科研中的实际问题引导学生综合运用所学的知识,主动探索、寻求新的知识和解决问题的思路,养成良好的科研素养。