摘要：从网络工程专业知识、能力与素质整体培养目标要求出发，结合多年的实践教学经验，在网络技术系列课程实验内容衔接、实验目标与要求、实验环境整合、实验方法继承以及实验对专业能力、素质的培养支撑等方面进行研究，探讨课程实验教学与专业知识、能力、素质培养的方法。
关键词：网络工程专业；实验教学；专业知识；能力与素质培养
文章编号：1672-5913（2013）14-0099-06 中图分类号：G642
0 引言
网络工程专业是一个实践性要求非常强的专业，为了培养学生的专业技能，在教学过程中，从各课程的教学目标出发，将安排若干单元实验，以加深对该课程重点或难点知识和原理的理解与掌握。但从网络工程专业知识、能力与素质培养全局目标出发，如何对每个专业课程的实验内容、实验目的与要求、实验原理与方法、实验环境与工具、实验组织形式等进行统筹设计与规划，通过4年的积累，最终做到既满足每门课程专业知识的教学目的，又能协同完成网络工程专业能力、素质的培养，在制定网络工程专业课程体系时值得我们认真思考。
从网络工程专业人才培养目标、知识、能力与素质需求出发，在各专业课程实验内容衔接、实验目标协调、实验环境整合、实验方法继承等方面进行研究，通过实例说明，如何赋予每个实验更多的内涵，以解决以下几方面的问题：
·课程实验内容对专业能力培养覆盖问题；
·能力训练与素养、爱好、兴趣养成问题：
·前后实验内容的支撑与衔接问题；
·前导课程实验对后续课程实验的牵引问题；
·原理贯通与技能训练问题；
·实验方法和经验的继承问题；
·实验环境与工具的共享问题。
1 网络工程专业知识、能力与素质需求
在专业知识方面，网络工程专业主要包括电子技术基础、离散结构、程序设计基础、计算机组成与系统、数据通信、计算机网络原理、网络设计与集成、网络管理、网络安全、网络应用开发、网络计算技术、社会和职业素养等12个知识领域。
在专业能力方面，网络工程专业可归纳为网络设计、网络应用、组网工程、网络管理与网络安全4个方向和网络硬件产品研发、网络协议分析与设计、网络应用系统设计与开发、组网工程规划设计与实施、网络系统管理与维护和网络安全保障等6种能力，如图1所示。网络工程专业学生在其毕业时至少应具备其中一种以上的能力。
在专业素质方面，作为网络工程专业的学生，必须掌握计算思维、网络思维方法和工程设计方法，具备整体意识、全局意识、工程意识、创新意识、团队精神、创业精神、沟通与表达能力、社会责任等专业素养，以及严谨的科学态度和务实的作风。
2 网络工程专业实践体系设计
围绕网络工程专业知识、能力与素质的培养，在实践课程体系设计时，对于实践教学的层次、实验类型、实验内容、实验组织实施方法以及每个实验所承载的内涵，需要采取点面结合、循序渐进、综合配套、全面培养的方法。每个网络工程专业示范实践课程体系如图2所示。
在实验层次上从低到高，包括课内单元实验、综合课程设计实验、各种学科竞赛、实习与实训、毕业设计等。课内实验在强调对专一知识与原理认知的同时，也需要兼顾对实验环境、实验平台工具的熟悉和掌握，为后续实践环境的开展奠定基础，同时还需要在专业能力、素质和兴趣等方面的培养进行积累与沉淀；综合课程设计的目标是对6种专业能力开展针对性的训练。例如网络工程综合课程设计是对网络工程专业中网络系统规划、设计、实施等方面的综合能力的训练，而网络应用综合课程设计是对网络应用系统设计、开发方面的能力的训练。综合性课程设计实验涉及到多门专业课程的原理，同时在实验原理、开发工具、实验环境与平台等方面，前面的单元实验必须为此打好基础。学科竞赛重点训练学生创新能力和创业意识，例如“信息安全竞赛”主要训练学生在信息安全保护方而的创新能力。实习与实训则强调的是理论知识与用户实际需求相结合的问题，通过让学生接触与了解真正的用户需求，实现书本知识与实践相结合、学校与社会相结合、研究成果与产品转化相结合的目的。毕业设计是对学生综合运用知识以及专业能力培养的全面训练和检验。在毕业设计环节，由于学生个体知识与能力的差异，以及未来职业规划的不同，毕业设计可采取“专题类”与“创新类”课题相结合，“研究、设计、实现类”与“需求分析、方案设计类”课题相结合，“在校毕业设计”与“到企业开展毕业设计”相结合的改革措施，改变以往毕业设计目标不明确、课题研究方向不聚焦、管理与控制难到位、能力培养不突出等不足。其中，专题类课题适合于工程型和应用型人才，强调学生对专业知识的掌握和综合应用能力的培养，课题将围绕网络硬件设计、网络协议分析、网络应用开发、网络组网项目、网络管理与安全技术等方面展开。创新类课题适合于研究型人才，着重培养学生的科学研究与创新能力，课题包括但不限于网络工程、信息安全、计算机科学与技术等相关专业及其交叉领域，由指导老师根据当前研究的热点问题，确定毕业设计选题，也可由学生自主立题。对于自选课题，学生可以在第2、第3学年提前介入，还可与创新研究计划、学科竞赛课题结合起来。
在实验类型上，从易到难，可分为验证性实验、操作配置类实验、设计类实验和研究创新类实验等。课内单元实验一般为验证性实验，是对书本上某个知识点、原理的验证。学生可以通过抓包工具，对一个IP报文进行解析，将每个字段与书本上报文格式进行比较验证，这样能加深对知识点的理解。操作配置类实验主要训练学生对原理的理解和对专业技能的掌握。学生通过交换机VLAN配置实验，对VLAN的划分、端口的分配、3层路由的配置，加深对VLAN原理、用途的理解，同时具备复杂网络中网络的规划、VLAN划分与配置能力。设计类实验强调的是对知识的综合运用和创新意识的培养，在实验时可采用循序渐进的方法。例如，采用Socket编程技术，实现一个多用户交互聊天系统，学生通过对已有的聊天系统进行模仿、改进、扩展，逐步具备运用所学的知识进行设计与开发网络应用系统的能力。
3 实验目标的设计
在实验目标上，对于课内单元实验，学生偏重于对知识的理解与掌握，忽视对专业能力、素质和兴趣日积月累式的培养。为此，应赋予每个实验更多的内涵。下面以网络工程专业的主干课程及其主流的课程实验为例，对专业课程实验如何对专业能力和素质进行训练与培养进行介绍，详见表1。
1）课程实验内容覆盖专业能力培养需求
在设计课程实验时，除考虑对课程重点、难点内容的理解外，还应考虑覆盖6种专业能力的训练。例如通过抓包实验，对以太帧、ARP报文、TCP报文、IP报文进行分析，除让学生理解这些协议的工作原理、报文格式、各字段含义外，还应帮助学生理解该协议为什么需要这些字段，顺序为什么要这样设计，协议如何编码等。训练学生在网络协议分析与设计方面的能力，在遇到实际数据通信需求时（如数据采集与传输协议），能设计出相应的通信协议；再例如设计并开发基于C/S、B/S、P2P的网络应用系统实验，除让学生掌握socket编程接口的功能、使用方法及C/S、B/S、P2P模式请求服务、服务响应的工作过程外，还应使学生理解C/S、B/S、P2P等计算模型的普适性，将来遇到任何网络应用需求，都可抽象或归纳为C/S、B/S、P2P等角色，以培养其网络应用系统的设计与开发能力。
为了培养学生的创新意识和创新研究能力，应鼓励学生开展自主研究性学习、创新研究实践活动。例如针对某一教学内容，除规定的实验内容外，还应让学生自拟实验题目、实验内容、实验方法并开展实验，充分发挥学生的主观能动性和创新性。
2）课程实验与专业素养、爱好、兴趣的养成。
学生专业素养、爱好、兴趣养成不是一蹴而就的事情，除校园生活氛围、专业课程教学等能培养学生的专业素养、爱好和兴趣外，实验课程还应该肩负起对能力与素质培养的使命。例如在开展网络协议分析实验时，应引导学生体会网络协议的完备性和严密性，养成严谨的学习工作态度；在进行交换机、路由器组网实验时，通过小组的协作，除培养网络工程组网的能力，还应培养学生工程素养与团队协作精神；在网络性能综合分析实验或网络故障关联分析实验中，除训练网络管理方面的能力，还应培养学生的全局意识和整体意识；在进行网络应用系统设计实验时，通过C/S、B/S、P2P等网络计算的实验，培养学生的计算思维、网络思维能力；在进行网络安全实验时，应教育学生应该遵循公共道德、具有社会责任等。
为提高学生的学习兴趣和学习热情，可将程序员、网络工程师、网络管理员、网络安全师等认证培训与综合课程设计实验有机结合，对相关资质证书要求的知识、技能、素质进行训练。当学生完成综合课程设计目标并达到相应的技术水平时，将为其颁发本校的认证证书。
3）前后实验的牵引与支撑。
在课程实验设计时，还需要考虑前导课程实验对后续课程实验的牵引、前后实验内容的支撑与衔接等问题。例如在HTTP协议分析实验中，学生在理解了HTTP协议的报文格式和工作原理后，进而可以引导学生思考，在网络中相应的HTTP报文具体是由哪个实体在什么时候怎样产生的，从而牵引出WEB服务系统的安装、配置与使用实验。当完成WEB服务系统的部署与配置实验并熟悉其功能和使用方法后，又可进一步地引导学生，如何自行设计并开发类似的网络服务系统，或者根据客户的业务需求，利用WEB服务搭建一个实用的WEB网站。
4）实验组织形式。
对于原理验证与理解类的实验尽量安排学生单独完成，如协议抓包分析、数据加解密等实验；而对一些设计类或综合性实验，为了培养学生组织协调能力与团队协作精神，应以小组的形式开展实验，如组网工程实验、网络应用编程实验等。对于小组完成的实验，在验收时，可采取随机指定学生进行操作演示或回答问题的方式，以避免某些学生蒙混过关。
5）实验环境与工具共享。
为提高实验效率，各课程实验应尽量做到共享实验环境与工具。例如在操作系统、编程语言、开发工具等方面，前后实验尽量配套选择。通过实验的训练，使学生在开展毕业设计前，能够熟练掌握1～2个操作系统及数据库的使用方法，掌握1～2门编程语言及配套的开发工具，具有1～2个专业爱好或方向，初步具有2～3种专业能力。
4 结语
网络工程专业知识、能力与素质的培养是贯穿大学4年教学过程的核心工作，实验教学是原理与知识理解、专业能力训练、专业素质养成不可或缺的手段。如何根据网络工程专业人才知识、能力与素质需求，统筹规划、设计网络工程专业的实验教学体系，赋予每一个实验更多的内涵，是值得深入研究的课题。笔者所在团队已在实验教学内容与教学方法改革方面取得了相应的经验与方法，诸多问题仍有待在教学实践中进一步探索。
（编辑：赵廓）