陈　鸣　胡谷雨　王元元　周　雷　齐望东

摘要:解放军理工大学于1999年起启动了网络工程本科专业教学体系的建设工作。我校面向高素质人才培养目标,注重专业建设的顶层设计,取得了如下成果:凝炼网络技术内涵,创立网络技术人才培养的课程体系;填补国内教材空白,建设系统完整的教材体系;注重实践知行合一,构建先进配套的实验体系;实践创新教学相长,锻造一流的师资队伍。本文详细总结了我院网络工程专业教学体系创新实践的经验教训,论述了为取得以上成果而具体采取的措施。

关键词:网络工程;教学体系;课程;教材;实验

中图分类号:G642 文献标识码:A

鉴于网络在未来战争中的重要性和军队信息化建设的需要,1999年中央军委决定在军事院校中设置网络工程本科专业。当时国内外还没有建设类似专业的成功经验可供借鉴,解放军理工大学凭借在网络工程领域教学科研的深厚积淀和领先优势,受命创建网络工程专业,拟制网络工程专业规范。

我校网络技术教学和科研工作始于1981年。在国家一级教授、中科院学部委员、原解放军通信工程学院副院长毕德显带领下,在谢希仁教授主持下,开展网络技术研究。经过长期的发展和建设,取得了一系列成果,通信与计算机的结合成为学科特色,并于1990年学院成立“网络技术研究所”,1997年由总部授牌成立了“全军网络技术研究中心”。网络工程专业教学体系边建设边实践、边应用边提高,从2000年首批招生至今已有五届学生毕业,培训质量令总部和部队满意,大多已经成为部队信息化建设的骨干。通过九年的探索与实践,我校网络工程专业建设走在全国前列,“军用网络工程”也被总部确定为军队“2110工程”重点建设学科专业领域。

时至今日,网络工程专业已经成为国内高校一个普遍开设的新兴专业,我们有必要认真总结分析网络工程专业教学体系建设的经验教训,为兄弟学校提供专业发展建设的他山之石。

1面向人才培养目标,注重专业建设的顶层设计

网络工程专业是解放军训练部门于1999年列入本科专业目录的,这先于国家教育部将该流专业列入本科专业目录的时间。如何开办网络工程专业,国内外并没有现成模式和成功经验。为此,我校组织专门班子进行了广泛调查和深入研究。在深刻领会军委决策战略意图的基础上,准确把握网络工程专业“学科领域交叉渗透,技术发展日新月异,军事应用全面深入”的特殊背景,反复凝炼网络工程技术内涵,精准推敲人才培养的目标和思路,精心策划教学体系建设。

我们确定的建设思路是:以培养高素质新型人才为目标,运用先进的教学理念、方法、手段,构建完善的课程体系、教材体系和实验体系,形成良好的育人机制、实力雄厚的师资队伍,建设一个能适应军队信息化建设需要的高水平新型专业教学体系。

我们确定的专业人才培养目标是:完成专业技术人才的基础训练,掌握数学、物理等自然科学知识,了解人文社会科学知识,具有较强的计算机应用能力、良好的语言文字表达能力和初步的国际交流能力,掌握信息网络工程设计和应用开发的基本技术和方法以及系统集成、安装与调试技能,掌握网络安全和计算机病毒防护知识,熟悉战术互联网、数据链网络及其战略战术用途、军事应用特点、设计规划、维护管理等方面知识,了解网络技术领域科学技术和装备的前沿知识,能够适应科学技术发展和岗位转换。

随后,我们将网络工程专业教学体系建设的重点确定为三个体系(课程体系、教材体系、实验体系)、一套育人举措和一支教师队伍的建设。

2凝炼网络技术内涵,创立人才培养的课程体系

根据信息化战争对网络技术人才的知识和能力要求,结合该专业的学科交叉的特点,我们于2000年制订了最初的网络工程专业课程体系、教学计划,并承担了全国教育科学“十•五”规划研究项目“网络工程专业课程体系研究”,2003年举行专业建设大讨论。此后,对网络工程专业的课程体系进行了修改、补充、完善,2005年制定了新版的人才培养方案。

网络工程专业课程体系的主要课程及其联系如图1所示。

2.1课程设置的基本思路

鉴于网络工程是计算机专业和通信专业交叉融合的新专业,我们的课程设置思路是:以工学的自然科学、人文科学基础理论为通识教育平台,以计算机学科的核心知识和通信学科基础理论为专业基础,构建网络课程群作为专业课程,培养学生具有较强的军事信息网络工程设计、开发应用、安全防护、维护管理以及网络系统集成、设备安装调试等技能。

2.2国内首创的网络课程群

根据专业培养目标,首次提出了网络课程群思想。把基础性、原理性内容纳入“计算机网络原理”课程,网络操作使用、安全防护、维护管理、应用编程和工程设计等内容则分别构成“互联网应用与维护”、“网络攻击与防护(网络安全)”、“网络管理”、“网络应用编程”和“网络工程设计”等5门专业课。

目前“网络课程群”的思想及其所设课程已经得到了国内许多专家的认可,并已成为国家教育部教指委“高等学校计算机科学与技术专业核心课程内容实施方案”研究组的研究基础。

2.3强调能力培养的实践环节

在课程设置中始终贯彻“程序设计不断线,工程实践不断线”的原则。从一年级开始学习编程语言,二、三年级都有课内编程实践;从三年级开始学习网络专业课程,每门都有实验安排,形成了系统的实践性教学环节。

2.4贴近军事应用的专门课程

开设了“数据链网络”和“战术互联网”等军事网络课程。

该课程体系经过多年的补充和完善,其基础教育体现了学科交叉性,专业教育体现了内容先进性,岗位指向体现了军事应用性,实践环节体现了系统综合性。我校多次应邀在全国性会议上介绍该课程体系,并已被多所高校学习和借鉴。中国计算机学会教育专业委员会主任蒋宗礼教授的评价是“这是我所见到的思路最为清晰、论述最为完整的网络工程教学改革方案”。

3填补国内教材空白,建设系统完整的教材体系

在专业建设之初,国内尚没有类似的网络课程设置,相应的网络专业教材也是空白。为了满足教学急需,2000年起我们陆续编写出版了各专业课教材,构建了完整的网络工程专业教材体系。

3.1一部畅销的精品教材

作为专业核心课程“计算机网络原理”的教材《计算机网络》(谢希仁编著)首版是1989年,1992年获机电部优秀教材特等奖、教委全国优秀教材奖。根据专业建设需要,我们加强了该教材的修订和更新,2000年以来共发行了6个版次、累计130余万册,其中一个版本的印数达49万册。该教材2002年获教育部全国优秀教材二等奖,其最新版被列入“十一五”国家级教材规划。清华大学、北京大学、上海交通大学、中国科技大学、南京大学、华中科技大学、北京邮电大学等国内著名高校均使用了该教材,50多所著名高校将其列为研究生入学考试的指定参考书。

3.2一组填补空白的专业教材

2001～2003年,我们组织编撰了网络课程群的系列专业教材,包括《互联网应用与技术》、《网络工程设计教程》、《网络管理技术教程》、《网络信息安全》和《网络程序设计教程》等,填补了国内网络工程专业教材的空白。

近年来,我们又在讲义的基础上,出版了《计算机网络实验教程:从原理到实践》、《网络应用程序设计教程》和《互联网应用与维护教程》等教材。

这些专业教材,已被国内多所著名高校采用,如中国科技大学、东南大学,其中《网络工程设计教程》一书被称为“一本不可多得的工程性强、应用性强的教科书”。

3.3一批译自经典名著的教辅读物

为了扩展教材中有限的知识,我们组织翻译了近30部因特网经典名著和国际流行网络教材,作为辅助教学参考书,满足了学生自主学习和知识拓展需要,并受到国内高校师生及工程技术人员普遍欢迎,对我国计算机网络教学、网络工程技术发展产生了广泛和持久的影响。

下面列举其中最经典的几部。

(1)《TCP/IP详解》,W.R.Stevens等著。该书是因特网著作中最有影响的两部书之一,受到网络技术人员的一致推崇。国内主要网络设备厂商的研发人员几乎人手一册。该书卷1、卷2分别名列中国互动出版网2007年计算机网络著作畅销书第1、第7名。

(2)《用TCP/IP进行网络互联》,D.E.Comer等著。该书是因特网著作中最有影响的两部书之一,国内网络教科书中的TCP/IP技术细节几乎都引自该书。

(3)《计算机网络:自顶向下方法(第2、3、4版)》,J. Kurose和K. Ross著,该书是目前国际上最为流行的网络教科书。

4注重实践知行合一,构建先进配套的实验体系

网络协议的交互过程复杂且难以观察理解,网络实验是不可或缺的。早期的网络实验大多局限于网络设备的操作实习或用软件模拟演示网络原理,有效的网络实验教学是一个世界性难题。

我们提出了分类实验模式,将网络实验分为原理验证、设计应用和探索研究三种类型,共设计出90多个网络实验项目,并投资400多万元建成了先进的网络工程实验室。

4.1教育部精品教材《网络实验教程》

根据多年网络实验讲义编写出版的《计算机网络实验教程:从原理到实践》,反映了我们的网络实验教学理念。该教材原创性强,便于实施,是“十一五”国家级规划教材,2007年评为教育部精品教材。

4.2方便组合运用的网络实验台

自行设计的网络实验台便于组合运用网络设备,既满足了计算机网络原理等6门专业课90多个实验的需要,又便于学生认识网络工程规范、锻炼协作实验能力。

4.3方便控制管理的网络实验支持系统

自主设计的网络实验管理系统支持教学生查询实验要求、学习实验指导、提交实验报告和批改辅导,便于进行实验准备,减轻教师工作量;便于控制实验效果,实验过程标准化;便于检查实验结果,实验考核客观化。

4.4促进自主学习的虚拟实验室

为了满足学生的自主学习需要,我们在校园网上建设了计算机网络虚拟实验室,已为6门专业课程提供3类65个实验、57个在线模拟演示和模拟网络设备操作,“远程实验”则能实际操作联网实验设备。

实验体系的成功建立,为6门网络课程的124学时课内实验创造了良好条件,每年有300多名学生籍此完成网络实验教学。每年还有近30名外军学生和40多名研究生学生开展网络实验。在多次全国性的网络实验研讨会上,该实验体系引起了300多所高校领导、教师和相关企业的浓厚兴趣,网络设备厂商锐捷公司当即要求合作推广,并为此赠送了价值百万元的实验设备。

网络工程实验室是校开放实验室,还支持网络工程专业学生的课程设计、毕业设计和课外创新活动。该实验室现已成为展示本校的窗口之一,接待叙利亚国防部长、加拿大军事教育总监、西点军校校长等国内外教育专家50余次,获高度评价。

5提高学生综合素质,兼顾科研教学的育人举措

网络工程专业建设中,提出并贯彻了“五个坚持”,走出了教学支撑科研,科研促进教学的教学相长之路。

(1) 坚持教学内容不断更新,紧贴先进技术前沿、紧贴军事斗争准备,及时更新教学内容、修订教材。

(2) 坚持课堂教学联系科研实践,使学生了解网络技术的军事应用现状和需求,理解问题求解的过程。

(3) 坚持双语教学模式探索,从2002开始,每年都有“计算机网络原理”双语教学课。

(4) 坚持鼓励学生自主学习,建设了基于校园网络的自主学习环境,有计算机网络和微型计算机系统2个虚拟实验室、所有专业和专业基础课的虚拟教室、1个链接了各种相关信息资源的专业学习网站。

(5) 坚持开展学生科技创新活动,从2006年起每年举办“Flash动画设计大赛”、“程序设计大赛”、“本科生科技训练计划”和评选“励志奖”。鼓励和组织学生积极参加国际国内各种竞赛。获全国大学生数学建模竞赛一、二、三等奖共5项。2006年首次组队参加国际大学生数学建模竞赛即获一等奖,此后又获二等奖2项、三等奖1项。在历年全国性技术竞赛和大学组织的学生科技竞赛等活动中获奖共计34人次。

6实践创新教学相长,锻造一流的师资队伍

20世纪80年代初,由毕德显指导、谢希仁主持的高水平科研促进了高质量教学。网络工程专业设立后,教员队伍的“四个贴近”形成了以老带新、以新促老的良好局面。

(1) 贴近军事应用,在实践中成长。以军事需求为牵引,跟踪国际最新发展,逐步形成了军用网络监测、军事通信网管理、网络攻击与防护、无线传感器网络和野战网络协议工程等军事特色鲜明的研究方向,参与了我军重大网络项目建设,开发的网管产品在全军普遍应用,历年共获国家科技进步二、三等奖各1项,军队级科技奖一等奖4项,二、三等奖20余项。

(2) 贴近学科前沿,在创新中发展。利用教员留学、深造归来之机,开辟了网络测量、协议验证、网格技术等研究新方向。承担了国家自然科学基金资助项目5项、国家863计划项目4项、国家重点科技攻关项目2项、省市重点攻关项目数十项。

(3) 贴近学生课堂,实现教学相长。提倡教员献身课堂,用教员的言行感染学生,让学生的求知欲增进教员责任感,培养学生的同时教员的水平也不断提升。在2007年的全军通信院校教员教学能力竞赛中,本专业2名教员分别获得全能第一名和课堂教学第一名,另外4名教员获得了二、三等奖。

(4) 贴近网络时代特点,年青人挑大梁,“网络时代是年轻人的时代”。我们把年轻人推上教学科研第一线,使他们脱颖而出,年轻人的快速成长,又增加了老教授的紧迫感,形成了以老带新以新促老的良好局面。目前师资队伍中有8名教授、13名副教授,96%具有硕士学位,41%具有博士学位,涌现出全国高等学校教学名师1人,获“求是杰出青年奖”1人,总参优秀中青年专家2人,全军优秀教师3人,获军队院校育才奖金奖3人、银奖7人;获军队教学成果二等奖6人次。

7几点体会

(1) 理清课程体系。与其他IT专业体系基本上直接从发达国家全盘引进不同,网络工程专业是具有中国特色的新建专业。由于发展时间不长,该专业无论是在课程体系,还是在教材体系和实验体系等方面,都有巨大的探索和发展空间,不少学校都为该专业的课程体系进行了大量探讨。例如,具有共性的是都开设了“计算机网络原理”课程,并在此基础上扩展了其他课程,如本文前述的5门课,也有的开设如“TCP/IP协议原理”、“路由与交换”等课程。其实,课程体系的设计是与学生的培养目标息息相关的,有的用于打牢理论基础、有的用于加强某项技术的能力,使学生的综合能力得到提升,成为社会需要的具有较全面专业知识的人才。不过在课程设置中,也存在为拼凑课程数量、拼凑教学学时而破坏课程体系的内在联系,切忌盲目照搬网络公司培养网络工程师的模式,用指令细节占用了大量的学时,这样只会学生“学会的用不到,需要的没有学”,加强能力的培养才是专业发展的正确方向。

(2) 坚持特色发展。每个学校都应当有自己的社会定位,因此不同学校的网络工程专业甚至网络课程教学也都应当有自己的特色,而不必使用完全相同的教材、遵从同一个教案,而应当在实现基本教学目标的基础上有所创新。只有这样,各学校的网络工程专业才会是独特的和“最好”的。用这个观点看问题,航天大学的网络教学应当讲点星际网络,地质大学的网络教学应当讲点传感器网络,军事院校的网络教学应当讲点战术互联网,而经济大学就应当讲点电子商务等等。这就需要我们老师开展有特色的网络科研,真正理解网络技术,真正享受网络研究和教学的乐趣。

(3) 重视能力培养。计算机网络是一个交叉性、实践性、渗透性很强的专业,所谓交叉性使指它具有计算机科学与技术以及通信工程的知识,所谓实践性是指它能广泛地应用于各行各业,工程性极强,所谓渗透性是指网络技术发展速度极快,不断有各种新技术替代旧技术。面对这种局面,如何培养出大批高素质的网络工程专业学生呢?答案只能是,采用各种措施来提高学生应用网络知识解决实际问题的能力。这些措施包括:为每门网络专业课程开设网络实验,设置“计算机网络课程设计”课程,使学生能够配置各种网络应用服务器,使学生具备利用编程手段解决许多网络应用问题的能力,使学生能够设计并实现局域网和校园网。一个能力强的学生必然是一个网络基础理论扎实、实践能力强,而且能够运用所学知识解决网络问题的人。

参考文献:

[1] 陈鸣,王元元. 网络工程专业课程体系研究[D]. 全国教育科学国防军事教育学科“十五”规划研究课题报告,2006-4.

[2] 谢希仁. 计算机网络[M]. 5版. 北京:电子工业出版社,2007.

[3] 陈鸣,常强林. 计算机网络实验教程:从原理到实践[M]. 北京:机械工业出版社,2007.

[4] 陈鸣. 网络工程设计教程:系统集成方法[M]. 2版. 北京:机械工业出版社,2008.

[5] 陈鸣,胡谷雨,周雷,史衍华. 计算机网络课程教学的思考与创新[J]. 高等教育研究学报,2008(2).

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