王崇霞

（长治学院 计算机系，山西 长治 046011）

0 前言

网络工程专业自1998年教育部批准开设以来，发展十分迅速。社会对网络工程专业人才需求的数量和质量也逐年提高。网络工程专业是一门实践性非常强的工程类专业，需要培养有较强的专业技能和素养的行业应用型人才，但网络工程专业在发展中出现教学和市场脱节的现象，高校难以满足市场对网络专业人才的需求，培养的学生专业特色不鲜明，实践创新能力强的优秀人才欠缺。

2014年教育部提出地方本科高校向“应用型大学”转型发展。要求“应用型”大学的培养目标以能力而非以知识为核心，加强实践、实习和实训教学设计，主张采用案例分析、项目驱动等适应应用型人才培养目标的多样化教学方法[1]。但地方本科院校底子薄、资金不足，网络工程专业实践教学上投入欠缺，实践教学依然不能全面开展。近年来，虽然各院校在一定程度上对实践教学的硬软件设施进行优化妆，但仍然难以满足网络工程专业应用型人才培养的实践教学需求，如何利用有限的硬软资源，加强地方本科院校网络工程专业的实践教学，是地方本科院校向应用型大学转型发展的基础，也是提高学生解决实际问题能力、培养创新能力的重要方面。

1 网络工程专业实践教学中存在的问题

目前，地方本科院校网络工程专业实践教学主要有课程实验、课程设计、毕业设计等几种方式，但这些实践教学模式已不适合网络技术高速发展时代的教学需求，主要问题有以下几方面。

1.1 教师设计实践项目，学生被动学习

传统的网络工程专业实践教学中，教师根据实验室的硬软件设置，事先设计好实验项目和实验过程，学生在教师的安排下被动完成实践任务。实践过程缺乏自主性和创新性，学生无法感受到实践的乐趣和用所学知识解决问题的成就感，实践过程缺乏参与性和主动性。

1.2 不能在实践教学中及时融入新的网络技术

随着网络技术的快速发展，一些新的网络技术可能已在多个领域得以应用，但因为经费、投入成本等原因，在实践教学中不能及时融入新的网络技术，学生实践教学中获得的知识与实际市场需求脱节，致使学生毕业后无法学以致用。

1.3 实践教学中欠缺工程设计思路，不利于培养学生的工程实践能力

网络工程专业属于工程学科，实践教学应该注意培养学生工程管理实施需要的综合能力，而地方本科院校网络工程专业实践教学多停留在模仿层面。实践教学中欠缺独立构思设计到实施运行完成的工程实践锻炼，不利于学生工程实践能力和综合素质的提高。

2 虚拟实验辅助实践教学

虚拟实验是借助于计算机技术和虚拟技术，模拟实验需要的硬软件环境，仿真实验过程进行相关实验[2]。虚拟实验为网络工程专业实践教学开辟了新的思路，虚拟实验环境基本可以实现高校大部分课程的虚拟实践教学，有效缓解学校资金不足导致的实验软硬件短缺问题。虚拟实验教学在发达国家已十分普及，如2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目；新加坡国立大学电子工程系开发的用于工程教育的虚拟实验室，根据目前从可查到的各院校开放的对外服务看，国内部分大学已陆续建立了虚拟实验系统辅助教学。

建立完整的虚拟实验环境是进行虚拟实验的关键，虚拟实验环境包括相应的模拟实验室环境、虚拟实验设备、实验对象及仿真实验过程等[2]。目前已经建设的虚拟实验环境有多种，如Cisco虚拟实验软件、VMWare系统、基于云计算的虚拟实验系统等等。多数虚拟实验系统可以根据实验项目，设计灵活、自主的仿真实验过程，而且大多虚拟实验系统在计算机网络环境实现，所以在虚拟实验系统中可以融入先进的网络环境，使学生、教师都可以及时了解、学习最先进的网络技术，克服传统实验不能及时了解最新网络技术的弊端。

3 基于CDIO的网络工程专业虚拟实践教学模式设计

3.1 CDIO工程教育模式

CDIO（Conceive-design-implement-operate构思-设计-实施-运作）是21世纪初美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、瑞典皇家技术学院等四所工程大学联合倡导的一种新型工程教育模式[3]。它以工程项目从构思到实施的生命周期为载体，把工程过程构建划分为四个阶段，学生以主动的、课程有机串接的方式学习工程。将教育过程与工程实施过程相融合，改善当前工程教育中存在的重理论轻实践的现状，培养学生掌握扎实的基础理论及专业知识的同时，也提高学生的终生学习能力、工程构建能力、团队交流能力和大系统掌控能力[3-4]。

在虚拟实验教学中融入CDIO教学模式，对一些当前硬件欠缺的实践项目有重要意义，构思、设计、实施、运行基于软件平台的虚拟实验过程，实现虚拟工程项目的管理、协作、设计和实施，有效整合现有的硬软件资源，建立基于虚拟实验的CDIO实践教学模式，从而为学生提供设计性、综合性和创造性的实践环境，进而培养与市场发展需求吻合、有较强实践能力和创新能力的合格大学生。

3.2 基于CDIO的虚拟实验教学设计

基于CDIO的虚拟实验项目不同于传统的实验项目，指导教师需要根据实验项目大小、难易程度确定实验分组情况。在实验项目完成过程中，指导教师不用事先编写详细的实验指导书，只需在实验课前指导学生了解虚拟实验软件的使用方法，确定本次实验项目的主题和实验内容，指导学生学习与实验相关的基本知识，制定实验项目要求和实验结果预期。学生在完全开放的虚拟实验环境中自主完成虚拟项目构思、设计、实施、运行。

网络工程专业经常使用Cisco的虚拟实验软件构建各种虚拟网络实验环境。下面以Cisco虚拟软件平台模拟路由器、交换机和多台计算机建立一个包含两个VLAN的虚拟网络为例阐述基于CDIO的虚拟实验教学过程。

实验要求：用路由器、交换机及多台计算机建立包含两个VLAN的虚拟网络。

实验目的：①理解VLAN的基本概念、原理和作用；②掌握VLAN的配置方法；③掌握VLAN的测试方法；

实验内容：①路由器的基本配置；②交换机的基本配置；③配置VLAN。

学生在实验时，根据构思-设计-实施-运作的工程教育模式规划、设计网络架构及VLAN的配置方法，再在Cisco虚拟实验软件平台上实施、运作，在实现过程中遇到问题再修改原有构思-设计。网络配置完成后，学生需要测试VLAN的连通性。实验完成后学生需要把实验中设计的网络及VLAN结构、IP地址的划分、测试结果等截图并写成实验报告交给指导老师。实验过程中，各小组设计的网络拓扑、IP地址、VLAN可能各不相同，实验的构思、设计、完成、运行由各小组成员决定，指导教师对实现的网络架构和结果没有统一规定。实验结束后，指导教师对实验结果进行统一分析总结，学生可以借鉴其他小组在本次实验中的优点，总结思考自己实验中存在的问题及改进方法。与传统的实验相比，这种基于CDIO思想的虚拟实验教学模式具有实验题目开放性、实验过程不固定和实验结果不唯一等特点。实验过程中，注重实验实施，加强实验结果分析，实验过程需要发挥学生的想象力和探究能力，激发了学生的学习兴趣，实现了学生设计创新能力的培养。

4 结束语

文章从CDIO实践教学的角度，探讨基于CDIO的网络工程专业虚拟实验教学模式，拓宽了网络工程专业开展实践教学的思路和方法。文章举例说明了基于CDIO工程教育理念完成基于软件平台的虚拟仿真实验过程，对网络工程专业开展基于CDIO的实践教学，拓展网络工程实践教学范畴，培养与市场发展需求相吻合，有较强实践能力和创新能力的合格大学生有一定的帮助。