基于CDIO的网络工程专业教学与创新创业教育融合研究

2021-12-14刘明良

网络安全技术与应用 2021年11期

◆刘明良

◆刘明良

（汉江师范学院数学与计算机科学学院湖北 442000）

网络工程专业是以培养技能型、应用型高素质人才为主要目标的工科专业，CDIO的工程教育是以“规划、设计、实施、运行”为主要步骤进行项目化运作，构建合理的企业工程师实践课程体系，拓展新型的校企业协同育人模式，有效融合CDIO工程教育、网络工程专业教育及创新创业教育，注重学生工程实践综合能力、创新能力的培养，不断吸收国内外先进的教育教学理念，可以提高专业教学水平。

CDIO；工程教育；创新创业教育；专业教育

2019年1月17日，习近平总书记在天津南开大学考察调研时再次强调“要加快双一流大学的建设，建设一流大学，一流学科，必须加强基础研究，力争在原始创新、自主创新上出更多成果，勇攀世界科技高峰”。建设创新型国家，是国家发展战略的核心，是提高民族竞争力有效途径，高校作为创新型人才培养的重要基地，积极推动创新教育与专业教育的深度融合，创新教学理念，促进教育不断创新教育教学模式，激发学生的创造力，才能培养更多应用型、技能型人才。

汉江师范学院是新升本的地方性本科院校，以努力建设合格的应用型本科院校为当前发展目标，迫切需要适应新的工程教育理念。基于CDIO的工程教育模式，更加注重教学模式的变革，实践能力的培养，应用于网络工程专业教学模式改革，探索在信息安全课程的项目式教学，有利于创新型人才的培养。

1 CDIO工程教育模式

CDIO 代表的是四个步骤：构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），它主要以产品开始研发到产品最后的运行的一个完整的生命周期为载体，让学生自己主动参与到实践，并把各课程有机联系起来学习工程，使学生在实践中学会工程师应有的知识、能力和素质[1]。

据有关调查报告显示，我国当前毕业的超过100万工程技术人才中，能够真正适应国际化公司任职的不到十分之一，主要原因之一就是在校专业学习过于理论化，没有从本质上解决专业实践问题，工程实践能力较弱。CDIO是国际工程教育与人才培养的创新教育模式，根据相关统计来看，CDIO工程教育模式已经证明了其在专业人才培养中对实践能力的先进性和可行性。因此，基于CDIO的工程理念教学模式是当前国内外解决应用型人才培养的有效途径。

2 网络工程专业教育的现状

网络工程专业属于应用性、实践性非常强的工程类专业，主要培养适应区域经济建设与社会发展需要，能从事计算机网络系统规划、设计、开发、部署、运行、维护等工作的高素质应用型人才。通过四年的学习或网络工程领域的工作锻炼能够达到以下能力：具有进取精神、服务社会的意愿和能力；具有扎实的自然科学基础、计算机科学基础和一定的研究能力；具有较强的从事计算机网络系统部署、运行、维护的能力；具有一定的计算机网络系统规划、设计、开发能力；具有较强的社会适应能力、知识更新能力和创新能力。然而传统的网络工程专业在实训教学过程中，普遍存在学习目标不明确，积极性欠佳，实践课程训练不到位，实训项目不能体现人才培养需求等问题，为此，必须寻求有效的网络工程专业教学模式，并融入创新创业教育，实现人才培养目标。

2.1 学习目标不明确，学习积极性不强

传统的网络工程专业以教师课堂教学为主，偏重于理论教学，学生动手操作不多，很多实训项目是在模拟器中完成的，如思科、华为公司都有自己的模拟器，为方便学习的同时也存在学习目标不明确，不能有效体验真实的运行环境，导致学生学习的积极性不高，学习效果不佳，很难实现人才培养所要求达到的基本技能[2]。

2.2 实践课程设计不合理

实训项目的设计分布在相关课程当中，对应的知识点比较分散，没有构建完备的工程实训课程体系，实训项目的操作性不强，无法满足市场对网络工程人才技能的需求。比如，路由交换机的配置课程，主要设置了交换机、路由器的配置实验，像网络的集成、网络的运维以及与防火墙、IDS设备的综合应用就没有联系起来，不利于综合实践能力的培养。

2.3 实训教材不能满足人才培养需要

网络工程专业理应紧跟时代发展，不断更新知识体系，设置合理实训教材，但是传统的实践教材理论性偏强，特别是教材上讲到的新产品型号早已淘汰或下线，没有按照工程实践的要求进行设计，主流公司企业考虑到技术的保护，也不愿公开太多、太新的技术指南、参数，导致学生所学知识与实际应用脱节，无法适应网络工程就业岗位。

3 将CDIO工程教育理念融入专业教育、创新创业教育的具体实施

针对传统网络工程专业教育，特别是专业实践教育存在的问题，必须进行有效的教学模式改革，将CDIO工程教育理念与专业教育、创新创业教育的融合是有效的解决途径[3]。

3.1 构建合理的企业工程师课程体系

网络工程专业的主要培养方向有两个：一是网络工程规划与运维；二是网络安全管理。对应的岗位有网络工程师、网络安全工程师等。市场上的主流企业针对这些岗位上提供了很多认证，如华为公司的HCNA、HCNP、HCIE等证书，深信服科技的SCSA、SCSP、SCSE等证书，这些证书的认证需要完善的工程实践课程体系。如图1 所示为SCSA安全工程课程体系。

图1 SCSA安全工程师课程体系

通过充分开展以市场为主体的用人需求调研，结合企业工程师课程体系，设计校内课程实训项目，专业人才方案的制定对接企业需求，在图1课程体系中，我们把整个网络安全方向的课程划分为三大类项目：服务搭建实训项目、协议分析实训项目、构建安全可视可控的企业网络实训项目，这三类项目分别对应有相应的专业课程和知识体系，从底层的系统与服务到高层的应用可视可控项目，每一部分设计相关的工程项目，按照CDIO的教育理念：“构思、设计、实施、运作”几个步骤，真正有效培养了学生网络安全基本技能。

3.2 拓展新的校企合作协同育人模式

校企合作协同育人是解决学校与市场接轨的有效方式，传统的合作方式大多是企业在学校办专业，由企业工程师到学校讲课，或是学生在专业实习阶段到企业实习，虽然在一定程度上提升了学生的实践技能，但还是沿用校内的人才培养方案，而且可能夹杂一些利益纠葛，存在种种弊端，应该拓展新的校企合作模式。新校企合作协同育人的方向主要在以下几个方面进行：

（1）校企共建实训室

近年，在教育部主导下，每年筛选大批有实力的企业与高校对接，进行协同育人项目的建设，不少还是上市公司，在实训室建设上，借助企业资金雄厚、技术先进的优势，让企业在校内投资建立实训室，学校定期为企业订制培养工程师筹备人才。这样，提升了学校实训环境，同时为企业在人才培养上，更缩短了培养周期。

（2）校企共同编写教材

在实训教材编写上，可以由企业工程师和校内教师共同担任教材编写任务，近期教育部指定由华为公司牵头与学校合作共同制定了“1+X”职业技能等级证书培训标准方案，并且推出了网络系统建设与运维“1+X”职业培训系列教材。在这套教材中，充分体现了职业教育、工程教育理念，紧跟市场需求，以项目为驱动，进行真实应用为需求，引入工程案例教学，通过实训分层、分步骤的讲解网络技术原理，并且对实验结果和现象进行汇总、注释，有效缓解了传统教材不足问题。

（3）师资培训

在师资培训方面，学校定期选派教师到企业进行工培训，或参与企业工程项目实施，鼓励教师参加企业工程师认证，有效提升教师的职业技能，做到真正的“双师”培养。[4]随着教育部的“1+X”证书制度实施，有关大型企业快速跟进，主动进行校企合作，更会注重师资培养，如华为、深信服、新华三等通信企业联合其代理商在不同地区和高校大量进行师资培训。

（4）行业资格认证

资格认证方面，按照行业的认证标准，构建相应的课程体系，开设对应的实训课程，取得证书后可以冲抵校内学分，提高学生考证的积极性，解决学生学业负担过重，同时提升工程实训技能。

（5）就业、创业指导

解决就业、创业一直是学校存在的难点，为与市场有效对接，可以把企业导师请到学校进行就业、创业讲座，参与人才培养方案的修订，做好就业工作推荐，或者校企签订订单培养计划，也为优先满足企业用人需求提供了便利。

3.3 有效融合工程教育、专业教育、创新教育

工程教育的核心理念是教育教学工程项目化，从项目的“构思、设计、实施、运作”几个环节对项目进行严格把控，力求更加接近于实际工程。专业教育是在人才培养方案的框架下，以课程为载体，通过课程教学、实训、实习实现培养目标，培养质量的衡量可以通过教学质量监控、专业认证等。创新教育是以培养学生的创新精神和创造力为基本价值取向的专业教育。三者之间如何有效融合，是解决当前专业教育不足的关键途径。

3.4 优化实训考评机制

基于CDIO的工程教育更加注重学生的能力评价，在工程项目实施中，通过学生在项目中的不同角色办学进行合理评价，项目设计好之后，成立项目实训小组，对学生在不同岗位进行过程评价，将评价贯穿于整个项目中，特别在项目的展示环节，让学生按照项目的设计理念、规划、实施、运行等环节分别讲解，充分表达，同时包括文档的规范性、科学性评价等，使学生的团队协作、创新精神、综合能力得到有效的提升。

3.5 基于CDIO工程实践案例

网络工程专业是典型的培养应用型、技能型人才的工科类专业，把实训课程设计成不同的工程项目，按照企业的工程思维，进行项目的全方位实施，让学生在项目实施过程中深入体会理论知识的内涵，同时把取新的技术融入实践教学中，充分提高学生的学习积极性，激发学习的创造力。我们最近对网络工程专业的核心课程《网络安全技术》进行了教学模式改革，通过图1可知，《网络安全技术》属于SCSA安全工程师课程体系中的安全可视可控，把本部分的课程包装成四大类安全可视可控企业网络实践项目：可视可控技术、威胁动态防御技术、数据加密传输技术、移动安全接入技术等。

以华为下一代防火墙USG60000为例说明防火墙安全部署项目。防火墙有三个接口，内部区域、外部区域、非军事区，在理解三个区域功能基础上，利用防火墙的配置命令对防火墙进行安全配置，配置防火墙的接口名字、以太网的接口参数、内外网卡的IP地址、指定外网范围、静态路由、动态路由等，同时还要设计防火墙的安全策略。但是学生在进行项目实施时发现随着黑客技术的不断发展，针对公共信息平台容易遭受黑客的频繁攻击、信息保护、对失陷主机溯源等安全难题，单纯布置常规的防火墙是不够的，引导学生积极思考、深入分析、创新观念，可以在公共信息平台通过“在线审批监管”、“信用信息共享”新技术，实现安全的边界隔离，同时通过前置信息监测、拦截IRF流结合二次认证的方式有效解决黑客窜改网页，对关键数据的检测可以防止口令的暴力破解等。如深信服的下一代防火墙产品能有效解决此类难题。