網絡工程專業實踐教學體系建設初探

　　摘 要：以我校網絡工程專業設置為背景，從實踐教學內容、網絡實驗室和師資隊伍方面介紹實踐教學體系建設過程中的探索。其中，著重闡述實踐教學內容建設，包括課程實驗、課程設計、專業實習和綜合設計等環節。實踐結果表明，本文提出的網絡工程專業實踐教學體系建設方案效果較好，有利于提高教學質量和為社會培養高質量的網絡技術人才。
　　關鍵詞：網絡工程專業；實踐教學體系；實踐教學內容；網絡實驗室建設
　　
　　1 實踐教學體系建設意義
　　近年來，隨著計算機、通信、網絡及多媒體技術的發展，社會各領域需要大量網絡工程應用人才。為了順應此需要，許多院校紛紛開設網絡工程專業[1]，我校也是其中之一。
　　基于教育部有關專業指導性意見和社會對網絡工程人才的需求，結合我校實際，我們制定了網絡工程專業培養目標：培養基礎扎實、知識面寬、具有創新精神的二十一世紀計算機網絡技術發展需要的高級人才。通過四年學習，該專業的畢業生能從事網絡應用軟件開發、網絡工程設計與規劃、網絡安全防護、網絡運行維護與管理等工作。由于網絡工程專業是實踐性很強的技術，要想實現培養目標，必須高度重視實踐教學體系建設[2]。因為實踐教學體系是教學的重要組成部分，是課堂教學的補充和延伸，也是學生將所學理論知識與實踐相結合的一個重要手段和必不可少的重要過程。因此，建設實踐教學體系有利于提高教學質量，能為社會培養高質量的網絡技術人才[3]。
　　2 實踐教學內容建設
　　網絡工程專業實踐教學內容大致可以分為兩大塊：1)專業基礎實踐；2)專業方向實踐。前者是計算
　　
　　機科學與技術一級學科基礎技能，其下所有專業都必須掌握，網絡工程也不例外。如程序設計基礎實踐、計算機組成原理實踐、操作系統實踐、數據庫系統實踐、數據結構實踐和軟件工程實踐等；后者則是網絡工程區別于其他專業的特定技能，如計算機網絡原理實踐、網絡工程實踐、網絡安全實踐等。前者具有共性、后者具有特性；并且前者是基礎、后者是拓展，前者是為后者服務的。由于專業基礎實踐體系目前已經基本成熟，有很多可以借鑒的研究和實際成果，而網絡工程專業作為一個新專業，其專業方向實踐教學內容還處于探索階段，所以本文的實踐教學內容以網絡工程專業方向實踐為主。如無特殊說明，以下的實踐教學內容均指專業方向實踐教學內容。圖1是網絡工程專業的實踐教學內容。我們將網絡工程的專業方向實踐教學內容分為四塊：1)課程實驗；2)課程設計；3)專業實習；4)綜合設計。下面分別介紹。
　　2.1 課程實驗
　　網絡工程專業方向的課程可以分為計算機網絡原理、網絡編程、網絡安全、網絡工程、網絡管理和互聯網應用與維護等課程。
　　計算機網絡原理課程是網絡工程專業的核心專
　　
　　基金項目：國家自然科學基金(60803160);湖北省教育廳科學研究項目(Q20111110); 2011年武漢科技大學教學研究項目。
　　作者簡介：金瑜，女，講師，研究方向為分布式計算、P2P信任研究; 趙紅武，男，副教授，研究方向為分布式數據庫；顧進廣，男，教授，研究方向為語義網，軟件工程。
　　
　　業基礎課之一，著重介紹實現位于不同地點的節點之間通信的過程和原理，強調系統中軟硬件之間的協商過程，即協議和分層。
　　因此該課程的實驗重點在于解析各個層次協議包的格式、協議運行過程等。數據鏈路層實驗有以太網鏈路幀格式分析；網絡層實驗有ARP協議分析、ICMP協議分析、IP分組分片、IP協議分析、距離向量路由算法分析、鏈路狀態路由算法分析等；傳輸層實驗有：UDP協議分析、TCP協議分析、TCP連接、超時重傳等；應用層實驗有RIP協議分析、OSPF協議分析、DNS協議分析、FTP協議分析、HTTP協議分析等。
　　網絡編程也是網絡工程專業的一門專業基礎課，著重介紹在UNIX/Linux系統下基于TCP/IP網絡套接字接口的基本編程方法，包括迭代與并發服務器編寫方法、進程與線程編程技術、I/O編程技術、IPv4與IPv6的兼容性、原始套接口、數據鏈路訪問技術、廣播與多播技術等。可以開設的實驗有Socket基本編程eQ3mF+sWmud7vVtJp3C2PkNNsbJVX+iMKYye50baJqU=基礎、基于TCP 的網絡程序設計、基于UDP 的網絡程序設計、Ping 程序設計、并發服務器程序設計、I/O 復用程序設計、Traceroute 程序設計等。
　　網絡安全是一門涉及計算機科學、網絡技術、通信技術、密碼技術、信息安全技術、應用數學、數論、信息論等多種學科的綜合性科學，也是網絡工程專業的核心課程。該課程重點在于介紹基本網絡安全理論、目前常見的網絡攻擊以及防御技術和工具等，開設的實驗有使用Ethereal(或Sniffer)網絡嗅探工具分析網絡通信、漏洞掃描及入侵、網絡隱身、木馬攻擊、DoS攻擊、ARP欺騙攻擊、Windows操作系統平臺的安全設置、Windows 2000 Server操作系統平臺主機的安全配置方案、網段安全實用防護、利用IPSec：篩選表屏蔽危險端口、利用PGP軟件實現電子郵件加密、windows 2003 Server的Web證書服務、使用基于主機的入侵檢測系統Blackice、數據備份與恢復等。
　　網絡工程課程主要是從工程角度來描述構建網絡系統所需要掌握的技術。重點闡述網絡體系結構、交換機和路由器等通信設備功能、選型及應用，網絡工程規劃與設計，綜合布線系統設計與施工技術，網絡測試，以及相關工程標準與規范等。該課程的實驗可以分為雙絞線電纜的制作及簡單以太網組網、交換機初步使用、交換機中VLAN配置、路由器的使用、路由器中的靜態路由配置、路由器中OSPF的配置、ACL配置、NAT配置、小型網絡的規劃與設計等。
　　網絡管理主要培養學生面向網絡管理員崗位的核心職業能力和職業素質，是一門面向職業崗位的技術應用類課程。它介紹計算機網絡管理系統的基本概念和實際應用，以SNMP協議為基礎詳細討論網絡管理系統的體系結構、管理功能域、協議規范、管理信息庫組成、遠程網絡監視功能和安全機制，開設的實驗有網管軟件使用(如SNMPUtil，StarView，SNMPc，華為的Quidview)、SNMP基本原理驗證、網絡拓撲發現、性能管理、Windows 2003網絡管理、應用WinSNMP進行網絡管理編程等。
　　互聯網應用與維護課程主要涉及在互聯網中流行的應用以及對這些應用服務器的配置和管理。實驗包括DNS服務器配置和使用、Active Directory安裝管理、Web服務器配置和作用、FTP服務器配置和使用、電子郵件系統配置和使用、DHCP服務器配置和使用、Telnet服務器配置和使用、磁盤管理、備份和還數據、IE瀏覽器配置和使用、遠程終端服務配置和使用。
　　2.2 課程設計
　　課程設計是對實驗課程的進一步鞏固和深入，可以從深度和廣度上對實驗教學進行擴展，能彌補實驗教學上的實驗環境和師資力量上的不足，更進一步地讓學生理解和掌握所學的理論知識。鑒于計算機網絡原理、網絡安全、網絡工程這三門課程在網絡工程專業的核心和基礎地位，我們認為網絡工程專業方向應該開設這三門課程的課程設計，讓學生加深對這幾門課程的理解。
　　計算機網絡原理可以開設的課程設計題目有計算校驗和、幀封裝、模擬Ethernet幀的發送過程、發送ARP包、解析ARP包、解析IP包、IP地址的合法性及子網判斷、利用WinpCap進行協議分析等；網絡安全課程設計的題目有端口掃描編程實現、服務器掃描編程實現、多線程掃描編程實現、網絡數據包生成編程、入侵檢測編程等；網絡工程課程設計的題目可以為中型網絡系統規劃和設計，包括網絡規劃與設計需求分析、網絡系統體系結構設計、網絡地址和命名模型設計、系統中路由協議設計、網絡安全設計、網絡中服務器設計等。
　　
　　2.3 專業實習
　　專業實習是讓學生親身參與實際項目開發過程，讓學生對項目設計與開發有切身體會，畢業后能快速適應公司的環境和業務。根據所需技能程度，網絡工程專業實習大致分為三種：計算機軟硬件集成實習；網絡工程專業方向生產實習；網絡工程專業方向畢業實習。計算機軟硬件集成實習要求的技能最低，一般只需學生對計算機的軟硬件有感性認識，能夠獨立完成計算機系統的安裝；生產實習對學生的技能要求次之，一般需要學生在指導老師的幫助下，熟悉利用軟件工程或網絡工程思想設計和開發實際項目的流程；畢業實習對學生技能要求最高，面向就業，要求學生能獨立設計和實現實際項目的一個模塊。
　　計算機軟硬件集成實習對于計算機科學與技術學科的所有專業都是相同的，一般在學校的工程訓練中心完成；而后兩種實習要體現網絡工程專業特色，我們通過與實訓公司合作，讓學生參與實際的網絡應用或網絡工程項目的開發過程，使學生對網絡工程專業的專業技能和就業方向有更深刻的認識。
　　2.4 綜合設計
　　綜合設計要求學生利用所學理論和實踐知識，解決本領域內實際問題，要求學生具有一定鉆研和創新精神。綜合設計按照題目大小和難易程度又分為專業方向課程設計和畢業設計，前者一般用三周完成，解決一個實際小問題，或者是大問題的一個小模塊；而后者完成時間一般為三個月，利用軟件工程或網絡工程的思想完整地實現一個網絡應用或系統。
　　根據學生不同興趣(或者就業行業不同)，綜合設計題目大致可以分為三個方向：網絡應用系統開發、網絡工程規劃與設計、網絡管理。網絡應用系統開發對學生的要求最高，就業方向是網絡公司或軟件公司的網絡應用開發工程師；網絡工程規劃與設計次之，就業方向是系統集成工程師；而網絡管理對學生的要求最低，就業方向一般為企事業單位的網絡管理員。指導老師可以根據學生能力、興趣、就業期望為學生制定個性化綜合設計題目，讓每個學生都能各盡其能并增長理論和實際動手能力，實現網絡工程專業的培養目標。
　　3 網絡實驗室建設
　　為了滿足網絡工程專業學生以及全院本專科計算機網絡教學需要，我們網絡工程系在銳捷網絡有限公司的幫助下，組建了網絡實驗室。
　　整個網絡實驗室共有8組設備，一臺服務器、一套協議分析軟件。每組設備由4 臺路由器、2臺三層交換機、2臺二層交換機、8 臺PC機及一個RCMS控制系統組成。RCMS對組內的8個設備進行統一管理(4臺路由器和4臺交換機)，每次可以容納64人同時實驗。學生可以通過訪問RCMS控制系統，對組內任意路由器和交換機進行配置，實現設備間的平滑切換。教師也可以通過遠程訪問RCMS系統，對組內設備進行快捷管理，如可以對組內所有設備進行一鍵清，自動刪除所有配置，為下次實驗做好準備工作。并且每個實驗設備組都有一套插口槽，代替部分路由器和交換機以及所有PC機的端口，學生做實驗室時，一般情況下都不用在路由器和交換機上插拔線纜，這可以保證設備端口的使用壽命。
　　網絡實驗室承擔的教學任務有計算機網絡原理、網絡編程、網絡安全、網絡工程、網絡管理等課程的實驗教學，還有網絡工程專業的課程設計、專業實習和綜合設計等實踐環節的教學工作。為了讓學生更充分地利用網絡設備，我們正在建設開放實驗室，目前相應管理軟件正在開發中。
　　4 師資隊伍建設
　　網絡工程專業具有實踐性強等特點，如果教師缺乏實踐經驗，科研和工程能力差，培養學生的實踐能力就會成為一句空話。因此我們非常重視師資隊伍建設，主要采取如下措施。
　　1) 堅持師資培訓。為了加強教師們的實踐動手能力，我們持續派骨干教師參加全國網絡相關精品課程培訓以及著名網絡公司專項培訓；選派教師參加全國網絡工程專業相關會議，去年，我們參加了在國防科技大學舉辦的第二屆網絡工程專業研討會，今年參加了在東南大學舉辦的第三屆會議。專家們對網絡工程專業設置的經驗可以為我們建立實踐教學體系指引方向。
　　
　　2) 科研促進教學。鼓勵教師將科研融入到教學中，讓學生了解本領域內前沿，跟上社會和學科發展步伐。目前，我們網絡工程系成立了很多興趣小組并吸引學生參加，如網格計算、云計算、P2P計算、無線網絡、協議分析可視化等，教學效果較好。為了讓更多學生加入教師的科研團隊，我們提出了一個新舉措，即“本科生導師制”。與碩士、博士導師制相類似，每個教師指導2～4個網絡工程專業本科生。教師要為學生的學習和就業提供指導性意見，學生要定期向教師匯報工作進展。
　　5 結語
　　為了與網絡工程專業理論教學體系相配合，我們提出了實踐教學體系建設方案，為后期的精品課程建設奠定基礎。雖然我們在實踐教學體系建設中已經取得了一定成績，但還有很多地方需要我們落實和完善，今后我們準備從以下幾個方面加強實踐教學：1)繼續組建新的實驗室，如網絡安全實驗室、實時工業網絡實驗室等；2)將理論教學與實踐教學更緊密地結合起來。有些理論非常枯燥，教與學都很困難，在這種情況下，我們可以到實驗室去教學，邊講授理論邊進行實驗驗證，如在計算機網絡原理課程里，協議報文格式對學生來說很難理解，更談不上識記，但當他們在實驗中編輯或截獲報文后，字段含義對他們來說就很好理解了，學生掌握了報文的關鍵字段，教學的效果就會更好。
　　
　　參考文獻：
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