基于CDIO模式的網絡工程專業“工程能力”培養

陳 琳

(長江大學 計算機科學學院,湖北 荊州 434023)

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基于CDIO模式的網絡工程專業“工程能力”培養

陳 琳

(長江大學 計算機科學學院,湖北 荊州 434023)

網絡應用需求不斷發展對網絡工程專業學生提出了更高的工程能力要求，本文簡要分析了CDIO工程教育模式的理念，探討了工程教育模式在網絡工程專業建設過程中的教學改革與實踐。提出了基于CDIO工程能力要求和以項目驅動方式開展教學的人才培養方案、課程體系、工程能力培養過程和措施等教育改革的模式和方法，按照立體化、多層次的思路，在“基礎工程能力→專業工程能力→綜合工程能力→職業技能能力→創新工程能力”方面循序漸進地提升學生工程實踐能力。同時指出，融入CDIO理念的工程專業改革模式還需要進一步實踐和探索，客觀和量化的考評體系還需要進一步明確。

CDIO工程教育; 網絡工程專業; 教學改革; 課程體系

0 引 言

麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學經過4年的探索研究，建立了CDIO工程教育模式改革的先進教學理念。CDIO包含了1個能力大綱和12條評測標準,其能力大綱要求工程畢業生具有技術知識和推理、個人職業技能、團隊協作與交流、及工程系統構思(Conceive)-設計(Design)-實施(Implement)-運行(Operate)4個層面的能力，而12條評測標準則對整個模式的實施和檢驗進行了系統的、全面的指引，使得工程教育在能力培養、全面實施、檢驗評測方面具體化、可操作、可測量。CDIO教育模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程知識，體現了工程教育的系統性、科學性和先進性，代表了當前工程教育的發展趨勢，因而受到高等院校、社會、企業及學生的普遍歡迎。

計算機網絡技術和通信技術的高速發展促進了網絡工程專業的快速發展。教育部分別于1998年和2012年頒布了《普通高等學校本科專業目錄》，在1998版專業目錄中，網絡工程是目錄外專業，而在2012版專業目錄，計算機科學與技術與軟件工程、網絡工程、物聯網工程、信息安全及數字媒體技術成為工學門類下計算機類的六個專業[1]。專業設置的變化及六個專業間的緊密相關性，導致網絡工程專業在人才培養目標與要求、課程體系、理論與實踐教學內容等方面難以有嚴格的規范，各個高校網絡工程專業目標和開設的課程也不盡相同。

網絡工程專業屬于工程學科，非常適合采用CDIO工程教育模式[2-4]。本文依據CDIO先進的思想，探討網絡工程專業在我國新型工業化建設的需求下對應的人才培養目標與課程體系，力求按照構思-設計-實施-運行的思路，以項目驅動的方式，在培養學生工程實踐能力的同時，較全面地增強學生的綜合能力和素質，并以此促進網絡工程專業的規范和發展，不斷提高人才培養的質量，滿足社會對應用型人才的需求。

1 網絡工程專業工程能力內涵與專業現狀

2012版專業目錄給出的網絡工程專業培養目標是：培養德智體全面發展，掌握數學和相關自然科學及計算機通信基礎理論知識，掌握計算機網絡系統的規劃設計、維護與管理、安全保障和應用開發的基礎理論、知識、技能和方法，具備良好的工程管理能力和綜合素質，能夠承擔計算機網絡領域的系統設計、開發、部署、運行、維護等工作的高級技術人才。其人才培養規格中給出了網絡工程專業學生應該具備的6條能力要求。同時，CDIO工程教育模式的能力大綱指定了4個層面的能力要求，結合網絡工程專業人才培養目標，可以將其中的能力要求具體細化為14個方面。專業目錄與CDIO模式各自的能力要求如表1所示。

目前，我國高校網絡工程專業的人才培養目標和課程體系有三個方面的特點：①側重于通信類、計算機類的網絡工程兩個專業方向，前者側重通信類課程，如成都電子科技大學，后者則側重于計算機與網絡工程課程，如重慶大學、中山大學等[5]；②結合學校鮮明的行業背景和科研特色，為行業培養專門的網絡工程高級人才，如石油和礦業類高校、農業類高校等；③定制類的人才培養，部分高校利用區域經濟發展優勢，與網絡技術相關企業進行校企合作的“應用型”人才培養模式的改革，學生畢業后直接進入企業工作[6-7]。

表1 工程能力要求比較

上述三類培養目標可以歸屬于工程型、技術型、技能型等應用型人才培養模式[8,9-11]，有不同的專業內涵，在一定程度上具備明顯的特色，也取得了較顯著的成效。但是與CDIO工程教育模式相比較，國內的培養目標存在基礎理論知識片面、工程項目系統實踐能力缺乏、探求知識的能力和創新發展空間不足等方面的缺陷，與國際公認的工程教育考核標準還存在較大的差距。

2 基于CDIO的網絡工程專業人才培養目標

2.1 專業定位、培養目標與規格

專業定位要與學校類型、辦學層次、人才培養目標、服務面向保持一致，同時也要適應社會、經濟、科學技術發展的需要，符合學校自身條件(有相應學科支持)，并遵循教育教學規律。

《中華人民共和國高等教育法》規定，本科教育“應當使學生比較系統地掌握本學科、專業必需的基礎理論、基本知識，具備本專業必要的基本技能、方法和相關知識，具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力”；教育部教育司2012年頒布的《普通高等學校本科專業目錄和專業介紹》[1]中，依據教育法中本科生學業要求，為每個專業制定了指導性的人才培養目標和規格要求(見表1)，并給出了核心知識領域和核心課程示例。

本專業的人才培養目標與規格要求既要符合教育法和專業目錄，又要考慮與CDIO國際工程教育模式接軌，在“強基礎性”的教育模式下，走可持續內涵發展的道路，走“強工程實踐能力”的道路[2-3,11]。

我校作為地方高校，定位于教學研究型。因此，我校網絡工程專業人才培養目標為：適應我國社會主義現代化建設需要的，培養德、智、體全面發展，具有良好的科學素養和人文知識背景，系統地掌握計算機科學與技術、網絡工程、通信工程與信息學的基礎理論和基本知識，具有較強的實踐應用能力與知識創新能力，能在網絡系統規劃與設計、網絡系統設計與應用開發、網絡管理與維護、網絡安全與分析等方面從事相應工作的高級專門工程人才。

網絡工程專業要求較寬泛的學科基礎知識，相應的人才培養規格為：學習計算機科學與技術、網絡工程技術、通信工程等方面的基礎理論和基本知識，受到良好的科學思維和科學實驗的基本訓練，接受網絡及計算機科學與技術等方面的基本能力訓練，具有較強網絡領域的工程技術分析、設計、研究與開發、系統優化與維護等基本能力，同時掌握信息產業方面的法律法規，具有良好的英語交流能力、文獻檢索獲取信息的能力、健康的心理素質、較豐富的人文知識素養、較強的組織與協調能力、及具備一定的經濟學與管理學的知識、具有一定的創新潛質。

2.2 制定人才培養方案的原則

人才培養方案是為實現培養目的而對本專業學生進行培養的一個整體設計。作為定位于教學研究型大學的省屬高校, 網絡工程專業培養方案的制訂遵循如下原則:

(1) 符合教育法和教育部專業目錄要求；

(2) 與學校定位和人才培養目標保持一致；

(3) 與國際公認的CDIO工程教育模式接軌；

(4) 體現網絡新技術的發展，重基礎知識，強工程項目實踐能力；

(5) 結合社會對網絡工程人才的需求，處理好“窄口和寬口”的關系[12]，擴大就業面；

(6) 注重能力和素質培養，并具備一定的經濟學基礎知識；

(7) 以項目驅動的方式循序漸進實施工程能力訓練，不斷提高工程創新能力和創新意識。

3 網絡工程專業工程能力培養的課程體系

3.1 面向工程能力的課程體系構建

課程體系與教學內容既要符合本專業人才培養目標，也要能夠反映本學科專業發展方向、經濟社會發展需要和學生的需求，因而體現了專業辦學的思想和人才培養的特征。結合服務面向和行業發展，以培養具有CDIO工程項目實踐高級人才的知識結構和能力要求為目標，形成了面向CDIO工程能力的課程框架，見圖1。其中，正面為“基于CDIO工程能力的課程體系”，是基于教育部專業目錄和教育教學規律，且面向服務、符合CDIO工程教育模式的課程體系；體系中的課程設置按照“CDIO工程能力”要求，按表1中14個方面的工程能力對學生進行培養；右側為“工程能力訓練模塊”，反映了實施人才培養的五個步驟，箭頭方向表明，工程能力訓練是以循序漸進或層層遞進的方式進行，從最基礎的“基礎工程能力訓練”開始，最終達到具有創新工程能力的要求。同時，圖1表明，人才培養的目標是重基礎理論知識，強工程實踐能力和素質的寬口徑(4個方向)的人才培養模式。

圖1 基于CDIO面向工程能力的課程框架

依據人才培養方案的制定原則和表1所示課程構架，給出了如表2所示的網絡工程專業基于CDIO工程能力的課程體系。體系中標明了課程類別、課程設置、課程與工程能力培養目標(編號同表1)間的關系、及五個方面的工程能力訓練與課程之間的對應關系。

工程能力訓練主要體現在實踐環節。其中，學科基礎課的實踐部分對應基礎工程能力訓練，專業核心課的實踐部分(課內實驗及相應的課程設計)為專業工程能力訓練；綜合與創新工程能力訓練則主要在后續的專業選修課程、專業實習和畢業設計中反映出來；專業實習和畢業設計等實踐環節也包含了對學生職業技能的訓練。按照先通識教育和學科基礎課程，再專業必修課程、選修課程的排課原則，在時間安排上依次進行五個工程能力模塊的訓練。

人才培養方案中不同課程模塊的學時和學分的統計如表3所示。學分學時總數、專業課程和選課課程的比例、實踐環節占總學時的比例等均符合教育部有關專業評估考核的標準。

3.2 工程實踐教學方式

實驗教學是工程專業人才實踐能力培養的最重要的實踐教學環節，對提高學生的工程實踐能力、綜合素質、創新精神具有不可替代的作用；同時對激發學生學習興趣、促進學生將知識轉化為實踐能力、逐步地轉化,滿足社會對工程應用型專業人才的需求, 具有重要的意義[11,13-14]。

實踐教學與理論教學有密切聯系，同時又有相對的獨立性，以此，實踐教學的課程設置應符合培養目標的要求，在培養方案中和相關課程保持協調一致的關系。在表2所示的課程體系中，除了專業必修單獨實踐課程外，在專業基礎課、專業核心課、專業選修課等重要課程中，都配有課內實驗。課內實驗以培養基礎和專業工程實踐能力為主，而其它課程主要培養綜合工程實踐能力、職業技能訓練和創新性工程能力訓練。

圖2說明了工程實踐教學的目標、不同學期開展工程訓練的課程模塊及實施訓練的方式。按照“基礎→專業→綜合→職業→創新”的方式，在不同學期循序漸進地培養學生的工程實踐能力。整個工程能力訓練以項目驅動的模式進行，即前期基礎課程和專業課程中，實驗項目的設置與內容、項目的類別(演示性、驗證性、設計性、綜合性)、難易程度等，均為后期綜合和創新工程能力訓練中的實際工程項目服務。圖2比較明確地表明了不同的課程、不同的工程能力訓練在培養計劃中的地位、順序和時間上的分配。

圖2 工程實踐教學的目的、模塊與方式

3.3 工程實踐教學實施

以CDIO工程教育模式為指導的教學過程，貫穿到每一個學期。為保證教學的實施并達到預期的效果，需要在下列四個方面開展相應的工作。

(1) 制訂實驗項目與考核機制，保障工程能力實踐訓練效果。在課程的教學大綱中，需要設計實驗項目并制訂課程考核的機制。每一門課程的課內實驗項目及單獨實踐課程的內容，必須系統化、最優化，即實驗內容，必須以全局的、系統的觀點來設計，同時保證所有課程的實踐項目和內容在邏輯上為綜合和創新工程能力訓練服務，為實施工程項目服務。實驗內容不僅要有演示性、驗證性項目，還需要有設計性、綜合性和創新性實驗項目。同時實驗內容還需要追蹤課程內容的更新，加強對學生綜合能力和創新思維的培養，以便創造條件使學生較早地參加科研或創新活動，培養學生在項目實施方面的工程實踐能力。

(2) 加強實驗平臺與基地建設，突出工程實踐能力訓練。實驗平臺包含校內基礎/專業實驗室、校內科研平臺，也可以在校外建立網絡實習基地和科研基地，如校內綜合布線、網絡工程、網絡安全實驗室、網絡仿真、協同開發、大數據與云計算平臺等可以立體化、多層次地開展五個階段的工程能力訓練。尤其是校外基地，必須擁有社會需求的實際項目，采用了較先進的實驗儀器和實際方法，也擁有比較成熟的項目研發、設計、優化、施工的科研團隊[4,11,13，15]，在培養學生工程系統“構思—設計—實施—運行”能力的同時，其它方面的各種能力及職業素養也會不斷得到提高。

(3) 開展校企合作，項目驅動教學提升綜合與創新工程實踐能力。學校要主動加強與社會、行業以及企事業單位聯系，積極創造條件共建校外實習實訓教學基地，推進學生赴企業參與研發項目、專業實習或畢業設計，把科學知識、專業能力應用到實際項目工程過程，以培養學生項目工程實踐能力和創新精神。結合我校石油行業特色背景, 我校與石油領域的軟件企業開展了“校企合作”人才培養模式的改革[10,15]，培養能夠在石油信息化領域從事網絡應用系統開發、網絡管理與維護的工程型人才；同時與武漢知名的網絡企業合作，在網絡規劃與設計、網絡優化與安全測試方面培養具有網絡工程能力的高級人才。通過參與項目，做到“做中學”、“學中做”，豐富了經驗，提升了能力。

(4) 建設“雙師型”教師隊伍，保障教學與工程能力訓練質量。人才培養模式的改革對教師具備的知識結構和工程實踐能力提出了新的要求，教師要在不斷更新知識的同時，提高自身的工程實踐能力。因此，要采用“培養-引進-兼職”的策略，建立適合專業目標的“雙師型”教師隊伍。可以采取的策略有：①通過選派教師到企業學習或參與工程項目實施，培養教師工程實踐能力，②從企業引進項目經驗豐富的高級工程技術人員，充實“雙師型”教師隊伍，③在企業聘請工程技術人員，不定期參與專業的實踐教學[15]，將新的技術、方法、經驗引入課堂，激發學生的學習熱情和探索知識興趣。攻讀學位、學術講座、教育教學經驗交流、指導大學生創新創業訓練項目等，也是提升教師教學水平和工程能力可行途徑。

4 結 語

CDIO工程教育理念是工程專業評估的重要依據，也是大多數高校在人才培養方面追求的目標。在網絡工程專業建設過程中，我們將CDIO工程教育理念融入到人才培養方案，厘清了課程設置與CDIO工程能力要求之間的關系，形成了基于CDIO工程能力的課程體系；在實施教學的工程中，以項目驅動的方式優化課程教學內容和實踐項目內容，并以循序漸進的方式培養學生五個方面的工程實踐能力。

CDIO教育模式思想先進、可操作性強，但如何與具體專業進行良好融合，還需進一步實踐和探討，尤其是實施效果的評估，還沒有比較客觀且定性的方法。

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Research of Engineering Capacity Cultivation Based on CDIO Scheme for the Major of Network Engineering

CHENLin

(College of Computer Science, Yangtze University, Jingzhou 434023, China)

The development of the network application demands the network engineering students to hold strong engineering capacity, This paper gives a brief analysis of the concept about CDIO engineering education scheme, and discusses the teaching reform and practice for the students with the major of network engineering. It deals with the CDIO engineering education mode. Teaching method and model are proposed based on the requirement of CDIO engineering capacity, and talent training scheme of project-driven way. The model includes curriculum system, process and measures about engineering ability training, and is established based on multi-dimension and multi-level thought. The reform improves engineering practical ability gradually by the way that starts with basic engineering ability, then professional engineering ability, then comprehensive engineering ability, then vocational ability and final innovation ability. At the same time, the paper also points out that further exploration and practice in engineering teaching reform are necessary, it includes CDIO ideas, and objective and quantitative evaluation system needs to be further clear.

CDIO engineering education; network engineering major; educational reform; curriculum system

2015-03-30

湖北省教學研究項目(2012249);長江大學教學研究項目(JY2013010)

陳 琳(1972-)，男，湖北荊州人，博士，教授，計算機科學學院院長，網絡工程專業負責人，湖北省計算機專業委員會常務理事,研究方向：計算機網絡與優化、移動與無線網絡、教學研究與管理。

Tel.：13593842112;E-mail:chenlin@yangtzeu.edu.cn

G 642

A

1006-7167(2016)02-0211-06