网络工程课程的“四层五类”实践教学体系设计

胡  罡，吴  荻，张  军，罗玉川，杨翔瑞

摘 要：针对网络工程课程能力培养分散的问题及“两性一度”的要求，提出一种“四层五类”实践教学体系，具体涵盖模拟仿真、单元实验、异构组网、可编程硬件 4 个层次以及连通性、可靠性、服务部署、业务管控、设备研发的 5 类专业能力训练，介绍具体实践并说明效果。

关键词：网络工程；实践教学；复杂工程问题；产出导向

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引 言

随着互联网走向各行各业，由计算机网络组成的网络系统已经深刻改变了工作和生活方式，“互联网+”“智能+”等成为了多个行业转型的重要机遇和抓手。网络工程专业就是伴随着这个趋势不断发展起来的，而本专业培养的人才，是否能够发挥专业特长，在这股不可逆转的技术潮流中始终拥有核心的专业能力，是网络工程专业必须解答的问题。

网络工程课程是网络工程专业的核心专业课。目前专业和课程已经同步建设了15年，形成了专业的六大能力[1]，即网络规划设计与实施能力、网络管理与维护能力、网络应用系统研发能力、网络安全保障能力、网络硬件系统研发能力、网络协议设计与分析能力。这六大能力均相应开设了对应的课程，分别为网络工程、网络管理、网络应用系统开发、网络安全、路由与交换技术、网络协议分析。本门课程定位主要在专业的第一个能力培养方面，即网络规划设计与实施能力方面，但也涉及其他的能力，比如简单的管理、安全管控等。

国内众多高校在网络工程课程建设方面进行了多维度的探索与创新。比如文献[2]中提出将SDN（软件定义网络）等前沿技术融入网络工程课程教学案例设计，并介绍了基于SDN的异常数据流监测和防护系统的教学应用。文献[3]中提出的“1+2+1”阶梯递进式人才培养模式，强调了专业基础、专业技能提升和综合实践的重要性。文献[4]中基于OBE教育理念，提出构建包含课带实验、课程设计、实习实训等多层次实践教学体系，以培养学生的工程实践能力。文献[5]中提出了基于虚拟仿真实验平台的网络工程专业教学方法，展示了虚实结合实验的可行性和有效性。文献[6]中提出了网络交换与路由课程教学改革，基于CDIO教育理念的教学模式创新，以及综合组网项目和教学考核的创新，以提高学生的实践能力和创新能力。

网络工程课程虽然目前取得了一定的建设成果，但依然存在两个主要的问题：①通过该课程如何来反映出专业的总体特色和能力，还没有公认的答案；②各种实验类型繁多，相互之间缺乏系统的关联设计，学生难以总体把控实验内容与未来专业能力之间的关系。为了解决该痛点问题，探索构建一种“四层五类”的实践教学体系，希望通过网络工程课程的学习，学生能够充分认清网络工程专业所需要的能力素质要求，在掌握网络规划设计与实施的基础上，具备对后续网络工程专业课程的初步认识，从而构建起相对完整的网络工程专业能力系统架构。

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课程基本结构

课程总体设计如图1所示。理论模块 16学时，主要围绕网络工程项目的全过程要素展开，主要包括需求分析、方案设计、系统实施、测试验收等主要环节。实践模块 32学时，包含 1个层次的课下实验和3个层次的课内实验，体现了循序渐进的教学设计。

课程的设计符合目前国家一流课程的要求，在高阶性、创新性、挑战度方面，均达到了一流课程的标准。充分考虑思政案例的设计，以润物无声的方式落实到理论和实验教学中。秉承“理论知识在实践中自主完成”的学习原则，严格按照学生能力产出的导向标准，根据学生培养目标和毕业要求，反向进行教学内容设计，符合工程教育的标准以及工科学生的学习特点。

1.1课程知识目标

知识方面，学生能进一步理解计算机网络的工作原理，熟悉网络工程过程模型和涉及的关键技术，掌握网络工程需求分析、规划和方案设计的基本方法，初步掌握常用的网络交换机、路由器、防火墙等网络设备，以及网络应用系统、网络管理和网络安全系统的工作原理、主要功能和基本的操作配置方法，具有大、中、小型局域网络的规划、设计、施工、管理与维护的基本技能，将来能从事网络工程与信息系统建设、管理与维护相关工作。

课程知识的组织按照项目实施的流程来进行（见表1），结合具体的案例，知识点的掌握在实践过程中得到强化与检验。

1.2课程能力目标

本课程的能力目标也围绕实际网络工程系统的实现进行设计。学生必须具备完整的项目规划能力，即能够设计实现一个真实的异构网络系统，并且能力的达成支撑学生的毕业要求，具体支撑关系见表2。

1.3课程素质目标

网络工程课程要达成的思政目标包括以下几方面。

（1）法治意识：结合网络强国、自主可控等总体要求，使得学生在网络工程的项目实施中树立法治观念，具体包括招投标要求、项目实施的法律保障等。

（2）工匠精神：培养学生具备严谨求实、精益求精的工程师精神。具体通过网络工程项目的实施，学习如何排查网络故障、提高网络可靠性等，在解决实际工程问题中潜移默化地培养工匠精神。

（3）爱岗敬业：培养学生对从事网络工程及相关专业的热情，树立未来投入网络工程职业生涯的目标。

相应的典型思政案例见表3。

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“四层五类”实践教学体系

在明确课程的知识、能力、素质目标后，要重点考虑实践体系的设计。为了达成对上述3个维度的目标，设计的“四层五类”实践教学体系如图2所示。

1） “四层”实验架构。

（1）从华为eNSP网络模拟器开始模拟实验，使得学生熟悉网络设备使用的基本能力。

（2）单元实验，学生到实验室配套的真实华为网络设备上完成多个实验。

（3）在具备一定的实验基础后，开展异构网络综合实验，要求学生能够把之前单元实验的内容全部在一个项目中进行实现。

（4）最后进行可编程网络实验的实施，让学生初步掌握网络设备的研发能力。

4个层次由易到难，符合学生学习的特点。在异构网络综合设计实验中，学生再次使用在前两个阶段所掌握的实验能力，巩固掌握程度，尤其是之前单元实验中没有出现过的问题，很有可能在综合实验中出现。另外也鼓励学生采取在之前单元实验中没有用过的方式来完成自己的实验项目。

2 ）“五类”实践能力。

4个层次的实验设计目的是培养学生5类网络工程的主要能力，包括可靠性保障能力、连通性保障能力、网络应用服务部署能力、网络业务管控能力和网络设备研发能力，从而综合构建起学生的网络工程系统实践能力。其中通过异构网络综合设计实验，要求学生分组设计一个小型异构网络，并按照网络工程项目实施的方式进行，充分调动学生的主观能动性及协作精神，综合检验前两个阶段掌握的实验能力，体现课程的高阶性。最后，发挥学科优势，依托军队重点实验室的资源汇聚与辐射功能，通过自主研发NetMagic、Openbox 等网络教学平台，开展网络协议设计与验证等实验[7]，支持对交换原理、路由原理等关键网络机制的研发能力，体现课程的创新性。这两个类型的实验均具备较高的挑战度。

5类实验的案例见表4。由于课堂时间的限制，要求学生在课堂上必须完成每种类型中的2个基本实验，如果学生有时间，可以在课下完成其他实验，或者在异构网络综合设计中完成除基本实验外的实验。

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教学效果评价

为配合“四层五类”实践教学体系，网络工程课程设计了组网单元实验、异构综合组网实验及可编程网络协议实验，实验评分标准须围绕技术实现、方案设计、操作技能、实验报告质量、创新与问题解决能力等方面进行综合评定。

由于实验内容的差异，每类的评价侧重点有所不同：①对于单元实验，目的是让学生熟悉并掌握网络工程的基础概念和技术，如网络设备的配置、基本网络协议的理解与应用等。通过这些实验，学生能够学会基本的网络设备操作，如交换机和路由器的配置，理解IP寻址、子网划分等基础知识。②对于综合实验，目的是检验学生能否将多个网络技术集成在一起，解决复杂的网络设计和测试运维问题。这类实验通常涉及多台设备和多种协议，要求学生能够设计网络拓扑、进行高级配置，如Web服务设置、防环机制选择、业务流管控、安全策略等，以满足特定的业务需求。③对于可编程网络实验，目的是通过深入理解网络设备的工作原理，学生能自主设计实现一个交换机或路由器的核心功能，比如交换功能和路由转发功能。

具体评分标准见表5。

图3为近两年实验内容的得分对比。从2022年和2023年的实验成绩看，2023年的实验分数普遍高于2022年，说明学生在网络技术方面的掌握程度有所提高。综合实验由于课程从2022年 64学时降低为2023年的 48学时，时间缩短导致成绩有所下降。而可编程网络实验配备了多名教辅和工程师，学生成绩明显提升。后期要对学生在不同能力方面的拓展实验进行设计，进一步引导学生掌握 5类能力的深度。

通过一系列的实践不难看出，实验教学效果显著，学生能够较好掌握网络技术的基本知识和技能，能够在课程目标的3个维度上获得专业能力的有效训练，并为将来从事网络工程的相关工作打下坚实的基础。

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结 语

“四层五类”实践教学体系在网络工程课程中的实施表明，该体系可以使学生在本课程的学习过程中对本专业的核心实践能力要素建立起完整的系统架构。该模型的设计体现了“两性一度”的要求，能够有效完成学生复杂工程能力的培养训练。在未来的课程建设中，将按照持续改进的要求，不断完善具体实验内容的设置，动态调整实验内容并形成丰富的实验案例库，在“知识、能力、素质”的培养方面形成典型成果，力争将优秀教学成果推广到全国高校的专业同行。

参考文献：

[1] 教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会. 高等学校网络工程专业规范[M]. 北京: 高等教育出版社, 2016.

[2] 何亨, 王佳, 张志辉, 等. 面向网络工程创新人才培养的软件定义网络教学案例设计[J]. 计算机教育, 2024(6): 25-35.

[3] 荆山, 王晓芳, 刘鹍, 等. 新工科背景下网络工程专业应用型人才培养模式建设[J]. 计算机教育, 2022(6): 118-121.

[4] 王喜宾, 杨仁增, 杨剑锋. 新工科背景下网络工程专业实践教学体系构建[J]. 黑龙江教育(高教研究与评估版), 2022(7): 4-6.

[5] 孙良旭, 李林林. 网络工程专业虚拟仿真实验平台研究[J]. 实验科学与技术, 2023(21): 35-37.

[6] 邓劲松, 李锐. “网络交换与路由”课程教学改革探究[J]. 萍乡学院学报, 2022(39): 91-95.

[7] 杨翔瑞, 陈颖文, 周寰, 等. 以网络系统设计为牵引的网络实验教学改革探索[J]. 计算机教育, 2024(3): 133-137.

基金项目：国防科技大学教育教学研究课题重点课题“以‘强国兴军’为核心的物联网课程思政建设”（校教发[2024]37号）；国防科技大学教育教学研究课题普通课题“面向网络实战能力培养，探索建构型‘计算机网络’课程混合教学改革”（校教发[2024]37号）。