新工科背景下的网络工程专业实验教学体系

何 欣 ，刘俊男，廖先富

（河南大学 现代网络技术实验教学中心，河南 郑州475000）

1 背景

工程教育在我国高等教育中占有重要的地位，高素质工程科技人才是支撑产业转型升级、实施国家重大发展战略的重要保障。在此背景下“新工科”计划孕育而生，在新工科计划的背景下，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济蓬勃发展。国家一系列重大战略得以实施，例如，产业转型升级和新旧动能转换、“互联网+”深刻改变各行各业、“大众创业万众创新”等，均对高等教育工科人才培养提出了新的更高的要求[1-2]。信息学科的人才培养更应该面向产业、面向世界、面向未来建设新工科，面向当前急需和未来产业发展，提前进行人才布局，培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”高素质信息学科人才。

在网络工程专业实验教学方面，应该通过加大投入，不断完善实践教学体系，引导建设一批具有明确人才培养目标及先进实验教学理念的实验教学中心。然而，在教学中发现网络工程专业的专业实验室间还普遍存在着实验室专业方向关联性不够紧密、 实验教学课程体系不够完善、学生创新创业培养不能满足人才需求等缺点，无法适应新工科背景下的信息学科人才培养目标。

2 新工科背景下的网络工程专业实验教学体系设计

2.1 构建新工科背景下网络工程专业知识体系关联拓扑

注重体现多学科交叉融合、宽基础、重能力的专业实验教学课程建设，培养学生跨学科思维和跨界整合能力；基于网络拓扑思维模式，将工程坊实验室作为网络节点，将网络工程专业相关的知识点分散化与碎片化后，融入各网络节点，并基于知识经验，计算节点的主从权重和节点隶属关联代价，构建新工科下网络工程专业“知识点”体系关联拓扑[3]，如图 1 所示。以此拓扑为基础，寻求影响实验教学建设目标的关键路径节点，以路由交换技术、网络搭建与综合布线、无线网络与安全、大数据应用实践、物联网与RFID 应用等工程实践性课程，与人生职业规划、创新创业理念教育、项目综合管理等人文、管理类通识性课程相互交叉，并依托对应的工程坊实验室作为重点发展对象，制定实验课程体系发展建设规划。

2.2 构建螺旋式实验教学体系

图1 新工科下网络工程专业知识体系关联拓扑

在新工科下网络工程专业知识体系关联拓扑的基础上，从“基础性→工程能力提升性→工程研究创新性”三层次逐级递进，以“巩固基础、注重能力、强调素质、突出工程应用创新”为原则，构建螺旋式实验教学体系。 第一阶段将各个学科专业知识分散化与碎片化后，融入实验教学环节，制定基础性实验教学大纲，完成基于知识关联拓扑的基础性实验建设工作；第二阶段在完成大纲要求的实验教学任务的基础上，针对不同授课对象，分层次、循序渐进进行综合性实验专题训练；第三阶段以工程性社会服务和实验教学实践为主要驱动力，以校企合作项目、大学生创新性实验计划、学科竞赛等为助力，进一步通过创新和研究实验，提升学生的独立创新、自主动手能力和团结协作精神，在实践过程中逐步提高学生理论与实践相结合处理实际问题的能力，以及创新思维的能力。

2.3 构建基于“工程坊式”的实验教学平台

实验实践是工程的本质，是创新的基础，实践促进创新，创新创业能力是新工科背景下网络工程专业培养工程科技人才的核心能力。建立并完善工程坊式开放实验室平台是贯彻创新创业教育落地实施，保证新工科下网络工程专业实验教学体系建设，加强新工科工程科技人才创新创业能力的培养，争取各种社会教育资源，构建政校协同、产学融合、校企合作、科教结合的新工科专业协同育人模式和多主体参与的新工科工程科技人才培养的必由之路[3-4]。如图 2所示，工程坊实验教学平台是依托现代网络技术实验教学示范中心建立的开放式实验室。工程坊的特性有：①区别于传统实验教学模式，工程坊为学生提供一个安全、方便、功能齐全，完成各类项目综合设计课程训练的自由实践平台；②借助工程坊，加强与各企业的合作联系，孵化各类创新实践训练项目，提高师生、学院科研人员社会化服务能力的一个综合能力训练平台；③依托工程坊可建立支持基础工程综合能力训练、系统性创新思维训练、创意原型产品开发和技术成果产业化等“三创”生态系统，向学生提供全方位的创意实现服务，鼓励学生跨界学习、交叉合作、面向未来、挑战学科前沿问题，支持学生实现创意设计、形成创新产品、产业化创新成果。

2.4 凝练新工科背景下网络工程专业实验教学团队

新工科建设需要一支在知识、能力、经历、素质等方面均能够胜任学科专业建设和创新工程科技人才培养工作的教师队伍。在教师队伍建设上，新工科建设与传统师资建设的主要区别源于新工科专业的学科交融特征，因此需要研究多学科交叉融合的新工科专业对教师的要求、教师队伍建设路径以及教师的评价和激励。

3 新工科背景下的网络工程专业实验教学体系实施方案及支撑保障

3.1 具体实施方案

1）以螺旋式实验教学体系为实施核心，以工程坊实验教学平台和专业实验教师队伍为软硬件保障条件，构建新工科背景下网络工程专业实验教学体系。

图2 “工程坊式”实验教学平台

如图 3所示，在具体实施过程中，首先分析新工科网络工程专业实验教学建设目标， 建立新工科背景下网络工程专业知识体系拓扑关联， 关联拓扑中注重体现多学科交叉融合、宽基础、重能力的专业实验教学课程建设， 在实验教学中设置学科前沿课程、综合性课程、创业引导课程、问题导向课程、交叉学科研讨课程等，以此培养学生的跨学科思维和跨界整合能力。其次， 在新工科下网络工程专业关联“知识点”体系与实验教学课程体系建设规划的基础上， 从“基础性→工程能力提升性→工程研究创新性”三层次逐级递进，以“巩固基础、注重能力、强调素质、突出工程应用创新”为原则， 加强实验教学中综合设计性项目规划与实施， 对新工科背景下网络工程专业实验教学体系进行螺旋式迭代阶段性建设。与此同时，为了保证新工科背景下网络工程专业实验教学体系建设的顺利实施，还要建立工程坊开放实验室，制定单个课程实验指导手册，并分别汇总为实验室和中心实验教学培养目标，形成面向网络专业学生培养的现代网络技术实验教学指导规范。 最后，需要加大师资培训力度与培训规模，全面提升实验教学队伍的教育研究能力、教学学术水平与实践创新能力，打造一支能够胜任新工科背景下网络工程专业实验教学工作的高素质教师队伍。

图3 网络工程专业实验教学体系实施方案结构图

2）加强校企合作与社会化服务推广， 开展联合培养实践教学建设， 进一步锤炼学生的实践创新能力，丰富实验教学体系建设。

通过和国内外著名企业合作， 建立面向新工科专业学生开展创意、创新、创业“三创融合”活动的校企合作支撑服务平台（已建成河南大学—华三云学院、河南大学—华三大数据学院、甲骨文公司实践基地等）， 来培养学生的实践能力。这些联合实践课程将当今一线企业的方案和项目拿出来让学生进行实验和练习， 既促进了学生对课程的理解，也使学生对自己的职业岗位有深刻的了解。通过这样的实践课程，学生在校内实验中心就获得了进入企业才能得到的知识和体验，提高了学生的适应能力， 也将创新创业训练项目中的一些科研成果辐射推广到相关企业，对学生、学校、企业三方都有促进作用。建立以问题和课题为导向的教育模式，倡导研究性学习和挑战性学习，因材施教，注重提高学生的探究兴趣、创新意识和学习成效。

3）以学科竞赛、大学生创新创业训练项目培育为工作抓手，完善实验教学实施手段。

在实验教学、校企合作与社会服务的基础上，通过大学生创新性实验计划、学科竞赛等手段， 组建以教师为引导、 以学生为核心的创新实践团队，培养学生以问题为目标的创新实践能力[5]。努力建设支持基础工程综合能力训练、系统性创新思维训练、创意原型产品开发和技术成果产业化等“三创”生态系统，向学生提供全方位的创意实现服务，鼓励学生跨界学习、交叉合作、面向未来、挑战学科前沿问题，支持学生实现创意设计、形成创新产品和产业化创新成果。

4）实验教学与科研互动，以科研促实验教学，反哺教学，深化实验教学体系建设。

倡导聘请科研水平和知识创新能力高的教师、特别是教授职称的教师，参与指导国家级、省级和校级大学生创新性实验计划；把最新科技前沿和科研成果及时转化为实践课程的教学内容和开放的研究型实验项目，以科研成果反哺实践教学；激励高年级本科生进入科研实验室充当科研助手， 使学生更好地了解学科前沿动态，培养创新意识，提高实验综合设计能力。

3.2 支撑保障

（1）建立健全实验教学质量保障体系。按照“教学督导、教师、学生”三重监督， “课前、课中、课后”三个环节， “设备、教师、学生”三个层次相结合的思想，形成了一套较为完善的实验教学质量保证体系[4]。从人才培养目标出发，制定实验教学内容、建设相应的实验教学队伍及满足实验教学要求的实验设备及环境；充分利用信息技术及手段，加强实验教学督导及学生学风建设，以保证实验教学效果；建立教学反馈机制，及时反馈教学结果，组织教学研讨，促进教学方法改革和创新；通过科学的实验教学考评，综合评定学生的学习情况。

（2）充分依托现代网络技术实验教学示范中心，为网络工程专业实验教学体系建设提供硬件平台支撑。网络工程专业依托的现代网络技术教学示范中心陆续建设了智能物流实验室、 智能家居实验室、 IOS 实验室、 Android 实验室，以满足各类学生在智能网络以及移动计算方面实践实训的需求。中心又建设了云计算实验室、软件定义网络实验室、 H3C 路由交换实验室、无线网络与安全等专业实验室，形成了现代网络从应用端到服务端的全面覆盖。至此，既可以满足本科生、研究生在网络技术领域的实验教学和实践实训，又可为师生进行相关领域的项目研发及社会化服务提供平台保障。

4 结语

新工科教育下网络工程专业实验教学体系以螺旋式实验教学体系为实施核心，以工程实验教学平台和专业实验教师队伍为软硬件保障条件，通过加强校企合作与社会化服务推广， 开展联合培养实践教学建设，以学科竞赛、大学生创新创业训练项目培育为工作抓手，完善实验教学实施手段，以此来进一步锤炼学生的实践创新能力，构建新工科背景下网络工程专业实验教学体系。教师通过以实验教学与科研互动，以科研促实验教学，反哺教学来深化实验教学体系建设。通过依托现代网络技术实验教学示范中心， 为网络工程专业实验教学体系建设提供硬件平台支撑完善实验教学体系。实践证明，此教学体系大大提高了网络工程类实验教学水平。