网络工程专业实践教学体系建设初探

摘 要：以我校网络工程专业设置为背景，从实践教学内容、网络实验室和师资队伍方面介绍实践教学体系建设过程中的探索。其中，着重阐述实践教学内容建设，包括课程实验、课程设计、专业实习和综合设计等环节。实践结果表明，本文提出的网络工程专业实践教学体系建设方案效果较好，有利于提高教学质量和为社会培养高质量的网络技术人才。

关键词：网络工程专业；实践教学体系；实践教学内容；网络实验室建设

1 实践教学体系建设意义

近年来，随着计算机、通信、网络及多媒体技术的发展，社会各领域需要大量网络工程应用人才。为了顺应此需要，许多院校纷纷开设网络工程专业[1]，我校也是其中之一。

基于教育部有关专业指导性意见和社会对网络工程人才的需求，结合我校实际，我们制定了网络工程专业培养目标：培养基础扎实、知识面宽、具有创新精神的二十一世纪计算机网络技术发展需要的高级人才。通过四年学习，该专业的毕业生能从事网络应用软件开发、网络工程设计与规划、网络安全防护、网络运行维护与管理等工作。由于网络工程专业是实践性很强的技术，要想实现培养目标，必须高度重视实践教学体系建设[2]。因为实践教学体系是教学的重要组成部分，是课堂教学的补充和延伸，也是学生将所学理论知识与实践相结合的一个重要手段和必不可少的重要过程。因此，建设实践教学体系有利于提高教学质量，能为社会培养高质量的网络技术人才[3]。

2 实践教学内容建设

网络工程专业实践教学内容大致可以分为两大块：1)专业基础实践；2)专业方向实践。前者是计算

机科学与技术一级学科基础技能，其下所有专业都必须掌握，网络工程也不例外。如程序设计基础实践、计算机组成原理实践、操作系统实践、数据库系统实践、数据结构实践和软件工程实践等；后者则是网络工程区别于其他专业的特定技能，如计算机网络原理实践、网络工程实践、网络安全实践等。前者具有共性、后者具有特性；并且前者是基础、后者是拓展，前者是为后者服务的。由于专业基础实践体系目前已经基本成熟，有很多可以借鉴的研究和实际成果，而网络工程专业作为一个新专业，其专业方向实践教学内容还处于探索阶段，所以本文的实践教学内容以网络工程专业方向实践为主。如无特殊说明，以下的实践教学内容均指专业方向实践教学内容。图1是网络工程专业的实践教学内容。我们将网络工程的专业方向实践教学内容分为四块：1)课程实验；2)课程设计；3)专业实习；4)综合设计。下面分别介绍。

2.1 课程实验

网络工程专业方向的课程可以分为计算机网络原理、网络编程、网络安全、网络工程、网络管理和互联网应用与维护等课程。

计算机网络原理课程是网络工程专业的核心专

基金项目：国家自然科学基金(60803160);湖北省教育厅科学研究项目(Q20111110); 2011年武汉科技大学教学研究项目。

作者简介：金瑜，女，讲师，研究方向为分布式计算、P2P信任研究; 赵红武，男，副教授，研究方向为分布式数据库；顾进广，男，教授，研究方向为语义网，软件工程。

业基础课之一，着重介绍实现位于不同地点的节点之间通信的过程和原理，强调系统中软硬件之间的协商过程，即协议和分层。

因此该课程的实验重点在于解析各个层次协议包的格式、协议运行过程等。数据链路层实验有以太网链路帧格式分析；网络层实验有ARP协议分析、ICMP协议分析、IP分组分片、IP协议分析、距离向量路由算法分析、链路状态路由算法分析等；传输层实验有：UDP协议分析、TCP协议分析、TCP连接、超时重传等；应用层实验有RIP协议分析、OSPF协议分析、DNS协议分析、FTP协议分析、HTTP协议分析等。

网络编程也是网络工程专业的一门专业基础课，着重介绍在UNIX/Linux系统下基于TCP/IP网络套接字接口的基本编程方法，包括迭代与并发服务器编写方法、进程与线程编程技术、I/O编程技术、IPv4与IPv6的兼容性、原始套接口、数据链路访问技术、广播与多播技术等。可以开设的实验有Socket基本编程基础、基于TCP 的网络程序设计、基于UDP 的网络程序设计、Ping 程序设计、并发服务器程序设计、I/O 复用程序设计、Traceroute 程序设计等。

网络安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性科学，也是网络工程专业的核心课程。该课程重点在于介绍基本网络安全理论、目前常见的网络攻击以及防御技术和工具等，开设的实验有使用Ethereal(或Sniffer)网络嗅探工具分析网络通信、漏洞扫描及入侵、网络隐身、木马攻击、DoS攻击、ARP欺骗攻击、Windows操作系统平台的安全设置、Windows 2000 Server操作系统平台主机的安全配置方案、网段安全实用防护、利用IPSec：筛选表屏蔽危险端口、利用PGP软件实现电子邮件加密、windows 2003 Server的Web证书服务、使用基于主机的入侵检测系统Blackice、数据备份与恢复等。

网络工程课程主要是从工程角度来描述构建网络系统所需要掌握的技术。重点阐述网络体系结构、交换机和路由器等通信设备功能、选型及应用，网络工程规划与设计，综合布线系统设计与施工技术，网络测试，以及相关工程标准与规范等。该课程的实验可以分为双绞线电缆的制作及简单以太网组网、交换机初步使用、交换机中VLAN配置、路由器的使用、路由器中的静态路由配置、路由器中OSPF的配置、ACL配置、NAT配置、小型网络的规划与设计等。

网络管理主要培养学生面向网络管理员岗位的核心职业能力和职业素质，是一门面向职业岗位的技术应用类课程。它介绍计算机网络管理系统的基本概念和实际应用，以SNMP协议为基础详细讨论网络管理系统的体系结构、管理功能域、协议规范、管理信息库组成、远程网络监视功能和安全机制，开设的实验有网管软件使用(如SNMPUtil，StarView，SNMPc，华为的Quidview)、SNMP基本原理验证、网络拓扑发现、性能管理、Windows 2003网络管理、应用WinSNMP进行网络管理编程等。

互联网应用与维护课程主要涉及在互联网中流行的应用以及对这些应用服务器的配置和管理。实验包括DNS服务器配置和使用、Active Directory安装管理、Web服务器配置和作用、FTP服务器配置和使用、电子邮件系统配置和使用、DHCP服务器配置和使用、Telnet服务器配置和使用、磁盘管理、备份和还数据、IE浏览器配置和使用、远程终端服务配置和使用。

2.2 课程设计

课程设计是对实验课程的进一步巩固和深入，可以从深度和广度上对实验教学进行扩展，能弥补实验教学上的实验环境和师资力量上的不足，更进一步地让学生理解和掌握所学的理论知识。鉴于计算机网络原理、网络安全、网络工程这三门课程在网络工程专业的核心和基础地位，我们认为网络工程专业方向应该开设这三门课程的课程设计，让学生加深对这几门课程的理解。

计算机网络原理可以开设的课程设计题目有计算校验和、帧封装、模拟Ethernet帧的发送过程、发送ARP包、解析ARP包、解析IP包、IP地址的合法性及子网判断、利用WinpCap进行协议分析等；网络安全课程设计的题目有端口扫描编程实现、服务器扫描编程实现、多线程扫描编程实现、网络数据包生成编程、入侵检测编程等；网络工程课程设计的题目可以为中型网络系统规划和设计，包括网络规划与设计需求分析、网络系统体系结构设计、网络地址和命名模型设计、系统中路由协议设计、网络安全设计、网络中服务器设计等。

2.3 专业实习

专业实习是让学生亲身参与实际项目开发过程，让学生对项目设计与开发有切身体会，毕业后能快速适应公司的环境和业务。根据所需技能程度，网络工程专业实习大致分为三种：计算机软硬件集成实习；网络工程专业方向生产实习；网络工程专业方向毕业实习。计算机软硬件集成实习要求的技能最低，一般只需学生对计算机的软硬件有感性认识，能够独立完成计算机系统的安装；生产实习对学生的技能要求次之，一般需要学生在指导老师的帮助下，熟悉利用软件工程或网络工程思想设计和开发实际项目的流程；毕业实习对学生技能要求最高，面向就业，要求学生能独立设计和实现实际项目的一个模块。

计算机软硬件集成实习对于计算机科学与技术学科的所有专业都是相同的，一般在学校的工程训练中心完成；而后两种实习要体现网络工程专业特色，我们通过与实训公司合作，让学生参与实际的网络应用或网络工程项目的开发过程，使学生对网络工程专业的专业技能和就业方向有更深刻的认识。

2.4 综合设计

综合设计要求学生利用所学理论和实践知识，解决本领域内实际问题，要求学生具有一定钻研和创新精神。综合设计按照题目大小和难易程度又分为专业方向课程设计和毕业设计，前者一般用三周完成，解决一个实际小问题，或者是大问题的一个小模块；而后者完成时间一般为三个月，利用软件工程或网络工程的思想完整地实现一个网络应用或系统。

根据学生不同兴趣(或者就业行业不同)，综合设计题目大致可以分为三个方向：网络应用系统开发、网络工程规划与设计、网络管理。网络应用系统开发对学生的要求最高，就业方向是网络公司或软件公司的网络应用开发工程师；网络工程规划与设计次之，就业方向是系统集成工程师；而网络管理对学生的要求最低，就业方向一般为企事业单位的网络管理员。指导老师可以根据学生能力、兴趣、就业期望为学生制定个性化综合设计题目，让每个学生都能各尽其能并增长理论和实际动手能力，实现网络工程专业的培养目标。

3 网络实验室建设

为了满足网络工程专业学生以及全院本专科计算机网络教学需要，我们网络工程系在锐捷网络有限公司的帮助下，组建了网络实验室。

整个网络实验室共有8组设备，一台服务器、一套协议分析软件。每组设备由4 台路由器、2台三层交换机、2台二层交换机、8 台PC机及一个RCMS控制系统组成。RCMS对组内的8个设备进行统一管理(4台路由器和4台交换机)，每次可以容纳64人同时实验。学生可以通过访问RCMS控制系统，对组内任意路由器和交换机进行配置，实现设备间的平滑切换。教师也可以通过远程访问RCMS系统，对组内设备进行快捷管理，如可以对组内所有设备进行一键清，自动删除所有配置，为下次实验做好准备工作。并且每个实验设备组都有一套插口槽，代替部分路由器和交换机以及所有PC机的端口，学生做实验室时，一般情况下都不用在路由器和交换机上插拔线缆，这可以保证设备端口的使用寿命。

网络实验室承担的教学任务有计算机网络原理、网络编程、网络安全、网络工程、网络管理等课程的实验教学，还有网络工程专业的课程设计、专业实习和综合设计等实践环节的教学工作。为了让学生更充分地利用网络设备，我们正在建设开放实验室，目前相应管理软件正在开发中。

4 师资队伍建设

网络工程专业具有实践性强等特点，如果教师缺乏实践经验，科研和工程能力差，培养学生的实践能力就会成为一句空话。因此我们非常重视师资队伍建设，主要采取如下措施。

1) 坚持师资培训。为了加强教师们的实践动手能力，我们持续派骨干教师参加全国网络相关精品课程培训以及著名网络公司专项培训；选派教师参加全国网络工程专业相关会议，去年，我们参加了在国防科技大学举办的第二届网络工程专业研讨会，今年参加了在东南大学举办的第三届会议。专家们对网络工程专业设置的经验可以为我们建立实践教学体系指引方向。

2) 科研促进教学。鼓励教师将科研融入到教学中，让学生了解本领域内前沿，跟上社会和学科发展步伐。目前，我们网络工程系成立了很多兴趣小组并吸引学生参加，如网格计算、云计算、P2P计算、无线网络、协议分析可视化等，教学效果较好。为了让更多学生加入教师的科研团队，我们提出了一个新举措，即“本科生导师制”。与硕士、博士导师制相类似，每个教师指导2～4个网络工程专业本科生。教师要为学生的学习和就业提供指导性意见，学生要定期向教师汇报工作进展。

5 结语

为了与网络工程专业理论教学体系相配合，我们提出了实践教学体系建设方案，为后期的精品课程建设奠定基础。虽然我们在实践教学体系建设中已经取得了一定成绩，但还有很多地方需要我们落实和完善，今后我们准备从以下几个方面加强实践教学：1)继续组建新的实验室，如网络安全实验室、实时工业网络实验室等；2)将理论教学与实践教学更紧密地结合起来。有些理论非常枯燥，教与学都很困难，在这种情况下，我们可以到实验室去教学，边讲授理论边进行实验验证，如在计算机网络原理课程里，协议报文格式对学生来说很难理解，更谈不上识记，但当他们在实验中编辑或截获报文后，字段含义对他们来说就很好理解了，学生掌握了报文的关键字段，教学的效果就会更好。

参考文献：

[1] 李道全,薛炜华,姜梅,等. 网络工程专业实践教学体系研究与实践[J].计算机教育,2010(6):141-144.

[2] 肖锋,唐俊勇,容晓峰. 网络工程专业实践教学体系的探索与实践[J]. 计算机教育,2009(12):180-181.

[3] 张杰,张建伟. 构建网络工程专业实践教学体系[J]. 计算机教育,2009(19):119-122.

Preliminary Exploration of the Construction of Practice Teaching System for Network Engineering

JIN Yu, ZHAO Hongwu, GU Jinguang

(School of Computer Science, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

Abstract: By the background of the construction of our network engineering, this paper introduces some experiences from three aspects, that is, the contents of practice teaching, network laboratory and teacher teams. Among them, the contents of practice teaching are emphatically described that include experiments, course design, practical training and comprehensive design and so on. Results show the practice teaching system proposed in this paper is benefit for improve the quality of teaching and cultivate high quality network talents.

Key words: Network Engineering; practice teaching system; contents of practice teaching; construction of network laboratory

(编辑：郭小明)