培养学生解决复杂工程问题的能力的教学实践探索
——以《网络规划与设计》课程为例
马利民
（北京信息科技大学计算机学院，北京）
摘 要： 提高学生解决复杂工程问题的能力，是工程教育认证的重点工作。针对传统课程教学环节存在的问题，本文以《网络规划与设计》课程为例，进行教学改革。从教学大纲、课程内容、考核方式和教学评价等方面进行改进，以培养学生解决复杂工程问题的能力。
关键词： 复杂工程问题；网络规划与设计；工程教育认证；毕业要求
0 引言
2016年，我国正式加入《华盛顿协议》，标志着我国在工程教育改革领域取得了重要进步，而解决复杂工程问题能力的培养，在工程教育认证中是关键问题[1]。在2017年工程教育认证标准中对复杂工程问题明确了其包含的要素，同时对学生进行复杂工程问题解决能力的培养提出了具体要求[2-4]。而对于参加工程教育认证的专业而言，目前大多数课程体系设计，教学大纲、教学目标和考核方法等，并不满足工程教育认证的要求，无法有效提高学生对复杂工程问题的分析和解决能力，然而为了通过工程教育认证，一次性全部改变也不现实。如何在现有的条件下，结合专业实际情况，结合实际的师资和教学资源，对课程教学进行改革，合理安排教学内容，调整教学计划和教学方法，聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养，成为大家普遍关注的问题。
要培养学生“解决复杂工程问题”能力，使其毕业五年后成为合格的网络工程师，需要进行一系列的专业建设和教学改革[5,6]。其中，网络规划与设计课程是网络工程系的核心课程，偏重工程和应用，属于工程技术知识范畴。通过本课程学习可以使学生更加系统、深入和全面的掌握计算机网络的专业知识，有效改善网络工程专业学生的知识结构，增加学生的工程和设计能力，对于培养学生“解决复杂工程问题”能力具有极其重要的意义。2019年北京信息科技大学网络工程专业通过了教育部工程教育认证，本文以网络工程专业的网络规划设计课程为例，从教学大纲、课程内容、考核方式和教学评价等方面，简述了如何培养学生解决复杂工程问题的能力。
一 传统课程教学环节存在的问题
（一） 教学大纲偏重知识点理解和记忆
传统的课程教学中，还是以知识点的讲解为主，主要强调学生记忆和理解知识点，没有以培养目标为导向，对应毕业要求合理制定教学大纲。
（二） 教学目标无法有效支持毕业要求
以往课程教学目标往往强调对某个知识点的理解和掌握，没有针对毕业要求作出有效的分析和对应的支撑，缺乏对学生综合运用所学知识点，进行分析和解决复杂的工程问题能力的培养。
(2)侵占土地：据工信部《金属尾矿综合利用专项规划(2010—2015年)》数据，2005年我国尾矿堆存量为54亿t，占用土地达1 300多万亩，截至2010年底，我国尾矿堆存量增长到为94亿t，占用土地面积达2 300多万亩[20]。此外，矿山开采造成大量的采空区、塌陷区所破坏的土地面积更大。据统计，我国矿山破坏的土地中，尾矿库和废石堆所占面积仅占总面积的38%(分别为13%和25%)，此外，采矿形成的采空区面积占总面积的59%，另外还有3%的处于塌陷危险区[4]。
（三） 教学活动形式单一
工程教育认证强调课程内容必须包含相应领域的深入工程原理。课程内容必须达到一定的深度，不仅包括基本的理论和知识点，还要包含网络工程实践中的思想和方法，特别是学生在其职业生涯中将反复用到的思想和方法，这些内容必须在课程教学中去具体安排，需要设计合理的复杂工程问题。在网络规划与设计课程中，如何设计一个符合实际需求，满足一定客观条件并且安全、可靠的计算机网络，本身就是一个复杂工程问题。因此，在讲解如何进行网络规划设计时，不仅要讲解涉及的知识点，而且要讲解清楚知识点之间的关联，以及如何根据工程原理综合应用相关理论知识和思想方法设计解决方案。具体内容要结合实际案例，将理论付诸实践，让学生掌握解决实际问题的方法和思路，从而提升学生解决复杂工程问题的能力。
式中，是反映旅游经济发展情况的n个指标，是反映生态环境发展状况的m个指标，、表示权重；、分别为表示旅游经济和生态环境特征的指标值，是对原始数据进行无量纲和非负化处理所得。对于指标权重系数，本文采用突出局部差异均方差方法来确定。
（四） 考核方式和评价机制需要改进
针对工程教育认证中，对学生解决复杂工程问题能力的培养，本文从教学大纲、教学目标、教学活动、考核方式和评价机制等环节，进行课程教学改革。
二 复杂工程能力培养的教学改革
课程的考试环节往往出现较大比例的选择、填空、判断等客观题型，而这些题型只是对某个知识点的强化记忆，而不是综合运用。对于考试试题是否对毕业要求进行了有效支撑也缺乏有效分析，难以实现“持续改进”。
在教学大纲中，必须将课程的教学目标与相应的毕业要求对应起来，以便将课程真正置于整个培养体系中。以网络工程专业的培养目标为导向，以支撑12条毕业要求中的对应指标点来设计和制定课程教学大纲，以支撑培养学生解决“复杂工程问题能力”的毕业要求[7]。教学大纲中教学目标的制定，可从5个方面进行设定：（1）了解和掌握网络系统集成的模型和一般过程：包括五阶段周期模型以及可靠、实用、经济和统一规划等系统集成原则，具备掌握网络设计规划中常用网络设备和技术：网关、交换器、路由器、服务器等性能、特点和适用范围的能力。（2）掌握根据实际用户需求进行详细分析设计以给出合理的网络系统集成解决方案的方法和能力。（3）掌握在设计一定规模网络集成解决方案所需要的专业知识和技术手段，具备掌握常用的关键网络模型、技术和网络协议的基本思想和其工作原理的能力。（4）从工程的角度出发，具备掌握建设一定规模网络所需要的工程技术及设备：机房工程中机房设计、空调、新风、UPS电源等相关系统和设备所体现的环境、健康、安全等作用的能力。（5）掌握科学、系统地进行网络规划设计的理论和方法，以解决网络工程中的实际问题；初步具备针对各种不同规模和不同复杂程度的网络设计与应用的能力。教学大纲应着重从能力培养入手，设定具体教学目标，并且将教学目标贯穿课堂教学活动和考核评价环节，最终达到提高培养学生解决复杂工程问题能力的目的。
（一） 按照支持解决“复杂工程问题能力”的培养需要，制定教学大纲和教学目标
初中阶段不少课文是有深度的，理解起来难度较大。有时候，如果借助美术手段创设一个和课文内容相应的带有画面感的教学情境，也给学生以强烈的视觉感，加深学生对教学内容的情感体验，帮助学生理解课文内容。这种以美术形式创设的教学情境很容易被学生所接受。不少文言文语言凝练，表现手法丰富，学生理解起来存在一定的困难。我们就可以运用美术手段创设情境。
（二） 按照支持解决“复杂工程问题能力”的培养需要，安排理论课程内容
目前大多数课堂教学活动的形式仍然是以教师讲解，学生听课为主。形式比较单一，学生对教学活动的参与程度较低，积极性不高，授课效果往往不好，不能充分发挥学生学习的主观能动性。
（三） 按照支持解决“复杂工程问题能力”的培养需要，开展教学活动
课程教学要落实教学大纲的规定，使学生能够掌握深入的基本原理，理解其精髓，并能够将基本原理与工程实践问题有机结合起来，探讨应用的方法，体验应用的乐趣。在本门课程教学时，根据实际的网络现状，完成需求分析和解决方案的设计，是培养“复杂工程问题能力”的体现。在此次课程改革中，结合实际的科研项目：湖北省某市电子政务外网规划设计，进行实例讲解。讲解案例前，让学生进行充分的准备工作，例如介绍网络规划设计的背景信息，让学生进行具体的需求分析，并形成PPT，抽取部分学生进行课堂讲解，同时老师和其余同学进行提问和点评。在学生深入理解案例背景后，结合老师自身实际项目经验，完整讲述从实地调研开始，包括需求分析、网络设计、设备选型、施工安装、测试验收最后到培训与维护的网络规划与设计全过程。这样，改变以教师讲课、学生听课为主的教学模式，通过设计合理的教学环节，让学生深度参与到课堂教学活动中，提高学生学习的主观能动性。同时，在课堂教学中，通过学生汇报，老师和同学共同点评的模式，锻炼学生的分析问题，表述方案的能力。
（四） 按照支持解决“复杂工程问题能力”的培养需要，改进考核方式和评价机制
基于工程教育认证要求的 “OBE（Outcomebased Education ）理念”，目前的课程考核方式和评价机制需要进行“持续改进”。改进的依据是本课程所承担的毕业要求达成程度如何有效衡量，保证考核和评价能够有效反映对其承担的毕业要求达成的实际贡献度。产出导向要求最终是聚焦解决复杂工程问题的能力，考试必须摆脱“概念、填空、单选、多选、判断对错、简述、简答”等主观性题型为主，更要杜绝简单追求及格率的倾向，合理设计一定复杂工程问题，真正按照教学大纲规定的课程教学目标进行考核。考核方式分为平时作业和期末考试，对考核内容的设计，应紧密围绕教学大纲，即根据教学目标设计具体的作业题目和考试题目。同时，评价机制也分为两类：一类是教师通过课程过程考核法来衡量教学目标的达成程度，即对每个考核点所支持的教学目标的达成度进行统计分析，以量化教学目标达成程度，最终反映出在培养学生解决复杂工程问题时达到的效果。另一类是调查问卷法，将学生对本课程学习的情况进行自我评价，并反映所遇到问题，让学生参与到评价过程中，实现教学相长。最后结合考核结果和评价结果进行课程教学分析，总结存在的问题和下一步的改进方法，以实现“持续改进”。
三 结语
培养学生解决复杂工程问题的能力，使其在本科学习阶段掌握一定的知识和理论基础，并化为自己的能力，是工程教育认证的核心问题。本文简述了如何在《网络规划与设计》这门课程中进行教学改革和探索，提高学生学习的主观能动性，可以为其它课程教学提供借鉴。
3.1 凸显队形空间层次 在实际教学中，尤其以大学生创编团体操，应以变化多样且完整的运动表现形式，创造出不同的模式使路线布局合理完美，不同的排面、不同的动作方向、不同身体部位充分体现身体动作将富有创意、巧妙的演绎，勾勒出与众不同、非比寻常的多样性动作，描绘出成套动作的多维空间。
参考文献
[1] 蒋宗礼.聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养[J].中国大学教学，2016(11):27-30.
[2] 娄小平,邹志杰,李凌飞.网络工程专业人才的创新创业教育模式研究[J].计算机教育，2017(7):19-21.
[3] 叶明,陈蔚芳,陆永华.解决复杂工程问题的“测试技术”课程实践教学方法探索[J].工业和信息化教育,2019,73(01):94-98.
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[5] 臧海娟,白凤娥,潘瑜,景征骏.“网络工程与设计”教学中复杂工程问题能力培养的探索[J].江苏理工学院学报,2018,24(06),85-88.
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[7] 张彩丽,杨海波.工程教育专业认证背景下基于STEM理念的复杂工程问题的构建[J].西部素质教育,2019(4):172-173.
Research on Ability Training of Complex Engineering Problems in Teaching Practices——Taking “ Network Planning and Design ”Course as an Example
MA Li-min
(School of Computer Science, Beijing Information Science &Technology University, Beijing , China)
Abstract: Improving students' ability to solve complex engineering problems is the key work of engineering education accreditation. Aiming at the problems existing in the traditional teaching process， the course "Network Planning and Design"is token as an example to carry out teaching reform. The teaching syllabus, course contents, assessment methods and teaching evaluation are improved to cultivate students' ability to solve complex engineering problems.
Keywords: Complex Engineering Problems； Network Planning and Design； Engineering Education Accreditation；Graduation Request
本文引用格式： 马利民.培养学生解决复杂工程问题的能力的教学实践探索——以《网络规划与设计》课程为例[J]. 教育现代化，2019，6（57）：43-45.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.57.014
基金项目： 本文系北京市教育委员会科技计划项目(KM201811232017)；北京信息科技大学2019年度教学改革立项资助（2019JGYB17）。
作者简介： 马利民，男，山东泰安人，北京信息科技大学，网络工程系，教师，讲师，博士研究生。研究方向：网络安全，物联网技术。
标签：复杂工程问题论文; 网络规划与设计论文; 工程教育认证论文; 毕业要求论文; 北京信息科技大学计算机学院论文;