企业场景引导复杂工程问题解决能力培养

摘要新工科培养的目标是提高学生解决复杂工程问题的能力。它能帮助学生就业后快速适应工作角色，完成工作任务。本文对网络工程专业的学生解决复杂工程问题的能力培养进行研究。通过设计融合网络工程多个专业的应用场景的Python案例，采用案例教学法来培养学生对复杂工程问题的分析、设计、实现、总结、合作的综合能力，取得了较好的效果。

1引言

Python语言因其开发效率高、第三方库丰富、应用领域广等优点，广泛应用于互联网的各个领域。因此python程序设计的综合应用能力对于网络工程专业学习尤其重要。

我国的工程教育认证于2006年启动，开展认证是工程师制度和教育国际互认的基础，也是教育部进行工程教育改革的重要方式方法。复杂工程问题是教育从面向学科办学转向面向社会需求办学的目标转变过程中，为适应社会需求所提出的。复杂工程问题能力训练的就是企业应用场景中快速地判断和决策、解决和协调能力。这种能力保证了学生在企业中能快速适应工作角色，完成工作任务。这也是目前新工科培养的目标[1]。

本文在这方面进行了相关的探索，结合python程序设计课程，通过复杂工程问题的逐步解决，锻炼网络工程专业学生对于复杂工程问题的分析、分解、解决的综合能力[2]。

2复杂工程问题概述

2.1复杂工程问题的定义

工程教育认证标准中提到的“复杂工程问题”需具备下述特征1，同时具备下述特征2到特征7的部分或全部。

特征1：必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决。

特征2：涉及多方面技术、工程和其它因素，并可能相互有一定冲突。

特征3：需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性。

特征4：不是仅靠常用方法就可以完全解决的。特征5：问题中涉及的因素可能没有完全包含

在专业工程实践的标准和规范中。

特征6：问题相关各方的利益不完全一致。特征7：具有较高的综合性，包含多个相互关

联的子问题。

2.2概念辨析

(1)“复杂工程问题”与“复杂技术问题”在企业需求的实际体现不同。

“复杂工程问题”和“复杂技术问题”都是毕业生在职业岗位中会真正面对的实际工作问题。但“复杂工程问题”除了技术理论与实现的复杂性，还需要考虑企业实现中的各种实际问题，最终设计出合理有效、性价比高、实施性强、可扩展性好的项目方案。在实现过程中，要注意与客户的沟通交流，满足客户需求，降低客户成本，在实施中与同事合作协调，最短时间、最高效率完成工程项目。因此，“复杂工程问题”比“复杂技术问题”涉及的层次更多，更全面，对能力的需求更高。

(2)“复杂工程问题”与“复杂技术问题”的评价考核标准不同。

“复杂工程问题”的考核评价标准是企业考核评价的标准，客户是否满意，沟通是否流畅，项目是否性价比合适，可靠性是否强，后期扩展性是否好等。而“复杂技术问题”作为研究性问题，考虑的则是解决方案是否技术先进、效率是否高。因此在教学中，这两者由于评价考核标准不同造成了关注点的不同。老师在评判“复杂工程问题”时会因为考虑项目的完成效率，对技术的先进性降低要求，但是在“复杂技术问题”的评判时，老师只会考虑技术的先进性和可行性。

3问题解决能力培养

3.1能力培养模式的可行性

学生解决复杂工程问题，所需要的知识包括基础知识、专业知识。基础知识主要包含数学、物理等自然科学知识以及英语、法律等人文知识。专业知识主要包括工程基础和相关专业知识，如专业基础课和专业核心课、扩展课涉及的内容。除了需要的知识，解决复杂工程问题，还需具备问题分析能力、设计解决方案的能力及沟通交流、写作能力。个别问题还需英语语言能力及知识检索能力。问题分析能力保证学生能够运用所学知识加以识别、阐述、分析和研究复杂工程问题。设计解决方案的能力帮助学生设计合理有效的方案并进行总结。沟通交流、写作能力、英语语言能力和知识检索能力，保证学生具有较强的团队协作能力和具备在企业和社会环境下的工程系统实践能力，对项目的环境和可持续发展进行研究的能力。各种知识和能力的储备均可以通过工程问题的解决提高[3-5]，故以案例为驱动的模式是可行的。因此基于python基础知识，设计并提出一个完整的网络工程项目案例。让学生在这个过程中，通过分析、设计、实现、总结、合作来完成完整项目，达到复杂工程问题解决所需要的知识能力、分析能力、设计解决能力、交流沟通能力的锻炼。

3.2能力培养模式设计

Python基础知识在整体知识架构方面，分为基本数据类型、程序控制结构、函数和代码复用、组合数据类型、文件和数据格式化等基础知识章节以及各种扩展库。网络工程专业使用python语言的各种扩展包可以完成的技术应用主要包括以下方面：(1)re、bs4、lxml、scrapy等用于爬虫的应用;(2)numpy、pandas、matplotlib、keras等应用于数据分析与智能网络的应用;(3)pyshark、scapy等用于网络流量分析的应用;(4)ansible、paramiko等用于自动化运维的应用;(5)pox、Ryu等用于SDN的应用;(6)django、flask等用于pythonweb开发的应用。基于上述应用，针对网络工程专业学生进行复杂工程问题解决能力的培养，可以综合多个技术应用提出综合性需求，锻炼学生分析、设计、实现、总结、合作完成任务的能力。复杂工程问题不是复杂技术问题，不能仅停留在技术的深度方面，而是综合各种工程要素，来进行学生能力的培养。问题的提出需要根据应用场景、技术难度、能力培养方式多个标准进行设计。对于应用场景，基于上述六种应用的若干中应用场景的交叉融合，都可以设计为复杂工程问题。如将数据分析与SDN结合的智能路由、负载均衡、流量预测等应用，将爬虫、数据分析与流量分析结合的异常流量检测等应用，都可以设计为实训课题，实现学生解决复杂工程问题能力的培养。对于技术难度，问题要具备一定的技术难度和工作量。可以让学生通过问题完成的过程对工程问题有体会、有感悟、有提高，这样才能在就业后，面对企业真实工程问题能有条不紊完成任务。具体来说，工程问题如果划分到一个4人小组，每个学生工作量在每天6学时，需要10天完成该任务。能力培养方式，除了问题解决所需的技术能力，还应该注重分析、设计、实现、总结以及合作能力。完成一个陌生的任务，从查资料分析到方案设计、项目实现、总结完善、团队合作，每个方面都是项目能否成功的保障。技术再好，不会分析设计，只能完成别人布置的任务，也无法达到本科培养所需的应用创新型人才的要求。

4案例说明

基于上述论述，本文设计了几个典型的网络工程专业复杂工程问题并进行分析，通过案例说明对于网络工程专业学生如何使用python语言培养解决企业复杂工程问题的能力。

以上述案例为例，通过python语言在网络工程专业复杂工程问题方面，可以结合多场景提出具有一定难度、锻炼学生综合实践能力的问题。通过结合企业多场景应用的复杂工程问题的解决，提升学生分析、设计、实现、总结、合作完成任务的能力。

参考文献

[1]赖强.面向培养解决复杂工程问题能力的自动化实践教学改革研究.高教探索,2020(01):19-20

[2]朱丹红,等.复杂工程问题驱动的“新工科”人才培养改革探索——以计算机科学与技术专业为例.中国轻工教育,2020(06):5-10

[3]周喜红.培养软件工程专业本科生解决复杂工程问题能力的探讨.产业与科技论坛,2020,19(23):145-146

[4]高扬,等.基于能力培养的计算机软件类人才培养模式研究与实践.黑龙江教育(高教研究与评估),2020(05):88-89

[5]张进,等.基于复杂工程问题的网络专业综合性实验项目建设.实验室研究与探索,2020,39(04):160-164