第一节 实践教学改革的思路
实践是工程的本质属性，培养工程实践能力是工程教育的核心。工程应用型人才培养模式改革，重点是要强化实践教学环节，改革实践教学模式，提升实践教学效果。学校以培养“务实创新的高素质应用型人才”为目标，树立“回归工程，崇尚实践”的工程教育理念，构建实验、实训、实习相结合的实践教学体系，形成了以“四种能力八个阶梯”为核心的工程应用能力培养模式，遵循“做中学”的实践教学方法，实施基于工程目标分专业、分层次的工程训练模式，着力培养学生的工程实践能力。
20世纪90年代，针对传统工程教育过分专业化、科学化而淡化工程的现象，美国麻省理工学院提出“回归工程实践根本”的理论主张，国际工程界出现“回归工程”的强烈呼声。“回归工程”理念使美国工程教育发生了第二次转变，即从科学向工程回归。［余晓，孔寒冰.能力导向的工程实践模式比较与评价[J].高等工程教育研究，2011（3）：28-34。］1与美国相比，我国开展工程实践教育更为紧迫。整体上，高校人才培养脱离产业，学生的实践能力差。教育部前部长周济曾指出：“工科的学校强调‘回归工程，崇尚实践’，一个工科毕业的学生不到工厂去，不融入到工人的生产活动中去，怎么能成为一个好的工程师呢？这就是一个秩序问题，从实验到实习到课程实习，一直到毕业实践，每个环节都必须严格要求。”
因此，工程应用型人才培养必须首先树立“回归工程，崇尚实践”的工程教育理念，深入探索工程应用型实验实践教学改革，以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，优化实践教学体系，着力培养学生的工程实践能力；坚持“夯实基础，面向应用”的原则，更新实践教学内容，突出学生工程意识培养；以“强化训练，激励创新”为导向，在人才培养中强化工程实践环节，提高学生工程应用能力；以“示范引领，追求卓越”为目标，建设好国家、省级、校级实验教学示范中心，创建开放共享的工程实践教育平台，努力营造学生创新实践的氛围，实施“卓越工程师教育培养计划”，着力培养学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，提高科技创新能力，以适应经济和社会的发展需求。
一、立体化的实践教学体系构建
工程是人们应用科学的理论和技术手段、改造客观世界的实践活动，其强调的是实践活动，而不仅仅是理论思考、逻辑演绎和思维活动。实践教学是教学体系中的重要环节，它不仅对学生理论联系实际、加深对理论的感性认识有着非常重要的作用，同时也是实现应用型人才培养目标的主要途径。［刘伟.实践教学中应用型人才培养模式的研究[J].实验技术与管理，2009，26（9）：123-127。］2实践教学体系是提升学生工程实践能力的主要载体。优化实践教学体系，科学构建以工程能力培养为主线的实践教学体系，是深化实践教学改革的关键。实践教学不是孤立的，因此，工程实践教学不仅要与理论教学、创新训练结合、协同，在训练项目之间，在校内、校外、校际之间也要协同。只有协同发展，才能倍增实践资源，更好地构筑工程训练环境。
依据以学生为主体，以培养务实创新的高素质应用型人才为目标，围绕社会对人才创新精神和实践能力的要求，电子信息类行业特色高校工程应用型人才的培养需要在合理设置课程体系的基础上，进一步整合教学资源，优化实践教学体系设计，建立分层次、多途径、由浅入深、循序渐进的实践教学体系。从大工程教育观出发，以强化工程实践训练为重点，把学生的工程意识、工程素养、工程能力的培养从“课内”的每个实践环节，拓展到“课外”的创新实践活动，从“校内”的工程训练，延伸到“校外”的工程实习，构建“实验、实训、课程设计、工程实践、学科竞赛、创业孵化”的实践教育体系。这六个实践环节相辅相成，共同构建“课内课外、校内校外、教学科研”立体化的实践教学体系，使传统内容与现代技术、基础理论与基本技能、课内教学与课外研学融为一体。立体化的实践教学体系。
二、工程应用能力培养模式实施
1994年，美国麻省理工学院院长乔尔·莫西斯提出了大工程教育观，主张工程教育更加重视工程实际以及工程本身的系统性和完整性；要求工程教育要为学生提供综合的知识背景，强调工程的实践性，培养学生的创新性。许多工业化国家的经验都证明，培养出一名合格的工程师，必须使其经历工程科学知识的学习、工程实践的训练和工作实际的体验三个环节。其中工程实践是促进学生理论联系实际、学以致用，以便走上工作岗位后能够尽快适应工作的重要一环。
随着越来越多的高校将人才培养定位为工程应用型人才培养，高等工程教育专业认证引起产业界和教育界的高度重视。以《华盛顿协议》为纽带、EC2000为标志的工程教育专业认证制度是保障和提高工程专业教育质量的重要方法和途径。高等工程教育专业认证标准重视考查学生综合运用所学理论和技术手段，分析并解决工程问题的基本能力；除了要求学生掌握必要的工程基础知识，接受本专业的实验技能工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练外，还应该具有创新意识，对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力。工程教育专业认证通用标准从更加贴近工程实践、贴近企业界人才需求的角度对教学内容、教学方法、考核等方面进行了详细规定。因此，依托工程教育专业认证标准，对电子信息类实验课程进行改革，加强实验环节对产业发展的适应性，使学生更贴近企业和社会的需求，是保证工程应用型人才培养质量的必然趋势。
实践教学的有效实施，依赖于对实践教学改革内涵的正确理解，实践教学目标主要是培养学生的工程应用能力（工程实践能力）。工程实践教学是工程应用型人才培养的重要组成部分，应贯穿于人才培养的全过程。学校根据工程实践教学自身的发展规律，加大工程实践教学的比例，以课程改革为基础，创建“能力培养为中心”的实验教学新模式，构建了相对独立、完整的工程实践教育课程体系，形成了“四种能力八个阶梯”的工程应用能力培养实施方案。
学生在校的四年间，从电子工程认知、机械工程认知开始，接受工程认知能力的培养，从电子电路实验、电子电路制作中得到工程实验能力的训练，再到课程设计、电子工程训练、机械工程训练，体味从单元实验到系统设计的变化，接受工程设计能力的熏陶，在生产实习、毕业设计中接受工程实施能力的锻炼。每学年侧重一种能力的训练，循序渐进、逐步提升，保证工程应用能力培养不断线。
第二节 实践教学改革具体内容
一、实验教学内容优化
1.更新实践教学内容，突出工程意识培养
实践教学不仅对学生理论联系实际、加深对理论的感性认识有着非常重要的作用，同时也是实现应用型人才培养目标的主要途径，对学生整体工程素养、工程知识、工程能力的提高起着重要作用。［刘伟.实践教学中应用型人才培养模式的研究[J].实验技术与管理，2009，26（9）：123-127。］实验内容优化从实用化和工程系统化出发，培养学生的实践意识。实验教学首先要优化各环节开设顺序，保证实践教学与理论教学、实践教学各环节之间的相互协调和衔接，实现实践教学内容的整体优化。学校在增加实践教学学时的基础上，在实验课程设置与选择、教学环节的设计与要求等方面注意共性与个性、统一性与灵活性的结合。对于达到16个学时的实验课程，进行单独设课、独立考核。
在实验教学内容中增加部分学科前沿知识和工程实际知识，加大综合性、设计性、创新性实验比例，注意将创新意识、实践意识、工程意识强化到实验教学中，培养学生综合实验技能。
2.适应行业技术趋势，树立系统概念
现代电子技术的集成化程度越来越高，以传统的二极管和三极管为核心的分立元件、小规模集成电路所占份额越来越少。在此背景下，把实验电路集成化、模块化，培养学生以“系统”的高度来看待问题。学生不必进行烦琐的电路原理和功能的分析，只需专注于这个系统的输入激励和输出响应的变化过程。实验室与清华科教仪器厂联合开发了模拟电子电路、数字电子电路、信号与系统等多门课程实验箱，把基础的硬件实验单元化、模块化，每个实验模块只引出信号输入、输出端和电路框图，使学生能清晰、准确地掌握系统模块的原理和分析方法，取得了良好的教学效果。
同时，在实验设备中及时体现行业发展趋势。例如，在频域实验中，改变以前普遍使用时域仪器的实验方法，全面引入频谱分析仪、频率特性测试仪等频域仪器，使学生更容易理解频域的理论知识，便于学生了解和掌握先进的测量仪器和测量方法。
3.分层次实验教学，实现“因材施教”
充分发挥学分制特点，实行面向全体学生基本规格与面向优秀学生的较高规格的分层次培养体系。在实验教学大纲及授课计划中对每门实验课的内容和能力进行分解，明确基本能力、拓展能力、综合能力三个层次，每一层次都有不同的目标要求。学生可以根据自己的实际情况及专业培养要求选择不同层次的项目，实现因材施教。以《信号与系统分析》实验为例，整合后共包括时域分析、信号的分解与合成、频谱分析、抽样定理和信号通过系统的特性测试等五大模块。每个模块又分成验证性、提高性、设计性三个层次，五个模块共细分为17个不同层次的实验内容，以适应不同专业、不同学时、不同层次的学生使用。验证性实验强调对重要原理和方法进行求证，要求学生理解并掌握所学知识点；提高性实验涵盖多个重要知识点，学生通过这类实验达到对所学知识的融会贯通；设计性实验强调学生的自主性，由教师给出实验目的、任务要求及条件，学生自行设计实验方案、步骤并加以实施。三类实验循序渐进，使学生对知识的掌握从浅到深、从单一到系统，从简单的原理验证过渡到实际应用系统的分析。
例如，在信号通过系统的特性测试模块中，验证性、提高性和设计性实验内容分别为：无失真传输系统、二阶系统的特性测量和模拟滤波器的设计。无失真传输系统实验通过对比输入信号在失真条件下和无失真条件下的输入/输出波形，使学生了解系统无失真传输的概念，通过分析线性系统引起信号失真的原因，进一步掌握无失真传输的条件；二阶系统的特性测量实验通过测量二阶网络在不同阻尼系数下的单位阶跃响应、幅频特性和相频特性，使学生掌握二阶网络的构成方法，理解二阶网络的系统响应特性，学习波特图的绘制原理；模拟滤波器的设计实验要求学生根据参数要求，自行设计出四阶巴特沃斯低通、高通、带通滤波器，然后利用扫频法和点频法测试该滤波器的频率特性，并参照理论值，分析产生差异的原因，使学生掌握模拟滤波器的设计方法，深入了解模拟滤波器的特性。对于前两类实验项目，在实验报告中只要求列出实验原理、必要的理论计算、测量结果、数据处理过程、实验结果分析，回答指导书中提出的思考题并写出经验体会。而对于设计性实验项目，要求学生自行进行资料查阅、电路设计、虚拟仿真、参数测量、问题排查等环节的工作，实验报告采用科技论文形式，培养学生的独立思考能力、科学思维能力以及文字表达能力。
4.以计算思维为核心，加强计算机基础教育
根据教育部计算机教学指导委员会“关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见”（“白皮书”和“蓝皮书”）的要求，坚持“以学生为本”，建设一个全面开放，资源共享的计算机基础实验教学平台，以培养学生应用能力为核心，以“面向应用，分层分类”为原则，按照“能力—知识结构”构建了分类分层多模块的计算机基础实验教学体系，创建了计算机基础教学的大环境，满足全校50多个非计算机专业计算机类课程的实验教学需求。重点关注非计算机专业学生信息素养的培养与计算思维的养成问题，解决教学与实验内容滞后于计算机技术发展的问题及“学校所学”与“社会所需”之间的差距问题。紧紧围绕“计算机基础教学是培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术与方法，利用计算机解决本专业领域中问题的能力”这一目标，不断探索计算机基础教学模式与学生实践能力培养的新途径，遵循“任务驱动，探究式学习，精讲多练，实验与实训相结合”的实验教学理念，让学生在做中学，在多次、多种、开放性实验中学会学习，学会探索、学会创新；结合项目，锤炼学生严谨的学风、顽强的工作作风，养成合作精神和科学态度；培养具备实践能力、创新能力的多层次应用型人才。为了加强“以计算思维为导向的计算机基础教育”，构建了计算机文化素养平台，新建了“计算机认知实验室”和计算机组装与维修实验室，建设了图灵奖获得者、计算机发展史、学生优秀作品电子展台和计算机名人名言展板，以营造计算文化氛围，增强计算机教育的感召力。
加强实验课程内涵建设，以《大学计算机》省级精品课程建设为突破口，实施分专业分模块分层次教学，探索将计算思维能力的培养贯穿于第一门计算机课程中，学生一入校就开始接触计算思维相关的培养模式。建设了《大学计算机基础》PBL（案例+项目实训+教学视频）网上资源库，以“任务驱动”的方式，引导学生探究式学习，能够“自觉”学习“办公软件”，掌握3R（Reading，Writing，and Arithmetic）基本的计算思维能力，构建基本的信息素养与学习能力，达到有兴趣和会用计算机来解决问题的目的，使学生终身受益。加强《C语言程序设计》、《数据结构》等程序设计类课程实验内容的建设，开发趣味性强的实验项目，探索“基础集中”（前8学时）+“综合开放”（后8学时），“责任教师+滚动讲解+预约开放”的教学方式，建立“互助学习”中心，引入同辈帮助辅导，教师加强验收，强化学生程序设计的训练，取得较好的教学效果。
二、实践教学方法改革
电子信息类实验一般涵盖模拟电子电路、数字电子电路、电路分析基础、信号与系统分析、高频电子线路、微机原理等六门基础课程。近年来，由于出现重理论轻实验、过于偏向计算机模拟、过于依赖实验箱等脱离工程实际的状况，学生只能纸上谈兵，无法获得完整的工程训练，严重制约了学生工程能力的培养。目前，电子信息类实验教学主要存在以下问题：
①学生对实验课不够重视，兴趣不高。随着基础课学时的压缩，实验课时也相应减少。部分实验内容陈旧，与当前社会和产业的需求脱轨。
②实验内容以验证性实验居多，不利于培养学生的独立思考、动手与创新能力。电子信息类实验教学过程主要采用实验箱加示波器的形式，各实验内容之间联系不够紧密，缺乏系统性。
③主要采用教师讲解、学生按实验指导书步骤操作为主的模式。课前预习流于形式，大部分学生只是照抄实验指导书，并未对实验原理和相关电路进行理论分析。因此即使实验内容难度不大，往往在规定时间内也难以完成。
实验教学方法是影响实验教学效果的重要因素。改革实践教学，重点要实施实验教学方法改革。坚持“以教师为主导、学生为主体”的教学原则，实施实验教学方法的改革。应根据主体对象，采用灵活多样的方式，以增强学生的主体意识，激发学习兴趣，开发创造性思维，进而培养其独立工作和独立实验能力。［赵丽娜，徐占林，陆国志等.新形势下高校实验教学改革的途径——“五个四”实验教学体系的探索与实践[J].现代教育科学（高教研究），2008（1）：128-129。］
1.促进实验和理论课程的衔接
过去在实验教学中过分强调教师的课堂讲解和指导，忽略了学生的主体作用。大部分学生在实验开始前并不清楚本实验的具体内容和要求；在实验过程中对实验仪器不够熟悉，经常花很多时间调整仪器而无法按时完成实验。针对这些问题，采用三步走的教学方案：一是先导课动员，二是理论、实验教师交叉辅导，三是实验室开放。
①先导课动员
实验课开课时间一般都稍滞后于理论课，利用这个时间段分专业给学生开设2个学时的先导课，讲解实验课的目的、重点、难点、技术背景、所需设备、预习方法、资料查阅、实验方式、数据处理和报告撰写等，使学生在进行实际操作前就能对本课程的实验环境具备感性认识，培养动手实践的兴趣和探索问题的求知欲望，引导学生主动查阅资料，做好实验准备工作。
②理论、实验教师交叉辅导
随着教学内容的细化，理论课和实验课教学任务往往由不同的教师担任，相互之间的交流沟通较少。针对这一问题，采用了交叉辅导的模式，要求理论课教师至少参与一次对每个实验内容的辅导，同时实验课教师每周至少进一次教室与学生同堂听课并参与答疑，使双方对学生的知识掌握情况都能有比较准确的了解，便于及时采取措施，更好地开展教学工作。
③实验室开放
实验室是从事实验教学、科学研究的重要场所，是培养学生科技创新思维和综合能力的重要实践基地。开放实验室就是为实验教学、科技创新、科学研究提供必要条件，给学生提供一个充分发挥想象力和创造力的实践场所，这对培养学生的创新意识、创新精神都具有重要作用。
2.运用多样化教学手段
多媒体课件、电子教案的应用。每门实验课程统一设计制作PPT或Flash多媒体课件，图文并茂，生动形象。课件中，着重围绕实验过程中容易被忽视或较为普遍性的问题进行重点演示，使学生对实验原理、仪器使用、元器件识别等知识有直观、清晰的理解，提高了教学效率。同时，也注意到既要发挥新的教学手段的优势，又要防止过分依赖课件，其目的是实施因材施教，营造生动活泼、富有启发式的课堂氛围。
引入智能网络化的教学手段。在电子电路课程中，建设了一个全数字化智能网络实验室，学生可以在“智能网络化电子电路实验装置平台”上完成模拟电子电路实验。该实验平台配备有高性能DDS信号发生器和宽频带数字存储示波器及数字电压/电流表，所有仪器设备均有计算机接口，并由计算机构成局域网。教师可随时查看学生的实验过程、批阅实验报告，进行在线辅导答疑。学生的实验数据均由计算机采集后保存，实验报告提交后不得修改，保证了实验数据的真实性。学生可通过局域网获得教师的实时答疑，能通过网络上传实验报告并及时查阅实验报告的批阅情况。
引入EDA软件仿真技术构建软、硬件结合的实验教学平台。注重把EDA技术的应用引入到基础实验中，使学生对先进的电路设计手段有初步的认识和掌握。例如：在数字逻辑实验中，部分设计性实验在新技术实验室进行，采用Altera公司的DE2开发板和最新版本的QuartusⅡ开发软件进行实验，学生在实验中亲身感受和应用到了现代科学新技术的实验手段，对启发和培养学生的创新思维和创新能力起到很好的作用。在信息的分解与合成实验中，加入两个课时的EDA软件仿真内容，介绍仿真软件的使用及调试方法，改变被测信号的频率、波形等参数，测量各组输出波形并进行对比，使学生对电路原理及信号分解结果有直观的了解。随后，安排相应的硬件电路实验，学生对实验的思路有了比较清晰的认识，对实验结果已心中有数，对难于理解的地方也有所了解，带着问题听课，避免了硬件实验过程中的盲目性。此后的每次实验，在实验预习的要求中均加入软件仿真环节，由学生在EDA软件实验室开放时间内完成。若硬件实验结果与软件仿真不一致，则引导学生对结果进行综合分析，找出原因和解决方案的。同时，软件仿真的理想状态和硬件实验实际结果可激发学生主动探求误差产生原因的兴趣，培养正确的科学实验技能和严谨的科学实验态度。
3.开发学习网站，共享优质资源
实验教学网站是课堂教学的延伸，可进一步促进学生对实验课程的学习和理解，培养学生分析问题和解决问题的能力。学习网站涵盖网上实验报告批改系统、多媒体课件、授课录像、仪器使用演示录像、理论知识介绍、答疑系统、实验室开放预约等模块。学生可通过该网络平台自主预习和复习实验、提交实验报告，有疑难问题也可以在网站上留言，教师每隔一段时间登录查看并做出解答。同时，答疑系统可方便地总结归纳出学生的瓶颈问题，为教师掌握教学进度、衡量教学效果提供依据。学习网站的总体结构。
充分利用网上教学平台进行教学活动。通过网络教学平台，为学生提供教学课件、开放性实验项目、仪器设备和元器件技术资料等优质教学资源，实行了网上选实验课、提交实验报告、查询成绩等多种教学服务。改善和拓宽了学生自主学习的条件和实践创新的途径，为学生营造了自主学习、团队协作、师生互动的多样化实验环境。
4.改革考核方式，实行综合评价
合理的成绩评定方法是客观评价教学质量的一个指标。传统的考核成绩主要由期末考试决定，这种单一的评价方式无法全面评价学生是否熟练掌握了实验技巧，也不能涵盖其在每次实验准备与操作过程中的表现。［王革思，李广辉，滕菲.“电子电路实验”教学改革与探索[J].中国电力教育，2009，137（2）：140-141。］以公平、公正、全面为原则，新的考核方式充分重视平时的实验过程和学习效果，淡化和降低考试成绩所占的比重。总评成绩中平时成绩占60%，考试成绩占40%；在开放时间进行创新实验的学生，视其成果，在总成绩中有最高10分的加分。其中平时成绩的评定采用分项考核记分方式，成绩分项。改革后的考核方式避免了临时抱佛脚的考前突击，使能力培养回归平时的积累，鼓励能力较强的学生积极参加创新实验，利用课余时间充实、提高自己。
三、实践教学平台建设
校内校外相结合、设施齐备、师资力量雄厚的工程实践教学平台是提供系统化、高质量的工程实践的有力保障。国家级电子电路实验教学示范中心、机电综合工程训练示范中心负责“工”的训练，通信实验中心等省级实验教学示范中心和34个校级实验中心负责高年级工程专业实训。同时，以现有的100多家校外实习合作企业为依托，与行业、企业建立良好的产、学、研协作关系，为学生生产实习提供优良的工程能力培养及创新实践平台。以新技术、新知识更新实践教学内容，在高年级的工程实训环节中，选用来自于工程实践的课题来培养训练学生，并运用现代教育技术手段模拟工程环境，增强实践教学效果，培养学生的工程实践能力。
学校从大工程教育观出发，以强化工程实践训练为重点，形成了以教学实验室为依托，以各学院学生科协为基础，以各学科创新基地为主体，以校级大学生创新实践基地为示范，以大学生创业园为孵化器的课外创新实践教育平台。每年投入学生工程实践和科技创新实践活动经费超过500万元，为学生提供涵盖开放性实验、讲座培训、企业论坛、创新性实验项目、学科竞赛、创业培训等环节的丰富多彩的课外实践活动。学生入学之初，就可以自主选择加入各类学生科协或社团组织，进行职业体验和兴趣培养。有一定基础的学生可通过竞争方式，进入学科创新基地或学校创新基地，参与各类创新实践活动和学科竞赛，获得课堂上难以获得的知识和实践经验。创新思维活跃、动手能力强的学生则选拔进入国家大学生创新项目或参与教师科研项目，培养其创新能力和从事科学研究的能力。具备成果转化条件的学生项目引导进入大学生创业园或参与企业资助项目，开展创业实践活动。
四、工程训练模式创新
（一）国内外工程训练现状
欧美发达国家尽管国情不同，面临的问题不同，以及各自的工业培训体制和运作机制有所差异，但对实习或工业培训重要性的认同是相同的。近年来，美国高等院校加强了工程训练环节，有的学校将学制延长1年，以加强工程实践。美国高等工科院校实践性教学的主要特点是：通过“学校—学生—社会”这条纽带，实现对学生工程实践能力和创新能力的培养。例如，美国伍士德（WPI）理工学院的本科学生在学习期间至少要做3个项目，每个项目10周时间，项目主要来源于工业界。大学生的参与，特别适合解决产品存在的细小问题，为产品的日臻完善做出了贡献。［苏达.发达国家如何开展工程实践教育[N].中国教育报，2005（06）。］德国则要求工科大学的学生在入学前要有不少于1年的在职工业训练经历，技术师范大学要求更高，要不少于1年半。六年制的应用型工科大学，有一半时间是在社会的企业进行工业训练，而1年以上的毕业设计也包含工业培训内容。［毕耕，郑敏利，谭光宇.工程训练课程体系的研究与探索[J].中国高教研究，2001（11）：94-95。］
香港理工大学早在1976年就创建了工业中心，采用“教学工厂”模式，提供门类齐全、内容广泛的培训课程让学生在模拟的工业环境中接受多元化的工业培训。从机械到电子、电机，从材料成型到建筑，从制造工程到计算机辅助设计、管理运筹等，以20多个车间配合多个专业，提供多方面的选择，满足各种不同的需要。各学科视其特点及办学宗旨从中选择，以造就未来的工程师。这种打破专业界限的工业培训可使毕业生获得较强的工程实践能力。香港理工大学工业中心已经成为国内高校工程训练教学基地建设的模板。
近几年，内地许多院校参照香港理工大学工业中心的经验和模式，利用世行贷款、211工程和蒋氏基金，相应投入配套资金（各校平均在1000万元人民币以上），建设各具特色的工程训练中心。
（二）当前工程训练存在的现实问题
工程训练是机械和非机械类有关专业培养方案中一个重要的实践教学环节。它不仅是一门必修的工艺性技术基础课和工程实践课，而且是对工科学生进行综合工程素质教育和现代制造技术教育的重要阵地，是进行工程实践训练和制造工艺教育的重要场所，对全面提高学生的素质，培养高质量、高层次工程技术人才，发挥着其他课程所不可替代的作用。学生通过实习获得机械制造的基本知识，建立机械制造生产过程的概念；在培养一定操作技能的基础上，增强学生的工程实践能力，为学习后续课程、提高工程实践能力和工程意识打下一定的实践基础。［莫海军，蓝民华，曾仪.基于创新作品制作的工程训练教学改革与实践[J].装备制造技术，2009（08）：173-175。］
长期以来，我国工科高校安排金工实习都是按照工种顺序安排的，如：车工、铣床、钳工、数控加工、热处理、锻压和铸造等。这种实习模式，学生实习过程被动，各工种之间彼此独立，没有工艺上的关联，实习过程没有形成一个具体的作品或产品。因此，实习结束后学生仍不了解零件的技术要求、公差要求及零件的装配工艺等，更不了解实际工程目标的实现方法和体系。此外，学生实习的安排，多数没有按照团队协作和专业特点来安排，使得机械类和非机械类学生实习内容没有多大区别，并且与各自专业学习内容相互脱节，不能充分体现学生的专业特长和团队协作精神。
（三）基于工程目标的分专业综合创新工程训练模式
基于工程目标的工程训练模式，是指在传统的金工实习和现代加工方法实习的基础上，融入工程的概念，按工程目标进行产品的创新设计与制作的工程训练方法，即实习不再是单人单一的加工某个零件，而是组成一个团队或小组共同制作一个以实际工程应用为目标的机构或部件，通过对实际工程应用机构和部件的调查、研究、机械设计、工艺设计和成本分析，选择合理的加工工艺和加工设备，通过各零件的各工种选择合适的加工方法，最后装配或组装成一个作品，实现确定的工程目标。它强调学生运用所学知识去完成一个生产过程，讲究生产工艺的整体性和实效性，能让学生在实习活动中开动脑筋、提出问题、分析问题、解决问题，从而使学生将所学的知识应用到实践活动中，同时也会对自己的专业产生更大的兴趣。
1.实施步骤
（1）根据各专业培养目标，选定适合各专业发展需求的工程目标实例，并对这些工程目标实例进行补充与优化，建立工程目标实体机构创新性设计资料库。
（2）对选定的工程目标实例进行知识体系分析，把工程目标实例与专业工程训练相互融合，建立以工程目标为中心的机械设计、工艺设计、成本分析、生产组织与管理等工程训练创新网络知识学习和创新训练平台，为学生课外进行以工程为目标的创新性工程设计提供一个良好的平台。
（3）以符合各专业培养目标要求的工程实例为基础，学生自愿组成工程训练团队（5人一组），团队协作完成工程目标的调查研究、机械设计、工艺设计、可行性分析任务，建立学生团队合作式工程训练综合创新组织管理模式，通过这种模式进行各专业的综合创新工程训练。例如，对机械类的学生，从进入工程训练开始，教师就在安全教育课上对学生进行创新训练动员，并由指导教师向每个工程训练团队布置创新设计制作的任务。产品是一个组合件，有配合、装配、零件加工等机械制造训练内容，并且包括用途、产品现状、基本原理、结构特点和性能分析与计算等，要求学生边实习边构思。在完成既定的实习内容后，留出3～5天时间让学生分组自主进行产品的总体方案设计，并随时与教师讨论其可行性。方案经教师认真审阅修改通过后进行草图设计，待所有零件加工、装配图纸经教师审核后进入制作阶段。中心没有的材料和标准件，要求学生自己去市场购买，让学生置身于实际工程中，引导学生进行社会调查。通过了解市场，部分学生可能会修改其设计方案，使之更合理更成熟。最后学生按设计要求在各工种指导人员的协助下独立加工完成。1～2个月后由中心老师组织学生答辩，并设立奖项。
（4）工程训练采用分专业、分层次的方式进行。第一层次为工艺基础技术实训，第二层次为专业生产实习，第三层次为综合创新工程训练。从以教师为中心转为以学生为中心，充分调动学生的主观能动性和创造性，大力提倡启发式、讨论式教学方法。改变原有“零件生产”的教学模式，革新为“工程产品”教学模式。学生团队在教师的指导下完成工程目标任务（制作作品和完成工程项目技术说明书），使学生具有市场、信息、质量、成本、效益、环保等全面的工程思想素质和综合创新能力。
（5）充分利用网络系统，结合数控技术和网络技术，实现远程设计、网络传输、数字化制造等现代制造理念。
2.“集中+开放”的管理模式
“集中+开放”的管理模式是解决校内实习教学时数有限的一种有效方式。所谓“集中”，就是先让学生集中进行基础知识的实训，保证完成教学大纲规定的教学内容；而在一定时段内实行“开放”管理，则可以保证学生有足够的时间来完成作品，同时，也能为学生开展创新实践、课外科技制作和参与科研活动提供资源平台。工程训练的开放可归纳为以下几个方面。
（1）训练时间的开放
这一开放方式，包括训练时数开放和训练时间点开放两层含义。在理想状态下，训练时数开放即学生可以根据自身需要任意延长或缩短训练时数；训练时间点开放即学生可以在任何时间进入实训室参加训练，如晚上、周末和节假日等。
（2）训练内容的开放
训练内容的开放从广度和深度两方面入手。训练广度的开放主要是指最大限度压缩必修训练项目，同时尽可能增加选修训练项目，提高学生选课的自主权和自由度。选修项目可分为限选和任选项目，限选项目体现分流培养的原则，任选项目则全方位地向相邻技术项目和新技术、新工艺项目扩散。开放的关键在于确定必修与选修及限选与任选的合适比例。训练深度的开放主要是指对训练内容进行分级（例如设立基本级、中级和高级三个等级），再由学生根据专业要求和自身条件选择合适的等级参加训练。训练内容的开放意味着同一班级的学生训练内容可以不同，不再是千篇一律的。这样既有利于充分调动学生学习的积极性和主动性，也有利于教师因材施教，让学生最大限度掌握有关知识和技能，还可以培养学生实事求是的态度和勇于创新的精神。
（3）训练方法的开放
工程训练中心的教学设施不可避免地存在生产性不足、先进性滞后的局限，这在一定程度上限制了训练的效果。训练方法开放就是不仅采用传统的现场训练手段，也采用现代的训练手段，如多媒体教学、远程视频教育和仿真训练等。这些现代的训练手段不仅成本低，安全可靠，可以反复进行，而且也不乏直观性和吸引力，还可以弥补工程训练中心现场训练中的不足。
训练方法开放的另一层含义就是由指导教师确定或学生自拟训练题目，这些训练题目包含一些必要的训练项目和要素。教师仅负责提供训练条件和指导咨询，具体的训练步骤、图纸和工艺的编制，以及工装夹具的使用等均由学生独自完成。这样不仅可以巩固学生的所学知识，而且还能发挥学生潜在的创造性，克服传统教学中作业工件缺乏新意、千篇一律的弊端，激发学生学习的主动性和创新性。
3.“基础+目标”的教学模式
“基础+目标”的教学模式充分满足了工程训练“四个转化和一个结合”的需求。“四个转化”是指：由常规的金工实习向现代工程实践教学的方向转化；由单机技能培训向部分实现局域网络条件下的技术集成的培训方向转化；由操作技能培训向技能与管理相结合的方向转化；由操作技能培训向技能与创新实践相结合的方向转化。“一个结合”是指工程训练的教学过程尽可能与教学产品（包括面向市场的产品和完成工程训练的产品）相结合，这样有助于培养学生的综合素质。“基础+目标”的教学新模式，就是先让学生“集中”进行基础方面的实训，包括各种机床的基本操作技能、数控编程等方面的实训；学生通过基础方面的实训，已基本掌握各种工艺方法的加工技能，然后再让学生自由组合，每组5～6人，共同完成一个作品的设计和加工任务，使学生通过完成设计和加工作品这个“目标”，来提高他们的综合素质。通过这样的教学改革，学生的三种能力得到了提高。一是学生的工程实践能力得到了提高。学生经过贴近实际工程的工程实训，对实际工程的整个工艺流程有了亲身的体会，包括产品的设计、制造、安装、调试等，工程实践能力得到了提高。二是学生的创新能力得到了提高。学生在工程实训过程中，充分发挥自己的想象力，设计制造出各种不同功能、不同外形的作品，如投石车、抽水唧筒、手动绳索拉紧装置、简易秋千、补鞋机、活塞式抽水机、千斤顶、简易冲床、简易手摇式风扇和装甲车等。三是学生的团结协作能力得到了提高。在工程实训的过程中，把学生分成若干个小组，每组5～6人，共同完成一个作品。在作品设计制作过程中，学生自己分工负责，相互配合，互相学习，团结协作能力得到了培养。正如一位学生在实训后的心得体会中写道：“团结的力量：做任何一件事必须有一个强有力的团队支持，相信团队的力量、利用团队的力量，比孤军奋战事半功倍。”
基于工程目标的分专业综合创新工程训练模式以学生为基本对象，以大工程意识、创新意识和工程综合能力的培养为核心，以培养高素质、复合型的高级工程技术人才为宗旨，基本涵盖了现代工业体系内容；在高校环境下为工科学生提供逼真的工程实训模式，完成大学生工程训练所要求的实习、实验、实训的全部实践教学内容，使学生获得现代工业生产方式和工业过程的基本认识；更为深入地了解实际工程各环节之间的有机联系；掌握从调查研究到设计、制作、可行性分析和生产管理的全过程的具体操作方法；初步得到生产工艺技术、方法的训练；培养市场、信息、质量、成本、效益、环保等工程素质；团队意识、创新意识、组织管理能力都得到培养和提高。
五、实验室的全面开放
1.实验室开放的意义
开放实验室是在紧密结合课堂教学的基础上，巩固学生基本理论知识与培养实际问题解决能力的大众性科技活动，是增强学生学习及研究的主动性，培养学生动手能力和创新意识的重要途径。随着高等院校创新教育改革的深入，高校实验室在创新教育中的地位和作用已越来越重要。创新教育宗旨，正如爱因斯坦所说“最重要的教育方法总是鼓励学生去实际行动”。这包括了努力去培养学生在科学实验中的操作能力、解决技术问题能力和创造能力。在高等学校中，培养学生这些能力的主要课堂就是实验室。因此，实验室在管理模式和教学方式上应顺应创新教育发展的形势，进行有效的改革。传统的集中式实验教学模式已无法满足学生综合能力发展和个性化发展的需要，主要表现在以下三个方面。
（1）传统的集中式实验教学模式以指导教师为主导，注重针对实验内容培养学生的基本实验操作技能，但按部就班的教学模式也阻碍了学生灵活运用知识的能力培养，学生无法独立学习、独立研究。
（2）传统的集中式实验教学学时有限，学生难以在规定的学时内完成综合性、设计性的实验内容。
（3）一些能力较强的学生在掌握了一定的基本概念后，需要一个探索、验证的实践环境。这些实验往往是原先教学计划、课程大纲中没有的，而且在时间上、场地上也不具备条件，学生学习的自由度在某种程度上受到了制约。
因此，在课外教学部分推行开放实验室制度，弥补课内学时的不足；同时，充分利用教学实验室的师资、仪器设备、设施条件等资源，以开放实验方式提供充足的、具有工程应用背景的实验项目供学生选做，对于学生创新精神和工程能力的培养是一个很好的途径。开放性实验室和开放性实验教学模式将成为现代高校实验教学模式的必然趋势。实验室开放是有效发挥实验室在创新教育中载体作用的新途径，从逐步开放到完全开放是高校实验教学改革的发展方向之一。
2.实验室开放需要解决的关键问题
教育部在本科创优A级标准中要求：开放性实验室要达到实验室总数的30%以上，其中10%的实验是自选课题的实验。国内高校基本都有实验室开放的制度，有些高校还实行24小时开放。但是，随着科学技术的发展和人才培养需求的多样化，传统粗放式的实验室开放模式已经无法满足具有创新实践能力的工程应用型人才培养要求。不同的实验课程各有特点，适应的实验室开放体制和开放性实验教学模式也各不相同，不可一概而论，急需探索、建立一套具有不同课程针对性的、系统的实验室开放体制，主要涵盖以下方面：
基础教学实验室和专业实验室的情况不同，需分别建立适应其教学特点和受益群体的实验室开放方式和管理机制。
根据课程实验预约开放、课内实验和课外实验相结合的实验、学生自拟题目的创新性实验、课外科技活动实验开放等多种开放形式，需分别建立相应的实验室开放方式和方法。
在推行“卓越工程师培养计划”和高等教育工程认证的形势下，引入校企合作机制，实现“校企共建、需求牵引”，使学生工程能力的培养更具针对性。
对较大型的综合性、设计性开放实验项目，探索引入项目组机制，模拟企业研发特点，培养学生团队协作能力。
3.实验室开放具体措施
实验室完全开放，是一种基本全天候开放的理想的实验教学模式。它对于理论教学来说，在教学时空方面保持一定的、相对的独立，要求实验室所有设备、实验项目、资料等在任意时刻对学生开放，学生可以在任意时间来实验室做自己准备好的实验项目，也可以做自带的实验项目。
（1）规范化开放实验室管理机制和运行制度
建立完善、系统的实验室开放制度，主要包括：开放实验室的准入与运作；开放性实验项目的选择与确立；学生自选项目的申报与立项；开放性实验的指导与过程管理及效果评价；开放实验室与开放性实验资源管理与资金保证等。
（2）针对不同专业人才培养需求，设置形式多样的实验室开放形式
课程实验预约开放。实验室在每学期初公布该实验室开设的实验项目，学生向实验室提出申请（可采取网上预约形式），经实验室审核同意后方可进行实验。
课内实验和课外实验相结合的实验开放。实验室根据教学计划要求做好课内实验之后，对于课内学时中无法全部完成的实验内容（如实验项目的扩展部分），学有余力的学生可利用实验室课余开放时间进入实验室进行操作。
实验内容的开放。包括：教学计划规定的设计性和综合性及开放式研究性实验；学生的课程设计和毕业设计；课外科技活动中的电路设计与调试；参与教师教改、科研课题的实验；学生自选课题的实验；各级大学生电子设计大赛的强化训练。由学生自己提出感兴趣的实验题目、实验方案和步骤，经指导教师审查、修改后进入实验室操作。
（3）建立多层次开放性实验项目体系，实现因材施教
①开放性实验项目设置可分为验证性、综合性、设计性几个层次，项目难度和工作量逐步提升、循序渐进，同时项目设置要兼顾趣味性。
②开放性实验教学内容应考虑具有一定的工程应用背景和实用性，注重引入新知识、新器件。要求学生自主完成系统设计、仿真、制作、调试、参数测量、撰写实验报告等环节的工作。
③根据企业需求及产业发展趋势设置相应的开放性实验项目。利用校企共建实验室平台，利用企业最新技术、新器件，给学有余力的学生开设综合性及工程背景的实验项目，学生根据自己的实际情况确定选题并在两周内提交实验报告。学生也可自主设计实验，通过自由组队方式，查阅文献、设计基本流程并向指导教师提交完备的实验方案，经指导教师审核并完善后，进入开放实验室进行实验。这种方式使大部分学生都能积极参与其中，体验现代工程思维方式和工作模式。
实行实验室完全开放，学生的实验内容更加广泛，难度增大，知识面加宽，因而对实验指导教师的素质水平提出了更高的要求，要求指导教师具有更多的知识储备和实验操作技能。这就促使教师去努力学习、参加各种进修和培训，更新自己的知识结构。目前学校大力启用教授、博士生、硕士生，作为实践教学改革的学科带头人和骨干，完成了实验教师队伍的更新换代。
实行实验室完全开放，更能体现育人为本的教育精神。学生可以通过教师和学校培养计划的指导，自主地设计和规划自己的学习进程，从而为学生主动学习、自我成才提供更多的空间和时间，学习生活更具机动性和灵活性。
在工程应用型人才培养的大背景下，开放实验室和开放性实验教学将成为现代高校实验教学模式改革的必然趋势和发展方向。不同的基础实验室或专业实验室需根据自身课程及设备配置特点，选择适当的实验室开放模式，开拓或拓宽培养学生优良个性、团队合作精神、创新思维能力和实践动手能力等方面的有效途径，为学校开展人才培养模式改革、推进高等工程教育认证、实施“卓越工程师”计划提供支撑。
第三节 国家级实验教学示范中心建设案例
经过多年的探索与实践，电子电路实验教学中心、机电综合工程训练中心成为国家级实验教学示范中心建设单位，通信工程实验中心、测控技术与仪器实验中心、机械电子基础实验教学中心、自动化实验中心、计算机基础实验教学中心五个实验教学中心成为省级实验教学示范中心。学校以“示范引领，追求卓越”为目标，大力推进工程应用型实践教学改革，不断探索工程应用型人才培养模式的改革，成效显著。“电子电路实验”教学团队成功获得国家级教学团队，学校获准成为国家级电子信息类工程应用型人才培养模式创新实验区，第二批卓越工程师教育培养计划实施高校。
一、电子电路实验教学中心
近几年来，国家级电子电路实验教学示范中心坚持按照国家示范中心建设的内涵和特性要求：“树立一个教育理念和实验教学观念、推广一批成果、引领一个发展方向、建设一支队伍、具有开放性、共享性、示范性”，以能力培养和素质提高为核心，建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系，建设优质资源共享、开放性的实验教学环境，为实现学校培养“务实创新的高素质应用型人才”目标，为本地区高校实验教学和实验室建设积累经验并提供示范作用。
（一）围绕人才培养目标，创新实验教学体系
为了更好地服务于培养“知识、能力、素质协调发展的工程应用型人才”的目标和“需求牵引，工程应用，务实求是，创新实践”的教育理念，构建了以“三个结合、四个层次、八个模块”为主体的创新实验教学体系。
1.三个结合
传统单元电路与现代功能系统电路相结合；
传统分立元件与现代集成电路相结合；
传统电路设计与现代计算机辅助设计相结合。
2.四个层次
实践技能层：以电子工程认知实习为主，重点通过初步训练，使学生掌握基本工具和仪器的使用，元器件及特性识别，简单电路的安装、调试等基本技能。
基础提高层：以基础课程实验项目为主，重点提高学生理论与实践相结合的能力，加强区分理想模型与实际器件差异的能力以及将所学的不同知识综合运用能力，提高解决基本工程问题的能力。
综合设计层：以设计性、综合性实验为主，重点针对不同的专业开设有选择性的实验项目或创新实践项目，对学生进行更深入的培养和训练。帮助学生由浅入深，逐步掌握电子系统设计及开发的能力。
创新研学层：以组织学生参加教学科研、课外竞赛为主，重点通过实验技能操作竞赛、课外科技创新实践、全国大学生电子设计竞赛、开放式研究项目等，提高学生的实验学习兴趣，培养了学生创新研学的综合能力。
3.八个模块：
常用电子仪器的正确使用；
常用电子元器件的参数测试与选型；
典型电子电路性能指标的测试与调整；
具有某种功能的实用电路的设计、制作与调试；
多功能或系统电路综合设计与调测；
片上可编程电路的设计与实现；
电路仿真与设计软件的使用；
ASIC、ARM、DSP等器件和系统在工程中的应用以及应用创新。
（二）跟踪当代先进技术，更新实验教学内容
示范中心的建设要按照国家示范中心建设的内涵和特性要求的方向发展，其过程就是要不断推陈出新，要紧跟当代先进技术，做到有利于与先进的教育理念、先进的教学方法、先进的教学设备相结合。
1.运用现代网络技术，建设优质实验教学平台
多年来，中心对“电子电路实验示范中心”和“电子电路实验国家精品课程”两个网站进行精心建设，包括涵盖网络课程、教学课件、教学案例、电子电路基础知识、电子电路制作基础知识、设计仿真及软件支持、参考资料与文献等资源的电子电路实验教学资源库和智能网络电子实验平台。
示范中心和课程网站的不断更新，完成了“电路分析基础实验”等六个实验单元125个实验项目和实验内容的建设，新增“模拟电路虚拟实验”等课件。课程在网上教学资源、教学视频建设等方面取得较大进展，总计更新网上实验项目课件32个，在视频资源建设方面，补充购置了专用服务器，提高了网站的视频播放质量，使网站数据总量达到3000MB。
利用网络教学平台，为学生提供实验选课、阅览课件、提交实验报告、研究性实验和技术信息及成绩查询等服务，改善和拓宽了学生自主学习的条件和独立实践的途径，为学生营造一个自主学习、独立实践、团队协作、师生互动的网络化实验教学平台。
2.发挥学校企业共建优势，扩展优质实验教学资源
近几年来，学校加强了与国内外知名IT企业的联系与合作，联合共建了一批实验室，其中有与美国知名的IT（Information Technology）企业Altera公司联合共建的“数字系统/SOPC（Systems On Programme Chip）联合实验室”和与河南某公司合作建设的电子电路智能网络实验室。
基于前者，引进了DE2开发板和最新版本的QuartusⅡ开发软件。其中DE2（Digital Education 2）开发板的全球首发仪式在学校举行，学校是第一个将DE2开发板用于本科实验教学的高校；基于后者，共同开发研制了智能网络电子实验系统软件，自主研发的“智能网络电子技术实验装置软件”和“射频电路实验设计系统”得到了用户的好评。
以此为基础，撰写了“基于QuartusⅡ软件开发及其在教学中的应用”、“智能网络电子实验平台的开发与应用”、“浅析网络资源库在电子电路实验教学中的作用”等多篇教改论文；编写出版了《现代数字逻辑电路》、《EDA技术与应用》、《SOPC技术与应用》、《PLD在电子电路设计中的应用》、《数字逻辑电路实验·设计·仿真》、《电子电路实验·设计·仿真》等多种教材和参考资料。
3.跟踪当代先进技术，创建创新实验项目
2009年以来，中心资助立项了16个精选创新实验项目，人才培养模式改革专项1项、工程教育专业认证改革专项1项，共计8.5万元，主要用于更新电路分析基础、模拟电子电路、数字逻辑电路、信号与系统分析、高频电子电路、微机原理与接口技术的实验课程内容，支持学校人才培养模式改革，加大学生创新意识和能力的培养力度。并先后于2010年3月、9月进行了两次检查，2009年建设的项目均已通过中心的检查验收，2010年建设的项目均取得了较大的进展。其中“模拟乘法器应用”创新性实验项目入选由国家级实验教学示范中心（电子组）主编的《创新性实验项目汇编》一书；汇编成册的《电子电路创新实验指导》也已结集出版。
