誤差理論與數據處理課程的教學改革探索

王 一 程 佳 馬曉峰

（華北理工大學電氣工程學院，河北 唐山 063210）

0 引言

誤差理論與數據處理課程主要講授科學實驗和工程實踐中常用的靜態測量和動態測量的誤差理論與數據處理，使學生掌握測量誤差與不確定度的基本理論和方法，培養學生分析、處理、評價測量數據以及組織測量過程的能力，為學習檢測技術、儀器設計等后續課程奠定理論基礎，對今后從事與測試相關的工作有著積極作用。目前，該課程教授普遍側重理論性的教材和注重知識體系的構建，造成學生學習目標不明確、缺乏動力，導致教學效果不佳、教學目標難以達成。在對以往教學經歷進行總結和分析的基礎上，結合新工科建設與工程教育認證，探討面向成果導向和能力培養的課程教學改革方法和實踐。

1 課程教學中存在的問題

1.1 教學理念未及時更新

一方面，對學生學習成效不夠重視。在成果導向教育的背景下，仍然以教師為中心，以課堂為中心，機械的將現成的知識完整地教授給學生，往往教學結束后存在相當一部分學生不會運用所學誤差理論知識分析測量過程或進行設計計算。另一方面，對專業培養目標的支撐不夠重視。在工程教育專業認證的背景下，仍然圍繞課程自身開展建設，沒有及時調整課程教學目標與畢業要求的對應關系，沒有認真思考教學過程如何支撐畢業要求，致使課程改進方向存在偏差。

1.2 教學過程重理論輕實踐

很多院校將本課程定位成理論性較強的課程，偏重于公式推導、算法演繹和過程計算，缺少基本的實踐環節，容易使學生被枯燥的公式或煩瑣的算法所困擾，不懂得如何主動應用誤差分析與處理的算法，造成“學”與“用”的脫離，導致學生思維能力訓練不足和解決工程實際問題能力欠缺，甚至影響學生的學習熱情。

1.3 教學手段與評價方式單一

以多媒體為主、板書為輔的教學手段能夠增加課程信息量，并通過運用技術手段在一定程度上激發學生的學習欲望，但由于課程具有理論性、邏輯性強的特點，使得僅靠單一的教學手段無法令學生對所學知識建立起連貫和系統的理解。課程評價由課程考試和平時考核兩部分組成，平時考核包括考勤、作業和隨堂測驗，但限于實際條件原因，平時考核結果不能真實反映學生平時的學習狀態，往往流于形式。

1.4 對課程的思想重視程度不夠

為了使學生對誤差有概括性的認知，課程一般最先講授誤差的基本知識。出現的部分專業詞匯在日常生活中已有所耳聞，容易給學生留下課程簡單的第一印象，加之后續內容偶爾出現先前接觸過的知識，更使學生加深課程容易掌握的錯覺，造成學生不愿為課程投入足夠多的精力。如果學生沒有及時改變錯誤認知，就無法掌握關鍵知識點的真正含義和計算分析的準確過程，最終導致課程成績難以達標。

2 改進課程教學的措施

2.1 重新定位課程目標

遵循能力本位教育的理念，從本校測控技術與儀器專業的培養目標和側重智能儀器設計的角度出發，結合誤差理論與數據處理課程與其他課程的關系，本著課程教學目標遵循“學以致用”原則，著重于學生能力的培養。不僅使學生掌握測量誤差與不確定度的基本概念和測量數據處理的基本方法，而且能夠正確選用測量儀器和測量方法設計測量方案，并從大量的實驗數據中獲取有用信息、處理數據，從而具備一定的工程計算及設計能力。

2.2 反向設計教學內容

從誤差理論課程的實際應用出發，按照學生需要學習什么，哪些內容支撐畢業要求的工程能力培養需要，對教學內容重新進行梳理。從實際工程應用引入要解決的問題，接著介紹關聯的基本知識，然后利用基本知識解決實際工程應用。在教學過程中著重將誤差產生的原因、消除誤差的方法、數據處理相關知識與案例相聯系，注重培養學生發現問題、提煉問題、分析問題和解決實際問題的能力。

2.3 加強課程實踐和應用教學

課程組同時承擔著“傳感器原理與應用”“測控儀器設計”等課程的教學任務，在本課程的教學過程中，增加其他課程的相關知識或者為其他課程埋下伏筆，突出專業特色。在教學中引入Excel、Matlab、C語言程序設計的應用介紹，增加演示性課程教學設計，布置課外參考教材及學術論文閱讀，通過這些能力訓練拓展教學內容，提高學生動手能力，鍛煉學生的實踐能力。

2.4 改變單一的考核方式

重視形成性評價模式，體現了對學生自主學習和體驗的評價，促進了課堂教學過程的外延性與開放性，促進了教學水平以及學生學習成績的提高。充分利用現代教育技術，構建豐富的網絡課程資源和互動環節；增加課外拓展實踐評價，促使學生在實踐中更好地理解誤差理論與數據處理的基本概念和基本方法，掌握數據處理軟件的使用方法。

2.5 綜合運用多種教學方法

融入案例式、討論式教學方法。課堂教學中，介紹激光干涉儀、全站儀、經緯儀、激光跟蹤儀等典型測量儀器，并以它們的原理、精度之間的差異進行課堂討論，提高學生分析問題的能力；展示機器人視覺測量系統工作視頻，講解系統測量原理和誤差分析，實現科研反哺教學，開闊學生視野和培養學生創新意識。

3 實踐效果

經過兩年的持續改進，課程教學質量有了明顯提高，主要表現在：端正了學生的學習態度，使得學生的上課出勤率顯著提高，課上玩手機現象顯著減少；激發了學生的積極性，前排上座率提高，課堂互動頻繁；培養了學生學習獨立思考的能力，課堂互動積極，作業雷同率下降；鍛煉了學生的動手能力，部分學生能夠高質量完成課外能力拓展任務。

在今后的教學活動中還要探索更加適合專業特點和學生特點的教學內容、教學設計，進一步提高教學水平和教學質量，以適應新時期人才的培養需求。