徐志玲， 趙玉曉， 金 驥， 黃 柳

(中國計量學院 現(xiàn)代科技學院， 浙江 杭州 310018)

0 引 言

誤差理論與數據處理是我校儀器科學與技術學科測控技術與儀器專業(yè)核心課程之一，是精密測量、計量管理、質量控制、儀器設計等課程的重要基礎和支撐課程，這些課程所使用的數據處理與控制方法均基于誤差理論。人類在進行科學研究與經濟建設中，任何科學實驗和工程實踐都離不開測量，可以不夸大說沒有測量就沒有科學。由于測量中必然存在誤差，其會影響測量實驗數據的可信賴性，因此科學實驗和工程實踐獲得的數據信息必須經過合理的數據處理，給出科學評價，才有其實際價值。因此，學生對該課程知識的掌握好壞，直接影響其后續(xù)專業(yè)課程的學習，并將對其今后從事的精密檢測、計量管理、質量控制、儀器設計及制造等工作產生持續(xù)深遠的影響。本課程組對“誤差理論與數據處理”課程的教學高度重視，認真查找課程教學存在的問題，積極探索教育教學改革，經過多年努力，初步構建理論、實踐、網絡平臺“三位一體”立體化課程教學體系。

1 課程教學中存在的不足

(1) 教學內容單調、枯燥,學生學習興趣不高。誤差理論課程含有很多的抽象概念、公式, 內容相對來說比較單調、枯燥,對于沒有測量經驗的學生，往往按照高等數學的學習習慣來學習誤差，重計算，輕概念。誤差實際數據計算量大,邏輯性強,而學生往往死套公式，難以靈活應用,由此影響了學習興趣和教學質量。從歷屆本科生的畢業(yè)論文及問卷調查不難發(fā)現(xiàn)，學生對誤差理論知識掌握不夠,數據處理及儀器精度分析不當,存在嚴重死套格式，概念模糊。

(2) 重理論，輕應用，理論與實踐脫節(jié)。“誤差理論與數據處理”是一門理論與實踐相結合的課程。理論教學常專注于誤差基本概念、誤差的分類、誤差的發(fā)現(xiàn)與消除，測量不確定度評定，誤差合成與分配等內容。缺乏實際應用和實驗操作環(huán)節(jié)練習，學生對誤差實際應用場合不了解，沒有動手測量的經驗，不能理解誤差計算與測量過程的精度的聯(lián)系，往往理論教學一結束，相當一部分學生對基本的精度分析方法還很生疏，對于如何對一個具體項目保證數據可靠信心不足[3]。

(3) 教學組織過于呆板，形式單一，難以激發(fā)學生興趣。課程組一直重視修訂教學大綱、準備教案、制作多媒體及板書設計等細節(jié)。在教學上，由于忽視了教學內容特點、學生特點等因素，單一的課堂PPT+板書教學模式僵化、呆板，學生上課聽課度不高，學生學習興趣難以控制。

(4) 考核流于形式，重考試、輕過程?？己朔椒ㄓ善綍r成績和考試成績組成，平時成績主要考慮學生出勤與作業(yè)情況，占總評的20%，考核流于形式。而總評中期末成績比例偏高，使學生產生“平時不用努力，考前抓緊突擊”的想法，更有鋌而走險的行為。這種重結果、輕過程的考核方式，不能反映學生在整個教學過程中的綜合表現(xiàn)，難以反映學生的真實能力。

2 構建理論、實踐、網絡平臺“三位一體”立體化課程體系

針對課程教學存在的不足，課程組充分評估誤差理論知識實際應用的需求，從誤差實際應用和實際背景的特點出發(fā)，重點結合幾何量、機械量等物理量測量展開，教會學生在實際科學實驗和工程實踐中常用的靜態(tài)測量和動態(tài)測量的誤差理論與數據處理方法，對誤差理論與數據處理的講解盡量避免復雜的數學推導，更注重強調其背景、測量誤差的性質和規(guī)律的認識及應用，讓學生學會合理選擇儀器、設計方案，并能從大量的實驗數據中獲取有用信息，突出誤差數據處理，學會按照JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》評定測量不確定度，按照國際通用方式價測量結果，學會國際間科學技術交流、商貿交易、計量證書等互認測量結果表達方式。

2.1 課程設計思路框架

具體設計思路如圖1所示。

2.2 課程建設實施方案

以實際應用為核心的“測量方案設計+測量數據獲取+測量數據處理與表達”的模式來提升學生誤差數據分析處理能力?！暗谝徽n堂互動教學+第二課堂實踐教學+網絡平臺自我學習”的模式來提升學生對實際測量誤差問題處理能力及誤差實務應用能力。并通過第二課堂實踐教學來加強學生對理論的理解，通過網絡平臺自我學習拓展學生視野，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。立體化課程體系構建如圖2所示。

2.2.1課堂教學方法探究

課程除采用傳統(tǒng)的教師講授方法外，根據教學目的靈活地使用多種教學方法，通過啟發(fā)式、討論式、基于工程測量案例的教學方法讓學生自主建構知識和感受。

(1) 啟發(fā)式教學。即在教學過程中通過教師的暗示、提示和必要的背景說明，讓學生自悟出某些原理、概念。通過具體熟知的測量案例來以吸引學生學習的注意力，變教師的單向思維為師生的雙向思維，增強學習效果。

(2) 討論式教學。課程設置5個討論專題，5個專題基于學生熟悉的內容展開，提前布置，學生根據自己興趣選擇討論題目，并在網上搜索相關資料進行專題準備。這種方式對學生的各反面能力是一個有效地訓練，包括搜索資料的能力、信息組織能力、表達能力等。

(3) 基于工程測量案例的教學。為了吸引學生注意力，激發(fā)學生熱情，提升課堂教學效果，教學中結合工程測量實際案例，教學內容雙向設計，不僅強調測得數據后的數據列誤差分析及數據處理，而且能分析得到的結論及出現(xiàn)的問題反過來指導測量過程的設計。遵循“實踐—理論—實踐”規(guī)律，結合測量過程不確定度報告、標準器建標報告、檢測報告、技術總結報告及技術指標的提出與保證等方面進行講解，才能達到學以致用的效果。

2.2.2實踐教學改革

以實際應用為核心的“測量方案設計+測量數據獲取+測量數據處理與表達”的模式需要課程組成員加強實踐性教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。誤差理論與數據處理課程是一門實踐性較強的課程，為了培養(yǎng)學生進行測量方案設計、測量數據收集、整理和分析、測量數據處理與表達等能力，增加實踐性教學內容，并在網絡平臺上設有測量實驗指導書、實驗視頻、相應Matlab數據處理方案、完整地測量過程不確定度報告等內容，使學生通過測量實驗、數據處理及測量結果表達實際過程訓練，不僅鞏固了課堂教學內容，同時提高學生測量誤差處理能力。內容主要包括以下三方面：

(1) 以實際工程測量案例為背景設計測量實驗。如游標卡尺測量圓柱直徑、量塊檢定千分尺示值、正弦規(guī)檢測工件角度等，編寫實驗指導書，并拍攝實驗視頻上傳網絡學習平臺。增加實驗課程，通過具體的實驗過程，告知學生測量過程方案如何設計以及可能產生的誤差；同一工件用不同測量設備測得結果有何差異；測量結果的有效數字如何修約；如何從測量結果表達中看測量準確度等等。以實際工程測量活動為依托，讓學生從實際工程測量案例中體會誤差的概念，提升學生實際測試方案設計能力、數據處理能力和實際問題處理能力。

(2) 相應的數據處理方案。Matlab是功能強大的科學及工程計算軟件，而“誤差理論與數據處理”這門課程以公式眾多、計算復雜、數據處理表現(xiàn)不直觀等問題困繞著教學，為此，將Matlab數學工具軟件應用于該課程的實踐教學中，利用Matlab輔助教學手段,傳統(tǒng)的誤差數據處理要花費很長時間才能完成的工作僅僅需要幾秒鐘,通過幾條程序語句就可以得出其結果,且非常直觀。圖3為采用最小二乘法工具軟件做出的誤差擬合曲線圖。

圖3 采用最小二乘法的誤差擬合曲線

(3) 工程測量過程不確定度報告。作為實驗測量結果，要求學生以大作業(yè)形式做一份工程測量實驗過程的不確定度報告，格式按照ISO10012-2003測量管理體系對測量過程不確定度報告的要求，讓學生學會國內計量基、標準建立、測量過程控制、計量校準證書/報告等常用的誤差表達方式。

2.2.3立體化教學網站建設

目前已經在學校BB平臺上搭建好“誤差理論與數據處理”教學網站，為學生利用網絡資源自主學習本課程創(chuàng)造條件。教學大綱、教案、教學PPT、習題庫等資料均放在網絡教學平臺，為提高學生主動學習的積極性，及時解決學生課后學習過程中的問題，BB平臺加入許多與課程相關的信息，如誤差發(fā)展史、最新誤差應用、誤差應用論文、相關誤差課程的鏈接等，充分利用BB平臺提高教學信息量與實用性，達到優(yōu)秀資源共享和效用最大化的目的，拓展學生視野，給學生的思考空間。

在誤差理論與數據處理課程建設中，BB網絡資源及網上師生互動討論，既鼓勵學生課堂上集中精力聽講，課后利用網上資源復習和擴展專業(yè)知識，碰到問題可與任課教師及時交流，用形象的聲像媒體表達課程內容，不僅提高學生的學習興趣，也增加教學的感染力，大大提高教學效果。具體BB平臺搭建見圖4。

3 探索課程考核評價方法改革

為了有效改變考核重考試、輕過程的評價方法。課程組嘗試形成性評價方法，調整成績分配比例，降低筆試的比重，期末筆試占70%，而且根據誤差課程特點，考試采用一紙開卷方式，每人發(fā)一張有特殊標記的半張A4紙，學生可將公式整理紙上帶入考場，復印無效；平時成績占18%，主要考察學生到課率、平時作業(yè)、回答問題等情況；實驗、BB網絡學習情況占12%，主要考察實際學生實際工程測量能力、數據分析與處理能力、工程測量過程不確定度報告的撰寫能力，同時考慮學生對BB平臺的參與度?？傊纳埔钥荚嚒耙诲N定音”的片面考察學生掌握程度的局面，也減少了學生期末“賭博”式學習現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 結 語

通過幾年的課程建設與研究，結合實際已初步構建理論、實踐、網絡平臺“三位一體”立體化課程體系，學生對該課程在學科中的地位有了新的認識，對課程理論的認識加深了，實踐能力加強了。學習興趣提高了，學習狀態(tài)積極了，更直觀的看，學生的考試成績從負偏態(tài)分布逐步過渡為正態(tài)分布。

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