宋哲英　　宋雪玲（河北科技大學(xué) 電氣信息學(xué)院，河北 石家莊 050054）

基于OBE的工程教育模式下“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程改革*

宋哲英宋雪玲
（河北科技大學(xué) 電氣信息學(xué)院，河北 石家莊 050054）

OBE教育模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而反向設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以利于學(xué)生能力的學(xué)習(xí)。文章針對(duì)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程中存在的問(wèn)題，基于成果導(dǎo)向教育的理念，確立了以“能力”培養(yǎng)的課程建設(shè)目標(biāo)，提出了以學(xué)習(xí)結(jié)果反向設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程的思路，并在理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及考核模式等方面進(jìn)行了相應(yīng)改革。

OBE；教育模式；誤差理論與數(shù)據(jù)處理；改革

《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》是講述測(cè)量系統(tǒng)的誤差理論及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法等知識(shí)的課程，是測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè)必修的、實(shí)踐性較強(qiáng)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。但是，該課程教材普遍理論性偏強(qiáng)，實(shí)踐性偏弱，而且實(shí)例多涉及機(jī)械量測(cè)量，較為單一。若根據(jù)教材知識(shí)體系講授該課程，則導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容單向設(shè)計(jì)問(wèn)題，即只強(qiáng)調(diào)測(cè)得數(shù)據(jù)后的誤差分析及數(shù)據(jù)處理，缺乏利用分析中得到的結(jié)論及出現(xiàn)的問(wèn)題反過(guò)來(lái)指導(dǎo)測(cè)量過(guò)程的設(shè)計(jì)。以至于學(xué)生在學(xué)完這門(mén)課程后，不能很好地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。OBE（Outcome Based Education）為成果導(dǎo)向教育的簡(jiǎn)稱，是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念。具體是指教育教學(xué)過(guò)程中一切教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施都圍繞學(xué)生實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)成果開(kāi)展。成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)遵循反向設(shè)計(jì)原則，可以克服原來(lái)教學(xué)內(nèi)容單向設(shè)計(jì)問(wèn)題。文章將OBE教育模式引入“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，在教學(xué)過(guò)程堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為目標(biāo)導(dǎo)向，改革了相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施策略。

一、OBE及工程教育的理念

OBE教育模式最早出現(xiàn)于美國(guó)和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革。在OBE教育模式中，學(xué)生學(xué)到了什么和是否成功遠(yuǎn)比怎樣學(xué)習(xí)和什么時(shí)候?qū)W習(xí)重要。OBE的核心問(wèn)題是：想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？OBE教育模式相較于我國(guó)傳統(tǒng)的教育理念，它不以教學(xué)內(nèi)容驅(qū)動(dòng)教學(xué)活動(dòng)，而是以學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果作為教學(xué)驅(qū)動(dòng)力，強(qiáng)調(diào)“教育是一種能力培養(yǎng)、能力訓(xùn)練”的過(guò)程［1］。我國(guó)在2013年加入《華盛頓協(xié)議》后，也明確了以學(xué)生為中心，以成果導(dǎo)向教育引導(dǎo)我國(guó)工程教育持續(xù)改進(jìn)的目標(biāo)［2］。

二、課程的特點(diǎn)及現(xiàn)狀

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”是一門(mén)理論性較強(qiáng)的課程，含有很多的抽象概念、公式，但是它也具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際測(cè)量中，經(jīng)常依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析、處理，以獲得可靠的數(shù)據(jù)或指導(dǎo)測(cè)量方法的改進(jìn)。但由于實(shí)驗(yàn)條件有限，目前其主要存在以下幾方面的問(wèn)題。

（一）知識(shí)傳授與教學(xué)結(jié)果相背離

該課程理論教學(xué)常專注于誤差基本概念、分類、發(fā)現(xiàn)與消除，測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，測(cè)量不確定度評(píng)定，誤差合成與分配、最小二乘法等內(nèi)容。對(duì)于沒(méi)有測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，往往按照數(shù)學(xué)的思維習(xí)慣來(lái)學(xué)習(xí)誤差，重計(jì)算，輕概念，不能理解誤差的分析、計(jì)算與與實(shí)際測(cè)量過(guò)程的聯(lián)系，往往理論教學(xué)一結(jié)束，相當(dāng)一部分學(xué)生在后續(xù)課程中不會(huì)運(yùn)用所學(xué)誤差知識(shí)分析測(cè)量過(guò)程或進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。這種傳統(tǒng)教育模式忽略了對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，往往導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)難以順利實(shí)現(xiàn)。

（二）理論與實(shí)踐脫節(jié)

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論和隨機(jī)過(guò)程等為基礎(chǔ)，著重于數(shù)學(xué)理論在測(cè)量誤差的分析與處理中的應(yīng)用。現(xiàn)有教材理論體系比較完善，實(shí)例卻不夠全面。且實(shí)例多涉及機(jī)械量測(cè)量，鮮少涉及其它參數(shù)的測(cè)量，特別是缺乏綜合性實(shí)踐訓(xùn)練方面的內(nèi)容。一些學(xué)校雖然借助計(jì)算機(jī)軟件（如MatlabLabview等）開(kāi)設(shè)一些測(cè)量數(shù)據(jù)處理的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏對(duì)方案構(gòu)思等設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)完該課程后，仍然缺乏對(duì)測(cè)量誤差來(lái)源及數(shù)據(jù)處理的根本性認(rèn)識(shí)，無(wú)法運(yùn)用所學(xué)知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，解決實(shí)際問(wèn)題。

*基金項(xiàng)目：本論文為河北科技大學(xué)教育教學(xué)研究基金項(xiàng)目“測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)工程教育培養(yǎng)計(jì)劃的探索與實(shí)踐”資助。

作者簡(jiǎn)介：宋哲英，女，46歲，教授，河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院測(cè)控系，主要研究方向?yàn)橹悄芸刂啤?/p>

（三）考核評(píng)價(jià)與能力不對(duì)等

成果導(dǎo)向教育的最終落腳點(diǎn)在能力的養(yǎng)成。學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握重要的是理解、體驗(yàn)而不是記憶，理解所體現(xiàn)的認(rèn)知能力和體驗(yàn)獲得的能力比對(duì)知識(shí)的記憶能力重要得多。目前，傳統(tǒng)的誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程考試雖然題型多樣化，但更多的還是對(duì)知識(shí)點(diǎn)記憶情況的考察。雖然考核方法由平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)組成，平時(shí)成績(jī)主要考慮學(xué)生出勤與作業(yè)情況，占一定的比例。這種考核方式總體流于形式，重結(jié)果，輕過(guò)程，不能反映學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的綜合表現(xiàn)，難以反映學(xué)生的真實(shí)能力。

三、基于OBE的課程改革

在OBE教育模式下，把教師對(duì)學(xué)習(xí)成果的準(zhǔn)確定位放在首位，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而反向設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（一）以能力為核心，定位課程教學(xué)目標(biāo)

以往的課程教學(xué)目標(biāo)主要是以傳授理論知識(shí)為主。在這種模式下，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)而缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深刻理解，并難以在實(shí)際中應(yīng)用。OBE教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)從成果出發(fā)，轉(zhuǎn)而注重的是“知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高”的教學(xué)目標(biāo)［3］。因此，結(jié)合本校測(cè)控專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和本專業(yè)偏向于工業(yè)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制的特色，考慮到該課程在測(cè)控知識(shí)鏈中與其它課程的關(guān)系與作用，課程教學(xué)目標(biāo)遵循“學(xué)以致用”原則，著重于學(xué)生能力的培養(yǎng)，不僅使學(xué)生掌握測(cè)量誤差與不確定度的基本概念和測(cè)量數(shù)據(jù)處理的基本方法，并能正確選用測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量方案，具備一定工程計(jì)算及設(shè)計(jì)能力。

（二）以目標(biāo)為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

成果導(dǎo)向教育的最終落腳點(diǎn)在能力的養(yǎng)成，重視的是學(xué)生在知識(shí)獲得后的應(yīng)用與實(shí)踐能力。因此課程教學(xué)也必須遵循能力本位教育的理念，而非學(xué)術(shù)知識(shí)體系。否則，出現(xiàn)相當(dāng)多學(xué)生在后續(xù)課程中不會(huì)運(yùn)用所學(xué)誤差知識(shí)分析測(cè)量過(guò)程或進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算這種現(xiàn)象也就不足為奇。

《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》教材上的實(shí)例一般多為幾何量測(cè)量的內(nèi)容，而我們學(xué)校測(cè)控專業(yè)偏向于過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)，如溫度、壓力等，較少涉及幾何量的測(cè)量。一個(gè)完整的過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和顯示部分，在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)引起測(cè)量誤差，或者用到有關(guān)的數(shù)據(jù)處理方法，此該課程知識(shí)在“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“智能儀表”等課程中都有應(yīng)用，并與實(shí)際測(cè)量密切相關(guān)。因此，應(yīng)從誤差實(shí)際應(yīng)用和特點(diǎn)出發(fā)，按照學(xué)生需要學(xué)習(xí)什么，哪些內(nèi)容符合工程能力培養(yǎng)的需要，以此對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行梳理，擯棄重復(fù)的知識(shí)，并盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)［4］。

教學(xué)中，采用“工程應(yīng)用-基本知識(shí)-工程應(yīng)用-設(shè)計(jì)”的反向教學(xué)模式。從實(shí)際“工程應(yīng)用”引入要解決的問(wèn)題，然后介紹相關(guān)“基本知識(shí)”，然后利用所學(xué)“基本知識(shí)”去解決實(shí)際“工程應(yīng)用”，在教學(xué)過(guò)程中著重將誤差產(chǎn)生的原因、消除誤差的方法、數(shù)據(jù)處理相關(guān)知識(shí)與案例相聯(lián)系，注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提煉問(wèn)題、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；在能力提高的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“設(shè)計(jì)”，讓學(xué)生學(xué)會(huì)合理選擇儀器或設(shè)計(jì)方案，并能從大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲取有用信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。進(jìn)行反向教學(xué)，能從應(yīng)用入手，逐步遞進(jìn)，完成知識(shí)的串聯(lián)。

（三）整合交叉課程資源，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

該課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，目前多數(shù)高校都開(kāi)設(shè)了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程。但多是利用MATLAB等相關(guān)軟件完成數(shù)據(jù)處理與分析。但單純的利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行誤差分析與數(shù)據(jù)處理有很大局限性。例如，在智能儀器設(shè)計(jì)中經(jīng)常利用最小二乘法對(duì)傳感器進(jìn)行非線性建模，減小系統(tǒng)的非線性誤差，從而提高儀器的精度。若只是給一些傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，只讓學(xué)生利用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立對(duì)象非線性模型，學(xué)生很難理解其應(yīng)用。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)盡量讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)收集，并應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于該課程一般沒(méi)有專門(mén)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以整合課程資源，充分利用測(cè)控專業(yè)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)、過(guò)程控制系統(tǒng)等，讓學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通［5］。比如，利用傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以開(kāi)始溫度傳感器測(cè)試與分析、建模實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生搭建熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，采集測(cè)量數(shù)據(jù)，分析誤差產(chǎn)生的因素，并采用最小二乘法擬合出電勢(shì)和溫度的關(guān)系。

（四）以成果為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)成果的考核體系

傳統(tǒng)的課程考試，多是對(duì)知識(shí)點(diǎn)記憶情況的考查，無(wú)法全面反映學(xué)生在課程中能夠獲得的能力和體驗(yàn)［6］。以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的考核模式應(yīng)該體現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)課程后所能獲取到的知識(shí)“能力”和體驗(yàn)的評(píng)價(jià)。因此教師應(yīng)該以多元化的方式檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。多元化評(píng)價(jià)模式見(jiàn)表 1。

表1多元化評(píng)價(jià)模式表

多元化考核評(píng)價(jià)體系使考核由期末延伸到平時(shí)，將教、考、學(xué)三者有機(jī)地融為一體，使考核具備了知識(shí)考核和能力考核的雙重功效，又突出了學(xué)習(xí)的過(guò)程性，在評(píng)價(jià)中學(xué)生還有一定發(fā)言權(quán)，因此成績(jī)構(gòu)成更能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的真實(shí)情況，得到了學(xué)生的普遍認(rèn)同。

四、結(jié)束語(yǔ)

在高等工程教育推進(jìn)成果導(dǎo)向教育改革的過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)能力本位，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生能力為中心的個(gè)性化評(píng)定，強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)。為了適應(yīng)工程教育的需要，我們?cè)谡`差理論課程建設(shè)中引入OBE教育理念，以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)手段、考核評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了改革與探索。經(jīng)過(guò)實(shí)踐可知，OBE教育模式對(duì)學(xué)生在實(shí)際分析、應(yīng)用與綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但仍然存在部分學(xué)生主動(dòng)性不夠的問(wèn)題；另外，如何與后續(xù)課程銜接，開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)也是難點(diǎn)，因此還需要我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中不斷探索，逐步在各個(gè)方面進(jìn)行完善。

［1］李志義.解析工程教育專業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向理念［J］.中國(guó)高等教育，2014，17：7-9.

［2］顧佩華，胡文龍，林鵬.基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”的工程教育模式——汕頭大學(xué)的實(shí)踐與探索［J］.高等工程教育研究，2014，1：27-36.

［3］成卓韋，於建明，王家德，等.成果導(dǎo)向的教育理念與實(shí)施策略探析——以大氣污染控制課程為例［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，14（3）：288-292.

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In OBE teaching mode，it emphasizes that the students'learning results should be taken as driving force and the teaching activities and evaluation criteria are designed in reverse to improve the students'learning a-bility.In order to solve the problems appeared in"Error Theory and Data Processing"course，this paper，which based on the result-oriented education concept，takes"ability"cultivation as the course construction goal and pro-poses the teaching idea of designing the teaching process in reverse according to the learning results.Corresponding reforms are carried out in theory teaching，practical teaching，assessment model，etc.

OBE；teaching mode；error heory and data processing；reform

2096-000X（2016）16-0153-03

G642

A