蔡海潮 尚振東

河南科技大學機電工程學院 河南洛陽 471003

誤差理論與數(shù)據(jù)處理是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的主要技術(shù)基礎課之一，旨在培養(yǎng)學生掌握測試與實驗數(shù)據(jù)處理的基本理論與方法，科學客觀地評價測量結(jié)果，合理設計測試與實驗方法，該課程的實踐性和理論性較強。然而，從以往的教學過程看，由于教材所述理論公式較多，實踐性偏弱，況且多用簡單幾何量檢測結(jié)果作為實例闡述理論應用，使得與測控技術(shù)與儀器其他課程的有機聯(lián)系不夠緊密[1]。導致依據(jù)現(xiàn)有教材知識體系講授該課程，過于強調(diào)測量數(shù)據(jù)的誤差分析及數(shù)據(jù)處理方法的討論，大大忽略了利用誤差分析和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果反饋指導測量系統(tǒng)和測量過程的設計。其結(jié)果是學生缺乏系統(tǒng)性思維，缺乏運用所學知識科學評價測試系統(tǒng)和測試過程的能力。高等學校深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，是國家實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、促進經(jīng)濟提質(zhì)增效升級的迫切需要[2]。因此，如何將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學融入學生培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)是高校教師認真思考的問題和義不容辭的責任。本文適應國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略的人才培養(yǎng)需求，探索將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程中的教學改革。

1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的理念

高等學校推行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，就必須打破傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)觀念，樹立新型的人才觀。傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)是大一統(tǒng)的、標準化的生產(chǎn)模式，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要改變這種模式，就必須走特色化、應用化、國際化的創(chuàng)新發(fā)展之路。我國社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展最急需的是具有國際視野、創(chuàng)新動力、應用實踐能力和個性特色的人才。高校推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，應牢固樹立個性化、應用型、創(chuàng)新性和國際視野人才理念，要切實培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。將這一理念融入日常的教育教學中，是實施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的必然途徑，也與我國加入《華盛頓協(xié)議》后的專業(yè)認證模式不謀而合[3]。

2 誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程教學存在的問題

誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程的知識體系特點是理論性和應用性較強[4]。著名科學家錢學森院士指出：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)三部分組成。測量技術(shù)是關(guān)鍵和基礎?！盵5]而精密的測量之后，則要對測量數(shù)據(jù)進行誤差分析、處理，以獲得可靠有用的數(shù)據(jù)或用于得出科學結(jié)論或用于改進測量裝置、方法和過程。但鑒于諸多因素制約，目前的課程教學主要存在以下幾方面的問題。

2.1 知識傳授方式不適應創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

課程課堂教學主要講授誤差基本概念、誤差的發(fā)現(xiàn)與消除方法、測量數(shù)據(jù)的處理方法、測量不確定度評定方法、誤差合成與分配方法、最小二乘法處理方法以及回歸分析方法等內(nèi)容。由于該課程開設在大二下學期，學生對專業(yè)的認識尚不深入，更沒有測量的系統(tǒng)概念和經(jīng)驗，導致學生重數(shù)學計算，不能理解誤差分析、計算對實際測量過程的重要指導作用，在后續(xù)課程學習中，不能將所學的誤差知識靈活運用于測量裝置、方法和過程的設計與實現(xiàn)中。

2.2 理論與實踐體系不適應創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程以高等數(shù)學、線性代數(shù)、工程數(shù)學、概率論和數(shù)理統(tǒng)計等為基礎，側(cè)重于運用數(shù)學工具解決測量數(shù)據(jù)的分析與處理問題。目前所用教材理論體系比較完備，但應用性較弱，無論是課堂舉例還是實驗均采用簡單幾何量檢測說明理論的應用，缺乏與后續(xù)課程有機結(jié)合的綜合性實踐訓練方面的內(nèi)容，缺乏對學生系統(tǒng)性思維能力的訓練，缺乏對學生工程實踐能力的訓練，導致學生不能夠通過測量信息綜合得到合理有效的結(jié)論，更沒有根據(jù)測量信息來發(fā)現(xiàn)和解決工程實際問題的能力。

2.3 考核評價方式不適應創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

目前的誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程考試雖然題型多樣化，但更多的還是對課本中若干誤差分析與處理知識點記憶情況的考察。學生的最終考核成績也由平時、實驗和考試成績組成，三者分別占不同的比例，這種考核方式過于側(cè)重于對某個知識點或某個數(shù)學公式的掌握，不能有效反映學生在整個教學過程中的綜合表現(xiàn)，更難于體現(xiàn)學生的獨立思考和綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)并分析處理問題的能力，與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要培養(yǎng)具有實踐應用能力和創(chuàng)新性思維的人才理念相悖。

3 基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的課程改革

以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念為指導，結(jié)合《華盛頓協(xié)議》中專業(yè)認證對學生能力培養(yǎng)的要求，以能力培養(yǎng)為目標，全面改革誤差理論與數(shù)據(jù)處理課堂教學，構(gòu)造具有全反饋的教學控制過程。

3.1 明確教學目標定位 深化能力培養(yǎng)

改變以往課堂教學以教師為中心重點傳授誤差理論與數(shù)據(jù)處理理論知識，學生被動接受積極性不高的做法。繼而變?yōu)橐詫W生為中心，以學生達到某種能力為目標，將知識學習、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高有機結(jié)合起來的模式。同時，考慮到個性化和特色化培養(yǎng)需求，不僅將該課程的課堂教學內(nèi)容放入測控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)這個大的閉環(huán)控制系統(tǒng)中考慮，而且也注重將該課程作為一個小的閉環(huán)控制系統(tǒng)去考慮，不僅使學生掌握測量誤差的概念和測量數(shù)據(jù)的分析、處理方法，而且使學生能夠正確設計測量方案、系統(tǒng)和方法，具備一定的科學評價測量結(jié)果并發(fā)現(xiàn)和解決工程實際問題的能力，使學生真正做到“學會”和“弄懂”。

3.2 以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導向 構(gòu)建教學內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)

教學內(nèi)容的改革最終目的不是知識的多少而是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，因此課程教學必須以能力培養(yǎng)作為本位教育的理念，否則，仍然出現(xiàn)目前大多學生在三、四年級后續(xù)課程中不會綜合運用所學誤差知識分析測量過程或進行設計計算的現(xiàn)象。由于測控專業(yè)所學專業(yè)基礎課和專業(yè)課程有位移等幾何量測量，也有壓力、溫度、流量、振動等各種非幾何量測量，這些后續(xù)課程所設計構(gòu)建的測量系統(tǒng)均會引起測量誤差，而對測量誤差的分析和科學評定又會反過來指導測量系統(tǒng)的設計與構(gòu)建。但現(xiàn)有教材實例多為簡單幾何量測量，結(jié)果是導致學生只會運用所學知識進行檢測數(shù)據(jù)的分析處理，根本不知道如何利用檢測結(jié)果反饋的信息去優(yōu)化設計測量系統(tǒng)。因此，應從該課程的實際應用和特點出發(fā)，結(jié)合我校測控專業(yè)后續(xù)開設課程，按照專業(yè)認證中課程對學生某方面能力的支撐和要求，構(gòu)建教學內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)。在課堂教學中，結(jié)合后續(xù)課程體系首先引入一個工程實際應用，繼而講授分析和處理該工程問題所需的誤差知識，在學生學會利用誤差知識獲得測量結(jié)果后，再引導學生學會從測量結(jié)果中提取有用信息來評價和優(yōu)化設計測量系統(tǒng)，從而構(gòu)建出完整的教學內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時在教學過程中根據(jù)測控專業(yè)特點，注重采用多種類型的工程應用案例來引導學生靈活運用所學誤差理論知識分析處理，注重培養(yǎng)學生系統(tǒng)性思維能力，注重訓練強化學生發(fā)現(xiàn)問題、問題抽象和解決實際問題的能力。這樣不僅傳授了知識、提高了能力，而且訓練了學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

3.3 改革實驗教學內(nèi)容 切實提高學生實踐能力

鑒于該課程較強的實踐性，在構(gòu)建完成教學內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)后，還需有針對性地增設實驗環(huán)節(jié)來進一步深化提高學生的實踐能力。改變目前該課程的實驗主要是利用工具顯微鏡進行幾何量測量，學生利用誤差知識對多次測量數(shù)據(jù)進行分析處理的做法，而是利用測控實驗室現(xiàn)有的傳感器綜合實驗平臺進行傳感器檢測實驗，學生在教師的幫助下搭建檢測系統(tǒng)，采集實驗數(shù)據(jù)，然后自主對檢測的實驗數(shù)據(jù)運用誤差知識進行分析處理。實驗的設置注重不同參數(shù)的測量，注重不同的實驗利用不同的誤差理論知識來分析處理，同時也注重使學生學會運用工程軟件MATLAB提高數(shù)據(jù)處理能力。例如，學生在教師幫助下利用傳感器綜合實訓平臺壓力傳感器測量系統(tǒng)采集測量數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)用最小二乘法擬合出檢測系統(tǒng)輸出和壓力的關(guān)系，然后運用所學誤差知識分析誤差的來源，繼而要求學生思考如何減小誤差提高測量精度，如何優(yōu)化設計壓力測量系統(tǒng)。

3.4 改革課程考核體系 適應創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

改變過去課程考核“重知識點記憶和掌握、輕能力”的做法。繼而將能力的提高和創(chuàng)新思維的獲取融入課程考核體系，從而以更多元的方式來評價和考核學生的學習效果。

首先調(diào)整以往考核成績中平時、實驗和期末考試成績的比例，提高平時和實驗成績的比重，平時成績不再是由出勤和作業(yè)決定，而主要由課堂授課中獨立思考并回答教師的問題決定，從而培養(yǎng)學生的獨立思考能力。實驗成績不再是單純由實驗報告決定，而是主要由實驗中設計測量系統(tǒng)、發(fā)現(xiàn)問題和分析解決問題的能力決定，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。最終的期末考核則主要由學生對知識的掌握情況決定，從而培養(yǎng)學生的理解能力。這種考核方式突出了學生能力的培養(yǎng)，提高了學生學習的積極性和主動性，得到了學生的普遍歡迎。真正做到將考核貫穿于整個課程講授過程中，真正做到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入課程的教與學之中。真正實現(xiàn)知識與能力并重，考核不是目的，能力培養(yǎng)才是根本的目的。

4 結(jié)語

當前，高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育不斷加強并取得了很多積極進展，尤其是加入《華盛頓協(xié)議》后，我國人才培養(yǎng)要融入國際化，高校工程教育更加注重個性化、應用型和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，更加注重以學生能力為中心的教育方式。為了適應創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的需要，我們在誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程建設中引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力為導向，以學生為中心，從教學目標、教學內(nèi)容設計、實驗手段、考核評價等方面進行了改革與探索。實踐表明，新的教育教學模式對學生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)取得了一定的效果，學生學習的積極性得到了有效提高，但正如專業(yè)認證強調(diào)持續(xù)改進一樣，我們還將在教學過程中繼續(xù)探索改進并不斷完善。