劉蕓　趙敏　焦明星　邢俊紅　邵偉

摘要：工程教育專業(yè)認(rèn)證近些年在國(guó)際工程與人才市場(chǎng)一體化背景下發(fā)展迅速，在此推動(dòng)下，本專業(yè)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程以學(xué)生為中心、畢業(yè)要求為導(dǎo)向，建立了課程目標(biāo)與畢業(yè)要求之間的支撐矩陣關(guān)系，確定了教學(xué)過(guò)程對(duì)畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效果對(duì)畢業(yè)要求實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)，為后續(xù)課程的持續(xù)改進(jìn)提供指導(dǎo)，這樣一個(gè)良性的閉環(huán)課程系統(tǒng)，將推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升，為后續(xù)進(jìn)一步課程改革奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：課程改革；誤差理論與數(shù)據(jù)處理；工程教育專業(yè)認(rèn)證

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）49-0124-03

一、引言

隨著科技不斷進(jìn)步，國(guó)際工程與人才市場(chǎng)一體化的要求越來(lái)越高，在國(guó)際人才市場(chǎng)化的背景下，工程教育專業(yè)認(rèn)證在我國(guó)快速發(fā)展起來(lái)。中國(guó)工程教育認(rèn)證旨在構(gòu)建中國(guó)工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系，推進(jìn)中國(guó)工程教育改革，進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量，建立與工程師制度相銜接的工程教育認(rèn)證體系，以促進(jìn)中國(guó)工程教育的國(guó)際互認(rèn)，提升其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)自2007年開(kāi)始對(duì)環(huán)境、土木、機(jī)械、電器等工程專業(yè)開(kāi)展認(rèn)證試點(diǎn)工作，2016年加入《華盛頓協(xié)議》成為正式成員，自此我國(guó)的工程教育認(rèn)證體系得到了國(guó)際的廣泛認(rèn)可，工程教育工作也邁上了新的發(fā)展臺(tái)階[1]。

西安理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)于2014年順利通過(guò)了工程教育認(rèn)證，本專業(yè)堅(jiān)持產(chǎn)出導(dǎo)向的教育取向，以學(xué)生為中心的教育理念和持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量文化作為工程教育的核心理念，通過(guò)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和課程體系等多方面的持續(xù)改進(jìn)，培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用創(chuàng)新型專業(yè)人才。“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)核心課，旨在使學(xué)生掌握機(jī)械量、幾何量和有關(guān)物理量測(cè)試技術(shù)中的誤差理論與數(shù)據(jù)處理方法，以培養(yǎng)學(xué)生具有對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理、分析能力，對(duì)保證精度要求的條件下進(jìn)行測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)具有重要作用。該課程以線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程為先修課程，與傳感器、測(cè)控電路等專業(yè)課程緊密銜接，對(duì)該課程的掌握程度將對(duì)今后從事計(jì)量檢測(cè)、儀器設(shè)計(jì)及分析等工作產(chǎn)生持續(xù)的影響[2-4]。因此，在工程教育認(rèn)證推動(dòng)下，“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程以學(xué)生為中心、畢業(yè)要求為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系、教學(xué)過(guò)程對(duì)畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容以及教學(xué)效果對(duì)畢業(yè)要求實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)。

二、教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為目標(biāo)導(dǎo)向的專業(yè)認(rèn)證教育理念，將畢業(yè)要求作為衡量學(xué)生能力的指標(biāo)，覆蓋了工程知識(shí)、問(wèn)題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目管理和終身學(xué)習(xí)等12項(xiàng)內(nèi)容，從不同方面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。畢業(yè)要求的達(dá)成需要整個(gè)課程體系里每門(mén)課程目標(biāo)的支撐，細(xì)分到不同的課程目標(biāo)中，當(dāng)學(xué)生通過(guò)課程考核取得學(xué)分后，就相應(yīng)達(dá)到了該門(mén)課程教學(xué)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求。

以往“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)目標(biāo)更多從課程本身出發(fā)，注重掌握誤差的分類及表示方法、三大誤差產(chǎn)生的基本原因及減小和消除方法、誤差的合成與分配計(jì)算、測(cè)量不確定度的表示及評(píng)定方法、測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的誤差分析和數(shù)據(jù)處理的能力，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。這樣的課程目標(biāo)無(wú)法直接支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。因此，需要確立課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)畢業(yè)要求點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的支撐。

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)目標(biāo)可具體分為以下幾點(diǎn)：（1）比較誤差的分類及表示方法，理解誤差與精度的關(guān)系。（2）分析隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差的產(chǎn)生原因，掌握減小和消除的方法。（3）運(yùn)用誤差的合成與分配計(jì)算進(jìn)行測(cè)量方案選擇，并保證測(cè)量精度。（4）能夠進(jìn)行測(cè)量不確定度的表示與評(píng)定。（5）能夠進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析。

這五點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)可以支撐問(wèn)題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、職業(yè)規(guī)范和項(xiàng)目管理五項(xiàng)畢業(yè)要求，它們之間的支撐矩陣如表1所示。因?yàn)椤罢`差與數(shù)據(jù)處理”是一門(mén)理論性與實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，教學(xué)目標(biāo)的每一個(gè)內(nèi)容都能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，研究分析工程問(wèn)題，所以問(wèn)題分析涵蓋了每一個(gè)教學(xué)目標(biāo)點(diǎn)。除誤差的分類及表示方法以外，其他幾個(gè)教學(xué)目標(biāo)點(diǎn)都可以支撐基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行研究這一畢業(yè)要求。測(cè)量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析能夠利用Matlab和Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，提高了數(shù)據(jù)處理效率。這樣一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的矩陣對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得以學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向落到了實(shí)處，避免了教學(xué)目標(biāo)只是以課程為中心的弊端，教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成就支撐了相應(yīng)畢業(yè)要求的達(dá)成。

三、教學(xué)過(guò)程對(duì)畢業(yè)要求的支撐

教學(xué)目標(biāo)的實(shí)施是通過(guò)教學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程計(jì)劃48個(gè)學(xué)時(shí)，其中教學(xué)42個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6個(gè)學(xué)時(shí)。教學(xué)內(nèi)容主要包括6個(gè)部分，分別為誤差的基本概念及分類、三大誤差的基本性質(zhì)與處理、誤差的合成與分配、測(cè)量不確定度、線性參數(shù)的最小二乘法處理和回歸分析，每部分內(nèi)容都對(duì)畢業(yè)要求下所包含的相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)提供支撐，更加細(xì)化了對(duì)畢業(yè)要求內(nèi)容的支撐[5]。

在“誤差基本概念及分類”一章，通過(guò)絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和引用誤差的學(xué)習(xí)可以支撐利用數(shù)學(xué)的基本概念適當(dāng)描述儀器領(lǐng)域的工程問(wèn)題這一指標(biāo)點(diǎn)，并列舉實(shí)例在誤差的研究意義中講解工程師的職業(yè)道德規(guī)范內(nèi)容，使學(xué)生能夠陳述工程師的職業(yè)責(zé)任，遵守職業(yè)道德規(guī)范，以此支撐職業(yè)規(guī)范畢業(yè)要求中的相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)。在“三大誤差的基本性質(zhì)與處理”一章，通過(guò)隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差基本理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以運(yùn)用工程科學(xué)的基本原理進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在此基礎(chǔ)上，對(duì)儀器儀表領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，結(jié)合長(zhǎng)度等幾何量測(cè)量，剔除粗大誤差，并分析系統(tǒng)的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的合理性，這些教學(xué)內(nèi)容分別支撐了問(wèn)題分析和研究畢業(yè)要求中的幾個(gè)指標(biāo)點(diǎn)。在第三章“誤差的合成與分配”中，通過(guò)誤差的合成學(xué)習(xí)可以對(duì)儀器儀表領(lǐng)域工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行精度的綜合評(píng)價(jià)與分析，而誤差分配的內(nèi)容則通過(guò)儀器設(shè)計(jì)的角度，對(duì)所選擇的測(cè)量?jī)x器精度進(jìn)行分析，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和改進(jìn)，以滿足系統(tǒng)總精度的設(shè)計(jì)要求。開(kāi)設(shè)利用萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀通過(guò)不同方法測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)孔的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)誤差分析確定最佳的測(cè)量方案，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。這章內(nèi)容可對(duì)問(wèn)題分析畢業(yè)要求中的系統(tǒng)結(jié)果分析、改進(jìn)，以及研究畢業(yè)要求中的分析幾何量設(shè)計(jì)方案的合理性提供支撐?！皽y(cè)量不確定度”一章中，通過(guò)不確定度與誤差的對(duì)比分析，可以對(duì)工程問(wèn)題實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出不確定度報(bào)告，并結(jié)合不確定度的發(fā)展歷程和工程實(shí)例，介紹工程師的職業(yè)道德規(guī)范和工程項(xiàng)目管理的內(nèi)容，這豐富了職業(yè)規(guī)范和項(xiàng)目管理的畢業(yè)要求。在“最小二乘法處理”和“回歸分析”這兩章，分別通過(guò)兩個(gè)測(cè)量實(shí)例貫穿整個(gè)內(nèi)容，對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果從誤差的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合阿貝比長(zhǎng)儀檢定游標(biāo)卡尺主尺刻線間距的實(shí)驗(yàn)，對(duì)組合測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。利用Matlab軟件強(qiáng)大的矩陣功能對(duì)最小二乘處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，體會(huì)軟件處理的便捷性。同時(shí)，線性回歸是最小二乘的應(yīng)用，通過(guò)Excel軟件的統(tǒng)計(jì)功能，可以求得一元線性回歸方程并對(duì)其顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，支撐了使用現(xiàn)代工具畢業(yè)要求中借助工具對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)的指標(biāo)點(diǎn)。

四、教學(xué)效果對(duì)畢業(yè)要求實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的成績(jī)是由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試三個(gè)環(huán)節(jié)按一定比例綜合評(píng)定產(chǎn)生，學(xué)生只要綜合成績(jī)合格，就可取得該門(mén)課程的相應(yīng)學(xué)分。以往課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)材料包括試卷、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、成績(jī)單、試卷分析等，學(xué)生通過(guò)這些形式的考核可以證明達(dá)到了課程的教學(xué)目標(biāo)，但不能對(duì)所支撐的畢業(yè)要求直接評(píng)價(jià)。改進(jìn)后的教學(xué)評(píng)價(jià)增加了課程考核合理性分析和課程達(dá)成度評(píng)價(jià)，從畢業(yè)要求的角度評(píng)價(jià)課程的考核結(jié)果。

在課程考核合理性分析中，根據(jù)綜合成績(jī)的構(gòu)成，將平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試三個(gè)環(huán)節(jié)分別與畢業(yè)要求各指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，逐一確定各指標(biāo)點(diǎn)所占的分值。例如，期末考試由概念理解、計(jì)算分析和綜合設(shè)計(jì)構(gòu)成，它們所占卷面分值依次為30分、50分和20分。概念理解題考查的是問(wèn)題分析畢業(yè)要求中利用數(shù)學(xué)基本概念適當(dāng)描述儀器領(lǐng)域的工程問(wèn)題，并進(jìn)行系統(tǒng)或過(guò)程的識(shí)別、表達(dá)與分析的指標(biāo)點(diǎn)；計(jì)算分析對(duì)應(yīng)的是問(wèn)題分析畢業(yè)要求中運(yùn)用工程科學(xué)的基本原理選擇合適的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)結(jié)果進(jìn)行分析、完善或改進(jìn)的指標(biāo)點(diǎn)和研究畢業(yè)要求中具備儀器儀表領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施能力，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理與分析的指標(biāo)點(diǎn)，兩個(gè)指標(biāo)點(diǎn)各自分配30分和20分；而綜合設(shè)計(jì)支撐的是研究畢業(yè)要求中能夠統(tǒng)計(jì)與分析幾何量、機(jī)械量等相關(guān)物理量的綜合信息，并評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性這一指標(biāo)點(diǎn)。通過(guò)合理分配，使不同的考核環(huán)節(jié)都與該門(mén)課程的各項(xiàng)指標(biāo)點(diǎn)緊密聯(lián)系，可據(jù)此對(duì)課程考核的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在課程達(dá)成度評(píng)價(jià)中，抽調(diào)一個(gè)班為樣本，對(duì)平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)所對(duì)應(yīng)的各指標(biāo)點(diǎn)得分率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。首先，根據(jù)課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)矩陣關(guān)系，明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)、考卷中每道題所支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。其次，對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)點(diǎn)所得的分值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定各指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度。最后，對(duì)各指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度進(jìn)行加權(quán)平均，得出課程的達(dá)成度，進(jìn)而去評(píng)價(jià)畢業(yè)要求的達(dá)成。通過(guò)這種形式，可以獲得學(xué)生在各指標(biāo)點(diǎn)中的達(dá)成情況，比如在運(yùn)用工程科學(xué)的基本原理選擇合適的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)結(jié)果進(jìn)行分析、完善或改進(jìn)這一指標(biāo)點(diǎn)中，學(xué)生的達(dá)成度較低，說(shuō)明學(xué)生對(duì)誤差分析這部分知識(shí)點(diǎn)掌握不夠扎實(shí)，靈活運(yùn)用能力有待提高，可在今后教學(xué)中加強(qiáng)習(xí)題練習(xí)，這為后續(xù)課程的改進(jìn)提供了指導(dǎo)。

五、總結(jié)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為目標(biāo)導(dǎo)向的一種教育理念，這就決定了課程目標(biāo)與學(xué)生畢業(yè)要求是緊密相關(guān)的，課程目標(biāo)的達(dá)成支撐了相應(yīng)畢業(yè)要求的達(dá)成。在此模式下，“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程改革建立了課程目標(biāo)與畢業(yè)要求之間的支撐矩陣關(guān)系，確定了教學(xué)過(guò)程對(duì)畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效果對(duì)畢業(yè)要求實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)，為后續(xù)課程的持續(xù)改進(jìn)提供了指導(dǎo)。這樣構(gòu)建的一個(gè)“設(shè)計(jì)—實(shí)施—檢查”的良性閉環(huán)系統(tǒng)，使得“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)目標(biāo)更加明確，教學(xué)過(guò)程更加清晰，教學(xué)評(píng)價(jià)更加科學(xué)，將全面持續(xù)地提升“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展課程改革奠定基礎(chǔ)。

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