劉桂林 盧玲珠 席曦 東為富 過榴曉 胡滿峰 王怡淼

[摘 要] 在高校實驗教學環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)的處理與誤差分析始終存在，而學生在進行這些計算過程中往往存在概念不清晰、理解不透徹等問題，直接影響到學生對所學實驗課程原理、核心內容的掌握;因此，引導學生學習誤差理論與數(shù)據(jù)處理是實驗課程的前期重要基礎，對本科生與研究生日后的科研、學習、工作都有極其重要的作用。

[關鍵詞] 誤差理論;數(shù)據(jù)處理;實驗教學

[中圖分類號] G642.3? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）41-0163-02? ? [收稿日期]? 2019-10-16

一、引言

高校本科實驗課程包括大學物理實驗、基礎化學實驗以及各專業(yè)開設的相應專業(yè)基礎與專業(yè)實驗等一系列課程。學生在進行實驗操作的過程中，實驗數(shù)據(jù)由于環(huán)境因素、測試原理、儀器系統(tǒng)以及測量人員個人偏好等原因不可避免的會產生誤差，影響學生對實驗數(shù)據(jù)的處理與分析，甚至有的粗大誤差[1]會誤導學生對實驗原理的理解（圖1），而相應的問題排除對于實驗課程教學人員來說是耗時耗力的工作，在進行集體授課的過程中往往難以兼顧。因此，引導學生進行誤差理論與數(shù)據(jù)處理的學習十分重要。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理[2]目前主要是自動化、控制等應用型專業(yè)的專業(yè)基礎課程，受眾面較小，而且在實際授課過程中過于強調理論研究而缺乏與實際實踐之間的聯(lián)系;所以在實驗課程開設前期進行相應的誤差理論與數(shù)據(jù)處理的訓練顯得十分必要。

二、教學實踐改革實例

在誤差理論與數(shù)據(jù)處理實驗課程訓練的過程中，應當以誤差理論與數(shù)據(jù)處理中的核心內容為載體。教學團隊應當結合具體的實驗儀器、實驗內容，建立由淺入深，由基礎到研究的理論知識體系，加深學生對所學實驗課程的理解。另一方面，實驗中的數(shù)據(jù)測試與結果評價是誤差理論與數(shù)據(jù)處理的出發(fā)點與目標，在實驗實施的過程中教學團隊需要正確引導學生進行合理可靠的數(shù)據(jù)處理。（圖2）

在實踐過程中，將課程內容與實驗操作銜接始終是實驗課程的難點，教學團隊需要將實驗目的與實驗原理教授給學生;而學生在實驗操作與數(shù)據(jù)處理的基礎上，將結果反饋給教學人員。教學人員利用引導式、啟發(fā)式的教學方法引導課堂教學。在研討教學的過程中，教學人員將實驗環(huán)節(jié)中的實驗目的與實驗原理作為問題與授課學生進行討論，引導學生獨立思考。（圖3）

以長度的測量為例，根據(jù)課程的實驗目的，引導學生思考測量儀器（游標卡尺與螺旋測微計）的原理，進而提出問題，討論長度測量中實驗儀器使用的測量方法。隨后在確定測量方法的基礎上討論測量過程中可能出現(xiàn)的誤差問題、誤差的形成與性質，最后組織學生進行實驗測量工作。

1.基本理論環(huán)節(jié)。在授課過程中，課堂上教師通過提問引導和啟發(fā)學生理解所學課程的基本概念、基本理論與方法，并在課程結束后根據(jù)實驗結果獨立進行數(shù)據(jù)擬合與對比，培養(yǎng)學生的學習能力。

2.研討環(huán)節(jié)。在理論學習的基礎上，通過研討教學將誤差理論與數(shù)據(jù)處理嵌入到實驗內容當中，如測試中隨機誤差的性質預處理方法;測量量具的系統(tǒng)誤差與修正方式;測量環(huán)境對實驗的影響等。利用對這些問題的討論鼓勵學生自行提出解決方案，既能激發(fā)學生在實驗過程中的研究興趣，也能加深學生對科研內容的理解。

3.實驗環(huán)節(jié)。在明晰理論之后，讓學生根據(jù)對問題的理解，獨立開展科學實驗，利用實驗儀器在規(guī)定的操作方法下進行測量工作，并盡可能在測試中進行多次重復測試，加深學生對課本中書面文字的理解，同時通過實際操作加深對應知識點的原理與內涵的認識。

4.數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理的過程是實驗課程的重要組成部分，需要學生在實驗獲得數(shù)據(jù)的基礎上整理，運用誤差理論對粗大誤差進行剔除，修正數(shù)據(jù)中的系統(tǒng)誤差，減小其中的隨機誤差，并隨后合成標準不確定度與擴展不確定度，最終形成實驗報告，得出實驗結論。

在實驗課程中加入誤差理論與數(shù)據(jù)處理的內容，有助于“理論教學+實驗驗證”模式的推廣，引導學生樹立科學思維的意識，形成正確的科學觀念與科學方法，為學生后續(xù)在科研工作中形成良好的習慣奠定基礎。誤差理論的引入不僅能在本科實驗教學中實施，也可以在研究生科研工作開展前期針對課題進行系統(tǒng)的誤差理論與數(shù)據(jù)處理的訓練。

三、課程模式評估

為了合理評估誤差理論與數(shù)據(jù)處理在實驗課程中設置的合理程度，實驗課程中評價體系需要針對實驗課程的獨特性引入基于學習產出的教育

（Outcomes-based Education，OBE）理念[3]，以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育。對于實驗課程本身來說，不僅要通過實驗課程自身來進行評價，更要對后續(xù)的專業(yè)實驗、專業(yè)核心課程的成績綜合進行評估，并以此為反饋意見，進一步深化專業(yè)課程的授課內容、教學大綱與教學模式。因此利用OBE理念結合實驗課程改革十分重要，課程體系將通過建立完善的學習產出定量化評價標準，進而完善實驗課程的結構，促進學生能力的提升。

四、結語

對于高校實驗課程，傳統(tǒng)的教學方法是根據(jù)實驗目的加深學生對相應理論課程的理解。而在教學過程中，實驗中的誤差會對學生理解知識產生影響，導致教學效果較差，最終使實驗課程變得枯燥，使學生失去學習實驗課程的興趣。將誤差理論與數(shù)據(jù)處理融入實驗課程，教師采用引導教學法，讓學生帶著問題思考實驗，既能激發(fā)學生在實驗過程中的研究興趣，也能加深學生對科研內容的理解。

參考文獻

[1]張銳波.在物理實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與創(chuàng)造發(fā)明能力——以轉動定律驗證實驗為例[J].物理通報，2015（8）：26-28.

[2]羅清華，焉曉貞，彭宇，等.“誤差理論與測量數(shù)據(jù)處理”課程一體化的研究與探索[J].實驗科學與技術，2019（13）：1-4.

[3]何金萍.如何落實教學有效反饋的實效性[J].學周刊，2019（30）：109.