蔡海潮 尚振東

河南科技大學(xué)機電工程學(xué)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(chǔ)課之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握測試與實驗數(shù)據(jù)處理的基本理論與方法，科學(xué)客觀地評價測量結(jié)果，合理設(shè)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(xué)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)測量系統(tǒng)和測量過程的設(shè)計。其結(jié)果是學(xué)生缺乏系統(tǒng)性思維，缺乏運用所學(xué)知識科學(xué)評價測試系統(tǒng)和測試過程的能力。高等學(xué)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(jìn)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(xué)融入學(xué)生培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)是高校教師認(rèn)真思考的問題和義不容辭的責(zé)任。本文適應(yīng)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(xué)改革。

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

高等學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)用實踐能力和個性特色的人才。高校推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，應(yīng)牢固樹立個性化、應(yīng)用型、創(chuàng)新性和國際視野人才理念，要切實培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(rèn)證模式不謀而合[3]。

2 誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)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(yīng)用性較強[4]。著名科學(xué)家錢學(xué)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(chǔ)?！盵5]而精密的測量之后，則要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)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(xué)結(jié)論或用于改進(jìn)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(xué)主要存在以下幾方面的問題。

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

課程課堂教學(xué)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(shè)在大二下學(xué)期，學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)識尚不深入，更沒有測量的系統(tǒng)概念和經(jīng)驗，導(dǎo)致學(xué)生重數(shù)學(xué)計算，不能理解誤差分析、計算對實際測量過程的重要指導(dǎo)作用，在后續(xù)課程學(xué)習(xí)中，不能將所學(xué)的誤差知識靈活運用于測量裝置、方法和過程的設(shè)計與實現(xiàn)中。

2.2 理論與實踐體系不適應(yīng)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(xué)、線性代數(shù)、工程數(shù)學(xué)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計等為基礎(chǔ)，側(cè)重于運用數(shù)學(xué)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(yīng)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(yīng)用，缺乏與后續(xù)課程有機結(jié)合的綜合性實踐訓(xùn)練方面的內(nèi)容，缺乏對學(xué)生系統(tǒng)性思維能力的訓(xùn)練，缺乏對學(xué)生工程實踐能力的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)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(yīng)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(xué)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(xué)公式的掌握，不能有效反映學(xué)生在整個教學(xué)過程中的綜合表現(xiàn)，更難于體現(xiàn)學(xué)生的獨立思考和綜合運用所學(xué)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(yīng)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(dǎo)，結(jié)合《華盛頓協(xié)議》中專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，全面改革誤差理論與數(shù)據(jù)處理課堂教學(xué)，構(gòu)造具有全反饋的教學(xué)控制過程。

3.1 明確教學(xué)目標(biāo)定位 深化能力培養(yǎng)

改變以往課堂教學(xué)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(xué)生被動接受積極性不高的做法。繼而變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以學(xué)生達(dá)到某種能力為目標(biāo)，將知識學(xué)習(xí)、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(xué)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(xué)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(xué)生能夠正確設(shè)計測量方案、系統(tǒng)和方法，具備一定的科學(xué)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(xué)生真正做到“學(xué)會”和“弄懂”。

3.2 以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向 構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)

教學(xué)內(nèi)容的改革最終目的不是知識的多少而是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，因此課程教學(xué)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(xué)生在三、四年級后續(xù)課程中不會綜合運用所學(xué)誤差知識分析測量過程或進(jìn)行設(shè)計計算的現(xiàn)象。由于測控專業(yè)所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)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(shè)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(xué)評定又會反過來指導(dǎo)測量系統(tǒng)的設(shè)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(dǎo)致學(xué)生只會運用所學(xué)知識進(jìn)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(shè)計測量系統(tǒng)。因此，應(yīng)從該課程的實際應(yīng)用和特點出發(fā)，結(jié)合我校測控專業(yè)后續(xù)開設(shè)課程，按照專業(yè)認(rèn)證中課程對學(xué)生某方面能力的支撐和要求，構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)。在課堂教學(xué)中，結(jié)合后續(xù)課程體系首先引入一個工程實際應(yīng)用，繼而講授分析和處理該工程問題所需的誤差知識，在學(xué)生學(xué)會利用誤差知識獲得測量結(jié)果后，再引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從測量結(jié)果中提取有用信息來評價和優(yōu)化設(shè)計測量系統(tǒng)，從而構(gòu)建出完整的教學(xué)內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時在教學(xué)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(yīng)用案例來引導(dǎo)學(xué)生靈活運用所學(xué)誤差理論知識分析處理，注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性思維能力，注重訓(xùn)練強化學(xué)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(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

3.3 改革實驗教學(xué)內(nèi)容 切實提高學(xué)生實踐能力

鑒于該課程較強的實踐性，在構(gòu)建完成教學(xué)內(nèi)容閉環(huán)控制系統(tǒng)后，還需有針對性地增設(shè)實驗環(huán)節(jié)來進(jìn)一步深化提高學(xué)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(jìn)行幾何量測量，學(xué)生利用誤差知識對多次測量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行傳感器檢測實驗，學(xué)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(jìn)行分析處理。實驗的設(shè)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(xué)生學(xué)會運用工程軟件MATLAB提高數(shù)據(jù)處理能力。例如，學(xué)生在教師幫助下利用傳感器綜合實訓(xùn)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(xué)誤差知識分析誤差的來源，繼而要求學(xué)生思考如何減小誤差提高測量精度，如何優(yōu)化設(shè)計壓力測量系統(tǒng)。

3.4 改革課程考核體系 適應(yīng)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(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)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(shè)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(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。最終的期末考核則主要由學(xué)生對知識的掌握情況決定，從而培養(yǎng)學(xué)生的理解能力。這種考核方式突出了學(xué)生能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，得到了學(xué)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(xué)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(dāng)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(jìn)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(yīng)用型和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，更加注重以學(xué)生能力為中心的教育方式。為了適應(yīng)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(shè)中引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力為導(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、實驗手段、考核評價等方面進(jìn)行了改革與探索。實踐表明，新的教育教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)取得了一定的效果，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到了有效提高，但正如專業(yè)認(rèn)證強調(diào)持續(xù)改進(jìn)一樣，我們還將在教學(xué)過程中繼續(xù)探索改進(jìn)并不斷完善。