劉蕓　趙敏　焦明星　邢俊紅　邵偉

摘要：工程教育專業(yè)認證近些年在國際工程與人才市場一體化背景下發(fā)展迅速，在此推動下，本專業(yè)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程以學生為中心、畢業(yè)要求為導向，建立了課程目標與畢業(yè)要求之間的支撐矩陣關(guān)系，確定了教學過程對畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容，實現(xiàn)了教學效果對畢業(yè)要求實現(xiàn)的評價，為后續(xù)課程的持續(xù)改進提供指導，這樣一個良性的閉環(huán)課程系統(tǒng)，將推動課程教學質(zhì)量的持續(xù)提升，為后續(xù)進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)認證

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0124-03

一、引言

隨著科技不斷進步，國際工程與人才市場一體化的要求越來越高，在國際人才市場化的背景下，工程教育專業(yè)認證在我國快速發(fā)展起來。中國工程教育認證旨在構(gòu)建中國工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系，推進中國工程教育改革，進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證體系，以促進中國工程教育的國際互認，提升其國際競爭力。我國自2007年開始對環(huán)境、土木、機械、電器等工程專業(yè)開展認證試點工作，2016年加入《華盛頓協(xié)議》成為正式成員，自此我國的工程教育認證體系得到了國際的廣泛認可，工程教育工作也邁上了新的發(fā)展臺階[1]。

西安理工大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)于2014年順利通過了工程教育認證，本專業(yè)堅持產(chǎn)出導向的教育取向，以學生為中心的教育理念和持續(xù)改進的質(zhì)量文化作為工程教育的核心理念，通過培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求和課程體系等多方面的持續(xù)改進，培養(yǎng)具有工程實踐能力和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)應用創(chuàng)新型專業(yè)人才?！罢`差理論與數(shù)據(jù)處理”課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課，旨在使學生掌握機械量、幾何量和有關(guān)物理量測試技術(shù)中的誤差理論與數(shù)據(jù)處理方法，以培養(yǎng)學生具有對測量結(jié)果進行處理、分析能力，對保證精度要求的條件下進行測量方法和測量儀器的設(shè)計具有重要作用。該課程以線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程為先修課程，與傳感器、測控電路等專業(yè)課程緊密銜接，對該課程的掌握程度將對今后從事計量檢測、儀器設(shè)計及分析等工作產(chǎn)生持續(xù)的影響[2-4]。因此，在工程教育認證推動下，“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程以學生為中心、畢業(yè)要求為導向，持續(xù)改進了教學目標與畢業(yè)要求的對應關(guān)系、教學過程對畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容以及教學效果對畢業(yè)要求實現(xiàn)的評價。

二、教學目標與畢業(yè)要求的對應關(guān)系

以學生學習效果為目標導向的專業(yè)認證教育理念，將畢業(yè)要求作為衡量學生能力的指標，覆蓋了工程知識、問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、項目管理和終身學習等12項內(nèi)容，從不同方面反映學生的學習效果。畢業(yè)要求的達成需要整個課程體系里每門課程目標的支撐，細分到不同的課程目標中，當學生通過課程考核取得學分后，就相應達到了該門課程教學目標所對應的畢業(yè)要求。

以往“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學目標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算、測量不確定度的表示及評定方法、測量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析等內(nèi)容，培養(yǎng)學生對實際測量系統(tǒng)進行科學的誤差分析和數(shù)據(jù)處理的能力，提高學生分析問題和解決問題的能力。這樣的課程目標無法直接支撐專業(yè)培養(yǎng)目標的達成。因此，需要確立課程教學目標與畢業(yè)要求的對應關(guān)系，實現(xiàn)對畢業(yè)要求點對點的支撐。

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學目標可具體分為以下幾點：（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）運用誤差的合成與分配計算進行測量方案選擇，并保證測量精度。（4）能夠進行測量不確定度的表示與評定。（5）能夠進行測量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析。

這五點教學目標可以支撐問題分析、研究、使用現(xiàn)代工具、職業(yè)規(guī)范和項目管理五項畢業(yè)要求，它們之間的支撐矩陣如表1所示。因為“誤差與數(shù)據(jù)處理”是一門理論性與實踐性較強的課程，教學目標的每一個內(nèi)容都能夠應用數(shù)學和工程科學的基本原理，研究分析工程問題，所以問題分析涵蓋了每一個教學目標點。除誤差的分類及表示方法以外，其他幾個教學目標點都可以支撐基于科學原理并采用科學方法對工程問題進行研究這一畢業(yè)要求。測量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理和回歸分析能夠利用Matlab和Excel軟件對數(shù)據(jù)進行快速處理，提高了數(shù)據(jù)處理效率。這樣一個點對點的矩陣對應關(guān)系，使得以學習效果為導向落到了實處，避免了教學目標只是以課程為中心的弊端，教學目標的達成就支撐了相應畢業(yè)要求的達成。

三、教學過程對畢業(yè)要求的支撐

教學目標的實施是通過教學過程實現(xiàn)的，“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程計劃48個學時，其中教學42個學時，實驗6個學時。教學內(nèi)容主要包括6個部分，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)容都對畢業(yè)要求下所包含的相應指標點提供支撐，更加細化了對畢業(yè)要求內(nèi)容的支撐[5]。

在“誤差基本概念及分類”一章，通過絕對誤差、相對誤差和引用誤差的學習可以支撐利用數(shù)學的基本概念適當描述儀器領(lǐng)域的工程問題這一指標點，并列舉實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，使學生能夠陳述工程師的職業(yè)責任，遵守職業(yè)道德規(guī)范，以此支撐職業(yè)規(guī)范畢業(yè)要求中的相應指標點。在“三大誤差的基本性質(zhì)與處理”一章，通過隨機誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差基本理論的學習，學生可以運用工程科學的基本原理進行數(shù)學建模，在此基礎(chǔ)上，對儀器儀表領(lǐng)域復雜工程問題進行實驗設(shè)計，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行誤差分析，結(jié)合長度等幾何量測量，剔除粗大誤差，并分析系統(tǒng)的隨機誤差和系統(tǒng)誤差，評價測量結(jié)果的合理性，這些教學內(nèi)容分別支撐了問題分析和研究畢業(yè)要求中的幾個指標點。在第三章“誤差的合成與分配”中，通過誤差的合成學習可以對儀器儀表領(lǐng)域工程問題的實驗結(jié)果進行精度的綜合評價與分析，而誤差分配的內(nèi)容則通過儀器設(shè)計的角度，對所選擇的測量儀器精度進行分析，并進行相應調(diào)整和改進，以滿足系統(tǒng)總精度的設(shè)計要求。開設(shè)利用萬能測長儀通過不同方法測量標準孔的實驗，通過誤差分析確定最佳的測量方案，并對測量結(jié)果進行評價。這章內(nèi)容可對問題分析畢業(yè)要求中的系統(tǒng)結(jié)果分析、改進，以及研究畢業(yè)要求中的分析幾何量設(shè)計方案的合理性提供支撐。“測量不確定度”一章中，通過不確定度與誤差的對比分析，可以對工程問題實驗結(jié)果給出不確定度報告，并結(jié)合不確定度的發(fā)展歷程和工程實例，介紹工程師的職業(yè)道德規(guī)范和工程項目管理的內(nèi)容，這豐富了職業(yè)規(guī)范和項目管理的畢業(yè)要求。在“最小二乘法處理”和“回歸分析”這兩章，分別通過兩個測量實例貫穿整個內(nèi)容，對整個測量結(jié)果從誤差的角度進行數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合阿貝比長儀檢定游標卡尺主尺刻線間距的實驗，對組合測量實驗結(jié)果進行分析。利用Matlab軟件強大的矩陣功能對最小二乘處理的實驗數(shù)據(jù)進行處理，體會軟件處理的便捷性。同時，線性回歸是最小二乘的應用，通過Excel軟件的統(tǒng)計功能，可以求得一元線性回歸方程并對其顯著性進行檢驗，支撐了使用現(xiàn)代工具畢業(yè)要求中借助工具對結(jié)果進行分析和評價的指標點。

四、教學效果對畢業(yè)要求實現(xiàn)的評價

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的成績是由平時成績、實驗成績和期末考試三個環(huán)節(jié)按一定比例綜合評定產(chǎn)生，學生只要綜合成績合格，就可取得該門課程的相應學分。以往課程教學效果的評價材料包括試卷、作業(yè)、實驗報告、成績單、試卷分析等，學生通過這些形式的考核可以證明達到了課程的教學目標，但不能對所支撐的畢業(yè)要求直接評價。改進后的教學評價增加了課程考核合理性分析和課程達成度評價，從畢業(yè)要求的角度評價課程的考核結(jié)果。

在課程考核合理性分析中，根據(jù)綜合成績的構(gòu)成，將平時成績、實驗成績和期末考試三個環(huán)節(jié)分別與畢業(yè)要求各指標點對應，逐一確定各指標點所占的分值。例如，期末考試由概念理解、計算分析和綜合設(shè)計構(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題分析畢業(yè)要求中利用數(shù)學基本概念適當描述儀器領(lǐng)域的工程問題，并進行系統(tǒng)或過程的識別、表達與分析的指標點；計算分析對應的是問題分析畢業(yè)要求中運用工程科學的基本原理選擇合適的數(shù)學模型，并對系統(tǒng)結(jié)果進行分析、完善或改進的指標點和研究畢業(yè)要求中具備儀器儀表領(lǐng)域復雜工程問題的實驗設(shè)計和實施能力，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行處理與分析的指標點，兩個指標點各自分配30分和20分；而綜合設(shè)計支撐的是研究畢業(yè)要求中能夠統(tǒng)計與分析幾何量、機械量等相關(guān)物理量的綜合信息，并評價設(shè)計方案的合理性這一指標點。通過合理分配，使不同的考核環(huán)節(jié)都與該門課程的各項指標點緊密聯(lián)系，可據(jù)此對課程考核的合理性進行評價。

在課程達成度評價中，抽調(diào)一個班為樣本，對平時成績、實驗成績和期末考試成績所對應的各指標點得分率進行統(tǒng)計分析。首先，根據(jù)課程目標與畢業(yè)要求的對應矩陣關(guān)系，明確每個實驗、考卷中每道題所支撐的畢業(yè)要求指標點。其次，對每項指標點所得的分值進行統(tǒng)計，確定各指標點達成度。最后，對各指標點達成度進行加權(quán)平均，得出課程的達成度，進而去評價畢業(yè)要求的達成。通過這種形式，可以獲得學生在各指標點中的達成情況，比如在運用工程科學的基本原理選擇合適的數(shù)學模型，并對系統(tǒng)結(jié)果進行分析、完善或改進這一指標點中，學生的達成度較低，說明學生對誤差分析這部分知識點掌握不夠扎實，靈活運用能力有待提高，可在今后教學中加強習題練習，這為后續(xù)課程的改進提供了指導。

五、總結(jié)

工程教育專業(yè)認證是以學生學習效果為目標導向的一種教育理念，這就決定了課程目標與學生畢業(yè)要求是緊密相關(guān)的，課程目標的達成支撐了相應畢業(yè)要求的達成。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與畢業(yè)要求之間的支撐矩陣關(guān)系，確定了教學過程對畢業(yè)要求的支撐內(nèi)容，實現(xiàn)了教學效果對畢業(yè)要求實現(xiàn)的評價，為后續(xù)課程的持續(xù)改進提供了指導。這樣構(gòu)建的一個“設(shè)計—實施—檢查”的良性閉環(huán)系統(tǒng)，使得“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學目標更加明確，教學過程更加清晰，教學評價更加科學，將全面持續(xù)地提升“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學質(zhì)量，為后續(xù)進一步開展課程改革奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]宋哲英.宋雪玲.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[J].高教學刊，2016，（16）：153-154.

[2]徐志玲，趙玉曉，金驥，黃柳.“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”立體化課程設(shè)計與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，33（11）：191-194.

[3]范錦彪，馬鐵華，杜紅棉，沈大偉.“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的教學改革與實踐[J].中國電力教育，2014，（5）：140-141.

[4]吳石林，張玘，劉國福，王艷玲.《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》課程教學改革初探[J].高等教育研究學報，2011，34（4）：80-84.

[5]費業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理（第7版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.