基于OBE的工程教育模式下“误差理论与数据处理”课程改革*

宋哲英　　宋雪玲（河北科技大学 电气信息学院，河北 石家庄 050054）

基于OBE的工程教育模式下“误差理论与数据处理”课程改革*

宋哲英宋雪玲
（河北科技大学 电气信息学院，河北 石家庄 050054）

OBE教育模式强调以学生的学习结果为驱动力，进而反向设计教学活动和评价标准，以利于学生能力的学习。文章针对“误差理论与数据处理”课程中存在的问题，基于成果导向教育的理念，确立了以“能力”培养的课程建设目标，提出了以学习结果反向设计教学过程的思路，并在理论教学、实践教学及考核模式等方面进行了相应改革。

OBE；教育模式；误差理论与数据处理；改革

《误差理论与数据处理》是讲述测量系统的误差理论及测量数据的处理方法等知识的课程，是测控技术及仪器专业必修的、实践性较强的一门专业基础课。但是，该课程教材普遍理论性偏强，实践性偏弱，而且实例多涉及机械量测量，较为单一。若根据教材知识体系讲授该课程，则导致教学内容单向设计问题，即只强调测得数据后的误差分析及数据处理，缺乏利用分析中得到的结论及出现的问题反过来指导测量过程的设计。以至于学生在学完这门课程后，不能很好地运用所学知识解决实际问题。OBE（Outcome Based Education）为成果导向教育的简称，是一种以学生的学习成果为导向的教育理念。具体是指教育教学过程中一切教学设计和教学实施都围绕学生实现预期的学习成果开展。成果导向的教学设计遵循反向设计原则，可以克服原来教学内容单向设计问题。文章将OBE教育模式引入“误差理论与数据处理”专业基础课程教学中，在教学过程坚持以学生为中心，以学生学习效果为目标导向，改革了相关的教学内容、教学设计和实施策略。

一、OBE及工程教育的理念

OBE教育模式最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革。在OBE教育模式中，学生学到了什么和是否成功远比怎样学习和什么时候学习重要。OBE的核心问题是：想让学生取得的学习成果是什么？如何有效地帮助学生取得这些学习成果？如何知道学生已经取得了这些学习成果？OBE教育模式相较于我国传统的教育理念，它不以教学内容驱动教学活动，而是以学生学习结果作为教学驱动力，强调“教育是一种能力培养、能力训练”的过程［1］。我国在2013年加入《华盛顿协议》后，也明确了以学生为中心，以成果导向教育引导我国工程教育持续改进的目标［2］。

二、课程的特点及现状

“误差理论与数据处理”是一门理论性较强的课程，含有很多的抽象概念、公式，但是它也具有很强的实际应用。在实际测量中，经常依据测量数据进行误差分析、处理，以获得可靠的数据或指导测量方法的改进。但由于实验条件有限，目前其主要存在以下几方面的问题。

（一）知识传授与教学结果相背离

该课程理论教学常专注于误差基本概念、分类、发现与消除，测量数据的处理，测量不确定度评定，误差合成与分配、最小二乘法等内容。对于没有测量经验的学生，往往按照数学的思维习惯来学习误差，重计算，轻概念，不能理解误差的分析、计算与与实际测量过程的联系，往往理论教学一结束，相当一部分学生在后续课程中不会运用所学误差知识分析测量过程或进行设计计算。这种传统教育模式忽略了对学生能力的培养，往往导致教学目标难以顺利实现。

（二）理论与实践脱节

“误差理论与数据处理”课程以高等数学、线性代数、概率论和随机过程等为基础，着重于数学理论在测量误差的分析与处理中的应用。现有教材理论体系比较完善，实例却不够全面。且实例多涉及机械量测量，鲜少涉及其它参数的测量，特别是缺乏综合性实践训练方面的内容。一些学校虽然借助计算机软件（如MatlabLabview等）开设一些测量数据处理的实验，但实验过程缺乏对方案构思等设计能力的训练，导致学生在学完该课程后，仍然缺乏对测量误差来源及数据处理的根本性认识，无法运用所学知识指导实践，解决实际问题。

*基金项目：本论文为河北科技大学教育教学研究基金项目“测控技术与仪器专业工程教育培养计划的探索与实践”资助。

作者简介：宋哲英，女，46岁，教授，河北科技大学电气信息学院测控系，主要研究方向为智能控制。

（三）考核评价与能力不对等

成果导向教育的最终落脚点在能力的养成。学生对于知识的掌握重要的是理解、体验而不是记忆，理解所体现的认知能力和体验获得的能力比对知识的记忆能力重要得多。目前，传统的误差理论与数据处理课程考试虽然题型多样化，但更多的还是对知识点记忆情况的考察。虽然考核方法由平时成绩和考试成绩组成，平时成绩主要考虑学生出勤与作业情况，占一定的比例。这种考核方式总体流于形式，重结果，轻过程，不能反映学生在整个教学过程中的综合表现，难以反映学生的真实能力。

三、基于OBE的课程改革

在OBE教育模式下，把教师对学习成果的准确定位放在首位，强调以学生的学习结果为驱动力，进而反向设计教学活动和评价标准，以利于学生的学习。

（一）以能力为核心，定位课程教学目标

以往的课程教学目标主要是以传授理论知识为主。在这种模式下，学生被动地接受知识而缺乏对知识点的深刻理解，并难以在实际中应用。OBE教学模式强调从成果出发，转而注重的是“知识学习、能力培养、素质提高”的教学目标［3］。因此，结合本校测控专业培养目标和本专业偏向于工业过程参数检测与控制的特色，考虑到该课程在测控知识链中与其它课程的关系与作用，课程教学目标遵循“学以致用”原则，着重于学生能力的培养，不仅使学生掌握测量误差与不确定度的基本概念和测量数据处理的基本方法，并能正确选用测量仪器和测量方法进行测量方案，具备一定工程计算及设计能力。

（二）以目标为导向，反向设计教学内容

成果导向教育的最终落脚点在能力的养成，重视的是学生在知识获得后的应用与实践能力。因此课程教学也必须遵循能力本位教育的理念，而非学术知识体系。否则，出现相当多学生在后续课程中不会运用所学误差知识分析测量过程或进行设计计算这种现象也就不足为奇。

《误差理论与数据处理》教材上的实例一般多为几何量测量的内容，而我们学校测控专业偏向于过程参数的检测，如温度、压力等，较少涉及几何量的测量。一个完整的过程检测系统主要包括三个部分：传感器、信号调理电路和显示部分，在系统的各个环节都会引起测量误差，或者用到有关的数据处理方法，此该课程知识在“自动检测技术”、“数字信号处理”、“智能仪表”等课程中都有应用，并与实际测量密切相关。因此，应从误差实际应用和特点出发，按照学生需要学习什么，哪些内容符合工程能力培养的需要，以此对教学内容重新进行梳理，摈弃重复的知识，并尽量避免复杂的数学推导［4］。

教学中，采用“工程应用-基本知识-工程应用-设计”的反向教学模式。从实际“工程应用”引入要解决的问题，然后介绍相关“基本知识”，然后利用所学“基本知识”去解决实际“工程应用”，在教学过程中着重将误差产生的原因、消除误差的方法、数据处理相关知识与案例相联系，注重培养学生发现问题、提炼问题、分析和解决实际问题的能力；在能力提高的基础上，进一步指导学生进行“设计”，让学生学会合理选择仪器或设计方案，并能从大量的实验数据中获取有用信息，进行数据处理。进行反向教学，能从应用入手，逐步递进，完成知识的串联。

（三）整合交叉课程资源，改革实验教学内容

该课程的实践性较强，目前多数高校都开设了相应实验课程。但多是利用MATLAB等相关软件完成数据处理与分析。但单纯的利用计算机进行误差分析与数据处理有很大局限性。例如，在智能仪器设计中经常利用最小二乘法对传感器进行非线性建模，减小系统的非线性误差，从而提高仪器的精度。若只是给一些传感器测量数据，只让学生利用MATLAB进行数据处理，建立对象非线性模型，学生很难理解其应用。因此，实验教学应尽量让学生进行实际的数据收集，并应用计算机技术进行数据处理。由于该课程一般没有专门实验设备，可以整合课程资源，充分利用测控专业现有实验设备，如传感器实验台、过程控制系统等，让学生搭建实验系统、采集实验数据、进行实验数据处理，使学生对所学知识融会贯通［5］。比如，利用传感器实验台可以开始温度传感器测试与分析、建模实验，要求学生搭建热电偶测温系统，采集测量数据，分析误差产生的因素，并采用最小二乘法拟合出电势和温度的关系。

（四）以成果为导向，设计学习成果的考核体系

传统的课程考试，多是对知识点记忆情况的考查，无法全面反映学生在课程中能够获得的能力和体验［6］。以学习成果为导向的考核模式应该体现对学生学习课程后所能获取到的知识“能力”和体验的评价。因此教师应该以多元化的方式检验学生的学习效果。多元化评价模式见表 1。

表1多元化评价模式表

多元化考核评价体系使考核由期末延伸到平时，将教、考、学三者有机地融为一体，使考核具备了知识考核和能力考核的双重功效，又突出了学习的过程性，在评价中学生还有一定发言权，因此成绩构成更能反映学生学习过程的真实情况，得到了学生的普遍认同。

四、结束语

在高等工程教育推进成果导向教育改革的过程中，强调能力本位，强调以学生能力为中心的个性化评定，强调持续改进。为了适应工程教育的需要，我们在误差理论课程建设中引入OBE教育理念，以学习结果为导向，以学生为中心，从教学目标、教学内容设计、实验手段、考核评价等方面进行了改革与探索。经过实践可知，OBE教育模式对学生在实际分析、应用与综合设计能力的培养方面有一定的优势，但仍然存在部分学生主动性不够的问题；另外，如何与后续课程衔接，开设综合性实验也是难点，因此还需要我们在教学过程中不断探索，逐步在各个方面进行完善。

［1］李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念［J］.中国高等教育，2014，17：7-9.

［2］顾佩华，胡文龙，林鹏.基于“学习产出”的工程教育模式——汕头大学的实践与探索［J］.高等工程教育研究，2014，1：27-36.

［3］成卓韦，於建明，王家德，等.成果导向的教育理念与实施策略探析——以大气污染控制课程为例［J］.浙江工业大学学报（社会科学版），2015，14（3）：288-292.

［4］韩晓娟，常太华.基于卓越工程师培养的“误差理论与数据处理”课程建设［J］.2011，26：98-99.

［5］邱剑锋，朱二周，周勇.OBE教育模式下的操作系统课程教学改革［J］.计算机教育，2015，12：28-31.

［6］张宏.基于学生成果导向的课程评价改革思考［J］.湖北函授大学学报，2015，28（5）：106-107.

In OBE teaching mode，it emphasizes that the students'learning results should be taken as driving force and the teaching activities and evaluation criteria are designed in reverse to improve the students'learning a-bility.In order to solve the problems appeared in"Error Theory and Data Processing"course，this paper，which based on the result-oriented education concept，takes"ability"cultivation as the course construction goal and pro-poses the teaching idea of designing the teaching process in reverse according to the learning results.Corresponding reforms are carried out in theory teaching，practical teaching，assessment model，etc.

OBE；teaching mode；error heory and data processing；reform

2096-000X（2016）16-0153-03

G642

A