“误差理论与数据处理”课程建设的实践与思考

徐霞　张美凤　蔡建文

【摘 要】“误差理论与数据处理”课程是测控技术与仪器专业的一门重要的专业基础课，该课程主要讲述常见物理量测量中的误差理论及其数据处理方法，使学生掌握误差理论与数据处理的基本概念、基本原理、基本计算方法，培养学生分析处理实验数据的能力。由于课时、教学条件的制约，开设该课程的高校普遍对传统的静态测量的数据处理讲授较多，对现代误差理论、不确定度评定及动态测试的数据处理讲述较少，这已经不能适应信息时代的要求。近年来，本课题组致力于该课程的教学改革，在理论与实践教学内容、教学条件、教学方法、教师队伍等多方面开展了卓有成效的改革，取得了良好的效果。

【关键词】课程建设；教学改革；误差理论与数据处理

【Abstract】“Error theory and data processing”course is an important professional basic course of measurement and control technology and instrument specialty， this course mainly talks about the error theory and data processing method of the common physical quantity measurement， to make the students master the basic concepts， basic principles and calculation methods of error theory and data processing，and cultivate students ability to analyze and process the experimental data. Due to the constraints of class hours and teaching conditions， generally the traditional static measurement data processing teaching more， the modern error theory， uncertainty evaluation and dynamic testing of the data processing is involved less， this has not adapted to the requirements of the information age.In recent years， our research group worked on the teaching reform of the course， in many aspects of the theory and practice of teaching content， teaching conditions， teaching methods and teachers to carry out the effective reform， and achieved good results.

【Key words】Course construction； Teaching reform； Error theory and data processing

1 课程建设的背景及思路

1.1 课程建设的背景

“误差理论与数据处理”课程是测控技术与仪器专业的一门重要的专业基础课，主要讲述几何量、机械量以及其他有关物理量的静态测量和动态测量的误差理论与数据处理。该课程的主要任务是通过各教学环节，使学生掌握误差理论与数据处理的基本概念、基本原理、基本计算方法，培养学生分析、处理数据的能力，为学习后续课程的学习以及从事工程技术，科学研究等工作打下坚实的基础。

由于课时、教学条件的限制，以往该课程教学过程中对传统的静态测量的数据处理讲授较多，对现代误差理论、不确定度评定及动态测试的数据处理讲述较少，这已经明显落后于现代测试技术的发展。该课程具有较强的实践性，但在以往的教学过程中主要侧重理论内容讲授，没有设置实践性环节。在学生对课程教学的评价中也提到主要教学内容都是原理及算法，内容有些枯燥。以上问题导致学生对该课程在专业人才培养方案中的作用认识不足，影响了教学效果，不利于培养学生分析解决实际工程应用问题的能力和创新能力。由于该课程和前期的概率论与数理统计、互换性与测量技术、信号分析与处理以及后续的传感器与测试技术、自动检测技术、精密测量技术等课程联系较为紧密，所以也需要从整个知识体系和学生能力培养的高度对其教学内容、教学计划进行统筹规划。

1.2 课程建设的基本思路

本课程教学建设的基本思路主要包括以下几个方面：一是，对该课程在人才培养方案中的定位和教学目标进行全面认真地分析、讨论，从信息化的视角并结合相应的职业岗位要求，全面理清学生应掌握的知识点、能力点和技能点；二是，在此基础上制定教学大纲（课程标准），包括各单元教学内容及基本要求、学时分配、考核评价方式、实践教学内容等；三是，着力进行教学方法与教学手段的改革，授课教师全程参与到课堂教学、实验指导、大作业以及毕业设计的各个教学环节中，采用多层次、全方位、反复训练的教学方法，培养学生的各项技能，并充分利用现代化教学手段进行辅助教学；四是，以教学改革、科研为抓手，进一步提高主讲教师的教学科研水平，建立一支结构合理、师德高尚、素质优良、充满活力的教师队伍。

2 课程教学改革的具体实践过程

2.1 教学内容建设

2.1.1 理论教学内容改革

该课程的教学内容从总体上遵循“理论够用、强化应用”的原则，突破了传统的教学方式。课程以不同的测量方式下的误差理论与测量数据的处理方法为主线，层次主线清晰，结构科学合理，注重教学内容和课程体系创新。以教学大纲为基本依据，遵循教学内容的科学性、先进性和适用性的原则，充分考虑了我校应用型人才的培养目标，强化了数据处理实际应用方面的训练，做到思路开阔，注重应用。增加了现代误差理论、不确定度分析和动态测量的误差处理方面的内容。在讲授系统不确定度评定时，就以实际的测量系统为例，结合传感器、转换电路、A/D转换等环节的精度分析，进行系统的总体精度评定，把“传感器原理及应用”、“产品质量检测技术”、“模拟电子技术”、“数字逻辑与系统”等课程的相关内容很好地结合起来。通过这样的讲授，学生就会了解这些课程及教学内容在实际工程应用中的具体作用，为后续各环节的教学打下了良好的基础。同时我们针对不同的专业方向，在教学内容的设置上有所侧重。在讲授应用举例时“检测技术与质量工程”方向突出产品质量检测中的精度分析与数据处理，“计算机测控技术”方向突出测量系统集成设计中的不确定度评定和系统特性分析中的数据处理方法的讲解。

2.1.2 实践教学内容改革

本课程在很多高校都一直定位为理论性强的课程，很少有学校设置实验，考虑到我校培养应用型人才的目标和学生的就业走向，我们加强了实践环节的训练。一是，我们开发了基于MATLAB的仿真实验系统，直接在课堂演示，弥补了实验学时不足的问题，同时为学生实验打下一个基础。二是，我们充分挖掘实验室现有资源，精心开发设置了多个实验项目，包括验证性、综合性实验和设计性实验。三是，我们设置了大作业环节，以其提高学生的解决实际问题的能力，教师给出测量系统的设计要求和总体精度，要求学生自己查阅元器件相关参数，选择合适的器件进行总精度评定；或者给出某一个工件，要求学生选择合适的测量器具进行测量，并进行测量误差的详细分析，在此基础上完成设计或测量分析报告。这样的大作业类似于一个课程设计，学生可以结合所学内容，解决关于精度评定和误差分析与数据处理的实际问题，提高分析问题解决问题的能力。四是，注重在实践中进行测量数据处理的基本能力训练，我们自行开发了基于MATLAB的误差与数据处理系统、基于LabVIEW的精密测量数据处理系统，要求学生充分利用这些软件对实验结果进行误差分析和不确定度评定。

2.2 教学条件建设

课程组编写了高质量的教学讲义，既有纸质稿，又有电子稿，自编了多媒体课件，编写了《误差理论与数据处理实验指导书》、《误差理论与数据处理习题集》，建成了本课程的辅助教学网站。目前在毕博教学平台上的教学资源主要包括该课程的教学大纲（课程标准）、教学计划安排表、学习指导书及教学参考书等各类辅助学习资料等教学文件，电子讲义、多媒体课件、虚拟仿真实验等电子教学资源，实验教学内容、实验指导手册、大作业实例等实践性教学资源；课后习题、试题库、模拟试卷及相应的参考答案等考核性资源等。网络资源方便学生课后的进一步学习，有效地弥补了课时不足的问题和课堂教学的局限性，培养了学生的自主学习能力。主讲教师也可以通过网上授课系统、网上答疑系统和网上考试系统的交互功能及时掌握学生的学习情况和存在的问题，以进一步改进教学方法，提高整体教学质量。用MATLAB和LabVIEW制作了误差与数据处理系统和精密测量数据处理系统，直接在课堂演示，弥补了实验学时偏少的问题。

2.3 教学方法改革

在教学过程中，教学团队采用了多层次、全过程的教学方法。在要求学生掌握误差与数据处理的基本原理、基本方法的同时，更加着重实践能力的训练。我们将实践能力分别通过实验课程、大作业、毕业设计三个层次进行全过程不断线地培养，取得了良好的教学效果。比如在讲完测量不确定度评定这部分内容后，随即就在布置了相关的实际操作大作业中，让学生进行实际的训练，把课堂知识和实际应用很好的结合了起来，学生感觉课堂学习有针对性，学习兴趣提高了。近几届部分学生在完成误差理论课程学习，实验、大作业的锻炼后，基本掌握了这部分知识。而在毕业设计中，学生进行系统设计或者测量方案选择时，仍然需要用到这部分知识，课题组老师会继续跟踪进行指导。这样通过多层次、全过程的反复学习和训练，使学生真正理解了有关测量误差方面的理论知识，对数据处理与分析在测控系统设计与检测中的应用有了更加深刻的体会，也进一步提高了学生分析问题、解决问题和创新实践的能力，这为以后从事相关的工作奠定较好的实践基础。此外，学生通过网络资源中的习题、自测试题、虚拟仿真实验等进行自主学习、自主训练，并且能够针对自己的测薄弱环节进行有针对性的强化训练；教师收集学生自主学习的信息，通过整理和分析能够实时掌握学生的学习状况以及存在的问题，可以进一步改进教学方法，提高教学的有效性。

2.4 主讲教师队伍建设

利用课程建设的契机，课题组加强了师资队伍建设，具体表现在以下几个方面：第一，树立了良好的师德师风，课程组人员热爱、忠诚社会主义教育事业，甘愿为之贡献自己的聪明才智和毕生的精力，敬业乐业。备课认真，从不马虎。上课前都做到必备的几个基本教学元件：教学大纲、课程计划、教案、讲稿、平时成绩记录表。踏实的工作作风和极强的全局观念，使课程的各项建设顺利进行。第二，提高自身业务素质，我们一贯注重教学方法的研究，我们认为具有深的理论知识和强的实际动手能力是必须的，但同时必须要有高超的教学方法。我们采取同行听课的方式，共同磋商教学方法，使教学艺术水平不断提高；主讲教师还开设其他相关课程，有前期课程和后续课程，这样能切身体会课程在整个教学计划中起的作用，更能知道该课程与其它课程的联系，有助于提高教师的业务水平，如我们有的教师承担了《互换性与测量技术》、《产品质量检测技术》、《传感器技术》等课程的教学任务，在课程的讲授中非常自然的将这些课程联系起来。通过多年的努力，课程组核心成员的教学能力得到显著提升。教师开发的优质教学资源获得江苏省高校多媒体课件一等奖1项，全国多媒体课件大赛二等奖2项，三等奖2项，优秀奖2项；教师获得江苏省高等教育教学成果奖一等奖1项、学校教学成果奖特等奖1项、一等奖2项；教师主持的课程建设项目获江苏省精品课程1门、校精品课程7门；主持江苏省高等教育教改研究立项课题2项，完成江苏省教育科学“十一五”规划课题1项，校级教学改革课题15项，出版教材7部；在《实验室研究与探索》、《电气电子教学学报》等期刊发表教学研究论文20余篇。

3 课程建设中存在的问题及思考

目前教学中所用教材是部优教材，但由于编著者多为研究型或教学研究高校的老师，所以内容偏理论，部分内容讲述过深，而实践应用部分内容相对较少，实例也较少。可以考虑和其它同层次相近专业老师合作编写适合于应用型本科人才培养目标的教材，以便得更好的教学效果。随着科技的不断发展，测控技术逐步由静态转向动态测控、由离线测量转向在线测量，因此需要加大这方面测量数据处理理论与方法的讲述，或者进一步开设配套的专业选修课，为学生的继续学习提供平台。

【参考文献】

[1]宋爱国，崔建伟，符金波.“误差理论与数据处理”课程的教学改革[J].电气电子教学学报，2012，34（1）：12-13.

[2]费业泰.误差理论与数据处理[M].6版.北京：机械工业出版社，2010.

[3]范锦彪，马铁华，杜红锦，等.“误差理论与数据处理”课程的教学改革与实践[J].中国电力教育，2014（5）：140-141.

[4]吴石林，张玘，刘国福，等.《误差理论与数据处理》课程教学改革初探[J].高等教育研究学报，2013，34（4）：80-81.

[5]王中宇，刘智敏，夏新涛，等.测量误差与不确定度评定[M].北京：科学出版社，2008.

[6]王雪，曾建奎，李作进.误差理论与数据处理课程教学改革探索[J].重庆科技学院学报：社会科学版，2016（3）：128-131.

[责任编辑：杨玉洁]