误差理论与数据处理课程的教学改革探索

王 一 程 佳 马晓峰

（华北理工大学电气工程学院，河北 唐山 063210）

0 引言

误差理论与数据处理课程主要讲授科学实验和工程实践中常用的静态测量和动态测量的误差理论与数据处理，使学生掌握测量误差与不确定度的基本理论和方法，培养学生分析、处理、评价测量数据以及组织测量过程的能力，为学习检测技术、仪器设计等后续课程奠定理论基础，对今后从事与测试相关的工作有着积极作用。目前，该课程教授普遍侧重理论性的教材和注重知识体系的构建，造成学生学习目标不明确、缺乏动力，导致教学效果不佳、教学目标难以达成。在对以往教学经历进行总结和分析的基础上，结合新工科建设与工程教育认证，探讨面向成果导向和能力培养的课程教学改革方法和实践。

1 课程教学中存在的问题

1.1 教学理念未及时更新

一方面，对学生学习成效不够重视。在成果导向教育的背景下，仍然以教师为中心，以课堂为中心，机械的将现成的知识完整地教授给学生，往往教学结束后存在相当一部分学生不会运用所学误差理论知识分析测量过程或进行设计计算。另一方面，对专业培养目标的支撑不够重视。在工程教育专业认证的背景下，仍然围绕课程自身开展建设，没有及时调整课程教学目标与毕业要求的对应关系，没有认真思考教学过程如何支撑毕业要求，致使课程改进方向存在偏差。

1.2 教学过程重理论轻实践

很多院校将本课程定位成理论性较强的课程，偏重于公式推导、算法演绎和过程计算，缺少基本的实践环节，容易使学生被枯燥的公式或烦琐的算法所困扰，不懂得如何主动应用误差分析与处理的算法，造成“学”与“用”的脱离，导致学生思维能力训练不足和解决工程实际问题能力欠缺，甚至影响学生的学习热情。

1.3 教学手段与评价方式单一

以多媒体为主、板书为辅的教学手段能够增加课程信息量，并通过运用技术手段在一定程度上激发学生的学习欲望，但由于课程具有理论性、逻辑性强的特点，使得仅靠单一的教学手段无法令学生对所学知识建立起连贯和系统的理解。课程评价由课程考试和平时考核两部分组成，平时考核包括考勤、作业和随堂测验，但限于实际条件原因，平时考核结果不能真实反映学生平时的学习状态，往往流于形式。

1.4 对课程的思想重视程度不够

为了使学生对误差有概括性的认知，课程一般最先讲授误差的基本知识。出现的部分专业词汇在日常生活中已有所耳闻，容易给学生留下课程简单的第一印象，加之后续内容偶尔出现先前接触过的知识，更使学生加深课程容易掌握的错觉，造成学生不愿为课程投入足够多的精力。如果学生没有及时改变错误认知，就无法掌握关键知识点的真正含义和计算分析的准确过程，最终导致课程成绩难以达标。

2 改进课程教学的措施

2.1 重新定位课程目标

遵循能力本位教育的理念，从本校测控技术与仪器专业的培养目标和侧重智能仪器设计的角度出发，结合误差理论与数据处理课程与其他课程的关系，本着课程教学目标遵循“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，而且能够正确选用测量仪器和测量方法设计测量方案，并从大量的实验数据中获取有用信息、处理数据，从而具备一定的工程计算及设计能力。

2.2 反向设计教学内容

从误差理论课程的实际应用出发，按照学生需要学习什么，哪些内容支撑毕业要求的工程能力培养需要，对教学内容重新进行梳理。从实际工程应用引入要解决的问题，接着介绍关联的基本知识，然后利用基本知识解决实际工程应用。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、分析问题和解决实际问题的能力。

2.3 加强课程实践和应用教学

课程组同时承担着“传感器原理与应用”“测控仪器设计”等课程的教学任务，在本课程的教学过程中，增加其他课程的相关知识或者为其他课程埋下伏笔，突出专业特色。在教学中引入Excel、Matlab、C语言程序设计的应用介绍，增加演示性课程教学设计，布置课外参考教材及学术论文阅读，通过这些能力训练拓展教学内容，提高学生动手能力，锻炼学生的实践能力。

2.4 改变单一的考核方式

重视形成性评价模式，体现了对学生自主学习和体验的评价，促进了课堂教学过程的外延性与开放性，促进了教学水平以及学生学习成绩的提高。充分利用现代教育技术，构建丰富的网络课程资源和互动环节；增加课外拓展实践评价，促使学生在实践中更好地理解误差理论与数据处理的基本概念和基本方法，掌握数据处理软件的使用方法。

2.5 综合运用多种教学方法

融入案例式、讨论式教学方法。课堂教学中，介绍激光干涉仪、全站仪、经纬仪、激光跟踪仪等典型测量仪器，并以它们的原理、精度之间的差异进行课堂讨论，提高学生分析问题的能力；展示机器人视觉测量系统工作视频，讲解系统测量原理和误差分析，实现科研反哺教学，开阔学生视野和培养学生创新意识。

3 实践效果

经过两年的持续改进，课程教学质量有了明显提高，主要表现在：端正了学生的学习态度，使得学生的上课出勤率显著提高，课上玩手机现象显著减少；激发了学生的积极性，前排上座率提高，课堂互动频繁；培养了学生学习独立思考的能力，课堂互动积极，作业雷同率下降；锻炼了学生的动手能力，部分学生能够高质量完成课外能力拓展任务。

在今后的教学活动中还要探索更加适合专业特点和学生特点的教学内容、教学设计，进一步提高教学水平和教学质量，以适应新时期人才的培养需求。