基于OBE理念的誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)方法初探

孟浩

摘要：自加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)，全國(guó)高校都在加快推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。我國(guó)工程教育認(rèn)證主要倡導(dǎo)三個(gè)基本理念，其中成果導(dǎo)向理念（OBE， Outcome-based Education）是以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并對(duì)照畢業(yè)生核心能力和要求，評(píng)價(jià)專業(yè)教育的有效性。作為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程進(jìn)行教學(xué)改革迫在眉睫。本文應(yīng)用OBE教育理念，對(duì)誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程改革進(jìn)行了探索，通過(guò)調(diào)整課程教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)方法及理念，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果的目的。

關(guān)鍵詞：OBE（Outcome-based Education）;教學(xué)改革;誤差理論與數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1003-2177（2021）21-0062-02

0 引言

《華盛頓協(xié)議》是工程教育本科專業(yè)學(xué)位互認(rèn)協(xié)議，其宗旨是通過(guò)多邊認(rèn)可工程教育資格，促進(jìn)工程學(xué)位互認(rèn)和工程技術(shù)人員的國(guó)際流動(dòng)。工程學(xué)位的互認(rèn)是通過(guò)工程教育認(rèn)證體系和工程教育標(biāo)準(zhǔn)的互認(rèn)實(shí)現(xiàn)的。我國(guó)于2016年6月2日正式加入《華盛頓協(xié)議》，成為《華盛頓協(xié)議》第18個(gè)正式成員，標(biāo)志著我國(guó)工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際實(shí)質(zhì)等效，工程教育質(zhì)量保障體系得到了國(guó)際認(rèn)可[1-2]。加入華盛頓協(xié)議，先要經(jīng)過(guò)“預(yù)備”階段，從“預(yù)備”階段成為正式成員，有嚴(yán)格、規(guī)范的程序，主要有兩個(gè)方面的要求：一是認(rèn)證體系和程序?qū)嵸|(zhì)等效于協(xié)議其他成員的認(rèn)證體系和程序;二是認(rèn)證所采用的畢業(yè)生標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)等效于協(xié)議中的畢業(yè)生素質(zhì)要求。自加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)，全國(guó)高校都在加快推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。我國(guó)工程教育認(rèn)證主要倡導(dǎo)三個(gè)基本理念，其中成果導(dǎo)向理念（OBE， Outcome-based Education）是以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后所取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并對(duì)照畢業(yè)生核心能力和要求，評(píng)價(jià)專業(yè)教育的有效性[3-4]。即解決如下四個(gè)問(wèn)題：想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么;為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果;如何有效地幫助學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果;如何知道學(xué)生已取得這樣的學(xué)習(xí)成果。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理是北京信息科技大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其先修課程為高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等，為傳感器原理及應(yīng)用、測(cè)量技術(shù)、測(cè)控儀器設(shè)計(jì)等后續(xù)專業(yè)課程以及相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供必要基礎(chǔ)和支撐。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能掌握測(cè)量系統(tǒng)誤差分析、誤差合成、誤差分配、最佳測(cè)量方案設(shè)計(jì)等本領(lǐng);掌握系統(tǒng)參數(shù)的最小二乘評(píng)估方法和回歸分析的原理與計(jì)算過(guò)程;熟悉動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程誤差評(píng)定的數(shù)學(xué)原理與基本處理方法。為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及時(shí)間環(huán)節(jié)的開展打下良好的理論基礎(chǔ)，獲得從事精密測(cè)量技術(shù)相關(guān)工作的基本技能。

在工程教育認(rèn)證大背景下，作為測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1 課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程理論性及規(guī)范性強(qiáng)

誤差理論與數(shù)據(jù)處理以高等數(shù)學(xué)及工程數(shù)學(xué)，包括線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等課程為先修課程[5-6]，課程理論性強(qiáng)、基本概念繁多且抽象、所涉公式復(fù)雜。課程教材所涵蓋的基本概念及理論，多以文字和公式的形式呈現(xiàn)，很難做到形象生動(dòng)。

1.2與后續(xù)課程聯(lián)系緊密

誤差理論與數(shù)據(jù)處理為后續(xù)專業(yè)課程，如傳感器原理及應(yīng)用、測(cè)量技術(shù)、測(cè)控儀器設(shè)計(jì)以及相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供必要基礎(chǔ)和支撐[7]。舉例來(lái)看，傳感器性能指標(biāo)的定義，會(huì)用到誤差理論與數(shù)據(jù)處理中的引用誤差的概念、誤差合成的方法，同時(shí)也用到了數(shù)據(jù)處理的最小二乘和回歸分析方法。若沒有誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程相關(guān)內(nèi)容做支撐，學(xué)生就很難從根本上理解這些指標(biāo)的含義，而只能生搬硬套、死記硬背。

1.3授課形式單一

誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程對(duì)于測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)十分重要，是后續(xù)專業(yè)課程及實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)及支撐。內(nèi)容包含測(cè)量系統(tǒng)誤差分析、誤差合成、誤差分配、最佳測(cè)量方案設(shè)計(jì);系統(tǒng)參數(shù)的最小二乘評(píng)估方法和回歸分析的原理與計(jì)算;動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程誤差評(píng)定的數(shù)學(xué)原理與基本處理方法。課程涵蓋內(nèi)容多，但課時(shí)相對(duì)較少（我校誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程學(xué)時(shí)分配為：26學(xué)時(shí)理論+6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）。授課進(jìn)程完全遵循教學(xué)大綱要求，以教師講授為主，學(xué)生參與較少，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2 基于OBE的課程教學(xué)改革

2.1強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)

誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程理論性強(qiáng)，與工程實(shí)踐聯(lián)系非常緊密。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，要保證儀器或系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的精度，首先要發(fā)現(xiàn)并剔除測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值，然后對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行溯源并采取相應(yīng)的消除方法。針對(duì)某一被測(cè)量選取合適的方法、傳感器、處理電路等構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，需要用到誤差合成與分配的概念及方法。在確定測(cè)試系統(tǒng)輸入輸出模型時(shí)，離不開最小二乘和回歸分析。而目前的教學(xué)安排中，實(shí)踐環(huán)節(jié)主要以三個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為支撐。三個(gè)實(shí)驗(yàn)分別：利用電眼法測(cè)量環(huán)規(guī)內(nèi)徑（間接測(cè)量誤差分析與數(shù)據(jù)處理）、利用大型工具顯微鏡測(cè)量線紋尺毫米刻線距離（組合測(cè)量的最小二乘法）及彈簧彈性剛度的測(cè)定（一元線性回歸）。由于實(shí)驗(yàn)儀器及條件的限制，三個(gè)實(shí)驗(yàn)安排在課程結(jié)束后集中完成，未能及時(shí)有效地幫助學(xué)生理解和鞏固相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

以最小二乘法的教學(xué)為例，本教學(xué)改革過(guò)程中，引入了課堂及課后隨時(shí)可完成的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。學(xué)生每?jī)扇艘唤M，給每組同學(xué)發(fā)放一套壓力傳感檢測(cè)模組，完成柔性薄膜壓力傳感器表面壓力的測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)所用模組體積小巧、便攜，可采用鋰電池供電，因此無(wú)需進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室便可完成壓力傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生對(duì)最小二乘法的理解和運(yùn)用。

2.2加強(qiáng)與相關(guān)專業(yè)課程聯(lián)系

課程改革過(guò)程中，充分利用學(xué)院成立的課程群，加強(qiáng)與課程群老師之間的交流，梳理出與相關(guān)課程與本課程教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性。將相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)內(nèi)容結(jié)合進(jìn)本課程教學(xué)，拓展了本課程教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐運(yùn)用，同時(shí)也有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容的理解，從而達(dá)到學(xué)生對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通，取得良好的學(xué)習(xí)效果。例如，在講到最小二乘法的應(yīng)用時(shí)，結(jié)合傳感器的標(biāo)定及傳感器的性能指標(biāo)（如線性度、回程誤差及重復(fù)性）定義，既拓展了誤差理論相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐運(yùn)用，也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)傳感器相關(guān)性能指標(biāo)的理解。

2.3 教學(xué)方法的改進(jìn)

基于OBE教學(xué)理念，打破以往以教師講授為主的單一的教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性與參與度，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。例如，針對(duì)某一概念，給學(xué)生留課后作業(yè)，學(xué)生通過(guò)線上線下資料查閱，以小報(bào)告的形式，表達(dá)自己對(duì)這一概念的理解。又如，結(jié)合自己做的課程設(shè)計(jì)或創(chuàng)新項(xiàng)目，談一談該項(xiàng)目哪些環(huán)節(jié)用到了誤差理論的概念或數(shù)據(jù)處理的方法。將優(yōu)質(zhì)有益的網(wǎng)絡(luò)資源（如MOOC網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)課程視頻）推薦給學(xué)生，作為學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)時(shí)的有益補(bǔ)充。以線上線下結(jié)合的混合教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及效果。

3 結(jié)論

本文在總結(jié)當(dāng)前誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程特點(diǎn)及教學(xué)過(guò)程中存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，基于OBE理念對(duì)誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程進(jìn)行了教學(xué)改革。通過(guò)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、課程群建設(shè)及改善教學(xué)方法等手段，力求提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主能動(dòng)性與創(chuàng)新能力，有效幫助學(xué)生掌握課程知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和效果。本文所提出的教學(xué)改革思路，已應(yīng)用于一個(gè)班同學(xué)的誤差理論與數(shù)據(jù)處理課程的教學(xué)中，并取得了良好的效果。

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（責(zé)編：楊梅）