基于创新创业教育模式的误差理论与数据处理课程教学改革探索

蔡海潮 尚振东

河南科技大学机电工程学院 河南洛阳 471003

误差理论与数据处理是测控技术与仪器专业的主要技术基础课之一，旨在培养学生掌握测试与实验数据处理的基本理论与方法，科学客观地评价测量结果，合理设计测试与实验方法，该课程的实践性和理论性较强。然而，从以往的教学过程看，由于教材所述理论公式较多，实践性偏弱，况且多用简单几何量检测结果作为实例阐述理论应用，使得与测控技术与仪器其他课程的有机联系不够紧密[1]。导致依据现有教材知识体系讲授该课程，过于强调测量数据的误差分析及数据处理方法的讨论，大大忽略了利用误差分析和数据处理的结果反馈指导测量系统和测量过程的设计。其结果是学生缺乏系统性思维，缺乏运用所学知识科学评价测试系统和测试过程的能力。高等学校深化创新创业教育改革，是国家实施创新驱动发展战略、促进经济提质增效升级的迫切需要[2]。因此，如何将创新创业教学融入学生培养的各个环节是高校教师认真思考的问题和义不容辞的责任。本文适应国家创新驱动战略的人才培养需求，探索将创新创业教育融入误差理论与数据处理课程中的教学改革。

1 创新创业人才培养的理念

高等学校推行创新创业教育，就必须打破传统的人才培养观念，树立新型的人才观。传统的人才培养是大一统的、标准化的生产模式，创新创业教育要改变这种模式，就必须走特色化、应用化、国际化的创新发展之路。我国社会经济转型发展最急需的是具有国际视野、创新动力、应用实践能力和个性特色的人才。高校推进创新创业教育改革，应牢固树立个性化、应用型、创新性和国际视野人才理念，要切实培养学生的创新精神和实践能力。将这一理念融入日常的教育教学中，是实施创新创业教育的必然途径，也与我国加入《华盛顿协议》后的专业认证模式不谋而合[3]。

2 误差理论与数据处理课程教学存在的问题

误差理论与数据处理课程的知识体系特点是理论性和应用性较强[4]。著名科学家钱学森院士指出：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通信技术三部分组成。测量技术是关键和基础。”[5]而精密的测量之后，则要对测量数据进行误差分析、处理，以获得可靠有用的数据或用于得出科学结论或用于改进测量装置、方法和过程。但鉴于诸多因素制约，目前的课程教学主要存在以下几方面的问题。

2.1 知识传授方式不适应创新创业教育

课程课堂教学主要讲授误差基本概念、误差的发现与消除方法、测量数据的处理方法、测量不确定度评定方法、误差合成与分配方法、最小二乘法处理方法以及回归分析方法等内容。由于该课程开设在大二下学期，学生对专业的认识尚不深入，更没有测量的系统概念和经验，导致学生重数学计算，不能理解误差分析、计算对实际测量过程的重要指导作用，在后续课程学习中，不能将所学的误差知识灵活运用于测量装置、方法和过程的设计与实现中。

2.2 理论与实践体系不适应创新创业教育

误差理论与数据处理课程以高等数学、线性代数、工程数学、概率论和数理统计等为基础，侧重于运用数学工具解决测量数据的分析与处理问题。目前所用教材理论体系比较完备，但应用性较弱，无论是课堂举例还是实验均采用简单几何量检测说明理论的应用，缺乏与后续课程有机结合的综合性实践训练方面的内容，缺乏对学生系统性思维能力的训练，缺乏对学生工程实践能力的训练，导致学生不能够通过测量信息综合得到合理有效的结论，更没有根据测量信息来发现和解决工程实际问题的能力。

2.3 考核评价方式不适应创新创业教育

目前的误差理论与数据处理课程考试虽然题型多样化，但更多的还是对课本中若干误差分析与处理知识点记忆情况的考察。学生的最终考核成绩也由平时、实验和考试成绩组成，三者分别占不同的比例，这种考核方式过于侧重于对某个知识点或某个数学公式的掌握，不能有效反映学生在整个教学过程中的综合表现，更难于体现学生的独立思考和综合运用所学知识发现并分析处理问题的能力，与创新创业教育要培养具有实践应用能力和创新性思维的人才理念相悖。

3 基于创新创业教育的课程改革

以创新创业教育理念为指导，结合《华盛顿协议》中专业认证对学生能力培养的要求，以能力培养为目标，全面改革误差理论与数据处理课堂教学，构造具有全反馈的教学控制过程。

3.1 明确教学目标定位 深化能力培养

改变以往课堂教学以教师为中心重点传授误差理论与数据处理理论知识，学生被动接受积极性不高的做法。继而变为以学生为中心，以学生达到某种能力为目标，将知识学习、能力培养和素质提高有机结合起来的模式。同时，考虑到个性化和特色化培养需求，不仅将该课程的课堂教学内容放入测控技术与仪器专业人才培养这个大的闭环控制系统中考虑，而且也注重将该课程作为一个小的闭环控制系统去考虑，不仅使学生掌握测量误差的概念和测量数据的分析、处理方法，而且使学生能够正确设计测量方案、系统和方法，具备一定的科学评价测量结果并发现和解决工程实际问题的能力，使学生真正做到“学会”和“弄懂”。

3.2 以创新创业为导向 构建教学内容闭环控制系统

教学内容的改革最终目的不是知识的多少而是培养学生的创新能力和实践能力，因此课程教学必须以能力培养作为本位教育的理念，否则，仍然出现目前大多学生在三、四年级后续课程中不会综合运用所学误差知识分析测量过程或进行设计计算的现象。由于测控专业所学专业基础课和专业课程有位移等几何量测量，也有压力、温度、流量、振动等各种非几何量测量，这些后续课程所设计构建的测量系统均会引起测量误差，而对测量误差的分析和科学评定又会反过来指导测量系统的设计与构建。但现有教材实例多为简单几何量测量，结果是导致学生只会运用所学知识进行检测数据的分析处理，根本不知道如何利用检测结果反馈的信息去优化设计测量系统。因此，应从该课程的实际应用和特点出发，结合我校测控专业后续开设课程，按照专业认证中课程对学生某方面能力的支撑和要求，构建教学内容闭环控制系统。在课堂教学中，结合后续课程体系首先引入一个工程实际应用，继而讲授分析和处理该工程问题所需的误差知识，在学生学会利用误差知识获得测量结果后，再引导学生学会从测量结果中提取有用信息来评价和优化设计测量系统，从而构建出完整的教学内容闭环控制系统。同时在教学过程中根据测控专业特点，注重采用多种类型的工程应用案例来引导学生灵活运用所学误差理论知识分析处理，注重培养学生系统性思维能力，注重训练强化学生发现问题、问题抽象和解决实际问题的能力。这样不仅传授了知识、提高了能力，而且训练了学生的创新思维和实践能力。

3.3 改革实验教学内容 切实提高学生实践能力

鉴于该课程较强的实践性，在构建完成教学内容闭环控制系统后，还需有针对性地增设实验环节来进一步深化提高学生的实践能力。改变目前该课程的实验主要是利用工具显微镜进行几何量测量，学生利用误差知识对多次测量数据进行分析处理的做法，而是利用测控实验室现有的传感器综合实验平台进行传感器检测实验，学生在教师的帮助下搭建检测系统，采集实验数据，然后自主对检测的实验数据运用误差知识进行分析处理。实验的设置注重不同参数的测量，注重不同的实验利用不同的误差理论知识来分析处理，同时也注重使学生学会运用工程软件MATLAB提高数据处理能力。例如，学生在教师帮助下利用传感器综合实训平台压力传感器测量系统采集测量数据，将测量数据用最小二乘法拟合出检测系统输出和压力的关系，然后运用所学误差知识分析误差的来源，继而要求学生思考如何减小误差提高测量精度，如何优化设计压力测量系统。

3.4 改革课程考核体系 适应创新创业教育

改变过去课程考核“重知识点记忆和掌握、轻能力”的做法。继而将能力的提高和创新思维的获取融入课程考核体系，从而以更多元的方式来评价和考核学生的学习效果。

首先调整以往考核成绩中平时、实验和期末考试成绩的比例，提高平时和实验成绩的比重，平时成绩不再是由出勤和作业决定，而主要由课堂授课中独立思考并回答教师的问题决定，从而培养学生的独立思考能力。实验成绩不再是单纯由实验报告决定，而是主要由实验中设计测量系统、发现问题和分析解决问题的能力决定，从而培养学生的创新意识和实践能力。最终的期末考核则主要由学生对知识的掌握情况决定，从而培养学生的理解能力。这种考核方式突出了学生能力的培养，提高了学生学习的积极性和主动性，得到了学生的普遍欢迎。真正做到将考核贯穿于整个课程讲授过程中，真正做到创新创业教育融入课程的教与学之中。真正实现知识与能力并重，考核不是目的，能力培养才是根本的目的。

4 结语

当前，高校创新创业教育不断加强并取得了很多积极进展，尤其是加入《华盛顿协议》后，我国人才培养要融入国际化，高校工程教育更加注重个性化、应用型和创新性人才的培养，更加注重以学生能力为中心的教育方式。为了适应创新创业教育的需要，我们在误差理论与数据处理课程建设中引入创新创业教育理念以培养学生创新思维和实践能力为导向，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。实践表明，新的教育教学模式对学生创新思维和实践能力的培养取得了一定的效果，学生学习的积极性得到了有效提高，但正如专业认证强调持续改进一样，我们还将在教学过程中继续探索改进并不断完善。