基于OBE 理念的误差理论与数据处理课程教学方法初探

孟浩

（北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192）

0 引言

《华盛顿协议》是工程教育本科专业学位互认协议，其宗旨是通过多边认可工程教育资格，促进工程学位互认和工程技术人员的国际流动。工程学位的互认是通过工程教育认证体系和工程教育标准的互认实现的。我国于2016 年6 月2 日正式加入《华盛顿协议》，成为《华盛顿协议》第18 个正式成员，标志着我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，工程教育质量保障体系得到了国际认可。加入华盛顿协议，先要经过“预备”阶段，从“预备”阶段成为正式成员，有严格、规范的程序，主要有两个方面的要求：一是认证体系和程序实质等效于协议其他成员的认证体系和程序；二是认证所采用的毕业生标准实质等效于协议中的毕业生素质要求。自加入《华盛顿协议》以来，全国高校都在加快推进工程教育专业认证工作。我国工程教育认证主要倡导三个基本理念，其中成果导向理念（OBE, Outcome-based Education）是以学生的学习成果为导向的教育理念，强调专业教学设计和教学实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向，并对照毕业生核心能力和要求，评价专业教育的有效性。即解决如下四个问题：想让学生取得的学习成果是什么；为什么要让学生取得这样的学习成果；如何有效地帮助学生取得这样的学习成果；如何知道学生已取得这样的学习成果。

误差理论与数据处理是北京信息科技大学测控技术与仪器专业的专业基础课，其先修课程为高等数学、线性代数、概率论与数理统计等，为传感器原理及应用、测量技术、测控仪器设计等后续专业课程以及相关实践环节提供必要基础和支撑。通过该课程的学习，学生应能掌握测量系统误差分析、误差合成、误差分配、最佳测量方案设计等本领；掌握系统参数的最小二乘评估方法和回归分析的原理与计算过程；熟悉动态测量过程误差评定的数学原理与基本处理方法。为后续专业课程的学习及时间环节的开展打下良好的理论基础，获得从事精密测量技术相关工作的基本技能。

在工程教育认证大背景下，作为测控技术与仪器专业的专业基础课，误差理论与数据处理课程的教学改革势在必行。

1 课程特点及教学现状

1.1 课程理论性及规范性强

误差理论与数据处理以高等数学及工程数学，包括线性代数、概率论与数理统计等课程为先修课程，课程理论性强、基本概念繁多且抽象、所涉公式复杂。课程教材所涵盖的基本概念及理论，多以文字和公式的形式呈现，很难做到形象生动。

1.2 与后续课程联系紧密

误差理论与数据处理为后续专业课程，如传感器原理及应用、测量技术、测控仪器设计以及相关实践环节提供必要基础和支撑。举例来看，传感器性能指标的定义，会用到误差理论与数据处理中的引用误差的概念、误差合成的方法，同时也用到了数据处理的最小二乘和回归分析方法。若没有误差理论与数据处理课程相关内容做支撑，学生就很难从根本上理解这些指标的含义，而只能生搬硬套、死记硬背。

1.3 授课形式单一

误差理论与数据处理课程对于测控技术与仪器专业十分重要，是后续专业课程及实践环节的基础及支撑。内容包含测量系统误差分析、误差合成、误差分配、最佳测量方案设计；系统参数的最小二乘评估方法和回归分析的原理与计算；动态测量过程误差评定的数学原理与基本处理方法。课程涵盖内容多，但课时相对较少（我校误差理论与数据处理课程学时分配为：26 学时理论+6 学时实验）。授课进程完全遵循教学大纲要求，以教师讲授为主，学生参与较少，不利于提高学生学习积极性，从而影响学生学习效果。

2 基于OBE 的课程教学改革

2.1 强化实践环节

误差理论与数据处理课程理论性强，与工程实践联系非常紧密。在实际的工程应用中，要保证仪器或系统采集数据的精度，首先要发现并剔除测量数据中的异常值，然后对测量误差进行溯源并采取相应的消除方法。针对某一被测量选取合适的方法、传感器、处理电路等构建测试系统时，需要用到误差合成与分配的概念及方法。在确定测试系统输入输出模型时，离不开最小二乘和回归分析。而目前的教学安排中，实践环节主要以三个课内实验为支撑。三个实验分别：利用电眼法测量环规内径（间接测量误差分析与数据处理）、利用大型工具显微镜测量线纹尺毫米刻线距离（组合测量的最小二乘法）及弹簧弹性刚度的测定（一元线性回归）。由于实验仪器及条件的限制，三个实验安排在课程结束后集中完成，未能及时有效地帮助学生理解和巩固相关知识点。

以最小二乘法的教学为例，本教学改革过程中，引入了课堂及课后随时可完成的实验环节。学生每两人一组，给每组同学发放一套压力传感检测模组，完成柔性薄膜压力传感器表面压力的测量。本实验所用模组体积小巧、便携，可采用锂电池供电，因此无需进入实验室便可完成压力传感器的标定实验，有助于学生对最小二乘法的理解和运用。

2.2 加强与相关专业课程联系

课程改革过程中，充分利用学院成立的课程群，加强与课程群老师之间的交流，梳理出与相关课程与本课程教学内容的关联性。将相关课程的关联内容结合进本课程教学，拓展了本课程教学内容的实践运用，同时也有助于学生对相关课程教学内容的理解，从而达到学生对相关专业知识的融会贯通，取得良好的学习效果。例如，在讲到最小二乘法的应用时，结合传感器的标定及传感器的性能指标（如线性度、回程误差及重复性）定义，既拓展了误差理论相关知识的实践运用，也加强了学生对传感器相关性能指标的理解。

2.3 教学方法的改进

基于OBE 教学理念，打破以往以教师讲授为主的单一的教学模式，提高学生学习主动性与参与度，有效提高学生学习效果。例如，针对某一概念，给学生留课后作业，学生通过线上线下资料查阅，以小报告的形式，表达自己对这一概念的理解。又如，结合自己做的课程设计或创新项目，谈一谈该项目哪些环节用到了误差理论的概念或数据处理的方法。将优质有益的网络资源（如MOOC 网的优质课程视频）推荐给学生，作为学生预习和复习时的有益补充。以线上线下结合的混合教学模式，提高学生的学习效率及效果。

3 结论

本文在总结当前误差理论与数据处理课程特点及教学过程中存在问题的基础上，基于OBE 理念对误差理论与数据处理课程进行了教学改革。通过强化实践教学环节、课程群建设及改善教学方法等手段，力求提高学生的学习自主能动性与创新能力，有效帮助学生掌握课程知识点，提高学生学习效率和效果。本文所提出的教学改革思路，已应用于一个班同学的误差理论与数据处理课程的教学中，并取得了良好的效果。