基于OBE的工程教育模式下“誤差理論與數據處理”課程改革*

宋哲英　　宋雪玲（河北科技大學 電氣信息學院，河北 石家莊 050054）

基于OBE的工程教育模式下“誤差理論與數據處理”課程改革*

宋哲英宋雪玲
（河北科技大學 電氣信息學院，河北 石家莊 050054）

OBE教育模式強調以學生的學習結果為驅動力，進而反向設計教學活動和評價標準，以利于學生能力的學習。文章針對“誤差理論與數據處理”課程中存在的問題，基于成果導向教育的理念，確立了以“能力”培養(yǎng)的課程建設目標，提出了以學習結果反向設計教學過程的思路，并在理論教學、實踐教學及考核模式等方面進行了相應改革。

OBE；教育模式；誤差理論與數據處理；改革

《誤差理論與數據處理》是講述測量系統(tǒng)的誤差理論及測量數據的處理方法等知識的課程，是測控技術及儀器專業(yè)必修的、實踐性較強的一門專業(yè)基礎課。但是，該課程教材普遍理論性偏強，實踐性偏弱，而且實例多涉及機械量測量，較為單一。若根據教材知識體系講授該課程，則導致教學內容單向設計問題，即只強調測得數據后的誤差分析及數據處理，缺乏利用分析中得到的結論及出現的問題反過來指導測量過程的設計。以至于學生在學完這門課程后，不能很好地運用所學知識解決實際問題。OBE（Outcome Based Education）為成果導向教育的簡稱，是一種以學生的學習成果為導向的教育理念。具體是指教育教學過程中一切教學設計和教學實施都圍繞學生實現預期的學習成果開展。成果導向的教學設計遵循反向設計原則，可以克服原來教學內容單向設計問題。文章將OBE教育模式引入“誤差理論與數據處理”專業(yè)基礎課程教學中，在教學過程堅持以學生為中心，以學生學習效果為目標導向，改革了相關的教學內容、教學設計和實施策略。

一、OBE及工程教育的理念

OBE教育模式最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革。在OBE教育模式中，學生學到了什么和是否成功遠比怎樣學習和什么時候學習重要。OBE的核心問題是：想讓學生取得的學習成果是什么？如何有效地幫助學生取得這些學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？OBE教育模式相較于我國傳統(tǒng)的教育理念，它不以教學內容驅動教學活動，而是以學生學習結果作為教學驅動力，強調“教育是一種能力培養(yǎng)、能力訓練”的過程［1］。我國在2013年加入《華盛頓協(xié)議》后，也明確了以學生為中心，以成果導向教育引導我國工程教育持續(xù)改進的目標［2］。

二、課程的特點及現狀

“誤差理論與數據處理”是一門理論性較強的課程，含有很多的抽象概念、公式，但是它也具有很強的實際應用。在實際測量中，經常依據測量數據進行誤差分析、處理，以獲得可靠的數據或指導測量方法的改進。但由于實驗條件有限，目前其主要存在以下幾方面的問題。

（一）知識傳授與教學結果相背離

該課程理論教學常專注于誤差基本概念、分類、發(fā)現與消除，測量數據的處理，測量不確定度評定，誤差合成與分配、最小二乘法等內容。對于沒有測量經驗的學生，往往按照數學的思維習慣來學習誤差，重計算，輕概念，不能理解誤差的分析、計算與與實際測量過程的聯(lián)系，往往理論教學一結束，相當一部分學生在后續(xù)課程中不會運用所學誤差知識分析測量過程或進行設計計算。這種傳統(tǒng)教育模式忽略了對學生能力的培養(yǎng)，往往導致教學目標難以順利實現。

（二）理論與實踐脫節(jié)

“誤差理論與數據處理”課程以高等數學、線性代數、概率論和隨機過程等為基礎，著重于數學理論在測量誤差的分析與處理中的應用?，F有教材理論體系比較完善，實例卻不夠全面。且實例多涉及機械量測量，鮮少涉及其它參數的測量，特別是缺乏綜合性實踐訓練方面的內容。一些學校雖然借助計算機軟件（如MatlabLabview等）開設一些測量數據處理的實驗，但實驗過程缺乏對方案構思等設計能力的訓練，導致學生在學完該課程后，仍然缺乏對測量誤差來源及數據處理的根本性認識，無法運用所學知識指導實踐，解決實際問題。

*基金項目：本論文為河北科技大學教育教學研究基金項目“測控技術與儀器專業(yè)工程教育培養(yǎng)計劃的探索與實踐”資助。

作者簡介：宋哲英，女，46歲，教授，河北科技大學電氣信息學院測控系，主要研究方向為智能控制。

（三）考核評價與能力不對等

成果導向教育的最終落腳點在能力的養(yǎng)成。學生對于知識的掌握重要的是理解、體驗而不是記憶，理解所體現的認知能力和體驗獲得的能力比對知識的記憶能力重要得多。目前，傳統(tǒng)的誤差理論與數據處理課程考試雖然題型多樣化，但更多的還是對知識點記憶情況的考察。雖然考核方法由平時成績和考試成績組成，平時成績主要考慮學生出勤與作業(yè)情況，占一定的比例。這種考核方式總體流于形式，重結果，輕過程，不能反映學生在整個教學過程中的綜合表現，難以反映學生的真實能力。

三、基于OBE的課程改革

在OBE教育模式下，把教師對學習成果的準確定位放在首位，強調以學生的學習結果為驅動力，進而反向設計教學活動和評價標準，以利于學生的學習。

（一）以能力為核心，定位課程教學目標

以往的課程教學目標主要是以傳授理論知識為主。在這種模式下，學生被動地接受知識而缺乏對知識點的深刻理解，并難以在實際中應用。OBE教學模式強調從成果出發(fā)，轉而注重的是“知識學習、能力培養(yǎng)、素質提高”的教學目標［3］。因此，結合本校測控專業(yè)培養(yǎng)目標和本專業(yè)偏向于工業(yè)過程參數檢測與控制的特色，考慮到該課程在測控知識鏈中與其它課程的關系與作用，課程教學目標遵循“學以致用”原則，著重于學生能力的培養(yǎng)，不僅使學生掌握測量誤差與不確定度的基本概念和測量數據處理的基本方法，并能正確選用測量儀器和測量方法進行測量方案，具備一定工程計算及設計能力。

（二）以目標為導向，反向設計教學內容

成果導向教育的最終落腳點在能力的養(yǎng)成，重視的是學生在知識獲得后的應用與實踐能力。因此課程教學也必須遵循能力本位教育的理念，而非學術知識體系。否則，出現相當多學生在后續(xù)課程中不會運用所學誤差知識分析測量過程或進行設計計算這種現象也就不足為奇。

《誤差理論與數據處理》教材上的實例一般多為幾何量測量的內容，而我們學校測控專業(yè)偏向于過程參數的檢測，如溫度、壓力等，較少涉及幾何量的測量。一個完整的過程檢測系統(tǒng)主要包括三個部分：傳感器、信號調理電路和顯示部分，在系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都會引起測量誤差，或者用到有關的數據處理方法，此該課程知識在“自動檢測技術”、“數字信號處理”、“智能儀表”等課程中都有應用，并與實際測量密切相關。因此，應從誤差實際應用和特點出發(fā)，按照學生需要學習什么，哪些內容符合工程能力培養(yǎng)的需要，以此對教學內容重新進行梳理，擯棄重復的知識，并盡量避免復雜的數學推導［4］。

教學中，采用“工程應用-基本知識-工程應用-設計”的反向教學模式。從實際“工程應用”引入要解決的問題，然后介紹相關“基本知識”，然后利用所學“基本知識”去解決實際“工程應用”，在教學過程中著重將誤差產生的原因、消除誤差的方法、數據處理相關知識與案例相聯(lián)系，注重培養(yǎng)學生發(fā)現問題、提煉問題、分析和解決實際問題的能力；在能力提高的基礎上，進一步指導學生進行“設計”，讓學生學會合理選擇儀器或設計方案，并能從大量的實驗數據中獲取有用信息，進行數據處理。進行反向教學，能從應用入手，逐步遞進，完成知識的串聯(lián)。

（三）整合交叉課程資源，改革實驗教學內容

該課程的實踐性較強，目前多數高校都開設了相應實驗課程。但多是利用MATLAB等相關軟件完成數據處理與分析。但單純的利用計算機進行誤差分析與數據處理有很大局限性。例如，在智能儀器設計中經常利用最小二乘法對傳感器進行非線性建模，減小系統(tǒng)的非線性誤差，從而提高儀器的精度。若只是給一些傳感器測量數據，只讓學生利用MATLAB進行數據處理，建立對象非線性模型，學生很難理解其應用。因此，實驗教學應盡量讓學生進行實際的數據收集，并應用計算機技術進行數據處理。由于該課程一般沒有專門實驗設備，可以整合課程資源，充分利用測控專業(yè)現有實驗設備，如傳感器實驗臺、過程控制系統(tǒng)等，讓學生搭建實驗系統(tǒng)、采集實驗數據、進行實驗數據處理，使學生對所學知識融會貫通［5］。比如，利用傳感器實驗臺可以開始溫度傳感器測試與分析、建模實驗，要求學生搭建熱電偶測溫系統(tǒng)，采集測量數據，分析誤差產生的因素，并采用最小二乘法擬合出電勢和溫度的關系。

（四）以成果為導向，設計學習成果的考核體系

傳統(tǒng)的課程考試，多是對知識點記憶情況的考查，無法全面反映學生在課程中能夠獲得的能力和體驗［6］。以學習成果為導向的考核模式應該體現對學生學習課程后所能獲取到的知識“能力”和體驗的評價。因此教師應該以多元化的方式檢驗學生的學習效果。多元化評價模式見表 1。

表1多元化評價模式表

多元化考核評價體系使考核由期末延伸到平時，將教、考、學三者有機地融為一體，使考核具備了知識考核和能力考核的雙重功效，又突出了學習的過程性，在評價中學生還有一定發(fā)言權，因此成績構成更能反映學生學習過程的真實情況，得到了學生的普遍認同。

四、結束語

在高等工程教育推進成果導向教育改革的過程中，強調能力本位，強調以學生能力為中心的個性化評定，強調持續(xù)改進。為了適應工程教育的需要，我們在誤差理論課程建設中引入OBE教育理念，以學習結果為導向，以學生為中心，從教學目標、教學內容設計、實驗手段、考核評價等方面進行了改革與探索。經過實踐可知，OBE教育模式對學生在實際分析、應用與綜合設計能力的培養(yǎng)方面有一定的優(yōu)勢，但仍然存在部分學生主動性不夠的問題；另外，如何與后續(xù)課程銜接，開設綜合性實驗也是難點，因此還需要我們在教學過程中不斷探索，逐步在各個方面進行完善。

［1］李志義.解析工程教育專業(yè)認證的成果導向理念［J］.中國高等教育，2014，17：7-9.

［2］顧佩華，胡文龍，林鵬.基于“學習產出”的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索［J］.高等工程教育研究，2014，1：27-36.

［3］成卓韋，於建明，王家德，等.成果導向的教育理念與實施策略探析——以大氣污染控制課程為例［J］.浙江工業(yè)大學學報（社會科學版），2015，14（3）：288-292.

［4］韓曉娟，常太華.基于卓越工程師培養(yǎng)的“誤差理論與數據處理”課程建設［J］.2011，26：98-99.

［5］邱劍鋒，朱二周，周勇.OBE教育模式下的操作系統(tǒng)課程教學改革［J］.計算機教育，2015，12：28-31.

［6］張宏.基于學生成果導向的課程評價改革思考［J］.湖北函授大學學報，2015，28（5）：106-107.

In OBE teaching mode，it emphasizes that the students'learning results should be taken as driving force and the teaching activities and evaluation criteria are designed in reverse to improve the students'learning a-bility.In order to solve the problems appeared in"Error Theory and Data Processing"course，this paper，which based on the result-oriented education concept，takes"ability"cultivation as the course construction goal and pro-poses the teaching idea of designing the teaching process in reverse according to the learning results.Corresponding reforms are carried out in theory teaching，practical teaching，assessment model，etc.

OBE；teaching mode；error heory and data processing；reform

2096-000X（2016）16-0153-03

G642

A