大學物理實驗競賽試題設計和考核方式的討論

肖文波 何興道 龔勇清 朱泉水 王 慶

(南昌航空大學大學物理國家級實驗教學示范中心,江西南昌 330063)

大學物理實驗競賽試題設計和考核方式的討論

肖文波 何興道 龔勇清 朱泉水 王 慶

(南昌航空大學大學物理國家級實驗教學示范中心,江西南昌 330063)

本文主要對大學物理實驗競賽的試題設計和考核方式進行了探討.認為采用開放式和封閉式 (現場命題式)結合的試題模式,采取筆試和操作的基礎上增加口試和實物展示相融合考核方式,能夠體現物理實驗競賽的目的.達到物理實驗教學質量的提高,激發大學生對物理實驗的興趣與潛能,選拔創新型人才.

物理實驗;競賽試題設計;評判方式;教學質量;素質培養

“物理定律不能單靠‘思維’來獲得,還應致力于觀察和實驗.”這是著名物理學家普朗克對物理實驗的評論.物理實驗教學是大學基礎教學活動過程中不可缺少的重要組成部分,是不可替代的實踐性教學環節;對于工科為主的高等院校來說,實驗教學的作用就顯得尤為突出.一方面實驗物理的學習是后繼課程 (如電路等)的先行基礎;另一方面實驗物理中體現的基本原理廣泛應用于工程技術中,只有具有良好的物理素養,才能培養工程技術力量的骨干.

如何提高物理實驗教學的效果,強化學生實踐能力,培養大學生的創新能力、實踐能力和團隊協作意識,促進大學生開展課外科技活動,并且提高教師教學水平成為高校大學物理實驗教研者關注的重點.目前,許多學者認識到大學物理實驗競賽是實現上述目標的重要手段,并對競賽成果進行了有意義的討論.物理實驗競賽也得到了許多高等院校的普遍重視.

朱衛華等人[1]的實踐表明,物理實驗競賽有利于大面積物理實驗教學質量的提高.鄭小娟等人[2]認為開展物理實驗競賽,不僅極大地提高了教師“教”的積極性,而且在很大程度上激發了學生“學”的熱情.但競賽結果表明,競賽的形式和內容需要改革.項華的研究結論[3]是信息技術與物理實驗競賽的結合,將有助于體現現代科技在競賽中的作用.余麗芳的結論[4]是實驗競賽中教師和同學的互動,能夠調動學生的學習積極性,培養學生的能力,體現教與學的目的,但混淆了競賽和實驗考試不同之處.趙升頻的研究結果[5]表明競賽試題內容的新穎性十分重要,才能吸引老師和學生參與.霍劍青[6]認為物理實驗競賽創新試題的編制方面很重要,試題需要能靈活地考查學生對實驗原理的掌握.

由最近的研究進展可以看出,盡管很多高校老師認識到物理實驗競賽是人才培養的重要環節,對教學改革起重要作用.然而,對于物理實驗競賽與物理實驗考核之間的區別仍然存在認識誤區.沒有意識到實驗競賽試題的設計和考核方式的重要性.因為由于實驗競賽試題的設計和考核方式不合理性導致成績不理想,既可能打擊學生的積極性而對競賽不感興趣,使競賽失去意義;也會使教師的積極性受到打擊而不愿讓自己的學生參加競賽.下面從大學物理競賽試題的設計和考核方式入手,討論物理實驗競賽對于教學的作用.

1 物理實驗競賽試題的設計

大學物理實驗競賽是一項推廣物理概念,培養動手能力,選拔物理學習尖子的活動,試題水平歷來受到重視.物理實驗競賽試題大致可以分為開放式和封閉式 (現場命題式)兩種.

第一種方式,開放方式,采取自選題目 (主要指論文或自制設備等)形式來完成某種問題.主要考查學生分析推理和歸納等方面能力,要求學生必須有熟練的基礎知識,自學能力,并能組合實驗器材,能靈活運用所學知識解決實際問題.這種試題評價標準不好確定,且競賽結果不一定全是參賽者個人的結果;主要問題還存在解決問題方式不創新,但是做得卻很精細且很好.而有些解決問題的方法很創新,結果卻不是很好.

第二種方式,封閉式 (現場命題式),采取書本或課題的形式命題,通常是通過文字或數字的形式表述某種問題.要求學生利用題目中所給的儀器和資料條件,設計一個實驗方法完成命題.試題的內容主要涉及測量原理、儀器設備的使用等.這種方式比較嚴格,且有明確的答案,可以定量評定.但這種方式也有一定局限性:試題形式過于呆板,無法體現大學生的創新能力的培養;其次,對保密要求和競賽環境要求較多等.

由以上分析可以看出,無論開放式和封閉式的物理實驗競賽命題方式都各有優缺點,只有有機結合兩種方式才能更好地體現物理實驗競賽的目的.2008年北京市大學生物理實驗競賽題目中的題目一“關于運用物理原理實現竊聽”的題目和題目四“關于大學物理實驗中實驗儀器改進以及現代測量技術在物理實驗中的應用”就很好地結合了以上兩種方式命題.既能夠考察大學生的基本素質 (題目一),又能夠體現大學生的創新能力(題目四).南昌航空大學物理實驗競賽也對競賽試題的設計進行了有意義的探索.始于 2008年的物理實驗競賽開始時,競賽試題的設計過于單調,以封閉式命題為主;以熱敏電阻仿真實驗試題為例,考查的時候就是針對學生考察原理性知識,而沒有提出實驗中如何提高熱敏電阻測量精度和避免誤差.結果使得部分同學們追求知識的熱情受到挫傷.2009年物理實驗競賽時,我們改變了命題方式,針對學生在大學物理實驗課程中存在的問題,提出如何改善實驗儀器的性能為課題的開放式和封閉式結合題目.結果大大激發了學生的求知欲望,參與競賽學生人數增加了 50%,且學生的創新能力得到極大提高.以莊淡盛等五位大學生為例,他們提出如何提高大學物理實驗中太陽電池性能以及利用高性能太陽電池制作飛機模型的試題,獲得了很好的結果和收獲.他們的成果在“安徽魯班杯”2009年全國航空航天模型錦標賽上獲得了科研創新類三等獎.但是,其中也存在一些問題,比如題目較大,時間較長,這些都有待提高.

2 物理實驗競賽的考核方式

物理實驗競賽的考核可以采取不同的方式,大致可以分為以下四種方式:

第一種筆試方式考核 筆試可以考察的面比較寬,對于實驗原理可以進行深刻了解.但是這種方式的缺陷明顯,筆試缺乏實驗的現場感和對細節問題的處理能力的考核,更大的問題是筆試無法體現實驗競賽中動手能力和創新能力的培養宗旨.

第二種操作方式考核 操作可以考核學生的動手能力和實驗過程的細節考慮.但是這種方式也有一定的缺陷.操作考試往往只能考一個實驗的內容,考察的面比較窄.而且更大的缺陷是每個學校開的實驗內容不同,實驗設備不一樣,考核結果也就不能完全反映學生的能力.

第三種口試方式考核 口試是讓學生從口試題庫中隨機抽取 l～2道題,準備幾分鐘后接受老師的提問.它的有利方面是盡管只考少量的題,但學生要想答好題,需要有較廣的實驗知識及相當強的應變能力,對學生的能力和素質是一種鍛煉.但是這種考核方式評判標準不好確定,容易引入人為的因素.

第四種實物方式考核 實物方式考核是讓學生從競賽題目中選擇命題,經過數周或者數月的時間做出實物,最后參與答辯.這種方式對于學生綜合素質是很好的考核方式,學生需要對競賽實驗方案、精度、技巧、測量方法進行詳細的調研,并且解決其中的問題.但缺點也是很明顯,首先它是團隊的參與,無法單獨考核單個學生的能力;其次,耗時比較長,無法進行現場考察.

由以上的物理實驗競賽的考核方式的優缺點可以看出,只有結合起來才能做到最大的公平公正.2008年的南昌航空大學物理實驗競賽開始時,考核方式是通過筆試和考核操作,這種簡單方式,使得部分學生通過背誦來記憶實驗原理,通過復習操作來提高競賽成績,學生的創造性能力沒有得到提高.2009年以后的開放式和封閉式相結合的題目,我們增加了口試和實物展示環節,學生在答辯中提高了對理論的理解,實物展示了其動手能力.例如,太陽電池飛機航模的成功制作和現場試飛說明考核方式很重要.因此,通過南昌航空大學大學生物理實驗競賽的總結,考核中筆試是第一步;現場操作和口試答辯是競賽中重要的部分,學生需要現場操作實驗并清晰闡述其中物理原理,能夠最大程度地反映學生的基礎知識和創新能力.最后才是實物展示,考核學生制作的成果.

3 總結

由以上關于大學物理實驗競賽試題的設計和考核方式優缺點的討論,可以看出:對于試題設計,需要進行競賽剖析,結合大學生物理基礎,設計開放式和封閉式的試題模式,才能避免考試內容預設的“紙上談兵”味道,展現當代大學物理實驗競賽的本質.營造了一個良好的物理學習氛圍,培養了學生的競爭意識和創造能力.而對于考核方式,應在筆試和操作的基礎上增加口試和實物展示方式,學生通過理論分析、動手操作、分析和解決實驗中出現問題,回答和展示成果,將培養獨立思考、創新精神和良好的學習方法,為人才的脫穎而出創造了條件.總之,大學生參加物理實驗競賽并拿到獎項本身不是目的,目的是通過積極參與,營造了一個良好的物理學習氛圍,培養高層次知識結構的人才.所以,大學物理實驗競賽試題設計和考核方式的慎重選擇顯得尤為重要.

該工作得到了“江西省研究生教育創新基地”的資助.

[1] 朱衛華,印友法,林建偉等.物理競賽與物理教學質量的提高 [J].安徽師范大學學報 (自然科學版),2001,24:63～64

[2] 鄭小娟,羅益民,周一平等.開展物理競賽,促進大學物理教學——湖南省首屆大學生物理競賽啟示錄 [J].物理與工程,2009,19(4):50～51

[3] 項華.仿真模擬技術在物理競賽中的應用與研究——信息技術與物理教學整合的新嘗試 [J].高中數理化,2009,(7):26～28

[4] 余麗芳,黃偉.依托大學物理競賽,提高學生學習能力[J].江蘇教育學院學報(自然科學版),2007,24(4):90～91

[5] 趙升頻.淺議實驗教學競賽對提高實驗教學質量的作用[J].大學物理實驗,2007,20(1):91～93

[6] 霍劍青.大學物理實驗課程教學基本要求的指導思想與內容解讀[J].物理與工程,2007,17(1):5～9

DISCUSSION ON QUESTIONS DESIGN AND EVALUATION METHODS OF COLLEGEPHYSI CS EXPERIMENT COMPETITION

Xiao Wenbo He Xingdao Gong Yongqing Zhu Quanshui Wang Qing
(National Physics Experiment Teaching Center,Nanchang Hangkong University,Nanchang,Jiangxi 330063)

In this paper,it was discussed on questions design and evaluation methods of phy-sics experiment competition.The purpose of the physical experiment competition can be rea-lized,only when combination of open and close(spot propositional)questions were taken and the integration of written,operating,physical display and oral examinations were adopted as an evaluation method in competition. It will improve the quality of physics experiments teaching,stimulate interest in students,and select innovative student’s talents.

physics experiment;competition questions design;evaluation methods; teaching quality;quality training

2010-06-27;

2010-10-14)

江西省教育廳贛教技字[2007]179號;博士啟動基金(EA200908017).

肖文波 (1975年出生),男,博士,主要從事大學物理教學以及研究工作.