大學物理實驗課程操作考試的實踐與分析

李佳隆，舒　崢，鄭榮煒，李曉云，柴志方

(華東師范大學 物理系，上海 200241)

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大學物理實驗課程操作考試的實踐與分析

李佳隆，舒崢，鄭榮煒，李曉云，柴志方

(華東師范大學 物理系，上海 200241)

利用SPSS軟件對2014級本科生大學物理實驗II課程操作考試試卷進行分析，結果表明：該試卷具有一定的信度值，且難度合理、區分度較好.考試結果分析表明：考試內容能反映學生對于實驗設計、操作、分析及處理等實驗能力的掌握，且契合課程培養目標. 建議今后應加強實驗方法和理論的教學，注重學生科學實驗的素質培養，促進學生養成主動分析判斷的習慣.

實驗操作考試；試卷分析；SPSS

自2010年以來，為了適應學校拔尖型人才培養的要求，我校物理實驗中心從授課形式、考查方式等方面對大學物理實驗課程作了一定調整. 本文選取部分2014級本科生實驗操作考試試卷作相關分析，并對我校大學物理實驗操作考試的實踐情況進行總結，以揭示其對今后教學的啟示.

1　考試方式簡介

操作考試是檢驗學生實驗學習效果的有效方式之一. 然而，若操作考試考核的內容僅僅是讓學生重復已做過的實驗，學生則只要記住操作步驟即可[1-4]，這難以準確地反映學生的實驗設計能力和操作能力，也難以對學生的實驗學習進行有意義地引導. 為此，物理實驗教學中心在開展操作考試時，以原有實驗內容為基礎進行拓展延伸命制試題，另外，由于儀器數量的限制，物理實驗教學中心無法滿足同時修讀的學生在同一時間考同樣的內容，命制了多個題目，由學生抽簽選擇考題，并且分批次進行考試. 每一場考試時間為40min.

2　對象與方法

2.1對象

我校2014級修讀大學物理實驗課程的本科生180人參加了期末考試，隨機選取了2個實驗的答卷(共80份)進行統計分析.

2.2方法

依據教育統計和教育測量的理論、方法，對80名考生的總成績及每道題的答題情況用SPSS軟件進行統計分析.

3　試卷分析

本考試從學生做過的12個實驗中選取了難度大致相當的4個實驗略加提高后，命制成試卷. 試題屬于不完全設計題目，學生需根據新的實驗情境設計并完成實驗操作，最終上交報告.

3.1試卷基本情況

4套試卷結構大致相同，其具體內容雖不同，但都從固定的維度考查了學生的實驗素養和能力. 試卷滿分100分. 選取的2套試卷分別為“采用光學方法測量所給液體的折射率”(實驗一)和“測量RLC串聯電路中LC兩端的電壓隨頻率f變化的曲線”(實驗二)，考查分布見表1. 由表1可知2套題目考查的內容較全面，結構較合理.

表1　試卷結構

3.2考試成績分布

選取的80份試卷平均成績為63.84分. 鑒于2套試卷考查內容較為一致，將整體成績分布總結為表2，成績分布圖如圖1. 從表2和圖1看來，成績有高斯分布的趨勢. 統計發現：實驗一及格率為66.67%，優良率達24.45%；實驗二及格率為60%，優良率達22.86%.

表2　物理實驗成績頻數分布

圖1　成績分布直方圖

3.3試卷質量分析

3.3.1難度

表3　難度系數表

3.3.2區分度

采取極端分組法計算試題各指標的區分度D：將排名前27%的學生劃為高分組，排名后27%的學生劃為低分組，最后按Di=(XiH-XiL)/(Hi-Li)計算區分度，其中Di表示第i題的區分度,XiH表示第i題高分組的平均得分,XiL表示第i題低分組的平均得分,Hi表示第i題的最高得分,Li表示第i題的最低得分. D的評價指標：D>0.4優秀，0.3

表4　兩試題的區分度

經計算，兩實驗總體區分度分別為0.63和0.66，說明這2套試題均達到了較好的效果.

3.3.3信度

鑒于本試卷均為自由答題，故采用克倫巴赫α系數計算其信度較為合適. 一般認為[5]，課程結業考試要求信度在0.5～0.9之間. 統計分析得兩實驗試題的克倫巴赫α系數分別為0.76和0.72，故認為本次考試成績可以依賴.

4　學生考試情況分析

4.1實驗一的答題情況

實驗要求：1)寫出實驗方法和必要的計算式；2)寫出必要的實驗步驟;3)記錄必要的實驗數據； 4)處理實驗數據，給出結果.

表5給出了該實驗各部分的得分情況，并計算了方差和離散系數.

表5　實驗一的具體情況

注：離散系數為標準差與均值之比，一般認為其值在0.15～0.2之間較小.

4.1.1實驗方法

該項實際考查用牛頓環測凸透鏡曲率半徑的實驗方法，目的在于檢測學生是否掌握“用相對級次代替絕對級次”的實驗方法，具體要求：1)報告中要有相關推導并得出公式；2)有待測量說明. 實際上，要求1)可看做是一種實驗報告素養的體現. 統計結果如圖2～3所示. 可見，學生大都能掌握牛頓環的實驗方法并加以運用，但仍然有近30%的學生未掌握該實驗方法，故今后的教學中要加強實驗方法、原理的教學. 從待測量說明一項來看，學生的實驗報告素養較好.

圖2　實驗方法完成情況考查統計圖

圖3　待測量說明完成情況統計圖

4.1.2實驗的關鍵步驟

該項要求學生呈現關鍵的操作步驟，具體要求：1)寫出操作步驟；2)寫明“不能有螺距差”；3)寫明“目鏡與叉絲與干涉環相切”. 要求1)考查學生的實驗操作，2)3)兩項與1)構成包含關系(即步驟中必須寫出)，考查學生對實驗關鍵細節的掌握情況，某種程度上也屬于對實驗方法的考查. 統計發現：能寫出實驗步驟者占100%，其中能清晰寫出步驟者91.11%，要求2)3)完成情況見圖4～5.兩者都寫明且步驟清晰者只占20%. 可以看出，學生對實驗步驟基本上掌握過關，但是過半的學生對其中的關鍵步驟掌握欠佳，能較好完成該項的學生所占比例較低，在牛頓環實驗的教學中應當提醒學生對這兩處的理解，重視對細節處的學習.

圖4　考查項2)完成情況統計圖

圖5　考查項3)完成情況統計圖

4.1.3數據處理

本項考查學生對數據的記錄與處理，重點考查列表法，要求：1)設計表格；2)數據估讀位數正確；3)數據記錄及其質量(分4檔：>6環、4～6環、2～4環、<2環). 統計結果見圖6～9. 可見，學生對列表法記錄數據掌握良好，知道本實驗的精確位數，讀數較準確. 但數據質量差異大，可能是實驗方法不恰當，還有部分學生在單位上丟分，這可能是因為考試慌張或平時實驗沒注意細節.

圖6　表格有無的統計

圖7　表格質量統計圖

圖8　數據及質量的統計

圖9　單位缺失情況分布

4.1.4結果分析

該項要求：1)有相關處理過程或解釋說明；2)呈現實驗結果. 統計結果如圖10～13所示.

圖10　過程、解釋有無的分布

圖11　過程、解釋的統計結果

圖12　實驗結果質量的統計

圖13　結果不合格者數據完成情況

從結果來看，只有近兩成學生能準確呈現實驗結果,且實驗數據處理方法基本正確，結果不合格者有71.11%，其原因或在于實驗方法不理想，或因逐差法的數據間隔不大，誤差抵消失敗；測不出實驗數據；作為實驗報告的呈現(科學素養體現)，學生應該分析實驗的成功、失敗、誤差來源以及自己為了抵消誤差用的什么方法等，遺憾的是只有5名學生分析了失敗的原因或實驗體會.

4.2對實驗二的簡要分析

采用類似方法分析實驗二，見表6.

表6　實驗二的整體情況

5　討　論

我校的實驗操作考試有以下特點：1)以學生做過的實驗為基礎進行拓展，學生在規定的時間內完成實驗與報告的書寫，借此考查獨立實驗的能力；2)實驗一定程度上能考查其創新能力，學生經過適當分析后再實驗，也就考查了分析與研究能力；3)學生用已學到的實驗方法和技能等完成考試，是將理論和實際相聯系的體現. 大學物理實驗的培養目標要求[6]：培養學生的基本科學實驗技能，提高其實驗素質，讓學生掌握基本實驗方法和思想，培養學生獨立實驗能力、分析與研究能力、理論聯系實際的能力和創新能力. 可見，我校的實驗操作考試能反映培養目標的要求.

從考試成績以及考核指標分析的情況來看，2套試卷具備一定的信度值，其難度合理，區分較好，能將不同層次的學生區分開. 考核指標包括實驗方法、實驗步驟與操作、數據處理能力、實驗結果分析與運用4個方面，均圍繞培養目標而制定. 綜合來看，試卷質量合格，能體現對培養目標的考核，檢驗學生是否達標. 統計發現，操作考試的及格率超過60%，優良率在22%以上，但離散系數較大，學生的掌握水平差異較大，從分數集中情況來看，我校2014級本科生對本門課程的掌握程度總體符合期望.

綜上可認為，我校物理實驗中心的培養模式兼顧學生基本的實驗技能、實驗素質、實驗方法等方面能力，且有一定成效. 但從考試結果也發現一些問題，如：部分學生實驗方法掌握不牢，學生的基本科學素質有待進一步提高，學生不擅于對實驗進行分析總結等. 鑒于此，提出以下建議：

第一，應加強實驗方法和理論的教學. 學生掌握了一定的實驗方法后才能在今后的實驗、工作中運用，觸類旁通，為后續學習提供幫助. 從前文分析來看，部分學生對實驗方法的掌握不盡人意，對實驗涉及理論知識一知半解，故教師在教學中應該加強實驗方法的教學，講清內涵外延，不忽略每個細節，建議加強日常實驗教學的評價，及時發現問題. 學好實驗方法也是對理論知識的鞏固，學習時不能不求甚解，建議學生在預習課上先自主學習，后相互討論. 教師點撥講解，進行啟發式教學，要特別注重對實驗方法的強調.

第二，教學要注重學生科學實驗的基本素質. 分析發現，學生在實驗過程中還存在不嚴謹之處，表現在不用尺規作圖、忽略實驗細節、漏寫單位等方面. 在平時的教學中，教師應該幫助學生訓練這一方面內容，嚴格要求.

第三，今后教學應促進學生養成主動分析判斷的習慣. 理論上講，學生應該運用所學知識對實驗現象和結果進行初步地分析判斷、得出結論，對實驗失敗或未在規定時間內完成實驗任務的學生更該如此，然而很多學生未在實驗報告中作分析. 平時教學中，教師應該訓練學生的分析能力，建議開展探索性的綜合性實驗，多提出引發學生分析思考的問題. 例如教師可以搜集學生在實驗中遇到的問題，供大家在實驗后的討論課上思考討論，對積極發言的學生有一定的獎勵.

最后，操作考試需再進行調整. 分析發現，學生實驗水平離散系數很大，中、低分段學生在實驗方法掌握一項得分普遍低，導致后續實驗進行不順利，得分極低，故有的考查項區分度達到1.00. 可見實驗關鍵是對方法的掌握，若學生實驗方法錯誤，必會影響后續考試，乃至整體評價. 鑒于此，建議考試在進行15min左右時，教師可向未得出實驗方法的學生提供所需要的實驗方法，但評定成績時扣除相應分數，或借鑒Alevel考試的形式：將“理論分為設計和數據處理、實踐操作單獨考查”的模式，單獨考查各方面，兼顧各層次的同時又各有側重[7].

6　結束語

通過分析試卷發現，我校的考核方式在一定程度上具有較好的測試作用，同時我校學生大學物理實驗成績基本能夠達到培養目標，但其中仍存在一些不足，今后的教學工作應該圍繞提高學生的科學實驗素養進行，培養出社會需要的人才.

[1]李林，施蕓城，鐘宏杰. 物理實驗課不同考核方式的改革與實踐[J]. 大學物理，2010,29(2):43-46.

[2]黎珉，洪煒寧，錢良存，等. 大學物理實驗綜合性考核方式的實踐[J]. 大學物理實驗，2011,24(2):104-106.

[3]陳麗敏，呂靈燕. 大學物理實驗考試改革與探究[J]. 湖北科技學院學報，2014,34(8):10-11.

[4]朱紅，王偉，原所佳. 大學物理實驗課程考核方式的探索和實踐[J]. 實驗科學與技術，2011,9(4):108-111.

[5]宋立新. 教育統計方法選例[M]. 長春：吉林人民出版社，2003.

[6]教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會. 理工科類大學物理實驗課程教學基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2010：15-17.

[7]黃雋，柴志方.Alevel物理實驗評價體系分析與啟示[J]. 物理實驗，2015，35(11)：19-23，28.

[責任編輯：任德香]

Operatingexaminationofcollegephysicsexperimentcourse

LIJia-long,SHUZheng,ZHEHGRong-wei,LIXiao-yun,CHAIZhi-fang

(DepartmentofPhysics,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200241,China)

ThisarticlebrieflyintroducedtheoperatingexaminationofthenewcurriculumsystemandanalyzedthetestpapersofCollegePhysicsExperimentIIbySPSS,whichwasfinishedbyundergraduatesofGrade2014.Theresultshowedthatthetestpaperhadgoodreliability,moderatedifficultyandhighdistinctionindex.Inaddition,theanalysisofthetestresultturnedoutthatthecontentsoftheexaminationwereconsistentwiththecourseobjectives.Italsoreflectedsomeexistingproblemsofstudents,rangingfromexperimentalabilities,experimentdesigning,experimentoperatingtoexperimentanalyzingandsolving.Finally,thereweresomesuggestionsforfutureexperimentalteachingandoperatingexamination.

experimentaloperatingexamination;analysisoftestpaper;SPSS

2016-04-21

李佳隆(1992-),男,四川廣元人,華東師范大學物理系2014級碩士研究生，研究方向為物理實驗教學．

指導教師：柴志方(1977-)，男，河北邢臺人，華東師范大學物理系副教授，博士，從事物理實驗的教學與研究工作.

G642.423

B

1005-4642(2016)08-0025-06