基于創新型人才培養的大學物理實驗報告評判體系

劉紅艷　任樹鋒　王磊　李玉山

［摘 要］文章基于教育教學的客觀規律和互聯網信息化技術手段，根據大學物理實驗課程的培養要求和教學目標，構建針對不同實驗項目的大學物理實驗報告標準化、智能化評判體系，通過網絡實現實驗報告評判，滿足了新形勢下社會對創新型人才培養的需求。在校內推廣應用的實踐表明，該體系能夠有效地提高大學生的科技論文寫作及綜合創新能力。

［關鍵詞］創新型人才；大學物理實驗報告；評判體系

［中圖分類號］ G521；G655 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）01-0133-03

大學物理實驗課程是高校人才培養中的一個重要組成部分，它主要涵蓋了基礎物理中的力學、電學、熱學、電磁學、光學、近代物理等相關實驗內容，是面向理工科學生開設的基礎性、研究性、實踐性課程。針對該課程特點，結合學生基本知識、實踐技能培養目標的要求，采用合理、可行的課程考評方式是教學改革工作中的重要環節。同時，大學物理實驗課程分類指導與教學質量評價方式的研究也是教育部大學物理實驗課程教學指導委員會計劃重點開展的工作之一，其重要性引起了各個高校的重視。

大學物理實驗報告是反映學生實驗課程內容掌握情況以及實驗能力的重要教學環節，也是學生綜合成績的重要評判標準。但是，實驗報告批改量太大，完全靠人工批改，難以細致、全面、有效地進行。從菏澤學院（以下簡稱“我校”）實驗報告評判的整體情況來看，評判質量差別較大，許多需要學生改正的問題沒有指出，學生也未能充分地反饋信息，使得實驗教學質量難以控制和提高[1]。調研發現，目前國內高校由于開設的實驗項目各有側重，還沒有形成完整、系統的大學物理實驗報告評判體系。因此，研究如何積極引導學生對大學物理實驗報告投入更多的時間和精力，構建合理的大學物理實驗報告標準化評判體系這一問題，具有重要意義。

一、大學物理實驗報告存在的問題

大學物理實驗報告是考核學生大學物理實驗質量的最后一個環節，它的評價體系和機制嚴重影響著學生學習大學物理實驗的熱情。調研發現[2-4]，國內大多數高校大學物理實驗課程的設置存在以下四個方面的問題。

（一）大學物理實驗內容多，學生無法在課堂上消化實驗教學的全部內容

大學物理實驗課程具有內容豐富、實驗條件復雜、綜合性強等特點，學生在短短的一節實驗課上很難在完成實驗任務的同時消化所有的教學內容。而且，由于教師只重視實驗報告的書寫，不關注實驗中的具體細節和過程，師生之間缺乏有效溝通，忽略了對學生動手能力和科學素養的培養。對學生而言，其在實驗過程中難以獲得真實的實驗感悟，更不用說發現新的實驗現象了。這與科學實驗的精神相違背。

（二）面向的學生人數、專業較多，實驗師資嚴重不足

由于小班制的要求，每節實驗課面向的學生不超過20名，單人單機，這樣需要的授課教師人數較多，因此多數高校要求在讀研究生參與授課，使得實驗教學師資隊伍的實驗教學專業水平差別較大。因為不用擔心教學質量評價的影響，部分在讀研究生教師可能會存在應付差事的心理，把上實驗課當成走過場，只是為了完成學校安排的教學任務而已。同時，學校也缺乏對在讀研究生擔任實驗教師的教學質量考核和約束機制，這必將導致大學物理實驗教學質量的大幅下滑。更為嚴重的是，由于師資極度匱乏，為了解燃眉之急，非物理科班出身的在讀研究生也可能被安排擔任大學物理實驗教師。

（三）實驗教學質量的評估沒有客觀和一致的標準，評定缺乏科學性

實驗課程的考核包括平時實驗、實驗報告、期末實驗操作與筆試多個環節，不能通過統一的一份實驗報告來考核全體學生對實驗課程的掌握情況。實驗報告的評判隨意性很大，缺乏規范的評判標準，完全由教師自己掌握。各個實驗班級之間、不同的教師之間的評價標準很不一致。評判體系的差異會造成不同教師所帶學生的學習成績差異較大，評定不科學，這使得學生對考試成績難以信服，嚴重挫傷了學生的學習積極性，進而影響了實驗教學的效果。因此，非常有必要盡快制定出科學有效、可操作性強的評判體系。

（四）實驗報告模式化嚴重，區分度不夠，難以反映學生的真實學習水平

實驗報告是反映學生實驗課程內容掌握情況以及實驗能力的重要教學環節，但實驗報告批改量太大，若完全靠人工批改，難以細致、全面、有效地進行。從實驗報告評判的整體情況來看，評判質量差別較大，許多需要學生改正的問題沒有被指出，學生未能充分地反饋信息。一方面，教師短時間內很難評判每一名學生實驗數據的可靠性，特別是實驗數據處理和誤差估算，因此很多教學要求并不能真正落實。另一方面，部分學生存在僥幸心理，將別的同學的實驗數據只進行稍微修改就變成自己的測量數據。這必將導致大量雷同的實驗報告出現，使得大部分學生的實驗成績沒有明顯的差別。教師在短時間內很難判斷出實驗數據的“原始版本”，也就很難給出合理的成績，久而久之，很多學生紛紛效仿，必將導致更多雷同的實驗報告出現，造成惡性循環。

為了切實反映我校大學物理實驗教學的質量，我們以物理與電子工程學院作為改革試點，通過不記名的方式發放并回收200份調查問卷，總結出我校大學物理實驗報告存在的問題，具體如下：（1）超過60%的學生反映實驗報告模板單一，知識與講義雷同率高，與其說是寫實驗報告還不如說是抄襲講義，而且學生之間實驗報告相互抄襲現象尤其嚴重。（2）超過50%的學生反映實驗報告分數評定不合理，教師僅僅以書寫內容是否完整、是否符合學校模板為依據。（3）超過40%的學生反映書寫實驗報告過于浪費時間，而且寫完之后沒有任何收獲，實驗內容很容易遺忘。

針對以上問題，我們積極轉變思想，將實驗教學的指導思想由教學型轉變為探究型，開始以實驗報告為抓手，在注重對學生基本技能培養的基礎上，更加注重對學生創新能力的培養。同時，通過此次問卷調查，我們還收到了很多學生的合理化建議，諸如要求教師改革實驗報告的內容和形式，通過制訂更加合理、有效的措施和方法進一步規范實驗成績等。

二、改革的具體策略和成效

要建立大學物理實驗課程最合適的考評制度，必須制定出最合理、最可行的詳細實施辦法及實施方案，以實現對實踐課程的多樣化考評。我們在各專業開設的大學物理實驗課程中分別針對學生知識能力水平及各課程特點，嘗試并實施各具特色的實驗成績評價體系。提出幾種期末考核方式及實施辦法，在各課程期末考評中分別采取不同的考核方式進行實踐，通過經驗總結制定出較為完善的大學物理實驗課程學生實驗成績考評制度。

（一）充分調動學生的主觀能動性，注重培養學生的動手能力和科學實驗能力

課前要求學生通過廣泛查閱文獻資料，能夠自行閱讀與鉆研實驗教材和資料，掌握實驗原理及方法，做好實驗前的準備工作。課中要求學生能夠借助教材或儀器說明書，正確使用常用儀器及輔助設備，獨立完成實驗內容，逐步形成自主實驗的基本能力。課下要求學生能夠融合實驗原理、設計思想、實驗方法及相關的理論知識對實驗結果進行分析、判斷、歸納與整合，掌握通過實驗進行物理現象和物理規律研究的基本方法，具有初步的分析與研究科學問題的能力。掌握科學與生產生活實踐中普遍使用的數據處理與分析方法，建立誤差與不確定度等概念，借助誤差分析理論正確記錄和處理實驗數據，繪制曲線，分析說明實驗結果，撰寫合格的實驗報告，逐步培養科學技術報告和科學論文的寫作能力，為下一步的研究生階段學習打好科研基礎。同時，還要求學生能夠在實驗中發現問題、分析問題并學習解決問題的科學方法，逐步提高綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力；能夠完成符合規范要求的設計性、綜合性內容的實驗，進行初步的具有研究性或創意性內容的實驗，逐步培養創新能力。

（二）對大學物理實驗課程所涉及的各個實驗項目進行分析，對不同類型的實驗項目提出不同標準的評價策略

一是要注重目前科研領域和測量技術領域的最新實驗數據處理與測量結果表示的規范性，根據規范制定一套標準的實驗數據處理和測量結果標準算法與標準化評價方案，從根本上解決目前我校大學物理實驗評價標準不一，難以對全體學生給出客觀、公平、公正的實驗成績，評價結果不能有效促進學生的學習能力和創新能力的提高等問題。二是要切實重視實驗報告在大學物理實驗課程中的重要作用。眾所周知，實驗報告是學生展現其創造性思維的重要載體，實驗報告中關于實驗結果的分析討論和實驗結論兩個部分是非常個性化的內容，對這兩個部分內容的評定還需要實驗教師的主觀判定。要求教師主要從實驗目的、實驗原理、實驗操作、實驗數據處理、實驗分析討論與實驗結論5個部分分別進行判定。實驗目的與實驗原理這兩個部分將限制字數（100字以內），要求學生對實驗原理進行簡單概括即可，從而鍛煉學生的概括總結能力，絕對不允許學生照抄實驗教材或者實驗講義的內容。實驗操作部分，要求學生將實驗實際操作過程用文字比較詳細、客觀地表述出來，鍛煉學生文字表達的邏輯性、細致性、準確性。實驗數據處理部分將是實驗教師要重點考查的內容。鑒于這一部分的重要性，我們對大學物理實驗課程所涉及的8個實驗項目進行了逐一分析，對不同類型的實驗項目也提出了不同的評價策略。依據《科研領域和測量技術領域的最新實驗數據處理與測量結果表示規范》系列文件的內容，對基礎性（驗證性）、綜合性、設計性（研究性）和應用性實驗分別制定了實驗數據處理和測量結果標準算法與標準化評價方案。實驗分析討論與實驗結論部分，要求學生對數據處理的結果以及實驗中觀察到的現象進行較充分的討論，規定討論部分要有一定的文字篇幅，并希望學生在這部分能夠展現出他們的個性化視角和觀點。

（三）制定針對各個具體實驗項目的智能評判計算方法

根據我校制定的教學大綱，我們將我校開設的8個大學物理實驗項目分為基礎性（驗證性）實驗、綜合性實驗、設計性（研究性）實驗和應用性實驗4個類型，在具體實驗項目的選題上又涵蓋了力學、熱學、電磁學、光學和近代物理實驗5個部分。8個大學物理實驗項目做到了既注重基礎又重視先進技術；既包含了訓練學生基礎物理實驗思想、物理實驗方法、物理實驗技能的經典實驗，又包含了與現代物理技術應用密切結合的課題。大學物理實驗的數據處理方法則包含了直接測量量誤差處理的方法、間接測量量誤差處理的方法、逐差法、最小二乘法等多種算法，而每個實驗項目在數據處理過程中具體使用這些方法時也存在著較大的差異，并不能夠直接套用現成的公式和結論。我們根據目前國家頒布的《科研領域和測量技術領域的最新實驗數據處理與測量結果表示規范》等系列文件，對8個實驗項目都制定了相應的成績評判計算方法，并評估每個實驗項目中各計算步驟的給分點的合理分布區間，以及客觀評價部分與主觀評價部分評分的合理分配，力爭做到公平、公正、公開、可靠[5]。

（四）充分發揮信息化技術和實驗平臺的作用，將信息化技術引入大學物理實驗報告的評判中，實現對實驗報告的標準化智能評判

針對大學物理實驗課程本身的特點與每個具體實驗項目的特點，以及本項目所研究的標準化評價方案，對智能評判系統的智能評價方式與評價點進行研究，使智能評判系統可以有效、客觀地體現每個具體實驗項目和實驗課程整體的教學意圖與要求。智能評判系統的算法內嵌于實驗報告智能評判軟件中，不向學生和教師開放，可以客觀地對學生的學習質量和教學人員的教學質量進行評判，解決了目前實驗報告評判中存在的問題，提高了學生的學習質量，也促使實驗教學人員提高教學質量[6]。每學期都針對學生和教師的反饋意見對系統進行進一步的完善和軟件升級，最終形成了穩定性和可靠性較強的大學物理實驗報告智能化評判系統。在上一個學年，我們已經將該系統在校內的大學物理實驗教學課程中進行了推廣使用，從目前教師和學生反饋的結果來看，大家對其的認可度還是比較高的，也都表示會積極支持其進一步的推廣使用。

（五）擴大教師自主權，允許設置額外加分項目，利用各類競賽調動學生的積極性，提高實驗室利用率

要充分發揮各類學科競賽在培養學生創新能力方面的引領作用，將學生吸引到實驗室中，鼓勵學生在實驗室獨立完成競賽作品，提高儀器使用率。鼓勵學生利用實驗設備完成科技論文，在不同級別的期刊發表均有不同的加分。在國家級競賽中獲一等獎、在國家級期刊發表論文或獲得國家專利的可以獲得額外20分的加分，獲二等獎或論文署名為第二作者的加15分，獲三等獎或論文署名為第三作者的加10分。其他省級競賽或省級期刊減半，即一等獎10分，二等獎7分，三等獎5分，校級一、二、三等獎分別獲4分、3分、2分。學生只要積極參加，即使沒有獲獎也可以獲得1分或者0.5分的參與分。鼓勵實驗教師根據自己所帶實驗項目的特點，自行設置學生感興趣的各類競賽、學術沙龍。這一系列措施有效地調動了學生進入實驗室的積極性，提高了學生的動手能力和科技創新能力。相關數據表明，近幾年物理與電子工程學院獲得額外加分的學生占到學生總人數的10%以上。

三、結論

我們結合多年的實驗課程考核經驗，針對目前大學物理實驗課程研究性教學改革建設的實施情況，經過幾年的努力和實踐，最終形成了一套適合我校的大學物理實驗報告標準化評判體系和基于網絡的實驗報告智能化評判系統。該體系切實提高了教學質量，顯示出了實驗課程的實踐性和系列課程的基礎性、漸進性，實現了對學生科學實踐技能與綜合科學素養的全方位考核，這對于創新型人才的培養具有重要意義。該系統的擴展性和推廣性很強，通過進一步修改、完善后可以面向全國同類高校大學物理實驗教學進行推廣使用。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 敬曉丹，李久會，袁泉.大學物理實驗報告改革探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018，1233（1）：51-52.

[2] 凌向虎，楊長銘，江西，等.大學物理實驗報告的缺弊及改革探討[J].物理與工程，2000，10（6）：52-55.

[3] 張培峰，崔燕嶺.大學物理實驗報告的探索與改革[J].實驗室科學，2013，16（4）：206-208.

[4] 湯國富，曹旭樂，羅勇，等.大學物理實驗研究型實驗報告的設計與實踐[J].物理與工程，2016，26（2）：57-61.

[5] 馬登學，夏其英，梁士明，等.基于創新能力培養的高分子物理實驗學生學習評價改革實踐與研究[J].高教學刊，2020（3）：47-49.

[6] 白洪亮，周漢杰，惠煌，等.一種在線通用物理實驗報告系統的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2019，38（12）：169-172.

［責任編輯：劉鳳華］