信息技術下《大學物理實驗》在線考核的實踐與研究

張德根 趙江東 張志林 胡訓美

皖西學院實驗實訓教學管理部 安徽六安 237000

實驗考核是實驗教學中的重要環節,也是檢驗實驗教學效果的重要手段,采取合理的實驗考核方式才能準確地獲取教與學的相關信息。隨著信息技術的發展,《大學物理實驗》課程的教學與考核呈現多元化發展[1-4]。自2018年以來,皖西學院基礎物理實驗中心積極開展調研活動和提升信息化應用水平,探索信息技術下的《大學物理實驗》考試模式改革,依托省級虛擬仿真實驗教學平臺,逐步完善考試模式改革方案。目前《大學物理實驗》在線考核一直在穩步實施中,深受授課教師和學生的青睞,截至目前,我校基礎實驗中心共完成約15000人次的機考工作。本文是對我校2021級理工科學生的《大學物理實驗》在線考核實踐情況進行分析與總結,主要介紹我校在《大學物理實驗》課程考核中利用智能信息化技術、結合虛擬仿真實驗平臺、采取“筆試機考+仿真操作”的考核模式等方面做出嘗試性的改革工作。

1 在線考核的實踐

《大學物理實驗》在線考核對象為皖西學院2021級理工科學生,涉及我校電子信息科學與技術、電氣工程及其自動化、材料科學與工程等15個專業,共26個班級。其中,2022年春學期《大學物理實驗1》的考試人數為960名,2022年秋學期《大學物理實驗2》的考試人數為298名,2022年秋學期《大學物理實驗2》《大學物理實驗3》的考試人數為476名,考核方式均為“筆試機考+仿真操作”,即在規定時間60分鐘內完成上機筆試和物理仿真實驗操作。《大學物理實驗1》的考核內容為2022年春學期開設的7個實驗項目,包括測量與誤差處理(含緒論)、物質密度測定、示波器的原理和使用、物理仿真實驗(單擺)、光的等厚干涉、測定冰的熔解熱和物理演示實驗,以及3個仿真實驗(用單擺測重力加速度、示波器實驗和干涉法測微小量)全部進行考核。《大學物理實驗2》的考核內容為2022年秋學期開設的6個實驗項目,包括固體導熱系數的測定、分光計的調節與使用、液體黏滯系數的測定、楊氏模量的測定、氣體聲速研究和磁場的描繪,以及4個虛擬仿真實驗項目(分光計實驗、拉伸法測金屬絲的楊氏模量、聲速的測量和極端條件下氣體聲速研究)全部進行考核。《大學物理實驗2》《大學物理實驗3》的考核內容是在《大學物理實驗2》的基礎上增加了6個實驗項目,包括邁克爾遜干涉實驗、超聲光柵測聲速、電橋法測電阻、動態法測磁滯回線、密立根油滴實驗和弗蘭克—赫茲與光電效應實驗。《大學物理實驗》的考核內容嚴格按照教學大綱執行,每個實驗的考核分值可以適當參考該實驗的實際學時數,2022年春、秋兩學期的《大學物理實驗》項目名稱及學時數見表1。

表1 《大學物理實驗》項目名稱及學時數

為了《大學物理實驗》課程在線考核順利進行,開考前應在多個方面做好充分準備。首先是《大學物理實驗》考試命題工作,《大學物理實驗》課程機考通常有四種題型,其中單選題、多選題和判斷題由物理實驗中心各個實驗項目指導教師負責完成命題,仿真操作題是從物理實驗考試與自動判卷系統抽取,然后將各類題型進行整合,組成滿分100分的試卷。由于我校文科綜合中心機房電腦數量的限制,只能同時滿足200余人的考試,所有應考學生無法在同一時間參加機考,需要分批次進行考試。為了防止學生作弊、考題泄露等情況發生,通常要求每場機考至少組6套試卷,從而進一步降低考卷試題的重復率。對于每場1個小時的機考,通常一天時間可完成1000余名同學的在線考核任務,相對實驗操作考試而言可大大減輕了教師的監考負擔,同時機考監考相對實驗操作考試監考要輕松許多。其次是合理地引導學生復習備考。《大學物理實驗》課程在線考核之前通過基礎實驗中心網站發布考核通知,主要包括考核時間、地點、考核內容、考核要求等相關注意事項。對于仿真操作題的考前復習,學生需要自己下載和安裝虛擬仿真實驗大廳,方便學生在考試前可以隨時進行仿真實驗的操作練習。提醒學生在仿真操作題答題過程中需要如實地進行仿真操作,只填寫實驗數據不得分;提交測量數據結束操作之后如需要重做,第二次的操作成績需高于第一次的操作成績才能替換原來的測量數據,這是因為仿真操作題評判系統只取答題成績最高的那次;仿真操作填寫完實驗數據之后,實驗儀器應保持測量狀態,不要關閉電源及拆除連接線等操作。最后是做好其他事項安排,比如考試機房的協調安排、考試軟件安裝與測試、教師監考安排、座位號的張貼、提醒學生不能攜帶手機進入考場,等等。實驗考試大廳和虛擬仿真實驗大廳登錄界面如圖1和圖2所示。

圖1 實驗考試大廳登錄界面

采取“筆試+機考”的考試形式,減輕了授課教師的閱卷負擔,在具體實踐過程中需要注意以下幾點:

(1)要加強《大學物理實驗》試卷庫建設[5],確保考試題目的嚴謹性和準確性,不能出現錯題、有歧義影響學生答題的狀況。機考試題應注意將實驗理論、原理與具體操作結合起來,把學生實驗中遇到的實際問題、看到的實驗現象、實驗報告中常出現的錯誤總結出來,以試題形式反饋給學生,適當加入一些與學生專業知識背景相關的考題。

(2)由于學生參加機考是分批次進行,因此參加考試中一定要嚴禁學生攜帶手機,防止學生偷拍考題,造成泄題等情況出現。

(3)仿真操作題答題中填寫實驗測量數據后,務必保持實驗器材為測量狀態,不需要像平時實體實驗后整理儀器。

機考具體實施過程中會出現其他一些問題,如考生電腦故障無法考試、網絡不暢等情況,一般以學生為本,確實屬于電腦軟硬件故障可讓學生重新參加下一場次的考試。少數學生由于生病或其他特殊情況,允許他們后期參加補考,確保所有同學能夠順利完成課程的期末考試。

2 質量分析

采取“筆試機考+仿真操作”的《大學物理實驗》課程考核模式,打破了傳統操作考試的局限,促進學生課堂積極實驗和課外虛擬仿真,通過對實體實驗和仿真實驗資源的整合,讓信息技術下的物理實驗考試模式改革具有實用性和可操作性,有利于更加全面、準確地對學生進行實驗考核,為客觀實際地評價學生的實驗能力提供依據。筆試機考結束后,教師可從實驗教學考試系統一鍵導出所有考生的考試成績詳情。如表2、表3和表4所示,三次考試中判斷題得分率較高,學生的實驗基本理論知識掌握較好;仿真操作題得分率較低,學生的實驗動手能力還需進一步加強。由于部分虛擬仿真實驗儀器界面與實體實驗儀器設備有一定的差異,少數學生考前沒有認真進行仿真操作練習,也是仿真操作題得分較低的原因。

表2 《大學物理實驗1》機考試卷題型得分情況

表3 《大學物理實驗2》機考試卷題型得分情況

表4 《大學物理實驗2》《大學物理實驗3》機考試卷題型得分情況

從表5、表6和表7的筆試機考成績統計分布可以看出,三次考核成績呈正態分布,考試難度適中,考試內容全面,其中《大學物理實驗2》《大學物理實驗3》機考成績平均分偏低,總體來說能客觀反映學生的實際學習情況。其中60～70分的居多,說明學習成績中等的學生較多,反映出大部分學生平時上課聽講認真,考前也做了充分的準備。從考試具體情況來看,學生對物理實驗的基本理論知識掌握不夠扎實,實驗教學的全過程要引起授課教師高度重視,通過實體操作和虛擬仿真相結合,完善物理實驗教學方法,提高實驗教學水平。在今后的教學過程中,教師要注重學生應用能力和動手能力的培養,加大對學生學風的正確引導和有效監控。

表5 《大學物理實驗1》筆試機考成績分布

表6 《大學物理實驗2》筆試機考成績分布

表7 《大學物理實驗2》《大學物理實驗3》筆試機考成績分布

我校“大學物理實驗”課程總成績按照平時成績占60%、機考成績占40%進行合成。通過每位同學的平時成績和考試成績對比,可以發現絕大多數平時成績優秀的同學機考成績排名也很靠前,說明這些學生平時能夠嚴格遵守實驗要求、正確操作和使用實驗儀器設備、仔細觀察實驗現象、準確記錄實驗數據、課后認真撰寫實驗報告等。平時成績較差的同學對物理實驗課程不夠重視,他們的機考成績也偏低。學生在機房參加《大學物理實驗》機考如圖3所示,學生考后的答題考卷詳細信息如圖4所示。

圖3 學生在機房參加《大學物理實驗》機考

圖4 學生答題考卷詳細信息

3 問卷調查

針對參加考試的同學進行滿意度調查,其中,85.3%的同學對目前《大學物理實驗》課程考試采用“筆試機考+仿真操作”形式非常滿意或比較滿意;87.4%的同學認為本次考試能夠全面考查或較為全面考查所學內容;86.6%的同學認為本次課程考試中考題題型及分值設置非常合理或比較合理;部分同學提出“擴展實驗學習內容,增加綜合性、設計性實驗項目、加大實驗考試難度”等建議,我們將在以后的實驗課程教學和考核過程中積極采納,如圖5、圖6所示。

圖5 在線考核滿意度調查

圖6 機考題型設置滿意度調查

結語

采取“筆試機考+仿真操作”的《大學物理實驗》考核模式,打破了傳統操作考試的局限,促進學生課堂積極實體實驗和課外虛擬仿真;通過對實體實驗和仿真實驗資源的整合,讓智慧課堂下的物理實驗考試模式改革具有實用性和可操作性,有利于教師更加全面、準確地對學生進行實驗考核,為客觀實際地評價學生的實驗能力提供依據,可為其他實踐類課程考試提供一種參考。通過《大學物理實驗》考試模式改革,運用網絡信息化技術,評價學生的學習狀況及教學質量,為教師制訂合適的實驗教學方案提供參考,激發學生學習物理實驗的主動性。合理地對學生的綜合實驗能力進行評價有利于為教學提供反饋,從而激發學生對物理實驗的學習興趣,使學生廣泛參與到物理實驗中來,促進物理實驗教學改革,不斷提高《大學物理實驗》的教學質量。