基于SPSS的高中物理虛擬仿真教學現狀分析

【摘要】本文以秦皇島某所學校高中學生為調查對象，采用問卷調查的方式，從培養學生學習興趣、物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任五個方面展開調查，利用SPSS中文版統計分析軟件對調查結果進行信度、效度、相關性以及差異性分析，來獲悉學生對于虛擬仿真實驗在平時教學過程中的了解程度和態度.

【關鍵詞】虛擬仿真實驗；高中物理；實驗教學

1 引言

《加快推進教育現代化實施方案（2018—2022年）》中明確提出要求：加強智慧教育教學，深入推進虛擬仿真實驗在高中物理教學中的應用.隨著信息技術的發展，新課改也已明確提出物理課程學習要根據實際內容需求，來選用不同類型的多媒體輔助教學手段，重視傳統媒體和計算機多媒體的有效結合［1］.而通過大量文獻檢索發現，目前我國的虛擬仿真實驗資源的開發已處于世界前列［2］，而針對高中物理虛擬仿真實驗的應用研究少之又少.

中學物理實驗不僅是理解物理知識的重要途徑，還能極大程度地吸引學生的注意力，激發其對物理學科的興趣.虛擬仿真實驗操作簡便，既節省教師的時間，也節省課堂的操作時間，提高教學效率；除了可將教材中的實驗進行虛擬仿真，學生也可自己設計實驗，或是更改實驗條件，這對于鍛煉學生的開放思維具有極大的幫助作用.本文通過對培養學生學習興趣、物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任五個方面對學生展開調查，并應用SPSS數據軟件進行分析，以此來掌握虛擬仿真實驗教學的效果以及所出現的弊端，進而提出優化策略.

2 研究方法

2.1 研究對象

本次調查選擇河北省秦皇島市一所普通高中的學

生為研究對象，該所高中所采用的是矩道3D實驗室軟件，學生已經能夠熟練應用此虛擬仿真實驗軟件，高二、高三年級隨機各選取3個班，共310名學生，其中高二學生166名，高三學生144名.數據收集是在本學期進行的標準化問卷.其中收回問卷310份，有效問卷308份（0.6% 的問卷為無效問卷）.

2.2 研究方法

本研究將問卷分為五個維度，分別從學生興趣、物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任五個方面對虛擬仿真實驗在課堂中的教學效果進行評估，例如“課堂上使用虛擬仿真實驗吸引了我的注意力”來評估學生的學習興趣，“課堂上使用虛擬仿真實驗提升了我的創造性思維能力”來評估學生的科學思維.所有問題采用五點計分方式，從1分（強烈不同意）到5分（強烈同意）.

3 數據分析

本問卷采用Microsoft Excel工作表錄入數據，采用SPSS中文版進行數據處理分析.

3.1 信度分析

本研究將問卷項分為五個維度（共18項），對學習興趣的影響（Q1-1～Q1-3），對物理觀念的影響（Q2-1～Q2-4），對科學思維的影響（Q3-1～Q3-4），對科學探究方面的影響（Q4-1～Q4-4），對科學態度與價值觀的影響（Q5-1～Q5-3）.為檢驗調查問卷的信度，采用克隆巴赫一致性系數來檢測問卷的同質性信度，對問卷內部一致性信度和分半信度用SPSS19.0進行分析，克隆巴赫（Cronbach α）一致性系數為0.942，分半信度為0.941，符合信度可接受使用標準，像已刪除的α值均小于量表總的一致性系數，說明量表題目并不需要修改，問卷編制較為可信.

3.2 效度分析

量表的KMO檢驗值為0.913，Bartlett球形檢驗近似卡方χ2為3899.478（P＜0.01），適合做探索性因子分析.對三個主成分矩陣進行方差極大旋轉，解釋總方差為70.911%，KMO檢驗的系數在0～1，并大于0.9，說明問卷的效度很好，巴特利檢驗的顯著性無限接近與0.000，拒絕原假設.可見量表有較好的結構效度.

3.3 差異性分析

以年級為分組變量對學生在各維度的感受進行了獨立樣本T檢驗，檢驗結果如表1，從各項均值可以看出，對于科學思維和科學探究兩個維度均值較低，說明學生認為對于虛擬仿真實驗在這兩方面帶來的幫助并不如其他三方面的幫助大，在這兩方面虛擬仿真實驗仍處于劣勢.

不同年級學生在各維度的均值以及標準差雖然有所不同，但方差齊次性Levene檢驗表明假設方差相等成立，假設方差相等的T檢驗結果即P值除了物理觀念方面均大于0.05，兩個年級在其他維度并沒有顯著性差異.

4 相關性分析

4.1 使用頻率對學生學習興趣等五個維度的影響

為研究虛擬仿真實驗使用頻率對學生學習興趣等五個方面的影響，本研究運用Person相關分析對數據進行處理，結果如表2所示.

表2顯示，無論是否控制年級變量，使用頻率與各項都呈顯著性相關，說明虛擬仿真實驗在課堂中使用頻率越高，學生對于虛擬仿真實驗的認可度越高，帶給學生們的幫助越大；其中頻率與科學思維的相關性最低，說明虛擬仿真實驗在科學思維能力方面對學生的幫助不如其他方面，這也就要求在平時教學過程中，教師在設計實驗教學時應注意科學

思維方面，在課堂中利用多種方式結合的教學手段來彌補在科學思維能力培養方面的不足.

4.2 學生成績與學生興趣等五個維度的相關性分析

為研究學生成績是否對學生在學習興趣等五個維度對虛擬仿真實驗的認識是否存在關系，本研究同樣運用Person相關分析對數據進行處理，結果顯示學生成績與各方面的相關性并不顯著，說明無論學生成績好壞，對于學生而言，他們都認為在這幾個方面對他們能夠有所幫助.

4.3 各維度之間的相關性分析

為研究各維度之間內部的相互關系，本研究運用Person相關分析對數據進行處理，結果如表3所示.

表3顯示，無論是否控制年級變量，各維度之間都呈顯著性相關（Plt;0.01），各維度間的平均相關系數r=0.629/0.573，其中科學態度與責任和

學

習興趣間的相關系數最低，說明與其他維度之間的關系相比，這二者之前的關系更加微弱.但五個維度之間的關系并沒有因為年級而有所不同.同時，相關系數均是正相關，說明虛擬仿真實驗在各個維度之間的影響會相互促進，也就是說利用虛擬仿真實驗提高學生學習興趣的同時，也會對增強學生的物理觀念、科學思維等方面帶來積極的影響，從而形成良性的循環.

5 實驗教學策略

上述分析表明，調查問卷具有良好的信度和效度，可以用于虛擬仿真實驗教學現狀分析，通過方差及均值分析，學生對于虛擬仿真實驗教學在各個維度所帶來的積極影響是認可的，但在科學思維和科學探究兩個維度均值較低，說明在以后的教學過程中，我們要著重關注虛擬仿真實驗在科學思維和科學探究方面對學生的積極影響，或者運用多手段教學來彌補虛擬仿真實驗在這兩面的不足.

6 結語

物理實驗是物理學習的出發點和奠基石，在高中物理學中占有很重要的地位，合理并科學地應用虛擬仿真實驗教學，將有利于提升物理課的教學效率，激發學生的學習興趣，實驗探究平臺的合理應用又能夠強化學生對知識的理解和應用，促進學生物理學科核心素養的形成.

【基金項目：河北省教育技術研究規劃課題“虛擬仿真實驗在高中物理課程中的案例開發與應用”，課題編號：hbdj2023176研究成果】

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準［M］.北京：人民教育出版社，2017．

［2］秦建進.虛擬仿真實驗在初中化學實驗教學中的探索［J］.學周刊，2023（23）：63-65.

［3］陳新傳.基于SPSS的高中物理單元教學設計現狀分析［J］．中學物理教學參考，2022，12（51）：44-47.

［4］李貴安，周詳，鄧泓.高中作業情緒的實證研究——以高中物理作業為例［J］.當代教師教育，2015，08（01）：75-79