大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程操作考試的實(shí)踐與分析

李佳隆，舒　崢，鄭榮煒，李曉云，柴志方

(華東師范大學(xué) 物理系，上海 200241)

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大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程操作考試的實(shí)踐與分析

李佳隆，舒崢，鄭榮煒，李曉云，柴志方

(華東師范大學(xué) 物理系，上海 200241)

利用SPSS軟件對(duì)2014級(jí)本科生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)II課程操作考試試卷進(jìn)行分析，結(jié)果表明：該試卷具有一定的信度值，且難度合理、區(qū)分度較好.考試結(jié)果分析表明：考試內(nèi)容能反映學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、分析及處理等實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼莆眨移鹾险n程培養(yǎng)目標(biāo). 建議今后應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方法和理論的教學(xué)，注重學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的素質(zhì)培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)分析判斷的習(xí)慣.

實(shí)驗(yàn)操作考試；試卷分析；SPSS

自2010年以來(lái)，為了適應(yīng)學(xué)校拔尖型人才培養(yǎng)的要求，我校物理實(shí)驗(yàn)中心從授課形式、考查方式等方面對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程作了一定調(diào)整. 本文選取部分2014級(jí)本科生實(shí)驗(yàn)操作考試試卷作相關(guān)分析，并對(duì)我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作考試的實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)，以揭示其對(duì)今后教學(xué)的啟示.

1　考試方式簡(jiǎn)介

操作考試是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的有效方式之一. 然而，若操作考試考核的內(nèi)容僅僅是讓學(xué)生重復(fù)已做過的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生則只要記住操作步驟即可[1-4]，這難以準(zhǔn)確地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和操作能力，也難以對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)進(jìn)行有意義地引導(dǎo). 為此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在開展操作考試時(shí)，以原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展延伸命制試題，另外，由于儀器數(shù)量的限制，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心無(wú)法滿足同時(shí)修讀的學(xué)生在同一時(shí)間考同樣的內(nèi)容，命制了多個(gè)題目，由學(xué)生抽簽選擇考題，并且分批次進(jìn)行考試. 每一場(chǎng)考試時(shí)間為40min.

2　對(duì)象與方法

2.1對(duì)象

我校2014級(jí)修讀大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的本科生180人參加了期末考試，隨機(jī)選取了2個(gè)實(shí)驗(yàn)的答卷(共80份)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2.2方法

依據(jù)教育統(tǒng)計(jì)和教育測(cè)量的理論、方法，對(duì)80名考生的總成績(jī)及每道題的答題情況用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

3　試卷分析

本考試從學(xué)生做過的12個(gè)實(shí)驗(yàn)中選取了難度大致相當(dāng)?shù)?個(gè)實(shí)驗(yàn)略加提高后，命制成試卷. 試題屬于不完全設(shè)計(jì)題目，學(xué)生需根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)操作，最終上交報(bào)告.

3.1試卷基本情況

4套試卷結(jié)構(gòu)大致相同，其具體內(nèi)容雖不同，但都從固定的維度考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和能力. 試卷滿分100分. 選取的2套試卷分別為“采用光學(xué)方法測(cè)量所給液體的折射率”(實(shí)驗(yàn)一)和“測(cè)量RLC串聯(lián)電路中LC兩端的電壓隨頻率f變化的曲線”(實(shí)驗(yàn)二)，考查分布見表1. 由表1可知2套題目考查的內(nèi)容較全面，結(jié)構(gòu)較合理.

表1　試卷結(jié)構(gòu)

3.2考試成績(jī)分布

選取的80份試卷平均成績(jī)?yōu)?3.84分. 鑒于2套試卷考查內(nèi)容較為一致，將整體成績(jī)分布總結(jié)為表2，成績(jī)分布圖如圖1. 從表2和圖1看來(lái)，成績(jī)有高斯分布的趨勢(shì). 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)一及格率為66.67%，優(yōu)良率達(dá)24.45%；實(shí)驗(yàn)二及格率為60%，優(yōu)良率達(dá)22.86%.

表2　物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)頻數(shù)分布

圖1　成績(jī)分布直方圖

3.3試卷質(zhì)量分析

3.3.1難度

表3　難度系數(shù)表

3.3.2區(qū)分度

采取極端分組法計(jì)算試題各指標(biāo)的區(qū)分度D：將排名前27%的學(xué)生劃為高分組，排名后27%的學(xué)生劃為低分組，最后按Di=(XiH-XiL)/(Hi-Li)計(jì)算區(qū)分度，其中Di表示第i題的區(qū)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(píng)價(jià)指標(biāo)：D>0.4優(yōu)秀，0.3

表4　兩試題的區(qū)分度

經(jīng)計(jì)算，兩實(shí)驗(yàn)總體區(qū)分度分別為0.63和0.66，說明這2套試題均達(dá)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(shù)計(jì)算其信度較為合適. 一般認(rèn)為[5]，課程結(jié)業(yè)考試要求信度在0.5～0.9之間. 統(tǒng)計(jì)分析得兩實(shí)驗(yàn)試題的克倫巴赫α系數(shù)分別為0.76和0.72，故認(rèn)為本次考試成績(jī)可以依賴.

4　學(xué)生考試情況分析

4.1實(shí)驗(yàn)一的答題情況

實(shí)驗(yàn)要求：1)寫出實(shí)驗(yàn)方法和必要的計(jì)算式；2)寫出必要的實(shí)驗(yàn)步驟;3)記錄必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 4)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出結(jié)果.

表5給出了該實(shí)驗(yàn)各部分的得分情況，并計(jì)算了方差和離散系數(shù).

表5　實(shí)驗(yàn)一的具體情況

注：離散系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比，一般認(rèn)為其值在0.15～0.2之間較小.

4.1.1實(shí)驗(yàn)方法

該項(xiàng)實(shí)際考查用牛頓環(huán)測(cè)凸透鏡曲率半徑的實(shí)驗(yàn)方法，目的在于檢測(cè)學(xué)生是否掌握“用相對(duì)級(jí)次代替絕對(duì)級(jí)次”的實(shí)驗(yàn)方法，具體要求：1)報(bào)告中要有相關(guān)推導(dǎo)并得出公式；2)有待測(cè)量說明. 實(shí)際上，要求1)可看做是一種實(shí)驗(yàn)報(bào)告素養(yǎng)的體現(xiàn). 統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2～3所示. 可見，學(xué)生大都能掌握牛頓環(huán)的實(shí)驗(yàn)方法并加以運(yùn)用，但仍然有近30%的學(xué)生未掌握該實(shí)驗(yàn)方法，故今后的教學(xué)中要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方法、原理的教學(xué). 從待測(cè)量說明一項(xiàng)來(lái)看，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告素養(yǎng)較好.

圖2　實(shí)驗(yàn)方法完成情況考查統(tǒng)計(jì)圖

圖3　待測(cè)量說明完成情況統(tǒng)計(jì)圖

4.1.2實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟

該項(xiàng)要求學(xué)生呈現(xiàn)關(guān)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(huán)相切”. 要求1)考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，2)3)兩項(xiàng)與1)構(gòu)成包含關(guān)系(即步驟中必須寫出)，考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵細(xì)節(jié)的掌握情況，某種程度上也屬于對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的考查. 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：能寫出實(shí)驗(yàn)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(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟基本上掌握過關(guān)，但是過半的學(xué)生對(duì)其中的關(guān)鍵步驟掌握欠佳，能較好完成該項(xiàng)的學(xué)生所占比例較低，在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中應(yīng)當(dāng)提醒學(xué)生對(duì)這兩處的理解，重視對(duì)細(xì)節(jié)處的學(xué)習(xí).

圖4　考查項(xiàng)2)完成情況統(tǒng)計(jì)圖

圖5　考查項(xiàng)3)完成情況統(tǒng)計(jì)圖

4.1.3數(shù)據(jù)處理

本項(xiàng)考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的記錄與處理，重點(diǎn)考查列表法，要求：1)設(shè)計(jì)表格；2)數(shù)據(jù)估讀位數(shù)正確；3)數(shù)據(jù)記錄及其質(zhì)量(分4檔：>6環(huán)、4～6環(huán)、2～4環(huán)、<2環(huán)). 統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖6～9. 可見，學(xué)生對(duì)列表法記錄數(shù)據(jù)掌握良好，知道本實(shí)驗(yàn)的精確位數(shù)，讀數(shù)較準(zhǔn)確. 但數(shù)據(jù)質(zhì)量差異大，可能是實(shí)驗(yàn)方法不恰當(dāng)，還有部分學(xué)生在單位上丟分，這可能是因?yàn)榭荚嚮艔埢蚱綍r(shí)實(shí)驗(yàn)沒注意細(xì)節(jié).

圖6　表格有無(wú)的統(tǒng)計(jì)

圖7　表格質(zhì)量統(tǒng)計(jì)圖

圖8　數(shù)據(jù)及質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)

圖9　單位缺失情況分布

4.1.4結(jié)果分析

該項(xiàng)要求：1)有相關(guān)處理過程或解釋說明；2)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖10～13所示.

圖10　過程、解釋有無(wú)的分布

圖11　過程、解釋的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖12　實(shí)驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)

圖13　結(jié)果不合格者數(shù)據(jù)完成情況

從結(jié)果來(lái)看，只有近兩成學(xué)生能準(zhǔn)確呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法基本正確，結(jié)果不合格者有71.11%，其原因或在于實(shí)驗(yàn)方法不理想，或因逐差法的數(shù)據(jù)間隔不大，誤差抵消失敗；測(cè)不出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的呈現(xiàn)(科學(xué)素養(yǎng)體現(xiàn))，學(xué)生應(yīng)該分析實(shí)驗(yàn)的成功、失敗、誤差來(lái)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(xué)生分析了失敗的原因或?qū)嶒?yàn)體會(huì).

4.2對(duì)實(shí)驗(yàn)二的簡(jiǎn)要分析

采用類似方法分析實(shí)驗(yàn)二，見表6.

表6　實(shí)驗(yàn)二的整體情況

5　討　論

我校的實(shí)驗(yàn)操作考試有以下特點(diǎn)：1)以學(xué)生做過的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)與報(bào)告的書寫，借此考查獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力；2)實(shí)驗(yàn)一定程度上能考查其創(chuàng)新能力，學(xué)生經(jīng)過適當(dāng)分析后再實(shí)驗(yàn)，也就考查了分析與研究能力；3)學(xué)生用已學(xué)到的實(shí)驗(yàn)方法和技能等完成考試，是將理論和實(shí)際相聯(lián)系的體現(xiàn). 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)要求[6]：培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，提高其實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，讓學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)方法和思想，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治雠c研究能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力和創(chuàng)新能力. 可見，我校的實(shí)驗(yàn)操作考試能反映培養(yǎng)目標(biāo)的要求.

從考試成績(jī)以及考核指標(biāo)分析的情況來(lái)看，2套試卷具備一定的信度值，其難度合理，區(qū)分較好，能將不同層次的學(xué)生區(qū)分開. 考核指標(biāo)包括實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟與操作、數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與運(yùn)用4個(gè)方面，均圍繞培養(yǎng)目標(biāo)而制定. 綜合來(lái)看，試卷質(zhì)量合格，能體現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的考核，檢驗(yàn)學(xué)生是否達(dá)標(biāo). 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，操作考試的及格率超過60%，優(yōu)良率在22%以上，但離散系數(shù)較大，學(xué)生的掌握水平差異較大，從分?jǐn)?shù)集中情況來(lái)看，我校2014級(jí)本科生對(duì)本門課程的掌握程度總體符合期望.

綜上可認(rèn)為，我校物理實(shí)驗(yàn)中心的培養(yǎng)模式兼顧學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方法等方面能力，且有一定成效. 但從考試結(jié)果也發(fā)現(xiàn)一些問題，如：部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法掌握不牢，學(xué)生的基本科學(xué)素質(zhì)有待進(jìn)一步提高，學(xué)生不擅于對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)等. 鑒于此，提出以下建議：

第一，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方法和理論的教學(xué). 學(xué)生掌握了一定的實(shí)驗(yàn)方法后才能在今后的實(shí)驗(yàn)、工作中運(yùn)用，觸類旁通，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供幫助. 從前文分析來(lái)看，部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的掌握不盡人意，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及理論知識(shí)一知半解，故教師在教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)方法的教學(xué)，講清內(nèi)涵外延，不忽略每個(gè)細(xì)節(jié)，建議加強(qiáng)日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題. 學(xué)好實(shí)驗(yàn)方法也是對(duì)理論知識(shí)的鞏固，學(xué)習(xí)時(shí)不能不求甚解，建議學(xué)生在預(yù)習(xí)課上先自主學(xué)習(xí)，后相互討論. 教師點(diǎn)撥講解，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，要特別注重對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的強(qiáng)調(diào).

第二，教學(xué)要注重學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本素質(zhì). 分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中還存在不嚴(yán)謹(jǐn)之處，表現(xiàn)在不用尺規(guī)作圖、忽略實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、漏寫單位等方面. 在平時(shí)的教學(xué)中，教師應(yīng)該幫助學(xué)生訓(xùn)練這一方面內(nèi)容，嚴(yán)格要求.

第三，今后教學(xué)應(yīng)促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)分析判斷的習(xí)慣. 理論上講，學(xué)生應(yīng)該運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行初步地分析判斷、得出結(jié)論，對(duì)實(shí)驗(yàn)失敗或未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的學(xué)生更該如此，然而很多學(xué)生未在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中作分析. 平時(shí)教學(xué)中，教師應(yīng)該訓(xùn)練學(xué)生的分析能力，建議開展探索性的綜合性實(shí)驗(yàn)，多提出引發(fā)學(xué)生分析思考的問題. 例如教師可以搜集學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，供大家在實(shí)驗(yàn)后的討論課上思考討論，對(duì)積極發(fā)言的學(xué)生有一定的獎(jiǎng)勵(lì).

最后，操作考試需再進(jìn)行調(diào)整. 分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平離散系數(shù)很大，中、低分段學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方法掌握一項(xiàng)得分普遍低，導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不順利，得分極低，故有的考查項(xiàng)區(qū)分度達(dá)到1.00. 可見實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是對(duì)方法的掌握，若學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法錯(cuò)誤，必會(huì)影響后續(xù)考試，乃至整體評(píng)價(jià). 鑒于此，建議考試在進(jìn)行15min左右時(shí)，教師可向未得出實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)生提供所需要的實(shí)驗(yàn)方法，但評(píng)定成績(jī)時(shí)扣除相應(yīng)分?jǐn)?shù)，或借鑒Alevel考試的形式：將“理論分為設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理、實(shí)踐操作單獨(dú)考查”的模式，單獨(dú)考查各方面，兼顧各層次的同時(shí)又各有側(cè)重[7].

6　結(jié)束語(yǔ)

通過分析試卷發(fā)現(xiàn)，我校的考核方式在一定程度上具有較好的測(cè)試作用，同時(shí)我校學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)基本能夠達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)，但其中仍存在一些不足，今后的教學(xué)工作應(yīng)該圍繞提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)進(jìn)行，培養(yǎng)出社會(huì)需要的人才.

[1]李林，施蕓城，鐘宏杰. 物理實(shí)驗(yàn)課不同考核方式的改革與實(shí)踐[J]. 大學(xué)物理，2010,29(2):43-46.

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[3]陳麗敏，呂靈燕. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)考試改革與探究[J]. 湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014,34(8):10-11.

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[責(zé)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(xué)物理系2014級(jí)碩士研究生，研究方向?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)．

指導(dǎo)教師：柴志方(1977-)，男，河北邢臺(tái)人，華東師范大學(xué)物理系副教授，博士，從事物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與研究工作.

G642.423

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1005-4642(2016)08-0025-06