實驗報告結構化評閱探索與研究

朱燕紅, 戴 斌， 史美萍, 謝海斌

(國防科學技術大學 機電工程與自動化學院， 湖南 長沙 410073)

實驗報告結構化評閱探索與研究

朱燕紅, 戴 斌， 史美萍, 謝海斌

(國防科學技術大學 機電工程與自動化學院， 湖南 長沙 410073)

實驗報告是實驗過程的總結與提升,也是實驗的一個重要環節，但其重要性往往被忽略。該文分析了傳統實驗報告評閱方式存在的主要問題，針對性地提出3種解決措施：實驗報告過程監控、報告評閱結構化建模和統計學數據分析，并結合國防科學技術大學機電工程與自動化學院控制系統實驗室的實踐經驗，對實驗報告結構化評閱進行積極的探索與研究。

實驗報告；結構化評閱; 過程監控；結構化建模

實驗教學在工科類高等教育中占有重要地位,各種教學改革措施隨著創新實踐教學改革的呼聲紛紛涌現[1-3],從實驗中心硬件、軟件的改善到各種教學體系的探索,取得了豐碩的成果[4]。而實驗報告環節作為實驗過程的總結提升環節,其重要性卻常被忽略。實驗報告對實驗的全過程進行分析和總結,有助于學生更牢固地掌握實驗目的、原理,更有助于提高學生的分析能力和文字表述能力,為科研論文打下基礎[5-7]。如何科學合理地設計好實驗報告環節,以達到實驗教學目的,在實踐教學過程中應當予以重視并積極探索。

1 傳統實驗報告評閱存在的問題分析

以國防科學技術大學機電工程與自動化學院控制系統綜合實踐公共實驗為例,通過對傳統實驗教學過程中實驗報告評閱存在的問題分析,探索大型公共實驗中實驗報告環節的教學改革措施?？刂葡到y綜合實踐公共實驗是控制類研究生的必修基礎實踐課程,該課程遞進式的設置有4個基礎實驗,旨在讓控制類研究生加深對學科分析、設計方法的理解,提高研究生在控制系統分析、設計、仿真與調試的理論與實踐水平。2009年至2016年春,培養人數穩定在70～90人,一般分為10個班次展開實驗,是典型的中大型公共基礎實驗。

傳統的實驗教學流程一般為:教師課前板書講述實驗目的等具體內容、學生動手完成實驗、教師驗收、課后撰寫實驗報告、教師集中紙質報告批閱、發放實驗報告。就實驗報告評閱而言,這樣的流程存在以下問題:

(1) 教師評閱實驗報告與實驗過程分離,全憑印象不可能記住學生的實驗特征,尤其對于大型公共實驗,實驗班級人數多,教師很難細致批改,導致一些有特殊意義的實驗數據和方法被掩蓋。

(2) 實驗報告評閱主觀性強,隨機性強。在大型公共實驗中,教師通常面對多達幾百份實驗報告,每份報告只能停留約1 min時間,不能仔細斟酌,只能憑整體印象給分,導致成績評定不客觀,且基本只能利用零碎的時間,受情緒、學生偏愛等主觀因素的影響,不能前后連貫形成穩定的評閱風格,導致評閱過程不公平。

(3) 缺少數據統計分析。傳統流程里評閱完后發給學生,年復一年流于形式,缺少對實驗成績的細致分析,沒有總結提升,沒有起到對教學的促進作用。

針對傳統實驗教學流程中實驗報告環節存在的問題,摸索出一套行之有效的解決途徑,主要包括3個方面:

(1) 實驗報告過程監控。動態實驗數據庫進行實驗過程存儲和選擇回放,實驗報告與實驗過程有機聯動。

(2) 實驗報告評閱結構化建模。構建標準的實驗報告評閱模型,細化評分因素,盡量減少主觀性和隨機性帶來的不良影響。

(3) 采用SPSS或者Excel軟件進行深入的統計學數據分析,有效地發揮實驗報告對教學的促進作用。

經過實踐證明,這一方法準確、有效地解決傳統流程中存在的3個問題,取得了良好的實踐效果。

2 構建動態實驗數據庫 實現實驗報告過程監控

國防科學技術大學控制科學與工程研究生綜合實驗中心在“十一五”和“十二五”期間已經建成比較完善的軟、硬件環境,尤其是軟環境在信息化建設上一直進行積極的探索,建設了基于FTP的服務器數據傳輸存儲體系,這一點也為在中心開設實驗課程的實驗報告過程監控提供了條件。

為了方便實驗過程的數據傳輸和存儲,實驗中心建設了基于專用服務器的數據傳輸存儲系統,通過局域網與實驗室其他工作電腦相連,在局域網上安裝文件傳輸軟件來實現數據的存儲、傳輸和下載,文件通過構建客戶機/服務器系統進行傳輸,保證了數據傳輸和存儲的安全性,輕松實現實驗數據的熱備份[8]。

基于FTP在服務器端為需要監控的實驗課程建立一個存儲路徑,以課程名字命名構建一個專屬的動態實驗數據庫,學生在實驗終端以自己的組別信息建立個人文件夾并發送到實驗數據庫?？梢栽趯嶒炦^程中隨時把各個階段性實驗結果的數據發送到實驗數據庫,教師在服務器端及時維護和整理學生上傳的實驗數據,保證實驗數據庫的及時動態更新,并在評閱實驗報告時根據需要選擇性回放。此外,實驗中心基于局域網構建了電子教室,教員可以在教師端監控學生實驗過程,及時發現學生實驗過程中的錯誤,并督促學生及時把階段性實驗成果發送到指定的實驗數據庫。

學生一般在實驗全部結束后才寫實驗報告,等實驗報告收齊后再交給教師統一評閱。這一過程需要較長的周期,教師很難記得每份報告的實驗過程,而忽略一些需要特別關注的實驗報告。通過過程監控的途徑,教師可以在動態的數據庫中備注信息,并在評閱過程中根據實驗報告的提示隨時回放,有效地解決了實驗過程和報告評閱間脫節的問題。

3 建立細化模型 進行實驗報告結構化評閱

通過對各大高校實驗課程的統計分析,大致把實驗分為幾種類型:基本技能型、設計型、驗證型、演示型、綜合型,根據實驗類型不一,實驗報告的模塊結構也各不相同[9-10]。如基本技能型主要使學生掌握某種常用設備的使用方法,實驗報告中應體現具體操作步驟；驗證型實驗報告應包括儀器設備介紹和實驗數據記錄、處理及結果。

3.1 模塊劃分及基于模塊獨立評分

高等教育的實驗教學中一般以設計型實驗為主,以控制系統綜合實踐公共實驗為例,進行模塊劃分。本課程遞進式地設置4個獨立實驗,即基于Simulink的動態系統建模與仿真(實驗1)、多功能信號發生器的快速原型設計(實驗2)、步進電機開環控制系統快速原型設計(實驗3)和步進電機閉環控制系統快速原型設計(實驗4)。實驗1和實驗2主要基于Simulink進行仿真設計；實驗3和實驗4結合dSPACE和Control Desk進行快速原型設計,都屬于設計型實驗。實驗報告劃分的模塊包括設計思想、模型截圖和介紹、設計過程中遇到的問題與處理方式、實驗過程的體會與建議。

根據以上模塊,分別獨立地給出模塊成績,這樣看似增大工作量,實則不然。評閱教師對每個模塊都相當熟悉,針對模塊給分基本不需要考慮時間,也不會因為受到干擾打斷思路導致需要重新查看前面的整篇報告,節省了各種糾結和反復的時間,同時減少評閱教師腦力消耗,提高了整體效率。

3.2 綜合成績評定

基于各個模塊的獨立評分表格,評閱教員需要根據實驗的具體情況合理設計權重、加權計算綜合成績,并根據加權成績劃分實驗報告等級,上報至課程體系上一級。

合理設計權重:根據每個實驗的難度和重要性設計權重、根據實驗中每個具體模塊的難度和重要性設計權重?？刂葡到y綜合實踐公共模塊的4個實驗存在遞進關系,實驗3和實驗4難度較大,占的權重應大于實驗1和實驗2,實驗中的各個模塊重要性在同一平面,因此這份評閱結果中設計實驗一和實驗二比重分別0.2,分別獨立劃分成5個模塊,每個模塊權重為0.04；實驗3和實驗4比重分別0.3,分別獨立劃分成6個模塊,每個模塊權重為0.05。因此,最后建立的綜合評分模型為:

(1)

其中SUM為綜合成績,Mij是實驗i第j個模塊的獨立成績,Pij是實驗i第j個模塊的權重,P11、P12、P13、P14、P15、P21、P22、P23、P24、P25 =0.04,P31、P32、P33、P34、P35、P36、P41、P42、P43、P44、P45、P46=0.05。得到每位學員的綜合成績后,根據需要的檔位劃分等級。一般情況下,把90分以上的劃為優,80～90為良,70～80分為中,60～70分為及格,60分以下為不及格。受篇幅限制,僅以10∶1的比例截取實驗報告評閱表(見表1)。

表1 模塊獨立評分

對實驗報告進行實驗類型、模塊劃分、模塊獨立評分、合理設計權重、綜合成績、實驗報告等級劃分等工作后,使各個環節在內容上緊緊相扣,形式上相互獨立。建立一套完整的模型后,評閱教師可以利用零散的時間來完成這項工作,不僅節省腦力消耗,也能減少主觀因素帶來的評分不公平。至此,實驗報告的主體工作已經完成,很多課程都可以把這個成績上交至上一級課程體系。然而,不注重總結提升的方式,會導致實驗年復一年重復,這樣大勞動量的評閱實驗報告僅針對此次課程做出一個終結,并不能對下一輪實驗起到啟示作用。因此,對實驗報告的評閱結果進行統計學分析[11-13],也是很重要的一項研究內容。

4 進行統計學分析,注重總結提升

本學期采用了2種不同的授課模式,主要在講授方式上有所不一樣。在這里用A組和B組來表示。A組采用課前一次性講解演示的方式,學生自己把控實驗過程的時間,進度快的學生留有拓展的余地；B組采用一步一講模式,實驗過程統一把控,在一個小實驗中重點輔導進度慢的學生,使其跟上統一節奏。

利用excell統計函數(見圖1),可以得到以下結論:

圖1 相關系數統計分析

平均值:A組學生綜合成績平均值79.98分,B組學生綜合成績平均值80.45分,表明2種方法對整體成績影響不大。

方差:A組學生方差36.54,B組學生方差21.53。方差和標準差是用來描述一組數據離散情況的常用統計量,用來表征數據的離散程度,數據越大,表征組數值分布越不均勻。因此,A組采用的課程講授方法使得實驗結果更具有區分性,更能體現不同學生間的水平差異。

相關系數:A組學生和B組學生的兩組成績數據相關系統高達0.902,相關系數是兩個樣本間的相關程度,取之從-1到+1表征負相關、零相關到正相關。通常情況下,相關系數絕對值在0.7以上為密切相關,0.3～0.7之間為中等相關,0.3以下為不相關。因此,2組樣本是密切相關的,基于密切相關的2組樣本之間的統計學分析是可信的。

5 結語

實驗報告的評閱因其工作量大、效果不突出,其重要性經常被忽視,也鮮有人探討研究這方面的問題。需要認真地批閱每一份實驗報告,這是對工作的負責,亦是對學生的尊重。學生的努力成果得到認真、公平、公正的評判,才能調動其積極性,認真地對待下一次實驗。若優秀的實驗報告被一帶而過、馬虎的實驗報告可以蒙混過關,必將給學生心理帶來不正確的引導。教學工作是育人工程,每一個環節都很重要,因此不流于形式的實驗報告評閱,才能使實驗教學進入良性循環,促進實驗教學質量不斷提高,真正為育人工程增磚添瓦。

References)

[1] 左鐵鏞.高等學校實驗室建設的作用與思考[J].實驗室研究與探索,2011,30(4):1-5.

[2] 蔣德瓏,王克文,尹淑萍.研究生創新實驗實踐基地建設的探索與研究[J].實驗室科學,2011,14(3): 164-166.

[3] 王洪.教學實驗室信息化管理研究與建設[J].中國教育技術裝備,2012(2):20-22.

[4] 朱燕紅,史美萍,謝海斌.dSPACE實驗系統的開發與實驗設計[J].實驗技術與管理,2015,32(11):125-127.

[5] 劉凱. 淺談如何發揮實驗報告對教學的促進作用[J].交流平臺,2014(4):166-167.

[6] 李仁興. 實驗報告改革的探索與實踐[J].江蘇技術師范學院學報,2004,10(2):65-69.

[7] 唐文恒. 實驗報告瑣議[J].衛生職業教育,2001(10):83-84.

[8] 朱燕紅,史美萍,謝海斌.研究生實驗教學平臺的數字化建設與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,33(9):215-218.

[9] 駱淑媛. 高校中大型生物綜合設計性實驗教學的策略[J].實驗技術與管理,2013,30(2):94-96.

[10] 賴仕全,岳莉,奚白,等. 化工專業實驗報告撰寫改革探索[J].遼寧科技大學學報,2013,36(3):327-329.

[11] 劉海燕,劉冬云.基于Excel的高校成績分析[J].才智.2014(24):7-9.

[12] 高宇飛,呂秀麗,牟海維.基于Excel的電子版實驗報告系統[J].科技創新導報,2013(5):213-215.

[13] 任全玉,周海瓊.SPSS在高校教學管理及教學評價中的應用研究[J].中國市場.2015(11):207-209.

Exploration and study for structured review of experimental reports

Zhu Yanhong, Dai Bin,Shi Meiping, Xie Haibin

(College of Mechanical and Electrical Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

The experimental report is a summary and enhancement of the experimental process and is also an important part of the experiment, but its importance is often ignored. This paper analyzes the main problems existing in the traditional review methods of experimental reports, and puts forward three targeted solutions: monitoring and control of the experimental report process, structured modeling of report review, and statistical analyzing of data. Based on the practical experience of Control System Laboratory at College of Mechanical and Electrical Engineering and Automation of National University of Defense Technology, the positive exploration and study on the structured review of experimental reports are carried out.

experimental report; structured review; process monitoring and control; structured modeling

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.064

2016-06-30

國防科技大學研究生教育教學改革研究課題(YJSY2012018)

朱燕紅(1985—)，女，湖南長沙，碩士，實驗師，主要從事控制學科實驗教學研究.

E-mail：zyhbelieve@yeah.net

G542.0

: A

: 1002-4956(2016)12-0254-04