物理實驗課在大學物理教學中重要度量化標準

楊軍

摘 要：通過對大學物理教學課程時間分布的統計，當代的大學物理教學是一種以物理理論知識教學為主要教學課程類別，物理實驗課程作為次要教學課程類別的教學體系。大學物理實驗課程的教學時長占比較少，但卻是大學物理教學體系中不可或缺的重要組成部分，是老師提升教學效果和效率的必要手段。本文章通過對大學物理教學進行數據建模和歸因分析，提出一種衡量大學物理實驗課程在大學物理教學中重要度的量化標準，以期對大學物理教學體系的改進提供數據化參考。

關鍵詞：大學物理;物理實驗;歸因分析;數據建模;量化標準

大學物理實驗課是我國高等學校理工科本科生必修的基礎課程之一，是大學物理教學中重要的組成部分。依據教育部頒發的工科本科物理實驗課程教學要求，大學物理實驗課一般包涵力學、熱學、光學和電磁學等基礎性實驗。學生通過學習這些實驗并完成實驗報告，可以更好掌握與實驗相關的理論知識，邏輯思維和動手能力也可以得到提升。[1]論文通過對相關數據的收集并使用數據建模和歸因分析等方法，提出一種衡量大學物理實驗課程在整體大學物理教學中重要度的量化方法。

一、物理實驗課數據的收集

成績考核是督促學生進行全面系統復習、鞏固掌握所學課程的重要環節，是檢查分析實驗教學效果的重要手段，也是此文章作為衡量教學效果的標準。論文使用的數據收集于貴州師范學院物理與電子科學學院，該學院擁有兩大類實驗室，分別是基礎實驗室和專業實驗室，教學科研儀器完備，是貴州省實驗教學示范中心。[2]

大學物理實驗課是該學院學生的必修課程，學時設置為120-150分鐘，物理系專業學生需要在六個學期內完成，非物理專業學生需要在兩個學期內學習部分實驗。本文通過追蹤學院下四個物理專業班級和四個非物理專業班級，共408人在2019學年對大學物理理論課和大學物理實驗課的學習情況來進行分析。具體的數據包括大學物理理論課程平時的作業完成分數與時長，每學期的半期考試分數、期末考試分數以及大學物理實驗課的實驗報告評分和考試分數。其中物理理論課的考核方法為平時成績加考試成績，平時成績占50%，考試成績占50%。

二、數據分析與處理

（一）相關性分析

皮爾遜相關系數是用于表示兩個變量之間線性相關關系密切程度的一個統計指標。記Y為各個班級所有學生的物理理論課成績，Z為各個班級所有學生的物理實驗課的總成績，Z1為物理實驗報告成績，Z2為物理實驗課考試成績，M1、M2分別為四個物理專業班級學生的實驗報告成績與考試成績，N1、N2分別為四個非物理專業班級學生的實驗報告成績與考試成績。

從表中看出，理論課成績分別與實驗課總成績、實驗課的實驗報告成績和實驗課的考試成績都呈現出很強的正相關性。這說明實驗課程與理論課程對物理的教學都有很強的有效性。

若將物理專業學生與非專業學生拆分來看，物理專業學生在實驗課上的兩種成績的相關性系數都比非物理專業學生的相關性系數要大。說明對于物理專業的學生，若這些學生能夠在實驗課上獲得較好的成績，那么他們將比非物理專業的學生更有可能在理論課上獲得更好的成績。

（二）隨機森林模型

本文通過在實驗課相關數據上建立對理論課成績的回歸預測模型，來構建衡量物理實驗課重要度標準的公式。相關性分析中說明了實驗課成績與理論課成績的強正相關性。因此，論文將實驗報告成績（p1）、實驗課考試成績（p2）、實驗課的總學時（p3）、實驗課的難度系數（p4）、理論課總學時（q1）、理論課的平時作業成績（q2）以及理論課的難度系數（q3）作為建模的特征。

三、結論

論文通過對貴州師范學院物理與電子科學學院下八個班級學生在物理實驗課與物理理論課上的各項成績進行追蹤，計算出物理實驗課與物理理論教學效果的皮爾遜相關性系數。相對于非物理專業的學生，物理實驗課對物理本專業學生理解物理理論更加有效，由此也說明了物理實驗課程與物理理論課程對物理的教學都有很強的有效性。基于從相關的數據建立的隨機森林模型，論文提取了各項數據特征的權值，在構建了大學物理實驗課重要度的量化標準公式后，得到此重要度標準值區間為（0.233，0.356），即大學物理實驗重要度占整個大學物理教學效果的比重約為23.3%到35.6%之間。

參考文獻：

[1]陳冬穎，任紅 工科大學物理實驗教學改革研究[J]. 合肥學院學報（綜合版），2007（07）：35-44.

[2]張立彬，張功，李廣平. 哈佛大學有效提升物理教學質量的舉措分析[J]. 大學物理，2011（12）：48-53.