高等农林院校“大学物理实验”课程考核方法的改革

党亚爱 杜光源 张 敏 解迎革 王国栋

（西北农林科技大学理学院，陕西杨凌 712100）

物理学是自然科学和现代工程技术的基础，它对人类社会进步、科学技术发展产生了巨大的推动作用［1］。物理实验是物理学的基础，物理学中的任何创新成果都必须经过实验的检验。“大学物理实验”课程是本科生进入大学后的第一门实验课，该课程对加深学生对抽象物理知识体系的理解，培养学生实事求是、理论联系实际的科学作风，训练学生科学实验方法和实验技能，形成实验设计思想具有重要的意义。

课程考核是关系到该门课程作用与成效的重要检测指标。目前高等农林院校中“大学物理实验”课程考核还存在很多问题，本文针对目前农林院校“大学物理实验”课程存在的问题，结合西北农林科技大学“大学物理实验”课程考核工作的多年教学实践经验，从实验考核内容、考核方式等方面进行概述，以期得出如何更好地利用考核手段，提高学生对知识的运用能力和动手能力。

多年来，农林院校普遍存在着重理论、轻实验的倾向，但随着“大学物理实验”的独立开课，“大学物理实验”课程逐渐得到农林院校学生和教师的重视，“大学物理实验”课程考核也成为不可缺少的重要组成部分。通过对“大学物理实验”课程进行考核，一方面能够检验教师实验课的教学水平和教学效果以及学生对基本知识和实验技能的掌握情况；另一方面可督促学生重视实验课的学习和实际操作［2］。农林院校“大学物理实验”课程考核需要根据课程的特点及学生发展的需要，设置一套考核方法，以保障、促进“大学物理实验”课程教学的改革和发展，并最大程度地培养学生理论联系实践、独立思考、分析问题和解决问题的能力。

一、农林院校“大学物理实验”课程考核的现状

国内许多农林院校物理教学工作者针对学生和专业特点对“大学物理实验”课程的考核进行了有益探讨［3-7］。综合来看，目前普遍使用的考核方式是将平时实验成绩和期末考试成绩2个部分进行综合评价。不同高校根据自身教学特点对实验考核也提出了改进，比如河北农业大学将实验考试分为笔试、口试和实际操作3种方式，通过这3种方式考察学生对实验原理、实验仪器的掌握情况以及发现问题和解决问题的能力［4］；浙江农林大学通过提高学生平时操作的分值，督促学生重视平时的学习和表现［5］；长春大学采用模糊综合评定方法进行物理实验考核，以提升考核的公平、公正和科学性［6］；而福建农林科技大学采用小班操作考试的模式，以考促学，提高教学质量和效果［7］。

虽然平时实验成绩和期末考试成绩2 个部分的综合评价能公平地反映学生对“大学物理实验”课程的掌握程度，但仍存在一些弊端，比如目前平时实验成绩评定主要以实验报告为依据，导致学生篡改实验数据、抄袭实验报告等现象的发生，不能准确反映学生真实的实验能力，同时也挫伤了一些学生学习的积极性和主动性，造成学生平时实验不认真、考前突击的现象发生，很难综合评价学生的整体水平。究其根本原因，在于实验考核方式对整个实验过程的重视程度不够，虽然目前各农林院校对实验考核进行了多方面的改革，但考核的重点仍普遍放在期末考核上，考核内容仍然注重最终的实验结果，忽略了实验过程的考核，导致学生实验态度不端正、学习积极性下降，造成实验教学效果的下降。

二、农林院校“大学物理实验”课程考核方法的改革

针对目前农林院校“大学物理实验”课程考核现状及存在的问题，本改革的突破口是在有效完成实验教学任务的基础上，通过对“大学物理实验”课程考核指标的细化量化，以达到对大学生独立操作能力、创新能力和自主思维能力的训练和培养。而将学生实验学习过程中的各个环节细化量化，给出最终实验成绩是实施这一改革的关键。为此，笔者以“光的等厚干涉研究与应用”实验为例，从以下几个方面对学生实验情况进行量化评定。

（一）课前预习是保质保量完成实验的前提

课前预习是实验课前学生必须完成的准备工作。学生通过预习熟悉实验目的、原理，了解实验内容、过程、具体操作步骤及实验注意事项，并根据实验内容记录数据、绘制表格，完成书面预习报告。

预习一方面锻炼学生的学习主动性和自学能力，培养良好的学习习惯，另一方面可以提高实验效率。课前的认真预习是顺利完成实验的前提。但笔者在教学中发现学生对实验的预习存在很多问题，比如有些学生仅仅为了应付教师课前检查，将实验教材中的内容依次照抄在预习报告上，并没有达到预习目的。为促使学生端正学习态度，切实达到预习要求，教师在实验之前除了检查书面预习报告外，还应以提问的形式抽查预习效果，并给出相应的预习成绩。比如，在“光的等厚干涉研究与应用”实验中，教师设置一些典型问题“什么是光的等厚干涉”“为了测得透镜的曲率半径，实验的直接测量量是什么”“为什么不测量牛顿环的半径，而测量直径”“怎么减小暗环线宽度带来的误差”“在使用移测显微镜时需要注意什么”“可以采用哪种方法处理实验数据”等，根据学生的回答情况随机设置、引申一些相关问题，通过问答既能了解学生对实验原理及意义的掌握情况，又能在实验操作前引导学生加深对实验原理、内容的理解。另外，学生也可以提问或一起探讨实验中可能存在的问题，通过提问和讨论，激发学生学习的主动性。

（二）课堂操作及实验报告的完成情况是课程考核的关键内容

1.课堂实验的操作

由于实验教学是一种过程教学，其过程往往比结果更重要。为了更好地了解学生在实验操作过程中的表现，我们将每个实验的步骤细化，根据学生的具体操作情况对学生操作能力进行评价。比如，在“光的等厚干涉研究与应用”实验中，首先观察学生如何调节光路，是否将钠光灯光线调节进入显微镜光路中，物镜下方的反光镜角度是否调节恰当；其次，观察学生对显微镜的调节过程是否正确，在视场中是否调出了清晰的牛顿环图样；最后，了解学生如何读数，显微镜鼓轮是否倒转，读数时是否注意显微镜十字叉丝与牛顿环暗环的一侧相切，读数时有效数字是否正确等。

在学生操作过程中，可以根据学生的操作情况和学生进行交流沟通，比如有学生反复调节显微镜的物镜，但在显微镜视场中怎么也找不到清晰的牛顿环，这时教师可以先观察学生是否能发现问题、自主解决问题，锻炼学生解决问题的能力，继而可以提问学生要看到明显的干涉现象有什么条件，光路是怎么形成的，如何调节显微镜等。教师通过启发式提问来引导学生发现问题、寻找原因，并加深对实验原理的了解，进而顺利地完成实验操作。

实验操作是实验过程的核心，可以反映出学生的实际动手能力和独立分析、解决问题的能力。教师通过观察以及和学生的交流沟通，对学生的实验技能、水平、理论知识有了全面的了解，可适时给出合理的评价，并根据学生的具体情况在学生名单上做出记录。

实验结束后，教师应在学生记录的原始数据上签字，并结合学生操作情况对数据是否合理给予适当的评价和建议，让学生对自己的操作有一定的了解，取长补短，这样更有利于后续实验的顺利开展。教师签字的数据是本次实验的原始资料，不得篡改、修订，课后学生应在此基础上分析计算，最终和实验报告一起交给教师。

2.实验数据的分析

实验数据分析是科学实验的重要组成部分，是学生从事科学研究必须掌握的基本知识和技能。只有对实验数据进行科学分析，才能完成对大量原始数据的总结和升华，并形成实验结果，实现从感性认识到理性认识的飞跃。常用的数据分析方法有作图法、列表法、线性拟合法、逐差法等。学生在处理数据时，应选择恰当的方式对数据进行分析，比如在“光的等厚干涉研究与应用”实验中，考虑到凸透镜和平面玻璃的接触点受力会引起玻璃的变形，有时还可能有灰尘存在，故接触点不可能是理想的点，因此学生在做实验数据分析时，不能直接利用牛顿环的直径来计算透镜的曲率半径，而是利用逐差法计算透镜的曲率半径，以减少数据分析的误差。

在数据分析部分，教师应重点评价学生实验数据分析方法是否合理、正确，不确定度分析是否全面，是否按照要求正确书写中间计算过程，实验结果、不确定度的有效数字位数是否合理，最终结果的表示是否规范等。另外，教师还要针对学生对以上问题的处理方式，给出合理的评价。

3.误差分析及实验总结

一般情况下，物理实验必须借助一定的仪器、采用一定的方法、在人为控制环境下由实验者完成。但在实际测量中，由于仪器、方法、实验条件种种因素的限制，实验总会有误差存在，分析实验中可能产生的误差，尽可能减小或消除其影响，是科学实验必不可少的组成部分［8］。比如，在“光的等厚干涉研究与应用”实验中，误差的主要来源有：条纹的定位精度偏差导致的随机误差；显微镜物镜是否严格和水平面成45度夹角导致的系统误差；显微镜十字叉丝和显微镜移动方向不平行产生的系统误差；牛顿环上的固定螺丝松紧程度不同导致的随机或系统误差；读数是否规范导致的随机误差等。学生分析了解误差来源后，如何减小或消除此类误差是误差分析的关键，比如为了减小条纹的定位精度偏差导致的随机误差，根据牛顿环内疏外密的特点，实验中学生应该选取级次较高的环进行测量；为了消除显微镜十字叉丝和显微镜移动方向不平行产生的系统误差，应采用直径测量；为了减小牛顿环上的固定螺丝松紧程度不同导致的系统误差，在凸透镜和平面玻璃间加很薄的环形垫片来固定凸透镜等。实验误差分析可以提高学生分析问题及解决问题的能力，同时也培养了学生的创新思维。

（三）期末考试是检验学生知识和操作技能掌握程度的重要手段

学生期末实验考试内容分为操作考试和理论笔试2个部分。操作考试内容在原课堂实验内容的基础上随机指定，并于考前10 分钟公布，单人单组限时进行；理论笔试内容是和抽中的实验项目相关的理论问题。比如，在“光的等厚干涉研究与应用”实验操作考试中，可以让学生测量纯净水的折射率，这和课堂实验中测量透镜的曲率半径方法类似；理论笔试可以设置实验原理简述、实验可能的误差来源分析及如何减少误差、如何处理实验数据等问题。教师根据学生的操作及理论应答情况给出评价。这种考核方式既考查了学生对实验仪器、技能的掌握程度，也反映了学生对实验原理的了解和掌握情况。

（四）课程成绩的计算

综上所述，通过对学生课前预习、实验操作、数据分析、误差分析及最终实验考试情况等多方面的评价，教师可以综合、公正地给出学生实验总评成绩，见表1。另外，在平时实验考核中也可以加入一些其他考核指标，比如学生在实验中的协调能力和相互合作精神，实验结束后的仪器及桌面整理、室内卫生打扫等情况，考查学生学习态度和责任心。

表1 “大学物理实验”成绩评定标准 %

三、农林院校“大学物理实验”课程考核方法改革的效果

通过农科专业学生4轮的“大学物理实验”课程考核方法试点，“大学物理实验”课程教学效果得到了普遍的提高，主要体现在以下2个方面。

一方面，学生的学习效果得到了明显改善，主要体现在平时实验报告和期末考试成绩2个方面。学生平时的实验报告成绩从原来的不足80分增加到了目前的83分；期末考试及格率达到了99.2%，体现了新考核方法的科学性。

另一方面，学生学习积极性得到了充分调动，对“大学物理实验”课程的兴趣有了很大的提高。实验课课堂上教师认真细致的引导赢得了学生的尊重，学生敷衍实验的现象明显减少。学生通过预习、思考和操作，发现实验中存在的问题，及时解决问题，真正在实验教学过程中学到了相关的知识和操作技能，从而达到“大学物理实验”教学目的，在一定程度上也体现了新考核方法的有效性。

总之，“大学物理实验”课程是培养学生动手能力、思维能力及创新能力的一门重要的基础课程。系统有效地开展实验技能的训练会使学生受益终身，而且有利于培养学生的动手能力、理论联系实际能力及创新意识。

［1］龙卧云.农科大学物理自主探索式教学的探讨［J］.现代教育技术，2009，19（1）：269-270.

［2］原安娟，丁晓红.大学物理实验考核方式评价［J］.大学物理实验，2009，22（1）：117-119.

［3］匡代洪，张建秋，古丽娜，等.高等农林院校大学物理实验教学改革与探索［J］.实验室科学，2011（6）：56-58.

［4］刘书华，郭卫，王保柱，等.大学物理实验课改革初探［J］.河北农业大学学报：农林教育版，2003（1）：25-26.

［5］李玲，麻则运.独立学院大学物理实验教学现状及改革［J］.大学教育，2013（9）：121-122.

［6］杨强，马琳.大学物理实验学生成绩考核方法的探究［J］.长春大学学报：自然科学版，2008（8）：96-98.

［7］陈丽敏，吕灵燕.大学物理实验考试改革与探究［J］.湖北科技学院学报，2014（8）：10-11.

［8］王国栋.大学物理实验［M］.北京：高等教育出版社，2008：4-7.