大学物理实验课程操作考试的实践与分析

李佳隆，舒　峥，郑荣炜，李晓云，柴志方

(华东师范大学 物理系，上海 200241)



大学物理实验课程操作考试的实践与分析

李佳隆，舒峥，郑荣炜，李晓云，柴志方

(华东师范大学 物理系，上海 200241)

利用SPSS软件对2014级本科生大学物理实验II课程操作考试试卷进行分析，结果表明：该试卷具有一定的信度值，且难度合理、区分度较好.考试结果分析表明：考试内容能反映学生对于实验设计、操作、分析及处理等实验能力的掌握，且契合课程培养目标. 建议今后应加强实验方法和理论的教学，注重学生科学实验的素质培养，促进学生养成主动分析判断的习惯.

实验操作考试；试卷分析；SPSS

自2010年以来，为了适应学校拔尖型人才培养的要求，我校物理实验中心从授课形式、考查方式等方面对大学物理实验课程作了一定调整. 本文选取部分2014级本科生实验操作考试试卷作相关分析，并对我校大学物理实验操作考试的实践情况进行总结，以揭示其对今后教学的启示.

1　考试方式简介

操作考试是检验学生实验学习效果的有效方式之一. 然而，若操作考试考核的内容仅仅是让学生重复已做过的实验，学生则只要记住操作步骤即可[1-4]，这难以准确地反映学生的实验设计能力和操作能力，也难以对学生的实验学习进行有意义地引导. 为此，物理实验教学中心在开展操作考试时，以原有实验内容为基础进行拓展延伸命制试题，另外，由于仪器数量的限制，物理实验教学中心无法满足同时修读的学生在同一时间考同样的内容，命制了多个题目，由学生抽签选择考题，并且分批次进行考试. 每一场考试时间为40min.

2　对象与方法

2.1对象

我校2014级修读大学物理实验课程的本科生180人参加了期末考试，随机选取了2个实验的答卷(共80份)进行统计分析.

2.2方法

依据教育统计和教育测量的理论、方法，对80名考生的总成绩及每道题的答题情况用SPSS软件进行统计分析.

3　试卷分析

本考试从学生做过的12个实验中选取了难度大致相当的4个实验略加提高后，命制成试卷. 试题属于不完全设计题目，学生需根据新的实验情境设计并完成实验操作，最终上交报告.

3.1试卷基本情况

4套试卷结构大致相同，其具体内容虽不同，但都从固定的维度考查了学生的实验素养和能力. 试卷满分100分. 选取的2套试卷分别为“采用光学方法测量所给液体的折射率”(实验一)和“测量RLC串联电路中LC两端的电压随频率f变化的曲线”(实验二)，考查分布见表1. 由表1可知2套题目考查的内容较全面，结构较合理.

表1　试卷结构

3.2考试成绩分布

选取的80份试卷平均成绩为63.84分. 鉴于2套试卷考查内容较为一致，将整体成绩分布总结为表2，成绩分布图如图1. 从表2和图1看来，成绩有高斯分布的趋势. 统计发现：实验一及格率为66.67%，优良率达24.45%；实验二及格率为60%，优良率达22.86%.

表2　物理实验成绩频数分布

图1　成绩分布直方图

3.3试卷质量分析

3.3.1难度

表3　难度系数表

3.3.2区分度

采取极端分组法计算试题各指标的区分度D：将排名前27%的学生划为高分组，排名后27%的学生划为低分组，最后按Di=(XiH-XiL)/(Hi-Li)计算区分度，其中Di表示第i题的区分度,XiH表示第i题高分组的平均得分,XiL表示第i题低分组的平均得分,Hi表示第i题的最高得分,Li表示第i题的最低得分. D的评价指标：D>0.4优秀，0.3

表4　两试题的区分度

经计算，两实验总体区分度分别为0.63和0.66，说明这2套试题均达到了较好的效果.

3.3.3信度

鉴于本试卷均为自由答题，故采用克伦巴赫α系数计算其信度较为合适. 一般认为[5]，课程结业考试要求信度在0.5～0.9之间. 统计分析得两实验试题的克伦巴赫α系数分别为0.76和0.72，故认为本次考试成绩可以依赖.

4　学生考试情况分析

4.1实验一的答题情况

实验要求：1)写出实验方法和必要的计算式；2)写出必要的实验步骤;3)记录必要的实验数据； 4)处理实验数据，给出结果.

表5给出了该实验各部分的得分情况，并计算了方差和离散系数.

表5　实验一的具体情况

注：离散系数为标准差与均值之比，一般认为其值在0.15～0.2之间较小.

4.1.1实验方法

该项实际考查用牛顿环测凸透镜曲率半径的实验方法，目的在于检测学生是否掌握“用相对级次代替绝对级次”的实验方法，具体要求：1)报告中要有相关推导并得出公式；2)有待测量说明. 实际上，要求1)可看做是一种实验报告素养的体现. 统计结果如图2～3所示. 可见，学生大都能掌握牛顿环的实验方法并加以运用，但仍然有近30%的学生未掌握该实验方法，故今后的教学中要加强实验方法、原理的教学. 从待测量说明一项来看，学生的实验报告素养较好.

图2　实验方法完成情况考查统计图

图3　待测量说明完成情况统计图

4.1.2实验的关键步骤

该项要求学生呈现关键的操作步骤，具体要求：1)写出操作步骤；2)写明“不能有螺距差”；3)写明“目镜与叉丝与干涉环相切”. 要求1)考查学生的实验操作，2)3)两项与1)构成包含关系(即步骤中必须写出)，考查学生对实验关键细节的掌握情况，某种程度上也属于对实验方法的考查. 统计发现：能写出实验步骤者占100%，其中能清晰写出步骤者91.11%，要求2)3)完成情况见图4～5.两者都写明且步骤清晰者只占20%. 可以看出，学生对实验步骤基本上掌握过关，但是过半的学生对其中的关键步骤掌握欠佳，能较好完成该项的学生所占比例较低，在牛顿环实验的教学中应当提醒学生对这两处的理解，重视对细节处的学习.

图4　考查项2)完成情况统计图

图5　考查项3)完成情况统计图

4.1.3数据处理

本项考查学生对数据的记录与处理，重点考查列表法，要求：1)设计表格；2)数据估读位数正确；3)数据记录及其质量(分4档：>6环、4～6环、2～4环、<2环). 统计结果见图6～9. 可见，学生对列表法记录数据掌握良好，知道本实验的精确位数，读数较准确. 但数据质量差异大，可能是实验方法不恰当，还有部分学生在单位上丢分，这可能是因为考试慌张或平时实验没注意细节.

图6　表格有无的统计

图7　表格质量统计图

图8　数据及质量的统计

图9　单位缺失情况分布

4.1.4结果分析

该项要求：1)有相关处理过程或解释说明；2)呈现实验结果. 统计结果如图10～13所示.

图10　过程、解释有无的分布

图11　过程、解释的统计结果

图12　实验结果质量的统计

图13　结果不合格者数据完成情况

从结果来看，只有近两成学生能准确呈现实验结果,且实验数据处理方法基本正确，结果不合格者有71.11%，其原因或在于实验方法不理想，或因逐差法的数据间隔不大，误差抵消失败；测不出实验数据；作为实验报告的呈现(科学素养体现)，学生应该分析实验的成功、失败、误差来源以及自己为了抵消误差用的什么方法等，遗憾的是只有5名学生分析了失败的原因或实验体会.

4.2对实验二的简要分析

采用类似方法分析实验二，见表6.

表6　实验二的整体情况

5　讨　论

我校的实验操作考试有以下特点：1)以学生做过的实验为基础进行拓展，学生在规定的时间内完成实验与报告的书写，借此考查独立实验的能力；2)实验一定程度上能考查其创新能力，学生经过适当分析后再实验，也就考查了分析与研究能力；3)学生用已学到的实验方法和技能等完成考试，是将理论和实际相联系的体现. 大学物理实验的培养目标要求[6]：培养学生的基本科学实验技能，提高其实验素质，让学生掌握基本实验方法和思想，培养学生独立实验能力、分析与研究能力、理论联系实际的能力和创新能力. 可见，我校的实验操作考试能反映培养目标的要求.

从考试成绩以及考核指标分析的情况来看，2套试卷具备一定的信度值，其难度合理，区分较好，能将不同层次的学生区分开. 考核指标包括实验方法、实验步骤与操作、数据处理能力、实验结果分析与运用4个方面，均围绕培养目标而制定. 综合来看，试卷质量合格，能体现对培养目标的考核，检验学生是否达标. 统计发现，操作考试的及格率超过60%，优良率在22%以上，但离散系数较大，学生的掌握水平差异较大，从分数集中情况来看，我校2014级本科生对本门课程的掌握程度总体符合期望.

综上可认为，我校物理实验中心的培养模式兼顾学生基本的实验技能、实验素质、实验方法等方面能力，且有一定成效. 但从考试结果也发现一些问题，如：部分学生实验方法掌握不牢，学生的基本科学素质有待进一步提高，学生不擅于对实验进行分析总结等. 鉴于此，提出以下建议：

第一，应加强实验方法和理论的教学. 学生掌握了一定的实验方法后才能在今后的实验、工作中运用，触类旁通，为后续学习提供帮助. 从前文分析来看，部分学生对实验方法的掌握不尽人意，对实验涉及理论知识一知半解，故教师在教学中应该加强实验方法的教学，讲清内涵外延，不忽略每个细节，建议加强日常实验教学的评价，及时发现问题. 学好实验方法也是对理论知识的巩固，学习时不能不求甚解，建议学生在预习课上先自主学习，后相互讨论. 教师点拨讲解，进行启发式教学，要特别注重对实验方法的强调.

第二，教学要注重学生科学实验的基本素质. 分析发现，学生在实验过程中还存在不严谨之处，表现在不用尺规作图、忽略实验细节、漏写单位等方面. 在平时的教学中，教师应该帮助学生训练这一方面内容，严格要求.

第三，今后教学应促进学生养成主动分析判断的习惯. 理论上讲，学生应该运用所学知识对实验现象和结果进行初步地分析判断、得出结论，对实验失败或未在规定时间内完成实验任务的学生更该如此，然而很多学生未在实验报告中作分析. 平时教学中，教师应该训练学生的分析能力，建议开展探索性的综合性实验，多提出引发学生分析思考的问题. 例如教师可以搜集学生在实验中遇到的问题，供大家在实验后的讨论课上思考讨论，对积极发言的学生有一定的奖励.

最后，操作考试需再进行调整. 分析发现，学生实验水平离散系数很大，中、低分段学生在实验方法掌握一项得分普遍低，导致后续实验进行不顺利，得分极低，故有的考查项区分度达到1.00. 可见实验关键是对方法的掌握，若学生实验方法错误，必会影响后续考试，乃至整体评价. 鉴于此，建议考试在进行15min左右时，教师可向未得出实验方法的学生提供所需要的实验方法，但评定成绩时扣除相应分数，或借鉴Alevel考试的形式：将“理论分为设计和数据处理、实践操作单独考查”的模式，单独考查各方面，兼顾各层次的同时又各有侧重[7].

6　结束语

通过分析试卷发现，我校的考核方式在一定程度上具有较好的测试作用，同时我校学生大学物理实验成绩基本能够达到培养目标，但其中仍存在一些不足，今后的教学工作应该围绕提高学生的科学实验素养进行，培养出社会需要的人才.

[1]李林，施芸城，钟宏杰. 物理实验课不同考核方式的改革与实践[J]. 大学物理，2010,29(2):43-46.

[2]黎珉，洪炜宁，钱良存，等. 大学物理实验综合性考核方式的实践[J]. 大学物理实验，2011,24(2):104-106.

[3]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，2014,34(8):10-11.

[4]朱红，王伟，原所佳. 大学物理实验课程考核方式的探索和实践[J]. 实验科学与技术，2011,9(4):108-111.

[5]宋立新. 教育统计方法选例[M]. 长春：吉林人民出版社，2003.

[6]教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会. 理工科类大学物理实验课程教学基本要求[M]. 北京：高等教育出版社，2010：15-17.

[7]黄隽，柴志方.Alevel物理实验评价体系分析与启示[J]. 物理实验，2015，35(11)：19-23，28.

[责任编辑：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,四川广元人,华东师范大学物理系2014级硕士研究生，研究方向为物理实验教学．

指导教师：柴志方(1977-)，男，河北邢台人，华东师范大学物理系副教授，博士，从事物理实验的教学与研究工作.

G642.423

B

1005-4642(2016)08-0025-06