实验报告结构化评阅探索与研究

朱燕红, 戴 斌， 史美萍, 谢海斌

(国防科学技术大学 机电工程与自动化学院， 湖南 长沙 410073)

实验报告结构化评阅探索与研究

朱燕红, 戴 斌， 史美萍, 谢海斌

(国防科学技术大学 机电工程与自动化学院， 湖南 长沙 410073)

实验报告是实验过程的总结与提升,也是实验的一个重要环节，但其重要性往往被忽略。该文分析了传统实验报告评阅方式存在的主要问题，针对性地提出3种解决措施：实验报告过程监控、报告评阅结构化建模和统计学数据分析，并结合国防科学技术大学机电工程与自动化学院控制系统实验室的实践经验，对实验报告结构化评阅进行积极的探索与研究。

实验报告；结构化评阅; 过程监控；结构化建模

实验教学在工科类高等教育中占有重要地位,各种教学改革措施随着创新实践教学改革的呼声纷纷涌现[1-3],从实验中心硬件、软件的改善到各种教学体系的探索,取得了丰硕的成果[4]。而实验报告环节作为实验过程的总结提升环节,其重要性却常被忽略。实验报告对实验的全过程进行分析和总结,有助于学生更牢固地掌握实验目的、原理,更有助于提高学生的分析能力和文字表述能力,为科研论文打下基础[5-7]。如何科学合理地设计好实验报告环节,以达到实验教学目的,在实践教学过程中应当予以重视并积极探索。

1 传统实验报告评阅存在的问题分析

以国防科学技术大学机电工程与自动化学院控制系统综合实践公共实验为例,通过对传统实验教学过程中实验报告评阅存在的问题分析,探索大型公共实验中实验报告环节的教学改革措施。控制系统综合实践公共实验是控制类研究生的必修基础实践课程,该课程递进式的设置有4个基础实验,旨在让控制类研究生加深对学科分析、设计方法的理解,提高研究生在控制系统分析、设计、仿真与调试的理论与实践水平。2009年至2016年春,培养人数稳定在70～90人,一般分为10个班次展开实验,是典型的中大型公共基础实验。

传统的实验教学流程一般为:教师课前板书讲述实验目的等具体内容、学生动手完成实验、教师验收、课后撰写实验报告、教师集中纸质报告批阅、发放实验报告。就实验报告评阅而言,这样的流程存在以下问题:

(1) 教师评阅实验报告与实验过程分离,全凭印象不可能记住学生的实验特征,尤其对于大型公共实验,实验班级人数多,教师很难细致批改,导致一些有特殊意义的实验数据和方法被掩盖。

(2) 实验报告评阅主观性强,随机性强。在大型公共实验中,教师通常面对多达几百份实验报告,每份报告只能停留约1 min时间,不能仔细斟酌,只能凭整体印象给分,导致成绩评定不客观,且基本只能利用零碎的时间,受情绪、学生偏爱等主观因素的影响,不能前后连贯形成稳定的评阅风格,导致评阅过程不公平。

(3) 缺少数据统计分析。传统流程里评阅完后发给学生,年复一年流于形式,缺少对实验成绩的细致分析,没有总结提升,没有起到对教学的促进作用。

针对传统实验教学流程中实验报告环节存在的问题,摸索出一套行之有效的解决途径,主要包括3个方面:

(1) 实验报告过程监控。动态实验数据库进行实验过程存储和选择回放,实验报告与实验过程有机联动。

(2) 实验报告评阅结构化建模。构建标准的实验报告评阅模型,细化评分因素,尽量减少主观性和随机性带来的不良影响。

(3) 采用SPSS或者Excel软件进行深入的统计学数据分析,有效地发挥实验报告对教学的促进作用。

经过实践证明,这一方法准确、有效地解决传统流程中存在的3个问题,取得了良好的实践效果。

2 构建动态实验数据库 实现实验报告过程监控

国防科学技术大学控制科学与工程研究生综合实验中心在“十一五”和“十二五”期间已经建成比较完善的软、硬件环境,尤其是软环境在信息化建设上一直进行积极的探索,建设了基于FTP的服务器数据传输存储体系,这一点也为在中心开设实验课程的实验报告过程监控提供了条件。

为了方便实验过程的数据传输和存储,实验中心建设了基于专用服务器的数据传输存储系统,通过局域网与实验室其他工作电脑相连,在局域网上安装文件传输软件来实现数据的存储、传输和下载,文件通过构建客户机/服务器系统进行传输,保证了数据传输和存储的安全性,轻松实现实验数据的热备份[8]。

基于FTP在服务器端为需要监控的实验课程建立一个存储路径,以课程名字命名构建一个专属的动态实验数据库,学生在实验终端以自己的组别信息建立个人文件夹并发送到实验数据库。可以在实验过程中随时把各个阶段性实验结果的数据发送到实验数据库,教师在服务器端及时维护和整理学生上传的实验数据,保证实验数据库的及时动态更新,并在评阅实验报告时根据需要选择性回放。此外,实验中心基于局域网构建了电子教室,教员可以在教师端监控学生实验过程,及时发现学生实验过程中的错误,并督促学生及时把阶段性实验成果发送到指定的实验数据库。

学生一般在实验全部结束后才写实验报告,等实验报告收齐后再交给教师统一评阅。这一过程需要较长的周期,教师很难记得每份报告的实验过程,而忽略一些需要特别关注的实验报告。通过过程监控的途径,教师可以在动态的数据库中备注信息,并在评阅过程中根据实验报告的提示随时回放,有效地解决了实验过程和报告评阅间脱节的问题。

3 建立细化模型 进行实验报告结构化评阅

通过对各大高校实验课程的统计分析,大致把实验分为几种类型:基本技能型、设计型、验证型、演示型、综合型,根据实验类型不一,实验报告的模块结构也各不相同[9-10]。如基本技能型主要使学生掌握某种常用设备的使用方法,实验报告中应体现具体操作步骤；验证型实验报告应包括仪器设备介绍和实验数据记录、处理及结果。

3.1 模块划分及基于模块独立评分

高等教育的实验教学中一般以设计型实验为主,以控制系统综合实践公共实验为例,进行模块划分。本课程递进式地设置4个独立实验,即基于Simulink的动态系统建模与仿真(实验1)、多功能信号发生器的快速原型设计(实验2)、步进电机开环控制系统快速原型设计(实验3)和步进电机闭环控制系统快速原型设计(实验4)。实验1和实验2主要基于Simulink进行仿真设计；实验3和实验4结合dSPACE和Control Desk进行快速原型设计,都属于设计型实验。实验报告划分的模块包括设计思想、模型截图和介绍、设计过程中遇到的问题与处理方式、实验过程的体会与建议。

根据以上模块,分别独立地给出模块成绩,这样看似增大工作量,实则不然。评阅教师对每个模块都相当熟悉,针对模块给分基本不需要考虑时间,也不会因为受到干扰打断思路导致需要重新查看前面的整篇报告,节省了各种纠结和反复的时间,同时减少评阅教师脑力消耗,提高了整体效率。

3.2 综合成绩评定

基于各个模块的独立评分表格,评阅教员需要根据实验的具体情况合理设计权重、加权计算综合成绩,并根据加权成绩划分实验报告等级,上报至课程体系上一级。

合理设计权重:根据每个实验的难度和重要性设计权重、根据实验中每个具体模块的难度和重要性设计权重。控制系统综合实践公共模块的4个实验存在递进关系,实验3和实验4难度较大,占的权重应大于实验1和实验2,实验中的各个模块重要性在同一平面,因此这份评阅结果中设计实验一和实验二比重分别0.2,分别独立划分成5个模块,每个模块权重为0.04；实验3和实验4比重分别0.3,分别独立划分成6个模块,每个模块权重为0.05。因此,最后建立的综合评分模型为:

(1)

其中SUM为综合成绩,Mij是实验i第j个模块的独立成绩,Pij是实验i第j个模块的权重,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。得到每位学员的综合成绩后,根据需要的档位划分等级。一般情况下,把90分以上的划为优,80～90为良,70～80分为中,60～70分为及格,60分以下为不及格。受篇幅限制,仅以10∶1的比例截取实验报告评阅表(见表1)。

表1 模块独立评分

对实验报告进行实验类型、模块划分、模块独立评分、合理设计权重、综合成绩、实验报告等级划分等工作后,使各个环节在内容上紧紧相扣,形式上相互独立。建立一套完整的模型后,评阅教师可以利用零散的时间来完成这项工作,不仅节省脑力消耗,也能减少主观因素带来的评分不公平。至此,实验报告的主体工作已经完成,很多课程都可以把这个成绩上交至上一级课程体系。然而,不注重总结提升的方式,会导致实验年复一年重复,这样大劳动量的评阅实验报告仅针对此次课程做出一个终结,并不能对下一轮实验起到启示作用。因此,对实验报告的评阅结果进行统计学分析[11-13],也是很重要的一项研究内容。

4 进行统计学分析,注重总结提升

本学期采用了2种不同的授课模式,主要在讲授方式上有所不一样。在这里用A组和B组来表示。A组采用课前一次性讲解演示的方式,学生自己把控实验过程的时间,进度快的学生留有拓展的余地；B组采用一步一讲模式,实验过程统一把控,在一个小实验中重点辅导进度慢的学生,使其跟上统一节奏。

利用excell统计函数(见图1),可以得到以下结论:

图1 相关系数统计分析

平均值:A组学生综合成绩平均值79.98分,B组学生综合成绩平均值80.45分,表明2种方法对整体成绩影响不大。

方差:A组学生方差36.54,B组学生方差21.53。方差和标准差是用来描述一组数据离散情况的常用统计量,用来表征数据的离散程度,数据越大,表征组数值分布越不均匀。因此,A组采用的课程讲授方法使得实验结果更具有区分性,更能体现不同学生间的水平差异。

相关系数:A组学生和B组学生的两组成绩数据相关系统高达0.902,相关系数是两个样本间的相关程度,取之从-1到+1表征负相关、零相关到正相关。通常情况下,相关系数绝对值在0.7以上为密切相关,0.3～0.7之间为中等相关,0.3以下为不相关。因此,2组样本是密切相关的,基于密切相关的2组样本之间的统计学分析是可信的。

5 结语

实验报告的评阅因其工作量大、效果不突出,其重要性经常被忽视,也鲜有人探讨研究这方面的问题。需要认真地批阅每一份实验报告,这是对工作的负责,亦是对学生的尊重。学生的努力成果得到认真、公平、公正的评判,才能调动其积极性,认真地对待下一次实验。若优秀的实验报告被一带而过、马虎的实验报告可以蒙混过关,必将给学生心理带来不正确的引导。教学工作是育人工程,每一个环节都很重要,因此不流于形式的实验报告评阅,才能使实验教学进入良性循环,促进实验教学质量不断提高,真正为育人工程增砖添瓦。

References)

[1] 左铁镛.高等学校实验室建设的作用与思考[J].实验室研究与探索,2011,30(4):1-5.

[2] 蒋德珑,王克文,尹淑萍.研究生创新实验实践基地建设的探索与研究[J].实验室科学,2011,14(3): 164-166.

[3] 王洪.教学实验室信息化管理研究与建设[J].中国教育技术装备,2012(2):20-22.

[4] 朱燕红,史美萍,谢海斌.dSPACE实验系统的开发与实验设计[J].实验技术与管理,2015,32(11):125-127.

[5] 刘凯. 浅谈如何发挥实验报告对教学的促进作用[J].交流平台,2014(4):166-167.

[6] 李仁兴. 实验报告改革的探索与实践[J].江苏技术师范学院学报,2004,10(2):65-69.

[7] 唐文恒. 实验报告琐议[J].卫生职业教育,2001(10):83-84.

[8] 朱燕红,史美萍,谢海斌.研究生实验教学平台的数字化建设与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(9):215-218.

[9] 骆淑媛. 高校中大型生物综合设计性实验教学的策略[J].实验技术与管理,2013,30(2):94-96.

[10] 赖仕全,岳莉,奚白,等. 化工专业实验报告撰写改革探索[J].辽宁科技大学学报,2013,36(3):327-329.

[11] 刘海燕,刘冬云.基于Excel的高校成绩分析[J].才智.2014(24):7-9.

[12] 高宇飞,吕秀丽,牟海维.基于Excel的电子版实验报告系统[J].科技创新导报,2013(5):213-215.

[13] 任全玉,周海琼.SPSS在高校教学管理及教学评价中的应用研究[J].中国市场.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

国防科技大学研究生教育教学改革研究课题(YJSY2012018)

朱燕红(1985—)，女，湖南长沙，硕士，实验师，主要从事控制学科实验教学研究.

E-mail：zyhbelieve@yeah.net

G542.0

: A

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