物理实验课在大学物理教学中重要度量化标准

杨军

摘 要：通过对大学物理教学课程时间分布的统计，当代的大学物理教学是一种以物理理论知识教学为主要教学课程类别，物理实验课程作为次要教学课程类别的教学体系。大学物理实验课程的教学时长占比较少，但却是大学物理教学体系中不可或缺的重要组成部分，是老师提升教学效果和效率的必要手段。本文章通过对大学物理教学进行数据建模和归因分析，提出一种衡量大学物理实验课程在大学物理教学中重要度的量化标准，以期对大学物理教学体系的改进提供数据化参考。

关键词：大学物理;物理实验;归因分析;数据建模;量化标准

大学物理实验课是我国高等学校理工科本科生必修的基础课程之一，是大学物理教学中重要的组成部分。依据教育部颁发的工科本科物理实验课程教学要求，大学物理实验课一般包涵力学、热学、光学和电磁学等基础性实验。学生通过学习这些实验并完成实验报告，可以更好掌握与实验相关的理论知识，逻辑思维和动手能力也可以得到提升。[1]论文通过对相关数据的收集并使用数据建模和归因分析等方法，提出一种衡量大学物理实验课程在整体大学物理教学中重要度的量化方法。

一、物理实验课数据的收集

成绩考核是督促学生进行全面系统复习、巩固掌握所学课程的重要环节，是检查分析实验教学效果的重要手段，也是此文章作为衡量教学效果的标准。论文使用的数据收集于贵州师范学院物理与电子科學学院，该学院拥有两大类实验室，分别是基础实验室和专业实验室，教学科研仪器完备，是贵州省实验教学示范中心。[2]

大学物理实验课是该学院学生的必修课程，学时设置为120-150分钟，物理系专业学生需要在六个学期内完成，非物理专业学生需要在两个学期内学习部分实验。本文通过追踪学院下四个物理专业班级和四个非物理专业班级，共408人在2019学年对大学物理理论课和大学物理实验课的学习情况来进行分析。具体的数据包括大学物理理论课程平时的作业完成分数与时长，每学期的半期考试分数、期末考试分数以及大学物理实验课的实验报告评分和考试分数。其中物理理论课的考核方法为平时成绩加考试成绩，平时成绩占50%，考试成绩占50%。

二、数据分析与处理

（一）相关性分析

皮尔逊相关系数是用于表示两个变量之间线性相关关系密切程度的一个统计指标。记Y为各个班级所有学生的物理理论课成绩，Z为各个班级所有学生的物理实验课的总成绩，Z1为物理实验报告成绩，Z2为物理实验课考试成绩，M1、M2分别为四个物理专业班级学生的实验报告成绩与考试成绩，N1、N2分别为四个非物理专业班级学生的实验报告成绩与考试成绩。

从表中看出，理论课成绩分别与实验课总成绩、实验课的实验报告成绩和实验课的考试成绩都呈现出很强的正相关性。这说明实验课程与理论课程对物理的教学都有很强的有效性。

若将物理专业学生与非专业学生拆分来看，物理专业学生在实验课上的两种成绩的相关性系数都比非物理专业学生的相关性系数要大。说明对于物理专业的学生，若这些学生能够在实验课上获得较好的成绩，那么他们将比非物理专业的学生更有可能在理论课上获得更好的成绩。

（二）随机森林模型

本文通过在实验课相关数据上建立对理论课成绩的回归预测模型，来构建衡量物理实验课重要度标准的公式。相关性分析中说明了实验课成绩与理论课成绩的强正相关性。因此，论文将实验报告成绩（p1）、实验课考试成绩（p2）、实验课的总学时（p3）、实验课的难度系数（p4）、理论课总学时（q1）、理论课的平时作业成绩（q2）以及理论课的难度系数（q3）作为建模的特征。

三、结论

论文通过对贵州师范学院物理与电子科学学院下八个班级学生在物理实验课与物理理论课上的各项成绩进行追踪，计算出物理实验课与物理理论教学效果的皮尔逊相关性系数。相对于非物理专业的学生，物理实验课对物理本专业学生理解物理理论更加有效，由此也说明了物理实验课程与物理理论课程对物理的教学都有很强的有效性。基于从相关的数据建立的随机森林模型，论文提取了各项数据特征的权值，在构建了大学物理实验课重要度的量化标准公式后，得到此重要度标准值区间为（0.233，0.356），即大学物理实验重要度占整个大学物理教学效果的比重约为23.3%到35.6%之间。

参考文献：

[1]陈冬颖，任红 工科大学物理实验教学改革研究[J]. 合肥学院学报（综合版），2007（07）：35-44.

[2]张立彬，张功，李广平. 哈佛大学有效提升物理教学质量的举措分析[J]. 大学物理，2011（12）：48-53.