信息技术下《大学物理实验》在线考核的实践与研究

张德根 赵江东 张志林 胡训美

皖西学院实验实训教学管理部 安徽六安 237000

实验考核是实验教学中的重要环节,也是检验实验教学效果的重要手段,采取合理的实验考核方式才能准确地获取教与学的相关信息。随着信息技术的发展,《大学物理实验》课程的教学与考核呈现多元化发展[1-4]。自2018年以来,皖西学院基础物理实验中心积极开展调研活动和提升信息化应用水平,探索信息技术下的《大学物理实验》考试模式改革,依托省级虚拟仿真实验教学平台,逐步完善考试模式改革方案。目前《大学物理实验》在线考核一直在稳步实施中,深受授课教师和学生的青睐,截至目前,我校基础实验中心共完成约15000人次的机考工作。本文是对我校2021级理工科学生的《大学物理实验》在线考核实践情况进行分析与总结,主要介绍我校在《大学物理实验》课程考核中利用智能信息化技术、结合虚拟仿真实验平台、采取“笔试机考+仿真操作”的考核模式等方面做出尝试性的改革工作。

1 在线考核的实践

《大学物理实验》在线考核对象为皖西学院2021级理工科学生,涉及我校电子信息科学与技术、电气工程及其自动化、材料科学与工程等15个专业,共26个班级。其中,2022年春学期《大学物理实验1》的考试人数为960名,2022年秋学期《大学物理实验2》的考试人数为298名,2022年秋学期《大学物理实验2》《大学物理实验3》的考试人数为476名,考核方式均为“笔试机考+仿真操作”,即在规定时间60分钟内完成上机笔试和物理仿真实验操作。《大学物理实验1》的考核内容为2022年春学期开设的7个实验项目,包括测量与误差处理(含绪论)、物质密度测定、示波器的原理和使用、物理仿真实验(单摆)、光的等厚干涉、测定冰的熔解热和物理演示实验,以及3个仿真实验(用单摆测重力加速度、示波器实验和干涉法测微小量)全部进行考核。《大学物理实验2》的考核内容为2022年秋学期开设的6个实验项目,包括固体导热系数的测定、分光计的调节与使用、液体黏滞系数的测定、杨氏模量的测定、气体声速研究和磁场的描绘,以及4个虚拟仿真实验项目(分光计实验、拉伸法测金属丝的杨氏模量、声速的测量和极端条件下气体声速研究)全部进行考核。《大学物理实验2》《大学物理实验3》的考核内容是在《大学物理实验2》的基础上增加了6个实验项目,包括迈克尔逊干涉实验、超声光栅测声速、电桥法测电阻、动态法测磁滞回线、密立根油滴实验和弗兰克—赫兹与光电效应实验。《大学物理实验》的考核内容严格按照教学大纲执行,每个实验的考核分值可以适当参考该实验的实际学时数,2022年春、秋两学期的《大学物理实验》项目名称及学时数见表1。

表1 《大学物理实验》项目名称及学时数

为了《大学物理实验》课程在线考核顺利进行,开考前应在多个方面做好充分准备。首先是《大学物理实验》考试命题工作,《大学物理实验》课程机考通常有四种题型,其中单选题、多选题和判断题由物理实验中心各个实验项目指导教师负责完成命题,仿真操作题是从物理实验考试与自动判卷系统抽取,然后将各类题型进行整合,组成满分100分的试卷。由于我校文科综合中心机房电脑数量的限制,只能同时满足200余人的考试,所有应考学生无法在同一时间参加机考,需要分批次进行考试。为了防止学生作弊、考题泄露等情况发生,通常要求每场机考至少组6套试卷,从而进一步降低考卷试题的重复率。对于每场1个小时的机考,通常一天时间可完成1000余名同学的在线考核任务,相对实验操作考试而言可大大减轻了教师的监考负担,同时机考监考相对实验操作考试监考要轻松许多。其次是合理地引导学生复习备考。《大学物理实验》课程在线考核之前通过基础实验中心网站发布考核通知,主要包括考核时间、地点、考核内容、考核要求等相关注意事项。对于仿真操作题的考前复习,学生需要自己下载和安装虚拟仿真实验大厅,方便学生在考试前可以随时进行仿真实验的操作练习。提醒学生在仿真操作题答题过程中需要如实地进行仿真操作,只填写实验数据不得分;提交测量数据结束操作之后如需要重做,第二次的操作成绩需高于第一次的操作成绩才能替换原来的测量数据,这是因为仿真操作题评判系统只取答题成绩最高的那次;仿真操作填写完实验数据之后,实验仪器应保持测量状态,不要关闭电源及拆除连接线等操作。最后是做好其他事项安排,比如考试机房的协调安排、考试软件安装与测试、教师监考安排、座位号的张贴、提醒学生不能携带手机进入考场,等等。实验考试大厅和虚拟仿真实验大厅登录界面如图1和图2所示。

图1 实验考试大厅登录界面

采取“笔试+机考”的考试形式,减轻了授课教师的阅卷负担,在具体实践过程中需要注意以下几点:

(1)要加强《大学物理实验》试卷库建设[5],确保考试题目的严谨性和准确性,不能出现错题、有歧义影响学生答题的状况。机考试题应注意将实验理论、原理与具体操作结合起来,把学生实验中遇到的实际问题、看到的实验现象、实验报告中常出现的错误总结出来,以试题形式反馈给学生,适当加入一些与学生专业知识背景相关的考题。

(2)由于学生参加机考是分批次进行,因此参加考试中一定要严禁学生携带手机,防止学生偷拍考题,造成泄题等情况出现。

(3)仿真操作题答题中填写实验测量数据后,务必保持实验器材为测量状态,不需要像平时实体实验后整理仪器。

机考具体实施过程中会出现其他一些问题,如考生电脑故障无法考试、网络不畅等情况,一般以学生为本,确实属于电脑软硬件故障可让学生重新参加下一场次的考试。少数学生由于生病或其他特殊情况,允许他们后期参加补考,确保所有同学能够顺利完成课程的期末考试。

2 质量分析

采取“笔试机考+仿真操作”的《大学物理实验》课程考核模式,打破了传统操作考试的局限,促进学生课堂积极实验和课外虚拟仿真,通过对实体实验和仿真实验资源的整合,让信息技术下的物理实验考试模式改革具有实用性和可操作性,有利于更加全面、准确地对学生进行实验考核,为客观实际地评价学生的实验能力提供依据。笔试机考结束后,教师可从实验教学考试系统一键导出所有考生的考试成绩详情。如表2、表3和表4所示,三次考试中判断题得分率较高,学生的实验基本理论知识掌握较好;仿真操作题得分率较低,学生的实验动手能力还需进一步加强。由于部分虚拟仿真实验仪器界面与实体实验仪器设备有一定的差异,少数学生考前没有认真进行仿真操作练习,也是仿真操作题得分较低的原因。

表2 《大学物理实验1》机考试卷题型得分情况

表3 《大学物理实验2》机考试卷题型得分情况

表4 《大学物理实验2》《大学物理实验3》机考试卷题型得分情况

从表5、表6和表7的笔试机考成绩统计分布可以看出,三次考核成绩呈正态分布,考试难度适中,考试内容全面,其中《大学物理实验2》《大学物理实验3》机考成绩平均分偏低,总体来说能客观反映学生的实际学习情况。其中60～70分的居多,说明学习成绩中等的学生较多,反映出大部分学生平时上课听讲认真,考前也做了充分的准备。从考试具体情况来看,学生对物理实验的基本理论知识掌握不够扎实,实验教学的全过程要引起授课教师高度重视,通过实体操作和虚拟仿真相结合,完善物理实验教学方法,提高实验教学水平。在今后的教学过程中,教师要注重学生应用能力和动手能力的培养,加大对学生学风的正确引导和有效监控。

表5 《大学物理实验1》笔试机考成绩分布

表6 《大学物理实验2》笔试机考成绩分布

表7 《大学物理实验2》《大学物理实验3》笔试机考成绩分布

我校“大学物理实验”课程总成绩按照平时成绩占60%、机考成绩占40%进行合成。通过每位同学的平时成绩和考试成绩对比,可以发现绝大多数平时成绩优秀的同学机考成绩排名也很靠前,说明这些学生平时能够严格遵守实验要求、正确操作和使用实验仪器设备、仔细观察实验现象、准确记录实验数据、课后认真撰写实验报告等。平时成绩较差的同学对物理实验课程不够重视,他们的机考成绩也偏低。学生在机房参加《大学物理实验》机考如图3所示,学生考后的答题考卷详细信息如图4所示。

图3 学生在机房参加《大学物理实验》机考

图4 学生答题考卷详细信息

3 问卷调查

针对参加考试的同学进行满意度调查,其中,85.3%的同学对目前《大学物理实验》课程考试采用“笔试机考+仿真操作”形式非常满意或比较满意;87.4%的同学认为本次考试能够全面考查或较为全面考查所学内容;86.6%的同学认为本次课程考试中考题题型及分值设置非常合理或比较合理;部分同学提出“扩展实验学习内容,增加综合性、设计性实验项目、加大实验考试难度”等建议,我们将在以后的实验课程教学和考核过程中积极采纳,如图5、图6所示。

图5 在线考核满意度调查

图6 机考题型设置满意度调查

结语

采取“笔试机考+仿真操作”的《大学物理实验》考核模式,打破了传统操作考试的局限,促进学生课堂积极实体实验和课外虚拟仿真;通过对实体实验和仿真实验资源的整合,让智慧课堂下的物理实验考试模式改革具有实用性和可操作性,有利于教师更加全面、准确地对学生进行实验考核,为客观实际地评价学生的实验能力提供依据,可为其他实践类课程考试提供一种参考。通过《大学物理实验》考试模式改革,运用网络信息化技术,评价学生的学习状况及教学质量,为教师制订合适的实验教学方案提供参考,激发学生学习物理实验的主动性。合理地对学生的综合实验能力进行评价有利于为教学提供反馈,从而激发学生对物理实验的学习兴趣,使学生广泛参与到物理实验中来,促进物理实验教学改革,不断提高《大学物理实验》的教学质量。