大學物理實驗課程操作考試的實踐論文
摘要：利用ＳＰＳＳ軟體對２０１４級本科生大學物理實驗ＩＩ課程操作考試試卷進行分析，結果表明：該試卷具有一定的信度值，且難度合理、區分度較好．考試結果分析表明：考試內容能反映學生對於實驗設計、操作、分析及處理等實驗能力的掌握，且契合課程培養目標．建議今後應加強實驗方法和理論的教學，注重學生科學實驗的素質培養，促進學生養成主動分析判斷的習慣．
關鍵詞：實驗操作考試；試卷分析；ＳＰＳＳ
自２０１０年以來，為了適應學校拔尖型人才培養的要求，我校物理實驗中心從授課形式、考查方式等方面對大學物理實驗課程作了一定調整．本文選取部分２０１４級本科生實驗操作考試試卷作相關分析，並對我校大學物理實驗操作考試的實踐情況進行總結，以揭示其對今後教學的啟示．
１考試方式簡介
操作考試是檢驗學生實驗學習效果的有效方式之一．然而，若操作考試考核的內容僅僅是讓學生重複已做過的實驗，學生則只要記住操作步驟即可［１－４］，這難以準確地反映學生的實驗設計能力和操作能力，也難以對學生的實驗學習進行有意義地引導．為此，物理實驗教學中心在開展操作考試時，以原有實驗內容為基礎進行拓展延伸命制試題，另外，由於儀器數量的限制，物理實驗教學中心無法滿足同時修讀的學生在同一時間考同樣的內容，命制了多個題目，由學生抽籤選擇考題，並且分批次進行考試．每一場考試時間為４０ｍｉｎ．
２物件與方法
２．１物件我校２０１４級修讀大學物理實驗課程的本科生１８０人參加了期末考試，隨機選取了２個實驗的答卷（共８０份）進行統計分析．２．２方法依據教育統計和教育測量的理論、方法，對８０名考生的總成績及每道題的答題情況用ＳＰＳＳ軟體進行統計分析．
３試卷分析
本考試從學生做過的１２個實驗中選取了難度大致相當的４個實驗略加提高後，命製成試卷．試題屬於不完全設計題目，學生需根據新的實驗情境設計並完成實驗操作，最終上交報告．３．１試卷基本情況４套試卷結構大致相同，其具體內容雖不同，但都從固定的維度考查了學生的實驗素養和能力．試卷滿分１００分．選取的２套試卷分別為“採用光學方法測量所給液體的折射率”（實驗一）和“測量ＲＬＣ串聯電路中ＬＣ兩端的電壓隨頻率ｆ變化的曲線”（實驗二），考查分佈見表１．由表１可知２套題目考查的內容較全面，結構較合理。３．２考試成績分佈選取的８０份試卷平均成績為６３．８４分．鑑於２套試卷考查內容較為一致，將整體成績分佈總結為表２，成績分佈圖如圖１．從表２和圖１看來，成績有高斯分佈的趨勢．統計發現：實驗一及格率為６６．６７％，優良率達２４．４５％；實驗二及格率為６０％，優良率達２２．８６％．３．３試卷質量分析３．３．１難度難度指試題的難易程度，是評估試卷質量的主要指標之一．設Ｐ為試卷的難度係數，ｘ為試卷平均分，Ｗ為試卷滿分，則試卷的難度為當Ｐ≤０．３時說明試卷難度低；當０．３＜Ｐ＜０．７時說明試卷難易適度；當Ｐ≥０．７時說明試卷難度高．表３分別給出了２個實驗的難度係數，由此可見２套試卷的難度相當，試卷總體難度適宜。３．３．２區分度採取極端分組法計算試題各指標的區分度Ｄ：將排名前２７％的學生劃為高分組，排名後２７％的學生劃為低分組，最後按Ｄｉ＝（ＸｉＨ－ＸｉＬ）／（Ｈｉ－Ｌｉ）計算區分度，其中Ｄｉ表示第ｉ題的區分度，ＸｉＨ表示第ｉ題高分組的平均得分，ＸｉＬ表示第ｉ題低分組的平均得分，Ｈｉ表示第ｉ題的最高得分，Ｌｉ表示第ｉ題的最低得分．Ｄ的評價指標：Ｄ＞０．４優秀，０．３＜Ｄ＜０．３９良好，０．２＜Ｄ＜０．２９合格，０．１９以下為不合格．表４為試題的區分度，其中１）２）３）表示各項的評分指標．經計算，兩實驗總體區分度分別為０．６３和０．６６，說明這２套試題均達到了較好的效果．３．３．３信度鑑於本試卷均為自由答題，故採用克倫巴赫α係數計算其信度較為合適．一般認為［５］，課程結業考試要求信度在０．５～０．９之間．統計分析得兩實驗試題的克倫巴赫α係數分別為０．７６和０．７２，故認為本次考試成績可以依賴．
４學生考試情況分析
４．１實驗一的答題情況試題：當透鏡與顯微鏡平臺之間的介質折射率為ｎ時，第ｋ級牛頓環的直徑Ｄｋ與牛頓環的曲率半徑Ｒ、入射光波波長λ之間滿足的關係為Ｄ２ｋ＝４ｋＲλ／ｎ．要求使用所給器材，測量所給液體的折射率．實驗要求：１）寫出實驗方法和必要的計算式；２）寫出必要的實驗步驟；３）記錄必要的實驗資料；４）處理實驗資料，給出結果．表５給出了該實驗各部分的得分情況，並計算了方差和離散係數．４．１．１實驗方法該項實際考查用牛頓環測凸透鏡曲率半徑的實驗方法，目的在於檢測學生是否掌握“用相對級次代替絕對級次”的實驗方法，具體要求：１）報告中要有相關推導並得出公式；２）有待測量說明．實際上，要求１）可看做是一種實驗報告素養的體現．統計結果如圖２～３所示．可見，學生大都能掌握牛頓環的實驗方法並加以運用，但仍然有近圖２實驗方法完成情況考查統計圖３０％的學生未掌握該實驗方法，故今後的教學中要加強實驗方法、原理的教學．從待測量說明一項來看，學生的實驗報告素養較好．４．１．２實驗的.關鍵步驟該項要求學生呈現關鍵的操作步驟，具體要求：１）寫出操作步驟；２）寫明“不能有螺距差”；３）寫明“目鏡與叉絲與干涉環相切”．要求１）考查學生的實驗操作，２）３）兩項與１）構成包含關係（即步驟中必須寫出），考查學生對實驗關鍵細節的掌握情況，某種程度上也屬於對實驗方法的考查．統計發現：能寫出實驗步驟者佔１００％，其中能清晰寫出步驟者９１．１１％，要求２）３）完成情況見圖４～５．兩者都寫明且步驟清晰者只佔２０％．可以看出，學生對實驗步驟基本上掌握過關，但是過半的學生對其中的關鍵步驟掌握欠佳，能較好完成該項的學生所佔比例較低，在牛頓環實驗的教學中應當提醒學生對這兩處的理解，重視對細節處的學習．從結果來看，只有近兩成學生能準確呈現實驗結果，且實驗資料處理方法基本正確，結果不合格者有７１．１１％，其原因或在於實驗方法不理想，或因逐差法的資料間隔不大，誤差抵消失敗；測不出實驗資料；作為實驗報告的呈現（科學素養體現），學生應該分析實驗的成功、失敗、誤差來源以及自己為了抵消誤差用的什麼方法等，遺憾的是隻有５名學生分析了失敗的原因或實驗體會．４．２對實驗二的簡要分析採用類似方法分析實驗二，見表６.
５討論
我校的實驗操作考試有以下特點：１）以學生做過的實驗為基礎進行拓展，學生在規定的時間內完成實驗與報告的書寫，藉此考查獨立實驗的能力；２）實驗一定程度上能考查其創新能力，學生經過適當分析後再實驗，也就考查了分析與研究能力；３）學生用已學到的實驗方法和技能等完成考試，是將理論和實際相聯絡的體現．大學物理實驗的培養目標要求［６］：培養學生的基本科學實驗技能，提高其實驗素質，讓學生掌握基本實驗方法和思想，培養學生獨立實驗能力、分析與研究能力、理論聯絡實際的能力和創新能力．可見，我校的實驗操作考試能反映培養目標的要求．從考試成績以及考核指標分析的情況來看，２套試卷具備一定的信度值，其難度合理，區分較好，能將不同層次的學生區分開．考核指標包括實驗方法、實驗步驟與操作、資料處理能力、實驗結果分析與運用４個方面，均圍繞培養目標而制定．綜合來看，試卷質量合格，能體現對培養目標的考核，檢驗學生是否達標．統計發現，操作考試的及格率超過６０％，優良率在２２％以上，但離散係數較大，學生的掌握水平差異較大，從分數集中情況來看，我校２０１４級本科生對本門課程的掌握程度總體符合期望．綜上可認為，我校物理實驗中心的培養模式兼顧學生基本的實驗技能、實驗素質、實驗方法等方面能力，且有一定成效．但從考試結果也發現一些問題，如：部分學生實驗方法掌握不牢，學生的基本科學素質有待進一步提高，學生不擅於對實驗進行分析總結等．鑑於此，提出以下建議：第一，應加強實驗方法和理論的教學．學生掌握了一定的實驗方法後才能在今後的實驗、工作中運用，觸類旁通，為後續學習提供幫助．從前文分析來看，部分學生對實驗方法的掌握不盡人意，對實驗涉及理論知識一知半解，故教師在教學中應該加強實驗方法的教學，講清內涵外延，不忽略每個細節，建議加強日常實驗教學的評價，及時發現問題．學好實驗方法也是對理論知識的鞏固，學習時不能不求甚解，建議學生在預習課上先自主學習，後相互討論．教師點撥講解，進行啟發式教學，要特別注重對實驗方法的強調．第二，教學要注重學生科學實驗的基本素質．分析發現，學生在實驗過程中還存在不嚴謹之處，表現在不用尺規作圖、忽略實驗細節、漏寫單位等方面．在平時的教學中，教師應該幫助學生訓練這一方面內容，嚴格要求．第三，今後教學應促進學生養成主動分析判斷的習慣．理論上講，學生應該運用所學知識對實驗現象和結果進行初步地分析判斷、得出結論，對實驗失敗或未在規定時間內完成實驗任務的學生更該如此，然而很多學生未在實驗報告中作分析．平時教學中，教師應該訓練學生的分析能力，建議開展探索性的綜合性實驗，多提出引發學生分析思考的問題．例如教師可以蒐集學生在實驗中遇到的問題，供大家在實驗後的討論課上思考討論，對積極發言的學生有一定的獎勵．最後，操作考試需再進行調整．分析發現，學生實驗水平離散係數很大，中、低分段學生在實驗方法掌握一項得分普遍低，導致後續實驗進行不順利，得分極低，故有的考查項區分度達到１．００．可見實驗關鍵是對方法的掌握，若學生實驗方法錯誤，必會影響後續考試，乃至整體評價．鑑於此，建議考試在進行１５ｍｉｎ左右時，教師可向未得出實驗方法的學生提供所需要的實驗方法，但評定成績時扣除相應分數，或借鑑Ａｌｅｖｅｌ考試的形式：將“理論分為設計和資料處理、實踐操作單獨考查”的模式，單獨考查各方面，兼顧各層次的同時又各有側重［７］．６結束語透過分析試卷發現，我校的考核方式在一定程度上具有較好的測試作用，同時我校學生大學物理實驗成績基本能夠達到培養目標，但其中仍存在一些不足，今後的教學工作應該圍繞提高學生的科學實驗素養進行，培養出社會需要的人才．
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