大学物理实验课程操作考试的实践论文
摘要：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．
关键词：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。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％．３．３试卷质量分析３．３．１难度难度指试题的难易程度，是评估试卷质量的主要指标之一．设Ｐ为试卷的难度系数，ｘ为试卷平均分，Ｗ为试卷满分，则试卷的难度为当Ｐ≤０．３时说明试卷难度低；当０．３＜Ｐ＜０．７时说明试卷难易适度；当Ｐ≥０．７时说明试卷难度高．表３分别给出了２个实验的难度系数，由此可见２套试卷的难度相当，试卷总体难度适宜。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＜Ｄ＜０．３９良好，０．２＜Ｄ＜０．２９合格，０．１９以下为不合格．表４为试题的区分度，其中１）２）３）表示各项的评分指标．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实验一的答题情况试题：当透镜与显微镜平台之间的介质折射率为ｎ时，第ｋ级牛顿环的直径Ｄｋ与牛顿环的曲率半径Ｒ、入射光波波长λ之间满足的关系为Ｄ２ｋ＝４ｋＲλ／ｎ．要求使用所给器材，测量所给液体的折射率．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．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，但仍然有近图２实验方法完成情况考查统计图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．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．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.
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．
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