普通物理實驗課程成績量化的優(yōu)化研究

肖 航,桑海波,景鵬飛

(1. 北京師范大學(珠海校區(qū)) 文理學院,珠海 519080 ;2. 北京師范大學 物理學系,北京 100875)

1. 緒論

1.1 研究背景

2019年高等學校大學物理實驗教學標準[1]以及《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》指出,普通物理實驗課程的目標是培養(yǎng)學生自主學習知識的能力,以及合理科學探究的能力.在授課整個過程中要努力爭取建構(gòu)一個有助于培養(yǎng)本科生科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的授課環(huán)境.課程考核要求引導學生學習情況,檢查教學成果,同時要體現(xiàn)課程要求規(guī)范.同時要盡量避免出現(xiàn)應試教育的消極影響,積極探索以素質(zhì)教育為著力點的實驗課程考評方式.[2]因此現(xiàn)在需要創(chuàng)制更加合理規(guī)范的普通物理實驗評價標準.而物理實驗課程難以制定一個量化的考核方式,因為評價過程帶有很多主觀因素.如何實現(xiàn)合理優(yōu)化的量化考核一直都是實驗類課程考核的難點.國內(nèi)主要有華東師范大學的陳伊淳、李佳隆等團隊在從事相關(guān)研究[3,4],對普通物理學實驗課程的平時成績制定了一套評價細則,規(guī)定了具體操作規(guī)程,但是所制定的評分細則沒有具體理論依據(jù)和系統(tǒng)方法支撐.國外研究更加偏向于利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù),來輔助物理實驗的測量和評價.同時結(jié)合虛擬仿真實驗開展線上學習,作為實驗預習的評價方式,也便于教師掌握學生的實驗預習的具體情況.

正確有效的普通物理實驗課程量化考核方法可以促進學生物理實驗水平的提高,科學合理的普通物理實驗課程評價方法可以減輕實驗教師的工作量,引導學生注重實驗重點;同時有助于提高理工科學生的實踐能力、探究能力和思維能力.

1.2 研究流程

本文的具體研究流程如下：

圖1 研究流程圖

2. 普通物理實驗量化評價的建構(gòu)

2.1 確定各級評價指標

國內(nèi)一些專家[9]認為大學物理實驗考核應該注重基于過程的考核,包括實驗興趣、實驗操作、實驗預習、實驗協(xié)作精神、實驗科學精神、和學習目標檢測.也有一些專家[10]認為實驗考核的成績應采取百分制,具體分為三個部分：預習報告(20%)、實驗操作(50%)、實驗報告(30%).

實驗態(tài)度與情感是整個物理實驗的靈魂,本文將其分為三個部分：情感與興趣、表現(xiàn)、責任.對于第一部分要在實驗過程中觀察學生是否有較高的實驗興趣,是否有克服實驗困難的意志,以及是否有較好的實驗安全意識.對于實驗表現(xiàn)則要觀察在實驗過程中,學生是否能遵守實驗紀律,是否能夠與同學合作探究,能夠反思自我,同時能夠客觀的評價他人.在實驗責任部分要求學生在實驗操作過程中規(guī)范安全,同時實驗數(shù)據(jù)真實準確,不抄襲他人數(shù)據(jù);在實驗過程中能夠面對突發(fā)情況不慌亂,并且在實驗結(jié)束之后能夠整理實驗操作臺.[14]考慮到學生在教學中的主體地位,因此也將學生的自評和互評納入到評價體系中.

2.2 各級指標權(quán)重確定流程[16]

在制定完成評價指標之后,需要確定評價指標中相應指標的占比.我們采用問卷調(diào)研法,研制問卷發(fā)放給北京師范大學(珠海校區(qū))的師生進行填寫.將收集到的結(jié)果使用SPSSPRO工具利用層次分析法(也稱為方根法)來計算每個指標所占權(quán)重.主要的分析步驟為：

1) 通過問卷數(shù)據(jù)按照各個指標的重要程度填寫判斷矩陣,建構(gòu)一個主觀的評價矩陣.

2) 將判斷矩陣輸入到SPSSPRO工具中,通過方根法計算求出特征向量.

3) 通過計算CI值(一致性指標),檢驗其結(jié)果是否具有一致性.

2.3 各級指標權(quán)重確定

首先我們將一級指標做對比,然后按照一線實驗教師60%,學生40%的占比分數(shù)來制作判斷矩陣,得到的矩陣如表1.

表1 一級指標的重要程度比較結(jié)果(判斷矩陣)

續(xù)表

其中實驗態(tài)度與情感包括：實驗情感與興趣,實驗責任,實驗表現(xiàn)等.

根據(jù)構(gòu)造的結(jié)果數(shù)據(jù)輸入到SPSSPRO工具中進行計算,得到各指標的占比如下表：

表2 AHP層次分析一級指標各項權(quán)重和特征值

從表2中我們可以看到實驗操作在評價體系中的占比最大,實驗態(tài)度與情感的占比最小,這與北京師范大學的評價標準大體相同.由層次分析法通過計算可以得到其占比權(quán)重,實驗預習的權(quán)重為5.673%,實驗操作的權(quán)重為65.912%,實驗報告的權(quán)重為22.995%,實驗態(tài)度與情感的權(quán)重為5.42%.從結(jié)果中也可以看到,教師和學生對于實驗操作都比較重視,因此實驗操作的權(quán)重占比最大.

圖2 一級指標各項占比餅狀圖

表3 一級指標的一致性檢驗結(jié)果

通過一致性檢驗可以判斷本次數(shù)據(jù)的有效性.如果通過一致性檢驗說明本次數(shù)據(jù)真實有效,利用層次分析法得到表3,我們可以發(fā)現(xiàn),其最大特征根為4.162,通過查找相關(guān)數(shù)據(jù)到相應的RI值為0.882,而CR為CI與RI的比值,因此CR為0.061<0.1,可知此次數(shù)據(jù)一次性檢驗沒問題,本次數(shù)據(jù)有效.其他的指標以及自評、互評和教師評價的權(quán)重占比計算方法都依照以上方法,最后匯總在量表總表中.

3 普通物理實驗課程成績量化評價方式分析

3.1 普通物理實驗課程成績量化評價方式的信度和效度檢驗

3.1.1 信度分析

通過上述方法得到的普通物理實驗課程量化評價表是基于問卷的原始數(shù)據(jù)的,要分析普通物理實驗課程量化評價表的信度,就需要先檢驗問卷的信度.在這里采用SPSS來進行分析.

首先從問卷數(shù)據(jù)中選出1/3的問卷題目和數(shù)據(jù),進行可靠性分析.一般分析問卷的信度使用克隆巴赫系數(shù),這個系數(shù)∈(0,1).如果系數(shù)介于(0.80,0.90)之間則可信度非常高;如果系數(shù)介于(0.70,0.80)之間則可信度還不錯;如果系數(shù)介于(0.65,0.70)之間則可信度一般;如果系數(shù)介于(0.60,0.0)之間則可信度不太好.

表4 調(diào)查問卷的可靠性統(tǒng)計

由表4可以看到其克隆巴赫系數(shù)為0.867,∈(0.80,0.90),因此本問卷調(diào)研的可信度很高.

3.1.2 效度分析

本文使用SPSS進行因子分析,在這里我們首先對問卷原始數(shù)據(jù)的效度做一下分析,來檢驗本次問卷的數(shù)據(jù)是否有效.

表5 問卷原始數(shù)據(jù)的KMO和巴特利特檢驗

利用SPSS 26來分析,得到顯著性為0.000<0.05,顯著性較小,排除H0(H0：該問卷不適合做因子分析),說明本問卷調(diào)研的數(shù)據(jù)可以做因子分析.接下來分析KMO值,如果此值>0.8,則說明效度非常好;如果此值∈(0.7,0.8),則說明效度還不錯;如果此值∈(0.6,0.7),則說明效度一般,如果此值<0.6,說明效度較低.分析得到KMO的數(shù)值為0.728,因此本問卷調(diào)研的效度較好,可以用來做分析.

由于本文使用的層次分析法極度依賴原始數(shù)據(jù),當原始數(shù)據(jù)有效且可信度較高時,由層次分析法得到的評價量表的信度和效度也比較高.

3.2 普通物理實驗成績量化評價效果分析

為了驗證評價量表的評價效果,筆者邀請不同高校的多位評委按照新的普通物理實驗量化評價表來對學生打分,在評價前對評委們進行培訓,講解了相應的使用方法和標準,以此來減少由于評價者的主觀性帶來的誤差.

本文利用SPSS來分析評委們對同一個學生的評價是否存在差異性,如果評委的評分差異較大則說明此量表主觀性較強,導致該量表失去客觀性,如果其差異性較小說明此評價量表具有客觀性,其評價效果也比較客觀公正.

在此本文利用卡方檢驗來檢測評價效果是否存在差異性,得到各評委對同一學生的評價結(jié)果統(tǒng)計如下：

表6 評委總分檢驗統(tǒng)計

由表6可以直接讀出評委總分的漸近顯著性為1.000>0.05,說明五位評委的評分沒有顯著的差異,因此該量表具有一定的客觀性,對于不同的評委都能夠打出較為一致的分數(shù).

接下來檢驗評委給不同的學生打分是否具有差異性(區(qū)分度).請評委們給不同的兩位學生打分,最后對評分情況進行差異性分析：

由表7可以得到假設兩個學生總分不存在差異的顯著性為0.009<0.05.如果拒絕此假設,認為兩個學生的總分是存在差異的,所以該量表對不同的學生評價是具有區(qū)分度的,因此該量表評價結(jié)果能夠體現(xiàn)不同學生的實驗能力.

4 研究結(jié)論和展望

本文利用層次分析法將模糊的評測標準具體化.同時借鑒了之前幾位學者的研究結(jié)果,將學生納入到評價的體系中,充分調(diào)動學生的積極性,使得學生能夠?qū)ψ约旱膶嶒灣晒懈由钊氲恼J識,也能夠幫助學生及時總結(jié)反思,進而改進學習方法和實驗操作,提高實驗探究能力.本文的量化評價表也納入了同伴互評的環(huán)節(jié),因為同學之間能夠關(guān)注到老師無法注意到的問題和角度,研究表明這樣的考核是更全面的.

本文創(chuàng)制的評價量表針對難以標準化評價的實驗過程,制定了相應的可操作性標準,幫助實驗教學教師對學生的實驗過程做出合理科學的評價.此量化評價表對普通物理實驗的評價標準進行了規(guī)范,得到的標準是教師和同學都高度認同的.但是受到客觀因素的影響,本量表還處于實驗階段,關(guān)于其對學生物理實驗能力的具體影響還需要做進一步研究.

普通物理實驗量化評價表并不是一成不變的,本文介紹了一種可以基于本校情況而制定量化評價表的方法.因為層次分析法比較依賴于原始數(shù)據(jù),而不同高校的師生對于大學物理實驗的側(cè)重點可能有所不同,因此最終得到的標準也會有所不同.制作量表的方法和過程也可以擴展到高中物理實驗、生物或化學等學科的實驗評價,同樣具有指導意義.