信息化技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合

吳 平 張師平 李 莉 陳 森

(北京科技大學(xué) 1數(shù)理學(xué)院； 2物理實(shí)驗(yàn)中心，北京 100083)

信息化技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合

吳 平1張師平1李 莉1陳 森2

(北京科技大學(xué)1數(shù)理學(xué)院；2物理實(shí)驗(yàn)中心，北京 100083)

北京科技大學(xué)通過(guò)3年的系統(tǒng)研究，對(duì)比了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式和信息化融合后的報(bào)告系統(tǒng)撰寫(xiě)方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、科研能力的影響.探索了使用計(jì)算機(jī)智能評(píng)判技術(shù)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)質(zhì)量的可行性及方法，將信息化技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中.在2015年年底的對(duì)比試驗(yàn)研究中，可以看到我們建立的物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)撰寫(xiě)、智能評(píng)判既保持了傳統(tǒng)手寫(xiě)報(bào)告訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)，又大大促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析能力的培養(yǎng)，在保證報(bào)告評(píng)閱過(guò)程中的全面、公正與公平性的同時(shí)，還極大地減輕了教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告的工作量.

信息化技術(shù)；物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科大學(xué)生的一門(mén)必修實(shí)驗(yàn)課程.如何運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)促進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高一直是各高校都十分關(guān)注的問(wèn)題.目前，很多高校主要在實(shí)驗(yàn)預(yù)約、成績(jī)管理、仿真實(shí)驗(yàn)、MOOCs視頻教學(xué)等方面應(yīng)用信息化技術(shù).但如何在實(shí)驗(yàn)報(bào)告方面恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用信息化技術(shù)的研究還尚顯不足.

物理實(shí)驗(yàn)課程覆蓋面廣，具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法和手段，同時(shí)能提供綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程[1-3].物理實(shí)驗(yàn)課程在對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)時(shí)有以下幾點(diǎn)基本要求[4]：(1)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的學(xué)習(xí)能力；(2)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作能力；(3)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力；(4)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析與研究能力；(5)培養(yǎng)學(xué)生書(shū)面表達(dá)能力；(6)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；(7)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.其中，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)可以鍛煉學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)分析與研究以及書(shū)面表達(dá)能力.近年來(lái)，我們對(duì)信息化技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了大量的探索與實(shí)踐，涵蓋了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)考試等方面，本文重點(diǎn)闡述信息化技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的應(yīng)用探索.

1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)判中存在的問(wèn)題

對(duì)于大多數(shù)理工科高校來(lái)說(shuō)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程每年需要承擔(dān)培養(yǎng)的學(xué)生數(shù)量眾多.以北京科技大學(xué)為例，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程每年需要培養(yǎng)約3000人，每節(jié)實(shí)驗(yàn)課面向的學(xué)生不超過(guò)16名，這樣需要大量的來(lái)自不同課題組的授課教師，同時(shí)還有幾十名研究生協(xié)助參與授課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍的實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)水平出現(xiàn)較大差別.這樣，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)判隨意性很大，缺乏規(guī)范的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，造成不同教師所帶學(xué)生的課程成績(jī)差異較大，評(píng)定不客觀不科學(xué).另一方面，學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改量大，授課教師很難為每一位學(xué)生計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行細(xì)致的評(píng)判，特別是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差估算.因此，時(shí)常出現(xiàn)很多教學(xué)要求不能確切落實(shí)，影響教學(xué)效果和質(zhì)量的現(xiàn)象.

影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的主要問(wèn)題有：(1)學(xué)生僅僅靠課堂無(wú)法完全消化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，物理實(shí)驗(yàn)課程具有內(nèi)容豐富、實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生在短短的一節(jié)實(shí)驗(yàn)課上很難在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)消化所有的教學(xué)內(nèi)容；(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估沒(méi)有客觀與規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)課程的考核包括平時(shí)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、期末實(shí)驗(yàn)操作與筆試多個(gè)環(huán)節(jié)，不能通過(guò)統(tǒng)一的一份試卷來(lái)考核全體學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的掌握情況，但平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考核成績(jī)都有很大的隨意性，各個(gè)實(shí)驗(yàn)班之間、不同的老師之間評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致；(3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是反映學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容情況以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾虒W(xué)環(huán)節(jié)，但實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改量大，完全靠人工批改，難以做到細(xì)致、全面.從實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)判的整體情況來(lái)看，評(píng)判質(zhì)量差別較大，許多需要學(xué)生改正的問(wèn)題沒(méi)有指出，沒(méi)有給學(xué)生充分的反饋信息，影響了學(xué)生扎實(shí)地掌握教學(xué)內(nèi)容，使得大面積的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量難以控制和提高.

2 信息化技術(shù)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱中應(yīng)用的設(shè)想

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式的優(yōu)勢(shì)在于，學(xué)生可以通過(guò)親自手寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式記住并掌握所做實(shí)驗(yàn)的原理和步驟，通過(guò)親自繪制實(shí)驗(yàn)曲線掌握實(shí)驗(yàn)曲線繪圖的要點(diǎn)，通過(guò)寫(xiě)下數(shù)據(jù)處理的過(guò)程切實(shí)掌握數(shù)據(jù)處理方法.但是，在使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)方式時(shí)，由于教師無(wú)法評(píng)閱所有學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)處理部分的正確性，容易造成學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的錯(cuò)誤概念無(wú)法糾正，而且由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)方式無(wú)法明確分析與討論部分的要求，在實(shí)際教學(xué)中學(xué)生往往不能認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)的分析與討論.在實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱應(yīng)用信息化的過(guò)程中，既不能拋棄傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式的優(yōu)勢(shì)，又要發(fā)揮信息化融合后的報(bào)告系統(tǒng)撰寫(xiě)方式在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)構(gòu)要求上的優(yōu)勢(shì).

2.1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與思考

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為鍛煉學(xué)生的各項(xiàng)能力，我們重點(diǎn)思考并實(shí)踐了以下幾個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié).

(1) 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作部分的考慮

為了讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)科學(xué)的思想與方法，采取了學(xué)生自己總結(jié)、凝練與撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的方式，每部分不超過(guò)400字，并要求學(xué)生手繪實(shí)驗(yàn)原理圖.以往，在物理實(shí)驗(yàn)信息化的應(yīng)用中學(xué)生的思考過(guò)程往往容易被丟掉.在我們的設(shè)計(jì)中要求學(xué)生自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理與操作并上傳手繪的實(shí)驗(yàn)原理圖，可以使學(xué)生有一個(gè)獨(dú)立思考和加深理解的過(guò)程，促使學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，提高概括總結(jié)的能力，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)思想、方法與手段的理解，同時(shí)避免出現(xiàn)學(xué)生直接照搬教科書(shū)的內(nèi)容而不進(jìn)一步思考的現(xiàn)象.

(2) 數(shù)據(jù)處理方面的考慮

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程具有內(nèi)容豐富、覆蓋面全的特點(diǎn)，在選題上涵蓋了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理實(shí)驗(yàn)，既包含訓(xùn)練學(xué)生基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)思想、物理實(shí)驗(yàn)方法和物理實(shí)驗(yàn)技能的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，又包含與現(xiàn)代物理技術(shù)相結(jié)合的課題型綜合性實(shí)驗(yàn).物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法包含“直接測(cè)量量誤差處理方法”“間接測(cè)量量誤差處理方法”“逐差法”“最小二乘法”等，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中使用這些方法時(shí)也存在較大的差異.在信息化的過(guò)程中，我們以目前科研領(lǐng)域和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的最新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與測(cè)量結(jié)果表示規(guī)范為基準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制定相應(yīng)的評(píng)判計(jì)算方法，采用直接測(cè)量量誤差處理方法、間接測(cè)量量誤差處理方法、逐差法、最小二乘法等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，評(píng)估每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中各個(gè)不同計(jì)算步驟的分?jǐn)?shù)，并合理分布給分點(diǎn).系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生輸入的原始數(shù)據(jù)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)答案，并與學(xué)生輸入的答案相比較進(jìn)行智能評(píng)閱，給出學(xué)生所得分?jǐn)?shù).在我們的設(shè)計(jì)中要求學(xué)生上傳其手寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及不確定度計(jì)算過(guò)程，以確保在信息化的過(guò)程中，沒(méi)有丟掉傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的優(yōu)點(diǎn).

(3) 對(duì)測(cè)量正確性的限制

對(duì)于某些客觀的物理量，如鈉黃燈的波長(zhǎng)、三棱鏡的頂角等，要求報(bào)告系統(tǒng)將學(xué)生的計(jì)算結(jié)果與客觀的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，差別超過(guò)一定范圍則判斷學(xué)生測(cè)量錯(cuò)誤.報(bào)告系統(tǒng)驗(yàn)證學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果是否自洽的同時(shí)，也可以判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作是否有誤.

比如，在“分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡折射率的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生輸入的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出三棱鏡的頂角，與此同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)與三棱鏡的標(biāo)準(zhǔn)值(60°0′)進(jìn)行比較，如果學(xué)生自己的計(jì)算結(jié)果與系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生輸入的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出的結(jié)果相比較差別較大，系統(tǒng)將提示學(xué)生此處計(jì)算錯(cuò)誤；如果學(xué)生自己的計(jì)算結(jié)果與三棱鏡的標(biāo)準(zhǔn)值相比較差別較大，則系統(tǒng)將提示學(xué)生此處測(cè)量錯(cuò)誤.

(4) 設(shè)備量程的判斷

報(bào)告系統(tǒng)通過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷學(xué)生的電表等設(shè)備的量程選擇是否正確，如果不正確，系統(tǒng)將提示學(xué)生此處實(shí)驗(yàn)操作有錯(cuò)誤.

(5) 有效數(shù)字位數(shù)的評(píng)判和最終結(jié)果的表示

在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，要求學(xué)生正確保留有效數(shù)字位數(shù)，完整表達(dá)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果.系統(tǒng)會(huì)智能評(píng)閱學(xué)生的有效數(shù)字位數(shù)保留和結(jié)果表達(dá)是否正確.如果不正確，系統(tǒng)將提示學(xué)生此處有效數(shù)字位數(shù)保留不正確，或結(jié)果表達(dá)不正確.

(6) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)曲線的考慮

對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的曲線、原理圖，系統(tǒng)采取了學(xué)生上傳手繪曲線(或圖片)，并請(qǐng)教師進(jìn)行主觀評(píng)閱的方式.這樣，可以全面地訓(xùn)練學(xué)生正確且完整地繪制實(shí)驗(yàn)曲線，不忽略如曲線標(biāo)注、坐標(biāo)名稱、坐標(biāo)軸刻度等細(xì)節(jié)信息.

2.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)構(gòu)體系

圖1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例

恰當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)客觀評(píng)判與教師的主觀評(píng)判相結(jié)合，同時(shí)評(píng)判學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的計(jì)算問(wèn)題和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中所體現(xiàn)出的創(chuàng)造性思維，是《北京科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)》的設(shè)計(jì)初衷.為此，系統(tǒng)保留了具有北京科技大學(xué)特色的實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)構(gòu)，如圖1所示，即：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)儀器(0.5分)，二、實(shí)驗(yàn)原理(提示：限400字)(1分)，三、實(shí)驗(yàn)步驟(提示：限400字)(1分)，四、數(shù)據(jù)處理(1.5分)，五、分析討論與結(jié)論(1分)，六、原始數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理過(guò)程.

同時(shí)，系統(tǒng)具備主客觀相結(jié)合的評(píng)閱模式：網(wǎng)絡(luò)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)中第一、二、三、五以及第六部分要求學(xué)生自主輸入相應(yīng)文字或圖片，尤其是原理部分要求學(xué)生手繪實(shí)驗(yàn)原理圖并上傳至報(bào)告系統(tǒng)中，這些部分由教師進(jìn)行評(píng)閱附分，即主觀評(píng)閱部分；“四、數(shù)據(jù)處理(1.5分)”部分為系統(tǒng)智能評(píng)閱的部分，即客觀評(píng)閱部分.在“四、數(shù)據(jù)處理(1.5分)”部分中，如果遇到實(shí)驗(yàn)曲線描繪，系統(tǒng)會(huì)要求學(xué)生使用坐標(biāo)紙或計(jì)算機(jī)繪圖，轉(zhuǎn)成圖片后再上傳至報(bào)告系統(tǒng)，并由教師評(píng)判附分，這部分也是主觀評(píng)閱部分.

3 實(shí)際教學(xué)實(shí)踐對(duì)比試驗(yàn)

我們將《北京科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)》投入到實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，并進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，分析了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中信息化技術(shù)應(yīng)用對(duì)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力”“創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力”“獨(dú)立學(xué)習(xí)能力”“分析與研究能力”“實(shí)驗(yàn)操作能力”“文獻(xiàn)閱讀能力”等各項(xiàng)能力的影響.采用逐項(xiàng)對(duì)比的方式，將8個(gè)班級(jí)共240名學(xué)生分為2組(每個(gè)組各4個(gè)班120名學(xué)生)，即：

傳統(tǒng)報(bào)告組：采取傳統(tǒng)的手寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和人工評(píng)判的“傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式”；

報(bào)告系統(tǒng)組：采取使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主客觀結(jié)合智能評(píng)判的 “報(bào)告系統(tǒng)撰寫(xiě)方式”.

3.1 對(duì)比試驗(yàn)考試題目設(shè)計(jì)

2015年年底，參與對(duì)比試驗(yàn)的240名學(xué)生在完成物理實(shí)驗(yàn)課程后進(jìn)行了統(tǒng)一考試.考試依據(jù)物理實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)任務(wù)特別設(shè)計(jì)了考試題目，類(lèi)型如表1所示.

表1 對(duì)比試驗(yàn)考試題目類(lèi)型

3.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們匯總了報(bào)告系統(tǒng)組與傳統(tǒng)報(bào)告組的考試結(jié)果，并對(duì)每組每一道題的成績(jī)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，計(jì)算了得分率：

得分率

圖2 不同實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、曲線繪制與文獻(xiàn)閱讀方面的影響

在圖2中給出了不同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的影響.可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、曲線繪制與文獻(xiàn)閱讀4個(gè)方面，采取不同形式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式的最終考試得分率相差無(wú)幾，甚至于采取傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式的傳統(tǒng)報(bào)告組得分率還略高于報(bào)告系統(tǒng)組.這表明，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式有利于訓(xùn)練學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖的能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)操作的理解，同時(shí)也方便學(xué)生將查閱文獻(xiàn)后得到的信息寫(xiě)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中.而采取報(bào)告系統(tǒng)撰寫(xiě)方式的報(bào)告系統(tǒng)組雖然在得分率上與傳統(tǒng)報(bào)告組相比略有不足，但可以看出信息化后報(bào)告系統(tǒng)也沒(méi)有丟掉傳統(tǒng)報(bào)告撰寫(xiě)方式的優(yōu)勢(shì).

圖3中給出了不同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)驗(yàn)分析能力的影響.從柱狀圖可以看出，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式下的傳統(tǒng)報(bào)告組中，學(xué)生的誤差分析能力(數(shù)據(jù)處理能力)和實(shí)驗(yàn)分析能力的考核得分率均低于使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)閱系統(tǒng)的報(bào)告系統(tǒng)組.報(bào)告系統(tǒng)要求學(xué)生逐步分項(xiàng)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，其中不確定度的計(jì)算、有效位數(shù)的保留、完整表達(dá)式的形式等要求均為智能評(píng)判的重點(diǎn)考查內(nèi)容.學(xué)生也可以在每份實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)判結(jié)束后得到系統(tǒng)給出的錯(cuò)誤提示，這樣更有利于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程的學(xué)習(xí).學(xué)生在獨(dú)立、詳盡的完成數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，可以充分了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，建立誤差與不確定度的概念，顯著提高學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，并培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

圖3 不同實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式在不確定度計(jì)算、實(shí)驗(yàn)分析等方面的影響

根據(jù)規(guī)范化的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告系統(tǒng)自動(dòng)智能評(píng)閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給出學(xué)生實(shí)際報(bào)告得分與數(shù)據(jù)計(jì)算錯(cuò)誤原因，減輕了教師因?qū)W生眾多而產(chǎn)生的報(bào)告評(píng)閱負(fù)擔(dān)，保證了報(bào)告評(píng)閱的細(xì)致、全面、公正與公平.并且，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，學(xué)生深入了解各個(gè)實(shí)驗(yàn)參量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，更易于融合實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法及相關(guān)理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、歸納與總結(jié).

同時(shí)，報(bào)告系統(tǒng)可以明確提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中需要進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)討論和分析，且根據(jù)主客觀相結(jié)合的評(píng)閱方式，實(shí)驗(yàn)討論與分析部分是由老師進(jìn)行評(píng)閱.這使得學(xué)生在主觀上對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的討論和分析更加重視，通過(guò)一個(gè)學(xué)期的10個(gè)左右的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的鍛煉，使學(xué)生學(xué)會(huì)了對(duì)科學(xué)問(wèn)題的分析與討論.

整體而言，采用報(bào)告系統(tǒng)撰寫(xiě)方式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力與實(shí)驗(yàn)分析能力均能在經(jīng)過(guò)充分的培養(yǎng)與鍛煉后得到顯著的提高.

4 結(jié)語(yǔ)

我校通過(guò)3年系統(tǒng)的對(duì)比性研究，建立了以計(jì)算機(jī)智能評(píng)判為基礎(chǔ)的信息化實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能評(píng)判平臺(tái).240名學(xué)生參與的對(duì)比性試驗(yàn)表明，這種物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告網(wǎng)絡(luò)撰寫(xiě)、智能評(píng)判的手段，既保持了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式的優(yōu)勢(shì)，又大大促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析能力培養(yǎng).在保證報(bào)告評(píng)閱過(guò)程中的全面、公正與公平性的同時(shí)，還極大地減輕了教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告的工作量.

[1] 吳平，邱宏，孫旭貴，等.將科學(xué)研究的思維方式引進(jìn)普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003，20(1):73-75.

[2] 吳平，陳森，張師平.“現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)”課程研究型教學(xué)探索與實(shí)踐[J].物理與工程，2014，24(3):14-17.

[3] 陳森，張師平，吳平.基于課題型的研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(7):171-174.

[4] 吳平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

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THE DEEPER INTEGRATION OF INFORMATION TECHNOLOGY AND PHYSICS EXPERIMENT COURSE

Wu Ping1Zhang Shiping1Li Li1Chen Sen2

(1School of Mathematics and Physics，2Experimental Physics Center, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083)

On the basis of three years of research, we compared with the effects of the traditional writing method of experimental report and the intelligence adjudication method integrated deeply with information technology on the cultivation of students’ experimental comprehensive ability and scientific research ability. By using the intelligent adjudication technology of the computer, the feasibility and method of improving the writing quality of experiment report were explored. Information technology was applied to the teaching process of physics experiment, and the intelligence adjudication system of experimental report was built. Experiment reports were written online, and judged intellectually by this system. The results of tests between two writing methods carried out at the end of 2015, implied that the advantage of the traditional writing method are retained by using the intelligence adjudication system, and the ability of students’ experimental data processing and analysis are greatly promoted. Comprehensive, justice and fairness are guaranteed in the judging process. The burden of teachers who judge the experiment report is reduced.

information technology; physical experiment; intelligence adjudication system of experimental report

2016-06-08

2014年度教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)教學(xué)研究立項(xiàng)項(xiàng)目(DWJZW201407hb)；2014年度北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目(2014-ms029)；北京科技大學(xué)2014年度教育教學(xué)改革于研究重點(diǎn)項(xiàng)目(JG2014Z03).

吳平，女，北京科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院教授，主要從事功能材料、軟物質(zhì)方面研究以及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究方面的工作.pingwu@sas.ustb.edu.cn

吳平，張師平，李莉，等. 信息化技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合[J]. 物理與工程，2016，26(5)：22-26.