信息技術(shù)下《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》在線考核的實(shí)踐與研究

張德根 趙江東 張志林 胡訓(xùn)美

皖西學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理部 安徽六安 237000

實(shí)驗(yàn)考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié),也是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段,采取合理的實(shí)驗(yàn)考核方式才能準(zhǔn)確地獲取教與學(xué)的相關(guān)信息。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)與考核呈現(xiàn)多元化發(fā)展[1-4]。自2018年以來,皖西學(xué)院基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中心積極開展調(diào)研活動(dòng)和提升信息化應(yīng)用水平,探索信息技術(shù)下的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》考試模式改革,依托省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),逐步完善考試模式改革方案。目前《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》在線考核一直在穩(wěn)步實(shí)施中,深受授課教師和學(xué)生的青睞,截至目前,我?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心共完成約15000人次的機(jī)考工作。本文是對(duì)我校2021級(jí)理工科學(xué)生的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》在線考核實(shí)踐情況進(jìn)行分析與總結(jié),主要介紹我校在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程考核中利用智能信息化技術(shù)、結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、采取“筆試機(jī)考+仿真操作”的考核模式等方面做出嘗試性的改革工作。

1 在線考核的實(shí)踐

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》在線考核對(duì)象為皖西學(xué)院2021級(jí)理工科學(xué)生,涉及我校電子信息科學(xué)與技術(shù)、電氣工程及其自動(dòng)化、材料科學(xué)與工程等15個(gè)專業(yè),共26個(gè)班級(jí)。其中,2022年春學(xué)期《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)1》的考試人數(shù)為960名,2022年秋學(xué)期《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》的考試人數(shù)為298名,2022年秋學(xué)期《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)3》的考試人數(shù)為476名,考核方式均為“筆試機(jī)考+仿真操作”,即在規(guī)定時(shí)間60分鐘內(nèi)完成上機(jī)筆試和物理仿真實(shí)驗(yàn)操作?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)1》的考核內(nèi)容為2022年春學(xué)期開設(shè)的7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,包括測量與誤差處理(含緒論)、物質(zhì)密度測定、示波器的原理和使用、物理仿真實(shí)驗(yàn)(單擺)、光的等厚干涉、測定冰的熔解熱和物理演示實(shí)驗(yàn),以及3個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)(用單擺測重力加速度、示波器實(shí)驗(yàn)和干涉法測微小量)全部進(jìn)行考核?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》的考核內(nèi)容為2022年秋學(xué)期開設(shè)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,包括固體導(dǎo)熱系數(shù)的測定、分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用、液體黏滯系數(shù)的測定、楊氏模量的測定、氣體聲速研究和磁場的描繪,以及4個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(分光計(jì)實(shí)驗(yàn)、拉伸法測金屬絲的楊氏模量、聲速的測量和極端條件下氣體聲速研究)全部進(jìn)行考核。《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)3》的考核內(nèi)容是在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》的基礎(chǔ)上增加了6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,包括邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)、超聲光柵測聲速、電橋法測電阻、動(dòng)態(tài)法測磁滯回線、密立根油滴實(shí)驗(yàn)和弗蘭克—赫茲與光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)》的考核內(nèi)容嚴(yán)格按照教學(xué)大綱執(zhí)行,每個(gè)實(shí)驗(yàn)的考核分值可以適當(dāng)參考該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際學(xué)時(shí)數(shù),2022年春、秋兩學(xué)期的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目名稱及學(xué)時(shí)數(shù)見表1。

表1 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目名稱及學(xué)時(shí)數(shù)

為了《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程在線考核順利進(jìn)行,開考前應(yīng)在多個(gè)方面做好充分準(zhǔn)備。首先是《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》考試命題工作,《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程機(jī)考通常有四種題型,其中單選題、多選題和判斷題由物理實(shí)驗(yàn)中心各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)完成命題,仿真操作題是從物理實(shí)驗(yàn)考試與自動(dòng)判卷系統(tǒng)抽取,然后將各類題型進(jìn)行整合,組成滿分100分的試卷。由于我校文科綜合中心機(jī)房電腦數(shù)量的限制,只能同時(shí)滿足200余人的考試,所有應(yīng)考學(xué)生無法在同一時(shí)間參加機(jī)考,需要分批次進(jìn)行考試。為了防止學(xué)生作弊、考題泄露等情況發(fā)生,通常要求每場機(jī)考至少組6套試卷,從而進(jìn)一步降低考卷試題的重復(fù)率。對(duì)于每場1個(gè)小時(shí)的機(jī)考,通常一天時(shí)間可完成1000余名同學(xué)的在線考核任務(wù),相對(duì)實(shí)驗(yàn)操作考試而言可大大減輕了教師的監(jiān)考負(fù)擔(dān),同時(shí)機(jī)考監(jiān)考相對(duì)實(shí)驗(yàn)操作考試監(jiān)考要輕松許多。其次是合理地引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)備考?！洞髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程在線考核之前通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站發(fā)布考核通知,主要包括考核時(shí)間、地點(diǎn)、考核內(nèi)容、考核要求等相關(guān)注意事項(xiàng)。對(duì)于仿真操作題的考前復(fù)習(xí),學(xué)生需要自己下載和安裝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大廳,方便學(xué)生在考試前可以隨時(shí)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的操作練習(xí)。提醒學(xué)生在仿真操作題答題過程中需要如實(shí)地進(jìn)行仿真操作,只填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不得分;提交測量數(shù)據(jù)結(jié)束操作之后如需要重做,第二次的操作成績需高于第一次的操作成績才能替換原來的測量數(shù)據(jù),這是因?yàn)榉抡娌僮黝}評(píng)判系統(tǒng)只取答題成績最高的那次;仿真操作填寫完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后,實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)保持測量狀態(tài),不要關(guān)閉電源及拆除連接線等操作。最后是做好其他事項(xiàng)安排,比如考試機(jī)房的協(xié)調(diào)安排、考試軟件安裝與測試、教師監(jiān)考安排、座位號(hào)的張貼、提醒學(xué)生不能攜帶手機(jī)進(jìn)入考場,等等。實(shí)驗(yàn)考試大廳和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大廳登錄界面如圖1和圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)考試大廳登錄界面

采取“筆試+機(jī)考”的考試形式,減輕了授課教師的閱卷負(fù)擔(dān),在具體實(shí)踐過程中需要注意以下幾點(diǎn):

(1)要加強(qiáng)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》試卷庫建設(shè)[5],確?？荚囶}目的嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性,不能出現(xiàn)錯(cuò)題、有歧義影響學(xué)生答題的狀況。機(jī)考試題應(yīng)注意將實(shí)驗(yàn)理論、原理與具體操作結(jié)合起來,把學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的實(shí)際問題、看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中常出現(xiàn)的錯(cuò)誤總結(jié)出來,以試題形式反饋給學(xué)生,適當(dāng)加入一些與學(xué)生專業(yè)知識(shí)背景相關(guān)的考題。

(2)由于學(xué)生參加機(jī)考是分批次進(jìn)行,因此參加考試中一定要嚴(yán)禁學(xué)生攜帶手機(jī),防止學(xué)生偷拍考題,造成泄題等情況出現(xiàn)。

(3)仿真操作題答題中填寫實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)后,務(wù)必保持實(shí)驗(yàn)器材為測量狀態(tài),不需要像平時(shí)實(shí)體實(shí)驗(yàn)后整理儀器。

機(jī)考具體實(shí)施過程中會(huì)出現(xiàn)其他一些問題,如考生電腦故障無法考試、網(wǎng)絡(luò)不暢等情況,一般以學(xué)生為本,確實(shí)屬于電腦軟硬件故障可讓學(xué)生重新參加下一場次的考試。少數(shù)學(xué)生由于生病或其他特殊情況,允許他們后期參加補(bǔ)考,確保所有同學(xué)能夠順利完成課程的期末考試。

2 質(zhì)量分析

采取“筆試機(jī)考+仿真操作”的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程考核模式,打破了傳統(tǒng)操作考試的局限,促進(jìn)學(xué)生課堂積極實(shí)驗(yàn)和課外虛擬仿真,通過對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)資源的整合,讓信息技術(shù)下的物理實(shí)驗(yàn)考試模式改革具有實(shí)用性和可操作性,有利于更加全面、準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核,為客觀實(shí)際地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ峁┮罁?jù)。筆試機(jī)考結(jié)束后,教師可從實(shí)驗(yàn)教學(xué)考試系統(tǒng)一鍵導(dǎo)出所有考生的考試成績詳情。如表2、表3和表4所示,三次考試中判斷題得分率較高,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本理論知識(shí)掌握較好;仿真操作題得分率較低,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力還需進(jìn)一步加強(qiáng)。由于部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)儀器界面與實(shí)體實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有一定的差異,少數(shù)學(xué)生考前沒有認(rèn)真進(jìn)行仿真操作練習(xí),也是仿真操作題得分較低的原因。

表2 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)1》機(jī)考試卷題型得分情況

表3 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》機(jī)考試卷題型得分情況

表4 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)3》機(jī)考試卷題型得分情況

從表5、表6和表7的筆試機(jī)考成績統(tǒng)計(jì)分布可以看出,三次考核成績呈正態(tài)分布,考試難度適中,考試內(nèi)容全面,其中《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)3》機(jī)考成績平均分偏低,總體來說能客觀反映學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。其中60～70分的居多,說明學(xué)習(xí)成績中等的學(xué)生較多,反映出大部分學(xué)生平時(shí)上課聽講認(rèn)真,考前也做了充分的準(zhǔn)備。從考試具體情況來看,學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的基本理論知識(shí)掌握不夠扎實(shí),實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程要引起授課教師高度重視,通過實(shí)體操作和虛擬仿真相結(jié)合,完善物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。在今后的教學(xué)過程中,教師要注重學(xué)生應(yīng)用能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng),加大對(duì)學(xué)生學(xué)風(fēng)的正確引導(dǎo)和有效監(jiān)控。

表5 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)1》筆試機(jī)考成績分布

表6 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》筆試機(jī)考成績分布

表7 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2》《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)3》筆試機(jī)考成績分布

我?！按髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程總成績按照平時(shí)成績占60%、機(jī)考成績占40%進(jìn)行合成。通過每位同學(xué)的平時(shí)成績和考試成績對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)平時(shí)成績優(yōu)秀的同學(xué)機(jī)考成績排名也很靠前,說明這些學(xué)生平時(shí)能夠嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)要求、正確操作和使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、課后認(rèn)真撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。平時(shí)成績較差的同學(xué)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程不夠重視,他們的機(jī)考成績也偏低。學(xué)生在機(jī)房參加《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》機(jī)考如圖3所示,學(xué)生考后的答題考卷詳細(xì)信息如圖4所示。

圖3 學(xué)生在機(jī)房參加《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》機(jī)考

圖4 學(xué)生答題考卷詳細(xì)信息

3 問卷調(diào)查

針對(duì)參加考試的同學(xué)進(jìn)行滿意度調(diào)查,其中,85.3%的同學(xué)對(duì)目前《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程考試采用“筆試機(jī)考+仿真操作”形式非常滿意或比較滿意;87.4%的同學(xué)認(rèn)為本次考試能夠全面考查或較為全面考查所學(xué)內(nèi)容;86.6%的同學(xué)認(rèn)為本次課程考試中考題題型及分值設(shè)置非常合理或比較合理;部分同學(xué)提出“擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容,增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、加大實(shí)驗(yàn)考試難度”等建議,我們將在以后的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)和考核過程中積極采納,如圖5、圖6所示。

圖5 在線考核滿意度調(diào)查

圖6 機(jī)考題型設(shè)置滿意度調(diào)查

結(jié)語

采取“筆試機(jī)考+仿真操作”的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》考核模式,打破了傳統(tǒng)操作考試的局限,促進(jìn)學(xué)生課堂積極實(shí)體實(shí)驗(yàn)和課外虛擬仿真;通過對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)資源的整合,讓智慧課堂下的物理實(shí)驗(yàn)考試模式改革具有實(shí)用性和可操作性,有利于教師更加全面、準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核,為客觀實(shí)際地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ峁┮罁?jù),可為其他實(shí)踐類課程考試提供一種參考。通過《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》考試模式改革,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù),評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況及教學(xué)質(zhì)量,為教師制訂合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案提供參考,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性。合理地對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行評(píng)價(jià)有利于為教學(xué)提供反饋,從而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生廣泛參與到物理實(shí)驗(yàn)中來,促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,不斷提高《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)質(zhì)量。