李 林
(深圳市寶安中學(xué),廣東 深圳 518101)
實驗教學(xué)是物理教學(xué)的有機組成部分,正如理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求所說,“物理實驗課是高等理工科院校對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端.物理實驗課覆蓋面廣,具有豐富的實驗思想、方法、手段,同時能提供綜合性很強的基本實驗技能訓(xùn)練,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ).它在培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用[1]”.近年來,物理實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)在理論層面以其特有的地位已得到相應(yīng)的重視,對物理實驗?zāi)芰Φ难芯空饾u深入,但對物理實驗?zāi)芰Φ臏y量仍存在很多問題.
評價工作的核心是建立評價模型,目前我們的評價模型大多采用簡單的加權(quán)平均模型.但由于評價對象一般含有多種屬性,這些屬性從不同側(cè)面反映了評價對象的不同特征,而這些特征往往又帶有一定程度的模糊性,這就導(dǎo)致加權(quán)平均模型的評價結(jié)果可信度差,無法科學(xué)、客觀地反映評價對象的特征.采用模糊理論進行綜合評價,評價結(jié)果將更接近于實際情況.本文使用模糊層次分析法(F AHP)構(gòu)建了一個實用的物理實驗?zāi)芰υu價多層次模糊評價模型,來對大學(xué)生的實驗?zāi)芰M行綜合、客觀地評價.
根據(jù)模糊綜合評價的數(shù)學(xué)理論,建立大學(xué)生物理實驗?zāi)芰Χ嘁蛩啬:u價的模型可以分如下幾個步驟進行:(1)確定評價對象與評價有關(guān)的各參數(shù)集:評價因素集B、評價等級集V和評價因素的權(quán)重系數(shù)集W,并確定評價分幾個層次進行;(2)用填表的方式,請每位評價人員對各層次中包括下一層次評價子因素的各評價因素進行評價,并給出等級建議,在此基礎(chǔ)上,由最底層開始,逐層建立評價因素與評價等級之間的模糊關(guān)系矩陣R(i)及相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)集W(i);(3)用模糊綜合評價模型對各評價層次的模糊關(guān)系矩陣進行變換,即用公式S=[W]o[R]進行矩陣乘法運算,得出各層次的評價矩陣S(i);(4)對最終的評價矩陣S進行數(shù)據(jù)處理,得出最終的評價結(jié)果[2].
認知心理學(xué)研究表明,物理實驗?zāi)芰Y(jié)構(gòu)是由實驗知識結(jié)構(gòu)、實驗操作技能結(jié)構(gòu)和實驗問題解決能力結(jié)構(gòu)3個部分構(gòu)成,且存在相互聯(lián)系的整體結(jié)構(gòu)[3].有關(guān)實驗原理、方法、步驟、實驗儀器的工作原理和讀數(shù)方法,誤差分析和實驗的設(shè)計等各項理論知識都屬于認知領(lǐng)域,依據(jù)布盧姆認知領(lǐng)域的教育目標的六級分類[4],建立認知目標的三分類體系(識記、理解、運用),比較適合大學(xué)生物理實驗的認知目標教學(xué).根據(jù)學(xué)生的學(xué)習水平和對實驗過程中的行為動作進行歸類,本著教學(xué)目標的分類與界定便于教學(xué)目標的制定和實施,便于對行為動作進行觀察、調(diào)控和評估的原則,按照教育學(xué)、心理學(xué)的原理,參考美國伊利諾斯大學(xué)辛普森的七分類動作技能目標[4]和我國教育心理學(xué)界對操作技能形成過程的劃分,對我國大學(xué)生物理實驗操作技能可以劃分為模仿操作、意識操作和定型操作3個層次[9].物理實驗問題解決活動是學(xué)生面臨新的實驗問題情景,應(yīng)用原有認知結(jié)構(gòu)中的陳述性知識和程序性知識解決實驗問題的過程中體現(xiàn)出的能力[5],解決問題過程中主要體現(xiàn)出學(xué)生的實驗設(shè)計能力、實驗創(chuàng)新能力和實驗成果表達能力.
運用層次結(jié)構(gòu)模型將各項評價指標按照不同屬性自上而下地分解成3個遞階層次,從而形成大學(xué)生物理實驗?zāi)芰υu價系統(tǒng)的指標體系結(jié)構(gòu),評價因素層次結(jié)構(gòu)見表1.
表1
本評價等級集合定為V={優(yōu)V1、良V2、中V3、及格V4、差V5},各等級賦值V 分別為{5,4,3,2,1}.
在傳統(tǒng)教學(xué)評價中,教師對于評價指標權(quán)重的決定均以教師個人主觀判斷而定,卻無法確定說出權(quán)重制定的原因.本文采用模糊層次分析法(F AHP)來計算評價指標之間的權(quán)重以解決傳統(tǒng)評價中評價因素、評價權(quán)重制定不客觀的問題.模糊標度及其含義見表2.
表2
評價指標體系建立之后,就可以根據(jù)評價指標體系設(shè)計出評價調(diào)查表.調(diào)查表中的調(diào)查項目、習題選項要與指標體系對應(yīng).先把調(diào)查表發(fā)給評價者,教師對調(diào)查表的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,分別得到每個被評價者的每一因素的單因素評價向量.
通過權(quán)系數(shù)矩陣W 與評價矩陣R的模糊變換得到模糊評判S,S=[W]?[R],其中,“?”模糊合成算子.相關(guān)文獻研究表明[7],乘于有界模糊算子(·,8)可針對各種因素按權(quán)重大小統(tǒng)籌兼顧,綜合考慮能夠充分考慮各種因素.由于不同層次的權(quán)系數(shù)矩陣與評價矩陣的不同,這種評價方法既可以進行單層次評價又可以進行多層次綜合評價.
現(xiàn)以評價某校2008級某一物理師范專業(yè)學(xué)生的物理實驗?zāi)芰槔?,具體說明如何運用模糊綜合評價模型對大學(xué)生的實驗?zāi)芰M行綜合評價.
根據(jù)實際教學(xué)情況,實施本次評價的專家成員包括普通物理實驗教研室6位教師,評價分數(shù)范圍取1~5,針對被評價學(xué)生的物理實驗?zāi)芰y量分3個部分進行,分別針對該學(xué)生的物理實驗知識結(jié)構(gòu)、物理實驗操作技能和物理實驗問題解決能力進行測量.(1)利用普通物理實驗考試中的筆試考題,作為分析物理實驗知識結(jié)構(gòu)的工具,批改該學(xué)生的考試答卷,從物理實驗知識的識記、理解、運用三個層次給出相應(yīng)的評價分數(shù),然后取平均值,作為該學(xué)生物理實驗知識結(jié)構(gòu)方面的評價結(jié)果;(2)利用普通物理實驗考試中的操作考試,觀察、記錄并分析該學(xué)生在實驗操作考試中各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn),從模仿操作、意識操作和定型操作三個層次給出相應(yīng)的評價分數(shù),然后取平均值,作為該學(xué)生物理實驗操作技能方面的評價結(jié)果;(3)根據(jù)學(xué)生在創(chuàng)新實驗與科技制作活動中的表現(xiàn),從實驗設(shè)計的科學(xué)性與可行性、實驗的創(chuàng)新性以及對于實驗結(jié)果的呈現(xiàn)效果3個方面出發(fā),由多名教師進行分析評定,給出每個方面相應(yīng)的評價分數(shù),然后取平均值,作為物理實驗問題解決能力的最終評價結(jié)果.
根據(jù)表1層次結(jié)構(gòu)模型,并參照對各因素的定性分析,對各指標的相對重要性進行兩兩比較,構(gòu)造模糊一致矩陣,如表3,然后進行單排序.
表3
表4
表5
表6
由表3~6可得各級指標的權(quán)重矩陣:W={0.250,0.350,0.400},W1={0.250,0.333,0.417},W2={0.267,0.417,0.316},W3={0.433,0.233,0.334}.
對收集的調(diào)查表進行統(tǒng)計,得到該學(xué)生的各因素的評價矩陣R1,R2,R3,以及總體評價矩陣R,如表7所示.
表7
通過權(quán)重系數(shù)矩陣W 與評價矩陣R的模糊變換得到模糊評判集S=W?R,可以得出S=[0.3395,0.3690,0.1395,0.0565,0.0955].前面我們已經(jīng)定義了確定評價等級為“5,4,3,2,1”,然后用S中對應(yīng)分量將各等級的秩加權(quán)求和,得到綜合評價值為3.8005,由于3<3.8005<4,說明該學(xué)生的物理實驗?zāi)芰橹械?運用同樣的方法,可以計算出每個因素的評價值,如表7所示.從表中的計算結(jié)果,我們可以看出該同學(xué)各方面實驗?zāi)芰τ忻黠@差異,其中實驗操作能力最強,達到了4.0244,物理實驗基礎(chǔ)知識和物理實驗問題解決能力處于中等偏上.
由此可以看出,用此模型計算學(xué)生的物理實驗?zāi)芰?,不但可以對學(xué)生的物理實驗?zāi)芰ψ龆ㄐ缘姆治觯夷芙o出定量的評價結(jié)果.這有利于對該專業(yè)全體學(xué)生的物理實驗?zāi)芰M行準確地排序,幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習情況,從而促進物理實驗教學(xué).
本文以對大學(xué)生的物理實驗?zāi)芰υu價為例,利用模糊層次分析法,在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上建立了綜合評價模型,該模型全面考慮了影響大學(xué)生實驗?zāi)芰Φ母鞣N綜合因素.通過應(yīng)用此模型,能盡量避免評價者個人主觀臆斷的缺點,較好地保證了評價工作的客觀性和適用性.教師可以從評價結(jié)果中發(fā)現(xiàn)學(xué)生哪方面實驗?zāi)芰Σ蛔?,從而改善教學(xué)策略,有助于學(xué)生實驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展,保證了及時、準確、高效地完成評價工作.
1 教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會.理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求.北京:高等教育出版社,2010.
2 李柏年.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2007.134~139
3 查有梁,謝仁根等.物理教學(xué)論.南寧:廣西教育出版社,1996.357
4 邵瑞珍等.學(xué)與教的心理學(xué).上海:華東師范大學(xué)出版社,1990.191,195
5 王振東.中學(xué)物理實驗?zāi)芰y量研究(碩士論文).山東師范大學(xué),2003.10,23
6 田立勇,于寧,張?zhí)m芬.大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐能力綜合評價.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2010(6):651
7 寧庶亮,陳亮,李霖.模糊合成算子在軍隊指揮效能評估中的應(yīng)用.火力與指揮控制,2008(12):119~120
8 孫祥,徐留美,吳清.M a t l ab 7.0基礎(chǔ)教程.北京:清華大學(xué)出版社,2005.
9 張軍朋.物理教學(xué)與學(xué)業(yè)評價.廣州:廣東教育出版社,2005.182-186
10 陳海燕.模糊綜合評價在物理實驗中的應(yīng)用.信陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2004(1):86
11 陳鳳姣,徐正華.模糊評判法在高校實驗教學(xué)質(zhì)量評價體系的應(yīng)用.漳州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(4):152-153