肖 航,桑海波,景鵬飛

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

1. 緒論

1.1 研究背景

2019年高等學(xué)校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)[1]以及《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》指出,普通物理實(shí)驗(yàn)課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)的能力,以及合理科學(xué)探究的能力.在授課整個(gè)過程中要努力爭(zhēng)取建構(gòu)一個(gè)有助于培養(yǎng)本科生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的授課環(huán)境.課程考核要求引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)情況,檢查教學(xué)成果,同時(shí)要體現(xiàn)課程要求規(guī)范.同時(shí)要盡量避免出現(xiàn)應(yīng)試教育的消極影響,積極探索以素質(zhì)教育為著力點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)課程考評(píng)方式.[2]因此現(xiàn)在需要?jiǎng)?chuàng)制更加合理規(guī)范的普通物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).而物理實(shí)驗(yàn)課程難以制定一個(gè)量化的考核方式,因?yàn)樵u(píng)價(jià)過程帶有很多主觀因素.如何實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化的量化考核一直都是實(shí)驗(yàn)類課程考核的難點(diǎn).國(guó)內(nèi)主要有華東師范大學(xué)的陳伊淳、李佳隆等團(tuán)隊(duì)在從事相關(guān)研究[3,4],對(duì)普通物理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的平時(shí)成績(jī)制定了一套評(píng)價(jià)細(xì)則,規(guī)定了具體操作規(guī)程,但是所制定的評(píng)分細(xì)則沒有具體理論依據(jù)和系統(tǒng)方法支撐.國(guó)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(shí)驗(yàn)的測(cè)量和評(píng)價(jià).同時(shí)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展線上學(xué)習(xí),作為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的評(píng)價(jià)方式,也便于教師掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的具體情況.

正確有效的普通物理實(shí)驗(yàn)課程量化考核方法可以促進(jìn)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)水平的提高,科學(xué)合理的普通物理實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)方法可以減輕實(shí)驗(yàn)教師的工作量,引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)重點(diǎn);同時(shí)有助于提高理工科學(xué)生的實(shí)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(shí)驗(yàn)量化評(píng)價(jià)的建構(gòu)

2.1 確定各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

國(guó)內(nèi)一些專家[9]認(rèn)為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)考核應(yīng)該注重基于過程的考核,包括實(shí)驗(yàn)興趣、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)協(xié)作精神、實(shí)驗(yàn)科學(xué)精神、和學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測(cè).也有一些專家[10]認(rèn)為實(shí)驗(yàn)考核的成績(jī)應(yīng)采取百分制,具體分為三個(gè)部分：預(yù)習(xí)報(bào)告(20%)、實(shí)驗(yàn)操作(50%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%).

實(shí)驗(yàn)態(tài)度與情感是整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的靈魂,本文將其分為三個(gè)部分：情感與興趣、表現(xiàn)、責(zé)任.對(duì)于第一部分要在實(shí)驗(yàn)過程中觀察學(xué)生是否有較高的實(shí)驗(yàn)興趣,是否有克服實(shí)驗(yàn)困難的意志,以及是否有較好的實(shí)驗(yàn)安全意識(shí).對(duì)于實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)則要觀察在實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生是否能遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律,是否能夠與同學(xué)合作探究,能夠反思自我,同時(shí)能夠客觀的評(píng)價(jià)他人.在實(shí)驗(yàn)責(zé)任部分要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中規(guī)范安全,同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確,不抄襲他人數(shù)據(jù);在實(shí)驗(yàn)過程中能夠面對(duì)突發(fā)情況不慌亂,并且在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后能夠整理實(shí)驗(yàn)操作臺(tái).[14]考慮到學(xué)生在教學(xué)中的主體地位,因此也將學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)納入到評(píng)價(jià)體系中.

2.2 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定流程[16]

在制定完成評(píng)價(jià)指標(biāo)之后,需要確定評(píng)價(jià)指標(biāo)中相應(yīng)指標(biāo)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(xué)(珠海校區(qū))的師生進(jìn)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(jì)算每個(gè)指標(biāo)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(gè)指標(biāo)的重要程度填寫判斷矩陣,建構(gòu)一個(gè)主觀的評(píng)價(jià)矩陣.

2) 將判斷矩陣輸入到SPSSPRO工具中,通過方根法計(jì)算求出特征向量.

3) 通過計(jì)算CI值(一致性指標(biāo)),檢驗(yàn)其結(jié)果是否具有一致性.

2.3 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定

首先我們將一級(jí)指標(biāo)做對(duì)比,然后按照一線實(shí)驗(yàn)教師60%,學(xué)生40%的占比分?jǐn)?shù)來制作判斷矩陣,得到的矩陣如表1.

表1 一級(jí)指標(biāo)的重要程度比較結(jié)果(判斷矩陣)

續(xù)表

其中實(shí)驗(yàn)態(tài)度與情感包括：實(shí)驗(yàn)情感與興趣,實(shí)驗(yàn)責(zé)任,實(shí)驗(yàn)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(jìn)行計(jì)算,得到各指標(biāo)的占比如下表：

表2 AHP層次分析一級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)權(quán)重和特征值

從表2中我們可以看到實(shí)驗(yàn)操作在評(píng)價(jià)體系中的占比最大,實(shí)驗(yàn)態(tài)度與情感的占比最小,這與北京師范大學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大體相同.由層次分析法通過計(jì)算可以得到其占比權(quán)重,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的權(quán)重為5.673%,實(shí)驗(yàn)操作的權(quán)重為65.912%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告的權(quán)重為22.995%,實(shí)驗(yàn)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(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作都比較重視,因此實(shí)驗(yàn)操作的權(quán)重占比最大.

圖2 一級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)占比餅狀圖

表3 一級(jí)指標(biāo)的一致性檢驗(yàn)結(jié)果

通過一致性檢驗(yàn)可以判斷本次數(shù)據(jù)的有效性.如果通過一致性檢驗(yàn)說明本次數(shù)據(jù)真實(shí)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(yīng)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(yàn)沒問題,本次數(shù)據(jù)有效.其他的指標(biāo)以及自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)的權(quán)重占比計(jì)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(shí)驗(yàn)課程成績(jī)量化評(píng)價(jià)方式分析

3.1 普通物理實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)量化評(píng)價(jià)方式的信度和效度檢驗(yàn)

3.1.1 信度分析

通過上述方法得到的普通物理實(shí)驗(yàn)課程量化評(píng)價(jià)表是基于問卷的原始數(shù)據(jù)的,要分析普通物理實(shí)驗(yàn)課程量化評(píng)價(jià)表的信度,就需要先檢驗(yàn)問卷的信度.在這里采用SPSS來進(jìn)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(jìn)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(gè)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(cuò);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(jì)

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(jìn)行因子分析,在這里我們首先對(duì)問卷原始數(shù)據(jù)的效度做一下分析,來檢驗(yàn)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(yàn)

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(cuò);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(dāng)原始數(shù)據(jù)有效且可信度較高時(shí),由層次分析法得到的評(píng)價(jià)量表的信度和效度也比較高.

3.2 普通物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)量化評(píng)價(jià)效果分析

為了驗(yàn)證評(píng)價(jià)量表的評(píng)價(jià)效果,筆者邀請(qǐng)不同高校的多位評(píng)委按照新的普通物理實(shí)驗(yàn)量化評(píng)價(jià)表來對(duì)學(xué)生打分,在評(píng)價(jià)前對(duì)評(píng)委們進(jìn)行培訓(xùn),講解了相應(yīng)的使用方法和標(biāo)準(zhǔn),以此來減少由于評(píng)價(jià)者的主觀性帶來的誤差.

本文利用SPSS來分析評(píng)委們對(duì)同一個(gè)學(xué)生的評(píng)價(jià)是否存在差異性,如果評(píng)委的評(píng)分差異較大則說明此量表主觀性較強(qiáng),導(dǎo)致該量表失去客觀性,如果其差異性較小說明此評(píng)價(jià)量表具有客觀性,其評(píng)價(jià)效果也比較客觀公正.

在此本文利用卡方檢驗(yàn)來檢測(cè)評(píng)價(jià)效果是否存在差異性,得到各評(píng)委對(duì)同一學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：

表6 評(píng)委總分檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

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

接下來檢驗(yàn)評(píng)委給不同的學(xué)生打分是否具有差異性(區(qū)分度).請(qǐng)?jiān)u委們給不同的兩位學(xué)生打分,最后對(duì)評(píng)分情況進(jìn)行差異性分析：

由表7可以得到假設(shè)兩個(gè)學(xué)生總分不存在差異的顯著性為0.009<0.05.如果拒絕此假設(shè),認(rèn)為兩個(gè)學(xué)生的總分是存在差異的,所以該量表對(duì)不同的學(xué)生評(píng)價(jià)是具有區(qū)分度的,因此該量表評(píng)價(jià)結(jié)果能夠體現(xiàn)不同學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

4 研究結(jié)論和展望

本文利用層次分析法將模糊的評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)具體化.同時(shí)借鑒了之前幾位學(xué)者的研究結(jié)果,將學(xué)生納入到評(píng)價(jià)的體系中,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,使得學(xué)生能夠?qū)ψ约旱膶?shí)驗(yàn)成果有更加深入的認(rèn)識(shí),也能夠幫助學(xué)生及時(shí)總結(jié)反思,進(jìn)而改進(jìn)學(xué)習(xí)方法和實(shí)驗(yàn)操作,提高實(shí)驗(yàn)探究能力.本文的量化評(píng)價(jià)表也納入了同伴互評(píng)的環(huán)節(jié),因?yàn)橥瑢W(xué)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(píng)價(jià)量表針對(duì)難以標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)過程,制定了相應(yīng)的可操作性標(biāo)準(zhǔn),幫助實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程做出合理科學(xué)的評(píng)價(jià).此量化評(píng)價(jià)表對(duì)普通物理實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)范,得到的標(biāo)準(zhǔn)是教師和同學(xué)都高度認(rèn)同的.但是受到客觀因素的影響,本量表還處于實(shí)驗(yàn)階段,關(guān)于其對(duì)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木唧w影響還需要做進(jìn)一步研究.

普通物理實(shí)驗(yàn)量化評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)表的方法.因?yàn)閷哟畏治龇ū容^依賴于原始數(shù)據(jù),而不同高校的師生對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)可能有所不同,因此最終得到的標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有所不同.制作量表的方法和過程也可以擴(kuò)展到高中物理實(shí)驗(yàn)、生物或化學(xué)等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),同樣具有指導(dǎo)意義.