工科學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α炕芯砍跆?/h1>
2017-03-23 06:09:06田霖鵬呂思潁朱亞彬彭繼迎張進(jìn)宏
物理與工程 2017年1期
田霖鵬 呂思潁 朱亞彬 彭繼迎 范 玲 韓 笑 張進(jìn)宏 張 斌
(北京交通大學(xué)理學(xué)院，北京 100044)
工科學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α炕芯砍跆?/p>
田霖鵬 呂思潁 朱亞彬 彭繼迎 范 玲 韓 笑 張進(jìn)宏 張 斌
(北京交通大學(xué)理學(xué)院，北京 100044)
物理實(shí)驗(yàn)是工科院校的必修基礎(chǔ)課程，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牧炕瘻y評一直是個(gè)難點(diǎn)。本文根據(jù)加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試相關(guān)工作和本校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，挑選7道題目，又自行編寫3道題目，構(gòu)成一份物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y試卷。對本校400多名本科生進(jìn)行了前測和后測，有效問卷300多份。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對單個(gè)題目和整體試卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量化計(jì)算(如難度系數(shù)、差異系數(shù)和點(diǎn)雙列系數(shù)，整套題的Ferguson’s delta)。結(jié)果表明，此測試卷的平均難度系數(shù)、平均差異系數(shù)和平均點(diǎn)雙列系數(shù)都在合理范圍內(nèi)；整套題目的Ferguson’s delta為0.85，接近期待值0.9。雖然問卷的克倫巴赫信度低，但是通過對測試問卷進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示此問卷可行。
物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰? 量化研究; 測試問卷; 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
0 導(dǎo)言
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門實(shí)踐課，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膹?qiáng)弱，直接影響后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，以及未來科學(xué)研究和工作能力。物理實(shí)驗(yàn)的主要活動(dòng)是測量，即借助一定的儀器，運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)方法，對物理量進(jìn)行測量；記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用圖解法，最小二乘法等方法處理數(shù)據(jù)；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析[1]。 而物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y量，需要借助量表(測試卷)，對學(xué)生進(jìn)行測量，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即量化研究。2011年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的James Day 和 Doug Bonn[2]，在美國物理評論專題：物理教育研究雜志上發(fā)表了簡明數(shù)據(jù)處理測評(concise data processing assessment, CDPA)的文章，據(jù)我們所知，這是第一個(gè)關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y評工具。2012年美國科羅拉多大學(xué)的Benjamin M. Zwickl, Noah Finkelstein 和H.J.Lewandowski[3], 在費(fèi)城的物理教育研究會(huì)議上介紹了科羅拉多物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)態(tài)度科學(xué)調(diào)查(the Colorado Learning Attitudes about Science Survey for Experimental Physics, E-CLASS)工作。2014年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Jared B.Stang和Ido Roll[4]，在美國物理評論專題：物理教育研究雜志上發(fā)表了物理實(shí)驗(yàn)室中助教與學(xué)生互動(dòng)對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ绊懙奈恼?。與物理理論課的量化研究的力學(xué)概念匯總(Force Concept Inventory, FCI)，力學(xué)基本測試(Mechanics Baseline Test, MBT)和電磁學(xué)測試(The Brief Electricity and Magnetism Assessment, BEMA)等量化測試相比[5]，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰茖W(xué)評估的研究工作才剛剛起步，成為具有國際性水平的教育評估體系仍需要進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。
我們從2014年9月份開始開展物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y評的工作，圍繞超聲波原理及應(yīng)用專題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了4套題目，在2013級(jí)學(xué)生中實(shí)施測試，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)表在2015年8月份北京舉辦的國際物理教育大會(huì)論文集中。本文介紹的工作旨在評估工科學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)綜合能力，因此，從文獻(xiàn)中挑選7道題目，增加自己編寫3道題目，構(gòu)成測試卷，在2014級(jí)學(xué)生中實(shí)施測試，詳細(xì)情況見背景介紹部分。
1 實(shí)驗(yàn)背景
1.1 問卷的設(shè)計(jì)
我們總結(jié)的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試主要包括：閱讀實(shí)驗(yàn)講義(說明書)的能力，動(dòng)手操作的能力，觀察物理現(xiàn)象的能力，正確記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行不確定度計(jì)算，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果能力等等[6，7]。經(jīng)過仔細(xì)閱讀分析文獻(xiàn)中的工作，發(fā)現(xiàn)有些題目涉及的內(nèi)容，我們的實(shí)驗(yàn)課程沒有對應(yīng)的內(nèi)容，比如James Day 和 Doug Bonn設(shè)計(jì)的光通量題目。所以，根據(jù)我們的實(shí)際情況逐題篩選，具體題目見附錄。
附錄中題目1是考查閱讀實(shí)驗(yàn)說明書的能力，題目3和題目5是考查實(shí)驗(yàn)方法和測量結(jié)果知識(shí)，這3道題目是我們自行編寫的題目；題目6，7和8，是測試不確定度和有效數(shù)字的知識(shí)，題目9是有關(guān)圖形結(jié)果分析的，這4道題目選自James Day 和 Doug Bonn的工作，見文獻(xiàn)[2]；附錄題目2和4 的考點(diǎn)是數(shù)據(jù)記錄及分析，題目10根據(jù)圖形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)規(guī)律推論的題目，選自Jared B. Stang和Ido Roll的工作，見文獻(xiàn)[4]。
1.2 測試實(shí)施
北京交通大學(xué)2014級(jí)近400多名同學(xué)作為研究對象，在2015年3月，學(xué)生第一次上實(shí)驗(yàn)理論課發(fā)放問卷，進(jìn)行前測，有效試卷394份。在2015年6月和9月，學(xué)生經(jīng)過一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，進(jìn)行后測，有效試卷316份。每位測試對象在10～30min內(nèi)通過筆試答題的方法填寫測試問卷。測評目標(biāo)是考查通過物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣叩某潭龋?，參?shù)的計(jì)算均依據(jù)后測數(shù)據(jù)。
2 測試問卷的統(tǒng)計(jì)評估
我們對物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷進(jìn)行4項(xiàng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)：測試問卷難度系數(shù)、測試問卷差異系數(shù)以及測試問卷的點(diǎn)雙列系數(shù)，弗格森增量(Ferguson’s delta)。在以下各節(jié)中，本文對每個(gè)檢測項(xiàng)目進(jìn)行了簡要說明以及結(jié)果分析。
2.1 測試問卷難度系數(shù)
測試問卷難度系數(shù)P用來衡量測試問題的難易程度，即某個(gè)問題的正確答案所占的比例。N1代表回答正確的學(xué)生總數(shù)，N代表回答問題的學(xué)生總數(shù)，則
(1)
P值越大，學(xué)生們給出正確答案的比例越高，說明這道題對于學(xué)生們來說越簡單。難度系數(shù)P值的范圍是[0，1]，如果P值取到零，代表沒有一個(gè)人回答正確；如果P值取到1，代表所有人都答對了這個(gè)問題。對于這兩種極端的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)問卷時(shí)應(yīng)竭力避免。
(2)
本文涉及的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷各個(gè)題目的難度系數(shù)表如圖1所示，從圖中可看出，本問卷的平均難度系數(shù)為0.63，在合理的可接受的范圍內(nèi)。
圖1 題目難度系數(shù)
2.2 測試問卷差異(區(qū)分)系數(shù)
測試問卷的差異系數(shù)D代表測試中每個(gè)題目的區(qū)分度。具有較高區(qū)分度的問題可以測試出同學(xué)們對知識(shí)或能力的掌握程度，知識(shí)掌握全面的同學(xué)一般回答正確，知識(shí)掌握不全面的同學(xué)一般回答錯(cuò)誤；區(qū)分度低的問題可能會(huì)使掌握全面知識(shí)的同學(xué)給出錯(cuò)誤答案，而知識(shí)掌握不全的同學(xué)給出正確答案。所以，一份問卷如果每個(gè)問題的區(qū)分度都很高，就可以在所測試的領(lǐng)域，明確判斷出學(xué)生對知識(shí)掌握程度。
在教育與心理學(xué)中，差異系數(shù)計(jì)算分段有25%和50%兩種。本文采用25%的計(jì)算分段。計(jì)算測試問卷差異系數(shù)，我們將學(xué)生樣本分為兩個(gè)組，個(gè)人總分比整個(gè)樣本的第一4分位數(shù)(對樣本進(jìn)行降序排序后，對樣本進(jìn)行4等分，處于分割點(diǎn)位置的數(shù)值記為4分位數(shù))高的分為一個(gè)高分組H，個(gè)人總分比整個(gè)樣本第三4分位數(shù)處分?jǐn)?shù)低的分為低分組L，將在組H與L中做出正確答案的數(shù)量命名為：NH與NL，記學(xué)生樣本總數(shù)為N。差異系數(shù)D計(jì)算公式為
(3)
差異系數(shù)D的取值范圍為[-1，+1]，其中+1為最好的差異系數(shù)，-1為最差的差異系數(shù)。例如在極端情況下，同學(xué)們答出正確答案的都在H組，答出錯(cuò)誤答案的都在L組，則會(huì)得出最好的差異系數(shù)+1；若同學(xué)們答出正確答案都在L組，答出錯(cuò)誤答案的都在H組，則會(huì)得出最差的差異系數(shù)-1。但是，我們要極力避免這些極端情況出現(xiàn)。一般地，當(dāng)差異系數(shù)D≥0.3時(shí)，認(rèn)為該問卷具有較高的區(qū)分度；但是若差異系數(shù)0≤D≤0.3，并不一定代表問卷有問題。通常情況下，高信度的問卷具有較高的差異系數(shù)。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的差異系數(shù)如圖2所示。
圖2 題目的差異系數(shù)
(4)
2.3 測試問卷點(diǎn)雙列系數(shù)
點(diǎn)雙列系數(shù)是單個(gè)測試題目與整套測試題目一致性的度量，也是每個(gè)題目的可靠性指標(biāo)。點(diǎn)雙列系數(shù)反映學(xué)生答出單個(gè)題目的分?jǐn)?shù)與總體分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性。如果點(diǎn)雙列系數(shù)為正值，則單個(gè)題目與總體題目具有較高的正相關(guān)，代表獲得更高總分的學(xué)生會(huì)具備較大的可能性去答對單個(gè)題目；若點(diǎn)雙列系數(shù)為負(fù)值，則代表獲得較低總分的同學(xué)會(huì)具備較大可能性去答對單個(gè)題目，這說明此次測試卷存在缺陷。
計(jì)算點(diǎn)雙列系數(shù)，需要計(jì)算單個(gè)題目分?jǐn)?shù)與總分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)，學(xué)生在單個(gè)題目上的得分只有兩個(gè)選擇，1分代表正確，0分代表錯(cuò)誤，是二元變量；總體得分是連續(xù)性變量。單個(gè)題目得分與總體得分之間的聯(lián)系——點(diǎn)雙列系數(shù)rpbs為
(5)
點(diǎn)雙列系數(shù)取值范圍是[-1，+1]，點(diǎn)雙列系數(shù)為1，說明所有的題目與總得分高度正相關(guān)，但是在實(shí)際操作中不容易實(shí)現(xiàn)，一般可接受的點(diǎn)雙列系數(shù)范圍是rpbs≥0.2。我們測試問卷的點(diǎn)雙列系數(shù)計(jì)算，如圖3所示。
圖3 點(diǎn)雙列系數(shù)
從圖3可以看出，大部分題目的點(diǎn)雙列系數(shù)落在0.2與0.5之間，第一題的點(diǎn)雙列系數(shù)小于0.2，說明這個(gè)題目與整個(gè)測試卷相關(guān)性小，需要進(jìn)行調(diào)整。
對所有單個(gè)題目的點(diǎn)雙列系數(shù)取平均值
(6)
此處K代表測試問卷的題目總數(shù)。
2.4 測試問卷弗格森增量
弗格森增量是度量測試卷整體特性的一個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，弗格森增量通過所有同學(xué)們的總成績分布的范圍來表征整個(gè)測試問卷的區(qū)分度，如果測試對象覆蓋面廣 (對測試內(nèi)容理解不同層次的學(xué)生都存在)，測試卷的分?jǐn)?shù)分布范圍就廣，各個(gè)分?jǐn)?shù)段的學(xué)生都存在。
任意兩個(gè)同學(xué)的總分只有兩種情況：相同或不同。令fi表示每一個(gè)總分出現(xiàn)的頻數(shù)，i標(biāo)識(shí)測試問卷中出現(xiàn)的分值(數(shù))(如，5分和9分用不同i進(jìn)行區(qū)分)，則兩個(gè)相同總分(分?jǐn)?shù)對)的總數(shù)為
(7)
且不同總分(分?jǐn)?shù)對)的總數(shù)為
(8)
令K表示測試問卷的題目數(shù)量，N為接受測試的同學(xué)們的數(shù)量，如果
(9)
則不同總分的總數(shù)將達(dá)到最大。使用此頻數(shù)代替上式中的fi，則會(huì)得出一份測試問卷中的不等分?jǐn)?shù)對的最大數(shù)量，為
(10)
而不等分?jǐn)?shù)對的數(shù)量與一個(gè)測試所產(chǎn)生的最大數(shù)量的比值被稱為弗格森增量δ
(11)
2.5 測試問卷信度
問卷的信度常用的是克倫巴赫系數(shù)α，其計(jì)算公式為
(12)
本物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷時(shí)，α為0.011，小于克倫巴赫系數(shù)的接受值0.5，說明本問卷內(nèi)部一致性較弱，原因是本物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰柧淼念}目選自不同文獻(xiàn)。所以對于本文單選題的客觀問卷，我們可以引進(jìn)對信度的另一種檢驗(yàn)方法——顯著性檢驗(yàn)。
我們需要構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量并做兩個(gè)隨機(jī)變量(測量值與真實(shí)值)的雙側(cè)假設(shè)的顯著性檢驗(yàn)：
(1) 建立假設(shè)：
H0：μX=μTvs H1：μX≠μT
其中,μX是測量值X的期望;μT是真實(shí)值T的期望。
(2) 確定拒絕域： 一般來說，大樣本數(shù)據(jù)的分布都是近似服從正態(tài)分布的。
就是大半鍋剩下的雞血雞雜湯，一點(diǎn)蔥花，一碗米飯，正煮著。我于是坐下來，跟老板一起等雞湯熟。老板還拉著腔調(diào)教我：“不要急。雞湯泡飯，就是要慢慢篤一篤（此為吳語），才有味道的?！蔽艺f：“是，不急。”兩人搓著手，在江南沒有暖氣的寒浸浸的冬天里，就著爐灶等那一鍋雞湯將米飯泡潤起來——現(xiàn)在想來，盯著米飯被雞湯泡潤起來那片香味，就像靈魂被喚醒了似的。
(13)
(14)
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
我們用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算了物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的難度系數(shù)、差異系數(shù)、點(diǎn)雙列系數(shù)以及弗格森增量，其結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，本文提及的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的各項(xiàng)值都在有效范圍內(nèi)。通過對物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的顯著性檢驗(yàn)，認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷結(jié)果的真實(shí)值期望與觀測值期望相同，得出本測試問卷是可行的結(jié)論。
表1 統(tǒng)計(jì)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[1] 成正維,牛原,張斌,等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M]. 北京：北京交通大學(xué)出版社,2010. Cheng Zhengwei, Niu Yuan, Zhang bin, et al. Experiment of college physics[M]. Beijing Jiaotong University Press, 2010. (in Chinese)
[2] Day J, Bonn D, Development of the concise data processing assessment[J]. Phys.Rev.ST Phys.Educ.Res. 2011, 7(2): 010114-1-14.
[3] Zwickl B M, Finkelstein N, Lewandowski H J, Development and validation of the colorado learning attitudes about science survey for experimental physics[C]//presented at the Physics Education Research Conference 2012, Philadelphia, PA, 2012.
[4] Stang J, Roll I, Interactions between teaching assistant and students boost engagement in physics labs in physics labs[J]. Phys.Rev.ST Phys.Educ.Res. 2014, 10(2): 020117-1-15.
[5] 方愷，楊麗佳, 蔡天芳,等.物理教育研究評估[J].大學(xué)物理,2009,29(5):44-47. Fang Kai, Yang Lijia, Cai Tianfang, et al. Physical education research assessment[J]. College physics, 2009, 29(5): 44-47. (in Chinese)
[6] 張亞武.物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的探討[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002.19(4):69-70. Zhang Yawu. Exploration of cultivating experimental abilities[J]. Journal of Fuyang Teachers College (Natural Science), 2002, 19(4): 69-70. (in Chinese)
[7] 劉曉紅,楊建設(shè),朱昌平,等.培養(yǎng)本科生物理實(shí)驗(yàn)“四種能力”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008, 25(12):154-156. Liu Xiaohong, Yang Jianshe, Zhu Changping, et al. Research and practice of teaching mode for cultivating undergraduates’ “Four Kind of Abilities” in physical experiments[J]. Experimenal Technology and Management, 2008, 25(12):154-156. (in Chinese)
[8] Aubrecht II G J, Aubrecht J D, Constructing objective tests[J]. Am.J.Phys. 1983, 51(7): 613-620.
[9] 朱松濤. 對試卷信度計(jì)算公式的改進(jìn)[J]. 曲阜師范大學(xué)學(xué)報(bào),1998,24(3):87-88. Zhu Songtao. Improvement of reliability calculation formula of examination paper[J]. Journal of Qufu Normal University, 1998, 24(3): 87-88. (in Chinese)
[10] 茆詩松，程依明，濮曉龍,等.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2011. Mao Shisong, Cheng Yiming, Pu Xiaolong, et al. Probability and mathematical statistics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2011. (in Chinese).
附錄 物理實(shí)驗(yàn)整體測試題
學(xué)院________ 班級(jí)________
生源地______(省) 學(xué)號(hào)________
姓名________ 城市應(yīng)屆/農(nóng)村應(yīng)屆____(應(yīng))
1. “觸發(fā)是示波器采集和顯示波形的定位點(diǎn)，在模擬示波器中只能顯示觸發(fā)點(diǎn)(滿足觸發(fā)條件)以后的波形，數(shù)字示波器開始波形數(shù)據(jù)采集后一旦觸發(fā)條件滿足的觸發(fā)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，繼續(xù)采集足夠的數(shù)據(jù)， 因此在數(shù)字示波器中采集的數(shù)據(jù)包括觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)，觸發(fā)前的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的左方，觸發(fā)后的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的右方，因此它可以觀察觸發(fā)前的信號(hào)，例如研究器件損壞前的信號(hào)或繼電器觸點(diǎn)的波形都十分方便” 從這段話中，可看出模擬示波器和數(shù)字示波器的異同，以下表述正確的是[ ] A. 兩種示波器都有觸發(fā)功能，數(shù)字示波器可顯示觸發(fā)前后的數(shù)據(jù)，功能優(yōu)于模擬示波器； B. 兩種示波器的觸發(fā)功能一樣； C. 觸發(fā)前的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的右方，觸發(fā)后的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的左方； D. 模擬示波器的觸發(fā)功能優(yōu)于數(shù)字示波器。
2. (選自文獻(xiàn)4)小李和小張測書本的長度，小李的數(shù)據(jù)：25.63cm，25.50cm，25.60cm；小張的數(shù)據(jù)：13.60cm，25.50cm，35.61cm。哪個(gè)數(shù)據(jù)最接近書本的真實(shí)長度？[ ] A. 25.50cm,兩人唯一重復(fù)的數(shù)據(jù)； B. 25.58cm, 小李數(shù)據(jù)的平均值； C. 25.24cm,所有數(shù)據(jù)的平均值； D. 24.90cm, 小張數(shù)據(jù)的平均值。
3. 在實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)速度測量，以下說法正確的是[ ] A. 測量一段的距離和所用時(shí)間，計(jì)算的平均速度就是瞬時(shí)速度； B. 測量距離時(shí)間，用公式s=s0+vt計(jì)算； C. 測量很短距離和所用時(shí)間，計(jì)算的短時(shí)間內(nèi)的平均速度就是瞬時(shí)速度； D. 不清楚。
4. (選自文獻(xiàn)4)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)30年間(1980—2010年)學(xué)生成績，選擇下面哪組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析？[ ] A. 1980和2010年； B. 2001，2002，2003，2004，2010年； C. 1980，1985，1990，1995，2010； D. 1985，1990，1995，2000，2005。
5. 兩個(gè)同學(xué)測量激光波長，波長為625.0nm，他們討論測量多少次，可以停止測量。下面說法正確的是[ ] A. 他們兩位得到同一個(gè)值兩次； B. 他們注意到結(jié)果收斂在一個(gè)單一的區(qū)間內(nèi)； C. 重復(fù)測量兩次； D. 他們得到625.0nm時(shí)。
6. (選自文獻(xiàn)2)兩位同學(xué)測量水龍頭的流速，他們的結(jié)果分別是(90±12)mL/s和(110±1)mL/s。如果計(jì)算多長時(shí)間可以加滿1L容器，你的結(jié)果是[ ] A. 10.0s； B. 9.1s； C. 11.1s； D. 9.5s。
7. (選自文獻(xiàn)2)一個(gè)大圓柱體的質(zhì)量是小圓柱體質(zhì)量的(3.1±0.1)倍，如果小圓柱體的質(zhì)量是1.98892g，那么大圓柱體質(zhì)量的表達(dá)式為[ ] A. (6.165652±0.198892)g； B. (6.16565±0.19889)g； C. (6.2±0.2)g； D. (6.16±0.199)g。
8. (選自文獻(xiàn)2) 用一個(gè)小量程的電子秤稱量幾塊小的礦石，得到數(shù)據(jù)為m=(20.0±4.0)g；用另外一個(gè)大量程的電子秤稱量一堆礦石的質(zhì)量為m=(6000±20)g，一堆礦石中含多少塊礦石，最佳答案是[ ] A. 300±1； B. 300±5； C. 300±60； D. 300±80。
9. (選自文獻(xiàn)2)下面的圖是20℃時(shí)，一個(gè)氣瓶安全時(shí)壓強(qiáng)和體積的關(guān)系圖。哪個(gè)數(shù)學(xué)公式是p～V關(guān)系的最佳表達(dá)？
A.p(V)=A·eB·VA=4Pa/m3,B=-4； B.p(V)=A·eB·VA=4Pa,B=-4m-3； C.p(V)=A·VBA=4Pa·m3,B=-1； D.p(V)=A·VBA=4Pa,B=-1m-3。
10. (選自文獻(xiàn)4)觀察下面兩幅圖，關(guān)于1961—2010年的溫度，跟1881—1930年時(shí)間段的溫度比較，以下說法正確的是[ ] A. 以相同速率增加； B. 溫度增速變緩； C. 溫度增速更快； D. 溫度沒變化。
■
QUANTITATIVE RESEARCH OF THE ABILITIES FOR PHYSICS EXPERIMENT ON EDUCATION EVALUATION
Tian Linpeng Lv Siying Zhu Yabin Peng Jiying Fan Ling Han Xiao Zhang Jinhong Zhang Bin
(School of Science, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)
Physics experiment is one of the basic compulsory courses in engineering university. Quantitative evaluation of the physics experiment abilities has always been a difficulty topic. Based on relevant works of the University of British Columbia (Canada) and the actual situation of physics experiment teaching in our university, seven questions were selected from the test used in the University of British Columbia, and three self-designed questions were added to form a questionnaire for physics experiment evaluation. Pre-test and post-test were conducted among a total of 400 undergraduates in our university and 300 were valid. Statistical quantitative calculation was employed in each question and the questionnaire as a whole (Including the difficulty index, the discrimination index, the point biserial coefficient and the Ferguson’s delta of the questionnaire). The results showed that the average of the difficulty index, the discrimination index, the point biserial coefficient of this questionnaire were in reasonable range, and the Ferguson’s delta of the questionnaire was 0.85, which was close to the expected value of 0.9. As shown in the results, although the Cronbach reliability was low, this questionnaire was still feasible after significance test.
physics experimental ability; quantitative research; questionnaire; statistical method
2016-04-27；
2016-10-27
北京交通大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(150170045)。
田霖鵬，男，本科生，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，主要從事數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方面研究,13271060@bjtu.edu.cn。
朱亞彬，女，副教授，主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以及光電功能薄膜材料的制備和物性研究,ybzhu@bjtu.edu.cn。
田霖鵬，呂思潁，朱亞彬，等. 工科學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α炕芯砍跆絒J]. 物理與工程，2017，27(1)：37-43.
猜你喜歡
唐朝“高考”的詩歌題目文苑(2020年7期)2020-08-12 09:36:22 關(guān)于題目的要求寧夏醫(yī)學(xué)雜志(2020年3期)2020-02-27 14:17:11 本期練習(xí)類題目參考答案及提示中學(xué)生數(shù)理化·八年級(jí)數(shù)學(xué)人教版(2019年11期)2019-09-10 09:43:04 一款教學(xué)示波器的Y通道設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電子制作(2017年13期)2017-12-15 09:00:08 可攜帶式虛擬雙蹤示波器電子制作(2017年20期)2017-04-26 06:57:46 問卷網(wǎng)中國建筑裝飾裝修(2017年1期)2017-02-13 09:05:07 一道不等式題目的推廣求知導(dǎo)刊(2015年15期)2015-05-30 00:51:54 問卷大調(diào)查創(chuàng)新作文·初中版(2015年1期)2015-03-11 23:57:54 問卷你做主創(chuàng)新作文·初中版(2014年5期)2014-07-18 20:23:30 高速光學(xué)示波器物理(2009年1期)2009-03-24 04:31:40
田霖鵬 呂思潁 朱亞彬 彭繼迎 范 玲 韓 笑 張進(jìn)宏 張 斌
(北京交通大學(xué)理學(xué)院，北京 100044)
工科學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α炕芯砍跆?/p>
田霖鵬 呂思潁 朱亞彬 彭繼迎 范 玲 韓 笑 張進(jìn)宏 張 斌
(北京交通大學(xué)理學(xué)院，北京 100044)
物理實(shí)驗(yàn)是工科院校的必修基礎(chǔ)課程，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牧炕瘻y評一直是個(gè)難點(diǎn)。本文根據(jù)加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試相關(guān)工作和本校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，挑選7道題目，又自行編寫3道題目，構(gòu)成一份物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y試卷。對本校400多名本科生進(jìn)行了前測和后測，有效問卷300多份。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對單個(gè)題目和整體試卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量化計(jì)算(如難度系數(shù)、差異系數(shù)和點(diǎn)雙列系數(shù)，整套題的Ferguson’s delta)。結(jié)果表明，此測試卷的平均難度系數(shù)、平均差異系數(shù)和平均點(diǎn)雙列系數(shù)都在合理范圍內(nèi)；整套題目的Ferguson’s delta為0.85，接近期待值0.9。雖然問卷的克倫巴赫信度低，但是通過對測試問卷進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示此問卷可行。
物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰? 量化研究; 測試問卷; 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
0 導(dǎo)言
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門實(shí)踐課，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膹?qiáng)弱，直接影響后續(xù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，以及未來科學(xué)研究和工作能力。物理實(shí)驗(yàn)的主要活動(dòng)是測量，即借助一定的儀器，運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)方法，對物理量進(jìn)行測量；記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用圖解法，最小二乘法等方法處理數(shù)據(jù)；對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度分析[1]。 而物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y量，需要借助量表(測試卷)，對學(xué)生進(jìn)行測量，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即量化研究。2011年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的James Day 和 Doug Bonn[2]，在美國物理評論專題：物理教育研究雜志上發(fā)表了簡明數(shù)據(jù)處理測評(concise data processing assessment, CDPA)的文章，據(jù)我們所知，這是第一個(gè)關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y評工具。2012年美國科羅拉多大學(xué)的Benjamin M. Zwickl, Noah Finkelstein 和H.J.Lewandowski[3], 在費(fèi)城的物理教育研究會(huì)議上介紹了科羅拉多物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)態(tài)度科學(xué)調(diào)查(the Colorado Learning Attitudes about Science Survey for Experimental Physics, E-CLASS)工作。2014年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Jared B.Stang和Ido Roll[4]，在美國物理評論專題：物理教育研究雜志上發(fā)表了物理實(shí)驗(yàn)室中助教與學(xué)生互動(dòng)對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ绊懙奈恼?。與物理理論課的量化研究的力學(xué)概念匯總(Force Concept Inventory, FCI)，力學(xué)基本測試(Mechanics Baseline Test, MBT)和電磁學(xué)測試(The Brief Electricity and Magnetism Assessment, BEMA)等量化測試相比[5]，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰茖W(xué)評估的研究工作才剛剛起步，成為具有國際性水平的教育評估體系仍需要進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。
我們從2014年9月份開始開展物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y評的工作，圍繞超聲波原理及應(yīng)用專題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了4套題目，在2013級(jí)學(xué)生中實(shí)施測試，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)表在2015年8月份北京舉辦的國際物理教育大會(huì)論文集中。本文介紹的工作旨在評估工科學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)綜合能力，因此，從文獻(xiàn)中挑選7道題目，增加自己編寫3道題目，構(gòu)成測試卷，在2014級(jí)學(xué)生中實(shí)施測試，詳細(xì)情況見背景介紹部分。
1 實(shí)驗(yàn)背景
1.1 問卷的設(shè)計(jì)
我們總結(jié)的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試主要包括：閱讀實(shí)驗(yàn)講義(說明書)的能力，動(dòng)手操作的能力，觀察物理現(xiàn)象的能力，正確記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行不確定度計(jì)算，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果能力等等[6，7]。經(jīng)過仔細(xì)閱讀分析文獻(xiàn)中的工作，發(fā)現(xiàn)有些題目涉及的內(nèi)容，我們的實(shí)驗(yàn)課程沒有對應(yīng)的內(nèi)容，比如James Day 和 Doug Bonn設(shè)計(jì)的光通量題目。所以，根據(jù)我們的實(shí)際情況逐題篩選，具體題目見附錄。
附錄中題目1是考查閱讀實(shí)驗(yàn)說明書的能力，題目3和題目5是考查實(shí)驗(yàn)方法和測量結(jié)果知識(shí)，這3道題目是我們自行編寫的題目；題目6，7和8，是測試不確定度和有效數(shù)字的知識(shí)，題目9是有關(guān)圖形結(jié)果分析的，這4道題目選自James Day 和 Doug Bonn的工作，見文獻(xiàn)[2]；附錄題目2和4 的考點(diǎn)是數(shù)據(jù)記錄及分析，題目10根據(jù)圖形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)規(guī)律推論的題目，選自Jared B. Stang和Ido Roll的工作，見文獻(xiàn)[4]。
1.2 測試實(shí)施
北京交通大學(xué)2014級(jí)近400多名同學(xué)作為研究對象，在2015年3月，學(xué)生第一次上實(shí)驗(yàn)理論課發(fā)放問卷，進(jìn)行前測，有效試卷394份。在2015年6月和9月，學(xué)生經(jīng)過一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，進(jìn)行后測，有效試卷316份。每位測試對象在10～30min內(nèi)通過筆試答題的方法填寫測試問卷。測評目標(biāo)是考查通過物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣叩某潭龋?，參?shù)的計(jì)算均依據(jù)后測數(shù)據(jù)。
2 測試問卷的統(tǒng)計(jì)評估
我們對物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷進(jìn)行4項(xiàng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)：測試問卷難度系數(shù)、測試問卷差異系數(shù)以及測試問卷的點(diǎn)雙列系數(shù)，弗格森增量(Ferguson’s delta)。在以下各節(jié)中，本文對每個(gè)檢測項(xiàng)目進(jìn)行了簡要說明以及結(jié)果分析。
2.1 測試問卷難度系數(shù)
測試問卷難度系數(shù)P用來衡量測試問題的難易程度，即某個(gè)問題的正確答案所占的比例。N1代表回答正確的學(xué)生總數(shù)，N代表回答問題的學(xué)生總數(shù)，則
(1)
P值越大，學(xué)生們給出正確答案的比例越高，說明這道題對于學(xué)生們來說越簡單。難度系數(shù)P值的范圍是[0，1]，如果P值取到零，代表沒有一個(gè)人回答正確；如果P值取到1，代表所有人都答對了這個(gè)問題。對于這兩種極端的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)問卷時(shí)應(yīng)竭力避免。
(2)
本文涉及的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷各個(gè)題目的難度系數(shù)表如圖1所示，從圖中可看出，本問卷的平均難度系數(shù)為0.63，在合理的可接受的范圍內(nèi)。
圖1 題目難度系數(shù)
2.2 測試問卷差異(區(qū)分)系數(shù)
測試問卷的差異系數(shù)D代表測試中每個(gè)題目的區(qū)分度。具有較高區(qū)分度的問題可以測試出同學(xué)們對知識(shí)或能力的掌握程度，知識(shí)掌握全面的同學(xué)一般回答正確，知識(shí)掌握不全面的同學(xué)一般回答錯(cuò)誤；區(qū)分度低的問題可能會(huì)使掌握全面知識(shí)的同學(xué)給出錯(cuò)誤答案，而知識(shí)掌握不全的同學(xué)給出正確答案。所以，一份問卷如果每個(gè)問題的區(qū)分度都很高，就可以在所測試的領(lǐng)域，明確判斷出學(xué)生對知識(shí)掌握程度。
在教育與心理學(xué)中，差異系數(shù)計(jì)算分段有25%和50%兩種。本文采用25%的計(jì)算分段。計(jì)算測試問卷差異系數(shù)，我們將學(xué)生樣本分為兩個(gè)組，個(gè)人總分比整個(gè)樣本的第一4分位數(shù)(對樣本進(jìn)行降序排序后，對樣本進(jìn)行4等分，處于分割點(diǎn)位置的數(shù)值記為4分位數(shù))高的分為一個(gè)高分組H，個(gè)人總分比整個(gè)樣本第三4分位數(shù)處分?jǐn)?shù)低的分為低分組L，將在組H與L中做出正確答案的數(shù)量命名為：NH與NL，記學(xué)生樣本總數(shù)為N。差異系數(shù)D計(jì)算公式為
(3)
差異系數(shù)D的取值范圍為[-1，+1]，其中+1為最好的差異系數(shù)，-1為最差的差異系數(shù)。例如在極端情況下，同學(xué)們答出正確答案的都在H組，答出錯(cuò)誤答案的都在L組，則會(huì)得出最好的差異系數(shù)+1；若同學(xué)們答出正確答案都在L組，答出錯(cuò)誤答案的都在H組，則會(huì)得出最差的差異系數(shù)-1。但是，我們要極力避免這些極端情況出現(xiàn)。一般地，當(dāng)差異系數(shù)D≥0.3時(shí)，認(rèn)為該問卷具有較高的區(qū)分度；但是若差異系數(shù)0≤D≤0.3，并不一定代表問卷有問題。通常情況下，高信度的問卷具有較高的差異系數(shù)。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的差異系數(shù)如圖2所示。
圖2 題目的差異系數(shù)
(4)
2.3 測試問卷點(diǎn)雙列系數(shù)
點(diǎn)雙列系數(shù)是單個(gè)測試題目與整套測試題目一致性的度量，也是每個(gè)題目的可靠性指標(biāo)。點(diǎn)雙列系數(shù)反映學(xué)生答出單個(gè)題目的分?jǐn)?shù)與總體分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性。如果點(diǎn)雙列系數(shù)為正值，則單個(gè)題目與總體題目具有較高的正相關(guān)，代表獲得更高總分的學(xué)生會(huì)具備較大的可能性去答對單個(gè)題目；若點(diǎn)雙列系數(shù)為負(fù)值，則代表獲得較低總分的同學(xué)會(huì)具備較大可能性去答對單個(gè)題目，這說明此次測試卷存在缺陷。
計(jì)算點(diǎn)雙列系數(shù)，需要計(jì)算單個(gè)題目分?jǐn)?shù)與總分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)系數(shù)，學(xué)生在單個(gè)題目上的得分只有兩個(gè)選擇，1分代表正確，0分代表錯(cuò)誤，是二元變量；總體得分是連續(xù)性變量。單個(gè)題目得分與總體得分之間的聯(lián)系——點(diǎn)雙列系數(shù)rpbs為
(5)
點(diǎn)雙列系數(shù)取值范圍是[-1，+1]，點(diǎn)雙列系數(shù)為1，說明所有的題目與總得分高度正相關(guān)，但是在實(shí)際操作中不容易實(shí)現(xiàn)，一般可接受的點(diǎn)雙列系數(shù)范圍是rpbs≥0.2。我們測試問卷的點(diǎn)雙列系數(shù)計(jì)算，如圖3所示。
圖3 點(diǎn)雙列系數(shù)
從圖3可以看出，大部分題目的點(diǎn)雙列系數(shù)落在0.2與0.5之間，第一題的點(diǎn)雙列系數(shù)小于0.2，說明這個(gè)題目與整個(gè)測試卷相關(guān)性小，需要進(jìn)行調(diào)整。
對所有單個(gè)題目的點(diǎn)雙列系數(shù)取平均值
(6)
此處K代表測試問卷的題目總數(shù)。
2.4 測試問卷弗格森增量
弗格森增量是度量測試卷整體特性的一個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，弗格森增量通過所有同學(xué)們的總成績分布的范圍來表征整個(gè)測試問卷的區(qū)分度，如果測試對象覆蓋面廣 (對測試內(nèi)容理解不同層次的學(xué)生都存在)，測試卷的分?jǐn)?shù)分布范圍就廣，各個(gè)分?jǐn)?shù)段的學(xué)生都存在。
任意兩個(gè)同學(xué)的總分只有兩種情況：相同或不同。令fi表示每一個(gè)總分出現(xiàn)的頻數(shù)，i標(biāo)識(shí)測試問卷中出現(xiàn)的分值(數(shù))(如，5分和9分用不同i進(jìn)行區(qū)分)，則兩個(gè)相同總分(分?jǐn)?shù)對)的總數(shù)為
(7)
且不同總分(分?jǐn)?shù)對)的總數(shù)為
(8)
令K表示測試問卷的題目數(shù)量，N為接受測試的同學(xué)們的數(shù)量，如果
(9)
則不同總分的總數(shù)將達(dá)到最大。使用此頻數(shù)代替上式中的fi，則會(huì)得出一份測試問卷中的不等分?jǐn)?shù)對的最大數(shù)量，為
(10)
而不等分?jǐn)?shù)對的數(shù)量與一個(gè)測試所產(chǎn)生的最大數(shù)量的比值被稱為弗格森增量δ
(11)
2.5 測試問卷信度
問卷的信度常用的是克倫巴赫系數(shù)α，其計(jì)算公式為
(12)
本物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷時(shí)，α為0.011，小于克倫巴赫系數(shù)的接受值0.5，說明本問卷內(nèi)部一致性較弱，原因是本物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰柧淼念}目選自不同文獻(xiàn)。所以對于本文單選題的客觀問卷，我們可以引進(jìn)對信度的另一種檢驗(yàn)方法——顯著性檢驗(yàn)。
我們需要構(gòu)造檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量并做兩個(gè)隨機(jī)變量(測量值與真實(shí)值)的雙側(cè)假設(shè)的顯著性檢驗(yàn)：
(1) 建立假設(shè)：
H0：μX=μTvs H1：μX≠μT
其中,μX是測量值X的期望;μT是真實(shí)值T的期望。
(2) 確定拒絕域： 一般來說，大樣本數(shù)據(jù)的分布都是近似服從正態(tài)分布的。
就是大半鍋剩下的雞血雞雜湯，一點(diǎn)蔥花，一碗米飯，正煮著。我于是坐下來，跟老板一起等雞湯熟。老板還拉著腔調(diào)教我：“不要急。雞湯泡飯，就是要慢慢篤一篤（此為吳語），才有味道的?！蔽艺f：“是，不急。”兩人搓著手，在江南沒有暖氣的寒浸浸的冬天里，就著爐灶等那一鍋雞湯將米飯泡潤起來——現(xiàn)在想來，盯著米飯被雞湯泡潤起來那片香味，就像靈魂被喚醒了似的。
(13)
(14)
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
我們用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算了物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的難度系數(shù)、差異系數(shù)、點(diǎn)雙列系數(shù)以及弗格森增量，其結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，本文提及的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的各項(xiàng)值都在有效范圍內(nèi)。通過對物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷的顯著性檢驗(yàn)，認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試問卷結(jié)果的真實(shí)值期望與觀測值期望相同，得出本測試問卷是可行的結(jié)論。
表1 統(tǒng)計(jì)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[1] 成正維,牛原,張斌,等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M]. 北京：北京交通大學(xué)出版社,2010. Cheng Zhengwei, Niu Yuan, Zhang bin, et al. Experiment of college physics[M]. Beijing Jiaotong University Press, 2010. (in Chinese)
[2] Day J, Bonn D, Development of the concise data processing assessment[J]. Phys.Rev.ST Phys.Educ.Res. 2011, 7(2): 010114-1-14.
[3] Zwickl B M, Finkelstein N, Lewandowski H J, Development and validation of the colorado learning attitudes about science survey for experimental physics[C]//presented at the Physics Education Research Conference 2012, Philadelphia, PA, 2012.
[4] Stang J, Roll I, Interactions between teaching assistant and students boost engagement in physics labs in physics labs[J]. Phys.Rev.ST Phys.Educ.Res. 2014, 10(2): 020117-1-15.
[5] 方愷，楊麗佳, 蔡天芳,等.物理教育研究評估[J].大學(xué)物理,2009,29(5):44-47. Fang Kai, Yang Lijia, Cai Tianfang, et al. Physical education research assessment[J]. College physics, 2009, 29(5): 44-47. (in Chinese)
[6] 張亞武.物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的探討[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002.19(4):69-70. Zhang Yawu. Exploration of cultivating experimental abilities[J]. Journal of Fuyang Teachers College (Natural Science), 2002, 19(4): 69-70. (in Chinese)
[7] 劉曉紅,楊建設(shè),朱昌平,等.培養(yǎng)本科生物理實(shí)驗(yàn)“四種能力”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008, 25(12):154-156. Liu Xiaohong, Yang Jianshe, Zhu Changping, et al. Research and practice of teaching mode for cultivating undergraduates’ “Four Kind of Abilities” in physical experiments[J]. Experimenal Technology and Management, 2008, 25(12):154-156. (in Chinese)
[8] Aubrecht II G J, Aubrecht J D, Constructing objective tests[J]. Am.J.Phys. 1983, 51(7): 613-620.
[9] 朱松濤. 對試卷信度計(jì)算公式的改進(jìn)[J]. 曲阜師范大學(xué)學(xué)報(bào),1998,24(3):87-88. Zhu Songtao. Improvement of reliability calculation formula of examination paper[J]. Journal of Qufu Normal University, 1998, 24(3): 87-88. (in Chinese)
[10] 茆詩松，程依明，濮曉龍,等.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2011. Mao Shisong, Cheng Yiming, Pu Xiaolong, et al. Probability and mathematical statistics[M]. Beijing: Higher Education Press, 2011. (in Chinese).
附錄 物理實(shí)驗(yàn)整體測試題
學(xué)院________ 班級(jí)________
生源地______(省) 學(xué)號(hào)________
姓名________ 城市應(yīng)屆/農(nóng)村應(yīng)屆____(應(yīng))
1. “觸發(fā)是示波器采集和顯示波形的定位點(diǎn)，在模擬示波器中只能顯示觸發(fā)點(diǎn)(滿足觸發(fā)條件)以后的波形，數(shù)字示波器開始波形數(shù)據(jù)采集后一旦觸發(fā)條件滿足的觸發(fā)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，繼續(xù)采集足夠的數(shù)據(jù)， 因此在數(shù)字示波器中采集的數(shù)據(jù)包括觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)，觸發(fā)前的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的左方，觸發(fā)后的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的右方，因此它可以觀察觸發(fā)前的信號(hào)，例如研究器件損壞前的信號(hào)或繼電器觸點(diǎn)的波形都十分方便” 從這段話中，可看出模擬示波器和數(shù)字示波器的異同，以下表述正確的是[ ] A. 兩種示波器都有觸發(fā)功能，數(shù)字示波器可顯示觸發(fā)前后的數(shù)據(jù)，功能優(yōu)于模擬示波器； B. 兩種示波器的觸發(fā)功能一樣； C. 觸發(fā)前的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的右方，觸發(fā)后的數(shù)據(jù)顯示在觸發(fā)點(diǎn)的左方； D. 模擬示波器的觸發(fā)功能優(yōu)于數(shù)字示波器。
2. (選自文獻(xiàn)4)小李和小張測書本的長度，小李的數(shù)據(jù)：25.63cm，25.50cm，25.60cm；小張的數(shù)據(jù)：13.60cm，25.50cm，35.61cm。哪個(gè)數(shù)據(jù)最接近書本的真實(shí)長度？[ ] A. 25.50cm,兩人唯一重復(fù)的數(shù)據(jù)； B. 25.58cm, 小李數(shù)據(jù)的平均值； C. 25.24cm,所有數(shù)據(jù)的平均值； D. 24.90cm, 小張數(shù)據(jù)的平均值。
3. 在實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)速度測量，以下說法正確的是[ ] A. 測量一段的距離和所用時(shí)間，計(jì)算的平均速度就是瞬時(shí)速度； B. 測量距離時(shí)間，用公式s=s0+vt計(jì)算； C. 測量很短距離和所用時(shí)間，計(jì)算的短時(shí)間內(nèi)的平均速度就是瞬時(shí)速度； D. 不清楚。
4. (選自文獻(xiàn)4)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)30年間(1980—2010年)學(xué)生成績，選擇下面哪組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析？[ ] A. 1980和2010年； B. 2001，2002，2003，2004，2010年； C. 1980，1985，1990，1995，2010； D. 1985，1990，1995，2000，2005。
5. 兩個(gè)同學(xué)測量激光波長，波長為625.0nm，他們討論測量多少次，可以停止測量。下面說法正確的是[ ] A. 他們兩位得到同一個(gè)值兩次； B. 他們注意到結(jié)果收斂在一個(gè)單一的區(qū)間內(nèi)； C. 重復(fù)測量兩次； D. 他們得到625.0nm時(shí)。
6. (選自文獻(xiàn)2)兩位同學(xué)測量水龍頭的流速，他們的結(jié)果分別是(90±12)mL/s和(110±1)mL/s。如果計(jì)算多長時(shí)間可以加滿1L容器，你的結(jié)果是[ ] A. 10.0s； B. 9.1s； C. 11.1s； D. 9.5s。
7. (選自文獻(xiàn)2)一個(gè)大圓柱體的質(zhì)量是小圓柱體質(zhì)量的(3.1±0.1)倍，如果小圓柱體的質(zhì)量是1.98892g，那么大圓柱體質(zhì)量的表達(dá)式為[ ] A. (6.165652±0.198892)g； B. (6.16565±0.19889)g； C. (6.2±0.2)g； D. (6.16±0.199)g。
8. (選自文獻(xiàn)2) 用一個(gè)小量程的電子秤稱量幾塊小的礦石，得到數(shù)據(jù)為m=(20.0±4.0)g；用另外一個(gè)大量程的電子秤稱量一堆礦石的質(zhì)量為m=(6000±20)g，一堆礦石中含多少塊礦石，最佳答案是[ ] A. 300±1； B. 300±5； C. 300±60； D. 300±80。
9. (選自文獻(xiàn)2)下面的圖是20℃時(shí)，一個(gè)氣瓶安全時(shí)壓強(qiáng)和體積的關(guān)系圖。哪個(gè)數(shù)學(xué)公式是p～V關(guān)系的最佳表達(dá)？
A.p(V)=A·eB·VA=4Pa/m3,B=-4； B.p(V)=A·eB·VA=4Pa,B=-4m-3； C.p(V)=A·VBA=4Pa·m3,B=-1； D.p(V)=A·VBA=4Pa,B=-1m-3。
10. (選自文獻(xiàn)4)觀察下面兩幅圖，關(guān)于1961—2010年的溫度，跟1881—1930年時(shí)間段的溫度比較，以下說法正確的是[ ] A. 以相同速率增加； B. 溫度增速變緩； C. 溫度增速更快； D. 溫度沒變化。
■
QUANTITATIVE RESEARCH OF THE ABILITIES FOR PHYSICS EXPERIMENT ON EDUCATION EVALUATION
Tian Linpeng Lv Siying Zhu Yabin Peng Jiying Fan Ling Han Xiao Zhang Jinhong Zhang Bin
(School of Science, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)
Physics experiment is one of the basic compulsory courses in engineering university. Quantitative evaluation of the physics experiment abilities has always been a difficulty topic. Based on relevant works of the University of British Columbia (Canada) and the actual situation of physics experiment teaching in our university, seven questions were selected from the test used in the University of British Columbia, and three self-designed questions were added to form a questionnaire for physics experiment evaluation. Pre-test and post-test were conducted among a total of 400 undergraduates in our university and 300 were valid. Statistical quantitative calculation was employed in each question and the questionnaire as a whole (Including the difficulty index, the discrimination index, the point biserial coefficient and the Ferguson’s delta of the questionnaire). The results showed that the average of the difficulty index, the discrimination index, the point biserial coefficient of this questionnaire were in reasonable range, and the Ferguson’s delta of the questionnaire was 0.85, which was close to the expected value of 0.9. As shown in the results, although the Cronbach reliability was low, this questionnaire was still feasible after significance test.
physics experimental ability; quantitative research; questionnaire; statistical method
2016-04-27；
2016-10-27
北京交通大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(150170045)。
田霖鵬，男，本科生，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，主要從事數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方面研究,13271060@bjtu.edu.cn。
朱亞彬，女，副教授，主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以及光電功能薄膜材料的制備和物性研究,ybzhu@bjtu.edu.cn。
田霖鵬，呂思潁，朱亞彬，等. 工科學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α炕芯砍跆絒J]. 物理與工程，2017，27(1)：37-43.
猜你喜歡
文苑(2020年7期)2020-08-12 09:36:22
寧夏醫(yī)學(xué)雜志(2020年3期)2020-02-27 14:17:11
中學(xué)生數(shù)理化·八年級(jí)數(shù)學(xué)人教版(2019年11期)2019-09-10 09:43:04
電子制作(2017年13期)2017-12-15 09:00:08
電子制作(2017年20期)2017-04-26 06:57:46
中國建筑裝飾裝修(2017年1期)2017-02-13 09:05:07
求知導(dǎo)刊(2015年15期)2015-05-30 00:51:54
創(chuàng)新作文·初中版(2015年1期)2015-03-11 23:57:54
創(chuàng)新作文·初中版(2014年5期)2014-07-18 20:23:30
物理(2009年1期)2009-03-24 04:31:40
