石星星 桑蘇玲 陳青雨(寧夏師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院 寧夏 固原 756000)

“熱學(xué)”是物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)核心必修理論課程.它的主要內(nèi)容包括熱力學(xué)的基本概念和規(guī)律、統(tǒng)計物理學(xué)的初步知識以及物性學(xué)方面的知識.熱力學(xué)是熱學(xué)的宏觀理論，統(tǒng)計物理學(xué)是熱學(xué)的微觀描述方法，熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)分別從兩個不同的角度去研究物質(zhì)的熱運動，它們彼此密切聯(lián)系，相互補充.宏觀描述方法與微觀描述方法的緊密結(jié)合，使“熱學(xué)”成為聯(lián)系宏觀世界與微觀世界的橋梁.

2020年初，新冠疫情導(dǎo)致“熱學(xué)”課程由常規(guī)線下教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上授課.在線上教學(xué)完整周期結(jié)束之后，了解和分析線上教學(xué)運行情況和教學(xué)效果，分析線上教學(xué)存在的問題并提出解決方案，可為探索線上教學(xué)或線上-線下混合式教學(xué)提供科學(xué)思路.

1 基本理論

1.1 信度

信度是指在用試卷對同一被試進(jìn)行測驗時，測驗結(jié)果的穩(wěn)定性和一致性，是評價試卷質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo)[1].

信度是用信度系數(shù)來評價的，信度系數(shù)是相關(guān)系數(shù)的一種.當(dāng)信度系數(shù)取值范圍在|α|≥0.8，表示該測驗有很高的信度；當(dāng)|α|取值范圍在0.5≤|α|≤0.8，表示該測驗信度良好；當(dāng)|α|取值范圍在0.3≤|α|≤0.5，表示該測驗信度較低；當(dāng)取值范圍在|α|<0.3，表示該測驗信度特別低，幾乎沒有信度[1].

1.2 區(qū)分度

題目的區(qū)分度是題目區(qū)別被試水平能力的量度[2].本質(zhì)上來說，測驗題目的區(qū)分度就是測驗題目本身的效度，所以區(qū)分度也是可以評價題目質(zhì)量好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)[2].

當(dāng)試題的區(qū)分度取值范圍在D>0.4,表示試題的質(zhì)量是很好的；當(dāng)D取值范圍在0.3

1.3 相關(guān)性

相關(guān)性指的是兩個變量之間的關(guān)聯(lián)程度.兩個變量之間的關(guān)聯(lián)程度用相關(guān)系數(shù)r來表示[1].

相關(guān)系數(shù)r的值在-1和1之間，當(dāng)相關(guān)系數(shù)r取值范圍在|r|≥0.8，說明這兩個變量高度相關(guān)；當(dāng)r取值范圍在0.5≤|r|≤0.8，說明這兩個變量中度相關(guān)；當(dāng)r取值范圍在0.3≤|r|<0.5，說明兩個變量低度相關(guān)；當(dāng)r取值范圍在|r|<0.3，說明這兩個變量之間的相關(guān)程度特別弱[1].

1.4 難度

試卷中題目的難度，就是被試完成題目時所遇到的困難程度.困難程度通過難度系數(shù)來評價，也叫難度值，用符號P表示.難度可以用公式

(1)

難度系數(shù)P的值在0和1之間.當(dāng)難度系數(shù)P取值范圍在P≥0.8，說明這個試卷難度較低；當(dāng)難度系數(shù)P取值范圍在0.3≤P<0.8，說明這個試卷難度中等；當(dāng)難度系數(shù)P取值范圍在P<0.3，說明這個試卷難度較高[5].

在試卷中題目的設(shè)置既需要合適的難度取值，又需要合理的難度分布狀態(tài).而題目中難度的取值和分布是否合適，是由考試的目的與性質(zhì)來決定.在大學(xué)目標(biāo)參照測驗中，考試的目的是檢驗學(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)規(guī)定的掌握程度，教師希望大部分學(xué)生可以在教學(xué)之后掌握所有的內(nèi)容，所以當(dāng)教學(xué)有效時，多數(shù)試題的難度系數(shù)P值會很大.因此，這種情況下難度系數(shù)除了能反映試題質(zhì)量好壞，更能反映出教學(xué)質(zhì)量的好壞[2].此時，卷子的平均難度P取值以0.7最好，當(dāng)P取值范圍在0.6～0.8時為正常[6].

1.5 離散程度

離散程度，是指隨機(jī)地觀測變量各個取值之間的差異程度.觀測變量數(shù)值之間差異程度通常使用標(biāo)準(zhǔn)差和差異系數(shù)兩個概念.

標(biāo)準(zhǔn)差，是離差平方和的算術(shù)平均數(shù)的算術(shù)平方根，用σ表示.計算公式為

(2)

(3)

如果平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差均有差異，可以用差異系數(shù)表示離散程度的大小，差異系數(shù)大說明離散程度大；差異系數(shù)小說明離散程度小[7].

2 基本情況

2.1 研究對象

“熱學(xué)”課程面向物理學(xué)專業(yè)學(xué)生，在大一下學(xué)期開設(shè).本次線上教學(xué)授課對象為2019級物理學(xué)班學(xué)生，共計77人.

2.2 線上教學(xué)模式及考核方式

經(jīng)過前期調(diào)研和試用，“熱學(xué)”課程選用的“釘釘”+MOODLE+微信三維平臺授課方式.使用“釘釘”完成授課環(huán)節(jié)，使用MOODLE平臺完成課程資源分享和章節(jié)測試任務(wù)，使用微信完成學(xué)習(xí)交流和作業(yè)反饋任務(wù).

“熱學(xué)”課程考核采用的是“過程考核成績(50%)+期末考試成績(50%)”的計分方式.過程考核成績主要包括章節(jié)測試成績，取所有章節(jié)測試成績的平均分，占總成績的20分.章節(jié)測試以選擇題和填空題為主，考查要點是本章節(jié)基本概念和基本理論.整個教學(xué)過程中總共進(jìn)行了4次章節(jié)測試.章節(jié)測試選用的是MOODLE平臺，MOODLE平臺可以靈活設(shè)置考試開始和結(jié)束時間，在考試結(jié)束時間到達(dá)時自動回收試卷.章節(jié)測試每次20 min，由于是線上測試，所以考試時間也成為保證考試可信度的有效手段；平時作業(yè)情況計20分.作業(yè)題型為簡答題和計算題，簡答題考查基本概念和基本理論；計算題考查綜合應(yīng)用能力；課堂考勤與表現(xiàn)占計10分.期末考試為閉卷考試，題型包括填空題、選擇題、簡答題、計算題，全面考查學(xué)生學(xué)習(xí)情況.

線上教學(xué)學(xué)時和線下完全相同.課程為每周3學(xué)時，16個教學(xué)周，總學(xué)時數(shù)為48學(xué)時.每個學(xué)時對應(yīng)線上教學(xué)時間為40～45 min.

2.3 “釘釘”平臺學(xué)習(xí)情況分析

線上教學(xué)學(xué)時和線下完全相同.課程為每周3學(xué)時，16個教學(xué)周，總學(xué)時數(shù)為48學(xué)時.每個學(xué)時對應(yīng)線上教學(xué)時間為40～45 min.線上教學(xué)過程中全勤學(xué)生數(shù)目為73人，占比94.8%.“釘釘”平臺還可以顯示有“回放”行為的學(xué)生人數(shù).正是由于線上教學(xué)的回放功能，使得線上教學(xué)模式更有利于主動性高及自我約束能力強(qiáng)的學(xué)生.

3 期末試卷分析

期末試卷是線上教學(xué)效果分析的有效媒介.為了保證分析結(jié)果的可靠性，本部分首先從試卷信度、區(qū)分度兩方面檢測了期末試卷的質(zhì)量.緊接著，通過對期末試卷與章節(jié)測試的相關(guān)性、離散度及難度進(jìn)行研究，分析了線上教學(xué)效果，并分析原因且給出線上教學(xué)建議.

2019級物理學(xué)本科班熱學(xué)課程在完成線上教學(xué)任務(wù)后，考慮到線上考試管理的難度，沒有即時在學(xué)期末舉行期末考試，而是把期末考試時間放在下學(xué)期開學(xué)初，期末考試的形式由線上變?yōu)榫€下考試.本次熱學(xué)課程期末考試共計收回試卷77份，其中有效試卷77份，無效試卷0份.

期末試卷中有填空題、選擇題、簡答題、計算題4種題型，其中填空題有6題13個空，共26分；選擇題7題，共14分；簡答題有4題，共20分；計算題4題，共40分，總分共計100分.

3.1 試卷質(zhì)量分析

評價試卷質(zhì)量的指標(biāo)主要是試卷的信度和區(qū)分度.

3.1.1 信度分析

使用SPSS21.0軟件對試卷進(jìn)行信度計算，得出的試卷同質(zhì)性信度系數(shù)α，具體結(jié)果如表1所示.

表1 試卷信度分析表

該試卷同質(zhì)性信度系數(shù)α分析結(jié)果為0.735，取值范圍為0.5≤|α|≤0.8，表明期末試卷的同質(zhì)性信度較好.

3.1.2 區(qū)分度分析

使用SPSS21.0軟件對試卷的各種題型進(jìn)行區(qū)分度系數(shù)計算，得出的試卷區(qū)分度系數(shù)D，具體結(jié)果如表2所示.

表2 各題型區(qū)分度系數(shù)

該試卷填空題、單項選擇題、簡答題和計算題的區(qū)分度系數(shù)D分析結(jié)果分別為0.849，0.359，0.854和0.964.取值范圍在D>0.4和0.3

通過試卷信度和區(qū)分度計算，說明該次期末試卷質(zhì)量較高，通過期末試卷分析得到的結(jié)果一般應(yīng)該是可信的.

3.2 學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量分析

下面分別從學(xué)生平時測驗成績和期末試卷成績的相關(guān)性、期末試卷的難度和離散程度等方面對期末試卷進(jìn)行分析.

3.2.1 學(xué)生章節(jié)測試成績和期末試卷成績的相關(guān)性分析

(1)計算結(jié)果

本次熱學(xué)線上教學(xué)過程中，共完成章節(jié)測試4次.若分別計算每一次章節(jié)測試與期末考試成績的相關(guān)性的話，工作量較大.所以取4次章節(jié)測試成績的平均值作為章節(jié)測試成績，將此章節(jié)測試平均成績與期末試卷成績進(jìn)行比較，分析兩者的相關(guān)性.具體比較結(jié)果如表3所示.

表3 期末試卷成績和平時測驗成績的相關(guān)性分析

計算表明，章節(jié)測試成績和期末考試成績的相關(guān)系數(shù)結(jié)果為r=0.283,取值范圍在|r|<0.3，雙側(cè)檢驗的顯著性概率為0.013，小于0.05,說明學(xué)生章節(jié)測試成績和試卷成績的相關(guān)程度極弱.

(2)原因分析

章節(jié)測試成績通常應(yīng)該反映學(xué)生在某一階段的學(xué)習(xí)情況，而期末考試反映的是學(xué)生該課程的學(xué)習(xí)情況.因此，一般而言，章節(jié)測試結(jié)果與期末考試成績應(yīng)有較強(qiáng)的相關(guān)性.但本次熱學(xué)課程，從對77名學(xué)生平時測驗成績和期末成績的分析來看，學(xué)生平時測驗與期末考試成績結(jié)果之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系.這個結(jié)果是異常的.分析其原因，應(yīng)與章節(jié)測試和期末考試的形式有關(guān).章節(jié)測試采用的是基于MOODLE平臺的線上測試，而期末考試卻是通過線下考試完成.線上測試和線下考試最大的區(qū)別在于兩個方面，其一是考試過程的監(jiān)考環(huán)節(jié)有差異；其二是相比于線下考試，線上測試的題型單一、題量較小.

(3)改進(jìn)建議

針對上述分析，對線上測試提出以下建議：第一，在技術(shù)條件允許的情況下，可以設(shè)置學(xué)生考試時只能打開考試的頁面，無法打開其他頁面，或使用技術(shù)手段完善線上測試的監(jiān)考工作.第二，改變線上測試的方式，將線上測試改為線上面試.平時測試可以使用線上面試軟件(如騰訊會議、釘釘、zoom等)采用雙機(jī)位的方法(雙機(jī)位是指使用兩臺攝像機(jī)在不同的角度同時拍攝考生考試場面)，實現(xiàn)對每位學(xué)生進(jìn)行面對面的測試，由此提高平時測試結(jié)果的真實性.

3.2.2 離散程度

(1)計算結(jié)果

為了準(zhǔn)確描述學(xué)生期末考試成績的差異程度及試卷各部分成績的分布特征，使用SPSS21.0軟件計算了學(xué)生試卷分?jǐn)?shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，對應(yīng)計算結(jié)果如表4所示.

表4 描述統(tǒng)計量

基于式(1)和表4的計算結(jié)果，求得過程性考核成績的差異系數(shù)為

(4)

試卷成績的差異系數(shù)為

(5)

兩者比較，試卷成績的差異系數(shù)更大.說明學(xué)生試卷成績的離散程度大，即2019級物理學(xué)專業(yè)學(xué)生在疫情期間熱學(xué)課程成績分化嚴(yán)重.

(2)原因分析

分析成績分化嚴(yán)重的原因，結(jié)果如下：第一，線上教學(xué)時，教師在直播上課過程中，不能面對面地關(guān)注到每位學(xué)生的具體上課情況，不能對學(xué)生進(jìn)行有效的課堂管理；第二，線上教學(xué)時，教師與學(xué)生的課堂互動交流受限，不能及時獲得學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋信息來調(diào)整授課進(jìn)程；第三，直播平臺有回放功能，部分學(xué)習(xí)自覺性高的學(xué)生可以多次回放重復(fù)學(xué)習(xí)同一內(nèi)容，通過多次回放鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，這部分學(xué)生線上教學(xué)能取得比線下教學(xué)更好的學(xué)習(xí)成績.

(3)改進(jìn)建議

針對以上分析，將原因可歸結(jié)為線上教學(xué)監(jiān)督力度不夠及師生有效互動不夠兩方面.據(jù)此，提出以下建議.第一，加強(qiáng)線上教學(xué)監(jiān)督力度.教師可通過直播平臺的簽到和打卡功能，甚至可以在教學(xué)過程實行視頻點名和課堂問答等方式，加強(qiáng)教學(xué)監(jiān)督；條件允許的情況下，甚至可以通過視頻實時把握每位學(xué)生線上上課的情況.第二，加強(qiáng)師生有效互動.在教學(xué)過程中，可以利用微信群進(jìn)行課下的互動，教師及時回答學(xué)生在微信群里提出的問題，也可以讓學(xué)生間進(jìn)行互動探討，互相學(xué)習(xí).

3.2.3 難度

(1)計算結(jié)果

本份試卷是熱學(xué)課程的期末考試試卷，屬于大學(xué)的目標(biāo)參照測驗，考試的目的是檢驗學(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)規(guī)定的水平.在熱學(xué)試卷中，教師希望大部分學(xué)生可以在教學(xué)之后掌握所有的內(nèi)容，所以當(dāng)教學(xué)有效時，多數(shù)試題的難度系數(shù)P值會很大，以0.7最佳，當(dāng)P取值范圍在0.6～0.8時為正常.通過SPSS21.0軟件計算的試卷各題難度的結(jié)果如表5所示.通過表5可知，試卷難度均值在0.5左右，不在0.6～0.8范圍內(nèi).由此可認(rèn)為，本次線上教學(xué)沒有達(dá)到教師預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量沒有達(dá)到要求.

(2)原因分析

對此結(jié)果進(jìn)行分析，主要原因應(yīng)該是完全的線上教學(xué)模式不一定適合所有類型課程.熱學(xué)課程是一門系統(tǒng)性較強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度較大的課程.這類課程如果實行完全線上教學(xué)模式，將會極大影響課程的教學(xué)效果.其次前面提到的師生互動和有效監(jiān)督都是影響線上教學(xué)效果的因素.

(3)改進(jìn)建議

因此，對于一些難度較大的課程，建議教師使用線上、線下混合式教學(xué)模式提高教學(xué)效果；如果要采用完全線上教學(xué)的方式，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加教學(xué)時間來提高教學(xué)效果.在線上教學(xué)過程中，設(shè)置線上互動等環(huán)節(jié)，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，克服完全線上教學(xué)所存在的缺點.

4 結(jié)論

本文研究了“熱學(xué)”課程線上教學(xué)效果.計算了“熱學(xué)”期末考試試卷的信度和區(qū)分度.在期末試卷質(zhì)量良好的前提下，計算了學(xué)生平時線上測驗成績與線下的期末考試成績的相關(guān)性、區(qū)分度、難度和離散程度.根據(jù)計算結(jié)果分析原因并給出建議，為更好地指導(dǎo)學(xué)生在線學(xué)習(xí)及制定線上、線下混合的教學(xué)模式提供了參考依據(jù).