大学物理实验教学中操作考核的评价方法探讨＊

杨太群，朱 纯，王继成，陈国庆

（江南大学理学院，江苏 无锡 214122）

0 引言

大学物理实验是全国高等学校面向所有理工科学生开设的一门必修的公共基础课程。作为学生进入大学后接触的第一门科学实验课程，它的教学目标是使学生掌握基本的理论方法、训练学生的实验动手能力、提升学生的科学素养，为后期科学研究的开展打下基础[1-3]。

客观、全面的课程成绩评价可以提升学生的学习动机和实验教学效果。作为一门考核课程，大学物理实验的考核内容主要包括实验操作和数据分析处理两大部分。目前，大部分教师在给学生算成绩时基本都采取以实验报告为依据的评价方法[4-5]。这种评价方法存在以下问题：（1）由于每次的实验报告都是课后完成的，学生在写报告时存在互相借鉴的情况，实验报告很难准确反映学生的真实水平；（2）在实验报告成绩评价过程中，评价重点会偏向数据处理。大多数情况下，好的实验数据往往容易获得高分。我们在实验成绩的评定过程中存在唯测量数据论的情况，不够客观、全面。为了解决上述存在的问题，许多实验教学教师根据教学经验提出了很多多元化的实验教学成绩评价方法。如基于过程考核成绩评价方法[6]、形成性评价模式[7-8]、定制式教学评价模式[9]、发展性评价模式等[10]。这些评价模式都会突出实验操作的过程性评价，从而让实验成绩评定更加客观和准确。然而，实验操作的过程性评价仍然十分麻烦，这主要是因为大学物理实验大多是采取班级授课，上课学生人数众多，一个老师很难及时观察记录每个学生的实验操作情况，也就没法准确的对操作过程进行客观、准确评价。一般只能根据学生采集的实验数据进行判断。数据好的一般默认其操作没有问题。这就掉入了唯数据论的怪坑。

因此，开发一种简单、可操作性强的方法来实现对实验操作的客观、准确评价是十分有必要的。本文根据学院众多实验老师大学物理实验课程的教学经验提出基于实验记录来评价学生实验操作的方法。该方法要求学生对实验现象和数据进行详细记录，通过分析实验记录对其实验操作进行评价。该方法不仅可以客观、量化的评价学生的实验操作，又能够培养学生养成良好的实验记录习惯，这也是提升学生科研素养的有效途径。

1 基于实验记录的评价操作考核的方法

要求：详细记录实验现象及数据

注：按照实验报告5 分制的原则，操作考核建议占2 分。优秀—2 分；良好—1.5 分；中等—1 分。

实验记录常见的三种情况及其评价方法：

（1）实验现象与理论描述相符，实验数据误差较小。评价方法：此种情况表明学生完全按照实验要求进行实验操作，实验记录规范，操作考核为优秀；

（2）实验现象与理论描述不相符或没有实验记录，实验数据误差较小；评价方法：此种情况表明学生只是机械式的按照实验步骤进行操作，没有进行详细观察，操作考核只能为良好（打破唯数据论）。

（3）实验现象与理论描述相符，实验数据误差较大。评价方法：此种情况说明学生操作没有太大问题，其实验误差较大可能是由于仪器原因的或者是操作条件受限造成的。如果该生记录了可能造成实验误差偏大的原因并在数据处理过程给出了合理分析，其操作考核仍然为优秀；反之，如果没有记录异常可能造成误差偏大的现象和给出合理的分析则其操作只能为良好；

（4）实验现象与理论描述不相符，实验数据误差较大。评价方法：实验现象与理论描述不相符这种情况说明学生操作不当，一般情况下学生都能够及时发现并寻求老师帮助解决，不会出现这种情况。若出现这样的情况则操作考核为中等或不及格。

2 以迈克尔逊干涉仪的调节与使用为例来对评价方法进行详细说明

迈克尔逊干涉仪是一个及其精密的光学仪器。利用它我们可以实现对单色光波长的精确测量。其测量原理如图1 所示。光源发出的光经分束玻片后分为两束光，这两束光经M1 和M2 反射后到达观察屏处发生叠加干涉，观察到等倾干涉圆环。当我们把M1 往上或往下移动微小距离时，由于两束光光程差（中心处刚好等于2d）有规律的增加或者减小，我们将会看到干涉圆环由内而外逐渐冒出或者由外而内逐渐收缩。此时，我们只需测出M1 移动的距离Δd以及干涉条纹移动的数目Δk就可以算出光的波长λ，其计算公式如下：

图1 迈克尔逊干涉实验原理图

在实验中，一般要求学生Δk取50，Δd通过动镜M1 的位置坐标的变化计算得到。该实验的难点在于：（1）调节M2 的角度使得两束光在观察屏处叠加干涉；（2）要能精确控制两束光的光程差并准确记录M1 的位置坐标。在实验过程中，学生常遇到的问题有：（1）反射镜M1 和M2 角度调节不当导致两束反射光无法在观察屏处空间重叠发生叠加干涉；（2）M1 和M2 到分束玻片分光处距离超出相干长度，无法得到清晰的干涉图案；（3）动镜M1 螺杆滑丝导致M1 的位置读数不准确；（4）测量过程中由于仪器台面抖动造成干涉条纹移动数目计数不准确。前面两条会直接导致学生观察不到干涉图案，一般在实验过程中能够及时发现并解决。后面两种情况会产生系统误差和随机误差，需要学生仔细观察实验细节才能将其消除或减小。

本实验学生的报告分为以下三种情况：

（1）实验现象记录准确，能够调出干涉图案并准确记录图案的变化规律，实验数据误差较小。此种情况表明学生掌握了实验要领且操作规范，操作成绩评定为优秀。

（2）实验现象记录缺失，实验数据误差较小。此种情况表明学生虽然测得了好的数据，但没有实验现象的描述说明其数据的采集只是碰巧用到别人调好的仪器，其操作成绩只能评定为良好。

（3）实验现象记录准确，能够调出干涉图案并准确记录图案的变化规律，但实验数据误差较大。此种情况表明学生操作规范，但在数据采集过程中出现异常情况导致误差较大。

实验数据产生误差的主要原因有：（1）在数干涉圆环的过程中桌面振动导致多数或者漏数；（2）控制M1移动的螺杆滑丝导致位置读数不准确。

如果学生记录了操作过程中的相关现象并在数据处理过程进行合理的误差分析和实验改进建议，其操作成绩也应评定为优秀。反之，如果没有异常现象记录和分析，其操作成绩只能评定为良好。

3 结语

本文结合长期的大学物理实验教学经验，提出基于实验记录来客观评价学生实验操作的方法。该评价方法通过学生的实验记录和相关分析来评定其操作成绩，消除了传统的唯测量数据论成绩的弊端。该方法只需在当前评价体系下增加实验现象的记录和相关分析，适用性强。实践结果表明，基于实验记录的操作考核评价方法能够培养学生养成良好的实验习惯和严谨的科学态度，能够调动学生的实验积极性，提高学生的观察能力和分析解决问题的能力，为学生后续科研实验的开展打下了基础。