朱燕紅, 戴 斌， 史美萍, 謝海斌

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 機電工程與自動化學(xué)院， 湖南 長沙 410073)

實驗報告結(jié)構(gòu)化評閱探索與研究

朱燕紅, 戴 斌， 史美萍, 謝海斌

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 機電工程與自動化學(xué)院， 湖南 長沙 410073)

實驗報告是實驗過程的總結(jié)與提升,也是實驗的一個重要環(huán)節(jié)，但其重要性往往被忽略。該文分析了傳統(tǒng)實驗報告評閱方式存在的主要問題，針對性地提出3種解決措施：實驗報告過程監(jiān)控、報告評閱結(jié)構(gòu)化建模和統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院控制系統(tǒng)實驗室的實踐經(jīng)驗，對實驗報告結(jié)構(gòu)化評閱進行積極的探索與研究。

實驗報告；結(jié)構(gòu)化評閱; 過程監(jiān)控；結(jié)構(gòu)化建模

實驗教學(xué)在工科類高等教育中占有重要地位,各種教學(xué)改革措施隨著創(chuàng)新實踐教學(xué)改革的呼聲紛紛涌現(xiàn)[1-3],從實驗中心硬件、軟件的改善到各種教學(xué)體系的探索,取得了豐碩的成果[4]。而實驗報告環(huán)節(jié)作為實驗過程的總結(jié)提升環(huán)節(jié),其重要性卻常被忽略。實驗報告對實驗的全過程進行分析和總結(jié),有助于學(xué)生更牢固地掌握實驗?zāi)康?、原?更有助于提高學(xué)生的分析能力和文字表述能力,為科研論文打下基礎(chǔ)[5-7]。如何科學(xué)合理地設(shè)計好實驗報告環(huán)節(jié),以達到實驗教學(xué)目的,在實踐教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)予以重視并積極探索。

1 傳統(tǒng)實驗報告評閱存在的問題分析

以國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院控制系統(tǒng)綜合實踐公共實驗為例,通過對傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中實驗報告評閱存在的問題分析,探索大型公共實驗中實驗報告環(huán)節(jié)的教學(xué)改革措施。控制系統(tǒng)綜合實踐公共實驗是控制類研究生的必修基礎(chǔ)實踐課程,該課程遞進式的設(shè)置有4個基礎(chǔ)實驗,旨在讓控制類研究生加深對學(xué)科分析、設(shè)計方法的理解,提高研究生在控制系統(tǒng)分析、設(shè)計、仿真與調(diào)試的理論與實踐水平。2009年至2016年春,培養(yǎng)人數(shù)穩(wěn)定在70～90人,一般分為10個班次展開實驗,是典型的中大型公共基礎(chǔ)實驗。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)流程一般為:教師課前板書講述實驗?zāi)康牡染唧w內(nèi)容、學(xué)生動手完成實驗、教師驗收、課后撰寫實驗報告、教師集中紙質(zhì)報告批閱、發(fā)放實驗報告。就實驗報告評閱而言,這樣的流程存在以下問題:

(1) 教師評閱實驗報告與實驗過程分離,全憑印象不可能記住學(xué)生的實驗特征,尤其對于大型公共實驗,實驗班級人數(shù)多,教師很難細致批改,導(dǎo)致一些有特殊意義的實驗數(shù)據(jù)和方法被掩蓋。

(2) 實驗報告評閱主觀性強,隨機性強。在大型公共實驗中,教師通常面對多達幾百份實驗報告,每份報告只能停留約1 min時間,不能仔細斟酌,只能憑整體印象給分,導(dǎo)致成績評定不客觀,且基本只能利用零碎的時間,受情緒、學(xué)生偏愛等主觀因素的影響,不能前后連貫形成穩(wěn)定的評閱風(fēng)格,導(dǎo)致評閱過程不公平。

(3) 缺少數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。傳統(tǒng)流程里評閱完后發(fā)給學(xué)生,年復(fù)一年流于形式,缺少對實驗成績的細致分析,沒有總結(jié)提升,沒有起到對教學(xué)的促進作用。

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)流程中實驗報告環(huán)節(jié)存在的問題,摸索出一套行之有效的解決途徑,主要包括3個方面:

(1) 實驗報告過程監(jiān)控。動態(tài)實驗數(shù)據(jù)庫進行實驗過程存儲和選擇回放,實驗報告與實驗過程有機聯(lián)動。

(2) 實驗報告評閱結(jié)構(gòu)化建模。構(gòu)建標(biāo)準的實驗報告評閱模型,細化評分因素,盡量減少主觀性和隨機性帶來的不良影響。

(3) 采用SPSS或者Excel軟件進行深入的統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)分析,有效地發(fā)揮實驗報告對教學(xué)的促進作用。

經(jīng)過實踐證明,這一方法準確、有效地解決傳統(tǒng)流程中存在的3個問題,取得了良好的實踐效果。

2 構(gòu)建動態(tài)實驗數(shù)據(jù)庫 實現(xiàn)實驗報告過程監(jiān)控

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)控制科學(xué)與工程研究生綜合實驗中心在“十一五”和“十二五”期間已經(jīng)建成比較完善的軟、硬件環(huán)境,尤其是軟環(huán)境在信息化建設(shè)上一直進行積極的探索,建設(shè)了基于FTP的服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸存儲體系,這一點也為在中心開設(shè)實驗課程的實驗報告過程監(jiān)控提供了條件。

為了方便實驗過程的數(shù)據(jù)傳輸和存儲,實驗中心建設(shè)了基于專用服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸存儲系統(tǒng),通過局域網(wǎng)與實驗室其他工作電腦相連,在局域網(wǎng)上安裝文件傳輸軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和下載,文件通過構(gòu)建客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)進行傳輸,保證了數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性,輕松實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的熱備份[8]。

基于FTP在服務(wù)器端為需要監(jiān)控的實驗課程建立一個存儲路徑,以課程名字命名構(gòu)建一個專屬的動態(tài)實驗數(shù)據(jù)庫,學(xué)生在實驗終端以自己的組別信息建立個人文件夾并發(fā)送到實驗數(shù)據(jù)庫?？梢栽趯嶒炦^程中隨時把各個階段性實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)發(fā)送到實驗數(shù)據(jù)庫,教師在服務(wù)器端及時維護和整理學(xué)生上傳的實驗數(shù)據(jù),保證實驗數(shù)據(jù)庫的及時動態(tài)更新,并在評閱實驗報告時根據(jù)需要選擇性回放。此外,實驗中心基于局域網(wǎng)構(gòu)建了電子教室,教員可以在教師端監(jiān)控學(xué)生實驗過程,及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗過程中的錯誤,并督促學(xué)生及時把階段性實驗成果發(fā)送到指定的實驗數(shù)據(jù)庫。

學(xué)生一般在實驗全部結(jié)束后才寫實驗報告,等實驗報告收齊后再交給教師統(tǒng)一評閱。這一過程需要較長的周期,教師很難記得每份報告的實驗過程,而忽略一些需要特別關(guān)注的實驗報告。通過過程監(jiān)控的途徑,教師可以在動態(tài)的數(shù)據(jù)庫中備注信息,并在評閱過程中根據(jù)實驗報告的提示隨時回放,有效地解決了實驗過程和報告評閱間脫節(jié)的問題。

3 建立細化模型 進行實驗報告結(jié)構(gòu)化評閱

通過對各大高校實驗課程的統(tǒng)計分析,大致把實驗分為幾種類型:基本技能型、設(shè)計型、驗證型、演示型、綜合型,根據(jù)實驗類型不一,實驗報告的模塊結(jié)構(gòu)也各不相同[9-10]。如基本技能型主要使學(xué)生掌握某種常用設(shè)備的使用方法,實驗報告中應(yīng)體現(xiàn)具體操作步驟；驗證型實驗報告應(yīng)包括儀器設(shè)備介紹和實驗數(shù)據(jù)記錄、處理及結(jié)果。

3.1 模塊劃分及基于模塊獨立評分

高等教育的實驗教學(xué)中一般以設(shè)計型實驗為主,以控制系統(tǒng)綜合實踐公共實驗為例,進行模塊劃分。本課程遞進式地設(shè)置4個獨立實驗,即基于Simulink的動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真(實驗1)、多功能信號發(fā)生器的快速原型設(shè)計(實驗2)、步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)快速原型設(shè)計(實驗3)和步進電機閉環(huán)控制系統(tǒng)快速原型設(shè)計(實驗4)。實驗1和實驗2主要基于Simulink進行仿真設(shè)計；實驗3和實驗4結(jié)合dSPACE和Control Desk進行快速原型設(shè)計,都屬于設(shè)計型實驗。實驗報告劃分的模塊包括設(shè)計思想、模型截圖和介紹、設(shè)計過程中遇到的問題與處理方式、實驗過程的體會與建議。

根據(jù)以上模塊,分別獨立地給出模塊成績,這樣看似增大工作量,實則不然。評閱教師對每個模塊都相當(dāng)熟悉,針對模塊給分基本不需要考慮時間,也不會因為受到干擾打斷思路導(dǎo)致需要重新查看前面的整篇報告,節(jié)省了各種糾結(jié)和反復(fù)的時間,同時減少評閱教師腦力消耗,提高了整體效率。

3.2 綜合成績評定

基于各個模塊的獨立評分表格,評閱教員需要根據(jù)實驗的具體情況合理設(shè)計權(quán)重、加權(quán)計算綜合成績,并根據(jù)加權(quán)成績劃分實驗報告等級,上報至課程體系上一級。

合理設(shè)計權(quán)重:根據(jù)每個實驗的難度和重要性設(shè)計權(quán)重、根據(jù)實驗中每個具體模塊的難度和重要性設(shè)計權(quán)重。控制系統(tǒng)綜合實踐公共模塊的4個實驗存在遞進關(guān)系,實驗3和實驗4難度較大,占的權(quán)重應(yīng)大于實驗1和實驗2,實驗中的各個模塊重要性在同一平面,因此這份評閱結(jié)果中設(shè)計實驗一和實驗二比重分別0.2,分別獨立劃分成5個模塊,每個模塊權(quán)重為0.04；實驗3和實驗4比重分別0.3,分別獨立劃分成6個模塊,每個模塊權(quán)重為0.05。因此,最后建立的綜合評分模型為:

(1)

其中SUM為綜合成績,Mij是實驗i第j個模塊的獨立成績,Pij是實驗i第j個模塊的權(quán)重,P11、P12、P13、P14、P15、P21、P22、P23、P24、P25 =0.04,P31、P32、P33、P34、P35、P36、P41、P42、P43、P44、P45、P46=0.05。得到每位學(xué)員的綜合成績后,根據(jù)需要的檔位劃分等級。一般情況下,把90分以上的劃為優(yōu),80～90為良,70～80分為中,60～70分為及格,60分以下為不及格。受篇幅限制,僅以10∶1的比例截取實驗報告評閱表(見表1)。

表1 模塊獨立評分

對實驗報告進行實驗類型、模塊劃分、模塊獨立評分、合理設(shè)計權(quán)重、綜合成績、實驗報告等級劃分等工作后,使各個環(huán)節(jié)在內(nèi)容上緊緊相扣,形式上相互獨立。建立一套完整的模型后,評閱教師可以利用零散的時間來完成這項工作,不僅節(jié)省腦力消耗,也能減少主觀因素帶來的評分不公平。至此,實驗報告的主體工作已經(jīng)完成,很多課程都可以把這個成績上交至上一級課程體系。然而,不注重總結(jié)提升的方式,會導(dǎo)致實驗?zāi)陱?fù)一年重復(fù),這樣大勞動量的評閱實驗報告僅針對此次課程做出一個終結(jié),并不能對下一輪實驗起到啟示作用。因此,對實驗報告的評閱結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)分析[11-13],也是很重要的一項研究內(nèi)容。

4 進行統(tǒng)計學(xué)分析,注重總結(jié)提升

本學(xué)期采用了2種不同的授課模式,主要在講授方式上有所不一樣。在這里用A組和B組來表示。A組采用課前一次性講解演示的方式,學(xué)生自己把控實驗過程的時間,進度快的學(xué)生留有拓展的余地；B組采用一步一講模式,實驗過程統(tǒng)一把控,在一個小實驗中重點輔導(dǎo)進度慢的學(xué)生,使其跟上統(tǒng)一節(jié)奏。

利用excell統(tǒng)計函數(shù)(見圖1),可以得到以下結(jié)論:

圖1 相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計分析

平均值:A組學(xué)生綜合成績平均值79.98分,B組學(xué)生綜合成績平均值80.45分,表明2種方法對整體成績影響不大。

方差:A組學(xué)生方差36.54,B組學(xué)生方差21.53。方差和標(biāo)準差是用來描述一組數(shù)據(jù)離散情況的常用統(tǒng)計量,用來表征數(shù)據(jù)的離散程度,數(shù)據(jù)越大,表征組數(shù)值分布越不均勻。因此,A組采用的課程講授方法使得實驗結(jié)果更具有區(qū)分性,更能體現(xiàn)不同學(xué)生間的水平差異。

相關(guān)系數(shù):A組學(xué)生和B組學(xué)生的兩組成績數(shù)據(jù)相關(guān)系統(tǒng)高達0.902,相關(guān)系數(shù)是兩個樣本間的相關(guān)程度,取之從-1到+1表征負相關(guān)、零相關(guān)到正相關(guān)。通常情況下,相關(guān)系數(shù)絕對值在0.7以上為密切相關(guān),0.3～0.7之間為中等相關(guān),0.3以下為不相關(guān)。因此,2組樣本是密切相關(guān)的,基于密切相關(guān)的2組樣本之間的統(tǒng)計學(xué)分析是可信的。

5 結(jié)語

實驗報告的評閱因其工作量大、效果不突出,其重要性經(jīng)常被忽視,也鮮有人探討研究這方面的問題。需要認真地批閱每一份實驗報告,這是對工作的負責(zé),亦是對學(xué)生的尊重。學(xué)生的努力成果得到認真、公平、公正的評判,才能調(diào)動其積極性,認真地對待下一次實驗。若優(yōu)秀的實驗報告被一帶而過、馬虎的實驗報告可以蒙混過關(guān),必將給學(xué)生心理帶來不正確的引導(dǎo)。教學(xué)工作是育人工程,每一個環(huán)節(jié)都很重要,因此不流于形式的實驗報告評閱,才能使實驗教學(xué)進入良性循環(huán),促進實驗教學(xué)質(zhì)量不斷提高,真正為育人工程增磚添瓦。

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Exploration and study for structured review of experimental reports

Zhu Yanhong, Dai Bin,Shi Meiping, Xie Haibin

(College of Mechanical and Electrical Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

The experimental report is a summary and enhancement of the experimental process and is also an important part of the experiment, but its importance is often ignored. This paper analyzes the main problems existing in the traditional review methods of experimental reports, and puts forward three targeted solutions: monitoring and control of the experimental report process, structured modeling of report review, and statistical analyzing of data. Based on the practical experience of Control System Laboratory at College of Mechanical and Electrical Engineering and Automation of National University of Defense Technology, the positive exploration and study on the structured review of experimental reports are carried out.

experimental report; structured review; process monitoring and control; structured modeling

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.064

2016-06-30

國防科技大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究課題(YJSY2012018)

朱燕紅(1985—)，女，湖南長沙，碩士，實驗師，主要從事控制學(xué)科實驗教學(xué)研究.

E-mail：zyhbelieve@yeah.net

G542.0

: A

: 1002-4956(2016)12-0254-04