大学化学, 2021, 36(2): 2003040-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202003040

教学研究与改革

融合现代信息技术的化学实验成绩评定体系

宋文璟,, 刘畅

A Marking Scheme of Chemical Laboratory Based on Modern Information Technologies

Song Wenjing,, Liu Chang

通讯作者: 宋文璟,Email: wjsong@dlut.edu.cn

收稿日期: 2020-03-12   接受日期: 2020-04-8  

Received: 2020-03-12   Accepted: 2020-04-8  

Abstract

A scientific laboratory marking method is important in arousing students' enthusiasm in laboratory study, thus, the quality of laboratory teaching of universities is improved. In order to meet the needs of laboratory teaching in the new era, it is necessary to establish a marking system which is deeply integrated with modern information technology. Therefore, a novel marking system was constructed, in which modules of pre-lab test, experimental operation, data quality, calculation, report and literature were included. Each module was marked by grade and the detailed indexes have been laid out. In addition, the software of Excel and MATLAB were used to realize data auto-correction and auto calculation for the final marks.

Keywords: Chemical experiment ; Marking ; Auto-correction ; Grade ; Module

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宋文璟, 刘畅. 融合现代信息技术的化学实验成绩评定体系. 大学化学[J], 2021, 36(2): 2003040-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202003040

Song Wenjing. A Marking Scheme of Chemical Laboratory Based on Modern Information Technologies. University Chemistry[J], 2021, 36(2): 2003040-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202003040

实验为化学课程教学与创新人才培养提供了重要的技术支持和有力保障[1-3]。近年来,随着互联网、多媒体、人工智能和虚拟仿真等技术在化学实验教学中的综合运用,涌现出许多先进的教学方法和手段,建立了新型的“教”与“学”的师生关系,极大地冲击了传统的实验教学模式[4-6]。成绩评定不单是对学生实验课程学习效果的评价,还能够充分体现出高校的教学水平和课程目标,但是它不像笔试考试那样有严格的评分标准和准确答案,难以对学生的实验成绩进行准确客观的评定[7],不乏出现“高分低能”和“低分高能”的情况[8]。此外,成绩评定一直驻足于依据实验结果和纸质报告的层面上,显然这种模式已经落后,甚至在一定程度上制约了对人才的科学作风、实践能力和创新精神的培养。文献中偶有借助Excel构建成绩评定体系的案例[9, 10],但尚未见利用MATLAB编程实现数据自动验算与评判的报道。

针对化学实验成绩评定方法落后的现状与弊端,在信息化背景下,我们主动“识变、应变、求变”,构建了可全过程监督实验教学过程的、具有明确指导性的、自动化的成绩评定新模式。将评定项目划分为预习、操作、数据质量、计算、报告和文献六个模块,使评定更加全面、条理更加清晰。每个模块采用等级制独立评定,增强了评定结果的指导意义。利用智慧学习平台、Excel设计和MATLAB编程,提高了成绩评定的自动化程度以及学生与教师之间的交互性。推进本文所构建的成绩评定体系在化学实验教学中的有效应用,能够切实提高实验教学的效率和质量,助力人才培养质量的全面提升。此外,将该成绩评定体系植入到智慧学习平台,同时结合虚拟仿真实验和模拟数据,还可以实现线上“测验+操作+报告+成绩评定”一套完整的实验教学流程,有助于推进我国信息化实验教学的发展。

1 化学实验成绩评定体系的现状与不足

目前化学成绩评定普遍采用“预习+操作+报告”三位一体的模式,差别在于各部分所占的比例不同,此外还可以增加期末考试以进一步考查学生实验学习的优劣[11]。长期实践表明,这种成绩评定模式最为合理且行之有效,在学生实验能力和综合素质的培养中发挥了重要作用。但随着社会发展和科技进步,这种模式的某些细节逐渐暴露出它的弊端,主要体现在以下三个方面。

1.1 预习不充分  分值差异小

预习是为了让学生高效地完成实验,其评定主要依据预习报告和课堂提问。但学生书写预习报告往往是被动的、机械的,课堂上学生对实验指导教师和书本的依赖性强、缺乏主动性。如果学生仅仅照搬实验讲义、教师根据预习报告的字迹和字数评分的话,那么这样的预习就变得毫无意义,费时费力。我们发现,预习分数一般差别不大,不能分辨“真”和“假”预习的学生。课堂提问的确能够检验学生的预习效果,但被提问学生的数量极其有限。

1.2 评分无条理  导向不明确

对于成绩考核,一般都有明确的量化指标[12-14],我们也曾制定了详细的评分细则,具体到错误操作所扣的分值,并印刷成册下发到每一位实验指导教师的手中,但在实施中违背了实验考核的初衷。有的学生实验时畏首畏脚,生怕被扣分,导致速度大大降低。有的教师专注于扣分,忽略了对学生实验的指导,以致学生实验得分偏低,严重打击了学生实验学习的热情。此外,学生很难通过实验成绩了解自己的不足之处。

1.3 验证靠手工  评定效率低

为了给学生的实验结果予以正确的评价,实验指导教师往往需要手工输入学生的实验数据加以验算,不但工作量很大,而且容易出错。

2 新的化学实验成绩评价体系实施方案

本文所构建的化学实验成绩评定体系依托智慧学习平台,如中国大学MOOC、学习通、雨课堂等,其构成框架如图 1所示,包括预习和实验两部分。

图1

图1   化学实验成绩评定体系框架图


预习成绩占15%,采用线上测验方式,全部为客观题,考查学生对操作要点及相关知识的掌握。每位学生只有一次考试机会,智慧学习平台自动评判对错并给出百分制得分。实验成绩占85%,涵盖操作、数据、计算、报告和文献五个模块,各模块由非常优秀至不及格依次划分为A++、A+、A、B、C、D、E、F、F-和U十个评分等级,划分原则使大多数学生位于B级。根据五个模块所占权重可计算得到实验成绩等级,按照表 1转化成实验成绩百分制分数。

表1   各等级所对应的百分制分值

等级分值
A++100
A+95
A90
B85
C80
D70
E60
F50
F-40
U0

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2.1 操作的评定

通过多年的实验指导经验,我们总结了学生的课堂表现并将其归纳为十类,作为操作的评定指标,详见表 2。旨在激发学生的探究兴趣和学习热情,摆脱学生对实验指导教师和实验讲义的依赖。

表2   操作、数据、计算、报告和文献的分级指标

等级评级指标
操作数据计算报告文献
A++非常优秀所做都正确且非常高效,具备深厚的理论基础,课前准备充分,知道要做什么所有数据和谱图都很完美,所有峰形、峰位、峰强度正确,分辨率高正确率100%完成所有且全部正确,能够参考相关文献并形成自己的观点正确引用文献,并提炼总结原文观点、结论;无网站上的资料
A+优秀所做都很好、很有效率,清楚在做什么,思考之后再动手所有数据和谱图接近完美,大部分峰形、峰位、峰强度正确,分辨率高正确率95%完成所有且正确,只有一个不够完美,能够参考相关文献并形成自己的观点正确引用文献,并提炼总结原文观点、结论;引用一个网站上的资料
A很好基本上做得很好、很有效率,清楚在做什么所有数据看起来很好,谱图的峰形、峰位和峰强度基本正确正确率90%完成所有且很好,能够参考相关文献正确引用文献,但单纯抄袭原文观点、结论;引用一个网站上的资料
B大部分都做得很好,很有效率整体数据看起来一致,并遵循正确的趋势,只有一个或两个异常值;谱图稍有不佳正确率85%完成所有,但内容不全面引用文献,但部分引用格式不正确;引用一个网站上的资料
C还可以做得更好、更快,或者实验中需要很多帮助大部分数据看起来正确,但有两个以上的异常值;谱图分辨率低正确率80%完成一半以上且全部正确,或完成所有但部分内容错误或很差引用文献,但部分引用格式不正确;引用超过一个网站上的资料
D不努力,不清楚要做什么,实验花费较长时间数据中存在大量的异常值,但大部分依然可用;谱图信号强度低、噪音大正确率70%完成一半以上但部分内容较差,或完成不到一半且正确,或完成所有但大部分内容错误引用文献,但部分引用格式不正确;引用网站上的资料数超过3个
E非常差没有完成实验,得到大部分实验结果数据中存在大量的异常值,数据有用,但不可靠;谱图错误正确率60%完成不到一半,部分内容较差未引用文献,只引用网站上的资料,引用格式正确
F不及格没有完成实验,获得少量实验结果数据或谱图非常糟糕;数据可用,但会得到错误的结论正确率50%完成不到一半,大部分错误或很差未引用文献,只引用网站上的资料,但引用格式不正确
F-不及格没有完成实验,基本没有实验结果数据或谱图非常糟糕,且不可用正确率40%只完成一个且错误未引用文献,只引用网站上的资料,但不相关
U不及格没做实验没有数据正确率低于40%未完成没有任何引用

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2.2 数据和计算的评定

学生课后处理实验数据,在规定期限内将数据Excel文件上传到智慧学习平台。为了防止学生课后修改数据,我们要求学生在实验中将原始数据记录在二联复写纸上,离开实验室前提交复写联。我们利用Excel强大的功能编制数据空白模板,并上传到智慧学习平台,学生可自行下载并填写。该数据Excel模板能够根据学生实验数据的优劣,使单元格依次呈现绿色、黄色和红色背景(如图 2所示),实现自动辨别数据质量的作用,方便实验指导教师对照表 2快速对数据模块进行评定。

图2

图2   数据表格示例

电子版为彩图


另外,我们利用MATLAB软件开发了自动验算小程序,将学生的数据Excel文件导入MATLAB,MATLAB能够自动验算学生的实验数据并给出等级评分,如图 3所示。

图3

图3   自动评分结果示例


2.3 报告和文献的评定

报告采用Word文档方式,与数据Excel文件一同上传到智慧学习平台。我们鼓励学生在撰写实验报告和回答思考题时积极查阅相关文献资料,并吸纳转为自己的知识,制定评定指标如表 2所示。

2.4 成绩评定结果的反馈

实验成绩单如图 4所示,通过智慧学习平台及时反馈给学生。通过编辑函数,实验指导教师只需从各模块的下拉框中选择等级便可自动生成实验成绩等级,减少了教师合分的工作量。学生能够清晰地从各模块得分和实验指导教师的评语中得知自己哪方面不足以及改进的措施。

图4

图4   实验成绩单示例


3 新的化学实验成绩评定体系的优势

预习测验、数据和计算的评判,以及合分都是自动完成的,简单易用,这就将实验指导教师从重复劳动中解放出来。新的成绩评定体系采用电子报告代替传统的纸质版报告,并拆分为一个Excel文件和一个Word文件,若加以利用在数据挖掘和查重技术可有效解决抄袭问题。

4 结语

新的化学实验成绩评定体系面向考查实验教学全过程,包括预习、操作、数据质量、计算过程、报告攥写和查阅文献,同时结合网络和计算机技术、信息学方法全方位、深层次介入教与学的环节,试图产生新的革命性成绩评定模式。通过班级试点,得到学生和教师的强烈好评。新的化学实验成绩评定体系还能满足学生自学的需求,学生也能够利用该系统自行检验实验结果。

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