增强随机效果的物理实验操作考试抽签系统

王道光, 李亚利, 王 群

(江苏师范大学 物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116)

增强随机效果的物理实验操作考试抽签系统

王道光, 李亚利, 王 群

(江苏师范大学 物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116)

对大学物理实验操作考试的抽签系统进行改进,提出了以学生为参与主体且简单易操作的物理实验操作考试的抽签方法。改进的考试抽签系统从Excel表格中读取操作考试项目及学生的信息,基于Matlab的GUI提问对话框和消息对话框与学生实现互动,增强了抽签结果的随机性。给出了随机抽签系统的基本框架和主要实现程序代码。该方法也适用于其他理科实验操作考试抽签过程。

物理实验;操作考试; Matlab应用

1 实验操作考试抽签方式比较

实验操作考试是大学物理实验多元化教学的一个重要环节,对检测和评价学生的学习效果具有特殊作用[1-4]。通过操作考试,能够让教师客观地了解学生的真实水平及学习中的不足[5-8],有利于教师进一步改进教学方法,提高实验教学质量[9],促进对学生能力的培养[10-12]。

江苏师范大学的物理实验课程包括大学物理实验、普通物理实验和光学专业实验,其中大学物理实验课程面向全校理工科本科生开课,24～32学时不等(根据专业),平均每学期讲授实验10～14个,上课学生约1 500人,教学任务繁重。

为检验实验教学效果,系统性地组织一次物理实验操作考试是非常有必要的。实验操作考试的项目抽签过程是随机过程,学生对实验项目的抽签存在心理上的选择性,易接受简单的实验操作考试项目。例如大学物理实验中牛顿环及劈尖干涉、单缝衍射和分光计实验这3个光学实验操作考试,学生乐于接受牛顿环及劈尖干涉实验。要平衡学生心理的感受,一方面应改进抽签流程,使得抽签随机性更强,另一方面需统一实验之间的评价标准,做到评分一致[8]。

实验操作考试的抽签方法主要有手工抽签、计算机抽签和硬件抽签3种方式。

手工抽签需要事先准备考试项目及仪器,并建立抽签池,学生随机抽取一个实验项目,由教师按照抽签结果将各项目学生名单送达各实验项目的考场。

计算机抽签是由计算机产生抽签结果,例如文献[6]提出的在Excel中应用VBA抽签方法。

硬件抽签是以单片机等硬件直接完成抽签。例如文献[7]提出的以STC89C52单片机为核心的顺序抽签方法。

手工抽签的方法能让学生参与到抽签过程中,但至少需要两位教师来操作,并且需要花费较多时间；计算机抽签简单省时,但它忽视了学生作为考试的主体参抽签的权利,引起学生对结果的疑虑；硬件抽签主要以学生为主体,但硬件设计较复杂且项目名单依赖手动记录。合理的操作考试抽签,应当由学生亲自动手,能够简单、快捷、自动地生成各实验项目的学生名单。最好能优化抽签流程,增强随机效果。

本文以江苏师范大学2016年秋季大学物理实验I(二)操作考试为例,以学生为抽签主体,尝试在Matlab环境下改进物理实验操作考试抽签系统,增强抽签的随机效果。

2 随机抽签系统的框架

2.1 设置考试系统的参数

首先,需要从预先准备好的Excel表格sheet1和sheet2中读取操作考试项目及学生的信息,如图1和图2所示,其代码如下：

[a,b,rawdata] = xlsread(′D:Stulist.xlsx′,′sheet1′); [a1,b1,rawdata1] = xlsread(′D:Stulist.xlsx′,′sheet2′)。

图1 操作考试项目列表

图2 参加考试学生名单

读取数据后,统计实验操作考试项目名称、数量及学生人数。例如2016—2017年秋季学期,考试项目有声速测定、黏度系数的测定、单缝衍射实验、霍尔效应、电子示波器实验、薄透镜焦距实验、迈克尔孙干涉仪实验、牛顿环及劈尖干涉实验、分光计测折射率实验和磁滞回线的测定等10个实验。

[n,m] = size(a); [n1,m1] = size(a1); for ia=1:n expnum(ia)=a(ia,3); end sumexp=sum(expnum)。

然后,统计仪器数目,判断是否满足考试需求,不满足则退出程序。

if sumexp < n1 msgbox(′学生人数超过仪器总数,退出！′,′提示信息′,′help′,′modal′);

break;

end

2.2 制作抽签过程界面

抽签过程中,要通过Matlab的GUI提问对话框和消息对话框与学生互动。实现抽签过程界面的程序如下：

namei=rawdata1{i+1,3}; straa=strcat(namei,′,你确定抽签吗？′); button2=questdlg(straa,′退出程序′,′Yes′,′No′,′Yes′)。

接着学生开始抽签,在弹出的消息对话框中显示该学生抽签结果,代码如下。

if strcmp(button2,′Yes′) tep=stuexp(i); name1=rawdata{tep+2,2}; str1=[namei,′,你选中的实验是:′,name1]; h=msgbox(str1); %消息的位置 set(h,′Resize′,′on′); set(h,′Position′,[100 400 300 200]); %字体的大小 ah = get( h,′CurrentAxes′ ); ch = get( ah,′Children′ ); set( ch,′FontSize′,20 ); pause(3); close(h); else continue; end

2.3 统计抽签结果

抽签结果出来后,可以通过元胞变量直接将该学生姓名累加到对应实验项目数组中。

if tep == 1 it1=it1+1; shy1{it1}=cellstr(namei); elseif tep == 2 … else shy10{it10}= cellstr(namei); end

这样,在完成抽签后,可以在新建立的文件中保存各实验项目抽签得到的学生名单。

2.4 抽签过程的随机化

以往的抽签,大多通过一次随机化赋值就完成了抽签。为了增强随机效果,笔者在抽签环节使用了动态随机抽签,即每个学生抽签后,相应实验项目仪器数量减一台,并重新随机改变剩余实验项目在抽签池的排序,供下一个学生抽签,其代码如下：

csum=cumsum(expnum); for j1=1:nn if j1==1 ma=1; else ma=csum(j1-1)+1; end mb=csum(j1); da(ma:mb,1)=j1; end %% 生成考试学生的随机数 temp=rand(sumexp,1); da(:,2)=temp; daa=sortrows(da,2); stuexp=daa(:,1);

比较文献[6]提出的方法,本抽签系统的抽样过程可进一步增强随机性。均匀抽样的计算机应用[13]实践表明,在样本数目很大时抽样较为均匀,但靠后抽签的学生会渐失随机性。

3 抽签系统操作流程

通过流程图(见图3)可以展示该抽签系统的操作过程。在Matlab主界面设置工作目录为执行代码(即.m文件)所在文件夹后,执行代码并开始抽签。系统根据读取的数据来判断现有的仪器能否满足考试要求。如果满足要求,则显示提问对话框,提示学生输入姓名并确定是否参加抽签和考试。如果不确定考试,则由下一位学生抽签。如果抽签学生确定考试,则执行抽签程序并显示抽签结果,并将学生姓名记录到对应的考试项目中。如果系统判断抽签没有完成,则重建抽签池,删除已经完成的标签,由下一位学生继续抽签；如果抽签完成,则输出考试项目及对应的学生名单。图4所示为某次实验操作考试的抽签结果。

图3 操作考试抽签程序的流程图

图4 某次实验操作考试的抽签结果

4 结语

增强了随机效果的物理实验操作考试抽签系统单机版在大学物理实验操作考试中多次被应用,且运行良好、简单、高效,增强了抽签结果的随机性,一定程度上解决了纯粹计算机抽签的可信度问题,体现了考试抽签的公开和公平。在实践中,这种方法尚存在程序的执行没有脱离Matlab的环境、抽签过程中需要学生按照事先准备的名单排队等问题。为此,基于Andriod系统的网络版已在考虑和设计之中。

References)

[1] 张春平,初建崇,胡慧.大学物理实验多元化考核方式的探索[J].实验技术与管理,2015,32(4):223-225.

[2] 李林,施芸城,钟宏杰.物理实验课不同考核方式的改革与实践:操作考试的积极效应最为明显[J].大学物理,2010,29(2):43-46.

[3] 秦昌明,李欣则.实验操作考试环节的管理与监控[J].实验技术与管理,2010,27(5):151-153.

[4] 周厚兵,赵子珍,陈倩.大学物理实验教学模式的探索与研究[J].广西物理,2015,36(3):52-54.

[5] 吴肖,熊建文.基于工作单和观察评价的大学物理实验操作考试[J].实验室研究与探索,2012,31(2):141-143.

[6] 齐云,周云旭,马欣,等.Excel随机抽签系统在物理实验操作考试中的应用[J].物理实验,2015,35(1):15-17.

[7] 石蕊,梁晔.毕业论文答辩顺序抽签器的设计与实现[J].信息通信,2016(3):110-111.

[8] 滕利明,吴嘉,杨国成,等.基于面向对象方法的实验操作考核评分系统[J].实验室研究与探索,2004,23(2):63-65.

[9] 邓世昕.加强管理健全制度 提高实验教学质量[J].大学物理实验,1997,10(1):67-68.

[10] 张凤俊.高校考试改革与学生创新能力培养[J].教育理论与实践,2004,24(4):57-58.

[11] 何永凡,周红,周晓兵,等.利用大学物理实验平台培养学生实践创新能力[J].实验技术与管理,2016,33(6):180-183.

[12] 侯新东,李继红.优化生物化学实验教学体系 培养创新人才[J].高师理科学刊,2015,35(3):98-101.

[13] 张润楚,王兆军.关于计算机试验的设计理论和数据分析[J].应用概率统计,1994,10(4):420-436.

Examination drawing system of physics experimental operation by enhancing random effect

Wang Daoguang, Li Yali, Wang Qun

(School of Physics and Electronic Engineering,Jiangsu Normal University,Xuzhou 221116,China)

The examination drawing system of college physics experimental operation is improved and an easy drawing method which takes the students as the main participants is proposed for such examination. The improved examination drawing system reads the examination items and students’ information from the Excel table. The GUI question dialog box based on Matlab and the message box can achieve the interactions with the students,enhancing the randomness of the drawing results. The basic frame and the main program code of the random drawing system are presented. This method can also be applied to the drawing process of other science and engineering experimental operation examinations.

physics experiment; operation examination; Matlab application

10.16791/j.cnki.sjg.2017.07.036

2017-01-17

江苏省现代教育技术研究课题(2014-R-24178)；江苏省高校自然科学基金一般项目(16KJB180007) ；江苏师范大学实验室与设备管理处研究课题

王道光(1983—),男,江苏宿豫,硕士,实验师,主要研究方向为大学物理实验教学及实验仪器.

TP319.TP391.13

A

1002-4956(2017)07-0141-03