高校物理教育统计调研范文

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大学物理是高等学校理工科教育的基础,它不仅以传授必要的物理知识为专业课服务,而且为培养和提高学生的科学素质、科学思维方法和科学研究能力打下重要基础.在科学技术迅猛发展的今天,大学物理课程要始终保持生动活泼的生命力,就必须不断发展、不断创新.为此,笔者对大学物理课程的现状进行了统计调查,同时用定量分析的方法对物理教育研究作了初步尝试.

1数据采集

正常的教育测量中,考试成绩基本上反映了学生掌握知识的水平.虽然个别学生的成绩受多种随机因素的影响而有偶然性,但大多数学生的多次学习成绩却体现出一种统计平均规律.因此,可以建立随机性的数学模型,首先研究中学知识水平对大学物理学习的影响;然后研究大学物理教学与专业课教学之间的相关关系.取样本:(1)陕西师范大学物理学院2002级一班、二班、三班、四班学生的七科高考成绩,大学普通物理各科(力、热、光、电磁学、原子物理五科)及其相关课成绩的原始数据,进行随机取样,共得45个样本,36份回归运算.(2)渭南师范学院化学化工系2002级一班、二班、三班的普通物理课成绩及专业课成绩,随机抽样,得3个样本,15份回归运算.样本人数均为50.

2研究方法

为了确定大学物理教育在当前高等理科教育中的实际位置,可从学生普通物理的成绩与高一层次和低一层次的成绩的统计相关关系中体现,这种相关关系不是唯一确定性关系,而是非确定性关系.因此,可用多元线性回归方程加以描述,建立多元线性回归模型.若样本人数用N表示,自变量总数为p,则第i个学生的各门课成绩分别是xi1,xi2,…,xip,因变量即研究相关课程的成绩就是yi,随机误差为ei,可得N个方程:Yi=β0+β1xi1+……βpxip+ei,i=1,2,…N•我们用这种多元线性回归模型研究三个相关关系:(1)陕西师范大学物理学院2002级四个班级普通物理各科与高考各科成绩相关关系;(2)普通物理各分科与后继课程的相关关系;(3)渭南师范学院化学化工系2002级三个班级普通物理与专业课成绩的统计相关.设b0,b1,…,bp分别是参数β0,β1,…,βP的最小二乘估计,则回归方程为Y=b0+b1x1+…+bPxP•若以标准分数Zij代替原始分数xij(i=1,…,n,j=1,…,p),则b0=0,[b1b2…bp]′=C[r1yr2y…rpy]′,其中,矩阵C是各自变量相关系数的矩阵R=(rij)的逆矩阵,即C=R-1,r1yr2y…rpy分别是各自变量与因变量Yz的相关系数.于是我们得到回归方程为:Yz=b1z1+b2z2+…+bPZP•回归系数用b1表示,当其它自变量都保持不变,Z1增长一个单位时,Yz为平均增长的值.可以从两方面进行研究:(1)对回归方程的线性关系进行显著性检验:假设H0:b1=0,b2=0……bP=0•从H0是否成立,来对方程的线性假设作出肯定或否定的结论.这可归结为F检验:F=S回/PS剩/(N-P-1)∽F(P,N-P-1)服从自由度为(P,N-P-1)的F分布.若F>Fa(P,N-P-1)则说明检验假设H0不成立,在显著性水平a下认为线性回归方程是有显著意义的.反之,则应接受假设H0,认为线性回归方程没有显著意义.方程的显著性也可用复相关系数R=S回/S总=1-S剩/S总表示Yz与自变量的线性关系程度.(2)回归方程显著并不意味着每个变量x1,…,xF对因变量Y的影响都很重要,因此,可建立最优的线性回归方程,检验因子xi是否显著等价于检验假设H0:Bj=0•可采用统量F=bi2/CijS剩/(N-P-1)来检验回归系数Bj是否显著.逐步回归法每次只能剔除一个最不显著的变量,当取消一个变量Za后,p-1个变量的新回归系数bj*(j≠i)与原来回归系数bj间有如下关系:bj*=bj-cijcii×bj,j≠i剔除试验直至余下的所有变量都显著为止.总共51份回归运算在计算机上进行,各科成绩存入磁盘,以文件形式组成学生成绩数据库,与运算程序相对独立,各份运算可用“共享文件”方式调用不同数据分别处理,操作者只要调入欲计算的考试课程,计算机可自动完成数据处理.

3统计结果

运算结果按三层相关关系列表如下:其中回归系数b或统计量Fi可定量描述影响的强弱,当出现bi<0时,数学中的负相关在我们的研究中认为反映的是假象.

4结果分析

由表1可见:在36份回归运算结果中,高度显著的回归方程有16个,占总方程数的44.44%;显著的有9个,占25%;次显著的9个,占25%,不显著的只有2个,占5.56%.说明中学知识水平是影响普通物理教学的基本因素.由表2可以看到:普通物理各分科之间存在着密切的相关关系,在16个回归方程中,高度显著的有14个,占总方程数的87.5%;显著的2个,占12.5%.这充分反映了暂由五个分科组成的普通物理教学体系,是研究客观自然界完整的既分科又统一的科学,在阐述的内容、观点和方法上都是相互联系、相互影响、交叉和渗透的.由表3显示,专业课与大学物图2普通物理与高考成绩相关图理的近代物理部分相关远大于经典部分,与普物实验相关的频次高于理论部分,说明普物实验课是不容忽视的,它在培养人的科学素质上非常重要.另外由表1、表2可绘制图1、图2、图3.图1中,高考的数学和物理成绩与普物教学相关的总频数最高,说明中学的数学和物理知识水平对普通物理教学影响是十分显著的,这可为高等师范院校物理系的新生录取标准提供参考.图2中,关于高考成绩的回归方程显著性水平随普通物理各分科教学顺序变化的情况,呈水平折线,显示了中学知识水平对普通物理的教学影响是持久的.图3中可以看到,高图3大学先行课对后继普通物理各分科的相对正影响频数数与后继普通物理各分科的相对影响频次高达90%以上,充分说明高等数学是研究物理学和描述物理现象逻辑关系最精细的语言和工具.其次,图中热学与后继各分科相对正影响频数高达66.7%,充分表明了热学是普通物理教学中首先引入统计观念和方法的全新物理思想,这是学生学习普通物理的重要台阶.光学对原子物理的影响高达100%,说明近代物理课程间是密切相关的.

大学物理学是一门统一的基础课,在宏观的物理教育体系中,它应是一块完整的基石,而在微观上它又是绚丽多彩、不断丰富发展的学科.比较高等师范院校物理系的普通物理课程与非物理专业大学基础物理的开设,可以看到两种倾向:理科普通物理教学课时多,力、热、光、电、原子物理已到了分裂和相对独立的程度,有些失去了普通物理统一完整的品格,而工科的普通物理课则为其他课程让道而课时少,常是“缺骨少肉”不够完整.这种极端是应该避免的.