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大學物理是高等學校理工科教育的基礎,它不僅以傳授必要的物理知識為專業(yè)課服務,而且為培養(yǎng)和提高學生的科學素質、科學思維方法和科學研究能力打下重要基礎.在科學技術迅猛發(fā)展的今天,大學物理課程要始終保持生動活潑的生命力,就必須不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新.為此,筆者對大學物理課程的現狀進行了統(tǒng)計調查,同時用定量分析的方法對物理教育研究作了初步嘗試.

1數據采集

正常的教育測量中,考試成績基本上反映了學生掌握知識的水平.雖然個別學生的成績受多種隨機因素的影響而有偶然性,但大多數學生的多次學習成績卻體現出一種統(tǒng)計平均規(guī)律.因此,可以建立隨機性的數學模型,首先研究中學知識水平對大學物理學習的影響;然后研究大學物理教學與專業(yè)課教學之間的相關關系.取樣本:(1)陜西師范大學物理學院2002級一班、二班、三班、四班學生的七科高考成績,大學普通物理各科(力、熱、光、電磁學、原子物理五科)及其相關課成績的原始數據,進行隨機取樣,共得45個樣本,36份回歸運算.(2)渭南師范學院化學化工系2002級一班、二班、三班的普通物理課成績及專業(yè)課成績,隨機抽樣,得3個樣本,15份回歸運算.樣本人數均為50.

2研究方法

為了確定大學物理教育在當前高等理科教育中的實際位置,可從學生普通物理的成績與高一層次和低一層次的成績的統(tǒng)計相關關系中體現,這種相關關系不是唯一確定性關系,而是非確定性關系.因此,可用多元線性回歸方程加以描述,建立多元線性回歸模型.若樣本人數用N表示,自變量總數為p,則第i個學生的各門課成績分別是xi1,xi2,…,xip,因變量即研究相關課程的成績就是yi,隨機誤差為ei,可得N個方程:Yi=β0+β1xi1+……βpxip+ei,i=1,2,…N•我們用這種多元線性回歸模型研究三個相關關系:(1)陜西師范大學物理學院2002級四個班級普通物理各科與高考各科成績相關關系;(2)普通物理各分科與后繼課程的相關關系;(3)渭南師范學院化學化工系2002級三個班級普通物理與專業(yè)課成績的統(tǒng)計相關.設b0,b1,…,bp分別是參數β0,β1,…,βP的最小二乘估計,則回歸方程為Y=b0+b1x1+…+bPxP•若以標準分數Zij代替原始分數xij(i=1,…,n,j=1,…,p),則b0=0,[b1b2…bp]′=C[r1yr2y…rpy]′,其中,矩陣C是各自變量相關系數的矩陣R=(rij)的逆矩陣,即C=R-1,r1yr2y…rpy分別是各自變量與因變量Yz的相關系數.于是我們得到回歸方程為:Yz=b1z1+b2z2+…+bPZP•回歸系數用b1表示,當其它自變量都保持不變,Z1增長一個單位時,Yz為平均增長的值.可以從兩方面進行研究:(1)對回歸方程的線性關系進行顯著性檢驗:假設H0:b1=0,b2=0……bP=0•從H0是否成立,來對方程的線性假設作出肯定或否定的結論.這可歸結為F檢驗:F=S回/PS剩/(N-P-1)∽F(P,N-P-1)服從自由度為(P,N-P-1)的F分布.若F>Fa(P,N-P-1)則說明檢驗假設H0不成立,在顯著性水平a下認為線性回歸方程是有顯著意義的.反之,則應接受假設H0,認為線性回歸方程沒有顯著意義.方程的顯著性也可用復相關系數R=S回/S總=1-S剩/S總表示Yz與自變量的線性關系程度.(2)回歸方程顯著并不意味著每個變量x1,…,xF對因變量Y的影響都很重要,因此,可建立最優(yōu)的線性回歸方程,檢驗因子xi是否顯著等價于檢驗假設H0:Bj=0•可采用統(tǒng)量F=bi2/CijS剩/(N-P-1)來檢驗回歸系數Bj是否顯著.逐步回歸法每次只能剔除一個最不顯著的變量,當取消一個變量Za后,p-1個變量的新回歸系數bj*(j≠i)與原來回歸系數bj間有如下關系:bj*=bj-cijcii×bj,j≠i剔除試驗直至余下的所有變量都顯著為止.總共51份回歸運算在計算機上進行,各科成績存入磁盤,以文件形式組成學生成績數據庫,與運算程序相對獨立,各份運算可用“共享文件”方式調用不同數據分別處理,操作者只要調入欲計算的考試課程,計算機可自動完成數據處理.

3統(tǒng)計結果

運算結果按三層相關關系列表如下:其中回歸系數b或統(tǒng)計量Fi可定量描述影響的強弱,當出現bi<0時,數學中的負相關在我們的研究中認為反映的是假象.

4結果分析

由表1可見:在36份回歸運算結果中,高度顯著的回歸方程有16個,占總方程數的44.44%;顯著的有9個,占25%;次顯著的9個,占25%,不顯著的只有2個,占5.56%.說明中學知識水平是影響普通物理教學的基本因素.由表2可以看到:普通物理各分科之間存在著密切的相關關系,在16個回歸方程中,高度顯著的有14個,占總方程數的87.5%;顯著的2個,占12.5%.這充分反映了暫由五個分科組成的普通物理教學體系,是研究客觀自然界完整的既分科又統(tǒng)一的科學,在闡述的內容、觀點和方法上都是相互聯系、相互影響、交叉和滲透的.由表3顯示,專業(yè)課與大學物圖2普通物理與高考成績相關圖理的近代物理部分相關遠大于經典部分,與普物實驗相關的頻次高于理論部分,說明普物實驗課是不容忽視的,它在培養(yǎng)人的科學素質上非常重要.另外由表1、表2可繪制圖1、圖2、圖3.圖1中,高考的數學和物理成績與普物教學相關的總頻數最高,說明中學的數學和物理知識水平對普通物理教學影響是十分顯著的,這可為高等師范院校物理系的新生錄取標準提供參考.圖2中,關于高考成績的回歸方程顯著性水平隨普通物理各分科教學順序變化的情況,呈水平折線,顯示了中學知識水平對普通物理的教學影響是持久的.圖3中可以看到,高圖3大學先行課對后繼普通物理各分科的相對正影響頻數數與后繼普通物理各分科的相對影響頻次高達90%以上,充分說明高等數學是研究物理學和描述物理現象邏輯關系最精細的語言和工具.其次,圖中熱學與后繼各分科相對正影響頻數高達66.7%,充分表明了熱學是普通物理教學中首先引入統(tǒng)計觀念和方法的全新物理思想,這是學生學習普通物理的重要臺階.光學對原子物理的影響高達100%,說明近代物理課程間是密切相關的.

大學物理學是一門統(tǒng)一的基礎課,在宏觀的物理教育體系中,它應是一塊完整的基石,而在微觀上它又是絢麗多彩、不斷豐富發(fā)展的學科.比較高等師范院校物理系的普通物理課程與非物理專業(yè)大學基礎物理的開設,可以看到兩種傾向:理科普通物理教學課時多,力、熱、光、電、原子物理已到了分裂和相對獨立的程度,有些失去了普通物理統(tǒng)一完整的品格,而工科的普通物理課則為其他課程讓道而課時少,常是“缺骨少肉”不夠完整.這種極端是應該避免的.