大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法論文
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是理工科學(xué)生低年級(jí)必修的一門(mén)獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課，它不僅可以加深對(duì)物理規(guī)律的理解，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、獨(dú)立分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)、興趣等方面都有無(wú)可替代的重要作用.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理可以定量的分析變量之間的關(guān)系，以便于進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出規(guī)律；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理可以判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確程度；嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)處理還可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的科學(xué)素養(yǎng).物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法有列表法、逐差法、圖解法、線性回歸、最小二乘法等，在數(shù)據(jù)計(jì)算中常采用計(jì)算器處理以及坐標(biāo)紙手工繪圖，是一項(xiàng)及其繁雜的工作，所需時(shí)間較長(zhǎng)且中間過(guò)程出現(xiàn)計(jì)算上的操作錯(cuò)誤不易查找.綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院始建于1978年綏化師專物理系，2004年更名為物理與電子信息系，2009年更名為電子工程系，2012年3月更名為綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院.學(xué)院注重學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力，近幾年大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教師在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革方面做了大量積極探索.在作為信息時(shí)代標(biāo)志的計(jì)算機(jī)全面普及的今天，MicrosoftOffice已成為每個(gè)大學(xué)生都應(yīng)掌握的辦公軟件，Excel作為Office套裝中的一款電子表格軟件，為工程、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)等領(lǐng)域提供了大量的專用函數(shù)，能夠用于各種專業(yè)的數(shù)據(jù)計(jì)算、分析和科學(xué)研究.本文結(jié)合我校低年級(jí)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程數(shù)據(jù)處理方法的改革實(shí)踐，探討Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的常用方法的可行性.
1Excel軟件數(shù)據(jù)處理常用方法
1.1繪制平滑線散點(diǎn)圖
將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Excel電子表格，在圖表向?qū)е羞x擇圖表類型，選擇平滑線散點(diǎn)圖或折線散點(diǎn)圖，進(jìn)行圖形繪制.在光電源電壓分別為4v、6v、8v時(shí)，光敏電阻在不同光照度下的光電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1所示，相應(yīng)平滑線散點(diǎn)圖如圖1所示.
1.2添加趨勢(shì)線進(jìn)行曲線擬合
將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入Excel電子表格，在圖表向?qū)е羞x擇圖表類型，選擇散點(diǎn)圖，進(jìn)行圖形繪制.選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)，右鍵，選擇添加趨勢(shì)線，在選項(xiàng)欄目中勾選顯示公式.不同光照度下的光敏電阻伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，相應(yīng)擬合直線及直線方程如圖2所示，擬合直線斜率即為光敏電阻阻值，即在750lux、412lux、225lux光照度下，光敏電阻的阻值分別為為2.848kΩ、1.226kΩ、0.690kΩ.
2Excel軟件在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析
2.1可行性高
MATLAB軟件及Origin軟件等其它軟件亦可以用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，但是Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理無(wú)需編程、易學(xué)易用、對(duì)計(jì)算機(jī)要求不高，對(duì)大一學(xué)生來(lái)說(shuō)，稍加介紹就能掌握.實(shí)踐證明，利用原已熟悉的Excel軟件進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理，可行性最高.
2.2效率高
利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)間節(jié)省一半以上，將學(xué)生從繁復(fù)的數(shù)據(jù)處理中解脫出來(lái)，并可在實(shí)驗(yàn)室快速、定量地檢驗(yàn)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)劣；有助于學(xué)生把更多的精力投入到對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的討論及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的綜合設(shè)計(jì)上；輸入數(shù)據(jù)直觀，計(jì)算流程可見(jiàn)，便于錯(cuò)誤查找，避免計(jì)算失誤.
2.3學(xué)習(xí)熱情高
在學(xué)期初的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們要求學(xué)生用原始的數(shù)據(jù)處理方法，經(jīng)過(guò)兩輪計(jì)算器數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)紙繪圖，學(xué)生們學(xué)到了基本數(shù)據(jù)處理方法，也體會(huì)到了這種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的`繁復(fù).因此，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生們對(duì)Excel軟件數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)的熱情空前高漲，帶動(dòng)了對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)也使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力得到全方位的提高.
2.4時(shí)代性強(qiáng)
大數(shù)據(jù)時(shí)代，與計(jì)算機(jī)接軌已成為應(yīng)用性的標(biāo)志之一.用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理打開(kāi)了理論分析、實(shí)驗(yàn)操作與信息時(shí)代的接口，開(kāi)啟了數(shù)據(jù)思維和數(shù)據(jù)分析的新里程.利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化水平，培養(yǎng)低年級(jí)學(xué)生的各學(xué)科知識(shí)的綜合能力，全面提高學(xué)生素質(zhì).
3大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法實(shí)踐的幾點(diǎn)思考
3.1利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理不利于對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程及數(shù)據(jù)處理意義的理解
利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單化的同時(shí)也走入流程化.如坐標(biāo)軸上分度值的選取、坐標(biāo)原點(diǎn)選取、曲線擬合原則、擬合直線斜率計(jì)算等均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，容易在部分學(xué)生中滋生不求甚解的學(xué)習(xí)習(xí)慣.
3.2在學(xué)生科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)上，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的作用不容忽視
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法更能夠培養(yǎng)學(xué)生孜孜以求、百折不撓、持之以恒的科學(xué)態(tài)度.坐標(biāo)紙繪圖原則、坐標(biāo)軸上分度值精度的選取、用計(jì)算器進(jìn)行不確定度的計(jì)算等這些基本數(shù)據(jù)處理原則及方法的掌握，對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)不容忽視.提倡傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法與利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理相結(jié)合，循序漸進(jìn)，因材施教為加深理解，我們明確要求最初的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)必須采取傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理.當(dāng)學(xué)生具備一定的數(shù)據(jù)處理能力、基本掌握簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法后，才可采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.幾個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)后，有能力的同學(xué)可以嘗試用Matlab和Origin軟件進(jìn)行較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.
4結(jié)束語(yǔ)
本文舉例介紹了用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的常用方法，并對(duì)用Excel軟件處理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可行性進(jìn)行了分析.實(shí)踐表明，計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件處理方法和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法相結(jié)合應(yīng)用于低年級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是行之有效的.
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