大学物理实验数据处理方法改革的探索与实践

张弘强

（绥化学院 电气工程学院，黑龙江 绥化 152061）

摘 要：本文结合高校低年级大学物理实验课程数据处理方法的改革实践，对用Excel软件进行数据处理的常用方法和可行性进行了分析.归纳出将软件数据处理与传统数据处理方法相结合应用于大学低年级物理实验的优势和不足.

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关键词 ：大学物理实验；数据处理；Excel软件

中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0255-03

基金项目：绥化学院教育教学改革项目：以能力考核为目标的专业课考核改革探索与实践（JK20140101）

大学物理实验课是理工科学生低年级必修的一门独立设置的实验课，它不仅可以加深对物理规律的理解，更重要的是培养学生实践动手能力、创新设计能力、独立分析问题及解决问题的能力，为后续课程学习打下良好的基础，在培养学生实验素养、兴趣等方面都有无可替代的重要作用.实验数据处理可以定量的分析变量之间的关系，以便于进一步分析实验现象，得出规律；实验数据处理可以判断实验结果的正确与否以及实验结果的精确程度；严格的实验处理还可以培养学生严谨的科学态度和良好的科学素养.物理实验数据处理的常用方法有列表法、逐差法、图解法、线性回归、最小二乘法等，在数据计算中常采用计算器处理以及坐标纸手工绘图，是一项及其繁杂的工作，所需时间较长且中间过程出现计算上的操作错误不易查找.

绥化学院电气工程学院始建于1978年绥化师专物理系，2004年更名为物理与电子信息系，2009年更名为电子工程系，2012年3月更名为绥化学院电气工程学院.学院注重学生应用能力培养，强化学生实践能力，近几年大学物理实验教师在大学物理实验课程教学改革方面做了大量积极探索.在作为信息时代标志的计算机全面普及的今天，Microsoft Office已成为每个大学生都应掌握的办公软件，Excel作为Office套装中的一款电子表格软件，为工程、统计、数据库等领域提供了大量的专用函数，能够用于各种专业的数据计算、分析和科学研究.本文结合我校低年级的大学物理实验课程数据处理方法的改革实践，探讨Excel软件进行数据处理的常用方法的可行性.

1 Excel软件数据处理常用方法

Excel还具有强大的图表分析功能，能够便捷地制作出各种数据图表，如折线图、趋势图等.以下举例中的数据均来自于学生实验中所得数据.

1.1 绘制平滑线散点图

将实验数据输入Excel电子表格，在图表向导中选择图表类型，选择平滑线散点图或折线散点图，进行图形绘制.在光电源电压分别为4v、6v、8v时，光敏电阻在不同光照度下的光电流实验数据如下表1所示，相应平滑线散点图如图1所示.

1.2 添加趋势线进行曲线拟合

将实验数据输入Excel电子表格，在图表向导中选择图表类型，选择散点图，进行图形绘制.选择数据点，右键，选择添加趋势线，在选项栏目中勾选显示公式.不同光照度下的光敏电阻伏安特性曲线实验数据如表2所示，相应拟合直线及直线方程如图2所示，拟合直线斜率即为光敏电阻阻值，即在750lux、412lux、225lux光照度下，光敏电阻的阻值分别为为2.848kΩ、1.226kΩ、0.690kΩ.

1.3 绘制折线图

将实验数据输入Excel电子表格，在图表向导中选择图表类型，选择折线图，进行图形绘制.也可以利用数据系列格式直接绘制误差线.100μA电流表改装成1000mv的电压表的校准曲线如图3所示.

1.4 计算不确定度

对于某一量x做等精度测量，得到一测量列x1,x2,x3,…,xn，标准偏差计算公式为：

以往指导学生用计算器来计算，要进行以下8步，如下：1.mode-2(stat)-1(1-var)；2.xi，=；3.AC；4.shift-1-4；5.2(平均值），=；6.AC；7.shift-1-4-4；8.÷.若用Excel电子表格实现，只需输入数据后调用STDEV（）计算平均标准偏差，进而计算STDEV（）/SQRT(n)，即为a类不确定度.

2 Excel软件在大学物理实验数据处理中应用的优势分析

2.1 可行性高

MATLAB软件及Origin软件等其它软件亦可以用于实验数据处理，但是Excel软件进行数据处理无需编程、易学易用、对计算机要求不高，对大一学生来说，稍加介绍就能掌握.实践证明，利用原已熟悉的Excel软件进行大学物理实验的数据处理，可行性最高.

2.2 效率高

利用软件进行数据处理时数据处理时间节省一半以上，将学生从繁复的数据处理中解脱出来，并可在实验室快速、定量地检验出实验数据的优劣；有助于学生把更多的精力投入到对实验内容、实验现象的讨论及设计性实验的综合设计上；输入数据直观，计算流程可见，便于错误查找，避免计算失误.

2.3 学习热情高

在学期初的两个实验中，我们要求学生用原始的数据处理方法，经过两轮计算器数据处理和坐标纸绘图，学生们学到了基本数据处理方法，也体会到了这种方法进行数据处理的繁复.因此，两个实验后，学生们对Excel软件数据处理学习的热情空前高涨，带动了对大学物理实验课程的学习热情，同时也使学生的实验数据处理能力得到全方位的提高.

2.4 时代性强

大数据时代，与计算机接轨已成为应用性的标志之一.用软件进行数据处理打开了理论分析、实验操作与信息时代的接口，开启了数据思维和数据分析的新里程.利用软件进行数据处理，可提高物理实验教学的现代化水平，培养低年级学生的各学科知识的综合能力，全面提高学生素质.

3 大学物理实验数据处理方法实践的几点思考

3.1 利用软件进行数据处理不利于对数据处理过程及数据处理意义的理解

利用软件进行数据处理，使数据处理简单化的同时也走入流程化.如坐标轴上分度值的选取、坐标原点选取、曲线拟合原则、拟合直线斜率计算等均由计算机自动完成，容易在部分学生中滋生不求甚解的学习习惯.

3.2 在学生科学态度培养上，传统数据处理方法的作用不容忽视

传统数据处理方法更能够培养学生孜孜以求、百折不挠、持之以恒的科学态度.坐标纸绘图原则、坐标轴上分度值精度的选取、用计算器进行不确定度的计算等这些基本数据处理原则及方法的掌握，对学生科学素养的培养不容忽视.

3.3 提倡传统数据处理方法与利用软件进行数据处理相结合，循序渐进，因材施教

为加深理解，我们明确要求最初的两个实验必须采取传统数据处理.当学生具备一定的数据处理能力、基本掌握简单的传统数据处理方法后，才可采用Excel软件进行数据处理.几个实验过后，有能力的同学可以尝试用Matlab和Origin软件进行较为复杂的实验数据处理.

4 结束语

本文举例介绍了用Excel软件进行数据处理的常用方法，并对用Excel软件处理大学物理实验数据的可行性进行了分析.实践表明，计算机进行软件处理方法和传统数据处理方法相结合应用于低年级实验数据处理是行之有效的.

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参考文献：

〔1〕赵丽特,王喜建，等.数字化、网络化的大学物理实验教学改革探讨[J].大学物理实验，2015（02）.

〔2〕祝丹.大学物理实验总结中计算机软件运用的利弊研究[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2015（03）.

〔3〕樊洋,姚陆峰.计算机辅助数据处理在大学物理实验中的应用[J].实验室科学，2013（06）.