前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的大学物理实验数据处理中计算机模拟应用，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：大学物理实验中的数据处理和误差分析的思想应贯穿于实验教学的始终，并引导学生利用计算机模拟技术处理实验数据。长此以往，学生综合运用知识的能力、解决问题的能力和综合素质必将得到提高。
关键词：计算机模拟；大学物理实验；数据处理
随着信息技术的发展和教育教学现代化的需要，计算机已经逐渐走进学校，走进课堂。尤其是基于互联网的在线教学，实现了线上教学和线下教学的有机结合，使得课堂教学发生了结构性变革。可见，计算机给学校教育教学注入了新的活力，带来了新的教学理念和教学模式，具有划时代的意义。物理本质上是一门实验科学，因此大学物理实验是对物理教育的最原始回归，是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端，旨在培养学生的观察能力、思考能力、动手能力以及解决问题的能力。大学物理实验具有如下几个特征：1.可重复性。物理现象具有内在的演化规律，因此在遵循一定规律的前提下，物理现象可以再现。2.实验数据量大。一般大学物理实验中，为了减小随机误差往往需要进行多次测量，这样不可避免地会产生大量数据。3.不确定性。物理实验结果往往受到多方面因素的影响，例如实验仪器的精度、实验方法、外部环境因素、测量次数等。因此，在撰写实验报告时，往往需要对数据进行误差分析，并找到产生误差的原因，以期尽可能减小实验误差。笔者在多年的物理实验教学中发现，数据处理部分属于薄弱环节，许多学生对这一部分的概念和技能掌握达不到实验教学目标的要求。我校在数据处理中依然要求学生采用传统的数据处理方法，利用计算器或手工计算、手工制图，很少用计算机来处理。而有些实验数据处理的工作量较大，学生要花费大量时间处理实验数据，必然要耗费大量的时间和精力，长此以往学生丧失了学习兴趣，对数据的处理常常会流于形式，影响到实验课程的教学质量。因此，随着信息技术的开发应用，传统的教学模式已经不能适应时代的要求了，物理实验教学的改革迫在眉睫。我们建议学生在掌握手工制图之外，更要学会利用计算机处理实验数据。通过这种学习方式，学生在完成实验报告的同时，还可以在编程能力、数据分析能力方面得到锻炼，在“做中学，学中研，研中创”。
一计算机模拟处理实验数据的可行性
计算机模拟方法不同于简单的导入数据、自动生成图像模式，它需要执行人选择某种计算机语言（例如IDL或者Matlab）自主的设计源代码，最终通过执行源代码将数据可视化。通过上述过程，我们可以看出一个完整的计算机模拟制图需要原始数据、编程技术、程序语言编译环境、计算机等几个要素。原始数据来源于每堂物理实验课，编程技术是一个逐渐熟练的过程，学生可以在平时的计算机课程或者自学中得到提高。Matlab已经为很多大学生所熟知，大部分工科院校都开设了此课供学生选修，我校就有相应的Matlab课程。计算机是学生接触频率最高的现代信息化工具之一，据统计学生宿舍拥有计算机的比例非常高，此外我校计算机房也可以为学生提供丰富的计算机资源。综上所述,利用计算模拟方法处理大学物理实验数据是切实可行的一种方式。通过此种学习方式，可以极大地调动学生的学习积极性，减少浪费在网络或游戏上的时间，并且潜移默化地增强学生的编程能力、创新思维。
二计算机模拟处理大学物理实验数据实例
光的偏振现象在光学发展中占有重要地位，在现代科学技术中具有广泛的应用，通过对光的偏振的了解可以学习偏振光的产生以及检验，并且能够增强对电磁场的了解。光波是一种横波，由于光和物质相互作用过程中，光波中的电矢量起主要作用，所以通常以电矢量作为光波的振动矢量的代表，电矢量的振动方向只沿着一个固定方向的光线称为线偏振光。在这个实验中，我们要通过旋转检偏器来检测线偏振光的通光特性，也就是马吕斯定律，即I=I0cos2θ其中I0表示通过检偏器的初始光强，θ表示入射光偏振化方向与检偏器偏振化方向的夹角。当以光线传播方向为轴转动检偏器的时候，透射光强度I将会发射周期性变化。当θ=0°时，透射光强度最大，当θ=90°时，透射光强度为极小值，当0°<θ<90°时，透射光强度I介于最大值和最小值之间。因此可以根据透射光强度变化区分出是否为线偏振光。在撰写实验报告时，需要根据实验数据画出透射光强度I随夹角θ的变化规律。表格1给出了实验中测量的数据。基于测量的数据，利用计算机模拟方法我们画出透射光强度I随夹角θ变化的物理图像，这里我们选择的计算机语言为IDL。可以看出，图1准确地反映了线偏振光通过偏振片时的透光规律以及马吕斯定律。通过图1中的马吕斯定律关系图，我们可以精确得到该直线的斜率为2.30，即入射光强I0=2.30，这和实验测得的最大光强Imax=2.32相对误差只有0.43%,由此可知在实验过程中光路摆放合理。众所周知，传统的作图法，用坐标纸描点画图，由于人为的主观因素，即使同一组数据，不同人画的曲线图不同，误差不好标定。计算机不仅运算速度快，而且能够提高数据处理的精度，是对传统数据处理的优化和发展。学生在完成实验报告的同时，又强化了学生的计算机应用能力，有效实现学科的交叉融合，有利于学生成长、成才。
三结论
数据处理及误差分析的思想应贯穿于实验教学的始终，启发学生学习分析影响实验结果不确定度的原因，寻求、探讨解决方案，长此以往，学生综合运用知识的能力以及分析、解决问题的能力和综验报告时，需要根据实验数据画出透射光强度I随夹角θ的变化规律。表格1给出了实验中测量的数据。基于测量的数据，利用计算机模拟方法我们画出透射光强度I随夹角θ变化的物理图像，这里我们选择的计算机语言为IDL，如图1所示。合素质必将得到提高。民航安全是民航类院校始终关注的重中之重，作为教学改革的一个试点，本文着重从精确分析数据的角度入手，寄希望于培养学生各方面能力的同时，也能潜移默化地训练学生一丝不苟的工作态度。教学改革是一个系统性工程，在紧紧把握教改主线的前提下，我们将努力开拓新的教学模式，争取将计算机模拟、大学物理、数学分析等专业结合在一起，使它们都参与到课程改革中去，这也是本篇文章所要表达的核心思想。
参考文献
[1]丘锡彬，唐昌建.基于计算机模拟技术的现代物理学教学研究[J].高等理科教育，2010,6：74-77.
[2]管靖.理论力学计算机模拟实验课程的探索[J].大学物理，2001,20（8）：38-40.
[3]袁振国.当代教育学[M].北京：教育科学出版社，2004:106-108.
[4]乌美娜.教学设计[M].北京：高等教育出版社，1997:105-110.
[5]李元杰，汤正新.现代数值计算模拟技术与力学典型教学模型教学[J].大学物理，2002,21（10）：35-39.
作者:孔伟 周青军 杨芳 刘松芬 单位:中国民航大学 南开大学
