實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

用于大學物理實驗或其他類似實驗教學中的系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)01背景意義教師機軟件國內高校物理實驗數(shù)據(jù)處理情況系統(tǒng)結構學生機軟件目錄0305020406基本信息大學物理實驗是理工科大學的一門重要基礎課，是對學生進行科學實驗訓練，培養(yǎng)學生實驗能力的重要環(huán)節(jié)。為革新現(xiàn)有的實驗教學模式，提高大學物理實驗的教學質量，建立了實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于大學物理實驗或其他類似實驗教學中，能夠起到排除主觀因素影響，快捷、準確地給出實驗成績，指出實驗錯誤，培養(yǎng)學生利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)的作用。通過系統(tǒng)可使學生交無紙實驗報告，促進無教師實驗室的建設，為學生預習、復習實驗提供條件，為實驗室的開放提供技術支撐。背景背景物理學是一門實驗科學。按照教學大綱的要求，物理實驗課的目的和任務包括以下幾個方面：（1）通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和對物理量的測量，學習物理知識，加深對物理學原理的理解。（2）培養(yǎng)學生從事科學實驗的初步能力。這些能力包括能自行閱讀資料、儀器說明書或實驗教材，做好實驗前的準備能借助說明書或教材，正確使用常用儀器能正確記錄原始數(shù)據(jù)和處理實驗數(shù)據(jù)學會設計表格和繪制曲線說明實驗結果能夠用物理學理論對實驗現(xiàn)象和結論進行分析學會撰寫合格的實驗報告能夠自行設計并完成簡單的設計性實驗。（3）培養(yǎng)和提高學生的科學素養(yǎng)，理論實際和實事求是的科學作風，嚴肅認真的科學素質，主動學習和刻苦鉆研的學習精神，遵守紀律、團結協(xié)作的團隊精神，愛護公物的優(yōu)良品德?？梢钥闯?，在物理實驗課中，學生要根據(jù)實驗的要求，對相關物理量進行測量，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理和評價是整個實驗過程中一個重要的環(huán)節(jié)。物理實驗要測量大量的原始數(shù)據(jù)，數(shù)學公式復雜，不確定度傳遞公式的推導和計算以及實驗圖線的繪制也很繁雜。比如“靜態(tài)拉伸法測量金屬絲的楊氏模量”、“用菲涅耳雙棱鏡測波長”等實驗，用人工作數(shù)據(jù)處理是相當煩瑣和復雜的，且易于發(fā)生錯誤。發(fā)生錯誤之后，又很難判斷是計算中的錯誤還是測量中的錯誤。為避免繁雜的手工計算和作圖，增加數(shù)據(jù)處理的準確性，提高學習效率，利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理和繪圖功能，建立物理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是十分必要的

。國內高校物理實驗數(shù)據(jù)處理情況國內高校物理實驗數(shù)據(jù)處理情況為了解決物理實驗數(shù)據(jù)手工處理繁瑣這一問題，國內很多高校的物理實驗教師，利用一些軟件編制實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。包括以下情況：（1）手工處理物理實驗數(shù)據(jù)。這種實驗數(shù)據(jù)處理方法，效率極低，且無法保證數(shù)據(jù)的正確性。（2）采用Word軟件進行物理實驗數(shù)據(jù)的處理。這種實驗數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點是：關于實驗數(shù)據(jù)的擬合直線、擬合直線的斜率、回歸方程、截距等可以快速得到。這種處理方法的缺點是：需要先在Word中畫出表格，在表格中輸入需要處理的數(shù)據(jù)，然后才能計算出待測物理量值，不能完整地處理實驗數(shù)據(jù)。（3）采用Excel進行物理實驗數(shù)據(jù)的處理。這種實驗數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點是：可以計算出平均值、標準方差、實驗數(shù)據(jù)的擬合直線和回歸方程和相關系數(shù)R的值；缺點是：數(shù)據(jù)處理界面不夠友好，缺乏人機交互性。（4）采用Matlab軟件進行物理實驗數(shù)據(jù)的處理。這種實驗數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點是：關于實驗數(shù)據(jù)的擬合直線、回歸方程、擬合直線的斜率、截距等需要通過編程才能夠得出。缺點是：若有新的實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)，學生需修改Matlab的編程語句才能得到新的實驗結果，對于毫無編程經驗的學生來說，使用起來不太方便，適用對象受到一定限制。（5）采用Java、VB等語言開發(fā)的物理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行物理實驗數(shù)據(jù)的處理。這種實驗數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點是：人機交互界面友好，操作方便，以文本框輸入數(shù)據(jù)輸出結果。意義意義（1）物理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能提高學生對物理實驗課興趣。在物理實驗教學中，根據(jù)實驗大綱的要求，學生要能正確記錄原始數(shù)據(jù)和處理實驗數(shù)據(jù)，學會撰寫合格的實驗報告。由于實驗數(shù)據(jù)計算量大，計算公式繁雜，用手工計算不僅要浪費學生大量時間，計算結果的正確性也難以保證。任務難度過大將導致學生產生習得性無助感，使學生失去學習的興趣和熱情，達不到實驗教學課的目的。相反，如果應用物理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對學生的實驗數(shù)據(jù)進行直接快速的處理，使學生在短時間內得到實驗數(shù)據(jù)處理結果，不僅能讓學生及時判斷糾正實驗操作過程中出現(xiàn)的問題，也能夠增強學生實驗的成就感，從而提高學生對物理實驗課的興趣。（2）物理實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有利于物理實驗教師與學生的信息交流，提高實驗教學的效率。高等學校物理實驗教學環(huán)節(jié)中學生實驗報告是學生做完實驗，離開實驗室后再完成的，這種做法存在著許多弊端。主要表現(xiàn)在實驗數(shù)據(jù)得不到及時處理，無法即時發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)是否正確教師批改實驗報告的工作量隨著學生數(shù)的增加而加大。實驗報告不能及時得到批改，也就無法及時將信息反饋給學生。教師和學生之間的溝通存在較大的時間差，不利于強化成功的反應或及時補救錯誤的反應。系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構圖1系統(tǒng)結構系統(tǒng)采用局域絡結構，圖1為系統(tǒng)結構拓撲圖。系統(tǒng)包括一臺教師機和若干臺學生機，通過集線器連接，組成局域。在教師機和學生機中分別編入不同的應用軟件。該軟件的主要功能就是實現(xiàn)教師機與學生機之間的實驗數(shù)據(jù)和評分結果的交換。與絡共享、文件下載及電子郵件操作有所不同，這是直接在教師機與學生機之間已打開的Excel表格中的信息交換，因此能夠及時掌握學生的實驗情況

。教師機軟件文件和數(shù)據(jù)傳輸文件和數(shù)據(jù)封存權限和狀態(tài)設置Excel文檔操作教師機軟件文件和數(shù)據(jù)傳輸在教師機中存儲Excel格式的實驗數(shù)據(jù)模版文件，實驗操作的視頻文件，以及其他供學生參考、使用的文件。系統(tǒng)可傳輸?shù)奈募ㄓ糜谔钊雽嶒灁?shù)據(jù)的Excel模版文件，實驗操作的視頻文件，以及其他文件，系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就是Excel模版文件中的實驗數(shù)據(jù)，這些文件和數(shù)據(jù)可以從教師機發(fā)往學生機，也可以從學生機發(fā)往教師機。另外也可以把存放在教師機Excel表格中的學生數(shù)據(jù)檢驗結果發(fā)送給學生機，便于學生對實驗結果進行總結。文件和數(shù)據(jù)封存在教師機和學生機中均可設置學生上交文件和數(shù)據(jù)的封存狀態(tài)，這相當于學生已提交了實驗報告。封存后，學生不能再提交含有實驗數(shù)據(jù)的文件或直接提交實驗數(shù)據(jù)，只有在教師機上解除封存狀態(tài)，方能再提交。權限和狀態(tài)設置為防止學生隨意從教師機中讀取文件和數(shù)據(jù)，或隨意向教師機中發(fā)送文件和數(shù)據(jù)，在教師機安排了權限設置功能。只有在教師機中放開了相關權限，才能進行文件和數(shù)據(jù)的讀取操作。Excel文檔操作用實驗項目名稱命名Excel模版文件，例如霍爾效應實驗的Excel模版文件名為“霍爾效應．xls'’。通過教師機軟件可以打開Excel模版文件，把從學生機中讀來的數(shù)據(jù)、字符串填入相應的表格中，或把教師機表格中的信息讀出并傳給學生機。教師機軟件中的打印功能用于打印學生的實驗結果，