高中物理實驗中如何加強數據處理教學

李興勝

摘 要：數據處理的核心內容是估算待測量的最佳值，估算測量結果的不確定度并尋求多個待測量間的函數關系。它是物理實驗教學中培養學生實驗能力和素質的重要環節。高中物理實驗中常用的數據處理方法有比較法、平均法、描跡法、列表法、作圖法、圖解法、逐差法等，其中蘊含著豐富的科學思想和方法，注重實驗數據處理的教學是培養科學思想，發現問題、解決問題方法的有效途徑，也是每一位學生都要掌握的基本技能。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；數據處理

比較法是物理實驗中極其重要、基本的研究方法，其優點是便于理解，使實驗內容化繁為簡、便于操作、實驗精度高。量筒測體積、長度測量、驗證平行四邊形定則等是直接比較，電橋法測電阻、半偏法測電表內阻、等臂天平測物體質量、水銀熱膨脹與溫度的線性關系做成的水銀溫度計是間接比較，采用比較法能啟發學生思考，增強學生對相似知識的辨析和遷移能力。

實驗測量總有誤差，平均值常作為待測量真值的最佳估值，平均法可以減小誤差或使實驗結果更具普遍性，多次測量找規律，能排除偶然性，剔除誤差較大的數據，對實驗數據進行修正，提高測量準確度。測量一張紙的厚度、單擺周期測量、干涉條紋寬度測量、測量定值電阻的阻值是多次測量求平均值，減小誤差，碰撞實驗小球落點、逐差法求加速度多次測量找規律，排除偶然性，小燈泡伏安特性、探究凸透鏡成像規律是多次測量物體在不同條件下的物理現象，進行比較。采用平均法可以給學生嚴格的訓練，培養學生的實驗能力、良好的實驗習慣、嚴謹的科學作風，實事求是、探求真理的科學態度。

描跡法通過若干次描點、頻閃照相、用打點計時器打點等記錄形式，直觀形象地顯現實驗結果。等勢線的描繪是用電流場模擬電壓場、碰撞實驗小球速度與水平射程是等效替代，幫助學生建立等效替代的思想，提高空間想象力，培養學生主動參與的意識。用沙擺描繪單擺的振動曲線、用打點計時器記錄物體位置、用頻閃照相機拍攝平拋的小球位置、用示波器觀察交流信號的波形是留跡法，幫助學生建立空間與時間的對應關系，提高空間想象維度。

列表法是對幾個量之間的函數關系的測量，或對一個物理量進行多次測量時，把數據列成表格，使大量數據表達清晰醒目、條理化，易于檢查數據和發現問題，避免差錯，同時有助于反映物理量之間的對應關系。設計的表格要力求簡明、齊全、有條理，記錄的各物理量的名稱（符號）和單位明確，欄目順序應充分注意數據間的聯系和計算順序，函數關系的數據表格應按自變量由小到大或由大到小的順序排列，以便于判斷和處理。設計一個簡明醒目、合理美觀的數據表格，是每一個同學都要掌握的基本技能。表格沒有固定格式，可以讓學生盡力自由發揮、綜合考慮、統籌策劃，養成良好習慣，培養實驗技能，提高學習興趣。

為了研究物理量之間的相互依存關系，作圖法處理數據是一個便利、直觀而比較科學的方法。實驗數據處理的目的是求近似值，真值是一個理想概念不可測，但可綜合多次測量的效果來減小誤差，找到盡可能接近真實的值，作圖法具有這一功能。根據紙帶作V-t圖、燈泡的伏安特性曲線、測量電動勢和內阻中，作出U-I圖線，單擺周期與擺長T2-l圖線。作圖法處理數據雖然比較麻煩且誤差常常較大，但其優點是可發現“錯誤點”，或根據所得圖線與理論圖線的比較，進而尋求實驗之“失誤點”，有利于完善實驗原理，改進實驗方法。在實驗設計、操作無誤的情況下，用圖像法處理實驗數據還可發現新的規律，這也是中學物理學習此法的一個重要原因。作圖法把數據間的函數關系形象化，把形象思維和邏輯思維有機地聯系在一起，從而達到啟迪思維、促進科學創新的目的。

圖解法根據實驗數據的函數關系，建立數學模型，變曲為直，將實驗數據點擬合成一條直線，由圖像的斜率、截距、面積、乘積、切線等進一步求出反映該實驗物理規律的解析方程。圖解法是物理教與學的實踐中最重要的方法和工具之一，它的應用能使復雜問題簡單化、抽象問題具體化。驗證牛頓第二定律實驗中a—1/m圖像化反比例關系為正比例函數關系，驗證機械能守恒定律的實驗中v2=2gh將一次函數變量轉化為二次變量，單擺測定重力加速度L-T2成一次函數關系，用電阻箱和電流表測電源電動勢和內電阻作R-1/I圖。引導學生掌握和應用圖解法處理實驗數據，可以提高學習興趣，拓展思路，啟迪創新思維，提高分析、解決問題的能力，是圖像法處理物理問題的進一步升華，是數學方法在物理問題中的又一應用，其中蘊含著豐富的科學思想和方法，也是高考重點內容。

參考文獻：

[1]慕蓉.實用是物理教科書的新追求[N].中國教育報，2000.

[2]才永新.仿真物理實驗室[N].中國電腦教育報，2000.