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小学物理实验教学中的数据处理与分析
在小学物理实验教学中，数据处理与分析是非常重要的一环。
它可以帮助学生理解实验结果、提取有意义的信息，并帮助他们形成科学思维和实验设计的能力。
下面是一些常见的数据处理与分析方法：
数据整理与归纳：将实验数据按照一定的格式整理起来，如制作数据表格或柱状图。
这样可以使数据更加清晰易读，有助于学生观察和发现规律。
平均值的计算：对重复实验数据进行平均值的计算，可以减小个别误差的影响，得到更加可靠的结果。
绘制图表：根据实验数据可以通过制作折线图、柱状图等图表来展示结果。
图表有助于学生理解规律和趋势变化。
趋势分析：观察数据的变化趋势，分析不同因素对实验结果的影响。
例如，通过数据分析可以判断物理量之间的关系，如质量与重力的关系、长度与时间的关系等。
计算误差：在实验中，由于各种各样的原因，如测量仪器的误差、实验环境的影响等，实验数据可能存在误差。
学生需要学会计算误差，并判断实验结果的可靠性。
对比分析：将不同实验组的数据进行对比，找出它们之间的差别和相似之处。
这有助于学生总结规律和找出影响实验结果的因素。
结果解释：根据数据分析的结果，对实验结果进行解释，并得出结论。
学生需要学会运用科学知识和实验数据来解释现象，并合理推断。
需要强调的是，在小学物理实验教学中，数据处理与分析的难度和深度会相对较低，侧重于培养学生的观察、归纳、总结和推理能力，而不是高级的数学和统计方法。
教师在指导学生进行数据处理与分析时，应注重引导学生思考和发现，培养其科学态度和实验思维。
电脑控制弦振动实验的研究作者：叶瀚文王珊来源：《科技资讯》2016年第28期摘要：电脑控制弦振动实验利用PASCO弦音计系统中电压传感器对弦上的波动情况进行电脑监控和数据采集。
通过“Datastudio”软件进行分析和处理，研究弦线在不同拉力、不同弦长下对弦振动基频的影响及其规律。
关键词：拉力弦长基频规律中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0132-02弦振动实验是普通物理力学中的一个基础实验，同时它的原理在工业工程与实际生活中又被如此广泛的应用，例如常见的弦乐器提琴，吉它、二胡、琵琶等，所以如何在实验中使学生对其物理原理有清楚的理解，并且能正确和高精度地完成实验是十分重要的[1]。
目前，各高校物理实验室普遍采用了包括电动音叉法、磁电激励法等不同弦振动激励方式的设备和实验方法，作为学生的实验平台，结合弦振动的应用，以激发学生兴趣，开拓思路，培养工程素质[2]。
该实验以PASCO弦音计系统为平台进行弦振动研究。
PASCO系列实验利用计算机以Datastudio软件为媒介对接口对各种传感器进行控制和数据采集。
实验者无论是实验过程中的数据收集和显示，还是实验后的数据处理和计算，都要使用到Datastudio软件[3]。
该实验结合计算机技术和弦振动原理，实验现象和数据可以直接在Datastudio软件中直观显示，能很好地激发学生兴趣；学生能自行设计实验方案，研究不同弦线在不同拉力、不同弦线长度下对弦振动基频的影响及其规律，非常适合在高校中作为综合性，设计性和创新性实验开设，能很好地培养学生的动手能力和创新精神。
1 弦音计工作原理弦音计将信号输入到驱动线圈产生交变磁场，磁场驱动吉他弦振动，使用探测线圈记录弦的振动情况。
利用电压传感器对弦上的波动情况进行电脑监控和数据采集。
如果线的两端都被固定，则每个波都会在它到达另一端时发生反射。
通常，连续反射的波的位相不完全相同，因此合振幅很小。
大学物理实验创新与教学实践初探摘要：本文首先比较了国内外大学物理实验教学的不同之处，认识到我国与国外先进教学理念、教学方法上存在的差距。
然后详述了上海工程技术大学的物理实验创新方案，最后详细介绍了将光谱仪引入创新性设计实验的教学实践案例。
关键词：大学物理实验；创新性设计实验；光谱仪中图分类号：g642 文献标志码：a 文章编号：1674-9324（2013）08-0079-03一、引言现代科学技术的飞速发展以及社会的不断进步要求现代教育也必须做出相应的改革，以现代教育的理念去指导教学实践。
教育就是对人的培养，人是教育的第一要素，也是教育的核心所在，因此一切教育活动都应该围绕个人展开[1]。
大学应该以学生为本，为学生提供良好的环境，教师不应该是知识的灌输者，而应成为服务者，“授人以渔”，引导学生自主学习。
而大学物理实验与现代教育理念的结合具有得天独厚的优势，它最能体现学生的探究性与创造性。
物理实验的功能，除了测量和验证，还有更重要的一点就是发现与探究。
因此大学物理实验的创新是高等教育发展的必然要求。
二、国内外大学物理实验教学的比较在国内传统的大学物理实验教学中，实验课程的开展往往是教师根据实验教材在实验室里详细讲解实验原理和实验步骤，学生则照搬教师的讲解进行实验，很多情况下，学生做完实验后对诸如实验步骤为何这样确定、实验方法的依据何在等问题不甚明了。
真正的实验课程需要学生主动参与，包括主动寻求实验原理和方法、设计实验步骤、对实验数据进行处理与反思，而这方面国内大学物理实验教学却较少要求。
在欧美发达国家，实验教学理论可以认为是一种合作学习理论，普通物理实验是一种探究式实验。
大学物理实验教学和大学物理课堂教学一般都是整合在大学物理课程之中的。
如在mit普通物理学课程中，学生按照3人一组进行分组，以学生自主学习为主，教师讲解理论知识并指导学生实验[2]。
另外，教学方法、教学手段的多样，例如哈佛大学的home lab很有特色。
数字化实验在物理教学中应用的实践与思考天津市红桥区五爱道风光里55号红桥教育中心孙鸿毅摘要：随着国家新一轮课程教材改革的推进，数字化实验室进入课堂，打造出信息技术与物理教学整合的新型教学模式。
数字化实验以传感器和计算机为基础，结合传统的实验仪器，将实验数据采集之后用计算机进行分析处理，通过数据图表和图象展示现象、揭示规律。
从2005年10月起我们将传感器引入高中物理教学，经过一年的探索，分别在力、热、电三方面选取典型课例进行了实践。
本文试从教研员的角度，就引领老师们进行实践课例的探索，提出数字化实验室应用的方式、效果和值得注意的问题，以与同行切磋和研讨。
关键词：传感器探究教学教师水平学生能力一、问题的提出随着全球信息化的飞速发展，加速推进了我国教育现代化的步伐，教育的信息化是教育现代化的重要特征之一。
《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式，教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。
”2004年11月在湖南召开的全国第六届物理青年教师教学大赛上，上海和深圳选手将数字化实验室引入比赛现场，让我第一次看到数字化实验的方式和效果，亲身感受了信息技术与物理教学整合的新型教学模式。
关注、引领物理教学的前沿是教研员的责任，2005年3月起，在我区教研活动中用录象课、请传感器公司来人示范等方式广泛宣传数字化实验，进一步激发了老师们实验的热情。
从2005年10月起引领老师们将传感器应用于高中物理教学的教改实验中。
二、对数字化实验设备和结果的简介（如图1）1．传感器：数字化实验的核心部件。
“感”将物理量转化成电信号；“传”将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。
教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等，图中是一个位移传感器。
高一物理实验数据处理与分析方法物理实验是高中物理学习的重要组成部分，通过实验可以直观地观察和验证物理理论，培养学生实践操作能力和科学思维。
而实验数据的处理与分析是物理实验中不可或缺的环节。
本文将介绍一些高一物理实验数据处理与分析的方法。
1. 数据处理前的准备在进行物理实验时，首先要确保实验环境的稳定性和实验器材的精确性。
实验数据的准确性和可重复性直接影响实验的可靠性和科学性。
因此，在进行实验之前，需要对实验仪器进行校准和检查，保证实验器材的精确度和灵敏度。
2. 数据采集与记录在实验过程中，需要通过实验仪器采集数据，并进行准确的记录。
一般来说，物理实验的数据包括实验条件、测量数据和实验结果等方面。
实验条件主要包括实验环境温度、湿度等参数，测量数据是实验过程中测得的物理量数值，实验结果是通过数据处理和分析得到的最终结论。
3. 数据处理方法对于实验数据的处理，通常需要进行数据整理、数据筛选和数据加工等过程。
数据整理是将采集到的数据按照一定的格式整理成表格或图表，以便于后续分析和比较。
数据筛选是指从大量数据中筛选出符合要求的数据，剔除异常值和误差较大的数据，保证实验数据的可靠性。
数据加工是指在整理和筛选的基础上，对数据进行进一步的处理和计算，得到更加精确的结果。
4. 数据分析方法数据分析是物理实验中重要的一部分，通过对实验数据的分析可以揭示物理规律和现象之间的关系。
常见的数据分析方法包括平均值计算、数据拟合、相关系数计算等。
平均值计算是对多次重复实验的数据进行求平均，以减小实验误差，得到更加准确的结果。
数据拟合是通过数学模型和曲线拟合方法，将实验数据与理论模型进行比较和匹配，得到理论参数的估计值。
相关系数计算是评价数据之间相关性的指标，通过计算相关系数可以判断两组数据之间的线性关系和相关程度。
5. 实验结果的解释与讨论在数据处理和分析的基础上，需要对实验结果进行解释和讨论。
解释实验结果是指根据实验数据和分析结果，对实验现象和物理规律进行解释和说明。
基于DISLab的高中物理实验教学实践与研究摘要：数字信息系统实验室（DISLab）被用到物理教学后，存在两种不同的观点，一种是无用论，即认为该系统会使学生忽视数据采集、处理的一些基本功，过分依赖于计算机技术而无法真正提高实验能力;另一种是万能论，即认为可以用DISLab系统完全替代传统实验。
本文通过该系统运用的实践，阐述了传统实验与DISLab创新实验的关系，并努力探寻在物理教学中应用DISLab系统提高教学效果的方式。
关键词：DISLab;实验教学;实验能力中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）06-0039-03●高中物理实验教学的现状《普通高中物理课程标准（实验）》中指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。
通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。
”[1]物理学是一门实验科学，学生对物理规律、定律的学习，离不开实验，但实际实验教学与《标准》尚有很大的差距。
国家教委教学仪器研究所曾历时四年，对全国十个省市学生的动手实验能力进行调查，结论是：高中学生理、化、生实验不及格，我国中小学生不能手脑并用。
[2]有数据表明，高考物理实验得分情况不尽如人意，具体表现为学生的实验得分较低，特别是探究性实验设计得分更低。
例如，2012年浙江高考理综21题，“测玻璃的折射率”实验，据统计，不除零平均分4.5，难度0.45，其中得0分的占17%，得3分的占17%。
究其原因，主要是实验教学脱离生活实际，实验内容范围较窄，实验形式缺乏探究性，实验教学流于形式，评价方式单一等。
另外由于实验条件的限制，某些实验存在着以定性研究为主，无法开展定量研究的局限性。
●DISLab对物理实验教学的影响DISLab是英文Digital Information System Laboratoryd的缩写，意为“数字化信息系统实验室”。
第7章计算机在物理实验中的应用简介当今，我们已进入计算机和信息时代，计算机已广泛地深入的各行各业，起着越来越巨大的作用。
它运算速度快，体积小，可靠性高，通用性与灵活性强，以及很高的性能价格比等特点，把人们带入了一个一切都离不开计算机的新时代。
计算机在实验研究领域的应用，即将传统的实验方法和测试手段与计算机相结合，使实验技术产生了巨大的变革，大大提高了实验的水平，给科学研究带来了新的突破。
计算机在研究领域中应用的迅速发展使传统的教学实验与实际科研工作之间的差距日益增大。
我们应该将计算机这个现代化的手段运用到教与学中去，逐步改进传统的教学方法，缩小差距，适应现实发展的需要。
计算机在物理实验中可以在哪些方面发挥作用呢？计算机辅助物理实验主要包括：1. 计算机快速地进行实验数据处理物理实验要测量大量的原始数据，用人工作数据处理是相当烦琐和复杂的，且易于发生错误。
发生错误之后，又很难判断是计算中的错误还是测量中的错误。
计算机的快速、准确性，可以使人们从繁重的工作中解放出来。
还可帮助我们经常保存重要的数据信息，便于随时使用。
有时候我们需要将数次实验的结果进行综合分析和比较，计算机可以使这项工作便捷和轻松。
用一些尚不完全的数据或模拟的数据对实验的结果进行预测，便于及早发现实验方法和实验设计的问题，避免走弯路。
2. 计算机实时采集数据及数据的处理利用计算机作终端，通过接口电路传感器和常规仪器共同完成物理量的测量，实时采集数据。
克服了人工记录数据的不准确性，提高了测量的精确度，并且可以利用计算机的可绘图性，在处理数据时同步把实验曲线绘制出来。
3. 利用计算机对实验过程进行实时控制用程序可以安排和控制全部实验过程自动进行，这在现代科学技术中受到普遍重视，同时还可以对实验所需保证的条件进行自动调节，准确控制。
4. 利用计算机模拟物理过程，进行物理仿真实验在培养学生探索与创新开拓能力方面，实验研究技能的锻炼是课堂理论教学所不可替代的，但实验教学质量的提高长期受各种物质、经济条件的困扰，很多实验由于耗资过大，一些学校无法开设。
所 在 系： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师：本科生毕业论文（设计）题目：计算机数据采集技术在普通物理实验中的应用物理系 物理教育学 李振 0810710017 陈青论文完成日期：2012年 月 日计算机数据采集技术在普通物理实验中的应用李振（0810710017）摘要：这一研究课题是基于计算机的物理量测量（数据采集）技术，根据已有的电子技术知识对于涉及到硬件进行自行设计，利用分立、集成电路组建测量电路与PC机通讯，进行必要的程序设计将数据采集到电脑中，实现数据的自动获取与处理。
关键词：数据采集技术物理实验并行端口数模转换器1概述1.1引言在现代物理学中，随着科学技术的不断发展，对于物理量的测量要求越来越高，尤其是精度，测量范围，可靠性指标的要求，过去的单纯依靠指针式、读表式的仪器在对于某些物理量的测量中会存在这较大的误差，已经远远不能满足精密物理实验的要求。
所以，针对这一现状，我们在现代物理学中采用了计算机数据采集技术，其高级度高量程和高精确性的特性能够很好的满足普通物理实验的要求。
1.2计算机数据采集系统的一般结构物理实验中的待测信号有多种多样，如：电压、电流、电阻、温度等。
被测对象可分为电量和非电量。
但是在许多领域需要测量的是非电量，如机械量、热学量、化学量、光学量、声学量和放射性剂量等等。
在物理实验中，为了实现非电量的测量，首先要实验从非电量到电量的变换，这一变换时靠传感器来实现的。
传感器接口电路时为了与传感器配合，将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以方便后续电路的处理。
下图便为计算机数据采集系统的构成原理图图1其中在计算机数据采集系统的核心是：微处理器或上位计算机，但他们只能处理数字信号，因而在数据采集中，往往需要把模拟信号转换成数字信号。
完成把模拟信号转换成数字信号的电路称为模拟/数字转换器(Analog to Digital Converter),或简称模数转换器（ADC），这也是实验中最重要的组成部分。
1.3计算机数据采集在普通物理实验中的优点1）计算机能迅速的对实验数据进行处理，在普通物理实验中，我们需要测量大量的原始数据,用人记录数据和进行处理是相当繁琐和复杂的,且可能发生人为的操作计算失误。
一旦发生错误后,我们又很难判断是计算中的错误还是在测量中出现的错误.计算机以其快速,准确性,可以让人们从繁重的工作中解放出来.还可帮助我们及时地去保存重要的数据信息,便于人们下次的方便即时使用。
2）计算机数据采集能够实时采集数据及进行数据的处理 ，我们用计算机作为最后的终端输出显示设备,通过电路传感器和常规仪器共同完成对物理实验中的物理量的测量,实时记录数据.克服了人工记录数据的不准确性,提高了物理实验中测量的精确度,并且可以利用计算机的可绘图性,在处理数据时同步把实验曲线绘制出来。
3）利用计算机可以对物理实验过程的物理量进行时控制，用编写的程序可以安排和控制全部实验过程自动进行,节省了大量人力物力，并提高了精确度。
这在现代科学技术中受到普遍重视,同时还可以对实验所需保证的条件进行自动调节,准确控制。
随着科学技术的不断飞速发展，在物理实验中计算机数据采集技术一定会产生更深刻而广泛的影响，我们接下来就基于计算机数据采集技术，进行物理实验研究，测量对计算机数据采集系统的设计分析并制造运用。
2 计算机数据采集板的工作原理及硬件设计基于对普通电池电压的测量，我们进行计算机数据采集是通过采集一个或多个变量数据而获取现象信息的过程。
这边采用的是并行端口作为计算机与其数据获取设备的联系装置。
其中最重要的一项便是AD 转换器，抽样，量化和编码，这三个过程如何实现就决定了ADC 的形式和性能，一般情况下，ADC 的有效模拟电压输入范围由参考电压VREF 决定，其中单极性输入的ADC 有效模拟电压为0~VREF ，这里为了进行四位的数据，我们采用了支持双极信号输入的。
接下来我们通过设计的电路图来进行分析。
2.1 电路2.1.1衰减器和单双极转换实验中，我们将原始信号导入采集板，经过如下图所示的电路图中，进过两个电阻并接地，有i1i 100==910+10010V V V +，再次经过衰减器有i 10110V V V +==，与双极性转换接上有1010i 2+40.964K74K7133034K7REF REF V V V V V V +++===⨯,接下来通过第二个衰减器，并连接两个电阻，有22V V +-=, 22205(1.67 3.33)3.33K 3.33K V V V -+=⨯+=，通过双单极的转换进入下个最重要的部分ADS7816数模转换。
图22.1.2ADS7816数模转换器我们这里采用的一款常用的ADC芯片—Burr-BrownADS7816 ，ADS7816是美国Burr-Brown公司生产的一款具有12-bit分辨率，200khz采样频率的低功耗模数转换器，其是便准的逐次逼近型（SAR）ADC,其需要一个外部的参考电源，一个外部时钟和一个+5V 的电源，我们会提供其电源。
下图便是一个二阶Butterworth 低通有源滤波器，经过低滤将高频信号过滤。
其中f-3dB ≈20kHz，模拟信号转换后的而数字传输结果依次随时钟信号的输入而串行输出，最高有效位（MSB）通过Dout脚先送出，依次到最低有效位（LSB）2。
根据电路板数据采集电路图，实验中ADS7816构成的一个基本的数据采集系统。
将参考电压直接接于+5V电源，使其具有0V--5V的模拟电压输入范围。
电源旁的5~10Ω和1~10uf的电容可过滤油计算机和电源产生的噪声.1图3图42.1.3 由TL431组成的精密电压参考源图5是由TL431组成的精密电压参考源，V OUT= (1+R1/R2) Vref，。
外部的参考电压决定了模拟电压信号输入的范围。
其中最低有效位所对应的电压应为V REF/212。
因此，通过调整参考电压可以提高测量最小电压分辨率，但与此同时，噪声的所占有效值得份额却随参考电压的降低而升高。
图53软件设计在这里，我们使用Visual Basic进行编程，即用其访问并口。
其中最重要的一点，我们这里使用了动态链接库（DLL），这里使用的是Inpout32.dll的用于端口访问的DLL，这里的文件名不可随意更改。
对Inp和Out做出声明后，就能在Visual Basic自由使用了，当windows系统载入一个dll时，将进行自动检查路径Private Declare Function inp Lib "e:\inpout32.dll" Alias "Inp32" (ByVal address As Integer) As IntegerPrivate Declare Sub out Lib "e:\inpout32.dll" Alias "Out32" (ByVal address As Integer, ByVal Value As Integer)Dim a As IntegerDim Value As IntegerDim j As Integer, i As IntegerPrivate Sub Command1_Click()Timer1.Enabled = True （用时间触发器不断刷新变化的数据）End SubPrivate Sub Command2_Click()V alue = 0out &H378, 1out &H378, 0For i = 0 To 1out &H378, 2out &H378, 0NextFor i = 0 To 11out &H378, 2out &H378, 0V alue = Value + ((inp(&H379) And 8) / 8) * 2 ^ (11 - i)NextLabel1.Caption = Value * 0.001 （这段程序能实现采样点，并让最终的结果通过公式显示在结果框内。
）End SubPrivate Sub Form_Load()Timer1.Interval = 50 （时间触发器，用来不断刷新所接受到的数据，确保误差的最小化和信息的及时更新）End SubPrivate Sub Timer1_Timer()Label1 = "S6 = " & ((inp(&H379) And 2 ^ 6) / 2 ^ 6)End Sub4实验示例我们这里采用的是两块集成电路板，计算机数据采集板和PC机并行端口连接板，数模转换器采用的则是ADS7816芯片。
图6首先通过线性多路直流稳定电压源输出+5V和接地电压输入到pc机并行端口连接板上，并行端口具有的8位数据口可以用来输出控制信号控制ADC，5位状态口可以用来读取ADC返回的数据。
其中对于并口而言，2位输出，1位输入就可以控制一片ADS7816。
其中将CS*端接于并口D0，DCLOCK端接于D1，将Dout端与S3相接。
这样就将数据与计算机数据采集板连通，再将±15V电压源接于数据采集板上，使其工作，测试缓冲输出，进行滤波的调试，。
得出进入ADC之前的的最终信号值是1.579V，这里我们使用的是四位半VC980+型号电压测量表，接下来通过Visual Basic进行的编程，用软件将硬件得出的信号显示在电脑显示屏上，调试后显示在电脑软件数值为1.578。
实验成功测得干电池电压值。
5结绪通过电路的设计分析以及软件的编写，我们实现了对干电池电压值测量，并通过电脑的并口将其鲜明的显示出来。
和以前的传统物理测量方法相比，通过计算机数据采集技术在物理实验中的应用，改变了过去单纯依靠人工读数产生的不准确性和较大误差，并能随时记录大量数据。
尤其注意的是，我们所用的电路板同样也适合其它的温度，光度等等的测量，例如对重力的测量，我们可以采用秤重传感器与仪表放大器和在一起，得到一个和重力相关的电压值，这样就能够得到重力值了。
计算机数据采集技术以其精确性、实时性，不断促进我们物理实验测量的准确度。
参考文献[1]江苏教育学院物理系编传感器与PC机测控技术[2]李文华基于单片机控制的串行/模数转换器ADS7816的应用设计，2006[3]林凌现代测控电路，2006Computer data acquisition technology in the general physics experiment in the applicationLi Zhen (0810710017)Abstract: This research is based on the computer for measuring physical quantities ( data acquisition ) technology, on the basis of the existing electronic technology knowledge for related to hardware design, using discrete integrated circuit measuring circuit, set up communication with the PC machine, the necessary program design of data acquisition in computer, realize automatic data acquisition and processing.Key Words: Data Acquisition Technology, Physics Experiment, Parallel Port, DAC指导老师：陈青。
