测量误差与不确定度实验存在问题及对策辨析.docx

          “测量误差与不确定度”实验存在问题及对策辨析                    一、引言基础物理实验是理工科学生的第一门实践性课程，是对学生进行系统科学实验培训的一门基础课程，在培养学生的创新能力和实践能力，提高学生的科学素养方面起着重要的作用[1,2]测量误差与不确定度”是学生物理实验课程的第一个实验，在本实验中，学生学习长度、质量基本物理量的测量方法，初步学习、理解误差理论，初步学习如何分析及处理实验数据并正确表达实验结果[3]从上世纪九十年代起，各高校顺应当时教学改革形势及社会需求，将不确定度教学逐渐纳入本实验的教学中，取得了较好的教学效果[4,5]物理实验离不开数据处理，而数据处理一定会涉及误差理论，因此本实验涉及的数据处理方法贯穿于整个基础物理实验，在大学物理实验中有着基础性的地位[6]在教学实践中发现学生在实验过程中暴露出一些问题，下面给予剖析并探讨相应的教改对策二、学生存在的问题（1）认为实验只是长度、质量基本物理量的测量，过于简单，不涉及复杂的物理原理，对本实验在整个基础物理实验中的地位没有清醒的认识，对实验的重要性认识不足，学习的主动性和自主性差 。

实验前没有进行充分的预习，对之前的绪论课未认真对待，对误差理论没有认真学习，对实验中使用的测量仪器的原理未加明了而有的学生认为误差理论抽象难懂，枯燥无味，不愿意花时间钻研2）在仪器使用过程中，操作不当、不规范，导致实验仪器受损或测量有误，如在天平两端未达到基本平衡时，就旋起升降旋钮；排水法中未将物体完全浸入水中，引起不必要的误差有不少人没有掌握游标卡尺和螺旋测微计的读数方法，极个别人甚至弄混单位在具体实验操作中，原理不清晰，目的不明确，缺少动脑分析的习惯，自主探究问题的意识淡薄不会选择合适的测量工具，不清楚需测量哪些物理量, 如直接法测密度过程中, 需测量四个与长度有关的量，而有的学生只测其中两个或三个； 排水法测密度时少数人不知在测量铜杯浸入水中的质量前应先测量铜杯本身的质量不会合理选择测量点，仅在一个点附近取值，测出的数据不具代表性最突出的问题就是有效数字位数的选取, 受到一般理论课有效数字位数选取的随意性的影响, 有些学生不理会误差理论的要求, 测量读数时随意增减有效位数3）撰写实验报告时格式不正确，图表不规范，基本概念不清导致物理量混用，张冠李戴，分不清直接测量量与间接测量量的不同计算方法，未弄懂误差分析与不确定度之间的联系和区别。

由于对误差理论一知半解，处理实验数据时，随意选取有效数字，不会正确表达实验结果，进行误差分析时不知从何入手极个别同学为了凑结果抄袭或杜撰实验数据三、对策针对学生在实验中暴露出的诸多问题，从以下几个环节入手给予解决1）绪论课上绪论课时教师往往将大部分时间花在讲解误差理论上，大量的数学推导给学生造成误差分析就是数学计算的错觉，学生感觉乏味，昏昏欲睡笔者认为，绪论课是使学生形成误差思维的最佳时机，而要达到此目的， 应把与误差有关的基本概念的意义讲清楚，澄清学生易混淆的概念，讲透知识的难点，指出各概念之间的关系，但不要上成数学课，尽量淡化数学另一方面，要让学生理解误差理论的意义，认清误差理论对实验设计的指导作用，并通过举例说明测量误差对物理实验的意义及误差理论在诸多领域的应用可向学生介绍现代误差理论的发展动态，让学生明白误差理论是在吸收了计量学、概率统计学等学科的发展成果的基础上结合实验发展起来的，目前的发展趋势是从传统的误差分析向不确定度系统发展，使学生理解不确定度系统比误差分析更科学、更全面评价实验结果， 而不致误认为误差分析与不确定度系统只是数学处理的方法不同，从而提高学生对误差理论的认识水平，培养学生误差分析的思想，调动学生学习误差理论的主动性和积极性。

2）实验课在实验课开始时，教师除检查学生的预习报告，应作简短的讲解和示范，指出本实验在整个物理实验中的基础性地位，讲清打好基础的重要性，并使学生对实验原理、实验目的和实验步骤做到心中有数，在讲解过程中，提醒学生实验同样需要思考，在实验中要勤于思考，善于思考，提醒学生注意实验操作过程中易犯的错误，讲解时要注意与学生互动、沟通由于学生是第一次做实验，特别要提醒学生测量的有效数字的选取，提醒学生把误差分析的思想贯穿到整个实验中去讲解的最后，对学生的实验操作提出要求，要求学生在实验过程中培养严谨、踏实的实验态度、科学作风和实事求是的科学精神 在学生实验过程中，教师要观察学生的实验状态，根据学生情况随时引导，对学生不规范的操作予以指正，纠正某些不正确的个人偏好，对于个别盲目实验的同学，可要求暂停实验，让他看看书，想想该如何调整实验, 思考清楚了再做，但是要注意，教师不能代替学生思考、更不能帮助学生做实验，教师既要走进去，又要出得来 在实验操作过程中，我们还根据学生认知水平的不同，分层次提出不同的要求，如提供一些设计性的实验项目给能力较强的学生；对本院的学生要求不确定度的计算，而有些外院的学生仅要求误差计算或不确定度计算中不要求自由度的计算。

（3）考核实验成绩不仅仅只是以实验报告为依据，而是预习报告、实验操作、实验记录、实验报告各占一定比例，侧重考察学生实际操作能力和处理实际问题的能力，使学生重视各个环节我们引入了计算机技术，编写了一个小的软件，输入学生的实验数据，可得实验处理结果，可以快速又方便地检验学生数据处理过程的正确性为了杜绝学生在写实验报告时修改实验数据，坚持实验记录非经教师签字认可不可涂改而教师在批改实验报告时，即使实验结果不理想，但只要分析误差原因写得好，学生仍会得到一个理想的成绩[Reference][1]康丽华.创造性思维在大学物理实验教学中的应用.高教研究.2005,76(3).[2]李水.关于大学物理实验教学改革的若干思考.科技教育.2011(5).[3]母继荣.有效数字的定义及其在数据处理中的应用.大学物理实验. 2000,13(4).[4]冀志江.大学物理实验误差理论教学思考与实践.物理通报.2000(3).[5]王向川.误差与不确定度在物理实验教学中的重点把握及应用.成都大学学报(自然科学版).2008,27(1).[6]傅智河.刍议大学物理实验误差理论.龙岩师专学报.2002,20(6).（作者单位：中山大学理工学院 广州）   -全文完-。