Matlab在大学物理实验的运用

摘要：近年来，随着计算机技术的普及，MATLAB具有强大的计算机处理功能，为物理实验数据处理带来了很大方便，使得数据的运算更加简单准确，在物理实验中引入MATLAB可以极大地促进实验教学。本文将MATLAB引入大学物理实验课中用于数据处理，适应目前课程信息化建设的需要。

关键词：MATLAB；大学物理实验；数据处理

物理学是以实验为基础的科学，通过物理实验教学可以帮助学生正确理解物理规律，有利于培养学生的创新意识，受到传统教学思想的影响，大学物理实验教学模式现代技术手段应用不够，实验数据处理方法繁琐落后，使得大学物理实验课程不适应现代科技发展需求。实验数据处理是实验进行最终结果表示的必经之路，大学物理实验数据处理中，传统方法难以满足科技飞速发展的需求，误差计算需要花费大量的时间进行数据手工计算，曲线绘制由于手工操作，影响实验的精准性，MAT-LAB是常用的科学计算工具，图形用户界面模块成熟，将其引入大学物理实验课程中，为后续专业课的学习奠定良好的基础。

1MATLAB在物理实验中的应用

MATLAB是1984年MathWorks公司推出的计算软件，是集符号运算、数据拟合、图形处理等于一体的功能强大的计算软件，MATLAB是目前应用普遍的科学计算语言，与C语言相比，MATLAB具有功能强大，语言自然等特点。目前Fortran已成为应用计算机辅助设计、仿真教学中重要的基础软件，是具有通用性的数值仿真，数据可视化工具，在大学物理实验教学中发挥重要的作用[1]。MATLAB应用中可以提供灵活的程序设计流程，高质量的界面设计，丰富多样的仿真集成环境等。目前国外许多大学将MATLAB应用到物理、电子线路等理工科相关专业学科教学中。我国大学教学中MATLAB的应用不够普遍，部分高校将MATLAB作为本科教育中的必修课程，应用MATLAB处理物理实验数据时，无需掌握丰富的编程知识，只需懂得应用相关函数进行计算即可，通过复制粘贴方式将计算结果拷贝到其他软件中编辑。大学物理实验教学中应用普遍的MATLAB函数为平均函数mean，平方根函数sqrt，曲线拟合函数，绘图函数，正态分布函数等。大学物理实验数据处理中应用MATLAB，学生可以快速完成相关实验数据处理，根据实际需求将数据的变化过程进行动态模拟，使物理变化规律形象展示。实验数据处理中应用MATLAB可促进学生处理数据效率的提升，增强学生的学习兴趣，促进学生计算机应用知识的拓展，对学生综合能力的培养具有重要意义。

2设计思路

随着图形用户界面的广泛使用，因其易用性使得GUI成为软件设计的不二选择，MATLAB提供了丰富的菜单，包括窗口，文字说明等对象，用户通过一定的方法选择图形对象，使计算机实现计算等。实验数据的输入可采取预留实验所需控件数目，或采用其他软件格式进行设计录入。用户按某种格式要求输入到控件中缺点是设计不易保存。用其他软件格式进行数据录入，系统采用Excel表格文件，可以方便通过xlsread函数实现数据导入，随时对数据进行修改保存。

3设计难点

完成实验首先是在物理实验中认真操作，其次是后续数据处理，实验曲线绘制是重点，用传统的数据处理法处理，误差部分会将过多的时间用于数据手工计算。曲线绘制由于手工操作，影响实验数据处理结果的可信性。将MATLAB在数据处理中引入，使学生尽早接触计算机程序。误差理论的使用贯穿于物理实验过程，如果误差理论应用不当，在最终结果表示阶段也不能获得成功。大学物理实验绪论介绍的数据处理方法包括多次精度测量，直接测量单次量等，分为平均绝对误差方法及不确定度方法。误差处理方法需要学生在实验中逐渐掌握。在信息化的今天学生学会自己用计算机解决，C语言不同于MATLAB可以提供丰富的函数，其易用性受到限制[2]。MATLAB的引入使学生可以克服传统方法的不足，如西安科技大学生创新实验项目在选修课《MATLAB在大学物理实验中的应用》学习后提出，将MATLAB引入基础课是目前课程信息化建设的需求。对误差理论由直接测量的单次及间接测量的误差表示方法，借助MATLAB求和函数、测量列标准偏差函数std、对数函数log等函数，及符号熟悉工具箱进行偏微分求解，最终计算各种误差。改变以往重复的手工计算，借助计算机进行误差计算，为后续专业课学习奠定良好基础。物理实验中数据处理的试验曲线拟合对学生来说较难掌握，随着计算机设计等计算机辅助技术的迅速普及，学生在毕业后引入计算机技术，提高曲线绘制的精准度，对实验曲数据较好的曲线可以直接使用曲线绘制函数等进行曲线绘制，对需要进行实验数据取舍等操作曲线拟合可使用曲线拟合工具箱，学习用计算机进行数据处理时，让学生提高科技英语词汇量，让学生意识到目前所学的知识的有用性，提高学习兴趣。

4结语

选修课MATLAB在大学物理实验中的应用自开设以来，是基础课进行信息化建设的有益尝试，为培养多专多能的工程师奠定了坚实基础。在大学物理实验数据处理中应用MATLAB可以促进工作效率的提升，对学生的分析能力等进行培养，促进学生学科素养的提升。

参考文献：

[1]李斌.MATLAB在大学物理实验常用数据处理中的应用[J].大学物理实验,2018,31(04):93~96.

[2]贾宁,杨欣.MATLABGUI在大学物理实验中的应用———以金属电子逸出功实验为例[J].软件导刊(教育技术),2018,17(05):86~88.

作者:王锐 刘美玲 单位:青岛恒星科技学院