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摘要：针对光电类实验存在的共同特征，结合笔者实践教学遇到的情况，从有效培养学生的实践能力，提高专业培养效果的角度出发，对光电类实验的数据处理方式进行探索与改革。实践表明，该数据处理方式不仅能减轻学生的学习负担，而且能增强学生的学习效果，从一定程度上增强学生的创新能力和实践能力，为后续的毕业设计/论文的研究与撰写以及继续深造打下一定的基础，起到了培养学生实践能力的目的，正好顺应了转型背景下社会对应用型技术技能型人才的需求。
关键词：转型背景；实践能力培养；数据处理方式
本文引用格式：熊翠秀,等.基于实践能力培养的光电类实验数据处理方式的探索与改革[J].教育现代化,2019,6(25):38-41.
文献[1]从哲学的角度定义实践能力为有目的、有意识地改变主、客观世界的能力。通过一系列的研究举措，文献给出了电子信息类专业学生应掌握的一系列实践能力，包括：观察能力、信息检索与处理能力、语言表达能力、人际交往能力、外语能力、计算机能力、加工操作能力、绘图能力、数学运算能力、组织管理能力、社会适应及应变能力、实验动手能力、初步设计能力、设计能力、科研能力、创新能力等。这也是所有理工科专业的学生必须掌握的能力。而国家及湖南省政府已提出，部分地方普通高校转型发展的人才培养要求，即“应用型、技能型人才培养”[2,3]。根据以上要求，可以把转型背景下学生应掌握的实践能力上升为“应用一切合理合法的内、外在因素，对接社会、服务社会，发展地方经济的技术技能”。光电技术作为光能与电能的转换技术，在航空、航天、航海、军用、医用及民用等领域有广泛应用。因此重视及培养光电类专业学生的实践能力义不容辞。基于以上原因，笔者结合我校的实际情况和多年的实践教学经验，从光电类实验数据处理的角度探索与改革实践能力培养的途径。
一 存在的问题
我校的光电信息科学与工程专业应时代需求而开设。专业开设的课程体系中理工类的课程包括：数理类的专业基础课、电类的专业基础课、光电类的专业课程、与课程相关的实验（习、训）环节、认知实践及综合训练环节等。其中数理类课程（高等数学和大学物理学）和相应环节（大学物理实验）从大一第一个学期开始开设，其目的是构建后续课程所需的基础知识模块和基本技能。其中《大学物理实验》课程开设的具体目的是巩固已学知识、培养学生的基本技能以及发现新问题，为新理论的学习和构建开辟新的窗口。为实现以上课程开设目标，涉及到一个必不可少的环节：数据处理与实验报告的撰写。笔者对近年承担的《大学物理实验》误差理论课进行了调整与改革[4]，取得了一定的效果。而严格的数据处理，针对直接测量则包括求平均值、求标准差、去除坏数据、重复以上过程、求不确定度及给出测量最终结果等一系列过程。对于间接测量就更加复杂了。此外，当涉及到用最小二乘法直线拟合时则会更加繁琐。但是总体来说，对工科学生的实验报告要求相比理科（物理学）学生来说适当宽松，因此在实验数据处理过程有一大部分学生往往只是粗略地把多次测量的平均值代入公式，把以此得到的数据作为测量结果。随着时间的推移，对于自律能力比较差的学生来说，其学习积极性慢慢降低，与此同时，专业课的学习任务又相应地加重。而光电类实验由于学科本身的特点，多个实验都涉及电与光转化的灵敏度，数据处理要基于图解法或最小二乘法计算一系列参数，学生对于繁琐的实验数据处理环节就会有点不耐烦，或者有的学生想做但是不会做，又加上学习任务比较重，从而表现出应付式的心理和行为，导致教学效果欠佳以及偏离培养目标的现象。在转型背景下，这些现象更加应该引起我们的注意和扭转。
二 基于实践能力培养的光电类实验数据处理方式的探索
（一）实验数据处理的内涵
众所周知，实践是理论产生与发展的源泉与基础，而理论又是优化实践的工具[5]。这对辩证关系经常在理论课与实验课中体现出来。具体体现在每个实验项目所包括的环节里，即课前预习准备、动手操作和分析及报告撰写3个环节。表面上看，实验数据处理仅仅是实验报告的一个模块。但从本质上讲，其本身有着丰富的内涵：一、综合评估实验方案，这对研究性创新性实验显得尤其重要；二、综合评价本次实验的成败；三、给出实验测量结果；四、验证理论，为新理论的构建和新技术技能的应用与发展提供依据与指导。光电类专业作为新学科，顺应时代的发展需求，在各个领域有着重要的应用，而具体应用涉及到的大多数光敏材料的光电转化行为受频率及光照强度调控，表现出复杂的转化特性，这种情况下我们有必要考虑一种比较科学的数据处理方式直观、准确且快捷地表示出来。由于Origin软件具有操作简单、可视化及数据与图形可交互使用等特点，在大学物理实验中受到广泛应用[6-8]，笔者探索采用Origin软件对光电类实验数据处理进行改革与实践，并在实践教学中加以应用，取得了比较好的结果。
（二）Origin软件在光电类实验数据处理中的应用
接下来笔者将以光敏电阻的恒流（压）偏置电路的灵敏度测量实验为例说明Origin软件在光电类实验数据处理中的特点及优势。光敏电阻的恒流偏置电路和恒压偏置电路实验原理分别如图1(a)和(b)所示[9]。图中VDw、VT和Rp分别是稳压二极管（稳压值为Uw）、晶体三极管和光敏电阻（其阻值随光照度Ev变化）；Rb、Rc和Re分别是可置换的电阻元件；Ubb、Ub和U0分别是偏置电压、晶体三极管的基极电压和偏置电路输出电压。测量过程，取定值RbReRc510()。不断改变光敏电阻Rp接收的光照强度Ev，分别测出相应的U0和Ev。光敏电阻接收光照，当光照度发生变化时光敏电阻的阻值也发生相应的变化[9]，从而引起输出电压的变化。按定义，偏置电路的电压灵敏度表示为SvU0/Ev（ΔEv和ΔU0分别是光照度的变化量和光照变化引起的输出电压的变化量）。当U0和Ev满足线性关系的情况下，任意测出两组（U0，Ev）数据就可以按表达式(1)算出电压灵敏度；如果U0和Ev不满足线性关系，则只有在光照度变化量ΔEv很小的情况下定义式才成立，也就是说灵敏度表示为U0与Ev关系式的导数。因此，只要想办法得到U0与Ev关系式，求导就能够得到相应的灵敏度。为此，笔者测出不同光照度Ev下的输出电压U0，借助Origin软件对测量数据进行拟合，得出U0(Ev)的关系式，再对关系式求微分即可得到灵敏度。
笔者以指导恒流（压）偏置电路实验的课前试做记录数据为对象（考虑到版面原因，数据已略去，但保证数据的真实性）。把数据输入到Origin软件的数据表中，绘制散点图可以方便观察数据之间的大致关系。图2显示了恒流偏置电路的U0与Ev之间的关系，其中黑色的方形散点和红色实线分别是实验实测数据和多项式拟合曲线。根据散点图，我们能够直观地发现蓝色箭头所指向的数据可能是操作不当或者记录有误所引起的坏数据，而不像手动计算要求出一系列参数才能去除不良数据。由散点图还可以清楚地发现U0与Ev不满足线性关系，即该恒流偏置电路的灵敏度随光照度发生变化，并且随着光照度的增大，其散点图的斜率略微减小，即灵敏度应随光照度的增大而减小。为了得到灵敏度的具体形式，笔者对数据进行多项式拟合，发现4阶多项式能够很好地拟合实测数据，其拟合参数如图2右下角的列表（注：用Origin软件进行数据拟合后在图中会直接显示该列表）所示。关系式和灵敏度的表达式分别如(1)和(2)式所示：
由上述过程，我们清楚地看到了用 Origin 软件处理实验数据的优势：首先，数据点的位置能够精确表示出来，这不像手动绘图有一定的偏差；其次，我们能够从图示直观地看出数据的分布及变化趋势，方便数据的取舍；再次，数据处理方便快捷，能够快速完成手动无法完成的非线性关系的拟合，图形数据交互可视化等。由于以上优势，用软件处理实验数据能在很大程度上减轻学生的学习负担，而且在一定程度上培养学生观察分析能力、信息处理能力、计算机辅助绘图能力以及图形语言与专业语言之间的转化能力，进一步提高学习效率，为后续的学习、毕业设计（或论文）及深造创新学习打下一定的基础。从而起到培养学生实践能力的目的，符合转型背景下专业培养要求。
三 结束语
为了顺应转型大环境，提高专业培养目标，增强学生的实践能力，笔者结合多年的实践教学经验，对数据处理要求比较繁琐的光电类实验（尤其是涉及到灵敏度测量实验），探索采用 Origin 软件进行数据处理，并以笔者课前试做记录给出了处理实例，说明方法的可行性和其在应用型、技术技能型人才培养中的作用。
参考文献
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[4]熊翠秀.大学物理实验误差理论课教学探索与改革[J].教育教学论坛,2016(24):141-142.
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[6]邢静.Origin软件在大学物理实验中的应用[J].信息技术与信息化,2018(04):133-135+141.
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[8]郭阳雪,孔祥洪,杨渭等.Origin软件在大学物理实验数据处理中的应用[J].物理与工程,2012,22(04):24-26+30.
[9]王庆有.光电技术[M].北京:电子工业出版社,2013.
[10]杨述武,赵立竹,沈国土等.普通物理实验力学、热学部分[M].北京:高等教育出版社,2007.
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