2.2 實驗數據的采集
由于實驗的測量儀表、使用方法、實驗者和周圍環境等的客觀差異,使得實驗的測量值和客觀的真實值之間總存在一定的差異。為了減小這種差異,提高實驗的精度,需要對實驗產生的誤差進行計算和檢驗。因此,實驗者必須做好實驗預習、實驗操作和數據讀取三方面的工作,以減小實驗誤差。
2.2.1 實驗預習
預習是做好實驗的必要條件,它可以幫助學生理解實驗原理,了解實驗內容、操作步驟以及實驗注意事項,準確了解所要測定的變量和參數,以便順利完成實驗,達到較好的教學效果。預習后需要書寫預習報告,擬定實驗方案,具體要求如下:
①了解實驗目的、要求以及實驗原理;
②了解實驗流程、設備操作步驟及有關注意事項;
③按照實驗指導書要求,了解應測量的實驗數據及其方法;
④對設備結構、測量儀表進行資料查詢,熟悉實驗中儀表和設備的使用方法;
⑤畫出原始實驗數據記錄表格,了解實驗數據的誤差和回歸方法;
⑥要分組分工。化工原理實驗往往需要幾位同學相互配合,協同操作。因此,在實驗前,要分組,組內應適當分工,明確各自要求,共同完成實驗。
預習結束后,指導教師要根據實驗原理、實驗內容、操作步驟及注意事項等逐項進行考察,考察通過后才能進行實驗操作。
2.2.2 實驗操作
實驗操作的目的是為了準確獲取實驗數據。正確進行實驗操作,是實驗數據采集的重要步驟,是成功做好實驗的關鍵,實驗者必須認真按以下程序進行。
①操作開始前,應檢查實驗所需儀器、設備是否齊全和完好,除固定安裝的設備外,其余儀器均由實驗組長向實驗老師借用,實驗結束后應如數、完好歸還。對于轉動的動力設備,如離心泵、壓縮機等,更需注意檢查有無異常聲音和嚴重發熱現象,以保證設備正常運轉及操作人員的人身安全,保障實驗的順利完成。
②操作過程中,必須嚴格遵照實驗操作規程、操作步驟及操作注意事項進行。若在操作過程中發現問題、發生故障時,應及時向指導教師及實驗室工作人員報告,及時處理。
③在實際操作中,測取數據需要分工進行。為使實驗小組內的學生全面了解和參與實驗,每項操作完成后,應將分工崗位進行適當的交換,使之受到較全面的訓練。換崗操作應在指導老師的監督下進行。
④正確測取實驗數據,注意數據的有效性、準確性和重現性。應特別注意,只有正確完成一組數據的測量后,方能改變操作條件,進行另一組數據的測量。
⑤實驗數據全部測取完,經指導教師檢查通過后,方能結束實驗。歸還所借儀表、儀器,恢復設備原始狀態。
⑥使學生養成仔細觀察實驗現象,從實驗中發現問題、分析問題、解決問題,以培養自己嚴謹的科學工作作風和良好的科學實驗習慣。
2.2.3 數據讀取
做好實驗記錄,正確讀取實驗數據是實驗操作的重要步驟。實驗數據同實驗結果緊密相關,規范地記錄好實驗數據,是防止實驗數據出現過失誤差(如漏記、誤記等),減小隨機誤差的有效方法。其步驟及要求如下。
①實驗操作開始之前應畫好實驗數據記錄表格,表格中應標明各項物理量的名稱、符號及單位。實驗記錄要求完整、準確、條理清楚。
②實驗數據一定要在現象穩定后才讀取、記錄。在工程中,熱量和質量的傳遞需要一定時間才能使整個傳遞過程達到某一穩定狀態。所以對穩態的實驗過程,測取實驗數據一定要在穩態條件滿足后方可讀取數據,條件改變后,就應在新的條件穩定后才能讀取并記錄數據。只有這樣,數據才具有真實對應的關系。由于測試儀表存在滯后現象,條件改變后往往需要一段時間的穩定過程,不能一改變條件就讀取數據,這樣所測數據的可靠性較差。
③同一條件下至少要讀取兩次數據,且只有當兩次讀數相近時,才能改變操作條件繼續進行實驗。實驗測取的數據,應及時進行復核,以免發生讀數或記錄數據的錯誤。如果讀數和記錄是兩人分頭進行的,則記錄數據的同時還需重復讀數。
④數據記錄必須真實地反映儀表的精度。認真觀察儀表指示的量程、分度單位,記錄數據準確到儀表上最小分度以下1位數,并注明單位。例如,某溫度計的最小分度為1℃,在某一條件下的讀數為20.6℃,不能記為21℃;若溫度讀數剛好為20℃時,則應記錄數據為20.0℃,而不能記為20℃。
⑤記錄數據要以實驗時的實際讀數為準,如規定的水溫為40.0℃,而讀數時實際水溫為40.5℃,就應讀記為40.5℃。如果數據穩定不變時,每次讀數都應記錄,不留空格。如果因故漏記了數據,則應留出相應的空格。
⑥實驗過程中,如果數據出現異常情況或者有明顯誤差時,應及時向老師反映,并在備注欄中加以說明。
⑦讀取數據后,應立即將該數據和前次數據及其他相關數據加以比較,分析相互關系是否合理。如果發現有不合理情況出現,應立即研究原因,以便及時發現問題并加以處理。讀取數據后,還應根據事先擬定的數據采集方案,檢查是否漏采數據,以減少工作反復。讀取數據后,尤其應注意實驗點的選擇是否合理,合理地選擇實驗點能正確地反映各變量之間的關系,使繪圖時各數據點分布更加合理。
⑧堅持實事求是的原則,嚴禁自擬或更改實驗測試的原始數據。