传感器开放实验的探析

尤 源，刘成林，沈法华

（盐城师范学院物理科学与电子技术学院，江苏盐城224002）

传感器技术已成为现代电子信息技术的关键技术之一，其应用范围极其广泛，涉及学科门类较多。传感器实验课程对培养学生发现、观察、分析、研究问题，并最终解决问题的能力，起着重要作用，是一门具有很强实践性的课程[1]。

但传统的传感器实验教学，一般都采取“按部就班”的方法，学生必须在规定的时间内完成既定的实验项目，这样极大地限制了学生的主动性和积极性，不利于培养学生的综合能力。传感器开放实验教学，不仅能弥补传统实验教学的不足，达到培养学生综合能力的目的，而且能够提高仪器设备的利用率，充分发挥实验室的资源优势，促进传感器实验课程教学改革，提高传感器实验教学的质量[2～3]。

经过多年的摸索和尝试，盐城师范学院传感器实验室开放实验取得了良好的教学效果。本文总结学院这方面的经验和体会，期望对传感器开放实验教学起到推动作用。

1 开放实验现存的问题

与传统的传感器实验教学相比，开放实验对于培养学生的综合能力有极大优势。目前，理工科院校的传感器实验室通过开放实验项目等形式，对学生进行开放，取得了一些成效。总体上讲，开放时间逐渐变长，开放内容更广泛，实验对象更多，获益学生越来越多。

在此过程中，也出现一系列的问题。主要表现在如下方面：

（1）传感器仪器维护工作量加大。传感器实验室的开放，方便了学生，使其能够联系实际学到很多知识，尤其是各种操作技能得到很大提高，仪器利用率也得到了提高。但由于学生实际动手能力水平参差不齐，这样就难免会不同程度地造成设备损坏，增加设备维护的费用、难度和工作量。另外，由于传感器实验内容的不一致性，涉及到的实验设备也比较多，也增加了设备维护的难度和工作量；

（2）教师的指导力量的要求变高。传感器实验室开放后，实验内容多变，学生随时会提出各种各样的问题，这就要求实验指导教师的知识面要宽，知识更新要快，既要有扎实的理论基础，又要有丰富的实验经验。另外，实验时间的延长，也使得实验指导力量显得不足。

（3）学生对开放实验的认识和参与不足。由于学生自身的认识不足，再加上管理制度的不到位，传感器实验室的开放往往会出现一头热一头冷的局面。学校积极动员教师和实验室管理人员做好实验室的开放和开放实验的指导工作，而学生却缺乏参与意识，开放的实验室只能迎来少量的参与者，甚至无人参与，达不到预期效果。

（4）经费与教师的付出相差较大。传感器实验室开放后，教师和实验室工作人员都是利用课余时间乃至于休息日开放实验室，进行实验教学的辅导工作，教师和实验室工作人员的工作量增加了，这些超额的工作量如何付酬，经费从何而来，也就成为实验室开放所带来的新问题。

2 开放实验教学的探索和实践

开放实验，就是要打破传统实验方法，实现全方位的开放。为了有效解决传感器开放过程中出现的诸多问题和不足之处，我们在实验对象的选择、实验时间的设置、实验内容和实验教学方式选取等方面，做了大量的尝试和实践工作，试图探索出适合于学校实验室开放的新途径。

2.1 设立教师和学生的激励机制

传感器开放实验，是一项系统工程，学校已初步建立了实验室资源的配置、实验队伍建设、科学规范的管理制度。

（1）建立开放基金，保证实验经费。学校每学期按照实验室开放实验接待的人数、实验项目数、实验难度等因素，计算教师实验津贴和相关的实验费用，以及通过开放实验项目立项给予科研经费和一定的教学工作量。

（2）吸收学生参与管理。让高年级优秀学生通过勤工俭学参与实验室的管理、实验辅导和值班，解决实验指导力量不足的问题。

（3）设置创新学分，引导学生参与。学校从培养方案上做文章，设置创新学分，将开放实验纳入学生实验教学环节，鼓励学生利用课余时间参加实验室开放活动，引导学生参与。学生参加开放实验的成绩，经考核及格后取得学分，作为实践性课程学分，跨学院参加开放实验取得的学分，也可代替公共选修课的学分。对参加开放实验中表现突出的，或完成具有独创性成果的学生，与学生的奖学金评审挂钩。

采取上述措施后，激起了教师和学生的参与热情，达到预期的目的。

2.2 实验对象和时间上的开放

传感器开放实验室，就是要充分利用实验条件，对实验室进行全面开放，开放的对象包括全体教师和学生，不仅给开设课程的学生开放，而且要对其他有兴趣的学生开放，也对科研中需要用到传感器实验设备的教师开放。这样，就提高了实验设备的利用率。实验时间的开放，就是要在学生规定的课程时间外，对实验时间进行全天开放。改变学生实验由教务处统一安排和实验时间固定的传统实验模式，学生可以在课余的任何时间内，选做实验，实验室为学生提供条件和场所。

由于学校传感器课程建立网络课程，可以很方便地让学生进行预约实验。教师可以公布和协调开放时间。参加传感器实验的学生，可以上网预约登记，教师协调好时间后，在网上公布预结果。周末学生和教师有较多的空余时间，可以利用这两天时间完成传感器开放实验。为更加方便学生业余实验活动，对于某些较定型的实验内容所需工具和材料（如电烙铁、插接面包板和部分集成块），学生可以登记借出使用。

2.3 实验内容上的开放

当前，绝大多数高校传感器实验内容，都由传感器实验室老师确定，不能根据学生的专业和兴趣自己选定，这种模式极大地限制了学生的主观能动性，不利于学生创新能力的培养。实验内容的开放，就是要对学生所做实验项目，根据实验室的具体条件进行全面开放，学生完全根据自己的实际情况选择实验内容。学生也可根据自己的爱好，改进和制作实验仪器。我们在虚拟技术、matlab软件，以及其它相关新技术方面做了一些有益的尝试。

（1）与labview虚拟技术相结合。虚拟仪器是智能仪表发展的新阶段。测量仪器的主要功能是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成。在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用PC的软件来完成。因此，只要额外提供一定的数据采集硬件，就可与PC组成测量仪器。这种基于PC的测量仪器成为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程，就可等到功能完全不同的测量仪表。

因此，把labview虚拟技术与传感器技术结合起来，给学生完成与虚拟采集相关的实验内容，不仅让学生了解新的虚拟仪器技术，也丰富了传感器开放实验的内容，不断鼓励学生设计和开发新的传感器测量仪，极大的增强了学生对开放实验的兴趣。我们让学生利用虚拟仪器技术编写温度、湿度、压力等传感器在线虚拟采集系统，这样就充分调动了学生的积极性，有利于学生能力的提高。

（2）与MATLAB、origin等数据处理软件结合。通常学生利用坐标纸进行作图，采用人工计算的办法进行处理实验数据。其实，对于电子信息工程等专业的学生，已开设了MATLAB课程，学生也学习过origin、excel等数据处理软件，可以让学生利用电脑进行处理传感器实验数据。这样一方面有利于传感器数据的标定，另一方面也提高了学生的实验数据处理效率和软件编程的能力。

（3）与其他电子课程相结合进行硬件电路设计。传感器实验室可进行40多个传感器实验，具有种类繁多的传感器器件，这对电子和电气类的学生经常要进行单片机、嵌入式系统等硬件电路设计很有帮助，传感器实验室可以对这部分同学进行开放，让他们在更好的条件下完成相关电子课程的硬件电路的设计。也就是说，传感器实验室开发的实验内容，不仅仅是本课程的，也可以是相关课程的，只要学生需要通过预约和登记，实验中心统一协调，可以最大限度地满足学生的需要。

2.4 实验形式上的开放

传感器开放实验形式，通常有两种类型：一类是实验室给出开放实验项目，或开放实验的名称，由学生选做；另一类是由学生自己有科研课题或设计开放实验项目，教师协助和指导学生完成。

2.4.1 教师定题，时间放开

这类实验，主要是为加强基础实验内容的训练和提高学生实验技能素质而设计的。在时间上对学生开放的同时，初步培养学生独立安排学习的意识。在这类实验中，教师一方面对学生的选题和时间安排提出意见和建议，另一方面，教师在实验过程中对实验不做讲解，只对实验过程中需要注意的问题予以强调。这种形式的开放实验，目的比较明确，实验教师对实验过程的掌控也比较容易，对实验室开放工作刚起步的学校或低年级学生比较适合。

（1）与综合性和设计性实验相结合。根据教学培养要求，通常传感器综合性和设计性实验，明显高于基础实验教学要求，实验项目所需的实验时间，要超过正常的教学课时。我们可以采用开放性实验与综合性、设计性实验相结合的办法，来解决该问题。可以把需要时间较多、仪器准备耗时、实验技巧较高的实验，留到开放实验中去做。这类实验的目的，主要锻炼培养学生的动手和工程实践能力，实验项目可以选做，也可以多做。这样让学生有足够的构思、准备和操作的时间，让实验质量完成得更好。比如利用固态图像传感器CCD和莫尔条纹，来对某微位移的检测实验。

（2）学生参与传感器实验室开放实验项目。我校传感器器实验室，每学期积极申报学生感兴趣传感器开放实验项目，通过教务网络向学生公布，学生在网上回答对教师的两个专业问题后，向传感器开放实验室提出申请，就可以参与到开放实验项目当中。比如我们开设的激光、红外、超声波等多种位移传感器的数据融合技术的项目研究，学生参与人数很多，效果也很好。

2.4.2 学生选题，自主实验

学生根据课堂上所学的内容，根据实验室的仪器设备的条件，自行确定实验课题，也可以根据自己的兴趣爱好，自行拟定科技活动课题，结合实验室的方向和条件，联系相应的实验室和指导教师开展小发明、小制作、小论文等的实验活动。在开放式的实验研究中，学生可能为了观察某种现象或者验证某种设想，也可能根据所学的专业知识，设计并且实现具有一定科研开发目的的实验项目。无论是哪一种，学生都必须进行独立的思考。

（1）与学生的各类竞赛、社团活动结合。每年都有许多同学，参加全国大学生电子设计大赛、学院组织的电子制作大赛，都可以来申请传感器实验室的开放。可能有部分参赛同学还没系统的学过传感器理论，更没有做过相关的实验，可以通过传感器开放实验，提前进行传感器实验技能的培训。另外，学校传感器实验开放形式相当灵活，比如学校星火科协学生社团，可以申请开放实验，对某几种传感器进行集中实验技能的训练。这样增强了学生对传感器开放实验的认识，加强了对传感器开放实验的利用。这几年，传感器开放实验为学校多位学生获得全国电子设计大赛一等奖和江苏省赛区的一、二等奖，起到十分重要的作用。

（2）与学生的科研项目相结合。现在，越来越多的学生参与到教师的科研项目当中，尽早的进行科研能力的训练。也有不少学生自己申请学生科研项目，比如江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目、学校给学生开设的科技超市中的创新项目。很多教师和学生的创新项目与传感器检测技术有关，他们也可以通过申请传感器实验室定期给予开放。

（3）与学生的课程设计和毕业设计相结合。对于电子信息工程、电气自动化等专业的学生，基本每学期都有一周的课程设计时间。另外，每年的毕业设计期间，有较多的学生需要利用传感器实验室的硬件和软件条件。学生可以提前把实验方案、所用到的仪器设备等告知实验室管理人员，加大传感器实验仪器的利用率。也可让高年级的优秀学生参与实验室的管理，实验辅导和值班，解决实验指导力量不足的问题。

3 结束语

传感器实验室的开放，必须考虑到学生现在的实际水平和实际需求，最大限度地利用实验室资源。另外，学校教务部门应创造条件，支持传感器实验室的开放，完善好一些好的管理制度，保证传感器开放实验有序进行。当然，教师也要有敬业精神和奉献精神，以学生的能力培养为本，提高实验教学质量。只有教师和学生都认真对待传感器开放实验，才能让开放实验起到应有的作用。

[1]刘志军.实验改革和实施开放实验模式的创新实践[J].实验技术与管理，2006，23(1):17-19.

[2]谢 勇，于 卫.电气信息类学科专业基础课开放实验教学探索[J].实验技术与管理，2005，22(11):111-114.

[3]涂庭亚.创新能力培养是实建设和管理工作的重点[J].实验室研究与探索，2003，22(2):8-10.