光敏传感器实验课程改革探索与研究*

陈国玉，林 旭，李 源，顾秉栋

（青海民族大学土木与交通工程学院，青海 西宁 810007）

关于传感器的实验多样，除了验证性实验（如电感式传感器实验、电阻应变式传感器实验等）以外，还有部分是设计性实验（如光电传感器测转速实验等），除了上述实验，还有类似于霍尔式传感器实验等综合性实验项目，以下将以光敏传感器的光电特性测量实验为例进行实验课程改革。

1 开展光敏传感器实验课的根本原因

测试技术相关专业开展光敏传感器实验课确有必要，其原因有以下3 点。

1.1 对测试技术学习内容的升华

在科学技术研究的稳步推进过程中，关于当代科学的划分领域呈现精细化局面，测试技术的学习也是如此，在测试技术实验中，很多仪器都是上百万元的投入，只有对这些仪器进行精确操作，才能得出最准确的实验结论，并且运用到新的物理研究中，才能起到升华测试技术学习的目的。

1.2 培养学生的动手能力和创造力

测试技术实验课程非常考验学生的动手能力，学生需要在动手尝试中领悟书本知识，在课程实验结果研究中发现物理现象能为人所用的关键点，进行测试技术实验教学，能充分培养学生的动手能力，并且能锻炼学生的创造力，因此也具有其重要意义。

1.3 激发学生对测试技术的学习兴趣

在当下历史背景下，大学生的素质要求也不仅仅局限于学生掌握一定的知识素养，而是要培养学生科学的物理观和严谨的求学观。在笔者心中，物理学最令人陶醉的一点就是在实验中验证数百年来的真理，实现物理思想的一脉相承，此外很多高新物理实验，则能起到改变人类生存环境和生活质量的作用，尤其是在很多诸如光电能源电池、光电传感器的研发过程中，物理人收获的恰恰是一种求知的快乐，以激励其投身于物理研究视野中去。

2 光敏传感器实验概述

因为关于光敏传感器的实验众多，所以笔者在此选取了非常典型的光敏传感器的光电特性测量，对此展开研究分析。

2.1 实验目的

光敏传感器光电特性测量实验的开设，其目的在于通过测量光敏电阻的特性曲线，理解光敏电阻存在的特性，分析当光照强度发生变化时，光敏电阻会有怎样的电阻变化规律。

2.2 实验原理

当有光照射光敏电阻的电极时，光导材料上的电子将被激发，导致电子和价带的空穴增加，光敏电阻的电阻变小，进而导致光敏传感器的电导率上升。只要是带有某种本征的光敏传感器，在施加足够的光辐射能量时，都会产生内光电效应。光敏传感器的光电特性测量实验的原理见图1。

图1 光敏传感器的光电特性测量实验原理

2.2.1 实验前的准备

1）实验公式为

2）选择结构合适的光电导体，实验所需光电导体结构见图2。

图2 光电导体的结构图

2.2.2 实验内容和基本步骤

1）根据实验要求准备器械。

2）光敏传感器光电特性实验仪开机，调试好相关数值。

3）根据图3 连接实验线路，光源电压可调节，具体实验要求规范见表1。

图3 光敏电阻伏安特性实验线路图

表1 光敏电阻伏安特性测试实验规范

4）实验结果记录、光敏电阻伏安特性曲线分析见图4。

图4 光敏电阻的伏安特性曲线

5）与上实验同理，测量出光敏电阻的光照特性曲线，见图5。

图5 光敏电阻的光照特性曲线

2.2.3 实验成果

根据实验需要得出光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线，见图4～5，并得出电压和电阻、光照强度和电阻之间的关系，见图6～7。

图6 光敏电阻的伏安特性

图7 光敏电阻的光照特性

根据以上可得出结论：光敏电阻的伏安特性线性良好，但是在超过光敏电阻的额定电压和光敏电阻的最大电流的时候同样会存在永久损坏的风险；该测试元件的光照特性为非线性，不能用于线性元件检测。

2.2.4 实验要求

1）严格按照实验室操作规范开展，切忌出现严重的实验失误，例如硅光电池两点直接施加电源导致短路。

2）重视自身安全和仪器安全，检查无误后方可进行实验。

3）规范记录实验数据，降低实验误差，确保实验数据的准确性。

4）利用计算机软件DataStudio 绘图，提升实验效率[1-3]。

3 光敏传感器实验课程中存在的问题

整体看光敏传感器实验课的难度不高，其所需的实验原理和实验公式也非常基础，同时实验步骤也较为简单容易操作，但是在进行光敏传感器实验课的教学中，笔者发现仍然存在以下问题。

3.1 学生物理基础差异大而难顾及所有同学

学习物理相关专业的学生，大多数是理科学生，其具有很不错的理科思维，但是不同学校、不同地区的学生汇集到同一个专业，其必然是学生之间的物理学习水平参差不齐。再者，测试技术实验课程的实验任务众多，课时安排却非常紧缩，因此也不能采取过慢的教学进度，导致部分学生只有通过课下补课才能掌握学习内容。

3.2 教学方法落后且学生的参与度不高

教师对目前很多测试技术一直均延续以往的教学方法，即按照到实验室参观、教师演示、学生观摩、分组实验、得出结论、撰写实验报告的步骤开展实验教学。实验室的主导人员在于物理助教，其主要讲授实验注意点、查询的数据来源、操作规范等，却没有像课堂教学那样告知学生实验所需物理原理从何而来，该实验开展有何目的，导致实验课程和理论课程严重脱节。实验的背景、目的和研究意义只能在上完实验课以后在理论课上学习。

3.3 器材更迭不及时导致知识掌握较为落后

因为实验器材购置费用高昂，导致部分学校的设施配备较为落后，加上常年使用同一套实验器材，很可能出现因实验器材老化实验数据获取不准确的问题。此外还有对计算机的使用程度不高，很多学生不能掌握先进的数据分析软件以提升实验的有效性，例如，利用DataStudio 能在很短的时间里研究分析数据，并得出最准确的实验图像，但是很多学生仍然停留在手绘图像的阶段，导致实验数据存在较大的误差。

3.4 实验教学模棱两可使实验数据误差大

在教学中，很多光敏传感器实验课的开展非常形式化，学生并不能从中获得太大的启发。实验课程的成果仅以最后的实验报告为准，学生的分数也仅以此为准，导致部分学生为了得到较高的成绩，出现互抄报告、数据造假的情况，与原有的实验目的大相径庭。另外，即使是用心做实验的同学，也会存在测量数据误差较大的问题，导致学生为了漂亮的分析结果修改数据，不能体现测试技术的严谨性原则[4-7]。

4 光敏传感器实验课程教学改革的实践探索

4.1 严格考评制度

一般来讲，一个实验课程的学分大致在4～8 分，以北航的基础物理实验评价体系为例，大多数实验为4～6 分，根据实验重要性的不同有所差别，光敏传感器实验课程的评分体系大致为数据分+数据处理分+操作分+报告分，以数据处理和实验报告的分数为主，但对实验课程上的数据获取和操作并不看重。为了能提升光敏传感器实验课程的效果，应当严格考评制度，重视实验课的考评，加大对操作和数据获取的分数比例，让学生静心做实验，用心做实验，充分发挥实验课程的有效性。

4.2 鼓励学生充分发挥主观能动性

在做实验的时候，很多学生会给老师提意见，认为实验课程如何修改会更好，此时应当鼓励学生积极创新，在教师的正确引导下，以不影响个人的实验课程开展为前提，让学生自行查找资料，按照自己的思路开展实验，适当时，教师可给予学生正确的操作和恰当的启发引导，鼓励学生积极创造。或许经过实验证明该实验方法并不恰当，但对学生来讲，通过探究和实践的方式验证自己的观点要比循规蹈矩进行实验课程更有意义。最后，教师也要鼓励学生多参加省级、国家级的物理竞赛，在动手中提升自我，在竞技中发展自身能力，尤其是很多大学生创新实践比赛，更应当引导学生积极参加。

4.3 加大宣传与更新实验室器材与时俱进

物理课程的重点在于动手实验，因此教师在平时也要加大对物理实验的宣传，鼓励学生多走进实验室，多钻研、多学习。教师可以根据学生的学习掌握情况，适当予以指导，以帮助其内化知识，提升掌握水平。针对测试技术实验室中部分器材老化的问题，应当与教研室反映，不断更新实验室器材，保证学生的实验操作内容都是世界比较前沿的技术内容，不会接受“老古板”的教学内容。光敏传感器实验课程的开展，离不开教师和学生的交流沟通，除了在课上交流以外，教师也要搭建良好的师生交流平台，平时遇到学习问题也可向教师请教，教师也可通过微信等社交平台，向学生分享时下最新的光敏传感器研究成果和实验突破。

5 对光敏传感器实验课程开展的一点思考

光敏传感器实验课程非常考验学生的耐性和严谨性，而与高中物理不同，其更锻炼学生的问题解决能力、实验数据分析能力。但是分析目前光敏传感器实验课程开展过程中的问题，笔者仍然发现，在教学中存在教学模式僵化、学生主观能动性不高、实验流于形式等问题。因此在当今大环境下，笔者认为，在进行光敏传感器实验课程的教学改革中，学生、教师、学校3 方面应当统筹协调、共同促进，以激发学生的兴趣为起点，鼓励学生创新创造，在教师的启发教学之下，引导学生提升自身的物理素养，此外，还要有严格规范的课程评价规范为依托，真实评价学生的学习情况，少一点形式主义，多一点脚踏实地，切实提升光敏传感器实验课程的教学质量，不断提升高校的育人水平。