傳感器開放實(shí)驗(yàn)的探析

尤 源，劉成林，沈法華

（鹽城師范學(xué)院物理科學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城224002）

傳感器技術(shù)已成為現(xiàn)代電子信息技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其應(yīng)用范圍極其廣泛，涉及學(xué)科門類較多。傳感器實(shí)驗(yàn)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、觀察、分析、研究問題，并最終解決問題的能力，起著重要作用，是一門具有很強(qiáng)實(shí)踐性的課程[1]。

但傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一般都采取“按部就班”的方法，學(xué)生必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成既定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣極大地限制了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。傳感器開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的，而且能夠提高儀器設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的資源優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)傳感器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，提高傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量[2～3]。

經(jīng)過多年的摸索和嘗試，鹽城師范學(xué)院傳感器實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)驗(yàn)取得了良好的教學(xué)效果。本文總結(jié)學(xué)院這方面的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，期望對(duì)傳感器開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到推動(dòng)作用。

1 開放實(shí)驗(yàn)現(xiàn)存的問題

與傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，開放實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力有極大優(yōu)勢(shì)。目前，理工科院校的傳感器實(shí)驗(yàn)室通過開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等形式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行開放，取得了一些成效?？傮w上講，開放時(shí)間逐漸變長(zhǎng)，開放內(nèi)容更廣泛，實(shí)驗(yàn)對(duì)象更多，獲益學(xué)生越來越多。

在此過程中，也出現(xiàn)一系列的問題。主要表現(xiàn)在如下方面：

（1）傳感器儀器維護(hù)工作量加大。傳感器實(shí)驗(yàn)室的開放，方便了學(xué)生，使其能夠聯(lián)系實(shí)際學(xué)到很多知識(shí)，尤其是各種操作技能得到很大提高，儀器利用率也得到了提高。但由于學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力水平參差不齊，這樣就難免會(huì)不同程度地造成設(shè)備損壞，增加設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用、難度和工作量。另外，由于傳感器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不一致性，涉及到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也比較多，也增加了設(shè)備維護(hù)的難度和工作量；

（2）教師的指導(dǎo)力量的要求變高。傳感器實(shí)驗(yàn)室開放后，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多變，學(xué)生隨時(shí)會(huì)提出各種各樣的問題，這就要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的知識(shí)面要寬，知識(shí)更新要快，既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要有豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。另外，實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，也使得實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)力量顯得不足。

（3）學(xué)生對(duì)開放實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和參與不足。由于學(xué)生自身的認(rèn)識(shí)不足，再加上管理制度的不到位，傳感器實(shí)驗(yàn)室的開放往往會(huì)出現(xiàn)一頭熱一頭冷的局面。學(xué)校積極動(dòng)員教師和實(shí)驗(yàn)室管理人員做好實(shí)驗(yàn)室的開放和開放實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)工作，而學(xué)生卻缺乏參與意識(shí)，開放的實(shí)驗(yàn)室只能迎來少量的參與者，甚至無人參與，達(dá)不到預(yù)期效果。

（4）經(jīng)費(fèi)與教師的付出相差較大。傳感器實(shí)驗(yàn)室開放后，教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員都是利用課余時(shí)間乃至于休息日開放實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔導(dǎo)工作，教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員的工作量增加了，這些超額的工作量如何付酬，經(jīng)費(fèi)從何而來，也就成為實(shí)驗(yàn)室開放所帶來的新問題。

2 開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐

開放實(shí)驗(yàn)，就是要打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)全方位的開放。為了有效解決傳感器開放過程中出現(xiàn)的諸多問題和不足之處，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)對(duì)象的選擇、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式選取等方面，做了大量的嘗試和實(shí)踐工作，試圖探索出適合于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室開放的新途徑。

2.1 設(shè)立教師和學(xué)生的激勵(lì)機(jī)制

傳感器開放實(shí)驗(yàn)，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，學(xué)校已初步建立了實(shí)驗(yàn)室資源的配置、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍建設(shè)、科學(xué)規(guī)范的管理制度。

（1）建立開放基金，保證實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。學(xué)校每學(xué)期按照實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)驗(yàn)接待的人數(shù)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)、實(shí)驗(yàn)難度等因素，計(jì)算教師實(shí)驗(yàn)津貼和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，以及通過開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目立項(xiàng)給予科研經(jīng)費(fèi)和一定的教學(xué)工作量。

（2）吸收學(xué)生參與管理。讓高年級(jí)優(yōu)秀學(xué)生通過勤工儉學(xué)參與實(shí)驗(yàn)室的管理、實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)和值班，解決實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)力量不足的問題。

（3）設(shè)置創(chuàng)新學(xué)分，引導(dǎo)學(xué)生參與。學(xué)校從培養(yǎng)方案上做文章，設(shè)置創(chuàng)新學(xué)分，將開放實(shí)驗(yàn)納入學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間參加實(shí)驗(yàn)室開放活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生參與。學(xué)生參加開放實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，經(jīng)考核及格后取得學(xué)分，作為實(shí)踐性課程學(xué)分，跨學(xué)院參加開放實(shí)驗(yàn)取得的學(xué)分，也可代替公共選修課的學(xué)分。對(duì)參加開放實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)突出的，或完成具有獨(dú)創(chuàng)性成果的學(xué)生，與學(xué)生的獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)審掛鉤。

采取上述措施后，激起了教師和學(xué)生的參與熱情，達(dá)到預(yù)期的目的。

2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象和時(shí)間上的開放

傳感器開放實(shí)驗(yàn)室，就是要充分利用實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面開放，開放的對(duì)象包括全體教師和學(xué)生，不僅給開設(shè)課程的學(xué)生開放，而且要對(duì)其他有興趣的學(xué)生開放，也對(duì)科研中需要用到傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備的教師開放。這樣，就提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開放，就是要在學(xué)生規(guī)定的課程時(shí)間外，對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行全天開放。改變學(xué)生實(shí)驗(yàn)由教務(wù)處統(tǒng)一安排和實(shí)驗(yàn)時(shí)間固定的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，學(xué)生可以在課余的任何時(shí)間內(nèi)，選做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供條件和場(chǎng)所。

由于學(xué)校傳感器課程建立網(wǎng)絡(luò)課程，可以很方便地讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)約實(shí)驗(yàn)。教師可以公布和協(xié)調(diào)開放時(shí)間。參加傳感器實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，可以上網(wǎng)預(yù)約登記，教師協(xié)調(diào)好時(shí)間后，在網(wǎng)上公布預(yù)結(jié)果。周末學(xué)生和教師有較多的空余時(shí)間，可以利用這兩天時(shí)間完成傳感器開放實(shí)驗(yàn)。為更加方便學(xué)生業(yè)余實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，對(duì)于某些較定型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所需工具和材料（如電烙鐵、插接面包板和部分集成塊），學(xué)生可以登記借出使用。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上的開放

當(dāng)前，絕大多數(shù)高校傳感器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，都由傳感器實(shí)驗(yàn)室老師確定，不能根據(jù)學(xué)生的專業(yè)和興趣自己選定，這種模式極大地限制了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放，就是要對(duì)學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體條件進(jìn)行全面開放，學(xué)生完全根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生也可根據(jù)自己的愛好，改進(jìn)和制作實(shí)驗(yàn)儀器。我們?cè)谔摂M技術(shù)、matlab軟件，以及其它相關(guān)新技術(shù)方面做了一些有益的嘗試。

（1）與labview虛擬技術(shù)相結(jié)合。虛擬儀器是智能儀表發(fā)展的新階段。測(cè)量?jī)x器的主要功能是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等三大部分組成。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分析和顯示完全用PC的軟件來完成。因此，只要額外提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可與PC組成測(cè)量?jī)x器。這種基于PC的測(cè)量?jī)x器成為虛擬儀器。在虛擬儀器中，使用同一個(gè)硬件系統(tǒng)，只要應(yīng)用不同的軟件編程，就可等到功能完全不同的測(cè)量?jī)x表。

因此，把labview虛擬技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，給學(xué)生完成與虛擬采集相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不僅讓學(xué)生了解新的虛擬儀器技術(shù)，也豐富了傳感器開放實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，不斷鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)和開發(fā)新的傳感器測(cè)量?jī)x，極大的增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)開放實(shí)驗(yàn)的興趣。我們讓學(xué)生利用虛擬儀器技術(shù)編寫溫度、濕度、壓力等傳感器在線虛擬采集系統(tǒng)，這樣就充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，有利于學(xué)生能力的提高。

（2）與MATLAB、origin等數(shù)據(jù)處理軟件結(jié)合。通常學(xué)生利用坐標(biāo)紙進(jìn)行作圖，采用人工計(jì)算的辦法進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其實(shí)，對(duì)于電子信息工程等專業(yè)的學(xué)生，已開設(shè)了MATLAB課程，學(xué)生也學(xué)習(xí)過origin、excel等數(shù)據(jù)處理軟件，可以讓學(xué)生利用電腦進(jìn)行處理傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣一方面有利于傳感器數(shù)據(jù)的標(biāo)定，另一方面也提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理效率和軟件編程的能力。

（3）與其他電子課程相結(jié)合進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)。傳感器實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行40多個(gè)傳感器實(shí)驗(yàn)，具有種類繁多的傳感器器件，這對(duì)電子和電氣類的學(xué)生經(jīng)常要進(jìn)行單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等硬件電路設(shè)計(jì)很有幫助，傳感器實(shí)驗(yàn)室可以對(duì)這部分同學(xué)進(jìn)行開放，讓他們?cè)诟玫臈l件下完成相關(guān)電子課程的硬件電路的設(shè)計(jì)。也就是說，傳感器實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不僅僅是本課程的，也可以是相關(guān)課程的，只要學(xué)生需要通過預(yù)約和登記，實(shí)驗(yàn)中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)，可以最大限度地滿足學(xué)生的需要。

2.4 實(shí)驗(yàn)形式上的開放

傳感器開放實(shí)驗(yàn)形式，通常有兩種類型：一類是實(shí)驗(yàn)室給出開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或開放實(shí)驗(yàn)的名稱，由學(xué)生選做；另一類是由學(xué)生自己有科研課題或設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師協(xié)助和指導(dǎo)學(xué)生完成。

2.4.1 教師定題，時(shí)間放開

這類實(shí)驗(yàn)，主要是為加強(qiáng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的訓(xùn)練和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能素質(zhì)而設(shè)計(jì)的。在時(shí)間上對(duì)學(xué)生開放的同時(shí)，初步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立安排學(xué)習(xí)的意識(shí)。在這類實(shí)驗(yàn)中，教師一方面對(duì)學(xué)生的選題和時(shí)間安排提出意見和建議，另一方面，教師在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)不做講解，只對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的問題予以強(qiáng)調(diào)。這種形式的開放實(shí)驗(yàn)，目的比較明確，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的掌控也比較容易，對(duì)實(shí)驗(yàn)室開放工作剛起步的學(xué)?；虻湍昙?jí)學(xué)生比較適合。

（1）與綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。根據(jù)教學(xué)培養(yǎng)要求，通常傳感器綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，明顯高于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，要超過正常的教學(xué)課時(shí)。我們可以采用開放性實(shí)驗(yàn)與綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法，來解決該問題?？梢园研枰獣r(shí)間較多、儀器準(zhǔn)備耗時(shí)、實(shí)驗(yàn)技巧較高的實(shí)驗(yàn)，留到開放實(shí)驗(yàn)中去做。這類實(shí)驗(yàn)的目的，主要鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和工程實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以選做，也可以多做。這樣讓學(xué)生有足夠的構(gòu)思、準(zhǔn)備和操作的時(shí)間，讓實(shí)驗(yàn)質(zhì)量完成得更好。比如利用固態(tài)圖像傳感器CCD和莫爾條紋，來對(duì)某微位移的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

（2）學(xué)生參與傳感器實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我校傳感器器實(shí)驗(yàn)室，每學(xué)期積極申報(bào)學(xué)生感興趣傳感器開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過教務(wù)網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生公布，學(xué)生在網(wǎng)上回答對(duì)教師的兩個(gè)專業(yè)問題后，向傳感器開放實(shí)驗(yàn)室提出申請(qǐng)，就可以參與到開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目當(dāng)中。比如我們開設(shè)的激光、紅外、超聲波等多種位移傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)的項(xiàng)目研究，學(xué)生參與人數(shù)很多，效果也很好。

2.4.2 學(xué)生選題，自主實(shí)驗(yàn)

學(xué)生根據(jù)課堂上所學(xué)的內(nèi)容，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備的條件，自行確定實(shí)驗(yàn)課題，也可以根據(jù)自己的興趣愛好，自行擬定科技活動(dòng)課題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的方向和條件，聯(lián)系相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室和指導(dǎo)教師開展小發(fā)明、小制作、小論文等的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在開放式的實(shí)驗(yàn)研究中，學(xué)生可能為了觀察某種現(xiàn)象或者驗(yàn)證某種設(shè)想，也可能根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)具有一定科研開發(fā)目的的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。無論是哪一種，學(xué)生都必須進(jìn)行獨(dú)立的思考。

（1）與學(xué)生的各類競(jìng)賽、社團(tuán)活動(dòng)結(jié)合。每年都有許多同學(xué)，參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、學(xué)院組織的電子制作大賽，都可以來申請(qǐng)傳感器實(shí)驗(yàn)室的開放?？赡苡胁糠謪①愅瑢W(xué)還沒系統(tǒng)的學(xué)過傳感器理論，更沒有做過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以通過傳感器開放實(shí)驗(yàn)，提前進(jìn)行傳感器實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)。另外，學(xué)校傳感器實(shí)驗(yàn)開放形式相當(dāng)靈活，比如學(xué)校星火科協(xié)學(xué)生社團(tuán)，可以申請(qǐng)開放實(shí)驗(yàn)，對(duì)某幾種傳感器進(jìn)行集中實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。這樣增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)傳感器開放實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)傳感器開放實(shí)驗(yàn)的利用。這幾年，傳感器開放實(shí)驗(yàn)為學(xué)校多位學(xué)生獲得全國電子設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)和江蘇省賽區(qū)的一、二等獎(jiǎng)，起到十分重要的作用。

（2）與學(xué)生的科研項(xiàng)目相結(jié)合?，F(xiàn)在，越來越多的學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目當(dāng)中，盡早的進(jìn)行科研能力的訓(xùn)練。也有不少學(xué)生自己申請(qǐng)學(xué)生科研項(xiàng)目，比如江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、學(xué)校給學(xué)生開設(shè)的科技超市中的創(chuàng)新項(xiàng)目。很多教師和學(xué)生的創(chuàng)新項(xiàng)目與傳感器檢測(cè)技術(shù)有關(guān)，他們也可以通過申請(qǐng)傳感器實(shí)驗(yàn)室定期給予開放。

（3）與學(xué)生的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合。對(duì)于電子信息工程、電氣自動(dòng)化等專業(yè)的學(xué)生，基本每學(xué)期都有一周的課程設(shè)計(jì)時(shí)間。另外，每年的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，有較多的學(xué)生需要利用傳感器實(shí)驗(yàn)室的硬件和軟件條件。學(xué)生可以提前把實(shí)驗(yàn)方案、所用到的儀器設(shè)備等告知實(shí)驗(yàn)室管理人員，加大傳感器實(shí)驗(yàn)儀器的利用率。也可讓高年級(jí)的優(yōu)秀學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室的管理，實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)和值班，解決實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)力量不足的問題。

3 結(jié)束語

傳感器實(shí)驗(yàn)室的開放，必須考慮到學(xué)生現(xiàn)在的實(shí)際水平和實(shí)際需求，最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室資源。另外，學(xué)校教務(wù)部門應(yīng)創(chuàng)造條件，支持傳感器實(shí)驗(yàn)室的開放，完善好一些好的管理制度，保證傳感器開放實(shí)驗(yàn)有序進(jìn)行。當(dāng)然，教師也要有敬業(yè)精神和奉獻(xiàn)精神，以學(xué)生的能力培養(yǎng)為本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。只有教師和學(xué)生都認(rèn)真對(duì)待傳感器開放實(shí)驗(yàn)，才能讓開放實(shí)驗(yàn)起到應(yīng)有的作用。

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