光敏傳感器實驗課程改革探索與研究*

陳國玉，林 旭，李 源，顧秉棟

（青海民族大學土木與交通工程學院，青海 西寧 810007）

關于傳感器的實驗多樣，除了驗證性實驗（如電感式傳感器實驗、電阻應變式傳感器實驗等）以外，還有部分是設計性實驗（如光電傳感器測轉速實驗等），除了上述實驗，還有類似于霍爾式傳感器實驗等綜合性實驗項目，以下將以光敏傳感器的光電特性測量實驗為例進行實驗課程改革。

1 開展光敏傳感器實驗課的根本原因

測試技術相關專業(yè)開展光敏傳感器實驗課確有必要，其原因有以下3 點。

1.1 對測試技術學習內容的升華

在科學技術研究的穩(wěn)步推進過程中，關于當代科學的劃分領域呈現(xiàn)精細化局面，測試技術的學習也是如此，在測試技術實驗中，很多儀器都是上百萬元的投入，只有對這些儀器進行精確操作，才能得出最準確的實驗結論，并且運用到新的物理研究中，才能起到升華測試技術學習的目的。

1.2 培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造力

測試技術實驗課程非常考驗學生的動手能力，學生需要在動手嘗試中領悟書本知識，在課程實驗結果研究中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象能為人所用的關鍵點，進行測試技術實驗教學，能充分培養(yǎng)學生的動手能力，并且能鍛煉學生的創(chuàng)造力，因此也具有其重要意義。

1.3 激發(fā)學生對測試技術的學習興趣

在當下歷史背景下，大學生的素質要求也不僅僅局限于學生掌握一定的知識素養(yǎng)，而是要培養(yǎng)學生科學的物理觀和嚴謹?shù)那髮W觀。在筆者心中，物理學最令人陶醉的一點就是在實驗中驗證數(shù)百年來的真理，實現(xiàn)物理思想的一脈相承，此外很多高新物理實驗，則能起到改變人類生存環(huán)境和生活質量的作用，尤其是在很多諸如光電能源電池、光電傳感器的研發(fā)過程中，物理人收獲的恰恰是一種求知的快樂，以激勵其投身于物理研究視野中去。

2 光敏傳感器實驗概述

因為關于光敏傳感器的實驗眾多，所以筆者在此選取了非常典型的光敏傳感器的光電特性測量，對此展開研究分析。

2.1 實驗目的

光敏傳感器光電特性測量實驗的開設，其目的在于通過測量光敏電阻的特性曲線，理解光敏電阻存在的特性，分析當光照強度發(fā)生變化時，光敏電阻會有怎樣的電阻變化規(guī)律。

2.2 實驗原理

當有光照射光敏電阻的電極時，光導材料上的電子將被激發(fā)，導致電子和價帶的空穴增加，光敏電阻的電阻變小，進而導致光敏傳感器的電導率上升。只要是帶有某種本征的光敏傳感器，在施加足夠的光輻射能量時，都會產生內光電效應。光敏傳感器的光電特性測量實驗的原理見圖1。

圖1 光敏傳感器的光電特性測量實驗原理

2.2.1 實驗前的準備

1）實驗公式為

2）選擇結構合適的光電導體，實驗所需光電導體結構見圖2。

圖2 光電導體的結構圖

2.2.2 實驗內容和基本步驟

1）根據(jù)實驗要求準備器械。

2）光敏傳感器光電特性實驗儀開機，調試好相關數(shù)值。

3）根據(jù)圖3 連接實驗線路，光源電壓可調節(jié)，具體實驗要求規(guī)范見表1。

圖3 光敏電阻伏安特性實驗線路圖

表1 光敏電阻伏安特性測試實驗規(guī)范

4）實驗結果記錄、光敏電阻伏安特性曲線分析見圖4。

圖4 光敏電阻的伏安特性曲線

5）與上實驗同理，測量出光敏電阻的光照特性曲線，見圖5。

圖5 光敏電阻的光照特性曲線

2.2.3 實驗成果

根據(jù)實驗需要得出光敏電阻的伏安特性曲線和光照特性曲線，見圖4～5，并得出電壓和電阻、光照強度和電阻之間的關系，見圖6～7。

圖6 光敏電阻的伏安特性

圖7 光敏電阻的光照特性

根據(jù)以上可得出結論：光敏電阻的伏安特性線性良好，但是在超過光敏電阻的額定電壓和光敏電阻的最大電流的時候同樣會存在永久損壞的風險；該測試元件的光照特性為非線性，不能用于線性元件檢測。

2.2.4 實驗要求

1）嚴格按照實驗室操作規(guī)范開展，切忌出現(xiàn)嚴重的實驗失誤，例如硅光電池兩點直接施加電源導致短路。

2）重視自身安全和儀器安全，檢查無誤后方可進行實驗。

3）規(guī)范記錄實驗數(shù)據(jù)，降低實驗誤差，確保實驗數(shù)據(jù)的準確性。

4）利用計算機軟件DataStudio 繪圖，提升實驗效率[1-3]。

3 光敏傳感器實驗課程中存在的問題

整體看光敏傳感器實驗課的難度不高，其所需的實驗原理和實驗公式也非?；A，同時實驗步驟也較為簡單容易操作，但是在進行光敏傳感器實驗課的教學中，筆者發(fā)現(xiàn)仍然存在以下問題。

3.1 學生物理基礎差異大而難顧及所有同學

學習物理相關專業(yè)的學生，大多數(shù)是理科學生，其具有很不錯的理科思維，但是不同學校、不同地區(qū)的學生匯集到同一個專業(yè)，其必然是學生之間的物理學習水平參差不齊。再者，測試技術實驗課程的實驗任務眾多，課時安排卻非常緊縮，因此也不能采取過慢的教學進度，導致部分學生只有通過課下補課才能掌握學習內容。

3.2 教學方法落后且學生的參與度不高

教師對目前很多測試技術一直均延續(xù)以往的教學方法，即按照到實驗室參觀、教師演示、學生觀摩、分組實驗、得出結論、撰寫實驗報告的步驟開展實驗教學。實驗室的主導人員在于物理助教，其主要講授實驗注意點、查詢的數(shù)據(jù)來源、操作規(guī)范等，卻沒有像課堂教學那樣告知學生實驗所需物理原理從何而來，該實驗開展有何目的，導致實驗課程和理論課程嚴重脫節(jié)。實驗的背景、目的和研究意義只能在上完實驗課以后在理論課上學習。

3.3 器材更迭不及時導致知識掌握較為落后

因為實驗器材購置費用高昂，導致部分學校的設施配備較為落后，加上常年使用同一套實驗器材，很可能出現(xiàn)因實驗器材老化實驗數(shù)據(jù)獲取不準確的問題。此外還有對計算機的使用程度不高，很多學生不能掌握先進的數(shù)據(jù)分析軟件以提升實驗的有效性，例如，利用DataStudio 能在很短的時間里研究分析數(shù)據(jù)，并得出最準確的實驗圖像，但是很多學生仍然停留在手繪圖像的階段，導致實驗數(shù)據(jù)存在較大的誤差。

3.4 實驗教學模棱兩可使實驗數(shù)據(jù)誤差大

在教學中，很多光敏傳感器實驗課的開展非常形式化，學生并不能從中獲得太大的啟發(fā)。實驗課程的成果僅以最后的實驗報告為準，學生的分數(shù)也僅以此為準，導致部分學生為了得到較高的成績，出現(xiàn)互抄報告、數(shù)據(jù)造假的情況，與原有的實驗目的大相徑庭。另外，即使是用心做實驗的同學，也會存在測量數(shù)據(jù)誤差較大的問題，導致學生為了漂亮的分析結果修改數(shù)據(jù)，不能體現(xiàn)測試技術的嚴謹性原則[4-7]。

4 光敏傳感器實驗課程教學改革的實踐探索

4.1 嚴格考評制度

一般來講，一個實驗課程的學分大致在4～8 分，以北航的基礎物理實驗評價體系為例，大多數(shù)實驗為4～6 分，根據(jù)實驗重要性的不同有所差別，光敏傳感器實驗課程的評分體系大致為數(shù)據(jù)分+數(shù)據(jù)處理分+操作分+報告分，以數(shù)據(jù)處理和實驗報告的分數(shù)為主，但對實驗課程上的數(shù)據(jù)獲取和操作并不看重。為了能提升光敏傳感器實驗課程的效果，應當嚴格考評制度，重視實驗課的考評，加大對操作和數(shù)據(jù)獲取的分數(shù)比例，讓學生靜心做實驗，用心做實驗，充分發(fā)揮實驗課程的有效性。

4.2 鼓勵學生充分發(fā)揮主觀能動性

在做實驗的時候，很多學生會給老師提意見，認為實驗課程如何修改會更好，此時應當鼓勵學生積極創(chuàng)新，在教師的正確引導下，以不影響個人的實驗課程開展為前提，讓學生自行查找資料，按照自己的思路開展實驗，適當時，教師可給予學生正確的操作和恰當?shù)膯l(fā)引導，鼓勵學生積極創(chuàng)造。或許經過實驗證明該實驗方法并不恰當，但對學生來講，通過探究和實踐的方式驗證自己的觀點要比循規(guī)蹈矩進行實驗課程更有意義。最后，教師也要鼓勵學生多參加省級、國家級的物理競賽，在動手中提升自我，在競技中發(fā)展自身能力，尤其是很多大學生創(chuàng)新實踐比賽，更應當引導學生積極參加。

4.3 加大宣傳與更新實驗室器材與時俱進

物理課程的重點在于動手實驗，因此教師在平時也要加大對物理實驗的宣傳，鼓勵學生多走進實驗室，多鉆研、多學習。教師可以根據(jù)學生的學習掌握情況，適當予以指導，以幫助其內化知識，提升掌握水平。針對測試技術實驗室中部分器材老化的問題，應當與教研室反映，不斷更新實驗室器材，保證學生的實驗操作內容都是世界比較前沿的技術內容，不會接受“老古板”的教學內容。光敏傳感器實驗課程的開展，離不開教師和學生的交流溝通，除了在課上交流以外，教師也要搭建良好的師生交流平臺，平時遇到學習問題也可向教師請教，教師也可通過微信等社交平臺，向學生分享時下最新的光敏傳感器研究成果和實驗突破。

5 對光敏傳感器實驗課程開展的一點思考

光敏傳感器實驗課程非常考驗學生的耐性和嚴謹性，而與高中物理不同，其更鍛煉學生的問題解決能力、實驗數(shù)據(jù)分析能力。但是分析目前光敏傳感器實驗課程開展過程中的問題，筆者仍然發(fā)現(xiàn)，在教學中存在教學模式僵化、學生主觀能動性不高、實驗流于形式等問題。因此在當今大環(huán)境下，筆者認為，在進行光敏傳感器實驗課程的教學改革中，學生、教師、學校3 方面應當統(tǒng)籌協(xié)調、共同促進，以激發(fā)學生的興趣為起點，鼓勵學生創(chuàng)新創(chuàng)造，在教師的啟發(fā)教學之下，引導學生提升自身的物理素養(yǎng)，此外，還要有嚴格規(guī)范的課程評價規(guī)范為依托，真實評價學生的學習情況，少一點形式主義，多一點腳踏實地，切實提升光敏傳感器實驗課程的教學質量，不斷提升高校的育人水平。