黄文奇，杨　虹

(北京信息科技大学， 北京　100101)



光敏传感器实验课程改革探索

黄文奇，杨虹

(北京信息科技大学， 北京100101)

摘 要：针对目前光敏传感器实验课教学中存在的问题，我们以传感器应用创新为导向，从教学方法和教学内容两个方面对此课程进行了改革，充分的激发了学生的学习兴趣，提高了学生的综合能力和创新能力。

关键词：光敏传感器；课程改革；创新能力

1光敏传感器实验课程现状

传感器是人的感觉器官的延伸，在现代社会中起着对各种信息的定性感知和定量测量的作用。光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量如光强、光照度、辐射测温等，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量如零件直径、表面粗糙度、位移等[1]。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等优点，在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。在以工科为主体，以培养高素质应用型人才为主的大学，了解光敏传感器的原理、测量其基本特性并学会使用是十分必要的[2]。

但是，许多工科大学开设的光敏传感器实验课程存在一些弊端和不足。目前由于课时有限，我们的大学物理实验课中《光敏传感器的光电特性测量》的实验内容主要是以特性测量为主，属于验证性实验。有关于光敏传感器的应用内容只是在课堂上由任课老师介绍一下而已，大部分学生在了解了光敏传感器的物理原理和特性之后却很少有机会去使用它们，更别谈创新性的把它们应用到实际生活中去。这导致学生经常会抱怨测量这些数据有何意义，学习兴趣不高。因此，我们应充分考虑该实验课程的特点，合理地对教学内容，教学形式和教学过程进行优化和设计。以充分激发学生的学习兴趣，提高学生的综合能力和创新能力。

2光敏传感器实验课程改革

针对目前光敏传感器实验课程中存在的一些不足，我们拟从教学方法和教学内容这两个方面对该课程进行有针对性的改革探索。以帮助学生理解光敏传感器的物理原理和工作特性，充分激发学生的动手能力和创造性。

2.1教学方法改革

对于光敏传感器实验课程，目前的教学方法主要还是在教师的指导下，学生按照要求测量出光敏传感器的伏安特性和光照特性，并对它们的特性进行归纳总结。由于课时有限，传感器的应用环节被省略，导致学生不能深入理解和运用所学的光敏传感器原理和特性知识。因此我们改变这种传统的教学方法，在课后以创新实验的形式加入光敏传感器创新设计和应用环节，以学生为主体，让学生能够在创新实验中掌握光敏传感器的原理和特性，为将来合理的使用光敏传感器打下基础。

在教学过程中，我们充分采用现代化的教学辅助手段，利用多媒体技术生动、直观、形象等优点。在光敏传感器的物理原理和工作特性讲解部分加入大量的图片和动画，用更加生动、形象、立体的方式帮助学生理解、接受和记忆，激发学生的求知欲和主动性，充分提高授课效率。同时考虑到不同学生的知识背景和能力水平有所差别，我们采取了个性化的教学模式，进行分层次教学。把原来统一的教学内容改进为不同层次的教学内容，把原来固定的统一练习改进为分层练习，同时把原来统一的评分标准变为分层评价，以适用于不同能力层次的学生。

2.2教学内容改革

我们根据学生知识水平和动手能力水平，设计四个层次的光敏传感器创新设计内容。供不同能力层次和不同阶段的学生选择。尽量使得所有学生都能参与创新设计，提高学生对光敏传感器的认识和使用水平。

2.2.1初级创新应用—光控节能灯

图1所示的光控节能灯电路是由一只双向晶闸管与光敏传感器构成的自动照明灯电路，白天自动熄灭，晚上自动点亮。适用于学生宿舍楼道、校园道路等公共场所作为夜间或阴天照明使用。其中VD1触发二极管，触发电压约为30伏。在白天，光敏电阻RG的阻值低，其A点的分压值低于30V，VD1触发二极管截止。双向晶闸管VS1无触发电流，T2、T1之间呈断开状态。在夜间或亮度很低的阴天，光敏电阻RG的阻值变大，A点分压电压大于30V，VD1触发二极管导通。VS1导通，灯泡点亮。R1和C1为保护双向晶闸管的吸收电路。

图1　光控节能灯电路图

当前，节能减排已经成为全社会的共识，在实验中有意识的加入这一理念，能够很好的引起学生的兴趣，提升学生创新应用的积极性。光控节能灯主要是利用光敏电阻的光电导特性，着重强化学生对光敏电阻的光电特性的理解和应用。此应用所涉及的光敏传感器原理和使用方法较为简单，对学生的能力和知识要求较低，适合所有的学生选择。

2.2.2中级创新应用—光强测量仪

图2是由光电池传感器构成的光强测量电路，以发光二极管的点亮个数的多少来指示光的强度，可用于需要对光强进行检测的场合。其中，光强度显示电路由VT2-VT6、LED1-LED5发光二极管，VD1-VD4二极管及可调电位器RP1等组成。驱动电压来自于VT1的集电极，经RP1可调电位器调节以后去驱动显示电路。

图2　光强测量仪电路图

当光线越强时，VT1三极管的导通程度越大，电平指示器得到的输入电平也越高，进而使发光二极管点亮的个数越多。

光强测量仪主要利用的是光电池短路电流特性，在负载电阻较小时，光电池所产生的光电压与光照强度正相关。此应用着重强化学生对光生伏特效应的理解和硅光电池短路电流特性的应用。由于物理原理较为复杂，且电路所涉及的元器件较多，因此此应用适合有一定电路基础和传感器知识的学生选择。

2.2.3高级创新应用—激光通信仪

激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式，具有通信容量大、结构轻便等优点。其主要过程是将音频或视频信号通过信号调制电路加载到激光发射器上，由激光无线传输至可见光接收器上，再通过信号解调实现音频或视频信号的还原。此应用要求学生手动制作完成信号调制电路、接收电路、信号解调电路三个主要电路，并能够与输入设备和输出设备相匹配。此外还需要学生自行搭建激光发射架、激光接收架，以实现激光信号能够方便快捷的发射和接收。

图3　激光通信仪系统流程图

激光通信仪中所设计的光敏传感器是光敏二极管，因此着重强化学生对光敏二极管特性的理解，要求学生掌握光敏二极管线性响应特性和频率响应特性。此应用是光敏传感器的综合应用，难度较大，适合于基础较好，且能够顺利完成前两个创新应用的同学选择。

2.2.4自主创新应用

除以上选择之外，学生还可以根据自己的生活经历，自己提出实际应用问题。

利用所学的光敏传感器的知识，自行提出设计方案。学生可以自行组队，以团队合作的方式进行创新实验。此部分对学生的能力和知识面要求较高，需要学生具有较强的独立思考，查阅文献和独立解决问题的能力。

3结论

针对目前光敏传感器实验课教学中存在的诸如学生兴趣不高、物理原理晦涩难懂和创新应用不够等问题，我们从教学方法和教学内容这两个方面对此课程进行改革。改革了目前以教为先，学生按部就班测量的传统教学方法，在课后加入创新实验环节。改革后的教学方法将以学生的学为主，着重帮助学生能够在创新实验中理解和掌握传感器的原理和特性。改革了目前的讲授型的教学模式，设计了分层次的教学内容、实验内容和评价体系，以适应不同学生的能力和知识层次。改革了目前的教学手段，大量的采用多媒体技术，使物理原理的讲解和实际应用的举例更加生动和丰富。设计了四个层次的光敏传感器应用示例，让学生根据自身的能力和知识层次，选择合适的创新实践内容，为更加深入的掌握光敏传感器的原理和应用打下基础。

参考文献：

[1]汪文明.综合传感器实验教学内容设计探讨[J].物理与工程,2008,18(6):30-33.

[2]程昱中.大学物理和实验教学内容与课程体系的改革与实践[J].大学物理实验，2013，26(5)：124-126.

[3]丁琪，史德俐.智能传感器在大学物理实验中的应用[J].大学物理实验，2012,25(3)：75-79.

The Reform Exploration of Experimental Teaching of Photoelectric Sensor

HUANG Wen-qi,YANG Hong

(Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100101)

Abstract：Aiming at the problem of photoelectric sensor experimental teaching,the reforms of teaching method and contents are performed based on the application of photoelectric sensors.All of these arouse the students’ learning motivation and improve their comprehensive ability and creative ability.

Key words：photoelectric sensor；course reforming；creative ability

中图分类号：G 420

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.031

文章编号：1007-2934(2016)01-0119-03

基金项目：北京信息科技大学教学改革项目

收稿日期：2015-09-15