2018年10月19-21日，中国高等教育学会于中国高等教育博览会(2018•秋)同期举办了“全国高校教师教学创新大赛——第五届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛及优秀作品展示”活动的决赛环节，并于21日举办了颁奖仪式。
自然科学基础实验中心孙明明、陈森等教师牵头的团队自主开发设计的基于多功能数据采集平台的传感器实验仪，荣获2018年全国高校教师创新大赛——第五届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛三等奖。
研制过程
该设备是我校自然科学基础实验中心孙明明、陈森、吴平、张师平等长年奋战在我校物理实验教学一线的教师根据多年实验教学经验，运用计算机数据采集、虚拟仪器技术等新技术，自主设计开发的新型物理传感器实验教学仪。
四位教师在我校北京市教学名师吴平教授的带领下，开展了基于创新型人才培养的大学物理实验课程内容体系研究，结合我校“新工科”建设方向，面向“中国制造2025”等国家战略对人才培养的要求，确定了针对我校物理实验课程涵盖的系列实验项目中，最具创新能力训练潜力、最具应用系统开发属性的传感器实验项目，作为物理实验教学改革的首批项目之一，进行实验教学改革探索，并自主设计开发新的实验仪器，实验内容与当代生产、科研具有一定的关联，从而为各个专业的学生今后从事生产、科研工作打下良好的基础。
团队自2014年即启动了针对传感器实验项目的实验教学改革，在物理实验课程中创新工程教育方式和手段，采用多功能工程教育平台自主开发传感器实验设备。团队教师多方面调研，先后多次前往清华大学、北京邮电大学、北京交通大学等兄弟院校的物理实验室参观学习，并通过充分的市场调查，最终确定了基于美国国家仪器公司（NI）的ELVIS II+模块化多功能工程教学平台以及LabVIEW编程环境，组成支持数据采集系统开发及虚拟仪器开发的实验平台，允许学生自主设计硬件电路和虚拟仪器软件，开发面向特定应用对象的物理量数据采集系统，开展以应用设计为驱动的工程创新。
基于NI ELVIS II+多功能数据采集平台所提供的扩展接口参数，自主设计开发了与之配套的实验板。实验板将其128个数据引脚按照使用频率分区布置、按照使用强度选择接线方式。接线端布置着重考虑了对三种典型信号接线方式的配合，使学生在进行电路搭建时思路清晰、操作准确。
经过历时3年的设备课堂试用、改进和优化，团队定型了本套设备——基于多功能数据采集平台的传感器实验仪。该设备2017年起大面积服务于我校近40个理工科专业近3000名本科学生，顺利完成超过9000人学时的实验运行任务。
基本功能
该设备重新梳理传感器实验内容，带领学生以输出信号为主视角进行实验。传感器种类复杂、原理各异、应用广泛，对本科低年级学生的掌握造成困难，为此，设备选取单端、差分、电流三种典型输出信号设计实验，包含红外测距传感器、电阻应变片压力传感器、PN结温度传感器三个基本实验对象，使学生针对具体问题，搭建通用型的物理量数据采集系统。
以创新能力培养为核心的实验设计，设备注重对学生系统设计能力的训练，即兼顾锻炼学生的硬件电路搭建、软件程序设计两大方面的一体开发能力。实验时，学生要时刻具备数据采集系统搭建的意识，兼顾硬件端和软件端。硬件端，学生要根据信号输出形式自主搭建信号采集电路，选择适当的数据采集端口并正确接线。使用实验仪提供的砝码、刻度尺挡板等标准量附件，逐次改变传感器的信号输出强度。软件端，学生依据信号形式、硬件端接线端口选择设置数据采集软件NI MAX的信号采集模式、信号采集端口、信号幅值范围等参数，正确获取传感器信号并记录。利用计算机EXCEl等软件对采集的信号进行整理分析，并获得传感器的输出特性曲线，完成传感器数据采集的基本任务。
该设备的实验内容以数据采集系统搭建能力训练为教学核心、以传感器数据应用系统设计开发为教学目标，以实验数据的反转应用为教学手段。基于LabVIEW编程环境对数据采集的强大支持能力，以及直观的编程模式和多种类型的虚拟界面控件，学生根据已测量数据完成“输出特性曲线”到“定标曲线”的转换，根据LabVIEW例程设计合理的传感器应用虚拟仪器面板，将定标曲线数据应用于虚拟仪器程序，运行并记录应用程序运行结果，以及与标准量的误差和百分差，评价自主定标的传感器应用运行效果。
在完成三种典型信号的数据采集系统开发实验后，学生能够归纳出传感器信号采集的核心要领，具备了传感器数据采集及应用系统开发设计基本能力，使学生在未来的科研、产业岗位进行工程创新应用拥有良好的基础。
助力新工科建设
新工科建设目标是培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。我国积极推进新工科建设，力图打造领跑全球的工程教育，以主动应对新兴产业和新经济发展对具备融合创新能力人才的需求。国内高校在推进新工科建设过程中，实验课程应打造成培养学生工程创新能力的最重要教学环节。大学物理实验课程作为高校理工类专业学生的必修实验课程，在面向新工科的课程改革中，应特别注重培养学生掌握物理量的数字化、信息化获取及应用这一工程实践能力，使其在智能电网、智慧城市、智能专用设备、智能家居、车联网等领域的创新创业岗位中发挥主体作用。
培养本科阶段学生具备未来可直接应用于创新创业活动、科研工作岗位的工程实践技能，是新形势下国内高校进行物理实验课程改革过程中亟需重视的方向。工程实践技能的缺乏，一定程度上反映出当前高校的人才培养与新兴产业人才需求现实之间存在的脱节。
基于数据采集平台的物理量数据采集系统的自主开发搭建和应用技能，是本科低年级阶段学生应该掌握的基础工程实践能力。物理实验教学设备的数字化、信息化系统应用，在国内多个高校都有长足发展，例如计算机及专业软件、数据采集设备等应用。但是多数的应用模式大多固化在设备自身，没有形成开放式的实验操作平台；按步骤的被动实验操作，学生没有机会进行物理量数据采集的自主设计开发，无法在整体上获得系统级开发的工程实践锻炼。作为跨领域应用属性较强的实验内容，传感器实验是利用开放型数据采集平台进行实验设备革新、培养学生跨领域融合创新能力的最佳实验教学环节。
经过该设备的实践训练所掌握的传感器数据应用创新技能，我校多名同学凭借“动态P-V图斯特林热机”、“进动及张动规律研究”等创新作品在全国及北京市大学生物理实验竞赛等省部级学科与科技竞赛中多次获奖，其中一等奖3项、二等奖10项；在研究生等科研岗位上，多名同学应用这一技能在“磁悬浮轴承的研制”等课题中取得较好的成果。
未来，这一实验仪所体现的创新能力培养模式，将不断推陈出新，更好服务新工科建设，为中国制造2025等国家战略输送更具创新能力的人才。