基于Proteus的機(jī)電類傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)改革探究論文
0 前言
傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)，越來越多智能系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件都是傳感器。使學(xué)生能夠掌握各類傳感器的基本原理，并將其靈活運(yùn)用，是提高機(jī)械電子工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一個(gè)重要內(nèi)容。“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”作為機(jī)械電子工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，在實(shí)際的理論教學(xué)過程中，主要是對(duì)各類傳感器的物理性質(zhì)、工作原理及簡(jiǎn)單生活應(yīng)用進(jìn)行講解，學(xué)生在接觸傳感器知識(shí)時(shí)，缺乏感性認(rèn)識(shí)，其原因是缺乏對(duì)傳感器有效的演示方法；同時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一般采用各類傳感器試驗(yàn)箱來完成，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容居多，實(shí)驗(yàn)過程一般是：連接導(dǎo)線—運(yùn)行儀器—觀察效果，缺少學(xué)生進(jìn)行自主的研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練環(huán)節(jié)，因而學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)起來枯燥無味，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，教學(xué)效果不是很理想�；谏鲜鰡栴}，筆者引入Proteus 軟件作為教學(xué)輔助手段到機(jī)電類“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)環(huán)節(jié)中。
1 Proteus 仿真在課程教學(xué)中的應(yīng)用
1.1 將 Proteus 引入到課程的課堂教學(xué)
在 Proteus 軟件中，最常見的傳感器模塊（如光敏、壓力、溫濕度傳感器）在Transducer庫中都可以找到，使用Proteus進(jìn)行理論教學(xué)，教師可將設(shè)計(jì)好的各類傳感器工作示意圖來演示實(shí)驗(yàn)效果，在講授課程理論的同時(shí)進(jìn)行效果演示。同時(shí)，傳感器系統(tǒng)中的諸如各種傳感器、各類單片機(jī)和嵌入式 CPU 模塊單獨(dú)講解來供學(xué)生學(xué)習(xí)和研究，便于講解各功能模塊的作用，并進(jìn)行功能演示，可使學(xué)生對(duì)各功能模塊的作用了解得更詳細(xì)，并且對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)完整傳感器系統(tǒng)的各步驟有更清晰的認(rèn)識(shí)。
1.2 利用 Proteus 改進(jìn)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”是一門繁雜的交叉學(xué)科課程，在進(jìn)行傳感器課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，往往涉及到諸如電子類、機(jī)械類課程的相關(guān)知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入 Proteus 可以擺脫以往局限于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所做實(shí)驗(yàn)偏重于理論，靈活性和創(chuàng)新性不足的缺點(diǎn)，借助 Proteus 所提供的元器件和外設(shè)模型來選擇各類傳感器和各種 CPU 進(jìn)行各種原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)各類傳感器原理的同時(shí)，還鞏固了單片機(jī)類和控制類等相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)該課程與“微型機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”、“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“機(jī)電系統(tǒng)接口技術(shù)”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”等機(jī)電類專業(yè)課程的銜接力度，促進(jìn)了對(duì)機(jī)電類各專業(yè)課程的融會(huì)貫通，提升了學(xué)生機(jī)電設(shè)計(jì)的水平和能力。
1.3 利用 Proteus 改進(jìn)課程的考核方式
“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”課程的考試一般采用期末一張?jiān)嚲淼目己朔绞�，部分�?huì)結(jié)合平時(shí)考勤考核表現(xiàn)，考核內(nèi)容不可能包含該學(xué)期教學(xué)任務(wù)的全部?jī)?nèi)容，而只能從本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容中選取一部分，考核結(jié)果必然存在偶然性，無法考核學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中對(duì)知識(shí)和技能的掌握程度，有問題得不到及時(shí)解決，有可能造成問題的積累，為此還可以將 Proteus 軟件引入到傳感器課程的考核方式中，可以克服一卷定終生，死記硬背知識(shí)點(diǎn)的弊病，真正從提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐能力著手，對(duì)該課程考核進(jìn)行改革，采用“試卷成績(jī)+Proteus大作業(yè)+平時(shí)成績(jī)”累加式的考核方式，通過Proteus來改革本課程的傳統(tǒng)應(yīng)試模式，突出和加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。
2 實(shí)例
打開Proteus軟件，首先在元件庫中選擇所需傳感器模塊、AVR 或 C51 單片機(jī)以及相關(guān)元器件，按照課程要求連接元器件組成電路，即完成了仿真電路圖的繪制，然后在 Keil 或ICCAVR 集成開發(fā)環(huán)境下使用 C 語言編制程序和編譯，程序調(diào)試通過后生成一個(gè)后綴名為 .hex 的文件，以備仿真時(shí)調(diào)用。以 SHT11 溫濕度傳感器或 MPX4115 壓力傳感器的實(shí)例來說明Proteus 在“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”課程中的應(yīng)用。
通過上述實(shí)例的講解，學(xué)生不僅可以對(duì)各類傳感器的工作原理進(jìn)行掌握，而且可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用對(duì)該課程所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，以進(jìn)一步鞏固、深化、擴(kuò)展本課程所學(xué)的.理論知識(shí)，并用來指導(dǎo)實(shí)踐技能。引入 Proteus 還可讓學(xué)生進(jìn)行電子電路繪制、C 語言編程等方面知識(shí)的綜合訓(xùn)練，促進(jìn)對(duì)傳感器、單片機(jī)、接口技術(shù)等相關(guān)課程知識(shí)的融會(huì)貫通，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)自主綜合運(yùn)用的能力。
3 結(jié)束語
在“傳感器與機(jī)電檢測(cè)技術(shù)”課程的教學(xué)中引入Proteus軟件，可以有效地彌補(bǔ)原有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足，大大節(jié)約成本，使學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)過程可以不受時(shí)間、場(chǎng)地的限制，在一定程度上擺脫了各類傳感器實(shí)驗(yàn)中對(duì)于傳統(tǒng)硬件條件的束縛和局限，同時(shí)學(xué)生更加容易理解傳感器課程相關(guān)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的自主性來獨(dú)立地設(shè)計(jì)傳感器電路完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。另外，機(jī)自、測(cè)控和車輛等相近專業(yè)學(xué)生也可以靈活利用Proteus軟件進(jìn)行相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，從而提高課程的“教”與“學(xué)”效率。
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