基於Proteus的機電類感測器與機電檢測技術課程教學改革探究論文
基於Proteus的機電類感測器與機電檢測技術課程教學改革探究論文
0 前言
感測技術是現代資訊時代的關鍵技術，越來越多智慧系統、物聯網系統的核心部件都是感測器。使學生能夠掌握各類感測器的基本原理，並將其靈活運用，是提高機械電子工程專業教學質量和培養應用型人才的一個重要內容。“感測器與機電檢測技術”作為機械電子工程專業的一門主要專業基礎課，在實際的理論教學過程中，主要是對各類感測器的物理性質、工作原理及簡單生活應用進行講解，學生在接觸感測器知識時，缺乏感性認識，其原因是缺乏對感測器有效的演示方法；同時實驗環節一般採用各類感測器試驗箱來完成，以驗證性實驗和演示性實驗內容居多，實驗過程一般是：連線導線—執行儀器—觀察效果，缺少學生進行自主的研究性學習內容和訓練環節，因而學生對課程學習起來枯燥無味，很難調動學生的積極性，教學效果不是很理想。基於上述問題，筆者引入Proteus 軟體作為教學輔助手段到機電類“感測器與機電檢測技術”課程教學環節中。
1 Proteus 模擬在課程教學中的應用
1.1 將 Proteus 引入到課程的課堂教學
在 Proteus 軟體中，最常見的感測器模組（如光敏、壓力、溫溼度感測器）在Transducer庫中都可以找到，使用Proteus進行理論教學，教師可將設計好的各類感測器工作示意圖來演示實驗效果，在講授課程理論的同時進行效果演示。同時，感測器系統中的諸如各種感測器、各類微控制器和嵌入式 CPU 模組單獨講解來供學生學習和研究，便於講解各功能模組的作用，並進行功能演示，可使學生對各功能模組的作用瞭解得更詳細，並且對於設計一個完整感測器系統的各步驟有更清晰的認識。
1.2 利用 Proteus 改進課程的實驗教學
“感測器與機電檢測技術”是一門繁雜的交叉學科課程，在進行感測器課程實驗教學環節中，往往涉及到諸如電子類、機械類課程的相關知識。在實驗教學環節中引入 Proteus 可以擺脫以往侷限於驗證性實驗，所做實驗偏重於理論，靈活性和創新性不足的缺點，藉助 Proteus 所提供的元器件和外設模型來選擇各類感測器和各種 CPU 進行各種原創實驗設計，使學生在學習各類感測器原理的同時，還鞏固了微控制器類和控制類等相關知識，加強該課程與“微型機及微控制器應用技術”、“機電一體化系統設計”、“機電系統介面技術”、“微控制器原理與介面技術”等機電類專業課程的銜接力度，促進了對機電類各專業課程的融會貫通，提升了學生機電設計的水平和能力。
1.3 利用 Proteus 改進課程的考核方式
“感測器與機電檢測技術”課程的考試一般採用期末一張試卷的考核方式，部分會結合平時考勤考核表現，考核內容不可能包含該學期教學任務的全部內容，而只能從本學期教學內容中選取一部分，考核結果必然存在偶然性，無法考核學生在平時學習過程中對知識和技能的掌握程度，有問題得不到及時解決，有可能造成問題的積累，為此還可以將 Proteus 軟體引入到感測器課程的考核方式中，可以克服一卷定終生，死記硬背知識點的弊病，真正從提高學生的設計能力與實踐能力著手，對該課程考核進行改革，採用“試卷成績+Proteus大作業+平時成績”累加式的考核方式，透過Proteus來改革本課程的傳統應試模式，突出和加強學生綜合能力的培養，培養高素質創新型人才。
2 例項
開啟Proteus軟體，首先在元件庫中選擇所需感測器模組、AVR 或 C51 微控制器以及相關元器件，按照課程要求連線元器件組成電路，即完成了模擬電路圖的繪製，然後在 Keil 或ICCAVR 整合開發環境下使用 C 語言編制程式和編譯，程式除錯通過後生成一個字尾名為 .hex 的檔案，以備模擬時呼叫。以 SHT11 溫溼度感測器或 MPX4115 壓力感測器的例項來說明Proteus 在“感測器與機電檢測技術”課程中的應用。
透過上述例項的講解，學生不僅可以對各類感測器的工作原理進行掌握，而且可以培養學生綜合運用對該課程所學知識解決工程實際問題的能力，以進一步鞏固、深化、擴充套件本課程所學的.理論知識，並用來指導實踐技能。引入 Proteus 還可讓學生進行電子電路繪製、C 語言程式設計等方面知識的綜合訓練，促進對感測器、微控制器、介面技術等相關課程知識的融會貫通，提高學生對知識自主綜合運用的能力。
3 結束語
在“感測器與機電檢測技術”課程的教學中引入Proteus軟體，可以有效地彌補原有基礎實驗儀器的不足，大大節約成本，使學生對該課程的學習過程可以不受時間、場地的限制，在一定程度上擺脫了各類感測器實驗中對於傳統硬體條件的束縛和侷限，同時學生更加容易理解感測器課程相關的教學與實驗內容，有利於提高學生的學習興趣，發揮學生的自主性來獨立地設計感測器電路完成設計性實驗，最終提高學生的學習能力。另外，機自、測控和車輛等相近專業學生也可以靈活利用Proteus軟體進行相關課程的學習，從而提高課程的“教”與“學”效率。