基于行動導(dǎo)向的《汽車冷卻液溫度傳感器》項目化課程設(shè)計

作者 / 徐挺 上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院(上海 201411)

　　徐挺(1984-)，男，碩士，工程師，研究方向：高等職業(yè)教育、汽車電子應(yīng)用。

摘要：設(shè)計了一種汽車冷卻液溫度傳感器的教學(xué)設(shè)備，并基于行動導(dǎo)向理論設(shè)計一堂《汽車冷卻液溫度傳感器》項目化課程，使學(xué)生使用設(shè)備完成項目任務(wù)。整個過程學(xué)生團隊合作、自發(fā)探索、充分實踐，最終掌握課程知識并具備應(yīng)用能力。

0 引言

　　目前，國內(nèi)中高職關(guān)于《汽車冷卻液溫度傳感器》的理實一體化課程中，教學(xué)設(shè)備普遍偏重于對汽車冷卻液傳感器性能實現(xiàn)的教學(xué)演示，即接通電源，傳感器顯現(xiàn)電信號，并隨被測源狀態(tài)的變化而變化^[1-2]。在此過程中，學(xué)生通過觀察該現(xiàn)象，更直觀理解了傳感器的工作原理與性能，從而輔助理論教學(xué)，達到易于認知的教育目的。

　　該教學(xué)方法雖經(jīng)典，但由于學(xué)生從始至終多為觀察和聽講，少有動手參與，所以對知識點的認知度和記憶不深刻。且被測源(一般指水溫)往往定性且不可控，因此學(xué)生對汽車冷卻液傳感器的工作原理與性能僅停留在定性了解程度，難以理解其如何在發(fā)動機冷卻液系統(tǒng)中實現(xiàn)精確測量。

　　本文設(shè)計出一種汽車冷卻液溫度傳感器教學(xué)設(shè)備，將汽車冷卻液溫度傳感器裝入模擬汽車水箱內(nèi)，水溫可定量設(shè)置與監(jiān)控，傳感器的熱敏電阻部分引出可測節(jié)點，其阻值(單體檢測)和電壓(就車檢測)均可通過萬用表測取。學(xué)生需動手調(diào)節(jié)水溫，而后測量傳感器對應(yīng)阻值，在取得數(shù)據(jù)矩陣后繪制溫度-電阻曲線，并求得B常數(shù)，得出溫度-電阻函數(shù)表達式，進而通過調(diào)試電路理解電阻值如何轉(zhuǎn)化為電壓信號，最終掌握汽車冷卻液傳感器實現(xiàn)精確測量的原理。

　　整個過程基于行動導(dǎo)向模式中最精簡的“四步教學(xué)法”^[3]：學(xué)生獲取任務(wù)信息;制定計劃;通過調(diào)試設(shè)備、測試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、計算并出實驗報告等步驟實施計劃，最后教師評估課程報告的結(jié)果。這一課程設(shè)計使得學(xué)生的實踐工作能力得到提升，對汽車冷卻液溫度傳感器工作原理和性能的理解也更加深入。

1 汽車冷卻液溫度傳感器教學(xué)設(shè)備的設(shè)計

　　該課程的實現(xiàn)前提需要一種教學(xué)設(shè)備的支持，設(shè)計如圖1，該設(shè)備均使用最基本的電器元件，目的在于使學(xué)生動手調(diào)試時能直觀理解其功能實現(xiàn)的邏輯原理。

　　水槽中放滿水，模擬汽車冷卻液水箱，將汽車冷卻液溫度傳感器的測量頭浸入水中，將其信號線引出，分別連接測量點A、B。電熱管置于水槽底部，可通過調(diào)節(jié)加熱開關(guān)控制水槽水溫的加熱速度。溫度計探頭浸入水中，置于傳感器測量頭附近，并顯示該區(qū)域水溫，精度為0.1 ℃。

　　當傳感器單體檢測時，S1、S2、S3處打開狀態(tài)，調(diào)節(jié)加熱開關(guān)使水溫達到指定溫度，使用萬用表測量AB之間的電阻值，即對應(yīng)該溫度下汽車冷卻液溫度傳感器測量頭中NTC熱敏電阻的電阻值。

　　當傳感器就車檢測時，S1、S2處閉合狀態(tài)，S3打開。調(diào)節(jié)加熱開關(guān)使水溫達到指定溫度，使用萬用表測量AB之間的電壓值，即對應(yīng)該溫度下汽車冷卻液溫度傳感器輸入給發(fā)動機ECU的THW電壓信號。另外，當水溫高于拐點溫度值時^[4]，由于傳感器輸出的電壓信號隨水溫的升高變化微弱，難以測量，我們可閉合S3，此時THW電壓信號變化幅度恢復(fù)，只需重新定義電壓與溫度的對應(yīng)關(guān)系即可。

2 《汽車冷卻液溫度傳感器》課程設(shè)計方案與案例

　　課程設(shè)計方案總框架根據(jù)行動導(dǎo)向模式中的 “四步教學(xué)法”，將課程整體轉(zhuǎn)化為一個需要團隊完成的項目。學(xué)生在明確項目目標后，在教師的引導(dǎo)下，制定出如何使用現(xiàn)有教學(xué)資源去執(zhí)行任務(wù)的計劃，隨后通過小組討論、實踐嘗試，最終執(zhí)行到位，完成任務(wù)。期間，教師起啟示引導(dǎo)作用，并在最后對結(jié)果做最終評估與總結(jié)。

2.1 教師布置任務(wù)，學(xué)生獲取任務(wù)信息。

　　班級的學(xué)生建議以2人(最多不超4人)一組分組，每組分到一臺如圖1中的教學(xué)設(shè)備和一部萬用表，紙、筆、尺若干。教師布置任務(wù)：要求每組學(xué)生測量水溫分別在25 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、75 ℃時所持設(shè)備中汽車冷卻液溫度傳感器的THW電壓信號和NTC熱敏電阻值，記錄制成表格。繪制傳感器NTC熱敏電阻的溫度-電阻特性曲線草圖，計算B常數(shù)，并得出溫度-電阻函數(shù)表達式。

2.2 學(xué)生理解任務(wù)，制定計劃。

　　學(xué)生通過小組分工與討論，自主查閱教課書與教學(xué)設(shè)備使用手冊^[4]，以結(jié)果為導(dǎo)向反推執(zhí)行流程，在教師的引導(dǎo)下理清思路，制定出完成任務(wù)的計劃，如表1。

2.3 學(xué)生按照計劃，執(zhí)行任務(wù)

　　學(xué)生按照表1的計劃分工合作，落實執(zhí)行，一切過程以完成任務(wù)為導(dǎo)向，遇到問題，反饋修正，解決問題。整個過程充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動性，以學(xué)生思考操作為主，教師引導(dǎo)解答為輔，符合目前德國職業(yè)教育中最盛行的行動導(dǎo)向教學(xué)理論^[5]。

　　以一次典型課程為案例，每組2名學(xué)生分到的教學(xué)設(shè)備所搭載的汽車冷卻液溫度傳感器是桑塔納2000GLi的G62冷卻液溫度傳感器^[4]。在明確了此次課程的任務(wù)后，由教師引導(dǎo)下按照計劃(表1)的執(zhí)行結(jié)果為：

　　第一、二、三階段。2名學(xué)生均掌握了以下知識點：

　　(1) G62冷卻液溫度傳感器為NTC熱敏電阻;

　　(2) G62冷卻液溫度傳感器的熱敏電阻分布在其圓柱形頭部頂端;

　　(3) G62冷卻液溫度傳感器有3根引腳，1號引腳(棕色)為THW端，接EUC信號輸入點，3號引腳(藍色)為搭鐵，4號引腳(紫色)接汽車儀表盤水溫表，此次實驗不使用;

　　(4) 教學(xué)設(shè)備中S1、S2、S3開關(guān)、電熱管加溫旋鈕的功能;

　　(5) 1號引腳接A點，3號引腳接B點;

　　(6) 溫度計探頭盡量靠近傳感器測量頭，電熱管位置在水槽底部，注水量至剛浸沒傳感器測量頭為最佳。

　　第四、五階段。在選擇S3閉合的前提下，2名學(xué)生測得并分析整體出的數(shù)據(jù)：

　　(1) 在單體模式下，指定水溫下測得的G62冷卻液溫度傳感器熱敏電阻值記錄如表2。

　　根據(jù)表2數(shù)據(jù)，繪制該傳感器熱敏電阻的溫度-電阻特性曲線草圖如圖2所示。

　　(2) 在就車模式下，指定水溫下測得的傳感器輸出信號電壓值記錄如表3。

　　第六階段。2名學(xué)生掌握了對于NTC熱敏電阻，其單體阻值和就車電壓均隨溫度的上升而下降的原理，并根據(jù)圖2趨勢，快速檢查原始數(shù)據(jù)，無誤后，利用25 ℃(298 K)和75 ℃(348 K)時測得的電阻平均值，計算桑塔納2000GLi的G62冷卻液溫度傳感器的熱敏電阻B常數(shù)為^[4]：

(1)

　　已知NTC熱敏電阻阻值與溫度的通式為^[4]：

R_T=AeB/T (2)

　　將T=298K，RT=2175 ?，B=3591代入式(2)得出：

　　A=0.0127

　　從而得出，桑塔納2000GLi的G62冷卻液溫度傳感器熱敏電阻的溫度-電阻表達式為：

R_T=0.0127e^3591/T (3)

　　隨后，2名學(xué)生各自將表1、表2、式(1)、式(3)結(jié)果寫入課程報告，完成任務(wù)。

　　第七階段，1名學(xué)生代表小組，對整個任務(wù)的執(zhí)行過程、所獲結(jié)論、體會感悟做一個簡短總結(jié)發(fā)言。此時，學(xué)生深刻理解了溫度值如何由汽車冷卻液溫度傳感器采集，如何通過函數(shù)精確轉(zhuǎn)化為電阻值，進而轉(zhuǎn)化為信號電壓被汽車ECU接收的全過程。

　　教師評估結(jié)果，做出總結(jié)。教師對學(xué)生在該課程上的整體評估，分為課程報告評估與課堂表現(xiàn)評估，比重為80%和20%。課程報告評估中，汽車冷卻液溫度傳感器熱敏電阻測量值參考對應(yīng)G62傳感器檢測手冊^[4]，判定學(xué)生的測量結(jié)果是否合理。THW輸出信號電壓測量值，教師可參考公式(4)快速檢驗評估。B和A值也可通過公式(1)、(2)檢驗評估。建議教師將公式編入MATLAB等數(shù)值計算軟件，屆時直接輸入學(xué)生的測量參數(shù)即可評估結(jié)果。

(4)

　　課堂表現(xiàn)評估主要關(guān)注學(xué)生的操作規(guī)范性，課堂積極性、團隊合作性、總結(jié)發(fā)言以及發(fā)現(xiàn)解決問題的能力。分數(shù)由學(xué)生自評，小組成員互評和教師評估組成，分數(shù)比例可由教師衡量，做出一個綜合評估。

　　最后，教師對汽車冷卻液溫度傳感器的各知識點，結(jié)合學(xué)生本課程中的操作經(jīng)歷再做一次總結(jié)歸納，使學(xué)生對該課程有一個深刻認識并將操作技能轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力。

3 結(jié)論

　　整個課程基于行動導(dǎo)向理念，從始至終需要學(xué)生動手調(diào)試，布線，測量，繪制，計算和總結(jié)，大大增強了學(xué)生的動手實踐能力，使得課程內(nèi)容豐富而深刻。學(xué)生在做中學(xué)不但對過程印象深刻，而且正真理解了汽車冷卻液溫度傳感器的原理，掌握解決實際問題的方法，提高應(yīng)用研究能力，并觸類旁通其他汽車傳感器的原理及應(yīng)用。

　　另外，在課后，教師可對學(xué)有余力的學(xué)生進行拓展。建議學(xué)生將所推導(dǎo)出的公式(3)和表2中的原始數(shù)據(jù)均輸入軟件(如MATLAB)生成函數(shù)曲線圖，對比后會發(fā)現(xiàn)，公式(3)曲線和表2中的各數(shù)值點并不完全重合。學(xué)生會因此思考溫度-電阻函數(shù)表達式中的B是否為準確，進而去探究B值更精確的求值方法和實際工程中對B值的標定方式^[6]，這是對本課程更進一步的能力拓展，教師可有選擇性實施，本文暫不予以展開。

　　參考文獻：

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第45頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。