基于行動導向的《汽車冷卻液溫度傳感器》項目化課程設計

作者 / 徐挺 上海電子信息職業(yè)技術學院(上海 201411)

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

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

0 引言

　　目前，國內(nèi)中高職關于《汽車冷卻液溫度傳感器》的理實一體化課程中，教學設備普遍偏重于對汽車冷卻液傳感器性能實現(xiàn)的教學演示，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，達到易于認知的教育目的。

　　該教學方法雖經(jīng)典，但由于學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。

　　本文設計出一種汽車冷卻液溫度傳感器教學設備，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。學生需動手調(diào)節(jié)水溫，而后測量傳感器對應阻值，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向模式中最精簡的“四步教學法”^[3]：學生獲取任務信息;制定計劃;通過調(diào)試設備、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。這一課程設計使得學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設備的設計

　　該課程的實現(xiàn)前提需要一種教學設備的支持，設計如圖1，該設備均使用最基本的電器元件，目的在于使學生動手調(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，只需重新定義電壓與溫度的對應關系即可。

2 《汽車冷卻液溫度傳感器》課程設計方案與案例

　　課程設計方案總框架根據(jù)行動導向模式中的 “四步教學法”，將課程整體轉(zhuǎn)化為一個需要團隊完成的項目。學生在明確項目目標后，在教師的引導下，制定出如何使用現(xiàn)有教學資源去執(zhí)行任務的計劃，隨后通過小組討論、實踐嘗試，最終執(zhí)行到位，完成任務。期間，教師起啟示引導作用，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，學生獲取任務信息。

　　班級的學生建議以2人(最多不超4人)一組分組，每組分到一臺如圖1中的教學設備和一部萬用表，紙、筆、尺若干。教師布置任務：要求每組學生測量水溫分別在25 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、75 ℃時所持設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 學生理解任務，制定計劃。

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

2.3 學生按照計劃，執(zhí)行任務

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

　　以一次典型課程為案例，每組2名學生分到的教學設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后，由教師引導下按照計劃(表1)的執(zhí)行結(jié)果為：

　　第一、二、三階段。2名學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) 教學設備中S1、S2、S3開關、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。

　　第七階段，1名學生代表小組，對整個任務的執(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G62傳感器檢測手冊^[4]，判定學生的測量結(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)評估主要關注學生的操作規(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)合學生本課程中的操作經(jīng)歷再做一次總結(jié)歸納，使學生對該課程有一個深刻認識并將操作技能轉(zhuǎn)化為應用能力。

3 結(jié)論

　　整個課程基于行動導向理念，從始至終需要學生動手調(diào)試，布線，測量，繪制，計算和總結(jié)，大大增強了學生的動手實踐能力，使得課程內(nèi)容豐富而深刻。學生在做中學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，提高應用研究能力，并觸類旁通其他汽車傳感器的原理及應用。

　　另外，在課后，教師可對學有余力的學生進行拓展。建議學生將所推導出的公式(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。