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基于行动导向的《汽车冷却液温度传感器》项目化课程设计

作者:徐挺时间:2018-02-27来源:电子产品世界收藏
编者按:设计了一种汽车冷却液温度传感器的教学设备,并基于行动导向理论设计一堂《汽车冷却液温度传感器》项目化课程,使学生使用设备完成项目任务。整个过程学生团队合作、自发探索、充分实践,最终掌握课程知识并具备应用能力。

作者 / 徐挺 上海电子信息职业技术学院(上海 201411)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201802/376166.htm

  徐挺(1984-),男,硕士,工程师,研究方向:高等职业教育、电子应用。

摘要:设计了一种冷却液的教学设备,并基于理论设计一堂《冷却液课程,使学生使用设备完成项目任务。整个过程学生团队合作、自发探索、充分实践,最终掌握课程知识并具备应用能力。

0 引言

  目前,国内中高职关于《汽车冷却液》的理实一体化课程中,教学设备普遍偏重于对汽车冷却液传感器性能实现的教学演示,即接通电源,传感器显现电信号,并随被测源状态的变化而变化[1-2]。在此过程中,学生通过观察该现象,更直观理解了传感器的工作原理与性能,从而辅助理论教学,达到易于认知的教育目的。

  该教学方法虽经典,但由于学生从始至终多为观察和听讲,少有动手参与,所以对知识点的认知度和记忆不深刻。且被测源(一般指水温)往往定性且不可控,因此学生对汽车冷却液传感器的工作原理与性能仅停留在定性了解程度,难以理解其如何在发动机冷却液系统中实现精确测量。

  本文设计出一种汽车冷却液温度传感器教学设备,将汽车冷却液温度传感器装入模拟汽车水箱内,水温可定量设置与监控,传感器的热敏电阻部分引出可测节点,其阻值(单体检测)和电压(就车检测)均可通过万用表测取。学生需动手调节水温,而后测量传感器对应阻值,在取得数据矩阵后绘制温度-电阻曲线,并求得B常数,得出温度-电阻函数表达式,进而通过调试电路理解电阻值如何转化为电压信号,最终掌握汽车冷却液传感器实现精确测量的原理。

  整个过程基于模式中最精简的“四步教学法”[3]:学生获取任务信息;制定计划;通过调试设备、测试数据、数据分析、计算并出实验报告等步骤实施计划,最后教师评估课程报告的结果。这一使得学生的实践工作能力得到提升,对汽车冷却液温度传感器工作原理和性能的理解也更加深入。

1 汽车冷却液温度传感器教学设备的设计

  该课程的实现前提需要一种教学设备的支持,设计如图1,该设备均使用最基本的电器元件,目的在于使学生动手调试时能直观理解其功能实现的逻辑原理。

  水槽中放满水,模拟汽车冷却液水箱,将汽车冷却液温度传感器的测量头浸入水中,将其信号线引出,分别连接测量点A、B。电热管置于水槽底部,可通过调节加热开关控制水槽水温的加热速度。温度计探头浸入水中,置于传感器测量头附近,并显示该区域水温,精度为0.1 ℃。

  当传感器单体检测时,S1、S2、S3处打开状态,调节加热开关使水温达到指定温度,使用万用表测量AB之间的电阻值,即对应该温度下汽车冷却液温度传感器测量头中NTC热敏电阻的电阻值。

  当传感器就车检测时,S1、S2处闭合状态,S3打开。调节加热开关使水温达到指定温度,使用万用表测量AB之间的电压值,即对应该温度下汽车冷却液温度传感器输入给发动机ECU的THW电压信号。另外,当水温高于拐点温度值时[4],由于传感器输出的电压信号随水温的升高变化微弱,难以测量,我们可闭合S3,此时THW电压信号变化幅度恢复,只需重新定义电压与温度的对应关系即可。

2 《汽车冷却液温度传感器》方案与案例

  方案总框架根据模式中的 “四步教学法”,将课程整体转化为一个需要团队完成的项目。学生在明确项目目标后,在教师的引导下,制定出如何使用现有教学资源去执行任务的计划,随后通过小组讨论、实践尝试,最终执行到位,完成任务。期间,教师起启示引导作用,并在最后对结果做最终评估与总结。

2.1 教师布置任务,学生获取任务信息。

  班级的学生建议以2人(最多不超4人)一组分组,每组分到一台如图1中的教学设备和一部万用表,纸、笔、尺若干。教师布置任务:要求每组学生测量水温分别在25 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、75 ℃时所持设备中汽车冷却液温度传感器的THW电压信号和NTC热敏电阻值,记录制成表格。绘制传感器NTC热敏电阻的温度-电阻特性曲线草图,计算B常数,并得出温度-电阻函数表达式。

2.2 学生理解任务,制定计划。

  学生通过小组分工与讨论,自主查阅教课书与教学设备使用手册[4],以结果为导向反推执行流程,在教师的引导下理清思路,制定出完成任务的计划,如表1。

2.3 学生按照计划,执行任务

  学生按照表1的计划分工合作,落实执行,一切过程以完成任务为导向,遇到问题,反馈修正,解决问题。整个过程充分发挥学生的自主能动性,以学生思考操作为主,教师引导解答为辅,符合目前德国职业教育中最盛行的行动导向教学理论[5]

  以一次典型课程为案例,每组2名学生分到的教学设备所搭载的汽车冷却液温度传感器是桑塔纳2000GLi的G62冷却液温度传感器[4]。在明确了此次课程的任务后,由教师引导下按照计划(表1)的执行结果为:

  第一、二、三阶段。2名学生均掌握了以下知识点:

  (1) G62冷却液温度传感器为NTC热敏电阻;

  (2) G62冷却液温度传感器的热敏电阻分布在其圆柱形头部顶端;

  (3) G62冷却液温度传感器有3根引脚,1号引脚(棕色)为THW端,接EUC信号输入点,3号引脚(蓝色)为搭铁,4号引脚(紫色)接汽车仪表盘水温表,此次实验不使用;

  (4) 教学设备中S1、S2、S3开关、电热管加温旋钮的功能;

  (5) 1号引脚接A点,3号引脚接B点;

  (6) 温度计探头尽量靠近传感器测量头,电热管位置在水槽底部,注水量至刚浸没传感器测量头为最佳。

  第四、五阶段。在选择S3闭合的前提下,2名学生测得并分析整体出的数据:

  (1) 在单体模式下,指定水温下测得的G62冷却液温度传感器热敏电阻值记录如表2。

  根据表2数据,绘制该传感器热敏电阻的温度-电阻特性曲线草图如图2所示。

  (2) 在就车模式下,指定水温下测得的传感器输出信号电压值记录如表3。

  第六阶段。2名学生掌握了对于NTC热敏电阻,其单体阻值和就车电压均随温度的上升而下降的原理,并根据图2趋势,快速检查原始数据,无误后,利用25 ℃(298 K)和75 ℃(348 K)时测得的电阻平均值,计算桑塔纳2000GLi的G62冷却液温度传感器的热敏电阻B常数为[4]

(1)

  已知NTC热敏电阻阻值与温度的通式为[4]

RT=AeB/T (2)

  将T=298K,RT=2175 Ω,B=3591代入式(2)得出:

  A=0.0127

  从而得出,桑塔纳2000GLi的G62冷却液温度传感器热敏电阻的温度-电阻表达式为:

RT=0.0127e3591/T (3)

  随后,2名学生各自将表1、表2、式(1)、式(3)结果写入课程报告,完成任务。

  第七阶段,1名学生代表小组,对整个任务的执行过程、所获结论、体会感悟做一个简短总结发言。此时,学生深刻理解了温度值如何由汽车冷却液温度传感器采集,如何通过函数精确转化为电阻值,进而转化为信号电压被汽车ECU接收的全过程。

  教师评估结果,做出总结。教师对学生在该课程上的整体评估,分为课程报告评估与课堂表现评估,比重为80%和20%。课程报告评估中,汽车冷却液温度传感器热敏电阻测量值参考对应G62传感器检测手册[4],判定学生的测量结果是否合理。THW输出信号电压测量值,教师可参考公式(4)快速检验评估。B和A值也可通过公式(1)、(2)检验评估。建议教师将公式编入MATLAB等数值计算软件,届时直接输入学生的测量参数即可评估结果。

(4)

  课堂表现评估主要关注学生的操作规范性,课堂积极性、团队合作性、总结发言以及发现解决问题的能力。分数由学生自评,小组成员互评和教师评估组成,分数比例可由教师衡量,做出一个综合评估。

  最后,教师对汽车冷却液温度传感器的各知识点,结合学生本课程中的操作经历再做一次总结归纳,使学生对该课程有一个深刻认识并将操作技能转化为应用能力。

3 结论

  整个课程基于行动导向理念,从始至终需要学生动手调试,布线,测量,绘制,计算和总结,大大增强了学生的动手实践能力,使得课程内容丰富而深刻。学生在做中学不但对过程印象深刻,而且正真理解了汽车冷却液温度传感器的原理,掌握解决实际问题的方法,提高应用研究能力,并触类旁通其他汽车传感器的原理及应用。

  另外,在课后,教师可对学有余力的学生进行拓展。建议学生将所推导出的公式(3)和表2中的原始数据均输入软件(如MATLAB)生成函数曲线图,对比后会发现,公式(3)曲线和表2中的各数值点并不完全重合。学生会因此思考温度-电阻函数表达式中的B是否为准确,进而去探究B值更精确的求值方法和实际工程中对B值的标定方式[6],这是对本课程更进一步的能力拓展,教师可有选择性实施,本文暂不予以展开。

  参考文献:

  [1]李成,樊尚春,钱政,等.传感器课程建设及其实验教学探索[J].实验科学与技术,2010(08):93~95.

  [2]张红.传感器课程教学现状分析与改革对策[J].中国现代教育装备,2010(23):112~114.

  [3]韩茂源.行动导向教学法的理论释义及实践解读[J].黑龙江高教研究,2011(06):148.

  [4]姜立标.汽车传感器及其应用[M].北京:电子工业出版社,2013,37~49.

  [5]姜大庆.基于行动导向的课程设计与实施研究[J].中国职业技术教育,2010(32): 53~56.

  [6]徐海英,董慧媛,刘英,等.NTC热敏电阻B常数[J].电子器件,2004(27): 448~500.

  本文来源于《电子产品世界》2018年第3期第45页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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