汽車電器與電子技術課程實踐教學設計*

張景海 張萌 陶敏 趙曉旭

1 吉林大學 長春 130015 2 北京城建勘測設計研究院有限責任公司 北京 100101 3 吉林省農安縣前崗中學 長春 130208

0 引言

目前全球能源環境壓力日益增大，能源和環保問題被推向了新的熱點高度，新能源汽車產業的蓬勃發展已經成為趨勢。目前，中國新能源汽車產業已經形成初步的市場規模，按照當今新能源汽車產業的發展速率來看，新能源汽車的發展所節省的石油占石油總需求量的22.7%。在新能源快速發展之前，解決石油需求量大的問題主要依靠研發科技領先的柴油車、插電混動汽車等實現。到2030 年，新能源汽車的發展將節省近16 406 萬噸石油，所節省的石油占石油總需求量的41%。新能源汽車技術在汽車領域發揮節能環保關鍵作用。根據目前中國的能源發展情況和全球汽車領域的發展趨勢，中國傳統燃油車占乘用車的保有量50%左右，新能源汽車在能源結構和動力來源上與傳統燃油車相比較，能量來源選擇更加豐富，其中太陽能汽車、氫燃料汽車、純電動汽車、混合動力電動汽車與其他新能源汽車等成為新能源汽車領域的發展趨勢。這直接導致新能源汽車動力控制、驅動技術以及結構性差異于普通汽車。電控系統是電動汽車的大腦，因此，汽車電控技術成為新能源汽車研發的關鍵。為了能讓學生更清楚明了、扎實深刻地理解汽車上的電器零件和整體的電器系統，特設計了此實驗實踐教學環節。

1 課程特點和教學目標

汽車電器與電子技術是車輛工程以及汽車服務工程專業人才培養方案中的專業核心課程，本次課程設計的實驗主要幫助學生實際了解汽車電器零部件、充電系統、點火系統、發動機、全車電路與故障診斷設備等方面。汽車電子技術作為汽車創新領域發展的三大方向之一，在現代汽車中的地位越來越高。

因此，實踐教學在汽車專業教育領域中占據不可或缺的地位。理論是實踐的基礎，實踐證明理論，為改善實踐教學方面過于薄弱的現狀，需要專門構思與設想如何將實踐教學發揮出獨有的特色和作用。在實驗教學全流程中，各個關鍵點上還存在一些問題。例如，教學實驗場地缺乏，可使用率低，導致實驗教學的硬件環境很難滿足教學需求；課程安排的結構存在問題、實踐教學的管理方法不夠準確、教學質量考核體系不均衡，這些原因都會導致實踐教學的效果大打折扣；實踐教學的考核辦法沒有嚴格規范的標準，對實踐教學的重視程度較落后于理論教學，尤其是在態度方面不重視實踐教學，過于重視理論教學而輕視應用操作技能的提高；在學校課程周期安排中，實踐教學課程占比低，實踐教學課時不能達到讓學生完全掌握的要求。在這些因素的影響下，在汽車電子電器類的教學體系中，教學方式存在忽略實踐教學的情況，導致在書本中學到的知識很難熟練應用在實際中。

通過實踐教學，鍛煉學生設計汽車電子電氣的動手能力，結合理論教學，理論落實于實踐，為將來學生就業夯實基礎。實驗內容的重點在于幫助學生建立對汽車內部電子結構的整體概念與輪廓，完善課程知識結構體系、優化內容重難點、培養學生自主學習的能力，有助于學生深入理解汽車電器系統及其工作的理論依據，引導學生將課堂所學理論應用于實踐，激發學生對車輛工程專業的學習興趣。在課程內容設置上，充分考慮學生綜合能力的培養，打破以理論說教的傳統教學模式以及學生的固化學習思維，轉變為以學生為中心的教學定位；在內容的安排上打破按部就班的順序開設，進行模塊化處理。

評定實踐教學的標準主要有以下幾個方面：

1）實踐課程安排是否符合實際情況和學生掌握情況。

2）是否符合定制式的教學理念，有針對性地培訓學生。

3）實驗教師是否可以安排特色、全面的課程設計。

3：7灰土拌合→分層鋪攤→碾壓夯實→水泥穩定碎石基層混合料運輸→混合料攤鋪與整形→混合料碾壓→接縫處理及養生→瀝青混凝土混合料運輸→混合料攤鋪整形→混合料初壓復壓終壓→聚氨酯膠水涂底→黑色橡膠顆粒攪拌→攤鋪黑色橡膠顆粒→碾壓成型→測量放線劃分區域→攪拌EPDM彩色顆粒→EPDM顆粒攤鋪→碾壓成型。

教學管理人員不間斷地改變教學方法和政策，爭取以最適合學生的體系培養學生，構造出合適且合理的實驗實踐教學設計。

2 實驗設計方案

實驗設計由淺入深，對應理論，注重解決實際應用問題。從最初的汽車電器零部件初步認識到最后的全車電路與故障診斷設備實驗，各個實驗之間步步銜接，使學生能夠由淺入深、由表及里、層層遞進地進行汽車電器與電子技術課程的學習。

第一個實驗：汽車電器零部件初步認識

該實驗旨在讓學生了解常見汽車電器零部件的結構以及掌握主要汽車電器零部件的工作原理。汽車的電器系統由許許多多的電器零部件組合而成，在數量眾多的汽車零部件中，每一個零件都有自己的作用，都在為電器系統服務，所以，認識電器零部件是重要且必要的。此實驗需要的器材有蓄電池、交流發電機、分電器、點火線圈、火花塞、起動機和電壓調節器的整機及散件以及一些常見的輔助電器。首先要按照電源系統、點火系統、啟動系統、輔助電器對零部件進行分類；其次對汽車電器零部件的不同形式進行對比，仔細觀察零部件的內部結構（只限于刨開的零部件）。

第二個實驗：充電系統的實驗

該實驗旨在讓學生了解汽車供電系統的組成，了解蓄電池、交流發電機、電壓調節器的工作原理及工作過程，進而掌握汽車供電系統中各關聯組件的工作關系。實驗過程中所需要的設備包括TQD-2型汽車拖拉機電器萬能試驗臺、蓄電池、JF1324交流發電機、硅整流電壓調節器、比重計、充電機、萬用表、示波器、電流表、電壓表、滑動電阻、開關以及導線。學生了解汽車拖拉機電器萬能試驗臺后，使用比重計對蓄電池進行檢測；學習蓄電池的充電方法，并畫出蓄電池的充電電路連線圖；按照要求連接好蓄電池、交流發電機、調節器實驗電路（注：充電機最大直流電壓48 V；最大直流電流15 A；蓄電池容量100 Ah×2）。檢查連線正確后，開始實驗。

1）研究分析發電機工作情況，記錄發電機開始工作時的轉速。

2）研究交流發電機空轉情況，畫出特性曲線。

3）觀察發電機、蓄電池向負載供電情況。

4）調節器電壓調節特性實驗，觀察調節電壓。

實驗結束后，針對蓄電池充電方法的種類以及各種充電方法的利弊進行分析總結，發電機、蓄電池、負載三者之間有什么關系，對電壓調節器的工作原理分析與研究，增加學生對汽車供電系統的組成的了解。讓蓄電池、交流發電機、電壓調節器的工作原理及工作過程聚集成一個流程，形成一個知識的閉環，進而達到此實驗的最終目的，學習汽車供電系統各組成部件的工作關系。

第三個實驗：點火系統與起動機的實驗

該實驗旨在了解汽車點火系統的組成，進而掌握汽車點火系統的工作過程及分電器的性能測試方法，以及掌握起動機的工作性能及性能測試方法。實驗過程中所需要的實驗設備有TQD-2 型汽車拖拉機電器萬能試驗臺、分電器、點火線圈、起動機、萬用表和轉速表。學生將分電器、點火線圈、蓄電池等連接好實驗電路，畫出電路圖、檢查連線正確后開始實驗項目：外觀檢查、觸點間隙、發火能力、火花波動性、離心提前和真空提前。隨后將發火能力、火花均勻性、離心提前、真空提前的實驗結果記錄下來，填入表1 中，通過與標準值對比分析分電器的性能。

表1 分電器性能測試表

接下來按起動機實驗電路圖連線，畫出電路圖、檢查連線正確后，開始以下實驗項目：空載電流、轉速測試、全制動性能檢測。最后將測試結果填入實驗記錄表2，得出結論。

表2 起動機性能測試表

實驗結束后，學生還需考慮汽車點火系統的組成部分、如何根據分電器的點火提前性能測試結果分析分電器性能、起動機全制動時間為什么不宜過長等問題，只有明白這些實驗的關鍵過程的原理，將上述問題弄明白，才能掌握汽車點火系統的工作過程及分電器的性能測試方法，掌握起動機的工作性能及其性能測試的方法。

第四個實驗：全車電路與故障診斷設備實驗

該實驗旨在讓學生了解全車電路的組成及布置情況，掌握點火正時分析儀、解碼器的操作。想要了解全車電路組成則需要將上述三個實驗融會貫通，此實驗既是對上述實驗的學習，又是對上述實驗的查漏補缺，設計上以此實驗作為最后實踐教學的收尾，達到溫故而知新的效果。實驗設備需要用到高級轎車、普通轎車各一輛，點火正時分析儀以及解碼器。重點掌握傳感器、控制機構，例如制動燈、倒車燈操縱機構；運用點火正時分析儀測量該車點火提前角，研究點火提前角與哪些因素有關，掌握調整點火提前角的方法；想要掌握解碼器的操作方法則需要使用該儀器對高級轎車的技術狀況進行診斷，排除故障；了解高級轎車主要傳感器的位置、功能及工作原理，例如節氣門開度傳感器、水溫傳感器、曲軸轉速傳感器及氧傳感器。

做完這一切后，學生還要繼續對點火正時分析儀的功用和解碼器使用過程中的注意事項進行更深層次的剖析和思考，將之前所學的內容進一步集零為整，在腦海里組成完整的汽車電器體系，才算是完成最終的教學目標和設計構想。

3 結束語

汽車電器與電子技術作為一門專業人才培養方案中的專業核心課程，親身實驗實踐對于幫助每一位學生理解和學習這門課程有著至關重要的作用。該課程的實驗架構本著由淺入深、由簡至難、步步銜接、環環相扣的理念，帶領學生精確又詳細地認識汽車各種電子系統的運作機理和運轉方式。實驗設計以下述三條原則作為開篇立項的基本原則。

1）針對性原則。針對性創新是學校發展的助力，理論教育為教育核心之位，培養實踐能力、技術應用能力為主導之位，創新能力培養為關鍵之位。

2）應用性原則。根據當今市場環境要求，在應用場景培養相應人才，使理論知識充分在企業等場景發揮應有的價值。教學體系中，實踐教學與理論教學要做好組織架構。

3）綜合性原則。綜合特性體現在師資力量的綜合能力、理論教學和實踐教學的組合方式、教室與實驗室的搭配教學等方面。針對傳統教學與實踐教學重新分配資源，以求充分體現實踐教學的作用。

這樣設計出來的實驗實踐教學能夠很好地幫助學生加深對這門課程的認知。學生通過親身實驗實踐，能夠更清晰地體會和理解理論知識，理解各個電器系統的理論依據，在實踐教學中更加深刻地領悟電子電器系統在汽車上的位置和作用。同時，這樣的實驗實踐教學能夠為課堂帶來豐富的基于項目的學習體驗，提升教學和研究層次，培養學生的創新能力。