Проект по теме "Конструктор электрических схем"
материал по физике по теме

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №6 станицы Андрюки

муниципального образования Мостовский район

Проект по теме:

«Конструктор электрических схем»

Разработал Бажан Сергей Владимирович

учитель физики МБОУ СОШ №6 (высшая категория)

2012год

1.Актуальность.

Важное место в формировании практических умений и навыков у учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. Физический эксперимент на уроках физики формирует у учащихся накопленные ранее представления о физических явлениях и процессах, пополняет и расширяет кругозор учащихся. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике.

Но для проведения полноценного физического эксперимента, как демонстрационного, так и фронтального необходимо в достаточном количестве соответствующее оборудование. В настоящее время школьные лаборатории по физике очень слабо оснащены приборами по физике и учебно-наглядными пособиями для проведения демонстрационных и фронтальных лабораторных работ. Имеющееся оборудование не только пришло в негодность, оно также морально устарело и имеется в недостаточном количестве. Но даже при полной укомплектованности лаборатории физики требуемыми приборами реальный эксперимент требует очень много времени на подготовку и его проведение. При этом из-за значительных погрешностей измерений, временных ограничений урока реальный эксперимент часто не может служить источником знаний о физических законах, так как выявленные закономерности имеют лишь приближенный характер, зачастую правильно рассчитанная погрешность превышает сами измеряемые величины. Таким образом, провести полноценный лабораторный эксперимент по физике при имеющихся в школе ресурсах невозможно.

Формирование практических навыков учащихся по физике можно эффективно осуществлять, если в учебный процесс включить виртуальные версии школьного демонстрационного эксперимента. Виртуальная среда компьютера позволяет оперативно видоизменить постановку опыта, что обеспечивает значительную вариативность его результатов, а это существенно обогащает практику выполнения учащимися логических операций анализа и формулировки выводов результатов эксперимента.

Компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков. При его использовании можно вычленить главное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить закономерности, многократно провести испытание с изменяемыми параметрами, сохранить результаты и вернуться к своим исследованиям в удобное время. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов. Данный вид эксперимента реализуется с помощью компьютерной модели того или иного закона, явления, процесса и т.д. Работа с этими моделями открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.

В большинстве интерактивных моделей предусмотрены варианты изменений в широких пределах начальных параметров и условий опытов, варьирования их временного масштаба, а также моделирования ситуаций, недоступных в реальных экспериментах.

Для проведения компьютерного эксперимента на уроках физики в современной школе есть необходимая материальная база, которая позволяет широко использовать возможности по внедрению современных информационных технологий в образовательный процесс.

Применение электронных лабораторных работ способствует формированию информационной компетентности у учащихся, они учатся интерпретировать, систематизировать, критически оценивать и анализировать полученную информацию с позиции решаемой им задачи, делать аргументированные выводы, использовать полученную информацию при планировании и реализации своей деятельности в той или иной ситуации, структурировать имеющуюся информацию, представлять её в различных формах и на различных носителях, адекватных их запросам.

2. Цель проекта:

Сформировать у учащихся информационные компетентности через выполнение лабораторных работ в компьютерном классе с применением электронного конструктора.

3. Задачи проекта: 

Научить учащихся самостоятельно добывать необходимые знания о физических явлениях и процессах в ходе работы с электронным конструктором «Начала ЭЛЕКТРОНИКИ».

Научить учащихся проводить самостоятельно виртуальный физический эксперимент при выполнении электронной лабораторной работы.

Повысить уровень обученности учащихся по физике.

4. Планируемые образовательные результаты:

Применения информационных технологий в процессе обучения позволяет выделить две группы планируемых образовательных результатов:

Относительно учащихся:

Учащимся предоставляется возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями, в ходе которой они могут самостоятельно ставить эксперименты, быстро проверять свои гипотезы, устанавливать закономерности физических явлений и процессов.

Задается индивидуальный темп обучения для каждого ученика, появляется возможность повторения эксперимента в неурочное время, установив программу “ Начала ЭЛЕКТРОНИКИ ” на домашнем компьютере.

Появляется реальная возможность выполнения компьютерной лабораторной работы, которую невозможно выполнить в условиях школьной лаборатории.

Ученики приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера в качестве обучающего средства.

Учащиеся получают навыки работы с электронными ресурсами.

Относительно учителя: 

У учителя высвобождается время для индивидуальной работы с учащимися (особенно с отстающими).

Появляется возможность проведения быстрой индивидуальной диагностики результатов процесса обучения.

5. Описание проекта.

Обучающие программы — вещь весьма полезная и для школьников, и для преподавателей. Многие из них распространяются бесплатно. Одной из таких программ  является электронный конструктор «Начала Электроники».

Программа предназначена в помощь учащимся (и преподавателям) средних, а также средних специальных учебных заведений для изучения разделов курса физики “Электричество”. Она естественным образом дополняет классическую схему обучения, состоящую из усвоения теоретического материала и выработки практических навыков экспериментирования в физической лаборатории.

Программа представляет собой электронный конструктор, позволяющий имитировать на экране монитора процессы сборки электрических схем, исследовать особенности их работы, проводить измерения электрических величин так, как это делается в реальном физическом эксперименте.

При запуске программы на экран монитора компьютера выводятся: монтажный стол с контактными площадками, на котором можно собирать и анализировать работу электрических схем (в центре экрана); панель деталей, содержащая набор электрических элементов (в правой части экрана); мусорная корзина, куда выбрасываются перегоревшие и ненужные детали (расположена в левом нижнем углу экрана); панель комментариев (в нижней части экрана); панель управления программой с кнопками для вызова вспомогательных инструментов.

Основной элемент интерфейса — это монтажный стол. Он представляет собой набор из 49 (7×7) контактных площадок, к которым «припаиваются» электрические детали для сборки различных электрических схем. Каждая деталь может располагаться лишь между двумя ближайшими контактными площадками — или вертикально, или горизонтально. К деталям, в точки их соединения с контактными площадками, можно подключать щупы измерительных приборов. Выбор деталей из набора конструктора и «пайка» их на рабочем столе производится с помощью манипулятора «мышь». Это осуществляется стандартным для Windows-приложений способом: необходимо поместить указатель мыши на нужную деталь (указатель принимает вид пинцета), затем нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, переместить деталь в нужное место монтажного стола. После освобождения левой кнопки мыши деталь будет установлена в указанном месте. Ненужные и испорченные детали можно удалить со стола в мусорную корзину тем же способом.

Можно удалять детали со стола и другим методом. Необходимо щелкнуть на детали правой кнопкой мыши — появится окно с надписью «Выбросить деталь». После подтверждения (щелчка на кнопке) деталь будет удалена в корзину.

Детали, выброшенные за пределы монтажного стола, но не в корзину, накапливаются в нижней части монтажного стола.

Справа от монтажной платы расположена панель с деталями. В конструкторе реализован следующий набор деталей:

резистор (характеризуется номиналом в омах и мощностью в ваттах, "сгорает" при ее превышении);

предохранитель (характеризуется максимальным рабочим током, "сгорает" при его превышении);

конденсатор (характеризуется номиналом в фарадах и рабочим напряжением, выходит из строя при его превышении);

катушка (характеризуется номиналом в генри);

монтажный провод (имеет очень малое сопротивление);

выключатель (характеризуется двумя состояниями - "замкнуто" и "разомкнуто");

элемент питания (характеризуется полярностью, ЭДС в вольтах и внутренним сопротивлением в омах);

генератор синусоидального напряжения (характеризуется амплитудой и частотой переменного напряжения);

лампочка (характеризуется сопротивлением, рабочим током или мощностью, "перегорает" при их превышении);

электронагреватель (характеризуется сопротивлением, рабочим током или мощностью, "перегорает" при их превышении);

реальный проводник (характеризуется удельным сопротивлением, длиной и площадью сечения);

черный ящик (это либо резистор, либо конденсатор, либо индуктивность, либо батарейка);

реостат (характеризуется максимальным значением сопротивления, шаг изменения - 5%);

переменный конденсатор (характеризуется максимальным значением ёмкости, шаг изменения - 5%).

В процессе своих исследований учащийся может пользоваться современными измерительными приборами в число которых входят цифровой мультиметр и двухканальный осциллограф. Учащийся может записывать собранные схемы на жёсткий диск компьютера или флеш-память и в последующем читать их оттуда.

С помощью конструктора можно:

изучать зависимость сопротивления проводников от удельного сопротивления материала, длины и поперечного сечения;

изучать законы постоянного тока — закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной цепи;

изучать законы последовательного и параллельного соединения проводников, конденсаторов и катушек;

изучать принципы использования предохранителей в электронных схемах;

изучать законы выделения тепловой энергии в электронагревательных и осветительных приборах, принципы согласования источников тока с нагрузкой;

ознакомиться с принципами проведения измерений тока и напряжения в электронных схемах с помощью современных измерительных приборов (мультиметр, двухканальный осциллограф); наблюдать вид переменного тока на отдельных деталях, сдвиг фаз между током и напряжением в цепях переменного тока;

изучать проявление емкостного и индуктивного сопротивлений в цепях переменного тока, их зависимость от частоты генератора переменного тока и номиналов деталей;

изучать выделение мощности в цепях переменного тока;

исследовать явление резонанса в цепях с последовательным и параллельным колебательным контуром;

определять параметры неизвестной детали;

исследовать принципы построения электрических фильтров для цепей переменного тока.

Программу можно использовать как при проведении лабораторных работ по теме «Электричество», так и для решения других задач в самостоятельной творческой работе учащихся.

Одной из главных особенностей комплекса является максимально возможная имитация реального физического процесса. Для этой цели предусмотрено, например, следующее:

изображения деталей конструктора и измерительных приборов приводятся не схематически, а в таком виде, как “на самом деле”;

при превышении номинальной мощности электрического тока, протекающего через сопротивление, последнее “сгорает” и приобретает вид почерневшей детали;

лампочка и электронагревательный прибор при номинальной мощности начинают светиться и “перегорают”, если мощность, рассеиваемая на них, превышает рабочее значение;

при превышении рабочего напряжения на конденсаторе, последний также “выходит из строя”;

при превышении номинального рабочего тока через предохранитель, он “перегорает”;

большинство операций и их результаты сопровождаются звуковыми эффектами.

Это делается для того, чтобы учащийся наглядно видел последствия своих ошибок, учился разбираться в причинах того или иного неудачного эксперимента и вырабатывал необходимые навыки предварительного анализа схемы.

6. Заключение

Достижение высокой эффективности учебного процесса – нелегкая задача для каждого учителя. Успешное решение этой задачи определяет уровень его мастерства. Не всегда достаточно заинтересовать учащихся содержанием предмета, но также необходимо создать такие условия, которые служат для полноценного усвоения ребенком школьной программы.

Для учителей естественно-научного цикла эта задача усложняется тем, что нужно добиваться глубокого понимания учащимися законов и процессов, изучаемых в рамках школьного курса. В этом случае использование технических средств, таких, как компьютер, DVD – плеер, телевизор, мультимедийный проектор, может быть очень эффективным.

Развитие новых информационных технологий и приход их в школу существенно расширило возможности учителя в преподавании предмета, позволяет проникать в глубь рассматриваемых явлений.

Так как 21 век называют веком информационной цивилизации, то любой учитель, в том числе и учитель физики, должен формировать информационно-коммуникативную компетенцию, а значит, надо учить ребят умению получать информацию из различных источников, и из электронных тоже.

Физика – наука экспериментальная. Трудно этот предмет представить без лабораторных работ, экспериментов, опытов. Не всегда оснащение школьного физического кабинета позволяет проводить лабораторные работы, требующие более сложного оборудования. Использование компьютера на уроках позволяет решить проблему, связанную с нехваткой оборудования. Сейчас существует множество электронных изданий, таких, как «Лабораторный практикум по физике», «Виртуальная физика» и т. д. При использовании дисков ученик наблюдает, как изменяется само явление, анализирует увиденное, делает соответствующие выводы. Также выпущены различные мультимедийные приложения, с помощью которых можно показывать различные модели, анимации, видеоролики во время урока («Открытая физика», «Энциклопедия Кирилла и Мефодия», «Уроки физики Кирилла и Мефодия», «Библиотека наглядных пособий. Физика 7-11 кл.» и т. п.).

Уроки с применением информационно – коммуникационных технологий нравятся школьникам, но и здесь есть подводные камни. Материал должен быть строго дозированным, нельзя переусердствовать, а то очень скоро обучающимся это может стать скучным и интерес к предмету снова начнет падать.

Каждый учитель мечтает о том, чтобы все дети работали активно на уроке.

В результате использования информационных технологий повышается интерес к физике, растет качество образования, активизируется познавательная деятельность, формируется научное мышление, осуществляется индивидуальный дифференцированный подход, творческое развитие личности, учащиеся глубже овладевают информационными технологиями.

7. Список литературы:

1. Калмыкова Е.В.  Возможности  школьного кабинета физики  в организации научно- исследовательской деятельности учащихся.- Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2007. – 3с.

2. Кирик Л.А.  Физика. Методические материалы 8 класс, М, «Илекса», 2004г.

3. Коровин, Ю.И.  Программное обеспечение  для уроков  физики и астрономии. – М.: Дрофа, 2008г.

4. Крутова И.А.Организация познавательной деятельности учащихся по овладению эмприрческими методами познания физических явлений: монография / И.А. Крутова, – Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2006. – 9с.

5. Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Знакомство с полупроводниками. – М 2006.-40 с. –

6. Смирнов А.В., Степанов С.В. Оборудование школьного физического кабинета. – М.изд-во «Школа Будущего», 2008. – 9-54 с.

7. Степанова М.В. Учебно-исследовательская деятельность школьников в профильном обучении: Учебно-методическое пособие для учителей/Под ред. А.П. Тряпицыной.- СПб: КАРО, 2005 – 96 с.

8. Стронг Д. Техника физического эксперимента. Ленинград. – 1998 г.

9. Шилов В.Ф. Техника безопасности в кабинете физики. – М.: Просвещение, 2007г.

10. Касаткин А.С. “Основы электротехники” учебное пособие для технических училищ М. “Высшая школа” 1982г.

11. Борисов В.Г. “Юный радиолюбитель” М. “Радио исвязь” 1986г.

12. Синдеев Ю.Г. “Электротехника” учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей”, Ростов н/Д “Феникс”, 2000г.

13. Бессонов Л.А. “ Теоретические основы электротехники. Электрические цепи”, 1996г.