CC BY
445ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИКТ В ОБРАЗОВАНИИ
В.А. Величков
УГЛУБЛЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
В СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
НА БАЗЕ ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИКТ
Специалистам любого профиля необходимо овладевать базовыми знаниями и умениями в области электронной и вычислительной техники как неотъемлемой частью общей технической культуры человека. Элементарные сведения по вопросам радиоэлектроники излагаются в курсе физики средней школы. Углубление и расширение знаний возможно в старшей школе в рамках курсов по выбору. В статье предлагается программа элективного курса "Основы радиоэлектроники" для школ с углубленным изучением физики. Применение информационных компьютерных технологий (ИКТ) и программных продуктов позволяют поднять процесс обучения на качественно новый уровень. В статье приведены фрагменты выполнения лабораторных работ на базе программы для моделирования схемотехническихустройств "Electronics Workbench".
Сегодня можно с уверенностью сказать, что человеку любой специальности просто необходимо овладевать знаниями в области электроники и вычислительной техники как неотъемлемой части общей его технической культуры, технической грамотности и компетентности.
Наиболее эффективным путем к овладению знаниями и умениями в области электронных устройств было и остается радиолюбительство или творческая самодеятельность. Радиолюбительство политехнично по своей сути. Оно закрепляет и расширяет знания основ многих наук, приобщает к современной технике, развивает творческие способности, воспитывает любознательность, изобретательность, настойчивость в преодолении трудностей - качества, необходимые будущим новаторам производства, конструкторам [1].
Именно в школе на уроках физики и во внеклассной работе по предмету должны быть созданы благоприятные условия для более глубокого изучения основ электроники, что позволит юным радиолюбителям разбираться в принципах работы сложной бытовой техники, ее грамотно обслуживать и эксплуатировать, производить несложный ремонт.
Интерес учащихся к радиотехническому творчеству может поддерживаться в рамках проведения курсов по выбору в основной школе и элективных курсов в старшей профильной школе.
Нами была поставлена задача разработки элективного курса "Основы электроники" для школ и лицеев с углубленным изучением физики. На основе элективного курса этой тематики учащиеся могут овладеть «радиолюбительским минимумом» знаний и практических умений. Первые шаги в этом направлении - это ознакомление с основами элек-
© В.А, Величков, 2005
тротехники и радиотехники, т.к. путь в профессию начинается с изучения принципа работы полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем. Практическое изготовление простейших конструкций с «электронной начинкой» является второй частью обучения.
Изучению вопросов технического (прикладного) использования законов физики уделяется в учебниках по современным меркам недостаточно внимания. Вопросы радиоэлектроники в этом ряду не являются исключением. В разных учебниках по физике этот материал представлен с разной степенью подробности и глубины изложения. Так, например, в учебном пособии по физике для 10 класса с углубленным изучением предмета (под. ред. А. А. Пинского, авторы: О.Ф. Кабардин, В.А.Орлов, Э.Е. Эвенчик ) [2] в разделе «Электродинамика» мы находим сведения о принципах звукозаписи. При изучении темы ''Электрический ток в вакууме'' приводится информация о работе электровакуумных приборов: радиолампах и электронно-лучевой осциллографической трубке. Принцип работы полупроводникового диода и транзистора поясняется при изучении вопроса об электрическом токе в полупроводниках. Вопросам микроэлектроники и разработкам перспективных многофункциональных миниатюрных устройств посвящен краткий обзор на одной странице в теме «Электрический ток в полупроводниках». В учебном пособии по физике для 11 класса (этих же авторов) в главе второй представлен материал об открытии электромагнитных волн и их свойствах (отражении, преломлении, интерференции, дифракции и поляризации), рассматривается схема и принцип работы радио
А.С.Попова. Представлена информация о модуляции и демодуляции радиосигналов, рассмотрен принцип работы детекторного приемника, усилителя низкой частоты, имеется информация о телевизионном вещании и радиолокации.
Однако можно ли с уверенностью сказать, что учащиеся, ознакомившись с содержанием материала по электродинамике, будут иметь достаточное представление об основных принципах работы современной электронной техники. Электроника не стоит на месте. Появилось огромное количество новых бытовых приборов, работающих на новых принципах.
Учитывая современный уровень развития электронной техники и информационных компьютерных технологий, их влияние на сферы жизни человечества, естественно возникает вопрос о необходимости и достаточности информации и практических умений по основам электроники в средней и старшей школе. Какой объем знаний и умений может быть определен для средней общеобразовательной школы как ''радиоэлектронный ''минимум? Чему учить?
Обычно в обиходе чаще приходится слышать словосочетание «радиоэлектроника и радиотехника». Это синтез областей науки и техники радио, радиотехники, электроники, современных технологий.
Радио (от лат. rаdio - испускаю лучи). Радиотехника - область науки, исследующая генерацию, излучение и прием электромагнитных колебаний и волн радиочастотного диапазона, а также область техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и применением устройств и систем, генерирующих, излучающих и принимающих электромагнитные колебания и волны радиочастотного диапазона.
Электроника - область научного знания, изучающая физические основы радиотехники. В процессе развития электроники произошла ее специализация по диапазону используемых волн и другим свойствам. Так появились новые области науки и техники: радиоэлектроника, оптоэлектроника, акустоэлектроника, а также пьезоэлектроника, магнитоэлектроника, квантовая электроника, криоэлектроника, хемоэлектроника, молекулярная электроника, биоэлектроника и др.
Чтобы достигнуть высот понимания принципов работы современного электронного оборудования и овладеть совершенными практическими умениями, надо, как говорят специалисты-инженеры, «родиться с паяльником в руках». Интерес к профессии радиотехника (инженера-электроника-схемотехника) имеет в своей основе природные задатки, детскую любознательность и мотивацию к практическому творчеству. Электроника в этом смысле сравнима с процессом написания музыкальных произведений, сочинением стихов, созданием скульптур.
Расширение и углубление знаний по электронике осуществляется большинством учащихся, как правило, на уровне самообразования. Ребята, интересующиеся этим предметом, ищут нужную им информацию в журналах, научно-популярных книжках. На современном этапе развития информационной культуры общества неоценимую помощь оказывают Шетй-ресурсы.
Учитель обязан придать процессам самообразования школьников черты планомерности. Важно сориентировать детей на целенаправленное изучение вопросов теории и истории этой области научного знания. В этой связи можно предложить таким учащимся в качестве дополнительных учебных заданий к уроку подготовку рефератов о великих ученых, их открытиях и изобретениях в области электротехники и электроники.
Сайты образовательной сети Шете! содержат много полезной информации. У истоков радиотехники лежат великие научные открытия Х1Х столетия, на которые непременно следует обратить внимание учащихся. Тематика рефератов может быть очень разнообразной.
Они могут быть посвящены вопросам истории физических открытий, определивших становление радиолектроники и радиотехники. Так, работы М. Фарадея (Великобритания) пролили свет на закономерности взаимодействия электрического и магнитного полей. Джеймс Максвелл (Великобритания) обобщил элементарные законы электромагнетизма и создал систему уравнений, описывающих электромагнитное поле. Он же теоретически предсказал новый вид электромагнитных явлений — электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве со скоростью света. Немецкий ученый Г. Герц в 1886-1888 гг. экспериментально доказал существование электромагнитных волн. А. С. Попов в 1895 г. изобрел, сконструировал и успешно испытал первый в мире радиоприемник. На год позже радиосвязь осуществил итальянец Г. Маркони [3].
Развитие радиотехники непосредственно связано с развитием ее элементной базы. Простейший электронный прибор - вакуумный диод - изобрел в 1883 г. американский ученый Т. А. Эдисон, вмонтировавший второй электрод в баллон электрической лампы накаливания и заметивший, что такой диод пропускает ток только в одном направлении. Электронную природу явлений в диоде доказал английский ученый Дж. Томсон. Диод в
качестве детектора радиоприемника первым применил в 1904 г. англичанин Дж. Флеминг. Управляемый электронный прибор - триод - в 1906 г. изобрел американец Луи де Форест.
Не менее интересной темой для рефератов является анализ исторических этапов развития радиоэлектроники. Можно выделить четыре таких этапа.
В начальном периоде развития радиотехники (1895 - 1920 гг.) осуществлялась только телеграфная связь на длинных волнах. В радиопередающих устройствах применялись искровые, электромашинные и электродуговые генераторы. Радиосигналы принимались малочувствительными детекторными приемниками.
Второй период развития радиотехники - ламповый (1920 - 1955 гг.). В радиотехнических устройствах широко использовали электровакуумные лампы, на основе которых были созданы высокочастотные генераторы и усилители, высокочувствительные радиоприемники, осваивались коротковолновый и более высокочастотные диапазоны электромагнитных волн.
Третий период - полупроводниковый (с 1955 г.). Развитие радиотехники характеризуется тремя процессами: электронные лампы заменяют полупроводниковыми приборами, создаются приборы, использующие ранее не известные физические явления, уменьшаются габариты радиоаппаратуры путем микроминиатюризации ее элементной базы.
Первый полупроводниковый триод - транзистор - создали Д. Бардин, У. Шокли и
В. Браттейн в 1948 г. в США. В конце 60-х годов были разработаны первые интегральные схемы (ИС).
На современном этапе (с начала 80-х) электроника четко разделилась на электронику больших мощностей и микроэлектронику. Микросхемы способны выполнить определенную функцию по преобразованию и переработке сигналов и имеющих высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов.
Радиоэлектроника сегодня - это телевидение и телемеханика, радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, звуко- и видеозапись и др. Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), устанавливаемая на искусственных спутниках Земли, автоматических межпланетных станциях и космических кораблях, позволяет изучать земной магнетизм, космические излучения, исследовать планеты Солнечной системы. Радиоэлектронные приборы применяются для лечения тяжелых заболеваний и наблюдения за работой органов человека, для плавки и обработки высококачественных сортов стали, в приборах - и машиностроении, автоматике и вычислительной технике, геологии и метеорологии [4].
Электронику условно можно классифицировать по трем направлениям, это:
• физическая электроника изучает электронные и ионные процессы в вакууме, газах и полупроводниках, на поверхности раздела между вакуумом или газом и твердыми или жидкими телами;
• техническая электроника изучает устройство электронных приборов и их применение в технике:
• промышленная электроника занимается изготовлением и применением электронных приборов в промышленности и быту [5].
Как видно из краткого обзора, тематика рефератов может быть весьма обширной. В завершение работы над темой учащиеся вполне смогут подготовить красочные презентации, используя возможности современной компьютерной техники
Более глубокий и практический интерес учащихся к изучению основ радиоэлектроники должен поддерживаться в рамках элективных курсов. Ниже приведена разработанная нами программа элективного курса по основам радиоэлектроники.
Программа элективного курса ''Основы радиоэлектроники''
Х КЛАСС
(2 ч в неделю во втором полугодии, всего 34 ч)
1. Организация рабочего места и правила безопасности труда (1 ч)
Оборудование рабочего места радиомонтажника. Правила пожарной и электробезопасности при выполнении радиотехнических работ.
2. Радиотехнические материалы и радиодетали (3 ч)
Монтажные провода. Кабели. Пайка. Припои. Резисторы: виды, условные обозначения, типы соединений, маркировка. Конденсаторы: виды, условные обозначения, типы соединений, маркировка.
Практические работы
• Подготовка к соединению и пайка монтажных проводов и кабелей.
• Определение типа резистора и его рабочих параметров по маркировке.
• Определение типа конденсатора и его рабочих параметров по маркировке.
• Навыки пайки простейших схем.
3. Электрические измерения (4 ч)
Принцип действия и устройство электроизмерительных приборов различных систем. Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкалах приборов.
Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра. Измерение сопротивления проводников омметром. Авометр. Снятие показаний приборов и обработка результатов измерений.
Практические работы
• Изучение работы электроизмерительных приборов различных систем.
• Определение основных характеристик электроизмерительных приборов по условным обозначениям на шкалах.
• Изучение школьного авометра.
• Расчет и изготовление шунта. Градуировка амперметра с шунтом и измерение силы тока.
• Расчет добавочных сопротивлений. Градуировка вольтметра с добавочным резистором и измерение напряжения.
• Измерение сопротивления резисторов.
4. Электровакуумные и газоразрядные приборы (5 ч)
Газоразрядные приборы (неоновая лампа, тиратрон, ионные приборы): устройство, условные обозначения, назначение, маркировка.
Электровакуумные приборы (диод, триод, электроннолучевая трубка): устройство, условные обозначения, назначение, маркировка.
Практические работы
• Определение параметров электронно-вакуумных и газоразрядных приборов по их маркировке.
• Проверка исправности электронных ламп при помощи авометра или испытателя ламп.
• Снятие анодно-сеточных характеристик и определение статических параметров триода.
5. Полупроводниковые приборы (6 ч)
Полупроводниковый диод. Тиристоры. Транзистор: принцип действия и устройство, типы, назначение, условные обозначения, маркировка.
Схемы включения транзисторов. Физические характеристики и статические параметры транзисторов.
Фото- и терморезисторы. Фотодиод. Фотоэлектронные умножители. Конструкция, принцип работы, применение. Применение этих приборов в радиоэлектронике.
Особенности монтажа и эксплуатации полупроводниковых приборов.
Практические работы
• Определение физических характеристик полупроводниковых приборов по их маркировке.
• Проверка исправности полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов).
• Определение статических параметров транзистора в схеме с общим эмиттером (или с общей базой, или с общим коллектором).
6. Источники питания радиоаппаратуры (4 ч)
Гальванические элементы и аккумуляторы. Их основные характеристики.
Выпрямители переменного тока: одно- и двухполупериодные. Сглаживающие фильтры. Стабилизация напряжения и силы тока.
Практические работы
• Ознакомление с устройством и основными характеристиками аккумуляторов.
• Сборка одно- и двухполупериодного выпрямителей.
7. Усилители электрических сигналов (6 ч)
Классификация и назначение усилителей электрических сигналов. Динамический режим работы транзистора. Способы задания рабочего режима транзистора. Усилительное действие транзистора при различных способах включения его в электрическую цепь. Усилители напряжения и тока. Основные характеристики усилителей электрических сигналов (низкой и высокой частоты). Расчет усилительного каскада низкой частоты на транзисторах. Многокаскадные усилители. Усилители мощности.
Практические работы
• Измерение коэффициента усиления по напряжению транзисторного усилителя низкой частоты.
• Изучение частотной характеристики усилителя низкой частоты.
• Сборка усилителя мощности на транзисторах
• Изучение школьного радиоузла.
8. Электроакустические преобразователи (3 ч)
Устройство и работа микрофона, электромагнитного головного телефона (наушников), динамического громкоговорителя.
Практические работы:
• Измерение электроакустических параметров телефона и акустической системы (громкоговорителя).
9.Экскурсия в сервисный радиоцентр (2 ч)
ХІ КЛАСС
(1 ч в неделю, всего 34 ч)
І.Микромодули и интегральные микросхемы (4 ч)
Общие сведения. Пленочные, гибридные и полупроводниковые микросхемы. Маркировка. Понятие
о технологиях изготовления. Фотолитография.
Аналоговые микросхемы. Дифференциальный каскад. Комплементарные выходные каскады. Операционные усилители (ОУ). Работа операционных усилителей с обратной связью. Типовые схемы включения ОУ.
Разбор практических схем на примерах микросхем различных серий: К140, К142, К174 и др. Структурные схемы.
Практические работы:
• Сборка практических схем на основе ОУ (мультивибратор, фотореле и др.).
2. Механический способ записи звука (4 ч)
История звукозаписи. Фонограф. Устройство электрофона и принцип работы.
Практические работы:
• Ознакомление со структурной, принципиальной и монтажной схемами электрофона. Измерение электроакустических параметров.
• Работы по обслуживанию электрофона. Разборка и сборка конструкции .
3. Магнитный способ записи и воспроизведения звука (5 ч)
Ферромагнитные материалы. Конструкция магнитных лент. Устройство магнитных головок. Технические характеристики магнитофонов и принцип работы.
Практические работы:
• Ознакомление со структурной, принципиальной и монтажной схемами кассетного магнитофона. Измерение электроакустических параметров.
• Работы по обслуживанию магнитофона.
4. Основы радиовещания (4 ч)
Блок-схема радиовещательного тракта. Понятие о генерировании колебаний высокой частоты, модуляции. Генератор незатухающих синусоидальных колебаний с самовозбуждением. Режим работы генератора.
Излучение и распространение радиоволн различных диапазонов. Понятие о демодуляции (детектировании) радиосигналов с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией.
Практические работы:
• Изучение процесса модуляции и детектирования при помощи осциллографа.
5. Радиоприемные устройства (5 ч)
Принцип работы простейшего детекторного радиоприемника. Понятие об избирательности и чувствительности радиоприемника. Блок-схема приемника прямого усиления. Разбор практической схемы радиоприемника типа 1-У-1. Принципиальные схемы и назначение деталей приемника, предполагаемых к изготовлению (зависит от способностей и возможностей). Требования, предъявляемые к переносному транзисторному приемнику.
Практические ра6оты.
• Вычерчивание принципиальных схем простых приемников прямого усиления (транзисторных по схеме 0 - V - 2, 1 - V -2). Подбор, заготовка и проверка деталей. Составление монтажных схем. Монтаж, испытание и налаживание приемников. Изготовление футляров для приемников.
6. Основы телевидения (5 ч)
Устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Способы электростатической фокусировки и электромагнитного отклонения электронного луча в кинескопе (повторение).
Особенности зрения человека и обоснование используемых параметров и характеристик для системы телевизионного вещания. Развертка изображения. Упрощенные структурные схемы телецентра и телевизионного приемника. Понятие о колориметрии и методах передачи цветного изображения.
7. Элементы импульсных устройств (5 ч)
Параметры импульсного сигнала: амплитуда, длительность импульса, период, частота, скважность. Дифференцирующие и интегрирующие ЯС - цепи. Применение. Мультивибратор. Схема, принцип работы в режиме автоколебаний. Триггер. Симметричный и несимметричный. Режим работы. Применение. Блокинг-генератор. Схема. Принцип работы.
Принцип радиолокации. Структурная схема импульсной радиолокационной станции. Методы определения координат, направления и скорости лоцируемого объекта.
Практические работы:
• Сборка электронных схем на основе мультивибратора (метроном, сирена, переключатель гирлянд и др.).
• Исследование переходных процессов в гс- и 1с-цепях при помощи осциллографа.
• Сборка и исследование формирователя импульсного напряжения из синусоидального.
• Сборка и исследование блокинг-генератора.
8.Экскурсия на радиоцентр и/или телецентр (2 ч)
Основные требования к умениям учащихся при изучении элективных курсов по основам радиоэлектроники
Учащиеся должны уметь:
• вычерчивать и читать принципиальные схемы различных радиотехнических устройств (усилителей электрических сигналов, генераторов незатухающих синусоидальных колебаний, простейших радиоприемников, логических электрических схем, генераторов импульсов различных систем — мультивибратора, блокинг-генератора, триггера, релаксационного генератора), а также структурные схемы радиопередатчика, супергетеродинного приемника, телевизионного приемника, импульсной радиолокационной станции;
• определять при помощи справочников основные характеристики радиотехнических материалов и рабочие параметры радиодеталей, параметры электронных, ионных и полупроводниковых приборов по их маркировке, устанавливать по условным обозначениям на шкалах электроизмерительных приборов особенности их эксплуатации и параметры измерения;
• пользоваться радиотехническим оборудованием и инструментами, основными электроизмерительными приборами (амперметром, вольтметром, омметром, авометром) и радиоизмерительной аппаратурой (испытателем ламп и полупроводниковых приборов, электронным вольтметром, измерительными генераторами и электронным осциллографом);
• собирать и исследовать различные радиоэлектронные устройства;
• производить простейшие расчеты усилителей электрических сигналов, генераторов импульсов [6].
Элективный курс ''Основы радиоэлектроники'' для средней и старшей школы, несомненно, должен учитывать многообразие факторов учебного образовательного пространства. Программа должна отражать суть содержания теоретических и практических занятий, а также самостоятельной работы учащихся: основные знания (факты, понятия, представления, идеи, принципы), умения и навыки, методы и виды деятельности, опыт их освоения. Следует отметить, для каких профессий (областей деятельности) полезны формируемые умения и навыки. Содержание курса может быть реализовано в виде учебного пособия, рабочей тетради для учащегося, методического пособия для учителя, электронного / мультимедийного пособия, Интернет-ресурсов и др. Существенное влияние на структуру оказывает методика и формы проведения занятий. Необходимо учитывать индивидуальные возрастные особенностей учащихся и особенности их саморазвития. В связи с этим основные приоритеты методики изучения элективного курса могут быть:
• междисциплинарная интеграция, содействующая становлению целостного мировоззрения;
• обучение через опыт и сотрудничество;
• учёт индивидуальных особенностей и потребностей учащихся, различий в стилях познания — индивидуальных способах обработки информации об окружающем мире (аудиальный, визуальный, кинестетический);
• интерактивность (работа в малых группах, ролевые игры, имитационное моделирование, тренинги, метод проектов);
• личностно-деятельностный и субьект-субьектный подходы (большее внимание к личности учащегося)
Ведущее место в обучении следует отвести методам поискового и исследовательского характера, стимулирующим познавательную активность учащихся. Значительной должна быть доля самостоятельной работы с различными источниками учебной информации. Достижение общей образовательной цели опирается на взаимообучение, взаимопомощь, сотрудничество. Учитель становится «проводником» в мире знаний: экспер-
том и консультантом - при изучении теоретического материала, ведущим - в имитационной игре и тренинге, консультантом и помошником - при выполнении учебного проекта.
Программа элективного курса для обычных школ будет представлена несколькими блоками, которые характеризуются взаимоподчиненностью и в тоже время относительной самостоятельностью. Конечно, проблема времени на углубленное изучение материала элективных курсов стоит при этом весьма остро. Теоретические пояснения даются учителем физики в форме беседы и в том минимальном объеме, который, безусловно, необходим для осмысленной работы по постройке наиболее простых устройств и пользования измерительными приборами. Практические работы должны стать, безусловно, основой деятельности учащихся при освоении этих курсов. Ребята как можно скорее должны увидеть плоды своего труда. Примерами таких творческих работ могут быть: детекторные приемники, усилители низкой частоты, переключатели гирлянд, акустические автоматы, звонки, сирены, фотореле, таймеры, игровые приставки к телевизору или компьютеру и др. Необходимо запланировать проведение одной-двух экскурсий на радиоцентр и телецентр.
В старшей школе практическая работа должна учитывать интересы каждого школьника или небольшой группы из 2-3 человек. Необходимы индивидуальные и дифференцированные подходы к обучению. Одних будет интересовать конструирование приемно-усилительной аппаратуры, другие займутся созданием измерительных приборов, третьи - радиоэлектронными приборами и автоматами для практических целей (электронные секундомеры и метрономы, переключатели, реле времени). Вполне вероятно, что кто-то заинтересуется созданием радиоуправляемых моделей.
Для проведения практических занятий потребуется найти подходящие электронные схемы для творческих проектов учащихся. Многие журналы («Радио», «Юный техник», справочники радиолюбителей, брошюры серии «Массовая радиобиблиотека (МРБ)»), несомненно, окажут учителю большую помощь в выборе таких электронных схем.
Изучение программы ЭК в полном объеме предполагает дальнейший сознательный выбор профессии. Подробную информацию о радиотехнических специальностях, о профессиональных лицеях, радиотехнических колледжах и факультетах вузов можно найти в рекламных проспектах, сборниках и иной справочной информации, предоставляемой, например, на Пермской ярмарке. Так, в Пермским радиотехническом колледже можно получить профессии радиомеханика и техника (см. табл.).
При подготовке и проведении учебных занятий элективного курса должен использоваться качественно новый подход к изучению основ радиоэлектроники. Иные черты обретает и методика проведения лабораторного практикума. Новое в организации занятий связано с применением новейших достижений в области информационных компьютерных технологий обучения (ИКТ). Учитель с мелом в руке и даже с демонстрационным оборудованием оценивается значительно скромнее в своих возможностях в глазах школьников и студентов, чем учитель, использующий компьютерную технику и новейшие программные продукты. Разумное сочетание слова, демонстрационного и лабора-
торного эксперимента (в том числе автоматизированного), углубленное теоретическое изучение материала, отработка и закрепление навыков при выполнении модельных практических работ с использованием компьютера, в сочетании с инновационной методикой обучения - вот мощный локомотив учебного процесса.
Таблица
Отделение начального профессионального образования
Специальность /шифр, код/ Квалификация выпускника Форма обучения Срок обучения Базовое образование
Радиомеханик по обслуживанию и ремонту радиотелевизионной аппаратуры (видеотехника) 1.10 радиомеханик очная 1год 10 мес. 11 классов
Отделение среднего профессионального образования
Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники /2014 техник очная 1 год 10м. Начальное профессиональное
Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей /2204 техник очная 1 год 10м. Начальное профессиональное по профилю
Сети, связи и системы коммутации /2004 техник Очная заочная 2 года 6м. 3 года 6м. 11 классов
Многоканальные телекоммуникационные системы / 2005 техник Очная заочная 2 года 6м. 3 года 6м. 11 классов
Радиосвязь, радиовещание и телевидение /2006 техник Очная заочная 2 года 6м. 3 года 6м. 11 классов
ИКТ расширяют возможности изучения электрических физических явлений и основ электронной техники. Одна из программ, специально предназначенная для моделирования схемотехнических устройств, называется «Eltctronics Workbench (EWB)» -электронная лаборатория на IBM PC [7]. Чередуя занятия по проведению лабораторных работ на стендах типа 87Л-01 [8] с применением реальных схем и приборов по радиоэлектронике и занятия по изучению этих же схем в компьютерном классе, можно существенно повысить мотивацию, опредмечивание знаний, приобретение навыков, глубокое понимание электронных процессов, происходящих в современном оборудовании и сложной бытовой технике. Идет органичное сочетание реальности и виртуальности.
Электронная лаборатория EWB позволяет проводить большое количество лабораторных работ с небольшими временными затратами. Нами разработаны подробные методические рекомендации для учащихся по выполнению лабораторных работ с учетом интерфейса программных продуктов. Ниже представлен сокращенный вариант этих рекомендаций:
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Вычертить схему принципиальную электрическую с указанием названия измерительных приборов и номиналов радиоэлементов.
3. Кратко изложить принцип работы устройства.
4. Записать необходимые физические формулы для выполнения расчетов, подготовить таблицы для записей результатов измерений и т. д.
4. Пользуясь библиотекой (базой данных) компьютерной программы EWB, собрать «на рабочем столе» электрическую схему.
5. Виртуально подключить необходимые измерительные приборы к контрольным точкам исследуемой схемы.
6. Измерить с помощью вольтметра величину напряжения в заданных контрольных точках схемы.
7. Исследовать схему с помощью 2-лучевого осциллографа и зарисовать форму сигнала (осциллограмму) в тетради, указав соответствующее значение частоты и периода колебаний сигнала.
8. Произвести исследование схемы на работоспособность при изменении параметров радиоэлементов, изменяя значения резисторов, конденсаторов, питающего напряжения в 2, 5, 10, 100 раз. При необходимости отдельные радиоэлементы и участки электрических цепей можно подвергнуть испытаниям на предельные режимы работы: режим короткого замыкания (К.З) и/или холостого хода (Х.Х).
9. По результатам измерений построить соответствующие графики, по формулам определить неизвестные значения (мощность, ток, напряжения, частоту и др.)
10. В письменной (или устной) форме пояснить принцип работы.
В нашей практике мы использовали программу для моделирования схемотехнических устройств «Eltctronics Workbench (EWB)» для изучения следующих работ:
1. Исследование диода, стабилитрона и стабистора.
2. Исследование тиристора.
3. Исследование биполярного транзистора.
4. Исследование полевого транзистора.
5. Исследование двухполупериодной схемы выпрямления.
6. Исследование компенсационного стабилизатора напряжения.
7. Принцип работы умножителя напряжения.
8. Исследование усилителя с ОЭ.
9. Межкаскадные связи в транзисторных усилителях.
10. Исследование транзисторного усилителя класса В.
11. Исследование колебательного контура.
12. Исследование LC-генератора.
13. Определение коэффициента амплитудной модуляции.
14. Определение коэффициента девиации частоты.
15. Детектирование АМ-сигналов.
16. Наблюдения фигур Лиссажу.
17. Исследование параметров операционного усилителя (ОУ).
18. Компаратор на операционном усилителе.
19. Фильтр низких и высоких частот на ОУ.
20. Исследование мультивибратора на ОУ.
21. Принцип работы блокинг-генератора.
22. Исследование дифференцирующей цепи.
23. Исследование мультивибратора.
24. Исследование триггера Шмита.
25. Исследование симметричного триггера.
26. Принцип работы блокинг-генератора.
27. Исследование генератора пилообразного напряжения.
28. Коммутатор лампочки и звонка (автомат).
29. Исследование логических элементов И, ИЛИ.
30. Принцип работы делителя частоты на Б-триггерах и др.
Как просто и красиво наблюдать электронные процессы на экране монитора. Приведем несколько примеров (см. ниже). На рисунках 1-5 под буквой «а» представлена схема электрическая принципиальная, а на рисунках под буквой «б» - соответствующие ее работе осциллограммы. Как видно из рисунков, наблюдается сходство с реальными физическими процессами. Этот факт позволяет с уверенностью констатировать предположение о том, что ИКТ вполне смогут в достаточной мере облегчить изучение элективного курса ''Основы электроники''. В известной мере при использовании ИКТ «экономится время», отводимое на изучении данного курса.
а) б)
Рис.1. Процесс амплитудной и частотной модуляции
Oscilloscope
а) б)
Рис.2. Принцип работы RC-генератора
1 Ш
-VVVn
10 nF
'Oscilloscope
Hj J1000 Hz/50%
а) б)
Рис.3. Принцип работы дифференцирующей цепи
а) б)
Рис.4. Принцип работы операционного усилителя (ОУ)
а) б)
Рис.5. Изучение работы транзисторного усилителя класса А
Элективной курс по радиоэлектронике в сочетании с ИКТ должен внести свежие идеи в изучение и понимание физики как фундаментальной науки. Знакомство с радиодеталями, приобретение навыков радиомонтажа, навыки работы с инструментом и измерительными приборами, сборка практических конструкций, моделирование электронных процессов с использованием мультимедийных компьютеров - это фундамент для осознанного выбора профессии. Старшеклассники могут стать опытными конструкторами и заниматься изготовлением сложных устройств, самостоятельно научатся разрабатывать по чертежам печатные платы, быстро могут отыскивать неисправности и устранять их, проверять и налаживать узлы конструкций, овладеют основами конструирования и дизайна.
Большое внимание необходимо уделять пропаганде технического творчества. Для начала достаточно в настенной экспозиции физического кабинета или школьной рекреации разместить плакаты, знакомящие учащихся с устройством различных электронных устройств. Можно оформить несколько витрин, на которых следует расставить радиотехнические приборы и устройства, собранные школьниками в разные годы. Техническое творчество учащихся станет в этом случае еще одним ярко представленным результатом изучения основ физической науки.
Библиографический список
1. Стахурский, А.Е Программы для кружков детского технического творчества / А.Е. Стахур-ский [и др.]. - М.: Профиздат, 1969. - 124 с.
2. Физика: учеб. пособие для 10 кл. шк. и классов с углубл. изуч. Физики / О.Ф.Кабардин [и др.]; под ред. А.А. Пинского. - 2-е изд. - М.: Просвещение, 1995. - 415 с.
3. Каяцкас, А.А. Основы радиоэлектроники: учеб. пособие для студентов вузов по спец. «Констр. и производство радиоаппаратуры» / А.А.. Каяцкас . - М.: Высш. шк., 1988. - 464 с.
4. Ярочкина, Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы: Монтаж и регулировка: учебник для
нач. проф. Образования / Г.В. Ярочкина - М.: ИПРО, ПрофОбрИздат, 2002. - 240 с.
5. Жеребцов, И.П. Основы электроники / И.П. Жеребцов. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энерго-
атомиздат, Ленингр. отд-ние, 1989. - 352 с.
6. Типовые программы для школ (классов) с углубленным изучением физики (физика, математика, специальный курс по электротехнике и радиоэлектронике) - М., Просвещение, 1990. - 64 с.
7. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на 1ВМ РС / В.И. Карлащук. - 2-е изд., перераб. и доп. - М., Солон -Р, 2001. - 726 с.
8. Оборудование для проведения лабораторно-практических работ по радиоэлектронике 87Л-01 /Паспорт ЭЛ2.700.000.ПС. (Ленинградский опытный электротехнический завод). - Л., 1987.
9. Колонтаевский, Ю.Ф. Лабораторный практикум по радиоэлектронике: учеб. пособ. для ПТУ / Ю.Ф. Колонтаевский. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1989. - 206 с.
