Преподавание разделов Электротехника и Радиотехника в школе с использованием конструктора Знаток

Автор статьи учитель технологии высшей квалификационной категории МБОУ «Новинская школа»
Иваненков Н.А.
Преподавание электротехники и радиотехники в школе с использованием конструктора «Знаток»Развитие современных социально-экономических отношений в России требует нового качества образования. Оно предусматривает готовность и способность выпускников общеобразовательных учреждений, разбираться или хотя бы понимать какие процессы и явления происходят в обществе, семье, окружающих машинах и изделиях. Важную роль в достижении этой цели должно сыграть технологическое образование школьников. Существовавшая долгие годы в российских школах трудовая подготовка учащихся имела очень хорошую материальную базу и методическое обеспечение. Интерес к трудовому обучению был высок, так как был связан с потребностями и склонностями учащихся. Они видели социальную и личную значимость своего труда. Но традиционные формы и методы организации трудового обучения не вовлекали в полном объеме учащихся в исследовательскую деятельность. Были только отдельные небольшие исследовательские работы. Замена в учебном плане предмета «Трудовое обучение» на предмет «Технология» сделала актуальным поиск нового содержания и методов, позволяющих расширить технологическое образование и мотивировать упражнения по обработке различных материалов. Новое содержание обучения курсу «Технология» требует разработки соответствующего учебно-методического обеспечения, которое учитывает широкую вариативность содержания, уровневую дифференциацию, практико-ориентированную направленность, сочетание продуктивной и репродуктивной деятельности учащихся. Практика последних лет свидетельствует о целесообразности и эффективности метода проектов в технологическом обучении школьников. Актуальность данной темы чрезвычайно высока в связи с бурным развитием электротехники, радиоэлектроники и электронной автоматики в нашей стране и в мире. Раздел «Электронные технологии» является одним из самых сложных разделов изучения. Его основные задачи- это ознакомление учащихся с направлениями «Электротехника», «Радиоэлектроника», «Электронная автоматика», их техническими приложениями; расширение знаний в области данных наук; ознакомление с тенденциями развития электротехники, радиоэлектроники, микроэлектроники и их применением; формирование и развитие творческих способностей, потребности в творческом подходе к любому делу, рационализации и изобретательстве; подготовка к осознанному выбору профессии. Раннее ознакомление учащихся с элементами электротехники обусловленно условиями самой жизни. Произошла глубокая электрификация быта, дети чрезвычайно рано сталкиваются с электическими явлениями и электротехническими устройствами: осветительными и нагревательными приборами, приборами для приготовления пищи, с электрифицированными игрушками, которые их интересуют больше всего прочего и т.д. Электрифицированные игрушки, вызывающие особенно большой интерес, способствует развитию любознательности и творческой активности. На примере игрушки ребенок знакомится с простейшими электрическими цепями и их элементами: источниками тока, лампочкой, двигателем, выключателем, резистором и т.д.
1
Необходимо помочь младшим школьникам разобраться в простейших электрических устройствах с тем, чтобы они ради удовлетворения своего любопытства не ломать игрушки, а были способны устранять в них простейшие неисправности, производить замену источника питания, электрической лампочки, восстанавливать нарушенный контакт и т.д. Возможно, что именно на базе электифицированной игрушки сформируется устойчивый интерес к одной из увлекательнейших областей знания - к электронике. Введение этого раздела способствует также расширению кругозора детей, развитию их мышления, формированию познавательного интереса и накоплению политехнических знаний. Необходимо помнить, что электрификация быта не только облегчает наш труд в домашнем хозяйстве, создает комфортные условия жизни, но она является и источником дополнительного травматизма, связанного с эксплуатацией электротехнических устройств. Поэтому даже в пределах этого небольшого курса обратить внимание на правила обращения с электрическими приборами и источниками напряжения в домашних условиях. Материальное обеспечение и методические разработки предмета «Технология» по разделам «Электротехнические работы» в восьмом классе, «Радиоэлектроника» и «Автоматика и цифровая электроника» в девятом классе в подавляющем большинстве школ страны оставляют желать лучшего по разным причинам. Один час в неделю не позволяет в полном объеме пройти программу разделов, как в теоретической, так и практической части в связи с недостаточным оборудованием и подготовкой рабочих мест согласно правилам ТБ для пайки электрических схем. Подготовка преподавательского состава требует большого количества времени, оборудования и специалистов в данных областях, которых в системе образования катастрофически не хватает. Основной проблемой, с которой приходится сталкиваться, при ведении специализированной подготовки учащихся является их непонимание связи природных и физических явлений с техническими решениями. Зачастую, в учебных программах школ, физика и математика существует отдельно, а прикладные факультативы отдельно. В результате учащиеся умеют решать задачи аналитически (с привлечением математического аппарата), но совершенно не готовы решать физические задачи качественно, не могут абстрагироваться от формул, не владеют навыками постановки экспериментов, не умеют достигать «истины» методом «проб и ошибок». При подготовке учащихся школ крайне важным является формирование у них системного подхода к решению задачи, умению идти от общего к частному, грамотная постановка задачи от физического явления к техническому решению. Сформировать такой креативный подход к исследованию предметной области и синтез технических решений по решению конкретных прикладных задач в части разделов курсов: «Колебания и волны», «Электричество», «Электротехника», «Электроника» и ряда других, являющихся базовыми при подготовке будущих радиоинженеров, позволяет используемый уже несколько лет электронный конструктор «ЗНАТОК».Электронный конструктор, имея несколько уровней сложности, используется, как при проведении учебных занятий в профильных школах по курсу физики, при проведении занятий в радиотехнических центрах и кружках профильных школ. Данный набор позволяет изучать основы электроники от физической природы явлений, наглядно демонстрирует неразрывную связь между природой и техникой и позволяет на простых и наглядных примерах проиллюстрировать основные физические законы. Для тех учащихся, что специализируются по радиотехническому направлению, данный конструктор незаменим на начальных стадиях освоения основ будущей специальности. Он позволяет, используя модульный принцип, быстро построить и промоделировать принципы работы базовых радиотехнических схем, а также схем цифровой электроники.
2
Причем, самое важное заключается в том, что с начальных этапов своего обучения учащийся идет от физики процесса, от правильной и четкой постановки задачи, для решения которой применяет то или иное решение. Умения анализировать исходные условия, понимать внутреннюю суть явлений и на основе этого предлагать техническое решение закладывается на ранних стадиях обучения и на каждом новом уровне сложности повторяются и закрепляются. Наличие широкого спектра разнообразных устройств позволяет максимально мотивировать учащихся и заинтересовать их в получении конкретных результатов. Мобильность и гибкость конструктора, простота и высокая надежность модулей, возможность доступа к отдельным элементам схемы с помощью измерительных приборов позволила организовать учебный процесс с максимально возможной эффективностью. При использовании конструктора учащиеся тратят минимальное время на освоение принципов работы с ним. Максимальное время уходит на выполнение конкретного задания, проведение измерений и их обработку, причем для схемы, которую они собрали самостоятельно и быстро, а не для черного ящика (как во многих учебных комплектах).
Наглядность и прямая связь с конкретными прикладными задачами, например задания типа «цифровой диктофон» и т.п., обеспечивает максимальную заинтересованность учащихся в получении конкретного результата, повышает мотивированность процесса обучения, так как видна явная связь с решаемыми на практических занятиях заданиями и конкретными задачами, возникающими в повседневной жизни и приборами, представленными на рынке. Используя возможности конструкторов, учащиеся получают возможность не просто описательно знакомиться с отдельными устройствами, а реализовать их собственными руками, исследовать их реальные режимы работы.
Электронный конструктор «Знаток» позволяет создавать действующие модели тех устройств, которые окружают нас в реальном мире. Своими руками ребенок собирает радиоприемник, сигнализацию, дверной звонок, вентилятор и еще очень много разнообразных приборов. В процессе сборки он знакомится с их внутренним устройством и принципом работы, а также узнаёт, что физика – наука удивительная и очень интересная.
Каждая готовая модель представляет собой электрическую цепь, которая собирается из множества оригинальных деталей. Есть в составе конструкторов и реалистичные компоненты – например, амперметр или выключатель.
В чем секрет конструктора?
Помните, как на школьных уроках физики, чтобы замкнуть цепь, нужно было накручивать тонкие проводки на клеммы? Авторы детского конструктора «Знаток» придумали, как ускорить и одновременно упростить этот шаг. Роль проводов здесь играют специальные разноцветные планки с кнопками-клеммами, которые соединяются между собой простым нажатием. Проводки запаяны внутрь, а на поверхности каждой планки изображено их расположение. Цепи собираются на прозрачной базовой плате с креплениями, которая входит в каждый набор.
Все элементы конструктора пронумерованы, что позволяет легко определить по инструкции название и назначение той или иной детали. Кроме того, цвета деталей совпадают с цветами на схемах. Инструкция оформлена в виде книжки, каждый разворот которой содержит по несколько схем. Рядом находится исчерпывающая информация о том «как это работает».
Часто для одного и того же устройства предлагается несколько вариантов сборки. Таким образом, у юного физика развиваются изобретательность, любознательность и творческий подход к науке.
Друг от друга наборы отличатся количеством предложенных схем для сборки: их может быть от 15 до 999.
3

В специализированных магазинах продаются коробки с оригинальными конструкторами, позволяющими составлять электрические схемы без паяльника.

Упаковка солидного размера, поэтому сразу же готовьте ей отдельное место на полке. Под крышкой - удобный пластиковый органайзер с ячейками, полными электродеталей, и солидный буклет с электрическими схемами. Качество изготовления всех компонентов хорошее.
4
В глянцевой книжечке приведено около 320 схем электронных устройств, а также детальное описание всех компонентов, из которых эти схемы можно собрать без помощи паяльника!

Для общего развития учащегося и понимания основ схемотехники все компоненты конструктора пронумерованы, а в таблице приведены условные обозначения элементов электронных схем согласно ГОСТ.

Из имеющейся элементной базы можно собрать что угодно - от обычной лампочки до детектора лжи.
5

"Батарейки в комплект не входят". 
Увы, это так… Для питания используется два трёхвольтовых источника, поэтому вам потребуется 4 батарейки типа "АА". Настоятельно рекомендую использовать аккумуляторы.
Обратите внимание: на каждой пластине нанесено обозначение согласно ГОСТ и приведены необходимые параметры элемента.

Лампочки, регулируемые сопротивления, электродвигатель с пропеллером, светодиоды - из всего этого можно изготовить всевозможные маяки и электрические звонки различной тональности.
6

Довольно часто в электрических схемах используются транзисторы, которые представлены треугольниками с переходами. Это наглядно показывает, "как это работает". Для соединения элементов в единое целое используются перемычки разной длины.
Кстати, паять ничего не нужно - на концах площадок находятся обычные… кнопки: снизу "шляпка", сверху - "ножка".  Таким образом, все компоненты "защёлкиваются" и надёжно замыкают цепь. Правда, потери на таких соединениях существенные. Но, ведь это, в первую очередь, конструктор, а не настоящая электрическая схема.

В буклете есть схемы радиоприёмников и охранных сигнализаций. Некоторые устройства достаточно сложные, поэтому лучше всего начать с первой страницы и постепенно продвигаться к концу книги.

7
Безусловно, в наборе есть микросхемы и усилители мощности, на которых базируется около половины приведённых в буклете устройств. Маленькими эти компоненты не назовёшь, зато понятен принцип их работы…

Прозрачный монтажный столик со штырьками - именно на нём будут собраны все схемы. Как показала практика - весьма полезное приспособление.
Итак, с элементной базой мы познакомились, пора брать в руки "кнопочный" паяльник…

Все задания имеют сквозную нумерацию, поэтому последовательно приступайте к работе. На картинке нарисована схема, пронумерованы детали и приведены их обозначения. Вам достаточно просто следовать инструкции.
8

Схема обычной лампочки, питающейся от обычных батареек. Всего три элемента: сама лампочка, питающий элемент и переключатель. Замыкаем цепь…

Рабочая схема работает. Видно и принципиальную схему. Быстро и наглядно.

Заменяем лампочку вентилятором. При раскручивании лопастей жёлтый круг взмывает в воздух и летает по комнате. 
9

Аналогичным образом собираются пищащие, кричащие, вертящиеся и моргающие устройства.

Собрали настоящий мегафон и погасили сопротивлением возбуждение микрофона. И анализируем работу схем "изнутри".
10
С помощью данного набора можно изучить основы схемотехники, понять принцип работы радиоэлементов и объяснить учащимся премудрости электронных схем. Всё очень понятно и наглядно. Кстати, с помощью специальных приспособлений можно делать "многослойные" платы! Исключительно положительный и полезный конструктор, который можно рекомендовать учебным учреждениям в качестве методического пособия.
Существует и ряд замеченных учащимися недостатков:
1.     Исполнение конструктора в бумажной коробке обеспечивает его жизнь не более 6 месяцев, после этого коробка выглядит непрезентабельно, образуются прорехи, детали теряются.
2.     Кроме самого конструктора необходима возможность приобретения запасных частей: комплектов ЗИП, любых составных деталей, т.к. в процессе работы естественно неизбежны поломки и потери.
3.     Необходимо наличие не только жестких, но и мягких соединительных проводов.
4.     Большой сложностью является низкая жесткость многих конструктивов, из-за этого ломается немалое количество деталей.
Таким образом, лучшим конструктивным вариантом, была бы реализация данного конструктора в более жестком корпусе, например, как кейсы для инструментов, причем кейсы трех секционные:
·       верхняя крышка – откидная и на ней смонтировано рабочее поле;
·       под верхней крышкой в средней части собраны измерительные приборы, как стрелочные, так и индикационные, и в том числе виртуальные - с выходом на компьютер типа мультиметр, а также генератор сигналов с осциллографом.
·       в нижнем – выдвижном отсеке размещаются кассеты с элементами, причем, как показывает практика, обычно используется дополнительно еще некоторое количество своих деталей, которые тоже надо куда-то класть.
В итоге получается удобное и мобильное рабочее место. Идеально для проведения занятий.
Список литературы:
-1.Программа Технология. Трудовое обучение.1 – 4, 5 – 11 классы. Научные руководители: Ю.Л. Хотунцев – доктор физико-математических наук, профессор МПГУ; В.Д. Симоненко – член-корреспондент РАО, доктор педагогических наук, профессор Брянского ГПИ.
2.Симоненко В.Д. Основы технологической культуры. - М.: Издательство Вентана-Граф. - 1998. -268с
3.Симоненко В.Д. Технологическая культура и образование. - Брянск: Издательство БГПУ. - 2001. -214с.
4.Технология: Учебник для учащихся 3 класса сельских школ / Под ред.В.Д. Симоненко. - М.: Вентана-Граф, 2003. - 160 с.: ил.
5.Технология: Методические рекомендации 3 класс сельских школ / Под ред.В.Д. Симоненко. - М.: Вентана-Граф, 2003
6. 2fisika.ruru7. market.ru8. techno mag.bmstu.ru
11