Педагогические науки/5.Современные методы преподавания

К.п.н., профессор Имашев Г.И.

Атырауский государственный университет имени Х.Досмухамедова, Республики Казахстан

Факультативный курс «Элементы электронной автоматики»

Нами разработана программа факультативного курса «Элементы электронной автоматики». Целью курса является углубление знаний учащихся о принципах действия элементов автоматики и простейших автоматических устройств, расширение научного, политехнического и профессионального кругозора учащихся, воспитание всестороннего развития творческих способностей школьников.

Факультативный курс "Элементы электронной автоматики"даёт возможность ознакомить учащихся с некоторыми основами технологии изготовления интегральных схем и принципом действия элементов микропроцессов.

Этот курс даёт учителю прекрасную возможность показать основные этапы развития автоматики, указать на главенствующую роль автоматизации в современном производстве, охватывает важнейшие направления научно- технического прогресса.

Раздел "Электродинамика" начинается с освещения возможностей использования изучаемых физических явлений в создании автоматических устройств, рассматриваются датчики, преобразователи сигналов, исполнительные элементы и автоматические устройства. Изучая ёмкость плоского конденсатора, следует рассмотреть вопрос о зависимости ёмкости конденсатора от площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрических свойств диэлектрика и сделать вывод о зависимости ёмкости конденсатора в составе интегральных схем от его размеров.

Изучая "Закон Ома для участка цепи", можно дать представление о резисторах интегральных схем, изготовленных напылением высокоомного металла на кремниевую подложку.

Особое внимание целесообразно уделить технологии и принципу действия элементов интегральных схем при изучении законов протекания электрического тока в полупроводниках, примесной проводимости электрического тока через контакт полупроводников П-и Р-типа, полупроводникового диода и транзистора. Всё это составляет теоретическую основу курса, при изучении которого расширяются политехнические знания учащихся.

На факультативных занятиях используются такие методы обучения: объяснение учителя, проведение семинаров и обсуждение сообщений и докладов учащихся, решение задач, выполнение лабораторных работ, экскурсии.Особое внимание уделяется самостоятельной работе учащихся, каторая даёт возможность научить учащихся работать с литературой, отбирать материал для сообщений при подготовке к семинарам. Можно увеличить число лабораторных работ, чтобы дать возможность школьникам самостоятельно работать с приборами.

На основе изложенного рекомендуется следующее содержание факультативного курса "Элементы электронной автоматики", которому отводится 34 часа.

I. Введение(I час).

Развитие и применение автоматики. Автоматизация производства. История развития электронно-вычислительной техники.

II.Общие сведения об автоматических устройствах (2 часа).

Автоматические регуляторы, их типы и виды.Понятие об устройстве роботов.

III.Использование свойств электрического конденсатора в элементах автоматических устройств (4 часа) .

Зависимость ёмкости конденсатора в составе интегральных схем. Применение свойств электрического конденсатора в автоматических устройствах.

Лабораторные работы

1.Исследование зависимости ёмкости конденсатора от площади обкладок.

2.Расчёт, сборка и испытание ёмкостного датчика промежутков времени.

IV. Магнитные свойства вещества в элементах автоматики(I0ч).

Общие сведения о реле и их назначении. Электромагнитные реле: нейтральные и поляризованные. Условия срабатывания и отпускания электромагнитных реле. Магнитоэлектрические и электродинамические реле. Пульс-парная схема.Электромагнитные и электромашинные органы.

Лабораторные работы

3.Изучение способов измерения времени срабатывания и отпускания реле .

4.Изучение поляризованного реле.

5.Изучение и испытание пульс-пары.

6.Изучение коллекторных электрических двигателей .

V.Использование особенности электропроводности металлов и полупроводниковых веществ. Термисторы. Полупроводниковые диоды и их использование для усиления сигнала . Полевые транзисторы. Триггер на полупроводниковых триодах.

Лабораторные работы

7.Исследование параметрических стабилизаторов.

8.Исследование ключевых схем на диодах.

9.Сборка и испытание усилителя напряжения на полупроводниковом триоде.

10.Изучение статических характеристик транзистора.

VI. Логические элементы цифровых устройств (5ч)

Основные логические операции, выполняемые ЭВМ. Законы алгебры логики. Понятие о двоичной системе исчисления. Триггер в ЭВМ. Электронные логические элементы и их применение в сумматоре.

Лабораторные работы

11.Иследование логического элемента «И» на полупроводниковых диодах.

12.Сборка и испытание логического элемента «ИЛИ» на полупроводниковых диодах.

13.Сборка и испытание логического элемента «НЕ» на полупроводниковом триоде.

У II.Экскурсии (2 часа).В лабораторию вычислительного центра; ППТУС-производственное- прикаспийское техическое управление связи.

Факультативный курс способствует формированию и развивитию умений учащихся твочески использовать полученные сведения о физических основах электронной вычислительной техники. Программа курса позволяет углубленно изучать прикладные вопросы раздела «Электродинамика» и предполагает дальнейшее развитие умений учащихся. Для того чтобы повысить интерес ребят к занятиям, целесообразно проводить занятия в виде беседы с учениками, семинаров, обсуждений, дополняя примерами из жизни и техники, применяя дополнительную литературу.

Рассматривая применение полупроводников в технике, следует остановиться на их использовании в микроэлектронике. Применение полупроводников диодов, транзисторов позволило резко уменьшить размеры электронных устройств, существенно снизить потребляемую ими мощность.Успешно развивается новое направление создания электронных устройств, для которых характерна ещё более низкая потребляемая мощность, малые размеры, более высокая надёжность,-это микроэлектроника. Это следует рассказать школьникам, использовав демонстрационные опыты, а также другие средства наглядности, например таблицы, диаграммы, раскрывающие успехи и перспективы в технике.

На факультативном курсе «Элементы электронной автоматики» в программу включены 13 лабораторных работ, каждая из которых включает в себя задания исследования элементов автоматики. Рассмотрим несколько разработанных нами лабораторных работ.

I.Изучение статических характеристик транзистора

Во время вступительной беседы учитель повторяет вместе с учениками все характеристики транзистора.

Входной характеристикой транзистора называют зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном входном напряжении:Y_вх=F(U_вх)| _Uвх=const.

Выходной характеристикой называют зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном значении входного тока: Y_вых=f(U_вых)| _{Uвых=const.}

Затем выбрать транзистор и по справочнику определить выводы транзистора. Выбрать транзистор с общей базой и определить его характеристики. Входной характеристикой будет функция: I_э=F(U_э) при Uк=const.

Выходной характеристикой: I_к=F(U_к) при Uэ=const.

Объяснение хода работы:

1.Подключить транзистор к измерительному стенду. Установить напряжение U_K-б равным нулю. С помощью резистора R1 изменять напряжение Uэ и снять показание микроамперметра ток Iэ.

Построить входную характеристику I_э=F(U_э) при Uк₁=0В.

2.Проделать аналогичные измерения при Uк₂=2В. и Uк₃=5В. и построить на этом же чертеже входные характеристики.

3.Установить с помощью резистора R1 значение Iэ =0.5мА и снять показания I_к, изменяя значение напряжения U_K. Построить выходную характеристику I_к=F(U_к) при Iэ₁ =0.5мА

4.Проделать то же при I_э2=1 мА , I_э3 =2мА, I_э4 =4мА, I_э5=6мА и построить выходные характеристики транзистора.

5.Определить коэффициент передачи эмиттерного тока

Выполнение и оформление работы учащимися.

Анализ полученных результатов.

2.Исследование логического элемента "И" на полупроводниковых диодах.

В начале работы познакомить учащихся с устройством и электронной схемой логического умножения с элементом "И". Устройство логического элемента имеет несколько входов и лишь один выход. Сигнал на выходе появляется лишь при наличии сигналов на всех входах. Этот сигнал на выходе является результатом повторения входного сигнала в качестве слагаемого столько раз, сколько имеется входов. Поэтому такое устройство называют устройством логического умножения.

Объяснение хода работы:

1.Собрать логический элемент "И" на два входа:

+○

R

Вход1 Выход1

○ ○

Вход2

○

r₁ r₂

-○ Рис. 1

Общая шина

2.Собрать установку для получения положительных импульсов.

3.Источник положительных импульсов подсоединить к одному из входов, а к его выходу подключить неоновую лампу.

4.Провести наблюдения за появлением сигнала на выходе: при отсутствии импульсов на входах и при наличии импульса на одном из входов.

5. Источник положительных импульсов подсоединить к обоим входам.

6.Подавая одновременно положительные импульсы на оба входа, провести наблюдение за появлением положительного импульса на выходе. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

Вход 1	Вход2	Выход
0 0 I I	0 I 0 I

Выполнение и оформление работы.

На факультативных занятиях можно предложить такие работы, в которых учащимся самим надо подготовить теоретическую часть, используя дополнительную литературу, составить план работы.

В качестве примера рассмотрим работу «Сборка и испытание усилителя напряжения на полупроводниковом триоде (полевом транзисторе)» .

Цель: исследовать усилитель напряжения на полевом транзисторе.

Оборудование: полевой транзистор, электромагнитное реле, источники тока, соединительные провода , потенциометр на 20 Ом.

Задание: Составить план работы, изучить ход работы и выполнить работу.

Ход работы:

1.Начертить схему усилителя постоянного тока с общим истоком на полевом транзисторе. Нагрузкой в цепи тока служит катушка электромагнитного реле, а регулируемый положительный потенциал подаётся на затвор потенциометра.

2.Собрать установку.

3.Определить, при каких значениях напряжения происходит срабатывание и отпускание реле.

Большое внимание уделяется проведению производственных экскурсий. Для формирования политехнических умений и навыков на факультативном курсе "Элементы электронной автоматики" организовали экскурсию в лабораторию Вычислительного центра.

Цель экскурсии: углубить и конкретизировать знания учащихся об устройстве и принципе работы электронных машин, способствовать профессиональной ориентации учащихся на работу в области автоматизации.

На экскурсии ученики наглядно знакомились с электронными машинами, с физическими процессами, происходящих в электронике. Учитель обобщил, закрепил знания учащихся о физических принципах работы электронно-вычислительных устройств, ознакомил с перспективами электронно-вычислительной техники.

Учащиеся получили важное представление о различных профессиях, об условиях труда, его организации, встречались со специалистами в области автоматики.

Итоги экскурсии подводили на обобщающем уроке, где ученики готовили отчёты в форме сообщений. В сообщениях ученики обменивались своими впечатлениями, отражая достоинства и недостатки электронной автоматизации.

Факультативные занятия способствуют более успешному решению задач политехнического образования, формированию более высоких уровней политехнических знаний и умений, что особенно актуально для современной школы.

Литература

1.Бугаев A.И. Методика преподавания физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1981. – 288 с.

2.Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шефер Н.И. Факультативный курс физики: 9кл. Учеб. пособие для учащихся. –3–е изд. перераб. – М.: Просвещение, 1986. – 239 с.

3.Концепция развития образования Республики Казахстан до 2015 года. – Астана, 2003.