Метод проектов широко задействован в практике современной школы так как позволяет комплексно решать целый набор задач, выдвигаемых социальными, экологическими и экономическими требованиями настоящего времени. Этот метод позволяет учащимся в системе овладевать организацией практической деятельности, так как он предполагает поэтапное прохождение всего пути проектно-технологической цепочки - от технического задания или просто идеи до готового изделия. Ученик при выполнении проекта должен проявлять самостоятельность инициативность на всех его этапах. От него требуется умение принимать оптимальное решение в возникающих технологических проблемных ситуациях. А значит активно развивается техническое мышление, творческие способности, общий кругозор и навык созидательного труда.
В результате этого творческого обобщающего процесса происходит накопление положительного креативного опыта личности ,что в дальнейшем поможет решать реальные жизненные ситуации в быту и на производстве.
Техническое творчество в области радиоэлектроники имеет свою специфику:
- использование комплектующих компонентов, которые требуют операций монтажа ,а не обработки как это бывает необходимо в других отраслях,
- необходимость совсем других операций и алгоритмов контроля, а значит и навыков и умения владения электроизмерительными приборами ,
- кроме того требуется определенный уровень теоретических и практических знаний схемотехники и монтажа радиоэлектронных компонентов.
В случае использования цифровой электроники потребуются специальные приборы диагностики и контроля,
- а если будут использованы микропроцессорные системы, помимо всего прочего потребуется программное обеспечение и программаторы,
- различные электронные приборы требуют и специальные источники питания,
- для средства связи требуется разрешение на работу и регистрацию.
Неразрывно связаны с методом проектов и приемы решения технических задач ,позволяющих сократить время творческого поиска и значительно повышающих уровень технологической культуры интеллектуального труда школьника. Существующее большое количество приемов и методов обычно рассматривается на примерах механического и конструкционного характера из-за того что такие примеры более доступны для прямого зрительного восприятия учеников. Рабочие процессы в электрических и электронных цепях носят скрытый характер в силу своего атомарного и волнового масштаба протекания, и наглядным может быть в основном конечный результат (свечение лампы, нагревание или вращение вентилятора). Многие процессы в цепях автоматики связаны с различными видами преобразования энергий одну в другую и наоборот .причем в самых различных комбинациях и вариантах что в свою очередь влияет на состав наиболее адекватных и эффективных приемов пригодных для решения задач в данной области .И тем не менее представляем примеры приемов и методов решения технических задач в электрических и радиоэлектронных цепях .В основном они связаны со спецификой работы различных радиокомпонентов электронных схем и исполнительных устройств автоматики.
ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ТВОРЧЕСКОГО ПРОЕКТА
Вариант для изделия электронной автоматики
ПОИСКОВО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
- Поиск и анализ проблемы.
- Выбор темы проекта.
- Планирование проектной деятельности по этапам.
- Сбор, изучение и обработка информации по теме проекта.
Техническое задание. Определение напряжения питания, мощности нагрузки, рабочего диапазона и других характеристик.
КОНСТРУКТОРСКИЙ
- Поиск оптимального решения задачи проекта.
- Исследование вариантов конструирования с учетом требований дизайна.
Набор используемых компонентов. Тип датчиков, марки транзисторов и исполнительных устройств. Конфигурация схемы. Выбор режимов работы. Основные электрические параметры.
- Выбор технологии изготовления.
- Экономическая оценка.
- Экологическая экспертиза.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
- Составление конструкторской и технологической документации.
- Составление плана практической реализации проекта, подбор необходимых материалов, инструмента и оборудования. Электроизмерительные приборы и блоки диагностики. Выбор типа электромонтажа: навесной, печатный, многослойный.
- Выполнение запланированных технологических операций. Макет изделия
- Текущий контроль качества. Испытания, измерения, электропрогон.
- Внесение при необходимости изменений в конструкцию и технологию .Изготовление окончательного варианта.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ
- Оценка качества выполнения проекта. Испытание в реальных условиях.
- Анализ результатов выполнения проекта. Выводы и предложения по внесению изменений.
- Изучение возможностей использования результатов проектирования (выставка, продажа, включение в банк проектов, публикация).
- Презентация (защита) проекта.
Градации сложности творческих проектов
В зависимости от величины содержания творческого компонента проектной деятельности можно выделить четыре основных уровня.
1 – проект выполнен по образцу,
2 - поисковый проект в ходе которого происходил поиск сведений, выбор компонентов.
3 - усовершенствование уже изготовленных объектов.
4 - создание новых проектов ,техническое воплощение изобретений.
Более детально классифицировать проекты можно по уровню сложности проделанной работы и техническому совершенству электронного устройства. Ниже приводиться еще одна классификация.
1. Разработка дизайна корпуса, лицевой панели прибора, несущей конструкции, узлов соединения.
2. Разработка эскизного проекта схемы автомата.
3. Конструкция датчика или другого элемента автоматики.
4. Создание работоспособного автомата.
5. Усовершенствование ранее созданного автомата.
6. Разработки в программной среде WorkBench и т.п.
7. Создание Web-сайта электронной автоматики.
8. Создание базы данных радиокомпонентов и. п.
9. Компьютерная презентация.
10. Автомат с программатором. Цифровой автомат.
11. Программное обеспечение автоматов на базе микроконтроллера.
12. Автомат на базе микропроцессора.
13. Робот.
14. Кибернетическая система.
- В 1 пункте от учащихся требуется только применение уже имеющихся знаний и умений, полученных при изучении разделов обработки конструкционных материалов.
- 2 пункт требует знаний электротехники и электроники.
- 3, 4, 5 пункты необходимы общетрудовые знания и умения, специальные навыки исследовательской деятельности и серьезная база знаний по физике.
- 6, 7, 8, 9 пункты – владение компьютерными технологиями и знания по информатике.
- 10, 11, 12 пункты - программирование на машинном уровне аппаратная часть микропроцессорной техники.
- 13, 14 пункты - весь комплекс выше перечисленных требований.
Уровень творческого проекта выбирается исходя из местных условий материально-технической и технологической базы, наличия необходимых компонентов, подготовки учащихся и общей направленности учебного заведения.
Хотя главной педагогической целью является воспитание творческой деятельной личности, способной и желающей созидать.
МЕТОД ТРИЗ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Метод фокальных объектов
При изучении полупроводников для закрепления полученных знаний и расширения рамок предмета полезно давать школьникам творческие задание на применение на практике электронных приборов. Здесь можно использовать метод проектов. Но у кружковцев нет опыта проектирования электронных устройств на уровне схемы. Для этого нужны определенные специфические знания и умения. С другой стороны нет смысла брать очень сложные устройства. Как показывает практика, для этого хорошо подходят простые электронные автоматы на основе одного или двух транзисторных каскадов. Существуют универсальные методы решения таких задач, которые позволяют свести до минимума затраты времени на проектирование . Неразрывно связаны с методом проектов и приемы решения технических задач, позволяющих сократить время творческого поиска и значительно повышающих уровень технологической культуры интеллектуального труда школьника. В результате этого творческого обобщающего процесса происходит накопление положительного креативного опыта личности, что в дальнейшем поможет разрешать реальные жизненные проблемы в быту и на производстве.
Мы остановимся на методе фокальных объектов применительно к транзисторному каскаду. Смысл данного метода состоит в фокусировании на выбранном предмете свойств набора каких-либо других предметов, которые предают ему комплекс новых качеств. В конечном счете, синтезируется техническое устройство с качественно новыми нестандартными характеристиками.
Применение метода в области автоматики имеет несколько иную логику. Схеме исходного транзисторного каскада с помощью подстановки выбранного датчика и исполнительного устройства предается необходимая специализация. Датчики включаются в цепь базы транзистора подключенного по схеме с общим эмиттером, а в цепь коллектора или эмиттера включается полезная нагрузка Например, реакция на степень освещенности определяет скорость вращения двигателя, датчик температуры задает силу тока в нагревателе. На рисунке рис. 1. мы видим с левой стороны расположены датчики, и общими стрелками указано в какие участки цепи каскада их можно установить. С правой стороны расположены элементы полезной нагрузки: лампа, нагреватель-спираль, двигатель, громкоговоритель, соленоидный двигатель ,где также стрелками указаны позиции их возможного присоединения. Таким образом, весь процесс проектирования схемы сводиться к трем основным моментам. Первый шаг – выбрать назначение автомата, а значит датчик и исполнительное устройство. Второй шаг – установить датчик в левую часть транзисторного каскада (см рис.1). Третий шаг – установить исполнительное устройство в цепь коллектора или эмиттера . Провести предварительный расчет схемы.
Автомат температуры
Рис. 2 Принципиальная схема автомата температуры
Автомат разработан по вышеизложенной методики в стандартную схему транзисторного каскада в базовую цепь включен терморезистор, выполняющий роль датчика температуры .Для возможности регулировки режима работы транзистора в цепь включается резистор R1. номинал которого подбирается под конкретный датчик. Нагрузкой транзистора является лампочка накаливания HL1, которая включена в цепь коллектора. Принцип действия автомата такой. При нагревании датчика его сопротивление уменьшается, а значит увеличивается ток базы и транзистор открывается. Величина тока коллектора будет определяться сопротивлением лампы и коэффициентом усиления транзистора. Если он будет мал, то лампочка будет гореть тускло , чтобы увеличить яркость надо взять транзистор с большим коэффициентом усиления по току или применить схему составного транзистора. Лампочку можно заменить на электромагнитное реле и через него подключать мощную нагрузку, использующую сетевое напряжение. Например этой нагрузкой может стать электродвигатель вентилятора.
Применение приема фокальных объектов в проектировании электронных приборов было обусловлено многолетними поисками эффективных методов развития творческого конструкторского мышления на начальном этапе становления личности. Теоретической основой является раздел электрический ток в полупроводниках и знания условного обозначения элементов электрической цепи. Исследования в этом направлении проводились на базе школьного кружка радиоэлектроники ,который существует с 1984 года. Но его реализация требует наличия определенного комплекта учебных пособий и дидактического материала по данной тематике. Схемотехнический атлас электронных приборов автоматики на основе транзисторного каскада, плакатов и раздаточный дидактический материал такого же содержания.
Так как идея появилась сравнительно недавно и не накоплено богатого опыта его практического применения ,говорить о массовом успехе рано. Он проверен всего лишь на нескольких групп учащихся. И тем не менее по успешному выполнению творческих заданий на электронную тематику можно с уверенностью говорить о перспективности его применения в реальной школьной практике.
В тоже время у нас уже есть примеры, когда наши выпускники выбирают профессии связанные с работой электрического и электронного направления Это такие профессии как автоэлектрик, электрик вторичных цепей, электромеханик холодильного оборудования.
Схемотехническое проектирование способствует психологической адаптации учащихся к восприятию информации в виде принципиальных электрических схем электронных приборов, а в последствии и микропроцессорных систем, что является основой технического прогресса на данном этапе. Способствует сознательному подходу в понимании современной компьютерной техники (её аппаратной части).
Нередки случаи, когда родители желают чтобы их дети посещали именно радиоэлектронный кружок, так как видят в нем перспективу профессионального становления своего ребенка.
Использовать данный метод можно на уроках физики, технологии интегрированных уроках, факультативных занятиях и кружках физико-технического профиля.
Список литературы.
- Резников З.М. Прикладная физика М.: Просвещение, 1989г.
- Хорошавин С.А. Физико-техническое моделирование М.: Просвещение 1983г.
- Комский Д.М. Кружок технической кибернетики М.: Просвещение 1991г.
- Матаев Г.Г. Компьютерная лаборатория в вузе и школе - М.: Горячая линия - Телеком, 2004г.