Artur Kowalski. Moduł. Wykonywanie pomiarów w układach i elektronicznych M1. Jednostka modułowa

Transkrypt

1 Artur Kowalski Moduł Wykonywanie pomiarów w układach i elektronicznych M1 elektrycznych Jednostka modułowa Montowanie i dokonywanie pomiarów układów elektrycznych i elektronicznych M1.J4 Poradnik dla nauczyciela 1

2 2

3 1. WPROWADZENIE 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE CELE KSZTAŁCENIA Podstawowe moduły urządzeń mechatronicznych Ćwiczenia 4.3 Sprawdzian postępów Podstawowe zjawiska fizyczne w elektrotechnice, mechanice, pneumatyce 22 oraz hydraulice 5.2 Ćwiczenia 5.3 Sprawdzian postępów Przykłady zastosowań urządzeń mechatronicznych Ćwiczenia Sprawdzian postępów SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych Przykładowe scenariusze 8.2 Ćwiczenia 8.3 Sprawdzian postępów Sposoby oznaczania prądów i napięć. Prawa obwodów elektrycznych 42 prądu stałego 9.2 Ćwiczenia 9.3 Sprawdzian postępów Metody obliczania obwodów elektrycznych nierozgałęzionych i obwodów 63 rozgałęzionych. Źródła napięcia i źródła prądu 10.2 Ćwiczenia 10.3 Sprawdzian postępów Określanie błędu pomiaru. Błędy przyrządów pomiarowych. 50 Przyrządy pomiarowe 11.2 Ćwiczenia 11.3 Sprawdzian postępów Pomiary wielkości charakteryzujących obwody prądu stałego Ćwiczenia 12.3 Sprawdzian postępów SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Podstawowe pojęcia dotyczące obwodów prądu przemiennego 75 jednofazowego 14.1 Przykładowe scenariusze 14.2 Ćwiczenia 14.3 Sprawdzian postępów Elementy pasywne R, L, C w obwodzie prądu sinusoidalnego Ćwiczenia 15.3 Sprawdzian postępów Obwody szeregowe i równoległe RLC Ćwiczenia 16.3 Sprawdzian postępów Elektromagnetyzm Ćwiczenia 17.3 Sprawdzian postępów Obwody magnetyczne 99

4 18.2 Ćwiczenia 18.3 Sprawdzian postępów Układy trójfazowe Ćwiczenia 19.3 Sprawdzian postępów Pomiary wielkości charakteryzujących obwody prądu przemiennego 107 jednofazowego i trójfazowego 20.2 Ćwiczenia 20.3 Sprawdzian postępów SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ Podstawowe pojęcia elektroniki Ćwiczenia 22.3 Sprawdzian postępów Przyrządy półprzewodnikowe elektroniki Ćwiczenia 23.3 Sprawdzian postępów Prostowniki i stabilizatory Ćwiczenia 24.3 Sprawdzian postępów Wzmacniacze elektroniczne Ćwiczenia 25.3 Sprawdzian postępów Układy kombinacyjne Ćwiczenia 26.3 Sprawdzian postępów Układy sekwencyjne Ćwiczenia 27.3 Sprawdzian postępów SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ LITERATURA 169 4

5 2. WPROWADZENIE Przekazuje Państwu Poradnik dla nauczyciela który będzie pomocny w prowadzeniu zajęć dydaktycznych dla jednostki modułowej M1.J4 Montowanie i dokonywanie pomiarów układów elektrycznych i elektronicznych zawartej w modułowym programie nauczania dla zawodu technik mechatronik. W poradniku zamieszczono: wymagania wstępne, wykaz umiejętności, jakie uczeń powinien mieć już ukształtowane, aby bez problemów mógł korzystać z poradnika dla ucznia, cele kształcenia, wykaz umiejętności, jakie uczeń ukształtuje podczas pracy z Poradnikiem dla ucznia, przykładowe metody i formy zajęć, ćwiczenia, przykładowe ćwiczenia ze wskazówkami do realizacji, zalecanymi metodami nauczania-uczenia się oraz środkami dydaktycznymi, z których nauczyciel może skorzystać w całości lub wybrać jego zdaniem najlepsze, ewaluację osiągnięć ucznia, przykład narzędzi pomiaru dydaktycznego, wykaz literatury. Zamieszczony materiał nauczania zawiera najważniejsze informacje dotyczące wymienionych zagadnień i wskazuje tematykę, z jaką powinien zostać zapoznany uczeń. Obejmuje on jedynie wybrane efekty nauczania dla danej jednostki modułowej. Poziom trudności wykonywanych ćwiczeń powinien być dostosowany do możliwości i wcześniej ukształtowanych umiejętności uczniów. Wykonanie zaproponowanych przykładowych ćwiczeń pomoże ukształtować niezbędne umiejętności, wymagane programem kształcenia. Wiadomości należy poszerzyć o wskazaną literaturę. Poradnik został opracowany 5

6 m.in. w oparciu o pakiety edukacyjne opracowane w ramach projektu współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego, opublikowane na stronie internetowej Krajowego Ośrodka Wspierania Edukacji Zawodowej i Ustawicznej. Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami ze szczególnym uwzględnieniem aktywizujących metod nauczania samokształcenia kierowanego, tekstu przewodniego. Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od samodzielnej pracy uczniów do pracy zespołowej. Zaleca się, aby uczniowie kształtując umiejętności przewidziane w danej jednostce modułowej korzystali z przeznaczonej dla nich pomoczy dydaktycznej Poradnika dla ucznia. W Poradniku dla ucznia materiał nauczania jest podzielony na rozdziały. Przy realizacji określonego rozdziału tok postępowania powinien być następujący: materiał teoretyczny (wprowadzenie teoretyczne w Poradniku dla ucznia) w miarę możliwości uczniowie powinni opanowywać samodzielnie. Obserwuje się niedocenianie przez nauczycieli niezwykle ważnej umiejętności, jaką uczniowie powinni bezwzględnie posiadać czytanie tekstu technicznego ze zrozumieniem, po przeczytaniu wprowadzenia teoretycznego, Pytania sprawdzające (w Poradniku dla ucznia) mają wykazać, na ile uczeń opanował materiał teoretyczny. W zależności od tematu można zalecić uczniom samodzielne przerobienie pytań lub wspólnie z całą grupą uczniów na przykład 6

7 w formie dyskusji, opracowanie odpowiedzi na pytania. Ta druga forma jest korzystniejsza, ponieważ nauczyciel sterując dyskusją może uaktywniać nawet najbardziej opornych uczniów oraz w trakcie dyskusji wyjaśnić wszelkie wątpliwości, dominującą rolę w kształtowaniu umiejętności oraz opanowaniu materiału mają ćwiczenia. W trakcie wykonywania ćwiczeń uczeń jest w stanie zweryfikować wiedzę teoretyczną oraz opanować nowe umiejętności. Przedstawiono dosyć obszerną propozycję ćwiczeń wraz ze wskazówkami o sposobie ich przeprowadzenia, mając na uwadze różne możliwości ich realizacji w danej szkole. Nauczyciel decyduje, które z zaproponowanych ćwiczeń jest w stanie przy określonym zapleczu techno-dydyktycznym zrealizować. Prowadzący może również opracować swoje propozycje tematów ćwiczeń i sposobów ich realizacji, następnym etapem pracy ucznia jest Sprawdzian postępów. Uczeń powinien samodzielnie czytając zamieszczone w nim stwierdzenia potwierdzić lub zaprzeczyć opanowanie określonego zakresu materiału. Jeżeli wystąpią zaprzeczenia, nauczyciel powinien do danych zagadnień wrócić sprawdzając, czy nieopanowanie pewnych treści jest wynikiem niezrozumienia przez ucznia danego zagadnienia, czy też niewłaściwej postawy ucznia w trakcie nauczania. W tym miejscu jest szczególnie ważna rola nauczyciela, gdyż od postawy nauczyciela, sposobu prowadzenia zajęć zależy, na ile jest on w stanie zainteresować ucznia. Uczeń nie zainteresowany materiałem nauczania, wykonywaniem ćwiczeń nie nabędzie w pełni umiejętności przewidzianych w danej jednostce modułowej. testy zamieszczone w rozdziale Ewaluacja osiągnięć ucznia zawierają dodatkowo klucz odpowiedzi oraz propozycję oceny ucznia. Każdemu zadaniu testu przypisano określoną ilość możliwych do uzyskania punktów. Ocena końcowa uzależniona jest od ilości uzyskanych punktów.

8 Nauczyciel może przeprowadzić test według własnego projektu oraz zaproponować własną punktację. Należy pamiętać, żeby tak kontrolować osiągnięcia ucznia, aby umożliwić mu jak najpełniejsze wykazanie swoich umiejętności. Metody praktyczne polecane dla kształcenia zawodowego: metoda pokazu, ćwiczenia laboratoryjne, ćwiczenia przedmiotowe, metoda projektów, metoda przewodniego tekstu. Metoda pokazu polega na obserwacji, której towarzyszy komentarz słowny. Metoda ćwiczeń umożliwia opanowanie przez uczniów umiejętności intelektualnych i praktycznych. Ćwiczenia można podzielić na następujące grupy: ćwiczenia wyrabiające umiejętność zastosowania przyswojonej wiedzy (rozwiązywanie zadań, wykonywanie obliczeń, praktyczne poznawanie budowy maszyn lub zespołów), ćwiczenia służące kształtowaniu umiejętności twórczego wykorzystania wiedzy w praktyce (odkrywanie nowych konstrukcji, systemów, procesów), Ćwiczenia laboratoryjne Prowadzenie zajęć w formie ćwiczeń laboratoryjnych jest jedną z metod powszechnie stosowaną i zalecaną. Ponieważ większość nauczycieli ma znaczne doświadczenie w prowadzeniu zajęć laboratoryjnych, zostanie zwrócona uwaga tylko na niektóre ważne zagadnienia występujące w tej metodzie. W ćwiczeniach laboratoryjnych pierwszoplanowe znaczenie ma wyposażenie sali laboratoryjnej w pomoce i stanowiska. Zajęcia laboratoryjne wymagają od nauczyciela znacznego wysiłku w fazie przygotowania ćwiczeń. 8

9 W czasie ćwiczeń uczniowie: weryfikują i sprawdzają znane swoją wiedzę, uczą się doboru i obsługi przyrządów kontrolno-pomiarowych, opanowują umiejętności związane z organizacją stanowiska laboratoryjnego, z pomiarami, zapisem uzyskiwanych wyników oraz ich interpretacją, rozwiązują problemy techniczne, przewidują efekty prac laboratoryjnych. Ćwiczenia uczniowie wykonują w małych grupach. Praktyka wykazuje,że maksymalna liczba uczniów w zespole nie powinna przekraczać trzech osób. Przed rozpoczęciem ćwiczeń laboratoryjnych należy uczniów bezwzględnie zapoznać z przepisami BHP obowiązującymi na stanowiskach ćwiczeniowych. Idealna byłaby sytuacja, gdyby ilość takich samych stanowisk laboratoryjnych pozwalała na realizację tego samego ćwiczenia z całą klasą. Niestety najczęściej tak nie jest i w związku z tym należy tak grupować zagadnienia, aby ustawić jednocześnie ćwiczenia zbliżone tematycznie lub ćwiczenia podzielić na mniejsze tematy i uczniowie kolejno wymieniają się przy stanowiskach. Ćwiczenie laboratoryjne powinno kończyć się interpretacją otrzymanych wyników i wnioskami. Nauczyciel zwraca uwagę na postawę ucznia, pracę w grupie, biegłość w posługiwaniu się przyrządami, organizację stanowiska pracy. Po wykonaniu ćwiczeń uczniowie porządkują stanowiska laboratoryjne. Metoda projektów polega na wykonywaniu przez uczniów zadań obejmujących pewną większą partię materiału przez samodzielne sformułowanie tematu pod dyskretną opieką nauczyciela. Wynikiem pracy jest pisemny raport. Metoda projektów posiada następujące cechy: zakłada pełną samodzielność uczniów, opiera się na zadaniu problemowym, 9

10 realizuje charakterystyczną dla siebie wiązkę celów, posiada określoną strukturę. Realizacja metody projektów przebiega w następujących fazach: Faza I wyjaśnienie uczniom istoty metody projektu, wybór odpowiedniej partii materiału. Faza II wprowadzenie do tematu z sugestią problemów do rozwiązania, sformułowanie tematów poszczególnych projektów i ustalenie zakresu realizacji. Faza III realizacja projektów, konsultacje, w wyniku których dokonuje się weryfikacji sposobów wykonania i treści projektów. Faza IV prezentacja projektów, ocena projektów dokonana przez nauczyciela lub zespół przez niego powołany. W fazie I nauczyciel podaje informacje niezbędne do zapoznania uczniów z zagadnieniami występującymi w danej partii materiału, zapoznaje z literaturą fachową. Nauczyciel zawiera w formie pisemnej kontrakty z zespołami uczniów. W kontrakcie ustalone zostają terminy realizacji poszczególnych etapów projektu. Uczniowie zbierają dodatkowe informacje dotyczące zakresu projektu. W fazie III nauczyciel w formie konsultacji udziela uczniom wskazówek, odpowiada na wszelkie pytania związane z projektem, czuwa nad terminową realizacją poszczególnych punktów projektu. Uczniowie wyszukują literaturę fachową, w razie potrzeby odwiedzają zakłady pracy, konsultują się 10

11 z nauczycielem. W fazie IV nauczyciel ustala kolejność prezentacji projektów. Po prezentacji kieruje dyskusją, dokonuje oceny projektu. Uczniowie prezentują swoje projekty, podczas prezentacji uzasadniają wybór rozwiązania, odpowiadają na pytania kolegów. Ocena projektu Podczas zawierania kontraktu zapisywane są kryteria i sposób oceniania projektu. Ocena projektu jest oceną złożoną. Korzystne jest wystawianie kilku ocen: cząstkowych, pierwszej po wykonaniu 1/3 projektu, kolejnej po 2/3 i po zakończeniu projektu. Oczywiście nauczyciel może ustalić własne kryteria wystawiania oceny końcowej, ważne jest tylko, aby na ocenę końcową miały wpływ: sposób wykonywania projektu, efekt końcowy pracy i prezentacja. Metoda tekstu przewodniego Podstawowym elementem metody jest tekst przewodni, który spełnia rolę przewodnika prowadzącego ucznia pomagając mu samodzielnie wykonywać ćwiczenie. Poprawnie zaprojektowany tekst przewodni pozwala również na dokonanie samooceny i analizy podejmowanych czynności. Tekst przewodni powinien być poprzedzony tekstem wprowadzającym o następującej strukturze: temat ćwiczenia, cel ćwiczenia, zakres ćwiczenia, organizacja ćwiczenia, w tym wykaz niezbędnych urządzeń, narzędzi, materiałów, umiejętności kształtowane podczas wykonywania ćwiczenia. Informacje zawarte w tekście wprowadzającym uczeń otrzymuje przed wykonywaniem ćwiczenia, co pozwala mu na zapoznanie się z ćwiczeniem. Struktura tekstu przewodniego (fazy tekstu przewodniego). 11

12 Informacje uczeń odpowiada na pytania prowadzące, będące przedmiotem ćwiczenia. Celem tej fazy jest przygotowanie ucznia do ćwiczenia w zakresie wiedzy, która będzie niezbędna do prawidłowego zrealizowania ćwiczenia. Planowanie uczeń odpowiada na pytania prowadzące, dotyczące sposobu wykonania ćwiczenia. Efektem tego jest stworzenie przez ucznia planu wykonania ćwiczenia. Ustalenia uczeń ustala z nauczycielem przebieg czynności, następuje konkretyzacja ćwiczenia, ewentualnie weryfikacja zamierzeń. Realizacja uczeń wykonuje ćwiczenie zgodnie z wcześniejszym planem. Sprawdzenie uczeń sprawdza poprawność wykonanego ćwiczenia na podstawie przygotowanego formularza kontroli jakości (przebiegów teoretycznych wyznaczanych funkcji). Analiza uczeń analizuje wykonanie ćwiczenia odpowiadając na pytania prowadzącego. Przedstawiony tok postępowania przy stosowaniu metody tekstu przewodniego ma charakter ogólnych wskazówek. Nauczyciel powinien go dostosować do wewnątrzszkolnych warunków, możliwości i predyspozycji uczniów. Zajęcia dydaktyczne mogą być prowadzone również innymi metodami: dyskusji umożliwiają bieżące wyjaśnienie przez nauczyciela wątpliwości, jakie mogą wystąpić u uczniów, wycieczek dydaktycznych, które umożliwiają uczniom kontakt faktycznym zastosowaniem zdobytej wiedzy, przygotowują uczniów do przyszłej pracy zawodowej. 12

13 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć: korzystać z różnych źródeł informacji, korzystać z technologii informacyjnych, obsłużyć komputer na poziomie podstawowym, współpracować w grupie i indywidualnie, stosować podstawowa terminologię techniczną i posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu elektrotechniki, pneumatyki, hydrauliki, chemii, stosować jednostki miary układu SI, posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu statyki, dynamiki, kinematyki, takimi jak: masa, siła, prędkość, energia, charakteryzować podstawowe wielkości fizyczne i jednostki miar w układzie SI, przeliczać jednostki wielkości fizycznych, ich wielokrotności, posługiwać się podstawowymi pojęciami z chemii i fizyki w zakresie budowy materii i zjawisk związanych z elektrycznością, odczytywać i wykonywać wykresy funkcji, rozwiązywać równania matematyczne, przekształcać wzory, odczytywać rysunki techniczne, uczestniczyć w dyskusji, prezentować efekty swojej pracy, wyciągać i uzasadniać wnioski z wykonanych ćwiczeń.

14 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej i ćwiczeń podanych w poradniku uczeń powinien umieć: wyjaśnić pojęcie znaczenie mechatroniki dla rozwoju przemysłu i gospodarstw domowych, wskazać przykłady integracji różnych dziedzin wiedzy w praktycznych rozwiązaniach urządzeń i systemów mechatronicznych posłużyć się pojęciami z dziedziny elektrotechniki i elektroniki; opisać zjawiska związane z prądem stałym i zmiennym; interpretować wielkości fizyczne związane z prądem zmiennym; wyznaczyć wielkości charakteryzujące przebiegi sinusoidalne typu y = A sin(ωt+φ); stosować prawa elektrotechniki do obliczania i szacowania wartości wielkości elektrycznych w obwodach elektrycznych i układach elektronicznych; rozpoznawać elementy oraz układy elektryczne i elektroniczne; sporządzać schematy ideowe i montażowe układów elektrycznych i elektronicznych; rozróżnić parametry elementów oraz układów elektrycznych i elektronicznych; posłużyć się rysunkiem technicznym podczas prac montażowych i instalacyjnych; dobrać narzędzia i przyrządy pomiarowe oraz wykonuje prace z zakresu montażu mechanicznego elementów i urządzeń elektrycznych i elektronicznych; określać funkcje elementów i układów elektrycznych i elektronicznych na podstawie dokumentacji technicznej; 14

15 wykonać połączenia elementów i układów elektrycznych oraz elektronicznych na podstawie schematów ideowych i montażowych; dobierać metody i przyrządy do pomiaru parametrów układów elektronicznych i elektronicznych; wykonać pomiary wielkości elektrycznych elementów, układów elektrycznych i elektronicznych; przedstawić wyniki pomiarów i obliczeń w postaci tabel i wykresów; posłużyć się dokumentacją techniczną, katalogami i instrukcjami obsługi oraz przestrzegać norm w tym zakresie; stosować programy komputerowe wspomagające wykonywanie zadań. wykonać operacje matematyczne na liczbach zespolonych; sporządzać wykresy w skali logarytmicznej; charakteryzować parametry elementów oraz układów elektrycznych i elektronicznych; dobierać elementy oraz układy elektryczne i elektroniczne do określonych warunków eksploatacyjnych; określać wpływ parametrów poszczególnych elementów i podzespołów na pracę układów elektrycznych i elektronicznych; dobierać metody i przyrządy do pomiaru parametrów układów elektrycznych i elektronicznych; dokonać analizy pracy układów elektrycznych i elektronicznych na podstawie schematów ideowych oraz wyników pomiarów; sporządzać dokumentację z wykonywanych prac; 15

16 3.1 PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ Scenariusz 1 Temat: Podstawowe moduły urządzeń mechatronicznych Cele: Po zakończeniu lekcji uczeń powinien umieć: wyjaśnić pojęcie mechatronika, rozpoznać urządzenia mechatroniczne, wskazać przykłady integracji różnych dziedzin wiedzy w praktycznych rozwiązaniach urządzeń i systemów mechatronicznych, wskazać i scharakteryzować moduły funkcjonalne urządzeń i systemów mechatronicznych, wskazać i scharakteryzować inteligentne systemy sterowań w urządzeniach mechatronicznych, współpracować w grupie, poszukać specjalistycznych informacji w ogólnodostępnych źródłach informacji. Metody pracy: miniwykład, dyskusja w grupie. Formy organizacyjne pracy uczniów: praca indywidualna, praca w małych zespołach. Pomoce dydaktyczne: karty katalogowe urządzeń mechatronicznych takich jak: pralki inteligentne, aparaty fotograficzne z autofokusem, kamery wideo, obrabiarki sterowane numerycznie, roboty, samochody, inteligentne ogrzewanie, literatura zgodnie z poradnikiem dla nauczyciela. Czas trwania: 2 godziny lekcyjne 90 minut. Uczestnicy Uczniowie klasy I technikum. Przebieg zajęć 1. Interdyscyplinarność mechatroniki. 16

17 wstęp należy wyjaśnić uczniom pochodzenie słowa mechatronika, podać przykłady pierwszych urządzeń mechatronicznych, wyjaśnić pojęcie synergiczna integracja, uczniowie otrzymują karty katalogowe różnych urządzeń i systemów mechatronicznych, uczniowie pracując indywidualnie wypisują przy nazwie każdego urządzenia dziedziny wiedzy, z których wiadomości potrzebne były do zaprojektowania i skonstruowania danego urządzenia, pracując w grupie uczniowie sporządzają wspólne listy dziedzin do każdego urządzenia. W trakcie nauczyciel zwraca uwagę uczniom na inerdyscyplinarność urządzeń mechatronicznych. 2. Bloki funkcjonalne urządzeń i systemów mechatronicznych wstęp należy krótko scharakteryzować uczniom poszczególne bloki funkcjonalne urządzeń mechatronicznych, uczniowie otrzymują karty katalogowe różnych urządzeń i systemów mechatronicznych, uczniowie pracując w małych grupach wypisują przy nazwie każdego urządzenia moduły funkcjonalne oraz sposób ich realizacji, pracując w grupie uczniowie sporządzają wspólną tabelę modułów funkcjonalnych do każdego urządzenia. W trakcie tworzenia tabeli nauczyciel zwraca uwagę uczniom na funkcje i zadania poszczególnych modułów w urządzeniach i systemach mechatronicznych. 3. Inteligentne systemy sterowania wstęp nauczyciel krótko charakteryzuje inteligentne systemy występując w urządzeniach i systemach mechatronicznych, uczniowie otrzymują karty katalogowe różnych urządzeń i systemów mechatronicznych, uczniowie pracując w małych grupach wypisują przy nazwie każdego urządzenia odpowiedni rodzaj zastosowanego systemu, korzystając z literatury wypisują charakterystyczne cechy każdego systemu, pracując w grupie uczniowie w drodze dyskusji sporządzają wspólną listę inteligentnych systemów, wypisują ich cechy charakterystyczne i nazwy urządzeń, w których poszczególne systemy są zastosowane. 4. Podsumowanie lekcji uczniowie uzasadniają pojęcie interdyscyplinarności mechatroniki wymieniając dziedziny wiedzy, potrzebne do skonstruowania urządzenia i systemu mechatronicznego, podsumuj korzyści wynikające z synergicznej integracji wielu dziedzin nauki w mechatronice, przypomnij podstawowe bloki funkcjonalne urządzeń mechatronicznych i określ ich związek z myśleniem i działaniem systemowym, 17

18 przypomnij, w których blokach funkcjonalnych możemy odnaleźć inteligentne systemy sterowania i czym się one charakteryzują. Wskaż na podobieństwa ze światem przyrody. Scenariusz 2 Temat: Przykłady zastosowań urządzeń mechatronicznych Cele: Po zakończeniu lekcji uczeń powinien umieć: sklasyfikować urządzenia mechatroniczne ze względu na przeznaczenie, wyszukać w Internecie informacje dotyczące urządzeń mechatronicznych, określić, do której grupy urządzeń należy wyszukane urządzenie i system. współpracować w grupie, Metody pracy: miniwykład, dyskusja w grupie. Formy organizacyjne pracy uczniów: praca w małych zespołach. Pomoce dydaktyczne: stanowiska komputerowe z dostępem do Internetu, literatura zgodnie z punktem 7 poradnika dla nauczyciela. Czas trwania: 1 godzina lekcyjna 45 minut. Uczestnicy Uczniowie klasy I technikum Przebieg zajęć wstęp należy wyjaśnić uczniom wszechobecność urządzeń mechatronicznych w życiu człowieka, scharakteryzować funkcyjne urządzeń i systemów mechatronicznych, grupy 18

19 uczniowie dzieleni są na trzy zespoły, w zależności od ilości stanowisk komputerowych z dostępem do Internetu, można uczniów podzielić na większą liczbę zespołów, uczniowie z pierwszego zespołu wyszukują informacje dotyczące urządzeń i systemów mechatronicznych powszechnego użytku, uczniowie z drugiego zespołu wyszukują informacje dotyczące przemysłowych urządzeń i systemów mechatronicznych, uczniowie z trzeciego zespołu wyszukują informacje dotyczące specjalistycznych urządzeń i systemów mechatronicznych, kolejno zespoły prezentują wyniki swoich poszukiwań, uczniowie w grupie dyskutują nad prawidłowym sklasyfikowaniem wyszukanych urządzeń i systemów. 5. Podsumowanie lekcji uczniowie charakteryzują grupy funkcjonalne urządzeń mechatronicznych, wymieniają urządzenia, które wzbudziły największe ich zainteresowanie, podkreśl wszechobecność urządzeń i systemów mechatronicznych w życiu człowieka, wskaż dynamiczny rozwój konstrukcji i technologii mechatronicznych i konieczność integracji różnych dziedzin nauki przy produkcji urządzeń mechatronicznych. 19

20 4. Podstawowe moduły urządzeń mechatronicznych 4.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wymień podstawowe dyscypliny naukowe wchodzące w skład mechatroniki i określ, czym się zajmują. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zapoznać się z kartą katalogową urządzenia mechatronicznego. 2) zanotować przy nazwie każdego urządzenia dziedziny wiedzy, z których wiadomości były potrzebne do zaprojektowania i skonstruowania danego urządzenia. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne. Środki dydaktyczne: karty katalogowe urządzeń mechatronicznych, literatura zgodna z poradnika dla nauczyciela. Ćwiczenie 2 Urządzenia mechatroniczne uszereguj wg zastosowanych w nich różnych inteligentnych systemów sterowania Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje o rodzajach inteligentnych systemach, 2) zanotować rodzaje systemów, 3) wyszukać w katalogach urządzeń informacje, jakie inteligentne systemy są w danych urządzeniach zastosowane, 20

21 4) zanotować przy nazwie urządzenia, jaki system został zastosowany, 5) scharakteryzować krótko inteligentne systemy korzystając z literatury. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne. Środki dydaktyczne: literatura zgodna z punktem 7 poradnika dla nauczyciela, karty katalogowe urządzeń mechatronicznych. Ćwiczenie 3 Wskaż bloki funkcjonalne urządzeń mechatronicznych. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w literaturze informacje o blokach funkcjonalnych urządzeń mechatronicznych, 2) wyszukać w katalogach urządzeń informacje dotyczące bloków funkcjonalnych danego urządzenia, 3) zanotować, jakie elementy stanowią w danych urządzeniach poszczególne bloki funkcjonalne. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne. Środki dydaktyczne: karty katalogowe urządzeń, literatura zgodna z poradnikiem dla nauczyciela 21

22 4.3 Sprawdzian postępów Czy uczeń potrafi : TAK NIE 1. Wyjaśnić pochodzenie słowa mechatronika? 2. Zdefiniować termin mechatronika? 3. Określić, z jakich dziedzin wiedzy potrzebne były wiadomości do skonstruowania danego urządzenia mechatronicznego? 4. Scharakteryzować bloki funkcjonalne urządzenia mechatronicznego? 5. Wskazać bloki funkcjonalne w konkretnym urządzeniu Mechatronicznym? 5. Podstawowe zjawiska fizyczne w elektrotechnice, mechanice, 5.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 W danym urządzeniu mechatronicznym wskaż rodzaje występujących sygnałów. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje o rodzajach sygnałów występujących w urządzeniach mechatronicznych, 2) wyszukać w katalogach urządzeń informacje dotyczące sygnałów występującym w danym urządzeniu, 3) zanotować przy nazwie urządzenia, jakiego rodzaju sygnały występują. 22

23 Zalecone metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne. Środki dydaktyczne: literatura zgodna z poradnikiem dla ucznia, karty katalogowe urządzeń mechatronicznych. Ćwiczenie 2 Wskaż rodzaj sygnałów występujących w poszczególnych blokach funkcjonalnych urządzeń mechatronicznych. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w literaturze informacje, jakie mogą występować sygnały w poszczególnych blokach funkcjonalnych urządzeń mechatronicznych, 2) wyszukać w katalogach urządzeń informacje dotyczące bloków funkcjonalnych danego urządzenia, 3) zanotować, jakie sygnały występują w blokach funkcjonalnych danego urządzeniach. Zalecone metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne, metoda przewodniego tekstu. Środki dydaktyczne: karty katalogowe urządzeń, literatura zgodna z poradnikiem dla ucznia. 5.3 Sprawdzian postępów Czy uczeń potrafi : TAK NIE 1. Wyjaśnić określenie sygnał? 2. Zdefiniować określenie informacja? 3. Określić, jakie sygnały ze względu na postać fizyczną występują w urządzeniach mechatronicznych? 4. Określić, jakie sygnały ze względu na strukturę mogą występować w urządzeniach mechatronicznych? 23

24 6. Przykłady zastosowań urządzeń mechatronicznych 6.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Na podstawie dostępnych informacji technicznych przedstaw przykłady urządzeń mechatronicznych powszechnego użytku. W przedstawionych urządzeniach wskaż charakterystyczne moduły funkcjonalne. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w czasopismach fachowych, Internecie informacje dotyczące urządzeń mechatronicznych powszechnego użytku, 2) wskazać w nich moduły funkcjonalne. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne, metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: literatura, dostęp do Internetu. Ćwiczenie 2 Na podstawie dostępnych informacji technicznych przedstaw przykłady urządzeń (systemów) przemysłowych mechatronicznych. W przedstawionych przykładach wskaż charakterystyczne moduły funkcjonalne. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w czasopismach fachowych, Internecie informacje dotyczących przemysłowych urządzeń mechatronicznych, 2) wskazać w nich moduły funkcjonalne. 24

25 Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne, metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: literatura, dostęp do Internetu. Ćwiczenie 3 Na podstawie dostępnych informacji technicznych przedstaw przykłady specjalistycznych urządzeń mechatronicznych. W przedstawionych przykładach wskaż charakterystyczne moduły funkcjonalne. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) wyszukać w czasopismach fachowych, Internecie informacje dotyczące specjalistycznych urządzeń mechatronicznych, 2) wskazać w nich moduły funkcjonalne. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne, metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: literatura, dostęp do Internetu. 6.3 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: TAK NIE 1. określić na jakie grupy dzielą się urządzenia mechatroniczne ze względu na zastosowanie? 2. podać przykłady urządzeń mechatronicznych: powszechnego użytku? przemysłowych? specjalistycznych? 3. wskazać w urządzeniach mechatronicznych moduły funkcjonalne? 25

26 7. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ -EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego I. Test dwustopniowy do części jednostki modułowej Definiowanie pojęcia mechatronika Test składa się z 9 zadań wielokrotnego wyboru, z których: zadania 1,2,.3, 4,7,8 są poziomu podstawowego, zadania 5, 6, 9 są poziomu ponadpodstawowego. Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak uczeń otrzymuje 0 punktów. Proponuje się następujące normy wymagań uczeń otrzymuje następujące oceny szkolne: dopuszczający za rozwiązanie co najmniej 4 zadań z poziomu podstawowego, dostateczny za rozwiązanie co najmniej 5 zadań z poziomu podstawowego, dobry za rozwiązanie 7 zadań, w tym co najmniej 1 z poziomu ponadpodstawowego, bardzo dobry za rozwiązanie 8 zadań, w tym co najmniej 3 z poziomu ponad podstawowego, celujący za rozwiązanie 9 zadań. Klucz odpowiedzi: 1. b, 2. a, 3. a, 4. c, 5. a, 6, d, 7. b, 8. c, 9. a. 26

27 Plan testu Nr Zad. Cel operacyjny ( mierzone osiągnięcia ucznia) Kategori a celu Poziom wymaga ń Poprawna odpowied ź 1 Wskazać podstawowe, bazowe dziedziny A P b nauki mechatroniki 2 Scharakteryzować zjawisko synergii B P a 3 Scharakteryzować cechy urządzeń B P a mechatronicznych 4 Rozpoznać urządzenia mechatroniczne C P c 5 Scharakteryzować cechy inteligentnego C PP a urządzenia mechatronicznego 6 Rozpoznać inteligentne urządzenia C PP d mechatroniczne 7 Wskazać podstawowe bloki funkcjonalne A P b 8 Rozpoznać zadanie układu mechatronicznego B P c 9 Wskazać cele układów mechatronicznych C PP a Przebieg testowania Instrukcja dla nauczyciela 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej jednotygodniowym. 2. Przed rozpoczęciem testu przeczytaj uczniom instrukcję dla ucznia. 3. Zapytaj, czy uczniowie wszystko zrozumieli. Wszelkie wątpliwości wyjaśnij. 4. Nie przekraczaj przeznaczonego czasu na test. Instrukcja dla ucznia 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych. 3. Test zawiera 9 pytań Do każdego pytania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi. Tylko jedna jest prawdziwa. 4. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy odpowiedź błędną zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 5. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 6. Na rozwiązanie testu masz 20 minut. Powodzenia! Materiały dla ucznia: instrukcja,zestaw pytań testowych. 27

28 Zestaw zadań testowych 1. Jakie dziedziny nauki są podstawową bazą dla mechatroniki? a) mechanika, informatyka, elektronika. b) informatyka, mechanika, fizyka. c) robotyka, mechanika, informatyka. d) automatyka, mechanika, informatyka. 2. Zjawisko synergii charakteryzuje się tym, że możliwości łączne projektowania, wytwarzania i ekspoatacji urządzeń mechatronicznych : a) są większe niż suma możliwości elementów składowych. b) są mniejsze niż suma możliwości elementów składowych. c) nie mają wpływu na możliwości elementów składowych. d) są większe lub mniejsze w zależności od zewnętrznych uwarunkowań. 3. Urządzenia mechatroniczne charakteryzują się: a) inteligencją, elastycznością, możliwością niewidocznego dla operatora sposobu działania. b) ograniczoną funkcjonalnością, inteligencją, elastycznością, możliwością widocznego dla operatora sposobu działania. c) inteligencją, ręcznym sterowaniem, możliwością widocznego dla operatora sposobu działania. d) ograniczoną funkcjonalnością, inteligencją, elastycznością, możliwością niewidocznego dla operatora sposobu działania. 4. Którą z podanych grup urządzeń można zaliczyć w całości do urządzeń mechatronicznych? a) Obrabiarka sterowana numerycznie, drukarki laserowe, miniaturowe kamery wideo, roboty, manipulatory, b) Manipulatory, obrabiarka sterowana ręcznie, drukarki laserowe, miniaturowe kamery wideo, roboty, 28

29 c) Obrabiarka sterowana numerycznie, drukarki igłowe, kamery wideo, urządzenia sterowane mechanicznie, d) Telefony komórkowe, obrabiarka sterowana numerycznie, drukarki igłowe, kamery wideo. 5. Cechy charakterystyczne inteligentnego urządzenia mechatronicznego to: a) dostosowanie się do zmieniających się okoliczności i wymagań, zdalne sterowanie, miniaturyzacja. b) dostosowanie się do zmieniających się okoliczności i wymagań, brak panelu sterowania, miniaturyzacja. c) niedostosowanie się do zmieniających się okoliczności i wymagań, automatyczne sterowanie. d) niedostosowanie się do zmieniających się okoliczności i wymagań, brak panelu sterowania, brak miniaturyzacji. 6. Którą z podanych niżej grup urządzeń można nazwać inteligentnymi urządzeniami mechatronicznymi? a) Bezzałogowe urządzenia latające, inteligentne ogrzewanie, aparaty fotograficzne z autofokusem, mikroroboty. b) Bezzałogowe urządzenia latające, aparaty fotograficzne z autofokusem, mikroroboty, pralki wirnikowe, c) Kuchenki mikrofalowe, aparaty fotograficzne, roboty, pralki automatyczne, d) Kuchenki mikrofalowe, aparaty fotograficzne z autofokusem, mikroroboty, pralki wirnikowe. 7. Podstawowe moduły (bloki) funkcjonalne układu mechatronicznego to zespół sensorów: a) układ sterujący, wykonawczy. b) układ wykonawczy. c) układ wykonawczy, układ zasilania. d) układ sterujący. 8. Ostatecznym zadaniem układu mechatronicznego jest: a) czynność mechaniczna. b) sterowanie elementem roboczym. c) przetworzenie informacji. d) wykonanie pomiaru. 29

30 9. Podstawowe cele układów mechatronicznych to: a) aktywne oddziaływanie na układ podstawowy, przystosowanie do warunków środowiska, przeprowadzenie samodiagnozy. b) c) d) aktywne oddziaływanie na układ podstawowy, przystosowanie do warunków środowiska, ręczne naprowadzanie. oddziaływanie na układ mechaniczny nieprzystosowanie do warunków środowiska, kontrola poprzez układ czujników. aktywne oddziaływanie na układ mechaniczny, nieprzystosowanie do warunków środowiska, kontrola przez operatora. KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko... Definiowanie pojęcia mechatronika Zakreśl poprawną odpowiedź Nr Odpowiedź zadania 1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d Razem Punkty 30

31 7.1 Sprawdzian 1 Sprawdzian praktyczny jest wykonywana samodzielnie przez zdającego. Podczas pracy jest on obserwowany przez nauczyciela. Nauczyciel reaguje jedynie w przypadku, gdy uczeń naruszy w rażący sposób zasady bezpieczeństwa i higieny pracy. Przerywa wtedy ćwiczenie i uczeń nie zalicza sprawdzianu. Czas trwania sprawdzianu ustala nauczyciel. Po wykonaniu zadania uczeń prezentuje nauczycielowi wynik swojej pracy. W trakcie zadania nauczyciel obserwuje ucznia, oceniając wykonywane czynności w specjalnym arkuszu obserwacji. Sprawdzian praktyczny Punktowana jest umiejętność wykonania poszczególnych elementów zadań wymienionych w planie testu. Maksymalna ilość możliwych do uzyskania punktów 9. Punktacja zadań: prawidłowo wykonana czynność 1 punkt, nie wykonana lub źle wykonana 0 punktów. Proponuje się następujące normy wymagań uczeń otrzymuje następujące oceny szkolne: dopuszczający za 5 punktów dostateczny za 6 punktów dobry za 8 punktów bardzo dobry za 9 punktów Plan testu praktycznego Nr zadania Cel operacyjny Uczeń potrafi Kategoria celu Poziom wymagań 1.1 Wyszukać w internecie odpowiednią C P stronę 1.2 Wyszukać w literaturze odpowiednie C P informacje 1.3 Wyszukać w czasopismach odpowiednie C P informacje 1.4 Sklasyfikował poprawnie urządzenia B P 2.1 Wyszukać odpowiednie informacje C P 2.2 Określić występujące bloki funkcjonalne B P 2.3 Wyszukać realizację fizyczną modułu C P 31

32 funkcjonalnego pierwszej grupy 2.4 Wyszukać realizację fizyczną modułu funkcjonalnego drugiej grupy 2.5 Wyszukać realizację fizyczną modułu funkcjonalnego trzeciej grupy Instrukcja dla nauczyciela Przebieg testowania C C P P 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z co najmniej jednotygodniowym wyprzedzeniem. 2. Zapewnij uczniom samodzielność podczas wykonywania zadań 3. Przed rozpoczęciem testu przeczytaj uczniom instrukcję dla ucznia. 4. Zapytaj, czy uczniowie wszystko zrozumieli. Wszelkie wątpliwości wyjaśnij przed rozpoczęciem wykonywania przez uczniów zadania.. 5. Podczas testu obserwuj wykonywane przez uczniów czynności. 6. Przerwij ćwiczenie, jeśli uczeń w rażący sposób naruszy zasady bezpieczeństwa i higieny pracy. Uczeń nie zalicza testu. 7. Nie przekraczaj przeznaczonego czasu na test. Instrukcja dla ucznia 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 2 zadania. 5. Postępuj zgodnie z poleceniami zawartymi w zadaniach. 6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 8. Na rozwiązanie testu masz 30 min. Powodzenia! Materiały dla ucznia: instrukcja, literatura, czasopisma, dostęp do Internetu. 32

33 Zadania testowe Zadanie 1 Korzystając z literatury, fachowych czasopism i Internetu odszukaj urządzenia i systemy mechatroniczne. Wpisz nazwy urządzeń i systemów do tabelki. Podaj źródło pochodzenia informacji. Urządzenia i systemy powszechnego użytku Urządzenia i systemy przemysłowe Urządzenia i systemy specjalne Zadanie 2 Wpisz do tabeli (korzystając z rozwiązania zadania 1) po dwa przykłady urządzeń mechatronicznych z każdej grupy i odpowiednią realizację ich modułów funkcjonalnych korzystając z dostępnych źródeł informacji. Nazwa urządzenia mechatronicznego Moduł funkcjonalny... Moduł funkcjonalny... Moduł funkcjonalny... 33

34 8. Podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych. Elementy i struktura obwodów elektrycznych- Podstawowe pojęcia i rozwój elektrotechniki Po zakończeniu realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć: wyjaśnić znaczenie pojęcia elektrotechnika, rozróżnić symbole i elementy obwodów elektrycznych, odczytać i narysować schematy prostych obwodów elektrycznych, wyjaśnić podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych, zinterpretować podstawowe prawa fizyki i zależności matematyczne stosowanie w obwodach elektrycznych, oznaczyć zwroty napięć i prądów w obwodach elektrycznych, obliczyć parametry prostych obwodów elektrycznych prądu stałego, zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego, przeanalizować zjawiska fizyczne w obwodach elektrycznych prądu stałego na podstawie obliczeń oraz wskazań mierników, zweryfikować doświadczalnie poprawność obliczeń dotyczących obwodów elektrycznych, zastosować zasady bhp podczas wykonywania pomiarów, określić błąd pomiaru, współpracować w grupie, wyszukać specjalistyczne informacje w ogólnodostępnych źródłach. 8.1 PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ Scenariusz zajęć 1 Temat: Źródła napięciowe i źródła prądowe Cel ogólny: Poznanie symboli, właściwości i różnic pomiędzy źródłami napięcia i prądu. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi: rozpoznać symbole graficzne elementów źródłowych obwodów elektrycznych, odróżnić na schematach symbole źródeł napięciowych i prądowych, analizować wpływ obciążenia na pracę idealnych i rzeczywistych źródeł energii, na podstawie schematu obwodu rozróżniać rodzaje źródeł zasilających, 34

35 opisać i rozpoznawać stany pracy źródeł wyciągać wnioski praktyczne związane z pracą źródeł energii elektrycznej, W czasie zajęć będą kształtowane następujące umiejętności ponad zawodowe: organizowania i planowania zajęć, pracy w zespole, czytania ze zrozumieniem, oceny pracy zespołów. Metody nauczania: metoda przewodniego tekstu, pokaz. Środki dydaktyczne: Teksty do analizy zawarte w poradniku dla ucznia, Źródła napięciowe i źródła prądowe. Stany pracy źródeł napięciowych lub ich kopie przygotowane przez nauczyciela dla każdego zespołu uczniów, instrukcja pracy metodą tekstu przewodniego, pytania do tekstu, galwaniczne źródło napięcia, (bateria 4,5 V), woltomierz cyfrowy, opornik dekadowy. Formy organizacyjne pracy uczniów: uczniowie pracują w grupach 3 4 osobowych. Czas trwania: 45 minut Uczestnicy: Uczniowie technikum. Zadanie Zapoznaj się z symbolami, właściwościami i wpływem warunków obciążenia na pracę źródeł napięciowych i prądowych. Po zapoznaniu się z tematem i tekstem rozdziału. Źródła napięciowe i źródła prądowe, opracuj i zaprezentuj odpowiedzi na załączone pytania. Przebieg zajęć Faza wstępna (5 minut). 1. Wyjaśnienie uczniom tematu zajęć. 2. Zapoznanie uczniów z pracą metodą tekstu przewodniego. 3. Podział grupy na zespoły. 35

36 Faza właściwa Praca metodą tekstu przewodniego, sporządzanie notatek z udzielaniem odpowiedzi na podane pytania. Etap I: Informacje Określenie uczniom źródła tekstów lub rozdanie kopii tekstów do analizy i pytań 2 minuty. Pytania przewodnie: 1. Jak definiuje się i jakimi symbolami oznaczamy na schematach idealne źródła napięciowe i prądowe? 2. Jak oznaczane są na schematach rzeczywiste źródła napięciowe i prądowe? 3. Czym różnią się idealne i rzeczywiste źródła napięcia i prądu? 4. W jakich stanach pracy mogą znajdować się źródła energii elektrycznej? 5. Na czym polega stan obciążenia źródła napięcia? 6. Na czym polega stan zwarcia źródła napięcia i czym zagraża praca w stanie zwarcia? 7. Co rozumiemy przez stan jałowy pracy źródła i stan dopasowania odbiornika do źródła napięcia? 8. Podaj przykłady źródeł napięcia oraz ich zastosowania? Etap II Planowanie (10 minut). Analizowanie tekstu przewodniego i dołączonych pytań. Uczniowie pracują w zespołach, analizują otrzymane teksty, dyskutują nad treścią pytań. Etap III Ustalenie odpowiedzi (10 12 minut). Wszyscy uczniowie ustalają i zapisują w zeszytach przedmiotowych odpowiedzi na kolejne pytania, konsultują z nauczycielem poprawność odpowiedzi. Etap IV Prezentacja wykonania przez uczniów zadań i sprawdzanie wyników pracy (12 minut). 4 zespoły po 3 minuty. Przedstawiciele zespołów kolejno prezentują opracowane odpowiedzi. Każdy z 4 zespołów powinien zaprezentować odpowiedzi na 2 kolejne pytania. Etap V Nauczyciel sprawdza poprawność wykonania zadania. Etap VI Analiza końcowa, pokaz (4 minuty): uczniowie i nauczyciel wskazują, które etapy zadania sprawiły trudności, nauczyciel podsumowuje zajęcia, wskazuje, jakie umiejętności były ćwiczone, jakie wystąpiły nieprawidłowości i jak unikać ich w przyszłości, 36

37 pokaz zachowania się źródła napięcia w stanie jałowym i pod obciążeniem, uczniowie obserwują wartość napięcia na zaciskach miernika cyfrowego, nauczyciel ocenia aktywność i zaangażowanie uczniów, zaleca rozwiązanie zadań nr 7 i 8 z rozdziału 11. Scenariusz zajęć 2 Temat: Błędy przyrządów pomiarowych. Określanie błędu pomiaru Cele zajęć: Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń powinien umieć: wyjaśnić pojęcia pomiaru bezpośredniego i pośredniego, wyjaśnić pojęcia błędu bezwzględnego oraz niepewności pomiaru, wyjaśnić definicję klasy dokładności miernika, rozpoznać klasę dokładności na podziałce miernika analogowego, oszacować wartość błędu bezwzględnego pomiaru wykonanego miernikiem o znanej klasie dokładności, dobrać zakres pomiarowy miernika do wartości mierzonej wielkości. Metody nauczania: mini wykład, pokaz, dyskusja w grupie. Formy organizacyjne pracy uczniów: praca indywidualna, praca w małych zespołach. Środki dydaktyczne: mierniki analogowe laboratoryjne i techniczne, mierniki cyfrowe, literatura zgodnie z rozdziałem 7 w Poradniku dla nauczyciela. Czas trwania: 45 min. Uczestnicy: Uczniowie technikum. Przebieg zajęć: 1. Wprowadzenie. 2. Uświadomienie celów zajęć. 3. Wykład z elementami pogadanki i pokazu, w którym omawiamy następujące zagadnienia: A: Pomiar: 37

38 wstęp, należy wyjaśnić uczniom znaczenie pojęcia pomiar bezpośredni i pośredni, zaprezentować przykłady mierników do pomiarów bezpośrednich, zapytać uczniów o przykłady i wyjaśnić przykłady pomiarów pośrednich. B: Błąd pomiaru: należy podać definicje błędów bezwzględnego i względnego pomiaru, omówić znaczenie wzorców pomiarowych. C: Klasy dokładności mierników: przedstawić i omówić definicję klasy dokładności miernika, określić typowe wartości klas dokładności mierników, rozwiązać przykład z oszacowaniem błędu bezwzględnego i względnego pomiaru, zademonstrować w grupach wykonania mierników laboratoryjnych i technicznych, uczniowie notują na tablicy oznaczenia z podziałek, wyjaśniamy ich znaczenie. 4. Podsumowanie zajęć: postawienie pytań sprawdzających, uczniowie przypominają i objaśniają pojęcia wprowadzone na zajęciach, zadanie uczniom do przeczytania informacji dotyczących tematu ( z Poradnika dla ucznia) oraz polecenie wykonania ćwiczeń 5. Ocena poziomu osiągnięć uczniów i ich aktywności. 8. Podstawowe pojęcia dotyczące obwodów elektrycznych. Elementy i struktura obwodów elektrycznych- Podstawowe pojęcia i rozwój elektrotechniki 8.2 Ćwiczenia Wskazówki do realizacji: Ćwiczenia rachunkowe 1 4 mają na celu utrwalenie podstawowych pojęć i definicji wielkości związanych z elektrycznością. Przed ćwiczeniami należy sprawdzić czy uczniowie pamiętają i rozumieją podstawowe pojęcia. W trakcie ćwiczeń należy kontrolować czy uczniowie zrozumieli materiał i treści zadań, zachęcać ich do stawiania pytań. W miarę potrzeb należy wyjaśniać wątpliwości,. 38

39 Sposób wykonania ćwiczeń Aby wykonać ćwiczenia 1 3 uczeń powinien: znać materiał nauczania z rozdziału 8 wykorzystać zawarte tam informacje i wzory definiujące prąd. Zalecane metody nauczania uczenia się: pogadanka, dyskusja, ćwiczenia grupowe i indywidualne. Środki dydaktyczne: literatura. Ćwiczenie 1 Przez przekrój poprzeczny przewodu w czasie t = 10 s przepływa elektronów. Oblicz wartość prądu w przewodzie, jeżeli ładunek elektronu e = 1,6 l0 19 C. Odp. I = 80 ma Ćwiczenie 2 Oblicz natężenie prądu i gęstość prądu w przewodzie o przekroju S = 3 mm 2, przez który przepływa elektronów w czasie t =2s. Ładunek elektronu e= 1,6 l0 19 C. Odp.I=32A; J =10,6A/mm 2 Ćwiczenie 3 Rozrusznik samochodu pracował w czasie t=2s, pobierając z akumulatora prąd I=150A. Po uruchomieniu silnika ładowano akumulator prądem I 1 = 3 A. Po jakim czasie akumulator zostanie naładowany do pierwotnego stanu? Ładowanie i rozładowanie przebiega bez strat. Odp. 100 s Ćwiczenie 4 Oblicz wartość ładunku, który przepłynie w przewodzie w czasie t =30s, jeżeli wartość prądu w tym czasie narastała liniowo od 0 do 10 A i opadła do zera? Narysuj przebieg zmienności prądu w zależności od czasu, oblicz średnią wartość prądu za czas przepływu. Odp. Q=150C; I =5A. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) narysować wykres zależności prądu od czasu i(t), obliczyć ładunek jako pole pod wykresem ze wzoru na pole trójkąta prostokątnego o bokach t=30s, IM=10A, Q=1/2(IM t), 2) skorzystać z wzoru definiującego prąd I=Q/t. Zalecane metody nauczania: pogadanka, dyskusja, ćwiczenia grupowe i indywidualne. Środki dydaktyczne: literatura. 39

40 Ćwiczenie 5 Zapoznaj się z budową i parametrami elementów biernych: oporników, kondensatorów, elementów indukcyjnych oraz źródeł napięcia stałego wykorzystywanych w pracowni. Wskazówki do realizacji: Przed realizacją ćwiczenia nauczyciel powinien sprawdzić czy i jak uczniowie rozumieją pojęcia zawarte w zadaniu, należy podać czas pracy oraz omówić sposób wykonania ćwiczenia. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) narysować i podpisać symbole dostępnych elementów, 2) zapisać nazwy i wartości parametrów znamionowych tych elementów. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenia praktyczne, metoda przewodniego tekstu, praca w grupach. Środki dydaktyczne: rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, źródła napięcia stałego(zasilacze napięcia stałego), karty, informacje katalogowe badanych elementów i podzespołów. Ćwiczenie 6 Ustal parametry oporników, przeprowadź pomiary rezystancji oporników metodą bezpośrednią: omomierzem analogowym i cyfrowym. Wskazówki do realizacji Przed realizacją ćwiczenia nauczyciel powinien sprawdzić rozumienie pojęć, podać czas na wykonanie ćwiczenia, zasady posługiwania się omomierzami. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) z kart katalogowych odczytać parametry co najmniej 2 typów rezystorów i zanotować ich: rezystancję znamionową R N [Ω], moc znamionową P N [W], tolerancję rezystancji δ R [%]. rezystor 1: R N1 [Ω] =..P N1 [W] = δ R1 [%]=.. rezystor 40