2. Программа курса, тематическое планирование, зачётная игра.

Основы радиоэлектроники
в младших классах.
Содержание:
стр.
Введение………………………………………………………………….. 3
Параграф 1…………………………………………………………………5
Параграф 2. Программа курса.
Часть I. Первоначальные сведения об электрических цепях.
Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества,
электрическом заряде и электрическом поле…………………9
Глава 2. Электрический ток……………………………………………..11
Глава 3. Виды соединений проводников……………………………….14
Глава 4. Сопротивление. Резистор……………………………………...16
Глава 5. Свойства последовательного и параллельного соединений...17
Глава 6. Повторение. Зачётная игра…………………………………….20
Параграф 3. Программа курса. Часть II.
Глава 1. Повторение……………………………………………………..22
Глава 2. Закон Ома………………………………………………………22
Глава 3. Свойства последовательного и параллельного соединений...24
Глава 4. Конденсатор……………………………………………………29
Глава 5. Полупроводниковые приборы: диод, транзистор……………30
-1-
Глава 6. Повторение. Зачётная игра……………………………………35
Параграф 4. Зачётная игра-I
Правила игры....…………………………………………....36
Индивидуальный зачёт…………………………………….43
Командный зачёт…………………………………………...46
Параграф 5. Зачётная игра-II.
Правила игры……………………………………………….51
Индивидуальный зачёт…………………………………….54
Командный зачёт…………………………………………...62
Литература………………………………………………………………..67
-2-
Введение.
В настоящее время технологический уровень современного производства требует
от человека не просто больше знаний и умений, а качественно иных знаний и умений.
Современное производство и техника буквально напичканы электронными системами
и выпускники школ должны быть готовы к общению с этими системами на любом
уровне. Это заставляет изменять содержание образования, пересматривать образовательные технологии, привлекать новые методы и средства обучения, средства НИТ.
Причём, целесообразно рассматривать средства НИТ не только как средства обучения, но и в качестве предмета изучения, знакомя учеников с их возможностями через
практическую деятельность. Это позволит формировать у будущих выпускников
знания и умения, необходимые любому специалисту, в какой бы области он не работал. С другой стороны, понятно, что учить всех всему нецелесообразно, поэтому ещё
одной отличительной особенностью школьного образования является специализация,
причём в последние годы как можно более ранняя. У неё, безусловно, есть и свои минусы, но её положительные стороны очевидны.
Специфика нашей школы, ЦО №1436, заключается в том, что школьники 8-11
лицейских классов углублённо изучают радиоэлектронику, программирование, робототехнику. Подготовка к обучению в пролицейских и лицейских классах начинается
в младших классах и продолжается в 5 – 7 классах. Вообще, работа с учащимися
младшей школы - это отдельное большое направление: ученики начальной школы
-3-
изучают английский язык, основы информатики, радиоэлектроники и конструирования, а в 5 – 7 классах – основы мехатроники. Причём, программы по информатике,
электронике и мехатронике не являются тремя отдельными и оторванными друг от
друга курсами. Напротив, взаимопроникающие дисциплины: без знаний, полученных
на уроках информатики и электроники немыслимо изучение мехатроники. Таким образом, учащиеся как бы всё время находятся внутри, своего рода, единой образовательной среды.
Курс “Основы радиоэлектроники” преподаётся с 1993г., рассчитан на 1,5 года
и ведётся на основе разработок В.В. Мацкевича. Это пропедевтический курс, цель
которого - развитие познавательного интереса учащихся в данной области, формирование определённого стиля мышления.
Конечно, не следует думать,что все эти дети в будущем станут серьёзно заниматься электроникой или другими смежными дисциплинами. Вполне возможно, что
лишь единицы из них изберут электронику своей будущей профессией. Остальные,
почувствовав, что им это неинтересно, или потому, что у них это плохо получается,
попробуют себя в другом, и это тоже положительный результат. Ведь смысл пребывания человека в школе заключается, прежде всего, в том, чтобы помочь раскрыться и
развиться способностям ребёнка, показать ребёнку его возможности и помочь осознать их, научить адекватно оценивать себя.
-4-
Параграф 1. Программа курса.
Данный курс состоит из двух частей:
I часть - “Первоначальные сведения об электрических цепях”.
II часть - “Изучение особенностей электрических цепей, содержащих различные элементы: резистор, конденсатор, диод, транзистор.
Первая часть рассчитана на работу в течение второго полугодия 3-го класса
при частоте занятий 1 час в неделю. Вторая часть рассчитана на изучение в течение
всего учебного года в 4-м классе при частоте занятий 1 час в неделю. Заканчивается
обучение импровизированным зачётом, по итогам которого дети получают годовую
оценку по предмету “Радиоэлектроника”.
Наши занятия проходят после уроков во второй половине дня в кабинете физики или в радиолаборатории. Группы насчитывают 12 - 15 человек, что позволяет
организовать рабочее место для каждого ученика и уделить каждому ученику достаточное внимание и время.
В процессе работы используется стандартное школьное оборудование,
конструктор “Радиокубики”, некоторые элементы из конструктора “LEGO” и
некоторые дополнительные элементы, изготовленные в школьной радиолаборатории
на базе стандартных радиодеталей промышленного производства.
-5-
Конструктор “Радиокубики” может быть дополнен элементами LEGO: это внесёт в работу дополнительное оживление. Мы используем электрифицированный
конструктор, в который входят лампочки, электрический гудок, электродвигатель.
Модели, собранные на базе этих конструкторов, управляются при помощи программируемого пульта. Но при изучении электроники дети не собирают модели, учащиеся
используют только лампочки, гудки и готовые движущиеся модели, а в некоторых
случаях – пульт в качестве источника электропитания.
Следует отметить, что при изучении основ радиоэлектроники в начальных
классах на первый план выходят не математические тонкости, которые недоступны
младшим школьникам (хотя простейшие задачи, раскрывающие основные законо-
-6-
мерности работы электрических цепей, решать приходится), а физический смысл и
много, очень много практических заданий: не бывает занятий, на которых учащиеся
не выполняли бы одно – два практических задания. Особое внимание уделяется тому,
как те или иные законы работы электрической цепи и её отдельных элементов применяются в тех или иных устройствах, ведь одна из целей педагогического коллектива
ЦО №1436 состоит в том, чтобы подготовить наших выпускников к успешному
обучению в ВУЗах по специальностям, связанным с радиофизикой, электроникой, робототехникой и т.п., поэтому даже элементы конструктора: резисторы, диоды, транзисторы, конденсаторы,- представляются как крошечные фрагментики сложных устройств. Кроме того, на занятиях учащиеся используют знания и навыки, приобретённые на уроках информатики, природоведения, математики.
Огромное значение имеет наглядность в обучении. Здесь? могут серьёзно помочь компьютерные моделирующие программы. Перед этим полезно просить
детей прогнозировать результат. Иногда компьютер заведомо неверно отражает
происходящее в цепи, тем самым провоцируя учащихся на ошибку, побуждая их к
более активной мыслительной деятельности и подготавливая к “осторожному” отношению к компьютерным моделям. На наших уроках используются и компьютерные
модели, изготовленные в готовых средах, но особенно удачными получаются про-
-7-
граммки, написанные нашими же старшеклассниками по сценарию учителя. Ученики лицейских классов пишут обучающие программы не только для уроков электроники, но и для уроков физики, математики, технологии. Большинство этих программ довольно просты, и их написание не требует много времени. Они создаются к
конкретному уроку по заказу учителя и в соответствии с его стилем, методическими
приёмами, а это важно. Да и для старшеклассников это хорошая практика, ведь современное образование должно носить прикладной характер.
Учебников по электронике для младших школьников не существует, поэтому
ребята ведут записи в тетрадях,там же чертят схемы и выполняют домашние задания.
Для учителя руководством к действию служат книги В.В. Мацкевича о его опыте
работы с детьми, пособие П.П. Головина “ Учимся радиоэлектронике”, Р. Свореня
«Электроника шаг за шагом». В процессе работы программа курса совершенствуется
и дорабатывается.
Далее при изложении программы I-й и II-й частей курса будут даны пояснения
и комментарии с целью осветить некоторые методические аспекты и особенности
введения тех или иных понятий, формирования и закрепления тех или иных знаний,
умений и навыков, исходя из опыта автора.
-8-
Параграф 2.
Программа курса
«Основы радиоэлектроники»
для учащихся 3-х и 4-х классов.
I часть - “Первоначальные сведения об электрических цепях”.
Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества, электрическом заряде и
электрическом поле. Проводники и изоляторы.
Количество часов: 2 – 3.
Основные формируемые знания и умения:
1) Электрический заряд, электризация. Виды электрического заряда.
Электрическое взаимодействие.
2) Материя. Вещество. Первоначальные сведения о строении вещества.
3) Электрон. Планетарная модель строения атома. Ионы. Свободные
электроны.
4) Объяснение электризации.
5) Проводники и изоляторы.
6) Электрическое поле – особый вид материи, создаваемый заряженными
частицами и управляющий их движением.
На первых двух уроках учащимся сообщаются первичные знания о строении
вещества, электрическом заряде и электрических взаимодействиях. В процессе объяснения можно использовать общеизвестные демонстрации явления диффузии, взаимодействия гильзы из фольги со стеклянной палочкой и пластмассовой линейкой. При
-9-
этом можно использовать минимальный опыт учащихся, которые сами неоднократно
наблюдали электрические явления с расчёской и некоторыми предметами одежды, и
сами могут предложить простейший способ электризации тел. А гильзочку каждый
ребёнок может сделать сам: для этого нужно лишь развернуть небольшую шоколадку. Гораздо труднее доступно объяснить электризацию тел, т.к. на детей буквально
обрушивается целый поток совершенно новых сведений, которые обычными методами трудно проиллюстрировать. Именно в этот момент будет уместной компьютерная
моделька, которая иллюстрировала бы разделение электрического заряда в процессе
электризации: образование избытка или недостатка электронов. А изложение учителем материала должно быть образным. И тогда, как показывает опыт, учащиеся довольно хорошо усваивают такие понятия как атом, ион, электрон, свободный электрон.Следует опираться на знания детей из курса “Природоведение”, например на их
знания о строении Солнечной системы, о телах и веществах и об их отличии.
Против ожиданий не возникает больших
проблем и с введением понятия об электрическом поле. Как только учащиеся узнают
об электронах и свободных электронах, сразу легко понять, почему для опытов по
электризации лучше использовать стеклянную, пластмассовую или эбонитовую палочку, а не металлическую, и как вообще происходит электризация, в каком случае
тело получает положительный заряд, в каком случае – отрицательный, что такое проводник, что такое изолятор.
Введение единицы измерения электрического заряда 1Кл. нецелесообразно, т.к.
для детей девяти лет наполнить это понятие конкретным смыслом на доступном
-10-
уровне сложности невозможно, не нарушив принцип научности.
Несмотря на то, что на этом этапе учащиеся не изучают электрические цепи,
не упражняются в их сборке, они всё же работают с электрическими цепями. Только собирает эти цепи учитель перед уроком. Это простейшие цепи, собранные из
стандартных элементов и из элементов конструктора. Важно не то, насколько сложны эти цепи, а то, что учащиеся имеют возможность “поиграть” с ними. Ведь напротяжении этих двух – трёх уроков поток новой информации очень велик, детям, к сожалению приходится много записывать (так много писать на уроках им потом не
приходится за все полтора года).Чтобы занятия не стали утомительными и скучными,
нужно, чтобы уже на первом уроке ребёнок мог включить лампочку, моторчик, чтобы
на его глазах при его участии что-то “заработало”. Если цепь несложная, то, немного
изменив её, ребёнок может заставить лампочку светиться ярче, моторчик вращаться
быстрее, гудочек гудеть громче.
Глава 2. Электрический ток. Электрическая цепь. Сила тока. Напряжение.
Количество часов: 3 – 4.
1) Понятие об электрическом токе как о направленном движении свободных
электронов. Условия существования электрического тока: электрическое
поле, наличие свободных электронов. Направление электрического тока.
2) Электрическая цепь, назначение её элементов.
3) Источник тока – элемент, создающий электрическое поле. Напряжение –
величина, показывающая, какую работу совершает электрическое поле, что-
-11-
бы переместить электроны. Единица измерения напряжения 1В.
4) Упражнения в сборке простейших электрических цепей.
5) Действия электрического тока.
6) Понятие о силе тока как о величине, которая показывает, много или мало
электронов проходит через элемент цепи за 1с.
7) Знакомство с конструктором «Радиокубики».
От теоретических занятий мы переходим к работе с электрическими цепями.
Учащиеся уже подготовлены к восприятию понятия электрический ток как явления,
при котором все свободные электроны под действием электрического поля движутся
в одну сторону.(И снова нам помогает компьютерная модель электрического тока.)
Ребята знакомятся с элементами электрической цепи и их ролью, собирают простейшие цепи. Раньше они просто нажимали на кнопку, а теперь сами от начала до конца
могут собрать такую же и даже сложнее.
соль
Это ключ.
Поверните его.
-12-
вода
Ученики проверяют, является ли проводником или изолятором то или иное вещество, например, автобусный билетик, жетон на
метро или монетка, помещая их между концами двух проводов. (Как правило, не
только способ проверки, но и идею осуществить такую проверку предлагают сами
ребята).
Т.к. на следующем этапе ребятам предстоит знакомство с различными видами
соединений проводников и их свойствами, то мы считаем целесообразным ввести
понятие “сила тока”: оно определяется как величина, отражающая то, как много
электронов проходит через проводник за одну секунду. О силе тока ребята могут судить по яркости свечения лампочки, громкости звучания телефона или по скорости
вращения моторчика. Единица измерения силы тока 1А. вводится как сила тока, при
которой, например, через лампочку за одну секунду проходит количество электронов, равное 6250000000000000000 шт. Название единицы измерения может и забыться, а число с шестнадцатью нулями уж точно запомнится. И, конечно, не будет
лишним предупредить ребят о том, что смертельной может оказаться и сила тока
значительно менее 1А.
Для лучшего усвоения понятия электрического напряжения и сделать изложение более образным можно прибегнуть к следующей аналогии: течение тока через
нагрузку (движение электронов) можно уподобить спуску санок с горки, а перепад
высоты при спуске – напряжению.
Такую аналогию можно сделать наблюдаемой
U
при помощи компьютера.
Чем выше горка, тем большую скорость приобретают санки, т.е. чем больше напряжение, тем быстрее движутся электроны.
Происходит знакомство с единицей измерения напряжения – Вольтом. Учащиеся видят, какова яркость свечения лампочки из «Радиокубиков» при использовании
обычного лабораторного источника тока (4В.) и сравнивают её с яркостью свечения
этой же лампочки при использовании в качестве источника тока пульта управления
LEGO (9В.) или разных батареек. Учитель может продемонстрировать изменение
яркости свечения лампочки от карманного фонарика при помощи регулируемого
источника напряжения.
Понятие ЭДС для детей девяти – десяти лет оказывается слишком сложным.
Опыт показывает, что и в восьмом классе дети, изучающие первый год в пролицейном классе радиоэлектронику, не всегда успешно овладевают этим понятием. Поэтому, видимо, не следует обременять детскую память понятием ЭДС.
Глава 3. Виды соединений проводников.
Количество часов – 4.
1) Последовательное соединение проводников. Отработка навыка сборки
цепей, содержащих последовательное соединение. Практическое применение последовательного соединения проводников.
2) Параллельное соединение проводников – соединение, при котором
происходит разветвление тока. Отработка навыка сборки цепей, содержащих параллельное соединение. Практическое применение параллельного соединения проводников.
3) Смешанное соединение проводников.
Упражнения в сборке электрических цепей мы начинаем с работы с обычным
лабораторным оборудованием и только, когда у ребят сформировался устойчивый навык в сборке электрических цепей, мы начинаем знакомство с “Радиокубиками”. В
противном случае учащиеся не научатся разбираться в электрических цепях и схемах,
самостоятельно находить ошибки и устранять неисправности. Их восприятие будет
жёстко связано с внешними особенностями кубиков, и в случае работы с другим конструктором сборка цепи по уже знакомой схеме станет для них большой трудностью.
А кубики нужны нам, главным образом, для изучения работы цепей, содержащих резистор, конденсатор, диод или транзистор. Плавно перейти к кубикам нам помогает
игра “Театр” (см. выше), т.к. внешний вид самих костюмов во многом повторяет радиокубики.
Перед сборкой цепи ребята анализируют схему по плану:
1) назвать элементы данной цепи;
2) указать участки, содержащие последовательное, параллельное или смешанное
соединения;
3) указать направление тока;
4)указать направление движения электронов.
Во время упражнений по сборке цепей нужно обсуждать, где может применяться то или иное соединение, предлагать задания типа: составить схему цепи, которая позволяла бы включать лампы светильника по отдельности, или схему, моделирующую работу простейшей ёлочной гирлянды. Для некоторых детей это может
стать проектным заданием.
Хорошим способом научить детей собирать цепи, содержащие различные виды
соединений, помимо сборки по известной схеме, может стать такая работа проблемного характера: составление схемы цепи, собранной учителем (другим учеником),
поиск ошибки, умышленно кем-то допущенной, и по причине которой в работе цепи
происходят сбои. Но такие задания лучше выполнять не поодиночке, а парами или
группами.
Глава 4. Сопротивление. Резистор.
Количество часов – 2.
1) Сопротивление проводников – величина, которая показывает, хорошо
или плохо проводник проводит ток. Единицы сопротивления. Объяснение механизма сопротивления: столкновение свободных электронов с
ионами. Зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника, вещества и температуры.
2) Резистор – элемент цепи с заданным сопротивлением.
Сопротивление - одно из важнейших понятий. В процессе сборки цепей учащемуся могут “попадаться” разные лампочки (на 2,5В., 3,5В., 6,3В.), яркость свечения которых будет разной. Это заставит ребят предположить, что проводники обладают разной способностью проводить электрический ток. Речь идёт о сопротивлении
проводника. Единица сопротивления 1Ом.: если к концам такого проводника приложить напряжение 1В., то через проводник потечёт ток силой 1А., т.е. за одну секунду
под действием электрического поля пройдут 6250000000000000000 электронов.
Природу сопротивления мы объясняем на основе строения вещества. Это же
поможет понять, от чего может зависеть сопротивление. Но есть элемент цепи, обла-
дающий определённым, заранее заданным сопротивлением, - это резистор.
(Рис.2.)
(Рис.3.)
120
Здесь лампочка горит ярко.
Сопротивление так велико, что сила тока
слишком мала, чтобы зажечь лампочку.
Представляется полезным, чтобы учащиеся также понимали, что сопротивление
проводника зависит от температуры. Можно продемонстрировать работу терморезистора и рассказать о его применении, например, рассказать ребятам о работе термометра из конструктора LEGO и продемонстрировать или даже позволить поработать с ним.
Интересно, а что будет, если в цепи окажется не один резистор? Оказывается,
всё зависит от того, как включить их в цепь: последовательно или параллельно.
Глава 5. Свойства последовательного и параллельного соединений.
Количество часов – 4.
1) Последовательное соединение – такое соединение, при котором через
все элементы цепи протекает ток одинаковой силы. (Т.е. через все
элементы за 1с. проходит одинаковое количество электронов.)
2) Формула Rобщ. = R1 + R2 и её качественное объяснение на основе понимания природы сопротивления и характера зависимости сопротивления
от геометрических размеров проводника. Решение простейших примеров.
3) Параллельное соединение. Формула Rобщ. = (R1 * R2) / (R1 + R2) и её качественное объяснение на основе понимания природы сопротивления и
характера зависимости сопротивления от геометрических размеров проводника. Решение простейших примеров.
4) Цепи со смешанным соединением. Решение примеров.
Для начала собираем и анализируем работу цепи, содержащую последовательное соединение двух резисторов. Оказывается, включая лампочку в различные
участки цепи, убеждаемся, что сила тока в такой цепи одинакова в её различных
участках, т.к. лампочка во всех случаях светится одинаково.
R1
(Рис.4.)
R2
Простейший эксперимент с двумя последовательно включёнными в цепь лампочками помогает догадаться, что в случае последовательного соединения проводников
R=R1+R2. В этом же нас убеждает эксперимент с цепью из кубиков. Причём, значение Rобщ. определяется значением сопротивления того резистора,чьё сопротивление больше: возьмём R2 = 10 кОм., тогда лампочка вообще не вспыхнет.
Для объяснения и закрепления формулы Rобщ. = R1 + R2 активно применяется
компьютер.Объясняюще-иллюстрирующая программа в динамике демонстрирует,
что общее сопротивление участка цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников, т.к. при увеличении длины проводника электронам приходится преодоле-
вать больше препятствий. При помощи компьютерного тренажёра на расчёт сопротивления учащиеся могут решать множество примеров. Компьютер откликается на
действия ученика репликами “правильно” или “неправильно”, ошибку всегда можно
исправить.
А эти схемы раскрывают свойства параллельного соединения проводников.
л
R1
л1
л2
Лампочка “л” вспыхивает
ярче, когда появляется л2.
(Рис.5.)
R2
47 Ом
Лампочка вспыхивает,
как только в цепь включается R2.
(Рис.6.)
Прежде, чем собрать цепь по данной схеме, учащиеся пытаются спрогнозировать, как поведут себя Л и Л1, когда в цепи появится Л2. Опыт показывает, что
чаще всего дети предполагают, что Л потускнеет. (За это говорит почти весь их
предыдущий опыт, и только некоторые, самые наблюдательные, вспоминают, что
может быть и по-другому.) Анализируя работу лампочек, учащиеся с помощью
учителя приходят к выводу о том, что ток теперь делится между Л1 и Л2, и по
этим двум “дорожкам” электронов за 1с. “пробегает” больше, следовательно, в этом
случае зависимость Rобщ. от R1 и R2 более сложная, а именно
Rобщ.= (R1*R2) / (R1+R2). Первые же примеры подтверждают правильность этой
формулы. Интересно, что общее сопротивление участка цепи с параллельным со-19-
единением определяется сопротивлением того проводника,чьё сопротивление меньше.
Что касается силы тока в параллельных нагрузках, то следующий опыт покажет,
R1
Л1
Л2
R2
(Рис.7.)
что через нагрузку с меньшим сопротивлением течёт более сильный ток, т.к. соответствующая лампочка горит ярче. Как правило, дети легко объясняют это, опираясь на знания о сопротивлении.
Особенно полезно сравнивать R общ. для одинаковых сочетаний R1 и R2 в
разных соединениях.
Глава 6. Повторение. Зачётная игра.
Количество часов – 2 + 1.
Программа зачёта включает две серии испытаний: индивидуальный и командный зачёты и проходит в форме игры. Команда – это группа. К концу изучения I-й
части курса учащиеся владеют некоторыми основными теоретическими знаниями
-20-
и практическими навыками. На этом своеобразном зачёте они отвечают на вопросы, выполняют практические задания, решают несложные задачи. За выполнение
каждого задания каждый участник получает оценку по пятибалльной системе, оценка заносится в специальную индивидуальную зачётку. Сумма всех оценок идёт в
актив команды, а по среднему баллу данному ученику выставляется итоговая оценка. Командный зачёт организуется по типу КВН и включает весёлые конкурсы с
серьёзным смыслом. Подробнее об этом рассказывается в главах: «Зачётная игра-I»
и «Зачётная игра-II».
-21-
МАРШРУТНЫЙ ЛИСТ
Команда___________________________________________________________________
Индивидуальный зачёт
Этап 1. «Вопросы и ответы».
каб.№___________
Судья _________
Этап 2. «Работа со схемой
электрической цепи». каб.№________
Судья _________
Этап 3. «Сборка
электрической цепи».
каб.№________
Судья _________
Этап 4. «Сопротивление».
каб.№________
Судья _________
Общий командный балл:_________________
Командный зачёт
КОНКУРСЫ
1. Кроссворд.
МАКСИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ОЦЕНКА
5
2. Разминка
«Загадки»
Правильность
Быстрота
Дружность
3. «Живая цепь» - 1.
Правильность сборки -2
Ответ на вопрос
-2
4. «Неисправность»
Что делать
Выявление
Исправление
5. «Живая цепь» - 2.
Правильность сборки -2
Ответ на вопрос
-2
6. «Конкурс
капитанов».
Слово
-1
С помощью команды -0.5
-2
-2
-2
Правильность Быстрота Дружность Правильность сборки Ответ на вопрос -
-1
-2
-3
Правильность сборки Ответ на вопрос -
Общий командный балл: ________________
ИТОГ: ________________
МАРШРУТНЫЙ ЛИСТ-II
Команда___________________________________________________________________
Индивидуальный зачёт
Этап 1. «Сборка
электрической цепи». каб.№___________
Судья _________
Этап 2. «Определение
неисправности».
каб.№________
Судья _________
Этап 3. «Вопросы и ответы».
каб.№________
Судья _________
Этап 4. «Работа со схемой
электрической цепи». каб.№________
Судья _________
Общий командный балл:_________________
Командный зачёт
КОНКУРСЫ
МАКСИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ОЦЕНКА
1.Блиц.
Вопрос 1
Вопрос 2
Вопрос 3
Вопрос 1
Вопрос 2
Вопрос 3
2. «Живая цепь» - 1
Правильность сборки -2
Ответ на вопрос
-2
3. Конкурс
эрудитов.
Слово
С пом. команды
4. «Живая цепь» - 2.
Правильность сборки -2
Ответ на вопрос
-2
5. «Чёрный ящик»конкурс капитанов.
Макс. вр.2 мин.
-5
Штрафн. время До 4-х мин.- штраф: 30с.- 1балл. Баллы -
-2
-2
-2
Правильность сборки Ответ на вопрос -
-1
- 0,5
Правильность сборки Ответ на вопрос -
Общий командный балл: ________________
ИТОГ: ________________
Памятка судье на заключительном этапе.
1.Собрать зачётки у всех участников последней команды.
2.Просуммировать баллы каждого участника, сумму записать в зачётки.
3.Определить общее количество очков данной команды, для чего сложить общие
баллы всех членов команды.
4.Определить командный балл, для чего общее количество очков (см.п.3) разделить
на количество членов команды (количество зачёток). Полученное число записать
в «Маршрутный лист» в графу «Общий командный балл» в средней части листа.
---------------------------------------------------------------------------------------------Так выглядит зачётка ребёнка.
Так может выглядеть эмблема.
Зачётка
Команда_____________________
Электрики
Фамилия, Имя_________________
_______________
_______________
Этапы
Баллы
Теория.............................
Ошибка............................
Работа со схемой............
Сборка цепи....................
Итого:
Параграф 3.
Программа курса
«Основы радиоэлектроники»
для учащихся 3-х и 4-х классов.
II часть - “Изучение особенностей электрических цепей, содержащих различные элементы : резистор, конденсатор, диод, транзистор.
Глава 1. Повторение.
Количество часов: 2 – 3.
Глава 2. Закон Ома.
Количество часов: 2 – 3.
1) Зависимость силы тока от сопротивления и качественное объяснение
этой зависимости.
2) Реостат: его устройство и принцип действия. Регулирование силы тока
при помощи реостата.
3) Характер зависимости силы тока от напряжения и качественное объяснение этой зависимости на основе физического смысла напряжения и силы
тока.
4) Измерение силы тока. Амперметр.
5) Измерение напряжения. Вольтметр.
6) Закон Ома.
По окончании повторения мы переходим к изучению закона Ома.Однако, нужно нам это не для того,чтобы с его помощью решать задачи на расчёт электрических
-22-
цепей, а для того,чтобы лучше понять свойства разных видов соединений проводников и научиться применять их при изучении цепей с другими элементами.
О том, что I ~ (1/R), учащиеся и раньше знали. Теперь можно воспользоваться этим, регулируя силу тока при помощи реостата, предварительно изучив
устройство реостата. Возможно, понять принцип действия реостата дети способны
уже в I-м полугодии, но они вряд ли способны уже через пару месяцев занятий самостоятельно (более или менее) предложить идею чего-то вроде резистора с изменяющимся сопротивлением.
Потом следует на качественном уровне на простом эксперименте убедиться
в том, что I ~ U. Для этого можно использовать источники тока с разными ЭДС, например, стандартный лабораторный источник тока и пульт управления LEGO. (Он
питается шестью батарейками по 1,5В.). Знания детей уже позволяют объяснить
характер зависимости I (U), а компьютерная модель проиллюстрирует.
Теперь остаётся только обобщить знания. Для лучшего усвоения закон Ома
как бы делится на две части:
1) Чем больше напряжение, тем больше сила тока;
2) Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.
И оказывается, чтобы определить силу тока, нужно напряжение разделить на сопротивление. Для закрепления этой формулы мы решаем очень простые задачки.
Как уже было отмечено, использование амперметров и вольтметров невозможно, поэтому учащиеся знакомятся с измерительными приборами посред-23-
ством компьютерных моделей. Особенности включения в цепь амперметра становятся понятными, если помнить, какую величину измеряет амперметр, что такое
сила тока, и что такое последовательное соединение. Особенности включения в
цепь вольтметра можно пояснить, опираясь на аналогию между напряжением и высотой снежной горки. (См. Главу 2 Части I.)
Глава 3. Свойства последовательного и параллельного соединений.
Количество часов: 5 – 6.
1) Свойства параллельного соединения. Повторение уже известных свойств.
Параллельное соединение – делитель тока. Шунтирование.
2) Свойства последовательного соединения. Повторение ранее изученных
свойств. Последовательное соединение – делитель напряжения.
3) Применение изученных свойств к цепям со смешанным соединением.
Теперь, когда учащиеся владеют законом Ома, они готовы к более практически направленному изучению свойств последовательного и параллельного соединений а именно, к восприятию того, что последовательное соединение проводников
часто используется для деления напряжения, а параллельное - для деления тока.
Процесс изучения этих свойств подразделяется на несколько этапов. Полезнее будет начать с изучения свойств параллельного соединения. Из Гл.5 Ч.I учащиеся знают, что электрический ток при протекании через параллельные нагрузки
делится, причём, делится таким образом,что через нагрузку с большим сопротивлением течёт ток меньшей силы. Первые задания, выполняемые учащимися теперь,
-24-
аналогичны заданиям, которые они выполняли полгода назад, и нужны для повторения.
Затем ребята узнают, что, оказывается, на параллельных нагрузках напряжение
одинаково. Это довольно просто понять, если снова воспользоваться аналогией со
снежной горкой. (См. Гл.2 Ч.I.) Сравните эти две горки: начало спуска соответствует т.1 на схеме, а конец спуска – т.2, и неважно, что происходит во время
спуска: главное – перепад высоты одинаков, следовательно, санки одинаковой силой увлекаются вниз, т.е. электроны испытывают одинаковое действие электрического поля.
R1
1
(Рис.8.)
2
R2
(Рис.9.)
а)
б)
U
U
Кстати, понятно, что горки могут быть по-разному скользкими, и по более
скользкой горке санки съедут быстрее, и за час с такой горки успеет скатиться
больше храбрецов. В принятой аналогии это как если бы через проводник с меньшим
сопротивлением за 1с. “пробежало” больше электронов, т.е. прошёл ток большей
силы.
-25-
Теперь, когда известно, что U1 = U2, применим к параллельному соединению
закон Ома и увидим, что сила тока делится между нагрузками в определённой пропорции: во сколько раз больше R, во столько же раз меньше I. Для закрепления полученных знаний исследуется работа компьютерных моделей цепей с параллельным
соединением с “цифровыми” амперметрами и вольтметрами. В реальных же цепях
роль своеобразного вольтметра может выполнять LEGO – лампочка, которая при
любых R1 и R2 не изменяет яркости свечения при переключении с одной ветви параллельного соединения на другую.
(Рис.10.)
Данные свойства параллельного соединения можно использовать, например,
в процессе шунтирования. Шунт – это резистор, который включают для ответвления
от нагрузки лишнего тока, причём, величину Rш., оказывается, можно рассчитать,
если знаешь свойства параллельного соединения.
-26-
А каковы свойства последовательного соединения? То, что напряжение делится между последовательно соединёнными проводниками в определённой пропорции, мы обнаруживаем при решении задач и работе с моделями цепей. Далее следует
экспериментальная проверка вывода о том, что чем больше сопротивление проводника, тем больше напряжение на его концах, с использованием реостата и лампочки:
перемещая движок реостата и тем самым, изменяя его сопротивление, мы изменяем
не только силу тока в цепи, но и распределение напряжений между нагрузками.
Лампочка светится слабее, значит напряжение на ней упало, а т.к. источник тока остался прежним, то на реостате, очевидно, напряжение увеличилось. Особенно наглядно это демонстрирует работа цепи с включением элементов LEGO. Элементы
LEGO выполняют роль своеобразных вольтметров. Параллельно каждой из нагрузок,
соединённых последовательно, включают лампочки или гудки из LEGO. По яркости
свечения лампочки или по громкости звучания гудка можно судить о напряжении на
концах лампочки или гудка, а следовательно и о напряжении на концах нагрузки, параллельно которой включены лампочка или гудок. А если лампочку или гудок включить параллельно сразу двум нагрузкам, то этот маленький “вольтметрик” “покажет”,
что общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных нагрузках. Возможно,
что и в этом случае будет уместно провести аналогию с ледяной или снежной горкой.
песок
лёд
U1
Uобщ. U 2
снег
U3
(Рис.11.)
-27-
Сила тока через все нагрузки одинакова, поэтому санки должны проходить каждый
участок спуска одинаково быстро, а для этого необходимо, чтобы на труднопроходимом отрезке перепад высот был больше и наоборот, т.е. чтобы напряжение на
нагрузке с большим сопротивлением было больше. Сумма же высот всех отрезков
спуска равна, как видно из рисунка, общей высоте горы. Правда, разработка схемы
соответствующей цепи даётся не всем ребятам легко. Аналогичная цепь собирается
из радиокубиков. В распоряжение учащихся даются несколько резисторов разного
сопротивления, и они включают их в цепь в разных сочетаниях. Перед этим полезно
просить детей прогнозировать результат. Полученные знания мы закрепляем, анализируя работу компьютерных моделей цепей.
Чтобы дать учащимся представление о том, как применяются свойства последовательного соединения на практике, полезно подумать над тем, как лампочку от
карманного фонарика на 2,5В. зажечь при помощи пульта управления LEGO. Получается, что цепь должна содержать ещё и лампочку на 6,3В., которая будет выполнять роль гасящего сопротивления. Полезно так же рассмотреть работу цепи с реостатом в режиме потенциометра.
(Рис.12.)
(Рис.13.)
-28-
Логичным продолжением может стать ознакомление с переменным резистором
и его применением для регулировки и подстройки, например, громкости звука. Возможно, имеет смысл некоторым ребятам предложить соответствующее проектное
задание.
Глава 4. Конденсатор.
Количество часов – 5.
1) Назначение, устройство и принцип действия конденсатора.
2) Зарядка и разрядка конденсатора. Вспышка.
3) Зависимость времени зарядки и разрядки конденсатора от сопротивления цепи и объяснение этой зависимости на основе закона Ома.
III-е полугодие занятий начинается знакомством с конденсатором: его устройством и назначением. С помощью конструктора “Радиокубики” ученики собирают
цепь для зарядки и разрядки конденсатора через телефон и, слушая смолкающие
щелчки при каждом замыкании ключа, пытаются дать объяснение происходящему.
Разобравшись в принципе работы такой цепи, учащиеся получают задание разработать схему цепи такую, чтобы, разряжаясь, конденсатор давал не один, а несколько
щелчков. Вряд ли стоит говорить с младшими школьниками об электроёмкости
конденсатора, гораздо важнее доступно объяснить, как заряжается конденсатор
почему конденсатор не накапливает какой угодно заряд, почему конденсатор сохраняет заряд.
-29-
Глава 5. Полупроводниковые приборы: диод, транзистор.
Количество часов – 8.
1) Повторение: зависимость сопротивления проводников от температуры.
2) Полупроводники – вещества, сопротивление которых уменьшается при
увеличении температуры.
3) Диод. Односторонняя проводимость диода. Особенности включения диода в цепь. Идеальный диод, сопротивление диода.
4) Понятие о переменном токе, применение диода для выпрямления тока.
5) Транзистор, его основные элементы. Особенности включения в цепь
транзистора p-n-p типа. Роль базы, усилительные возможности транзистора.
6) Применение транзистора.
Заключительная глава курса “Радиоэлектроника” посвящена полупроводниковым устройствам : диоду и транзистору. Как мне кажется, совершенно излишним будет обременять детей объяснением процессов, происходящих в недрах диода или
транзистора. Больше внимания я уделяю обсуждению с моими учениками практического применения этих устройств.
Основное свойство диода - односторонняя проводимость. Диод характеризуется т.н. прямым и обратным сопротивлением: прямое – мало (?!), а обратное – велико (?!). Что это означает? Мало или велико по сравнению с чем?
-30-
Например, по сравнению с сопротивлением лампочки.
(Рис.14.)
Включая в цепь резисторы с
R
разным сопротивлением или
оставив в цепи разрыв, можно
примерно оценить сопротивление диода.
(Рис.15.)
Учащиеся незаметно приходят к понятию “идеальный диод”, прямое сопротивление которого равно нулю, а обратное - стремится к бесконечности. Но дело в том,
что “идеальный диод” - это модель, и обсуждение с ребятами подобных вопросов
является сильным развивающим мышление фактором.
Для ознакомления учащихся с практическим применением диода я немного
рассказываю им о переменном токе как о токе, направление которого периодически (100 раз в секунду) изменяется. К этому моменту они уже имели возможность
наблюдать, что при изменении направления тока при смене полярности изменяется
-31-
на противоположное, например направление вращения моторчика из LEGO. В качестве источника тока для подобных экспериментов мы используем пульт управления из конструктора LEGO DACTA, у которого нажатием кнопки изменяется полярность, а, следовательно, и направление тока.
А что будет, если диод включить в цепь так? (см. рис.16.), а так? (см. рис.17.)
или так? (см. рис.18.)
(Рис.16.)
(Рис.17.)
а)
а)
б)
б)
-32-
(Рис.18.)
а)
б)
Постепенно появляется идея выпрямителя. Как пример применения диода
изучается работа мостового выпрямителя.Обычно(но не всегда)его схему предлагаю
детям в готовом виде и прошу их её проанализировать. Учащиеся довольно быстро
соображают, что в данной схеме найден такой способ включения диодов, при котором ток через нагрузку при любой полярности идёт в одну и ту же сторону. Собрав
такой выпрямитель из радиокубиков, ребята включают в цепь в качестве нагрузки мотор из LEGO, движущий машинку, и убеждаются в том, что какой бы ни была полярность, машинка всё равно движется в одном направлении. Интересным продолжением этого исследования будет наблюдение за машинкой в ситуации, когда все диоды
включаются в направлении, обратном по отношению к первоначальному.
-33-
(Рис.19.)
к нагрузке
В технике широко распространены свето- и фотодиоды, поэтому было бы неплохо познакомить с ними учащихся. (В дальнейшем детям предстоит работать со
всевозможными датчиками, в т.ч. и с датчиками освещённости, например с датчиком
из LEGO, а его основными элементами, как раз, и являются свето- и фотодиод.)
Транзистор сразу обращает на себя внимание учащихся тем, что в отличие от
ранее изученных элементов у него три вывода. Дальнейшие эксперименты будут нацелены на раскрытие роли базы в работе транзистора, его усилительных свойств и их
использование. Вот один из примеров. Перед учащимися ставится задача: составить
схему реле времени, используя для управления транзистором разрядный ток конденсатора, предлагается также придумать способ изменить время включения и время за-
-34-
держки реле. Для выполнения этого задания детям придётся вспомнить многое из
того, что они знают о резисторах и конденсаторах.
Глава 6. Повторение.
Количество часов: 2 – 3.
В процессе работы программа непрерывно совершенствуется и дорабатывается.
О том, каков прогнозируемый уровень знаний детей, можно судить по уровню заданий зачёта. Реальный уровень отражается в оценках четвероклассников.
-35-
Параграф 4.
Зачётная игра-I.
1.Правила игры.
Программа игры включает две серии испытаний: индивидуальный и командный
зачёт. Количество, участвующих в испытаниях команд определяется количеством
групп в данной параллели 3-х классов.
Индивидуальный зачёт проходит в четыре этапа:
Этап 1. «Теория»
Этап 2. «Сборка электрической цепи»
Этап 3. «Схема электрической цепи»
Этап 4. «Расчёт сопротивления».
Командный зачёт строится по типу КВН и включает в себя различные конкурсы,
в которых участвует вся команда или представители команд.
Конкурсы:
1.“Кроссворд”
2.“Загадки”
3.”Неполадка”
4.”Живая цепь”.
Игра начинается с общего сбора команд в актовом зале. Здесь ведущий разъясняет участникам правила игры и смысл заданий. Здесь же происходит розыгрыш
-36-
маршрутных листов, в соответствии с которыми команды будут проходить этапы
индивидуального зачёта. Маршрутные листы заготавливаются заранее. Получив
маршрутный лист, команды отправляются на этапы индивидуального зачёта в сопровождении куратора команды. Кураторами,обычно,становятся старшеклассники.
Примерно через час команды возвращаются обратно с багажом очков, и начинается КВН.
2.Правила пользования маршрутным листом.
Маршрутный лист – основной документ команды и находится у капитана команды. Он содержит перечень всех испытаний, причём, порядок прхождения этапов индивидуального зачёта – строго определённый для каждой команды, и его необходимо соблюдать, дабы не допустить такой ситуации, когда в одном месте в одно время
оказались бы две команды.
Напротив названия испытания обозначено место (№ каб.), где проводится испытание. Там же ставится отметка о похождении командой данного этапа. После прохождения последнего этапа ( у каждой команды он свой) капитан оставляет маршрутный лист у ассистентов, обслуживающих данный этап. Ассистенты подсчитывают баллы каждого участника по системе, описанной в следующем разделе, и
общий командный балл, который является средним арифметическим баллов
участников команды. После этого маршрутные листы передаются в жюри, которое
будет судить командные соревнования. Для облегчения работы жюри в соответствующей части маршрутного листа приведён перечень конкурсов с кратким
-37-
описанием ситемы оценивания. Очки, заработанные командой в КВНе, тоже вносятся
в маршрутный лист и формируют итоговую оценку команды.
3.Система оценок и правила пользования зачётками.
Зачётка – основной документ каждого участника игры. Ребята получают их перед
началом игры и сохраняют до окончания последнего этапа, где и отдают его ассистентам. В зачётку ассистенты на каждом этапе вносят оценку, полученную данным
участником игры за выполнение соответствующего задания. Оценивание происходит
по пятибалльной системе, правда, мы считаем нецелесообразным и даже вредным
ставить оценку “2”. По окончании последнего испытания осуществляется подсчёт
баллов, вывод итоговой оценки каждого участника игры по следующей системе:
Комбинация оценок
на этапах.
Сумма оценок.
3333
3334
12 - 13
3
14 -17
4
18 -20
5
3344
3444
4444
5444
5544
5554
5555
Итоговая оценка
участника игры.
В случае потери участником игры своей зачётки он получает оценку “2” и не приносит своей команде ни одного очка.
-38-
Чтобы подсчитать командные баллы, нужно сложить баллы всех членов команды и эту сумму разделить на количество детей в команде.
Пример:
13 + 20 + 17 + …+ 15
= 17,5
15 человек
Оценка: 4.
Затем ассистенты с последних этапов приносят в жюри оформленные маршрутные
листы.
Система оценок в конкурсах КВН вырабатывалась исходя из тех соображений,
чтобы проигрывающая команда всегда сохраняла шанс, победив в 1 – 2 конкурсах,
догнать лидера. Это придаёт соревнованиям особую остроту. Система оценок приведена в образце маршрутного листа. По окончании всех конкурсов подводится
итог командных соревнований, который в сумме с командным баллом по итогам
индивидуальных соревнований даст общий командный балл.
4.Ассистенты.
Ассистенты организаторов соревнований – это старшеклассники, на которых
после старта ложатся все трудности по организации конкретной работы на этапах:
они должны организованно принять команду, приготовить рабочее место для каждого ребёнка и разместить детей по рабочим местам, тщательно и быстро проверить
правильность выполнения задания, оценить работу и подготовиться к приёму следующей команды: разложить билеты, там, где это необходимо, собрать и разобрать
цепи. И всё это нужно сделать быстро и без суеты в течение не более чем 15-ти минут, чтобы не задерживать следующую команду. Поэтому на каждом этапе работа-39-
ют 2 – 4 человека (в зависимости от сложности задания). Кроме того, в обязанности
ассистентов входит определение командного балла по итогам индивидуальных соревнований. Необходимо также поддерживать доброжелательную атмосферу и одновременно дух здорового соперничества на протяжении всей игры. Этому, как оказалось, в немалой степени способствует то, что кураторами команд во время соревнований тоже “работают” старшеклассники: они с удовольствием опекают малышей и
легко находят с ними общий язык. Жюри тоже преимущественно состоит из ассистентов.
Как видно, на ассистентах лежит большая ответственность, поэтому каждый
из них должен хорошо знать свой участок работы, и это требует от организаторов
большой предварительной работы с ассистентами.
-40-
Индивидуальный зачёт.
Этап I. «Теория».
На данном этапе учащиеся отвечают на теоретические вопросы. Билет с
вопросом вытягиваются так же, как на экзамене. Как только учащийся готов к ответу, он поднимает руку, и к нему подходит один из ассистентов и оценивает ответ.
Примерные вопросы: 1)Какие вы знаете заряженные частицы? Как они заряжены?
2)Какие вещества называются проводниками? Примеры?
3)Какие вещества называют изоляторами? Примеры?
4)Что такое электрический ток?
5)Почему проводники проводят электрический ток, а изоляторы – нет?
6)Перечислите основные элементы электрической цепи.
7)Зачем нужен источник тока?
8)Какое соединение проводников называют последовательным? Приведите примеры его применения в жизни.
9)Какое соединение проводников называют параллельным?
Приведите примеры его использования.
10)Что такое сопротивление проводника? В каких единицах
оно измеряется? Почему проводники оказывают току сопротивление?
11)От чего зависит сопротивление проводника и почему?
-43-
12)Как зависит общее сопротивление цепи с последовательным соединением проводников от сопротивления отдельных проводников? Почему?
13) Как зависит общее сопротивление цепи с параллельным соединением проводников от сопротивления отдельных проводников? Почему?
Количество билетов равно количеству участников команд, поэтому отдельные вопросы могут повторяться.
Этап II. «Сборка электрической цепи».
Учащиеся получают задание: на карточке начерчена схема, в соответствии с
которой они должны собрать цепь. Ассистенты оценивают правильность сборки. Конечно, случается, что ученику не удаётся сразу правильно собрать цепь, тогда ему
предоставляется вторая (а иногда, правда очень редко, и третья) попытка, оценка
при этом, разумеется, снижается на балл, а то и два. Ассистенты никого не торопят,
но «семеро одного не ждут», и ребята понимают, что команду подводить нельзя.
На данном этапе используется стандартное лабораторное оборудование и
конструктор «Радиокубики».
Типичные схемы электрических цепей:
1)
2)
3)
-44-
4)
5)
6)
Этап III. «Работа со схемой электрической цепи».
На данном этапе билет содержит два задания:
1)сделать чертеж схемы электрической цепи по описанию;
2)описать схему электрической цепи.
Примеры описания схем:
Начертите схему цепи, в которую входят следующие элементы:
а)источник тока; ключ; 2 лампочки, соединённые последовательно;
б)источник тока; ключ; два резистора, соединённые последовательно;
в)источник тока; ключ; две лампочки, соединённые параллельно;
г)источник тока; ключ; две лампочки, которые могут быть включены отдельно
друг от друга;
д)источник тока; ключ; два резистора, соединённые параллельно;
е)источник тока; ключ; лампочка и резистор, соединённые последовательно;
ж)источник тока; ключ; лампочка и соединённые с ней последовательно два резистора, параллельные друг другу.
-45-
План анализа схемы электрической цепи:
а)перечислить элементы, входящие в цепь;
б)назвать типы соединений, использованные в данной цепи, и перечислить элементы, образующие эти соединения;
в)проследить, как по цепи течёт электрический ток;
г)проследить, как движутся по цепи электроны.
Этап IV. «Расчёт сопротивления электрической цепи».
На данном этапе билет содержит три задания:
1)расчёт общего сопротивления участка цепи, содержащего последовательное
соединение резисторов;
2)расчёт сопротивления одного из резисторов, соединённых последовательно, по известным общему сопротивлению участка и сопротивлению других резисторов этого участка;
3)расчёт общего сопротивления участка цепи, содержащего параллельное соединение
резисторов;
Командный зачёт.
Конкурс 1. «Кроссворд».
Кроссворды составлены из терминов, с которыми ребята встречаются на
занятиях в течение года при помощи специальной компьютерной программы. Кон-
-46-
курс проходит в компьютерном классе. Каждая команда “откомандировывает” на
этот конкурс 1 – 2 человек, которые и отгадывают кроссворд. Конкурс прекращается в тот момент, когда одна из команд закончит выполнять задание, после чего за
каждое правильно угаданное слово компьютер начисляет каждой команде 0,5 очка.
За ошибку очки, в том числе и штрафные, не начисляются. Таким образом, и более
медлительная команда может победить в этом конкурсе за счёт качества ответов.
Конкурс 2. «Загадки».
Пока двое от каждой команды разгадывают кроссворды, каждой команде
загадывается одна из загадок (см. ниже). В этом конкурсе оцениваются правильность,
быстрота, и дружность ответов. Загадки совсем не сложные, и, как правило, дети
быстро и дружно с ними справляются, получают максимально возможное количество баллов. Но этот конкурс проходит первым после сбора команд и хорошо взбадривает подуставших ребят и настраивает их на командные соревнования
1
К плюсу движется в цепи,
Утюг нагреет по пути.
Как очень шустрый шарик он.
Его имя - ……….(электрон).
2
Как светофор в цепи стоит.
Захочет – току путь открыт.
И он нисколько не колюч.
Вы догадались? Это - …(ключ).
3
И проводов, и ламп тут горы.
Как подключить эти приборы?
Собрать их в цепь – да не проблема!
Была бы правильная …(схема).
-47-
4
Во всяком проводе он есть.
И там его числом не счесть.
Заряжен, но не электрон.
Да, знаем!, - это же…(ион).
Конкурс 3. «Неполадка».
В конкурсе участвуют по 2 – 3 человека от каждой команды. Их задача –
определить характер неисправности и устранить её. Соревнующимся выдаётся схема
цепи:
(Рис.20.)
В действительности собранные цепи с неисправностями соответствуют следующим
схемам:
(Рис.21.)
а)
б)
На выявление и устранения неисправности группы получают 2 минуты. Если по истечении отведённого времени ребята сумели устранить неисправность, демонстрируют
исправную работу цепи, то своей команде они принесут три очка, если же времени
на исправление не хватило, но ребята могут сказать, в чём заключается неисправность, и рассказать, что нужно было бы сделать для её устранения, то они приносят
-48-
своей команде 2 очка, а если за отведённое время всё, что смогли сделать ребята, это
понять, что же всё-таки должно было бы происходить при безошибочной сборке, то
команда получит лишь одно очко.
Конкурс 4. “ Живая цепь”.
В этом конкурсе участники игры собирают цепи по заданной схеме, исполняя
роль того или иного элемента цепи. Для этого ребята надевают своеобразные костюмы с вмонтированными в них реальными элементами цепи: лампочками, ключами,
резисторами и т.д. Распределяет роли и выстраивает цепь капитан. Оценивается правильность, а не быстрота выполнения задания. За безошибочно выполненную сборку
начисляются два очка, т.е. допускается одна ошибка с последующим самостоятельным исправлением.
После сборки командам задаются вопросы, за правильный ответ каждая команда может заработать ещё два балла: собственно за ответ и за объяснение.
Обычно, сборка “живой “ цепи вызывает у ребят большой интерес. Им нравится выполнять такие задания и на уроках в течение года. Поэтому, если позволяет
время, на КВНе мы проводим этот конкурс дважды с разными схемами.
(Рис.22.) а)
Вопросы: 1.Что произойдёт, если один
из резисторов исключить
из цепи и заменить его проводом? 2.Объясните.
-49-
б)
Вопросы: 1.Что произойдёт, если один
из резисторов исключить из
цепи?
2.Объясните.
Конкурс 5. «Конкурс капитанов».
В основе конкурса капитанов лежит известная всем игра «Города», только
вместо городов играющие называют понятия и термины из области электроники,
электротехники и т.п. Капитаны команд выходят в центр зала и садятся друг напротив друга. Жеребьёвкой устанавливается очерёдность, в которой капитаны будут
высказываться, и начинается игра. Побеждает тот, кто произнесёт последнее название. Тот, кто не сможет продолжить игру, т.е. подобрать подходящее слово, выходит
из игры без очков. Очки присуждаются двум последним участникам: победителю – 2
очка, а его оппоненту – одно. Но каждый капитан в трудную минуту может воспользоваться помощью команды, правда, при этом он принесёт команде на пол-очка
меньше.
-50-
Параграф 5.
Зачётная игра-II.
1.Правила игры.
Программа игры включает две серии испытаний: индивидуальный и командный
зачёт. Количество, участвующих в испытаниях команд определяется количеством
групп в данной параллели 3-х классов.
Индивидуальный зачёт проходит в четыре этапа:
Этап 1. «Теория»
Этап 2. «Сборка электрической цепи»
Этап 3. «Схема электрической цепи»
Этап 4. «Проблемное задание».
Командный зачёт (КВН) включает в себя следующие конкурсы:
1. «Живая цепь»-1
2. «Блиц»
3. «Живая цепь»-2
4. «Конкурс эрудитов»
5. «Конкурс капитанов»
Правила и порядок игры аналогичны правилам зачётной игры за 1-ое полугодие.
-51-
Индивидуальный зачёт.
Этап I. «Теория».
На данном этапе учащиеся отвечают на теоретические вопросы и решают
задачи, т.е. билет содержит два задания.
Примерные вопросы:
1. Какие вы знаете заряженные частицы? Как они заряжены?
2. Что такое электрический ток? Что нужно, чтобы он существовал?
3. Для чего нужен источник тока?
4. Какие вещества называются проводниками, а какие изоляторами?
Приведите примеры таких веществ. Почему одни вещества являются
проводниками, а другие – нет?
5. Почему проводники обладают сопротивлением? От чего оно зависит?
В каких единицах оно измеряется?
6. Что такое сила тока? В каких единицах она измеряется? Каким прибором она измеряется? Как этот прибор включается в цепь?
7. Что такое напряжение? В каких единицах она измеряется? Каким прибором она измеряется? Как этот прибор включается в цепь?
8. Что гласит закон Ома? Объясните этот закон.
9. Какое соединение проводников называют последовательным?
Какие свойства последовательного соединения вы знаете? Где и
-54-
как используют последовательное соединение и его свойства?
10. Какое соединение проводников называют параллельным? Какие
свойства параллельного соединения вы знаете? Где и как используют
параллельное соединение и его свойства?
11. Для чего нужен конденсатор? Как он устроен? Где применяется?
12. Как зарядить конденсатор? Начертите схему цепи и покажите направление тока и движения электронов.
13. От чего зависит время зарядки разрядки конденсатора? Почему?
Начертите схему цепи, в которой разрядный ток зажигает лампочку.
14. Что такое диод? Начертите простейшую схему цепи с диодом. Что
такое светодиод и фотодиод? *Для чего ещё применяют диоды?
15. Что такое идеальный диод? Чем от него отличаются настоящие
диоды?
16. Назовите основные элементы транзистора? Как они включаются?
Для чего использую транзисторы?
17. Какой элемент транзистора управляет его работой? Как? Начертите схему простейшей цепи.
Типы задач:
R1
R2
R1
R2
1.
2.
R1 = 94 Ом. Определите общее сопротивление
R2 = 40 Ом. участка цепи.
R1 = 10 Ом.
Определите сопротивление R2.
Rобщ. = 13 Ом.
-55-
R1
R2
R1 = 35 Ом.
R2 = 70 Ом.
U1 = 2 В.
Определите напряжение U2.
R1
R2
U1 = 2 В.
U2 = 4 В.
R1 = 1 Ом.
Определите R2.
3.
4.
R1
5.
R2
R1 = 3 Ом.
R2 = 6 ОМ.
Определить силу тока в R2.
R1
6.
R2
R1 = 6 Ом.
R2 = 3 Ом.
I1 = 1 А.
R1
7.
R2
Определить общее сопротивление цепи.
Определите сопротивление R2.
I1 = 2А.
I2 = 6 А.
R1 = 3 Ом.
Этап II. «Работа со схемой электрической цепи».
На втором этапе индивидуального зачёта учащимся предстоит ответить на
вопрос по данной в билете схеме и объяснить свой ответ. Ассистенты, работающие
с малышами на этом этапе (впрочем, как и на других этапах) могут помочь отвечающему, задавая т.н. наводящие вопросы, или задавать дополнительные вопросы, если ответ не был исчерпывающим.
-56-
1.
Что произойдёт при размыкании ключа?
2.
Какая из лампочек горит ярче других?
1
2
3
3.
Долго ли горит лампочка?
4.
Для чего в цепь включён резистор 10К ?
К1
К2
10К
5.
Как поведёт себя лампочка при замыкании
и размыкании ключа?
-57-
6.
Какая из лампочек горит ярче других?
1
2
3
7.
Как поведёт себя лампочка при замыкании и
размыкании ключа?
8.
Какая из лампочек горит ярче?
47
л1
120
л2
Этап III. «Сборка электрической цепи».
Учащиеся собирают цепь по предложенной в билете схеме.
1.
2.
3.
4.
-58-
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Этап IV. «Определение неисправности».
Задание, предлагаемое на четвёртом этапе, требует выявления и исправления
ошибки, допущенной при сборке цепи, якобы соответствующей приведённому в билете суждению. Так как выполнение задания сопряжено с решением проблемы, то
для аттестации ученика разработана достаточно гибкая шестибалльная система оценки знаний и система “подсказок”.
Наивысшая оценка – 6 баллов ставится в том случае, если ученик сразу и без
“подсказки” обнаружил и устранил неисправность и представил ассистенту к оценке
работающую цепь. Если ассистент замечает, что ребёнок испытывает серьёзные затруднения, он предлагает ему воспользоваться “подсказкой”. То же будет проделано,
если неудача постигла ребёнка при первой попытке ответа. Если и после предложен-
-59-
ной “подсказки” проблема не решена, в ход идут следующие “подсказки” и т.д. до
тех пор, пока либо проблема не будет всё же решена, либо за это задание участник
игры получит неудовлетворительную оценку «2». Чем больше подсказок получил
отвечающий, тем, понятно, ниже его оценка за этот этап.
Первой “подсказкой” будет схема цепи. Если, сверяясь со схемой, ребёнок
не сможет выявить ошибку, ему будет дан перечень возможных ошибок, и нужно
будет только понять, которая из них допущена в этом конкретном случае. Если и это
оказывается ребёнку неподсилу, ассистент сам называет ту ошибку из этого списка,
которую нужно устранить. А устранить её всё-таки должен сам ученик, только в этом
случае он получит удовлетворительную оценку. Итак,
1) самостоятельное обнаружение и устранение неисправности
- 6 баллов;
2) обнаружение неисправности с использованием схемы цепи
и самостоятельное устранение неисправности
- 5 баллов;
3) обнаружение неисправности с использованием схемы цепи
и перечня возможных ошибок, и самостоятельное устранение
неисправности
- 4 баллов;
4) самостоятельное устранение неисправности
- 3 балла;
5) невыполнение задания
- 2 балла.
Каждый из ассистентов работает с 2 – 4 отвечающими, которые выполняют
задания по одной и той же схеме. У ассистента есть карточки с истинными схемами
и карточки с перечнем возможных неисправностей для раздачи отвечающим, если
-60-
возникает необходимость дать подсказку. Также каждый ассистент имеет на руках
памятку с системой оценок.
Истинная схема и утверждение.
I. Многократная
фотовспышка.
Возможная ошибка.
Схема, соответствующая ошибке.
1. Неправильное включение конденсатора.
2. Неправильное положение резистора в
цепи.
II. Лампочки можно
включать по отдельности.
1. Один из ключей занимает неправильное
положение.
2. Неверно выбран тип
соединения проводников.
III.
1. Неправильное включение диода в цепь.
-61-
Командный зачёт.
Конкурс 1. «Блиц».
В данном конкурсе участвует вся команда, которая коллективными усилиями
решает три маленькие проблемки, т.е. в течение минуты команда должна дать ответ
на три вопроса. Для ответа на каждый из вопросов даётся всего 20 секунд. Каждый
правильный ответ оценивается двумя очками. Ответы передаются в жюри в письменном виде, и сразу же задаётся следующий вопрос.
Вопрос 1. Какое слово здесь зашифровано?
НЕКНОСТАДОР
(Ответ: конденсатор.)
Вопрос 2. Каждой команде предлагается модель карусели, собранная на базе конструктора LEGO. Модель приводится в движение при помощи электромоторчика, питание которого осуществляется посредством пульта управления LEGO. Как было сказано выше, этот пульт позволяет, изменяя полярность, изменять направление вращения моторчика. Однако, соединив
моторчик с пультом через выпрямительный мост, мы лишимся этой возможности. (См. схему.)
Что нужно сделать, чтобы изменилось направление вращение карусели?
Ответ: нужно изменить направление включения диодов, образующих мост.
Распространённая ошибка: изменить полярность источника питания.
-62-
(Рис.23.)
к нагрузке
(Нагрузкой является LEGO – моторчик, вращающий LEGO – карусель.)
Вопрос 3. Каждая команда получает два резистора, сопротивления которых неизвестны. Команды должны за двадцать секунд установить, сопротивление какого из резисторов больше. При этом они могут воспользоваться, например, некоторыми из элементов LEGO (они есть в распоряжении команд). Испытательным стендом в этом задании служит специально для этой цели изготовленная панелька. Это небольшая коробочка с
множеством клем-дырочек, куда уже включены исследуемые резисторы
и элементы LEGO. На крышку панельки нанесена схема соединения
клем. (Само соединение произведено внутри коробочки.) Источником
электропитания для этого стенда служит пульт управления LEGO. Панелька, с котрой работают команды, имеет следующий вид (см. рис.24).
-63-
(Рис.24.)
Очевидно, что две крайние клемы предназначены для соединения панельки
с блоком питания. Понятно также, что сравнить сопротивления резисторов можно
включив последовательно каждому из них гудок, лампочку или моторчик LEGO.
Более громкий звук гудка, более яркое свечение лампочки, более быстрое вращение
моторчика свидетельствуют о большей силе тока, следовательно, о меньшем значении сопротивления, т.к. при данном типе соединения нагрузок (параллельном) напряжение одинаково, т.е., как известно, параллельное соединение проводников является делителем тока.
Конкурс 2. «Живая цепь».
Правила этого конкурса аналогичны правилам аналогичного конкурса Игры-I.
Как изменится яркость свечения лампочек,
если замкнуть ключ? Почему?
Л1
Л2
(Рис.25.)
Конкурс 3. «Конкурс эрудитов».
Этот конкурс аналогичен конкурсу капитанов Игры-I, только теперь в нём
-64-
принимают участие не капитаны, а любой другой член команды.
Конкурс 4. «Живая цепь -2».
Теперь командам предстоит собрать цепь, содержащую последовательное
соединение резисторов, и сравнить их сопротивления. Ясно, что для выполнения задания нужно воспользоваться следующим свойством последовательного соединения:
последовательное соединение – делитель напряжений. Команды имеют полный комплект «костюмов», где есть и костюм лампочки. Участник команды, играющий роль
лампочки (было бы неплохо, если бы ребята догадались, что лампочек лучше иметь
две), включается в цепь параллельно резисторам, и по яркости свечения лампочки
можно судить о напряжении на лампочке, а следовательно, и на резисторе. Более яркое свечение лампочки свидетельствует о более высоком напряжении на резисторе,
а это в свою очередь свидетельствует о большем сопротивлении соответствующего
резистора.
В остальном правила этого конкурса такие же, что и для конкурса «Живая
цепь-1.
Конкурс 5 – конкурс капитанов. «Чёрный ящик».
В последнем конкурсе капитанам предстоит по очереди продемонстрировать
свою находчивость и чувство юмора. В чёрном ящике они найдут либо какой-то прибор или устройство, либо элемент цепи, либо табличку с каким-нибудь термином
или названием и т.п. Имея в своём распоряжении две минуты времени, капитан должен, не издав ни звука, только жестами и мимикой, рассказать своим друзьям о том,
-65-
что он увидел в чёрном ящике, а команда должна догадаться, как называется то,
что увидел капитан в ящике. Конечно, члены команды могут задавать своему капитану любые вопросы, но он может отвечать на вопросы только жестами.
Если двух минут окажется недостаточно, время может быть продлено до
четырёх минут, но за каждые тридцать дополнительных секунд начисляется один
штрафной балл, т.е. всего команда может получить четыре штрафных балла, а
максимальная оценка при условии, что через две минуты капитан и команда достигнут взаимопонимания, – пять баллов.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Данное описание игры составлено по материалам игр, проведённых по итогам 1997-98у.г. Опыт показывает, что каждый год изменяются те или иные задания и условия некоторых конкурсов, появляются новые задания и конкурсы, чтобы иметь по итогам зачёта максимально объективную картину с учётом того, что
уровень детей по сравнению с предыдущим годом может изменяться как в ту, так
и в др. сторону.
-66-
Используемая литература :
1. Мацкевич В.В. Соседкина Н.И. “Электроника в радиокубиках”М.: Просвещение, 1991г.- 173с.
2. Мацкевич В.В. “Занимательная радиоэлектроника в пионерском лагере” М.: Издательство ДОСААФ СССР, 1986 г. - 141с.
3. Головин П.П. “Учимся радиоэлектронике” Кн.1Ульяновск: РИЦ «Реклама», 1998г. – 107 с.
4. Головин П.П. “Учимся радиоэлектронике” Кн.2Ульяновск: РИЦ «Реклама», 1998г. – 104 с.
5. Борисов В.Г. “Практикум начинающего радиолюбителя” М. : Издательство ДОСААФ СССР, 1984 г.- 143 c.
6. Сворень Р.А. “Электроника шаг за шагом.” М. : Детская литература, 1991 г. - 446 с.
-67-
Памятка судье на заключительном этапе.
1.Собрать зачётки у всех участников последней команды.
2.Просуммировать баллы каждого участника, сумму записать в зачётки.
3.Определить общее количество очков данной команды, для чего сложить общие
баллы всех членов команды.
4.Определить командный балл, для чего общее количество очков (см.п.3) разделить
на количество членов команды (количество зачёток). Полученное число записать
в «Маршрутный лист» в графу «Общий командный балл» в средней части листа.
---------------------------------------------------------------------------------------------Так выглядит зачётка ребёнка.
Так может выглядеть эмблема.
Зачётка
Омчик
Команда_____________________
Фамилия, Имя_________________
R
Этапы
Баллы
Теория.............................
Сопротивление...............
Работа со схемой............
Сборка цепи....................
Итого:
__________________
__________________