Аннотация. В данной статье рассматривается опыт обучения основам электроники учащихся 5-6 классов, как необходимое условие обучения роботоконструированию своими руками с нуля. Учитывается также и то, что в 5-6 классе нет физики, поэтому тема «электричество» дается в основном в практической форме. Также даются основы математической логики.
Ключевые слова: электроника, дополнительное образование, электронные компоненты, макетная плата, логические операции.
В настоящее время в нашей стране ощущается дефицит инженерных кадров. Во многом это следствие 90-х и 2000-х годов, когда получить диплом юриста, экономиста, психолога или другой гуманитарной специальности было мечтой многих абитуриентов. В итоге техническое образование находилось в упадке. В последнее десятилетие ситуация начала исправляться.
По мнению многих современных авторов, начинать развивать молодежь в техническом направлении надо еще в школе. Курс, описываемый в данной статье, как раз ставит своей целью обучение учащихся 5-6 классов основам электроники, которая может использоваться как самостоятельно, так и в комплексе, например обучению робототехнике.
Элективный курс «Обучение основам электроники учащихся 5-6 класса в рамках дополнительного образования» предназначен как для внеурочной деятельности в школе, так и вне ее (например, подобный курс был проведен в рамках летней школы МФТИ в 2017 г.). Для разработки данного курса использовались источники из списка литературы. Источники указаны в таблице после каждой темы.
Цель данного курса – обучение школьников 5-6 класса основам электроники и математической логики, без которых невозможно обучение робототехнике, так как по сути робототехника есть симбиоз трех составляющих: механики, электроники и программирования.
Задачи, которые ставит данный курс:
- понимание школьниками 5-6 класса сути электрического тока, его основных параметров (сила тока, напряжение и сопротивление);
- знание основных элементов электрических схем (резистор, светодиод,кнопка, конденсатор, транзистор и микросхема);
- знание основных логических операций;умение читать несложные электрические схемы;
- умение собирать схемы на макетной плате;
- умение применять закон Ома для расчета токоограничивающих резисторов.
Курс, рассчитанный на 34 часа, содержит раздел «Электроника». Основные понятия раздела:
- электрический ток;
- сила тока;напряжение;
- сопротивление (физическая величина);
- электрический заряд;
- резистор;
- светодиод;
- кнопка;
- конденсатор;
- транзистор;
- микросхема;
- логические операции (НЕ, И, ИЛИ).
Почасовое планирование по темам приведено в таблице 1. Сжатый до 20 часов данный курс был апробирован в 2017 г. на летней школе МФТИ в сборной группе школьников 3–5 классов. Надо сказать, что в силу особенностей возраста третьеклассники справлялись с заданиями хуже, у пятиклассников он практически не вызвал затруднений.
Таблица 1. Тематическое планирование
| Теория | Практика | ||
|---|---|---|---|
| Тема | Часы | Содержание | Часы |
| Что такое электричество. Основные компоненты в электрических схемах, их обозначение [1, 2, 4, 6]. | 2 | Что такое электрический ток. Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Резистор и светодиод. Их обозначение. Демонстрационные примеры. |
- |
| Основы работы с макетной платой [3]. | 0,5 | Что такое макетная плата? Устройство макетной платы. Основные правила работы, техника безопасности. Сборка электрической схемы с электрической лампочкой на макетке. |
1,5 |
| Работа с резистором, светодиодом и кнопкой. Их предназначение. Сборка схемы [1,2,4,6]. | 0,5 | Резистор, кнопка и светодиод. Их назначение и применение. Сборка схемы «индикатор питания». Замкнутость и незамкнутость электрической цепи. Правила сборки схем. Причины неработы электрических схем. |
1,5 |
| Конденсатор, его назначение и использование [1, 2, 4, 6]. | 0,5 | Электрический заряд. Конденсатор, его назначение. Зарядка и разрядка конденсатора. Демонстрационные примеры. Сборка схемы. |
- |
| Параллельное и последовательное соединение резисторов. Закон Ома. Решение задач на расчет сопротивлений [2, 5]. | 1 | Основные типы соединений резисторов. Закон Ома, его применения. Практическая работа (расчет необходимого сопротивления для работы 1,2 и 3 светодиодов и сборка схемы по полученным результатам). |
3 |
| Транзистор, его применение и принцип действия [7]. | 2 | Транзистор. Его назначение, применение и обозначение на схемах. Принцип действия транзистора. Транзистор как «электронная кнопка» |
2 |
| Сборка схем с транзистором [7]. | - | - | 6 |
| Основы математической логики. Логические схемы [1, 3]. | 2 | Основные логические операции (И, ИЛИ, НЕ). Принцип работы процессора. Обозначение логических элементов на схемах. Сборка логических элементов на макетной плате. |
4 |
| Микросхема, ее применение и принцип действия [8]. | 2 | Микросхема. Ее назначение, применение и обозначение на схемах. Сборка схем с применением логических микросхем серии К155 |
|
| Параллельное и последовательное соединение резисторов. Закон Ома. Решение задач на расчет сопротивлений [2, 5]. | 1 | Основные типы соединений резисторов. Закон Ома, его применения. Практическая работа (расчет необходимого сопротивления для работы 1,2 и 3 светодиодов и сборка схемы по полученным результатам). |
3 |
| Транзистор, его применение и принцип действия [7]. | 2 | Транзистор. Его назначение, применение и обозначение на схемах. Принцип действия транзистора. Транзистор как «электронная кнопка» |
2 |
| Сборка схем с транзистором [7]. | - | - | 6 |
| Основы математической логики. Логические схемы [1, 3]. | 2 | Основные логические операции (И, ИЛИ, НЕ). Принцип работы процессора. Обозначение логических элементов на схемах. Сборка логических элементов на макетной плате. |
4 |
| Микросхема, ее применение и принцип действия [8]. | 2 | Микросхема. Ее назначение, применение и обозначение на схемах. Сборка схем с применением логических микросхем серии К155 |
4 |
| Всего часов | 10,5 | Всего часов | 23,5 |
Learning the basics of electronics students in grades 5-6 in the framework of additional education
A.I. Kershengolts,
A.P. Nekerichev,
N.A. Maslov,
undergraduates 2 courses GAOU VO MGPU, Moscow
Abstract. The article deals with training experience of electronics fundamentals to 5th-6th grades as an essential learning condition of robotics self-construction from zero. Also taken into account and the fact that in the 5-6 class, no physics, so the subject "electricity" is mostly in the practical form. Also are the basics of mathematical logic.
Keywords: electronics, additional education, electronic components, breadboard, logic operations.
Для учителя:
- Мак-Комб Г. Радиоэлектроника для чайников. М.: Вильямс, 2017. – 400 с.
- Прянишников В.А. Электроника. Полный курс лекций: для высших и средних учебных заведений. – СПб.: Корона-Век, 2015. – 416 с.
- Сотворим вместе. URL: http://sotvorimvmeste.ru/ (дата обращения: 25.03. 2018).
- Электроника для начинающих. Начальный курс электроники. Основы электроники. Курс лекций по электронике: учебник. URL: http://madelectronics.ru/uchebnik/ (дата обращения: 25.03. 2018).
- Учебник по электронике. URL: http://www.sxemotehnika.ru/uchebnik-po-elektronike.html (дата обращения: 25.03. 2018).
- Основы на пальцах. Ч. 1. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-1.html (дата обращения: 25.03. 2018).
- Основы на пальцах. Ч. 2. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-2.html (дата обращения: 25.03. 2018).
- Основы на пальцах. Ч. 3. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-3.html (дата обращения: 25.03. 2018).
Для ученика:
- Мак-Комб Г. Радиоэлектроника для чайников. – М.: Вильямс, 2017. – 400 с.
- Сотворим вместе. URL: http://sotvorimvmeste.ru/ (дата обращения: 25.03. 2018).
For the teacher:
- Mack-Komb G. Radio electronics for teapots. M.: Williams, 2017. – 400 pages.
- Pryanishnikov V. A. Electronics. Full course of lectures: for the highest and average educational institutions. SPb.: Corona Century, 2015. – 416 pages.
- We will create together. URL: http://sotvorimvmeste.ru/(date of the address: 25.03. 2018).
- Electronics for beginners. Initial course of electronics. Electronics bases. A course of lectures on electronics: textbook. URL: http://madelectronics.ru/uchebnik/(date of the address: 25.03. 2018).
- The textbook on electronics. URL: http://www.sxemotehnika.ru/uchebnik-po-elektronike.html (date of the address: 25.03. 2018).
- Bases on fingers. P.1. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-1.html (date of the address: 25.03. 2018).
- Bases on fingers. P. 2. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-2.html (date of the address: 25.03. 2018).
- Bases on fingers. P. 3. URL: http://easyelectronics.ru/osnovy-na-palcax-chast-3.html (date of the address: 25.03. 2018).
For the pupil:
- Mack-Komb G. Radio electronics for teapots. – M.: Williams, 2017. – 400 pages.
- We will create together. URL: http://sotvorimvmeste.ru/(date of the address: 25.03. 2018).