Элективный курс для 9 кл

“Рассмотрено”
На заседании м/о
1985
ЦО № 1985
А.М.Суковых
Протокол № __
2010г
“___”________2010г
“Согласовано”
Зам. Директора по УВР
__________ Т.В. Миллер
“___”_________ 2010г
“Согласовано”
ОМЦ СЗОУО г. Москва
___________________
“____”_________ 2010г
“Утверждаю”
Директор ЦО №
__________
“____”________
ПРОГРАММА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА
Для учащихся 9 класса
Использование программы Electronics Workbench
В процессе обучения на уроках физики
Учитель физики:
Лобанов Александр Михайлович
Срок реализации программы 1-год
МОСКВА
2010-2011 учебный год
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель данного элективного курса привитие интереса к предмету, формирование
физического мышления, позиции исследователя.
В современных условиях модернизации системы образования на одно из первых
мест выдвигается дидактический принцип активности и самостоятельности обучающихся.
В этой связи возникает необходимость поиска таких приемов и методов обучения, при
которых формируются интеллектуальные качества личности, развиваются творческие и
познавательные способности в совокупности с трудовым, нравственным и эстетическим
воспитанием. Немаловажную роль в решении этих вопросов играет учебная деятельность,
направленная на продвижение обучающихся по ступеням познания, расширяя их
способности
предвидеть
тенденции
развития
новых
информационных
и
коммуникативных технологий, умении самостоятельно пополнять свои знания,
ориентироваться в стремительном потоке научной информации.
В настоящее время в образовательной школе вследствие недостаточного
финансирования далеко не всегда имеется возможность приобретения современного
дорогостоящего лабораторного оборудования для проведения лабораторных занятий по
различным разделам физики. При всеобщей компьютеризации учебного процесса
проблема его приобретения довольно часто решается в пользу компьютерной техники.
Поэтому, чтобы решить большую часть этих проблем, необходимы специальные методики
и программы, направленные на обучение учащихся
физики с использованием
современных компьютерных технологий. С другой стороны, ученик, увидев на уроке
опыты с применением сложных приборов – генераторов, осциллографов и т.д., – может
захотеть повторить этот эксперимент дома. До недавнего времени это было практически
невозможно, за исключением тех случаев, когда папа или дедушка были
радиолюбителями. Сейчас, если иметь компьютер, можно обойтись без реальных
приборов, воспользовавшись виртуальными компьютерными программами-симуляторами
приборов и их наборами, физическими конструкторами.
Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и
цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе
библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных
компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.
Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые
компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять
непосредственно с клавиатуры, активные элементы - моделью, представляющей собой
совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное
представление. Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметры модели
также могут быть изменены пользователем. Широкий набор приборов позволяет
производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить
графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному,
поэтому работать с ними просто и удобно. Результаты моделирования можно вывести на
принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей
обработки. Программа Electronics Workbench совместима с программой P-SPICE, то есть
предоставляет возможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в
различные её версии.
Основные достоинства программы. Экономия времени .Работа в реальной
лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Теперь, с
появлением Electronics Workbench, электронная лаборатория всегда будет под рукой, что
позволяет сделать изучение электрических схем более доступным. Достоверность
измерений В природе не существует двух совершенно одинаковых элементов, то есть все
реальные элементы имеют большой разброс значений, что приводит к погрешностям в
ходе проведения эксперимента. В Electronics Workbench все элементы описываются
строго установленными параметрам, поэтому каждый раз в ходе эксперимента будет
повторяться результат, определяемый только параметрами элементов и алгоритмом
расчета.
Удобство проведения измерений Учеба невозможна без ошибок, а ошибки в
реальной лаборатории порой очень дорого обходятся экспериментатору. Работая с
Electronics Workbench, экспериментатор застрахован от случайного поражения током, а
приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы. Благодаря этой
программе в распоряжении пользователя имеется такой широкий набор приборов,
который вряд ли будет доступен в реальной жизни. Таким образом, у Вас всегда имеется
уникальная возможность для планирования и проведения широкого спектра исследований
электронных схем при минимальных затратах времени. Графические возможности
Сложные схемы занимают достаточно много места, изображение при этом стараются
сделать более плотным, что часто приводит к ошибкам в подключении проводников к
элементам цепи. Electronics Workbench позволяет разместить схему таким образом, чтобы
были чётко видны все соединения элементов и одновременно вся схема целиком.
Возможность изменения цвета проводников позволяет сделать схему более удобной для
восприятия. Можно отображать различными цветами и графики, что очень удобно при
одновременном исследовании нескольких зависимостей. Стандартный интерфейс
Windows Программа Electronics Workbench использует стандартный интерфейс Windows,
что значительно облегчает её использование. Интуитивность и простота интерфейса
делают программу доступной любому, кто знаком с основами использования Windows.
Совместимость с программой Р-SPICE Программа Electronics Workbench базируется на
стандартных элементах программы SPICE. Это позволяет экспортировать различные
модели элементов и проводить обработку результатов, используя дополнительные
возможности различных версий программы P-SPICE.
Анализ схем Electronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном и
переменном токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в
установившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются на приборах,
они используются для дальнейшего анализа схемы. Анализ на переменном токе
использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных
моделей нелинейных компонентов. Анализ схем в режиме АС может проводиться как во
временной, так и в частотной областях. Программа также позволяет производить анализ
цифро-аналоговых и цифровых схем. В Electronics Workbench можно исследовать
переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.
Операции, выполняемые при анализе работ выполняемых учащимися в программе
Electronics Workbench позволяет строить схемы различной степени сложности при
помощи следующих операций: • выбор элементов и приборов из библиотек, •
перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля, • поворот элементов и групп
элементов на углы, кратные 90 градусам, • копирование, вставка или удаление элементов,
групп элементов, фрагментов схем и целых схем, • изменение цвета проводников, •
выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия, • одновременное
подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране
монитора, • присваивание элементу условного обозначения, • изменение параметров
элементов в широком диапазоне. Все операции производятся при помощи мыши и
клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно. Путем настройки приборов
можно: • изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений, • задавать
режим работы прибора, • задавать вид входных воздействий на схему (постоянные и
гармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).
Графические возможности программы позволяют: • одновременно наблюдать несколько
кривых на графике, • отображать кривые на графиках различными цветами, • измерять
координаты точек на графике, • импортировать данные в графический редактор, что
позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.
Electronics Workbench позволяет использовать результаты, полученные в программах PSPICE, РСВ, а также передавать результаты из Electronics Workbench в эти программы.
Можно вставить схему или её фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем
пояснения или замечания по работе схемы.
Познавательная деятельность - это единство чувственного восприятия,
теоретического мышления и практической деятельности. Она осуществляется на каждом
жизненном шагу, во всех видах деятельности и социальных взаимоотношений учащихся
(производительный и общественно полезный труд, ценностно-ориентационная и
художественно-эстетическая деятельность, общение), а также путем выполнения
различных предметно-практических действий в учебном процессе (экспериментирование,
конструирование, решение исследовательских задач и т.п.). Но только в процессе
обучения познание приобретает четкое оформление в особой, присущей только человеку
учебно-познавательной деятельности или учении.
Использование компьютерной техники делает урок привлекательным и понастоящему современным, происходит индивидуализация обучения, контроль и
подведение итогов проходят объективно и своевременно. Уроки с применением
компьютера составлены таким образом, что каждый обучаемый работает в
соответствующем ему индивидуально-психологическом темпе, что делает атмосферу на
уроке комфортной.
Самостоятельная работа учащихся на уроках является распространенным приемом
активизации мыслительной деятельности. Постановка перед учащимися мыслительных
задач, цель которых состоит в самостоятельном получении ответа на поставленный
вопрос, максимально активизирует их мышление, побуждает сравнивать факты,
формулировать правила, определения.
СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Раздел №1 Изучение основных приемов работы программой моделирования EWB.
Учащийся должен
Знать:
- отличительные особенности компьютерного моделирования по сравнению с
физическим моделированием (макетированием);
- интерфейс программы компьютерного моделирования EWB;
- приемы работы с программой EWB;
Уметь:
- загрузить (запустить) программу EWB;
- составлять схемы электрические принципиальные;
- редактировать параметры компонентов;
- включать и выключать исследуемую электрическую схему.
Тема 1.1. Возможности Electronics Workbench
Тема 1.2. Компоненты Electronics Workbench
Тема 1.3. Приборы для проведения измерений
Тема 1.4. Моделирование схем
Раздел № 2 Элементы электрических цепей.
Учащийся должен
Знать:
- элементы электрической цепи генерирующие энергию (источники питания, активные
элементы);
-элементы электрической цепи, преобразующие электромагнитную энергию в другие
формы энергии ( резистивные элементы);
Уметь:
- описывать зависимостями тока через них от напряжения (вольтамперными
характеристиками);
- исследовать их свойства применяя сигналы, не изменяющиеся во времени.
Основные элементы электрических и электронных схем: резисторы, конденсаторы,
катушки индуктивности, полупроводниковые приборы, источники питания.
Тема 2.1. Независимые идеальные источники питания. Зависимые источники
питания.
Источники тока делятся на источники постоянного тока, переменного тока и
управляемые (функциональные) источники.
Тема 2.2. Резистор.
В программе EWB резисторы представлены тремя типами — постоянным, подстроечным
набором из восьми резисторов.
Тема 2.3. Конденсатор и катушка индуктивности.
В программе EWB конденсаторы представлены тремя типами. Первый тип охватывает
практически все конденсаторы, второй — электролитические, третий — подстроечные;
значение емкости каждого конденсатора может быть установлено в пределах от 10'8 пФ
до 10е Ф.
Раздел № 3 Цепи постоянного тока.
Учащийся должен
Знать:
- последовательное соединение резисторов;
- параллельное соединение резисторов.
Уметь:
- исследовать последовательное соединение резисторов;
- исследовать параллельное соединение резисторов;
- исследовать последовательное и параллельное соединение резисторов.
Тема 3.1. Последовательное соединение резисторов.
Тема 3.2. Параллельное соединение резисторов.
Тема 3.3. Смешанное соединение.
Раздел № 4 Цепи переменного тока
Учащийся должен
Знать:
- амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в резисторе;
- амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в конденсаторе;
- амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в катушке индуктивности;
- амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в смешанном соединении
резистора, конденсатора и катушки индуктивности;
Уметь:
- исследовать амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в резисторе;
- исследовать амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в конденсаторе;
- исследовать амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в катушке
индуктивности;
- исследовать амплитудно-фазовые соотношения для тока и напряжения в смешанном
соединении резистора, конденсатора и катушки индуктивности;
Тема 4.1. Соотношения для тока и напряжения в резисторе.
Тема 4.2. Соотношения для тока и напряжения в конденсаторе.
Тема 4.3. Соотношения для тока и напряжения в катушке индуктивности.
Тема 4.4. Соотношения для тока и напряжения в смешанном соединении
резистора, конденсатора и катушки индуктивности .
Раздел № 5 Цепи переменного тока.
Учащийся должен
Знать:
- амплитудно-частотную характеристику элементов последовательного колебательного
контура (резонанс напряжений);
- амплитудно-частотную характеристику элементов параллельного колебательного
контура (резонанс токов);
Уметь:
- Исследовать амплитудно-частотные характеристики элементов последовательного
колебательного контура (резонанс напряжений);
-. Исследовать фазочастотные характеристики элементов последовательного
колебательного контура (резонанс напряжений);
-. Исследовать амплитудно-частотные характеристики элементов параллельного
колебательного контура (резонанс токов);
-. Исследовать фазочастотные характеристики элементов параллельного колебательного
контура (резонанс токов).
Тема 5.1. Резонанс в последовательном колебательном контуре (резонанс
напряжений).
Тема 5.2. Резонанс в параллельном колебательном контуре (резонанс токов).
Раздел № 6 Диоды и диодные схемы.
Учащийся должен
Знать:
- собственную и примесную проводимость полупроводников;
- принцип формирования P\N перехода;
- прямое и обратное включение P\N перехода;
- разновидности полупроводниковых диодов;
Уметь:
- исследовать напряжение и ток диода при прямом и обратном смещении р-п перехода;
- строить вольтамперную характеристику (ВАХ) для полупроводникового диода;
- исследовать вольтамперную характеристику (ВАХ) для полупроводникового диода;
- исследовать сопротивление диода при прямом и обратном смещении по вольтамперной
характеристике;
- анализировать сопротивление диода (прямое и обратное смещение) на переменном и
постоянном токе.
Тема 6.1.Собственная проводимость полупроводников.
Тема 6.2. Примесная проводимость полупроводников.
Тема 6.3. Формирование P\N перехода.
Тема 6.4. Прямое и обратное смещение P\N перехода.
Тема 6.5.Разновидность полупроводниковых диодов.
Тематический план
№
Тема уроков
Виды и формы
занятий
Приемы и способы
учебно – позновательной
деятельности
Результат занятий
Кол-во
часов
1
Тема 1.1. Возможности Electronics
Workbench
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
1
2
Тема 1.2. Компоненты Electronics
Workbench
1
Тема 1.3. Приборы для проведения
измерений
Слушание, наблюдение
Частично-поисковый
Работа с компьютером
Исследовательский
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
3
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Отчет по практической
работе
1
4
Тема 1.4. Моделирование схем
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
1
5
Тема 2.1. Независимые идеальные
источники питания. Зависимые
источники питания.
Тема 2.2. Резистор.
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
1
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
6
7
Тема 2.3. Конденсатор и катушка
индуктивности.
8
Тема 3.1. Последовательное
соединение резисторов.
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
9
Тема 3.2. Параллельное соединение
резисторов.
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
10
Тема 3.3. Смешанное соединение.
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
11
Тема 4.1. Соотношения для тока и
напряжения в резисторе.
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
12
Тема 4.2. Соотношения для тока и
напряжения в конденсаторе.
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
13
Тема 4.3. Соотношения для тока и
напряжения в катушке индуктивности.
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
14
Тема 4.4. Соотношения для тока и
напряжения в смешанном соединении
резистора, конденсатора и катушки
индуктивности.
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
15
Тема 5.1. Резонанс в последовательном
колебательном контуре (резонанс
напряжений).
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
16
Тема 5.2. Резонанс в параллельном
колебательном контуре (резонанс
токов).
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
17
Тема 6.1.Собственная проводимость
полупроводников.
Лекция
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
1
18
Тема 6.2. Примесная проводимость
полупроводников.
Лекция
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
1
19
Тема 6.3. Формирование P\N
перехода.
Лекция
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
1
20
Тема 6.4. Прямое и обратное
смещение P\N перехода.
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
21
Тема 6.5.Разновидность
полупроводниковых диодов
Лекция
Практическая работа
Индивидуальная работа с
компьютером
Слушание, наблюдение.
Частично-поисковый.
Работа с компьютером
Исследовательский
Отчет по практической
работе
2
Всего часов
ЛИТЕРАТУРА
- Д.И.Панфилова “Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях” Том1
Издательство “Додэка” Москва 2001;
- Д.И.Панфилова “Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях” Том1
Издательство “Додэка” Москва 2001;
- учебник А.В. Перышкин
Физика 8 кл. Москва, Дрофа,
2006г.;
- Книга "Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее
применение. 2-е изд."
ISBN - 5-93455-006-3, Автор - Карлащук В.И., Изд - Солон, 2000г
- А.П. Саврухин. Компьютерное моделирование и расчет электрических цепей. – М.:
МГУЛ. 2001.
- В. И. Карлащук, С. В. Карлащук Электронная лаборатория на IBM PC.
Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем Серия:
Библиотека инженера Издательство: Солон-Пресс, 2008 г.
34