МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ І НАУКИ
ПОДІЛЬСЬКОЇ РАЙОННОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ У М. КИЄВІ
СХВАЛЕНО
Протокол № від «___» ______2019 р.
засідання методичної ради ЗЗСО №
Подільського р-ну м. Києва
НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА
позашкільної освіти технічного напряму
«ОСНОВИ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНОГО ТА ЕЛЕКТРОННОГО КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ»
(STEM технології)
Укладач: Кондратьєв Анатолій Ілліч, викладач ІІ категорії
Київ, 2019
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Програма розрахована на вивчення основ моделювання та аналізу електротехнічних та електронних схем в загальноосвітніх навчальних закладах з обладнаними комп’ютерними класами, у яких організована практична робота на комп’ютерах. Ця програма створена у межах STEM технологій, адже вона об’єднує предмети: фізика, інформатика, англійська мова.
На опрацювання навчального матеріалу відводиться 118 годин.
Метою програми є формування компетентностей особистості у процесі опанування інформаційних технологій:
У сучасному світі необхідною умовою успішного професійного формування будь-якого фахівця є рівень інформаційного забезпечення та застосування інформаційно-комунікаційних технологій. Їх використання в освітній діяльності надає значні переваги над традиційними методичними системами навчання, особливо в контексті реалізації особистісно-орієнтованого підходу, оскільки такі технології більшою мірою сприяють реалізації принципів індивідуалізації та диференціації навчального процесу, розширенню його змісту, підвищенню інтенсифікації та результативності навчання в цілому.
Впровадження інформаційних технологій у навчально-пізнавальну діяльність учнів – це один із шляхів підвищення ефективності освіти. Комп’ютери мають перейти із кабінету інформатики у навчальні аудиторії, спеціалізовані кабінети і лабораторії. Особливої актуальності набуває проблема розробки, створення та впровадження навчального програмного забезпечення, як загального так і спеціального призначення, яке сприятиме адаптації майбутніх фахівців до життя в інформаційному суспільстві, застосуванню інформаційно-комунікаційних технологій у практичній діяльності.
Програма курсу «Основи електротехнічного та електронного комп’ютерного моделювання» охоплює теорію та практику, орієнтована на опанування учнями знань, умінь і навичок для схемотехнічного представлення і моделювання аналогових, цифрових і аналого-цифрових схем електротехніки та електроніки, автоматики та комп’ютерної техніки. Програма курсу передбачає використання програмного середовища National Instrument Work Bench Multisim 12, розробленого в США і адаптованою для потреб СНГ.
Програма NIWBM є засобом розробки і моделювання електротехнічних та електронних схем, дозволяє створити схему, використовуючи велику бібліотеку компонентів, емулювати поведінку приладів та інтегральних схем за допомогою стандартного промислового симулятора SPICE. Вона характеризується поєднанням професійних можливостей і простоти, розширюваністю функцій від простої настільної системи до мережевої корпоративної системи. Це пояснює широке використання цієї чудової програми як з навчальною метою, так і для промислового виробництва складних електронних пристроїв.
Основними особливостями даної програми, є можливість використання контрольно-вимірювальних приладів, які за своїм виглядом і внутрішнім характеристикам наближені до їх реально існуючих аналогів. NIWBM є досить простою у вивченні і практичною в роботі.
До її переваг можна віднести:
Однією з головних ідей, покладених у розробку навчальної програми, є стимулювання самостійної роботи учнів шляхом виконання власних проектів протягом вивчення всіх розділів і тем курсу, це насамперед спонукає до розвитку їх творчого мислення.
НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН
№ |
Назва теми |
Кількість годин |
||
Всього |
Теоретичні заняття |
Практичні заняття |
||
1 |
Організаційне заняття |
2 |
2 |
- |
2 |
Технічні характеристики програмного пакету для моделювання та аналізу електронних схем комп’ютерної техніки та автоматики |
4 |
2 |
2 |
3 |
Знайомство з інтерфейсом програмного середовища National Instrument Work Bench Multisim 12 (далі NIWBM). |
14 |
4 |
10 |
4 |
Застосування програмного середовища NIWBM для дослідження роботи електротехнічних приладів |
18 |
- |
18 |
5 |
Застосування програмного середовища NIWBM для дослідження роботи електронних приладів |
20 |
4 |
16 |
6 |
Вивчення основ моделювання аналогових електронних схем в програмному середовищі NIWBM |
20 |
4 |
16 |
7 |
Вивчення основ моделювання цифрових електронних схем в програмному середовищі NIWBM |
24 |
8 |
16 |
8 |
Розробка власних проектів в середовищах віртуального моделювання. |
8 |
- |
8 |
9 |
Екскурсії, виставки |
6 |
- |
6 |
10 |
Підсумкове заняття |
2 |
- |
2 |
|
Разом: |
118 |
24 |
66 |
ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЗАНЯТЬ
1 |
Організаційне заняття |
2 год |
1.1 |
Організаційне заняття та інструктаж з техніки безпеки при роботі в лабораторії , згідно санітарно- гігієнічних норм |
2 год. |
2 |
Технічні характеристики програмних пакетів для моделювання та аналізу електронних схем комп’ютерної техніки та автоматики |
4 год. |
2.1 |
Технічні характеристики програмних пакетів для моделювання та аналізу електронних схем |
2 год. |
2.2 |
Вивчення та набуття первинних навичок роботи з комп’ютерними програмами моделюванняя та аналізу електронних схем. |
2 год. |
3 |
Знайомство з інтерфейсом програмного середовища National Instrument Work Bench Multisim 12 (NIWBM) |
14 год. |
3.1 |
Зовнішній інтерфейс користувача NIWBM |
2 год. |
3.2 |
Вивчення компонентів меню NIWBM |
2 год. |
3.3 |
Вивчення і основні прийоми роботи з компонентами панелі інструментів NIWBM |
2 год. |
3.4 |
Вивчення і основні прийоми роботи з приладами із бібліотеки індикаторів |
2 год. |
3.5 |
Вивчення і основні прийоми роботи з осцилографом в програмному середовищі |
2 год. |
3.6 |
Правила моделювання схем в програмному середовищі |
2 год. |
3.7 |
Правила аналізу і дослідження схем в програмному середовищі |
2 год. |
4 |
Застосування програмного середовища NIWBM для дослідження роботи електротехнічних приладів |
18 год. |
4.1 |
Лабораторна робота №1 Послідовне з’єднання приймачів електроенергії. Закон Ома. Правила Кірхгофа. |
2 год. |
4.2 |
Лабораторна робота №2 Паралельне з’єднання приймачів електроенергії. Закон Ома. Правила Кірхгофа. |
2 год. |
4.3 |
Лабораторна робота №3 Визначення енергії зарядженого конденсатора. |
2 год. |
4.4 |
Лабораторна робота №4 Визначення індуктивності котушки |
2 год. |
4.5 |
Лабораторна робота №5 Дослідження електричного кола змінного струму. Резонанс струму |
2 год. |
4.6 |
Лабораторна робота №6 Дослідження електричного кола змінного струму. Резонанс напруги |
2 год. |
4.7 |
Лабораторна робота №7 Дослідження напівпровідникового діода |
2 год. |
4.8 |
Лабораторна робота №8 Дослідження біполярного транзистора |
2 год. |
4.9 |
Лабораторна робота №9 Дослідження трансформатора |
2 год. |
5 |
Застосування програмного середовища NIWBM для дослідження роботи електронних приладів |
20 год. |
5.1 |
Ознайомлення з класифікацією електронних приладів, методами їх аналізу та дослідження |
2 год. |
5.2 |
Моделювання та дослідження схем ввімкнення випрямляючих діодів |
2 год. |
5.3 |
Моделювання та дослідження схем ввімкнення стабілітронів |
2 год. |
5.4 |
Моделювання та дослідження схем ввімкнення біполярних транзисторів |
2 год. |
5.5 |
Моделювання та дослідження параметрів схеми ввімкнення біполярного транзистора зі спільним емітером |
2 год. |
5.6 |
Моделювання та дослідження схем ввімкнення напівпровідникових польових транзисторів |
2 год. |
5.7 |
Моделювання схем ввімкнення тиристорів |
2 год. |
5.8 |
Моделювання схем на Операційному підсилювачі |
2 год. |
5.9 |
Моделювання схем на Операційному підсилювачі |
2 год. |
5.10 |
Моделювання схем на Операційному підсилювачі |
2 год. |
6 |
Вивчення основ моделювання аналогових електронних схем в програмному середовищі NIWBM |
20 год. |
6.1 |
Ознайомлення з аналоговими електронними схемами автоматики та комп’ютерної техніки |
2 год. |
6.2 |
Моделювання та дослідження попередніх каскадів підсилення на біполярних транзисторах |
2 год. |
6.3 |
Моделювання та дослідження вихідних каскадів підсилення на біполярних транзисторах |
2 год. |
6.4 |
Моделювання та дослідження попередніх каскадів підсилення на польових транзисторах |
2 год. |
6.5 |
Моделювання та дослідження операційних підсилювачів |
2 год. |
6.6 |
Моделювання та дослідження автоколивальних та чекаючих мультивібраторів |
2 год. |
6.7 |
Моделювання та дослідження схем тригерів |
2 год. |
6.8 |
Моделювання та дослідження двонапівперіодних однофазних схем випрямлення змінного струму |
2 год. |
6.9 |
Моделювання та дослідження мостових однофазних схем випрямлення змінного струму |
2 год. |
6.10 |
Моделювання та дослідження мостових однофазних схем блоків живлення з використанням згладжувальних фільтрів та стабілізаторів |
2 год. |
7 |
Вивчення основ моделювання цифрових електронних схем в програмному середовищі NIWBM |
24 год. |
7.1 |
Вивчення цифрових електронних схем і основ їх моделювання |
2 год. |
7.2 |
Реалізація основних логічних функцій |
2 год. |
7.3 |
Основи моделювання логічних елементів електронних схем комп’ютерної техніки та автоматики |
2 год. |
7.4 |
Вивчення схем тригерів на логічних елементах та основ їх моделювання |
2 год. |
7.5 |
Моделювання та експериментальні дослідження тригерів |
2 год. |
7.6 |
Моделювання та експериментальні дослідження лічильників |
2 год. |
7.7 |
Моделювання та експериментальні дослідження регістрів |
2 год. |
7.8 |
Моделювання та експериментальні дослідження дешифраторів |
2 год. |
7.9 |
Моделювання та експериментальні дослідження мультиплексорів |
2 год. |
7.10 |
Моделювання та експериментальні дослідження суматорів |
2 год. |
7.11 |
Моделювання та експериментальні дослідження запам’ятовуючих пристроїв |
2 год. |
7.12 |
Моделювання та експериментальні дослідження аналого-цифрових перетворювачів |
2 год. |
8 |
Розробка власних проєктів в середовищах віртуального моделювання. |
8 год. |
8.1 |
Робота над власним проектом, вибір проєкту |
2 год. |
8.2 |
Розробка власного проєкту в середовищі віртуального моделювання |
2 год. |
8.3 |
Моделювання власного проєкту в середовищі NIWBM |
2 год. |
8.4 |
Конкурс власних розробок проєктів |
2 год. |
9 |
Екскурсії, виставки |
6 год. |
10 |
Підсумкове заняття |
2 год. |
|
Разом |
118 год. |
ОЧІКУВАНІ РЕЗУЛЬТАТИ
Учні мають знати:
- правила техніки безпеки з комп’ютерною технікою;
- основні етапи електронного програмного моделювання з використанням інформаційних технологій;
- технічні характеристики програмних пакетів для моделювання і аналізу електронних схем та інтерфейс користувача програми NIWBM;
- правила моделювання схем в програмному середовищі NIWBM;
- правила аналізу і дослідження схем в програмному середовищі NIWBM;
- основи програмного моделювання аналогових електронних схем ;
- основи моделювання цифрових електронних схем;
Учні мають уміти:
- налаштовувати опції меню програмного середовища NIWBM;
- працювати з бібліотекою інструментів і компонентів програмного середовища NIWBM;
- застосовувати програмне середовище NIWBM для вивчення принципу дії електронних приладів;
- використовувати програми моделювання схем автоматики та комп’ютерної техніки для дослідження аналогових електронних схем;
- проводити експериментальні дослідження аналогових електронних схем автоматики та комп’ютерної техніки з використання програмних пакетів;
- моделювати та проводити експериментальні дослідження цифрових схем автоматики та комп’ютерної техніки в програмному середовищі NIWBM;
- розробляти власні проекти в середовищах віртуального моделювання.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Жупанова Р.С. Навчальна програма з позашкільної освіти технічного напряму «Основи інформаційних технологій», Вінницький обласний центр технічної творчості учнівської молоді, 2013.
2. Гуржій А.М. Сільвестров, Н.І. Поворознюк. Електротехніка з основами промислової електроніки: Київ, Форум, 2002. 382 с.
3. Колонтаєвський Ю.П. Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка, Київ, Каравела, 20004. 428 с.
4. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка, теорія і практика. Київ, Каравела, 2004. 438 с.