Глава 5. Устройства в технологических системах
Механические устройства (4 часа)
Рычаг. Ворот. Блок. Наклонная плоскость. Винтовая пара. Ременная, цепная и зубчатая передачи. Реечная передача. Кривошипно-шатунный механизм. Технологические системы, в которых они применяются.
Электротехнические и электронные устройства (6 часов)
Электрический двигатель. Соленоид. Динамо-машина (электрический генератор). Электрическая лампа. Фотоэлектрический элемент. Электрический нагревательный элемент. Термоэлектрический преобразователь. Громкоговоритель. Микрофон. Электронный усилитель. Технологические системы, в которых они применяются.
Процесс Устройство
Предполагается, что, закончив изучение главы, школьники:
узнают, что каждая технологическая система, как и входящие в ее состав подсистемы являются устройствами;
будут знать наименования и особенности применения этих устройств;
познакомятся с механическими, электротехническими и электронными устройствами;
сумеют применить полученные знания для проектирования и сборки моделей систем.
Основные понятия:
Деталь – изделие, выполненное из однородного материала без применения сборочных операций (блок-схема не составляется).
Компонент – неструктурированная часть целого (системы). По возможности следует избегать применения этого термина.
Механическое устройство – комплекс взаимосвязанных деталей, преобразующих механическую энергию. Вход и выход - сила и/или перемещение (иногда вместо термина «механическое устройство» используется термин «простой механизм»).
Электротехническое устройство – совокупность взаимосвязанных друг с другом элементов, изменяющих электрические параметры или преобразующих электроэнергию в другие формы энергии и наоборот.
*Следует обратить особое внимание на использование термина "устройство".
Содержание термина очень широкое. Не случайно составители серьезных словарей избегают его включения в основной перечень, а если и делают это, то предлагают для него очень широкое толкование.
Толковый словарь русского языка Ожегова и Большой энциклопедический словарь предлагают следующее толкование термина "устройство":
1. см. устроить, ся.
2. Расположение, соотношение частей, конструкция ч.-н. Удобное у. помещения. Прибор сложного у.
3. Установленный порядок, строй. Государственное у. Общественное у.
4. Техническое сооружение, механизм, машина, прибор. Решающее у. Регулирующее у.
Применительно к техническим системам четвертый вариант представляется основным. Однако может рассматриваться как синоним термина "технологическая система".
Таким образом, термин "устройство" мы будем применять для обозначения самой технологической системы или ее подсистемы.
Основные идеи:
1. Цель данной главы «открыть чёрные ящики». После того как школьники изучили материал главы "Процессы в технологических системах" выясним, кто выполняет эти процессы. Заглянем внутрь технологических систем, познакомимся с их функционально значимыми составными частями, которые и будем называть устройствами.
2. Комплекс взаимодействующих устройств обеспечивает функционирование системы, позволяет использовать ее по назначению, достичь желаемой цели.
3. Рекомендуемая стратегия – это самостоятельное изучение и исследование различных устройств. Информационные страницы в конце главы помогут школьникам в этой работе. Предлагаемые упражнения подводят к исследованию различных устройств, классификации их по функциональному признаку.
Данная глава состоит из двух частей. В первой рассматриваются механические устройства, а по окончании главы перед учащимся ставятся проблемы, подсказки, к решению которых они смогут найти на соответствующих информационных страницах.
Во второй части главы рассматриваются электротехнические/электронные устройства, а завершается она постановкой проблем, в решении которых школьникам также помогут соответствующие информационные страницы.
Тема "Механические устройства" Два занятия по два урока каждое.
Лабораторное оборудование: конструкторы Лего-дакта серии 1030 или им подобные.
Изучение темы следует разбить на два этапа:
собственно простые механизмы;
их комбинации в технологических системах.
При подготовке к проведению занятий следует помнить, что ранее, в пятом и шестом классах, школьники исследовали простые механизмы, работая с конструкторами Лего-дакта серии 1030 или им подобными. Более того, при изучении данной главы, они уже начинают знакомиться с простыми механизмами на уроках физики.
Поэтому накануне изучения темы (предыдущее занятие) детям следует предложить в качестве домашнего задания подготовить обзор по простым механизмам (перечень в учебнике, хотя можно и расширить), включающий наименование простого механизма, его кинематическую схему, блок-схему, перечень основных элементов и области применения, а также общую классификацию простых механизмов.
Занятие первое. Простые механизмы.
Предложить каждой рабочей группе:
собрать модели 2-3 простых механизмов (допускается использование карточек-инструкций по сборке);
исследовать зависимость изменения выхода от входа;
используя модели механизмов, результаты исследований и выполненные дома обзоры подготовить короткий доклад по полученной теме.
Например, исследование кривошипно-шатунного механизма может быть выполнено следующим образом.