Часть 1.

Таблица экспериментальных данных.

		i1=0,6 мм/z		i3=1,8 мм/z		i5=-0,6 мм/z		i7=-1,8 мм/z
Δвх	α, Z	0	5	10	15	20	25	30	35	40
Δвых	l, мм	0	3	12	21	24	21	12	3	0
			i2=1,8 мм/z		i4=0,6 мм/z		i6=-1,8 мм/z		i8=-0,6 мм/z

Часть 2.

Г рафик движения

Где:

Δвх и Δвых – значения величин изменения входа и выхода соответственно.

α, Z – угол поворота вала кривошипа в зубцах шестерни Z40.

l, мм – перемещение штока в мм.

i – коэффициент преобразования (отношение изменения значения величины выхода к изменению значения величины входа).

Фрагмент домашнего задания

Б

Выход: возвратно-поступательное прямолинейное движение Вращательное движение

лок-схема кривошипно-шатунного механизма

Процесс:

преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное прямолинейное

Устройство:

Кривошипно-шатунный механизм

Вход: вращательное движение

Кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма с указанием основных элементов

• Области применения кривошипно-шатунных механизмов

Наиболее широко используется в поршневых двигателях внутреннего сгорания и поршневых компрессорах.

• Классификация простых механизмов

Следует обратить внимание школьников, что технологические системы и их подсистемы интересны для нас в первую очередь тем, что мы можем от них получить и что для этого мы должны сделать. Поэтому предпочтительным основанием классификации явится вид движения.

Движение на входе	Механизм	Движение на выходе
Поступательное движение	Рычаг, наклонная плоскость, блок, гидро-пневмоцилиндр	Поступательное движение
Поступательное движение	Ворот, реечная передача, колесо	Вращательное движение
Вращательное движение	Ременная, цепная и зубчатая передачи	Вращательное движение
Вращательное движение	Ворот, реечная передача, винтовая передача, колесо	Поступательное движение
Вращательное движение	Кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм	Возвратно-поступательное движение
Возвратно-поступательное движение	Кривошипно-шатунный механизм	Вращательное движение

Необходимо организовать работу детей в классе таким образом, чтобы сделать доклады и ответить на вопросы товарищей могли все рабочие группы.

Оценка деятельности учащихся может складываться из:

• выполненного домашнего задания (обзор простых механизмов);

• качества сборки моделей механизмов;

• проведения исследований и оформления результатов;

• доклада и ответов на вопросы.

Закончить занятие следует выдачей домашнего задания, которое ляжет в основу следующего этапа изучения механических устройств. Рабочим группам следует предложить на выбор несколько технологических систем, из которых они смогут выбрать какую-нибудь одну.

Примерный перечень систем: подъемный кран, механическая игрушка, робот-манипулятор, снегоуборочная машина и тому т.п., также ребята могут предложить свои, согласованные с преподавателем, прототипы. В выбранных прототипах количество взаимосвязанных простых механизмов должно быть не менее трех.

Домашнее задание должно содержать:

• общую блок-схему выбранного прототипа;

• перечень простых механизмов, входящих в модель прототипа и их блок-схемы;

• кинематическую схему (модели) выбранного прототипа;

• развернутую блок-схему выбранного прототипа.

Занятие второе. Комбинации простых механизмов в технологических системах.

Пример выполнения домашнего задания

Выбранный прототип: подъемный кран.

Основная функция: перемещать грузы по требуемой траектории.

Общая блок-схема:

Развернутая блок-схема модели механизма подъемного крана

(основной вход – вещество, перемещаемый груз – условно не показан, так как рассматривается только модель механизма; стрела, являющаяся рычагом второго рода на блок-схеме условно не показана)

Перед началом занятия выдать соответствующие учебные наборы-конструкторы рабочим группам.

Предложить каждой рабочей группе:

• собрать механическую модель выбранного прототипа;

• используя собранную модель механизма и выполненное дома описание подготовить короткий доклад.

Необходимо организовать работу детей в классе таким образом, чтобы сделать доклады и ответить на вопросы товарищей могли все рабочие группы.

Оценка деятельности учащихся может складываться из:

• выполненного домашнего задания;

• качества сборки модели механизма;

• доклада и ответа на вопросы.

К оценке качества моделей представленных механизмов целесообразно привлечь самих учащихся. Для этого можно провести деловую игру "Эксперт". При выборе оценочных характеристик следует обратить внимание на то, чтобы в перечень попали критерии, учитывающие целесообразность использования деталей учебного набора и оригинальность конструкции.

Тема "Электротехнические и электронные устройства"

Три занятия по два урока каждое.

Учебное оборудование: Principles of Modern Technology, Introduction to Control Systems и им подобные.

Однако для проведения первого, вводного, занятия потребуется совершенно другая комплектация: электронный осциллограф, мультиметр, соленоид, постоянный магнит, источник постоянного тока 9-12В и I≥3А, динамометр до 4Н, реостат 10-20 Ом и I≥3А. А также лабораторный электродвигатель-генератор с нагрузочной лампой накаливания, батарея фотоэлектрических преобразователей, лабораторный штатив, динамический громкоговоритель (практически весь этот перечень может быть взят на время в школьном физическом кабинете).

Накануне изучения подтемы детям следует предложить в качестве домашнего задания подготовить обзор по электротехническим преобразователям (перечень в учебнике, хотя можно и скорректировать с учетом имеющихся в наличии образцов), включающий наименование преобразователя, его блок-схему и области применения. Следует предупредить ребят о необходимости оставить свободное место для выполнения эскизов демонстрационных опытов во время занятия.

Занятие первое. Демонстрация функционирования электротехнических преобразователей.

Опыт 1. Соленоид – магнит.

Показ следует начать с демонстрации соленоида. Осуществить это можно следующим образом:

• закрепить в держателе лабораторного штатива динамометр, подвесив на нем стальной (магниточувствительный) стержень, с постоянным магнитом на свободном торце;

• под постоянным магнитом на расстоянии 10…20 мм установить соленоид, подключенный к источнику постоянного тока через реостат, при этом ось соленоида должна совпадать с осью стержня;

• обратив внимание детей на показания динамометра, установить ползунок реостата в среднее положение и включить источник питания;

• меняя положение ползунка реостата, показать зависимость силы, действующей на стержень с магнитом, от силы тока в цепи соленоида;

• поменять полярность на соленоиде и, меняя положение ползунка реостата, обратить внимание детей на показания динамометра.

Опыт 2. Соленоид – генератор.

Подключить соленоид к мультиметру в режиме вольтметра или амперметра. Перемещая постоянный магнит вдоль торца соленоида, пересекая его ось, обратить внимание школьников на изменение показаний мультиметра. В завершении следует подчеркнуть, обратимость рассматриваемого преобразователя: соленоид может быть как потребителем, так и источником (генератором) электрической энергии.

Опыт 3. Динамический громкоговоритель.

Для демонстрации наиболее удобен динамик, извлеченный из старого радиоприемника, магнитофона, акустической колонки и т.п.

Порядок действий:

• Подключить динамик к источнику постоянного тока через реостат (ползунок в среднем положении).

• Обратить внимание детей на положение мембраны динамика и включить источник постоянного тока.

• Перемещая ползунок реостата, показать зависимость осевого перемещения мембраны от силы тока в цепи.

• Поменять полярность источника постоянного тока и повторить п.п. 2 и 3.

По завершении данной демонстрации следует поговорить о конструкции динамика, обратив внимание учащихся на ее сходство (аналогию) со схемой первого опыта. Только у динамика катушка провода (соленоид) подвижна: закреплена на упругом элементе – мембране, а в первом опыте на подвижном элементе – пружине динамометра – мы закрепили магнит. У динамика магнит жестко связан с корпусом.

Опыт 4. Микрофон

Далее, по аналогии, детей необходимо подвести к выводу о том, что при перемещениях мембраны на соединительных проводах динамика (соленоиде, закрепленном на мембране) должно появится напряжение. Убедиться в этом школьники смогут после подключения соединительных проводов динамика к мультиметру.

Затем следует напомнить, что звук это колебания воздуха, которые передаются всем окружающим объектам, (в том числе и мембране) заставляя их совершать схожие перемещения. Следовательно, величина электрического сигнала (термин ЭДС использовать не следует) должна быть пропорциональна звуковому сигналу.

Необходимо также сказать о том, что любое измерение требует соответствующего средства: осциллограф и мультиметр это та же линейка, только для электрических параметров.

Затем, подключив динамик к осциллографу, показать, как звуковые сигналы могут быть представлены графически. Можно предложить детям сравнить "картинки" звука низкой и высокой тональностей, а закончить данную демонстрацию "кардиограммой", плотно прижав динамик к телу в районе сердца.

Опыт 5. Электродвигатель – генератор (динамо-машина)

Использовать лабораторный электродвигатель – генератор из кабинета физики.

Напомнить школьникам, что в наше время основным видом потребляемой энергии является электрическая энергия, а устройства подобного типа дают 99% используемой электроэнергии.

Говоря о конструкции, достаточно ограничиться двумя катушками, магнитом и коллектором, да и то, только на функциональном уровне.

Генераторный режим продемонстрировать со штатной лампочкой в качестве нагрузки, а работу в режиме электродвигателя осуществить от источника постоянного тока, подключенного через реостат.

Опыт 6. Нагревательный элемент и лампа накаливания.

С разнообразными электронагревателями школьники хорошо знакомы в быту: утюг, обогреватель, электрическая кухонная плита, паяльник и т.д. Поэтому демонстрацию следует сосредоточить на лампе накаливания, подключенной к источнику питания через реостат. Говоря о свечении нагретого тела, показать детям изменение цвета накального элемента лампы и интенсивности его свечения при перемещении ползунка реостата.

История создания электрической лампы накаливания подробно изложена в учебнике (стр.34).

Опыт 7. Фотоэлектрический преобразователь (солнечная батарея).

Подключив лабораторную батарею фотоэлектрических преобразователей к мультиметру, показать школьникам, что показания прибора изменяются от уровня освещенности на преобразователе. При наличии старенького фотоэкспонометра типа "Ленинград" указать на их сходство, сказав несколько слов о градуировке шкалы.

Закончить занятие следует, предложив школьникам домашнее задание по подготовке к работе с конструктором Principles of Modern Technology. Для этого выдать бланки рабочих листов, содержащие схематическое изображение или фотографии модулей конструктора, размещенные в первой колонке таблицы. Во второй колонке дети должны поместить их блок-схемы.

Возможная форма бланка рабочего листка по работе с конструктором Principles of Modern Technology (фрагмент).

Графическое изображение элемента	Блок-схема модуля
	Выпрямитель Энергия: электрическая переменного тока U~220В Энергия: электрическая постоянного тока U=9В

Перечень элементов учебного набора Principles of Modern Technology

Как вариант, вместо использования схематических изображений модулей, можно предложить детям сфотографировать элементы набора цифровой фотокамерой и самостоятельно подготовить рабочий лист. Однако реализовано это может быть совмещением с уроками информатики или на факультативе – отведенного на курс технологии времени не хватит. В таблице приведен фрагмент выполнения подобного задания.

Элемент	Блок-схема элемента

Занятие 2 и 3. Проектирование и сборка моделей систем с электротехническими устройствами.

При проведении занятий с учебными наборами-конструкторами Principles of Modern Technology не допускать самостоятельного подключения школьниками собранных схем к электрической сети ~220В (входное напряжение выпрямителя – источника питания для модулей набора).

Работу с учебными наборами не следует сводить к формальным сборкам и апробированиям предложенных в Лабораторных практикумах схемах. Основная задача заключается в том, чтобы связать воедино цепочку нужда – потребность – назначение – функция – технологическая система – действующая модель – описание. Научиться видеть отличие модели от ее прототипа - технологической системы и уметь обосновать их, моделей, целесообразность.

До того, как школьники приступят к сборке, ими должна быть подробно описана технологическая система – прототип действующей модели, перечислены ее характеристики, составлена блок-схема. Далее необходимо оценить ресурс учебного набора, отобрать необходимые модули и только после составления развернутой блок-схемы модели технологической системы приступить к сборке. Важно подчеркнуть функциональное сходство прототипа технологической системы и ее модели, показать, что отличия распространяются только на второстепенные характеристики.

Примечание.

Блок-схемы отдельных модулей должны соответствовать приведенным в таблицах, предъявленных учащимися на предыдущем занятии.

В качестве прототипа могут быть выбраны охранная система, при этом школьники должны самостоятельно определить область ее применения (автомобиль, жилище, дачный участок, магазин, банк и т.д.) или система для проветривания и освещения жилища.

В Лабораторных практикумах по технологическим системам, ОРТ Самара 2000 учащиеся найдут информацию, которая поможет в выполнении задания. Для использования на данном занятии можно рекомендовать на выбор следующие лабораторные работы: