VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Электронный конструктор для школы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение:
В первом классе, на уроке по окружающему миру у нас была тема "Откуда в наш дом приходит электричество", на котором нам рассказывали про электрические цепи, как они работают и как их правильно составлять. После объяснения надо было выполнить практическую работу.
Сам я уже тогда занимался электроникой в инженерном клубе, и это задание было для меня простым. Но я заметил, что остальным ученикам было сложно. Многие не справились с заданием, потом что ничего не поняли по картинкам.
Недавно я начал заниматься трехмерным моделированием, и у меня появилась идея, как сделать объяснение темы "Электричество" более наглядной и понятной.
Цель работы:
Разработать удобный, недорогой и простой в создании конструктор для объяснения темы "Электричество" не только в начальной школе на уроках по окружающему миру, но и на уроках физики в старших классах
Задачи:
- Составить список необходимых электронных компонентов для конструктора.
- Начертить в программе для трехмерного моделирования удобное основание для электронных деталей.
- Продумать, какой способ будет наиболее удобен для соединения деталей в электрическую цепь.
- Напечатать получившийся макет на 3D принтере. Установить на основание детали, сделать крепежные элементы.
- Провести урок по теме "Электричество" с использование конструктора в своем классе.
- Оценить результаты. Действительно ли новая тема лучше усваивается, когда на уроке используется конструктор?
- Посчитать стоимость такого конструктора.
Основная часть.
Когда на уроке, при объяснении новой темы ученикам позволяют что-то сделать, с использованием полученных знаний, то тема запоминается гораздо лучше. Именно этот принцип и лег в основу моей работы.
На бумаге все эти светодиоды, батарейки и выключатели выглядят непонятными символами. Совсем другое дело, когда ученик видит, что если нажать здесь, то там начнет светиться или крутиться, а если здесь отсоединить провод, то работать перестанет.
Вывод - надо сделать конструктор, хотя бы один для класса, чтобы демонстрировать, как работает электрическая цепь.
На первом этапе я решил сделать только те элементы, которые нужны, для выполнения практического задания по окружающему миру, т.е. батарейку, светодиод и выключатель. Но мне захотелось добавить еще мою любимую деталь - электромотор.
В жизни эти детали выглядят так:
Проще всего сделать одинаковые основания под все детали. Потом маркером можно будет начертить условные обозначения компонентов. Я остановился на квадратной форме. Макет мне необходимо начертить в специальной программе для трехмерного моделирования, КОМПАС-3D. Это профессиональная программа. Но начертить в ней квадрат и сделать его объемным с помощью инструмента "выдавливание" может даже третьеклассник.
Также я решил сделать воздушный винт, который будет крепится на электромотор, для большей наглядности его работы.
Теперь необходимо распечатать получившуюся модель. Для этого потребуется 3D принтер. Такие принтеры появились несколько лет назад, и сначала были очень дорогими, их могли себе позволить только крупные предприятия. Теперь же такой принтер стоит как обычный, и есть у многих моих знакомых. Кроме того, в клубе, где я занимаюсь нам всегда разрешают распечатывать начерченные детали.
Детали готовы.
Электронные компоненты я размещу в верхней половине основания, а в нижней половине начерчу условное обозначение, которым пользуются электронщики. Так ребятам будет еще проще понимать электрические схемы.
Но прежде чем это сделать, надо решить каким способом я буду соединять детали между собой. У каждой из них по два контакта. Соединяя детали между собой надо выстроить электрическую цепь от + к - батарейки. Удобнее всего для этого использовать обычные провода. Я нашел дома вот такие клеммы. Думаю, это отличный вариант для соединения деталей конструктора.
Каждую деталь я закрепил на основание и подсоединил к одному из выходов клеммы. Получились такие элементы конструктора.
Попробую собрать электрическую цепь как в практическом задании по окружающему миру.
Схема работает, но пользоваться деталями не очень удобно, так как они ни к чему не крепятся и приходится их придерживать руками, а руки нужны для того, чтобы вставлять в клеммы провода.
Мне пришла идея, сделать конструктор на магнитах, и собирать его на небольшой магнитно-маркерной доске. На ней же можно будет и чертить получившуюся схему.
Вот что у меня получилось.
Мне работать с конструктором очень нравится. Но надо проверить, удобно ли им пользоваться ребятам в классе. А главное, поможет ли конструктор школьникам разобраться в вопросе электричества.
Для того, чтобы проверить, как ребята усвоят материал, мы с учителем разделим класс на две группы. Первой группе я расскажу сухую теорию об устройстве и работе электрических цепей. А второй группе продемонстрирую, как собирается и работает электрическая цепь, и предложу ребятам попробовать собрать что-то свое.
После занятия, всему классу я раздам тест, в котором будут вопросы по пройденному материалу. По количеству правильных ответов в первой и второй группе можно будет сделать вывод, помог ли конструктор при освоении новой темы.
Так выглядел мой опросный лист:
Выступление в классе прошло отлично. Занятие с первой группой (без конструктора), заняло 15 минут. Ребята хоть и слушали меня, но было заметно, что мой рассказ не слишком им интересен.
Занятие со второй группой (с конструктором) заняло 30 минут. После пятиминутной теории, я перешел к демонстрации. Показал, что такое светодиод, как его правильно включить в цепь, как он работает.
Ну и, конечно, когда я предложил ребятам попробовать самим что-то сделать на конструкторе, захотела вся группа. Я выбрал троих, и все трое без труда собрали электрическую цепь.
Дальше, я раздал всем ребятам в классе тест. После проверки у меня получились следующие результаты:
Группа 1 (без конструктора) - 15 человек.
0 ошибок - 0
1 ошибка - 4
2 ошибки - 6
3 ошибки - 5
Группа 2 (с конструктором) - 15 человек.
0 ошибок - 4
1 ошибка - 7
2 ошибки - 4
3 ошибки - 0
Ребята, которые знакомились с новой темой с помощью конструктора, намного лучше усвоили материал.
Посчитаем стоимость данного набора.
Магнитно-маркерная доска - 99 руб.
Пластик для 3D печати - 20 руб.
Магнитная лента 30 руб.
Набор клемм - 30 руб.
Провода - 5 руб.
Светодиод - 5 руб.
Мотор - 30 руб.
Выключатель 10 руб.
Батарейный отсек - 7 руб.
Батарейки АА *2 шт. - 10 руб.
Итого, комплект обошелся в 246 руб.
Данный конструктор можно дополнить, и использовать не только на уроках по окружающему миру в начальной школе. Он пригодится и на уроках физики в старших классах. С помощью такого набора можно объяснить тему напряжение, последовательное и параллельное соединение, сопротивление, закон Ома. Также можно проводить лабораторные работы.
3. Заключение.
Не для кого не новость, что даже самая сложная теория легче усваивается, когда есть возможность увидеть образец, и попробовать сделать самому. Для этого можно использовать покупные конструкторы. Но все они дорого стоят.
Разработанный мною конструктор прост в изготовлении и использовании. У него небольшая себестоимость, и работать с ним можно долгие годы.
Если руководство школы одобрит мою идею, я с радостью возьмусь за воплощение проекта в жизнь и сделаю столько наборов для школы, сколько потребуется.