Программа элективного курса профильного обучения "Основы электротехники"

Элективный курс профильного бучения “Основы электротехники” является краткосрочным тематическим курсом, который предлагается учащимся 10-11 классов на основе выбора из избыточного списка. Процедура выбора, сопровождаемая педагогическим консультированием, является одним из элементов формирования индивидуальной образовательной траектории обучающихся и позволяет формировать один из результатов обучения на старшей ступени в системе профильного бучения: готовность делать ответственный выбор.

По своему содержанию элективный курс “Основы электротехники” представляет собой пропедевтику вузовской дисциплины “Теоретические основы электротехники” и дает старшеклассникам возможность оценить степень своей готовности к обучению данной специальности чрез опыт выполнения практических заданий.

• сформировать у учащихся умение решать ключевые задачи основных разделов курса “Теоретические основы электротехники”, представлять информацию в виде схем, рисунков и чертежей;
• оказать учащимся поддержку в принятии решения о выборе направления дальнейшего обучения, связанного с техническим содержанием, подготовить старшеклассников к обучению в технических ВУЗах.

Планируемые образовательные результаты:

Учащиеся, прослушавшие данный курс, должны

• демонстрировать понимание физических принципов действия следующих элементов электрической цепи: конденсатора, резистора, реостата, источников тока, электронно-вакуумных приборов, генератора переменного тока, трансформатора;
• применять на практике принцип суперпозиции для расчета электрических полей системы точечных зарядов, заряженных плоскостей и сферических поверхностей; закон Ома, правила последовательного и параллельного соединения элементов цепи, правила Кирхгофа для расчета электрических цепей постоянного и переменного тока;
• объяснять поведение электронных пучков в электрическом и магнитном поле; процессы, происходящие в цепях переменного тока со смешанной нагрузкой; трансформацию переменного тока;
• представлять информацию, необходимую для расчетов, в виде схематического рисунка и чертежа.

Описание способа оценки планируемых результатов:

Изучение курса построено на основе модели обучения в ВУЗе и включает в себя лекции, практические занятия и выполнение индивидуальных расчётно-графических работ (РГР) по каждой теме курса.

Расчетно-графическая работа представляет набор типовых задач по теме. Работа включает в себя как расчетную, так и графическую часть. Задания являются индивидуальными для каждого ученика и отличаются набором значений исходных данных для расчетов.

Обучающийся считается успешно окончившим курс при условии верного выполнения не менее 70% от общего количества заданий РГР.

Описание оснований для отбора содержания образования:

Курс “Основы электротехники” включает изучение следующих тем:

1. Электрическое поле системы неподвижных зарядов;
2. Расчёт электрических цепей постоянного тока;
3. Электронные пучки;
4. Особенности цепей переменного тока.

Отбор содержания курса “Основы электротехники” обусловлен тематикой и содержанием типовых задач, решение которых приводит к пониманию принципов действия основных электротехнических устройств: конденсатора, резистора, реостата, источников тока, электронно-вакуумных приборов, генератора переменного тока, трансформатора.

Изучение каждой темы включает в себя мини-лекцию, практические занятия и выполнение индивидуальной расчётно-графической работы (РГР). Лекция в форме эвристической беседы служит для актуализации знаний и сообщения нового учебного материала по теме. Практические занятия направлены на решение типовых задач, содержание которых способствует формированию представлений о принципах устройства и работы основных элементов электрической цепи. При этом используются проблемно-поисковые методы обучения, групповые и индивидуальные формы работы.

Расчетно-графические работы представляют набор ключевых задач по каждой теме, которые необходимо уметь решать для успешного освоения спецдисциплины “Теоретические основы электротехники”.

Характеристика ресурсов:

Реализация программы данного курса опирается на использование учебника для углубленного изучения физики под редакцией Г.Я. Мякишева [1] и подборки тематических задач (Приложение 1) из задачников [2], [3], [4]. Задания для расчета комбинированных видов соединений резисторов и источников тока для РГР №3 составлены с использованием дидактического материала “Простые электрические цепи” Е.Э. Боровского из сборника “Я иду на урок физики. 10 класс. Электродинамика” (Составитель Н.Ю. Милюкова) [5].

Индивидуальные задания для РГР разработаны с учетом максимальной наполняемости группы 24 человека. Тексты заданий, таблицы индивидуальных численных значений для учащихся и таблицы с ответами для учителя размещены в Приложениях.

• Расчетно-графическая работа 1 “Расчет напряженности и потенциала электрического поля системы точечных зарядов” (Приложение 2).
• Расчетно-графическая работа 2 “Расчет напряженности и потенциала электрического поля системы равномерно заряженных плоскостей и сфер” (Приложение 3).
• Расчетно-графическая работа 3 “Расчет электрических цепей постоянного тока” (Приложение 4).
• Расчетно-графическая работа 4 “Движение заряженных частиц в однородном электрическом и магнитном поле” (Приложение 5).
• Расчетно-графическая работа 5 “Особенности электрических цепей переменного тока” (Приложение 6).

(Приложения 2, 3, 4, 5, 6). Для разработки индивидуальных заданий РГР и создания массива ответов для проверки заданий использовались электронные таблицы EXCEL.

Обучающиеся при выполнении практических заданий и индивидуальных РГР используют калькуляторы и чертежные принадлежности. Возможным вариантом выполнения работ является проведение расчетов с использованием электронных таблиц EXCEL и графических редакторов для выполнения графической части индивидуального задания.

Элективный курс рассчитан на 17 часов (1 час в неделю) в течение полугодия. Выполнение индивидуальных расчетно-графических работ может потребовать дополнительной работы обучающихся во внеурочное время (домашняя работа).

Введение. (1 час) Введение в электротехнику: исторический аспект развития электротехники, вклад российских ученых, связь физической теории с практической реализацией на примере электротехнических приборов и устройств.

Тема 1. (5 часов) Электрическое поле системы неподвижных зарядов: действие электрического поля на заряд, принцип суперпозиции электрических полей, напряженность и потенциал электрического поля системы точечных зарядов, равномерно заряженных параллельных плоскостей, равномерно заряженных концентрических сферических поверхностей.

Практическая деятельность учащихся: расчет электрических полей системы точечных зарядов, заряженных плоскостей и сферических оболочек, графическое изображение полей.

Тема 2. (4 часа) Расчет электрических цепей постоянного тока: резистор, сопротивление резисторов, соединения резисторов; изменение силы тока и напряжения с помощью реостата; конденсатор как элемент электрической цепи, емкость конденсатора, соединения конденсаторов,конденсатор в цепях постоянного тока; источники тока, ЭДС и внутреннее сопротивление, соединения источников тока; правила Кирхгофа для расчета сложных электрических цепей, преобразование цепей “звезда” – “треугольник”.

Практическая деятельность учащихся: расчет силы тока и напряжения на элементах сложных электрических цепей графическое изображение элементов электрических цепей и их соединений.

Тема 3. (3 часа) Электронные пучки: поведение электронных пучков в электрическом и магнитном поле, принципы действия электронно-лучевой трубки, масс-спектрографа, циклотрона, магнитной ловушки.

Практическая деятельность учащихся: расчет движения заряженной частицы в электрическом и магнитном поле; графическое изображение полей и характеристик движущейся заряженной частицы.

Тема 4. (4 часа) Особенности электрических цепей переменного тока: векторные диаграммы для описания процессов, происходящих в цепях переменного тока; принцип действия генератора переменного тока, нагрузка в цепях переменного тока; явление резонанса в цепях переменного тока и его практическое применение; трансформация переменного тока.

Практическая деятельность учащихся: расчет цепей переменного тока; изображение характеристик переменного тока с помощью векторных диаграмм и графиков.

Учебно-тематическое планирование

Развернутое учебно-тематическое планирование с указанием содержания изучаемого материала, количества часов, формы организации занятия, формы контроля и требований к уровню знаний и умений по каждой теме приведено в Приложении 7.

1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. Учебник для углубленного изучения физики.– М., Дрофа, 2006
2. Отличник ЕГЭ. Физика. Решение сложных залач. Под ред. В. А.Макарова, М.В. Семенова, А.А. Якуты; ФИПИ.– М.: Интеллект-Центр, 2011
3. Парфентьева Н.А. Сборник задач по физике для 10-11 классов общеобразовательных учреждений.– М., “Просвещение”, 2007
4. Сборник задач по физике для 10-11 классов общеобразовательных учреждений. Составитель Г.Н. Степанова.– М., “Просвещение”, 2003
5. Я иду на урок физики. 10 класс. Электродинамика. Книга для учителя. Составитель Н.Ю. Милюкова.– М., “Первое сентября”, 2002, стр 110

Список литературы для обучающихся:

1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Физика для углубленного изучения, – М.: Физматлит, 2004.
2. Журнал “Квант” электронный ресурс http://kvant.mirror1.mccme.ru/
3. Зильберман Г.Е. Автор: Электричество и магнетизм,– М.: Наука, 1970.
4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. Учебник для углубленного изучения физики.– М., Дрофа, 2006.
5. Трубецкова С.В. Физика: вопросы – ответы, задачи – решения, - М.: Физматлит, 2003.