DIDATECH Didaktická souprava pro výuku techniky

Transkript

1 DIDATECH Didaktická souprava pro výuku techniky Tvoříme a bádáme v elektronice Martin Havelka, Jiří Dostál, Pavlína Částková

2

3 CZ.1.07/2.3.00/ Badatelsky orientovaná výuka ve školním a neformálním vzdělávání DIDATECH Didaktická souprava pro výuku techniky Tvoříme a bádáme v elektronice Martin Havelka, Jiří Dostál, Pavlína Částková Olomouc 2015

4 Recenzen: Mgr. Jiří Nevima, Ph.D. Mgr. Karel Neumann Vedoucí tvůrčího týmu a odborný garant: Jiří Dostál Sestavení publikace a koordinace tvorby soupravy: Pavlína Částková Návrh a kompletace soupravy: Marn Havelka Autoři metodických listů: Marn Havelka Realizováno v rámci projektu Badatelsky orientovaná výuka ve školním a neformálním vzdělávání, reg. číslo CZ.1.07/2.3.00/ Projekt je spolufinancován z ESF a státního rozpočtu České republiky. 1. vydání Marn Havelka, Jiří Dostál, Pavlína Částková, 2015 Univerzita Palackého v Olomouci, 2015 ISBN

5 Milé kolegyně, milí kolegové, do rukou se vám dostává v pořadí čtvrtá z metodických příruček pro pedagogy, které vznikly v rámci projektu Badatelsky orientovaná výuka ve školním a neformálním vzdělávání realizovaném na Univerzitě Palackého. Série publikací vznikla ve snaze aktualizovat a inovovat technickou výchovu na školách prostřednictvím badatelsky orientovaného přístupu ke vzdělávání. Hlavním obsahem publikací je praktická činnost žáků základních a středních škol. V rámci projektu vyšly pod hlavičkou Katedry technické a informační výchovy tři další metodické příručky: Tvoříme a bádáme ve výuce na prvním stupni ZŠ; Tvoříme a bádáme na ZŠ při práci se dřevem a přírodními materiály Badatelsky orientovaná tvůrčí činnost s kovovými materiály ve výuce na ZŠ; Jak naznačují názvy publikací, každá je zaměřena na specifickou oblast technické výchovy. Publikace, kterou máte v rukou, se obsahově orientuje na pracovní činnosti v oblasti elektroniky na úrovni druhého stupně základní školy. Metodická příručka obsahuje celkem 5 metodických listů obsahujících kromě podrobných pracovních postupů s technickou dokumentací také specifické didaktické kategorie, mezi které patří edukační cíle, klíčové kompetence, motivace aj. Při tvorbě metodických listů se autoři rovněž snažili aplikovat prvky kritického myšlení a klást důraz na reflexi a řízenou sebereflexi žáků. Badatelsky orientovaný přístup k aktivitám je v metodických listech zastoupen badatelskými úkoly a otázkami pro žáky. Snahou autorského kolektivu bylo poskytnout pedagogům inovovaný pohled na technickou výchovu a nabídnout dostatek materiálů a inspirace do pedagogické praxe. Za projektový tým Martin Havelka a Pavlína Částková 3

6 Obsah Metodická poznámka... 9 TESTER DÁLKOVÉHO OVLADAČE AKUSTICKÝ ZKOUŠEČ ZKRATŮ ŠLUSMETR DETEKTOR BOUŘKY DETEKTOR ELEKTROSTATICKÉHO POLE SKLÁDÁNÍ BAREV BONUS: DETEKTOR MIKROVLN

7 Bádám, bádáš, bádáme Lidé se mají učit moudrosti pokud možno ne z knih, nýbrž z nebe, země, dubův a buků, tj. znáti a zkoumati věci samy a ne pouze cizí pozorování a svědectví o věcech. J. A. Komenský Vzdělávání prochází od svého počátku změnami, jejichž hybným faktorem jsou požadavky kladené na jedince v souvislosti s jeho začleněním do společnosti, životem v ní a jejím perspektivním rozvojem. V průběhu historického vývoje se požadavky a potřeby mění stejně tak, jako společenské hodnoty, a proto se můžeme v určitých obdobích setkat s kladením důrazu na tělesný rozvoj, umělecký rozvoj, na rozvoj manuálních dovedností, vnímání, myšlení, na osvojení si kvanta poznatků, nebo na uplatnitelnost nabytého poznání v běžném životě. Aktuální společenské potřeby kladou důraz na výchovu člověka s tvůrčím myšlením, schopného problémy nejen nacházet, ale i účinně je řešit, kooperativního, aktivního, soutěživého, ale současně tolerantního a chránícího slabší. S ohledem na požadavky společnosti a její představy o ideálním jedinci jsou hledány cesty, jak tohoto stavu dosáhnout. Jsou voleny vhodné obsahy vzdělávání, využívána moderní didaktická technika, organizační formy, výukové metody, podnětná vzdělávací prostředí, vytvářeno pozitivní klima, působeno na osobnost učitele atp. Pokud tyto segmenty nasměrujeme tak, aby odpovídaly výše uvedeným aktuálním společenským potřebám, tj. aby přispívaly k jejich uspokojování v oblasti výchovy člověka, dospíváme k pojetí výuky označované jako badatelsky orientovaná výuka (zkr. BOV). Důraz na uplatňování badatelsky orientované výuky je zřetelný jak v rovině pedagogické teorie, v kurikulárních dokumentech, nicméně její prosazení ve vzdělávací praxi je pozvolné kvůli setrvačnosti vzdělávacího systému. Nelze si nepovšimnout skutečnosti, že badatelské aktivity dětí (žáků) a mládeže (studentů) překračují rámec školního vzdělávání i do roviny neformálního a informálního vzdělávání, které v jejich rozvoji sehrává rovněž významnou roli. Uvedené je zachyceno na následujícím obrázku. EDUKAČNÍ REALITA FORMÁLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ NEFORMÁLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ INFORMÁLNÍ VZDĚLÁVÁNÍ BADATELSKY ORIENTOVANÁ VÝUKA BADATELSKÉ AKTIVITY BADATELSKÉ AKTIVITY BADATELSKÉ AKTIVITY Obr: Znázornění badatelských aktivit v edukační realitě Pokud uvažujeme bádání žáků, vztahujeme ho ke školním podmínkám. Školní vzdělávání je významnou součástí tzv. formálního vzdělávání, které se vztahuje ke strukturovanému vzdělávacímu 5

8 systému a zahrnuje všechny školy, od základních až po vysoké školy, včetně specializovaných programů odborného a profesního výcviku. Školní vzdělávání je řízené a stejně tak i bádání žáků je v širším rámci řízené v tom smyslu, že situace, ve kterých bádání probíhá, jsou připravovány cíleně. Využití badatelských metod ve výuce se dříve vztahovalo spíše k metodám a bylo možné se setkat např. s metodou výzkumnou, metodou heuristickou, metodou problémového výkladu, metodou praktických prací, výzkumnou metodou výukou založenou na příkladech apod. Novým trendem je badatelské aktivity žáků vázat i na další prvky výuky a pojímat je v komplexnější rovině setkáváme se tedy s již zmíněným pojmem badatelsky orientovaná výuka. Tento pojem je již integrován do pedagogické teorie i praxe a jeho užívání je v mezinárodním měřítku empiricky pozorovatelné zejména v oblasti technických a přírodovědných předmětů. V České republice má uplatňování badatelsky orientované výuky v technických a přírodovědných předmětech v současnosti vzestupný trend, který je pozorovatelný nejen v aktuálně platném kurikulárním dokumentu ovlivňujícím podobu základního vzdělávání, tj. v Rámcovém vzdělávacím programu základního vzdělávání (2010), ze kterého vyplývá, že v přírodovědných a technických předmětech je ve velké míře potlačován rozvoj žáků na základě drilu a memorování a kladen důraz na bádání žáků. Je zřetelné, že není primárním cílem předkládat žákům větší či menší kvantum již hotových poznatků, které by si pouze pamětně osvojili, ale že je podstatné rozvíjet u žáků dovednosti spojené s rozvojem klíčových kompetencí uplatnitelných v běžném životě. Badatelsky orientovaná výuka zahrnuje činnosti žáků, které výrazně přispívají k plnění cílů základního vzdělávání. Bádáním a objevováním nových skutečností ve výuce se žáci mj. učí řešit problémy a tvořivě myslet. Na úrovni rozvoje klíčových kompetencí badatelsky orientovaná výuka podporuje u žáků především rozvoj níže uvedených, které jsou součástí Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (2010): samostatně pozoruje a experimentuje, získané výsledky porovnává, kriticky posuzuje a vyvozuje z nich závěry pro využití v budoucnosti, vybírá a využívá pro efektivní učení vhodné způsoby, metody a strategie, plánuje, organizuje a řídí vlastní učení, vyhledává a třídí informace a na základě jejich pochopení, propojení a systematizace je efektivně využívá v procesu učení, tvůrčích činnostech a praktickém životě, vnímá nejrůznější problémové situace ve škole i mimo ni, rozpozná a pochopí problém, přemýšlí o nesrovnalostech a jejich příčinách, promyslí a naplánuje způsob řešení problému a využívá k tomu vlastního úsudku a zkušeností, vyhledá informace vhodné k řešení problému, nachází jejich shodné, podobné a odlišné znaky, využívá získané vědomosti a dovednosti k objevování různých variant řešení, nenechá se odradit případným nezdarem a vytrvale hledá konečné řešení problému, samostatně řeší problémy; volí vhodné způsoby řešení; užívá při řešení problému logické, matematické a empirické postupy, ověřuje prakticky správnost řešení problému a osvědčené postupy aplikuje při řešení obdobných nebo nových problémových situací, sleduje vlastní pokrok při zdolávání problémů, kriticky myslí, činí uvážlivá rozhodnutí, je schopen je obhájit, uvědomuje si zodpovědnost za svá rozhodnutí a výsledky svých činů zhodnotí, formuluje a vyjadřuje své myšlenky a názory v logickém sledu, rozumí různým typům textů a záznamů, obrazových materiálů, běžně užívaných gest, zvuků a jiných informačních a komunikačních prostředků, přemýšlí o nich, reaguje na ně a tvořivě je využívá ke svému rozvoji a k aktivnímu zapojení se do společenského dění, používá bezpečně a účinně materiály, nástroje a vybavení, dodržuje vymezená pravidla, plní povinnosti a závazky, adaptuje se na změněné nebo nové pracovní podmínky, 6

9 přistupuje k výsledkům pracovní činnosti nejen z hlediska kvality, funkčnosti, hospodárnosti a společenského významu, ale i z hlediska ochrany svého zdraví i zdraví druhých, ochrany životního prostředí i ochrany kulturních a společenských hodnot. Badatelsky orientovaná výuka nemá význam pouze v tom smyslu, že žák objevuje relativně sám skutečnosti, které si má osvojit, ale i v tom, že se žák učí nové skutečnosti aktivně poznávat, tj. osvojuje si badatelské postupy, rozvíjí vnímání a v neposlední řadě se učí badatelsky myslet. Bádání žáků, dětí, však přesahuje hranice školního vzdělávání, a proto se s ním velice často setkáváme ve volnočasových aktivitách uskutečňovaných v domácích podmínkách nebo v zájmových kroužcích. Nelze však hovořit o výuce, jelikož tento pojem je v české pedagogické teorii vázán ke školnímu vzdělávání. Je užíván pojem neformální vzdělávání, které zahrnuje všechny plánované programy osobního a sociálního vzdělávání určených k rozvoji celé řady znalostí, dovedností a kompetencí nad rámec formálního vzdělávacího kurikula. Zkoumavost, kritičnost a snaha probádat neznámé jsou vrozenými vlastnostmi, které jedinec uplatňuje v běžném životě. Nové poznatky a získané dovednosti se mohou stát základem pro efektivnější chování podle navyklých vzorců, které lze označit za algoritmické. V tomto kontextu je užíván pojem informální učení, který se vztahuje k průběhu celého života, v němž si každý jednotlivec osvojuje znalosti, dovednosti, postoje a hodnoty, pod vlivem různorodých vzdělávacích zdrojů ve svém okolí i z každodenní životní zkušenosti. Jestliže v tomto případě dochází k rozvoji jedince na základě bádání, jedná se o činnosti spontánní nebo vyvolané životními událostmi, které se jedince týkají. K bádání tedy mohou jedince dovést okolnosti, které ho k této činnosti více či méně nutí nebo se může jednat o činnosti vycházející z vrozené vlastnosti člověka touhy po poznávání a objevování nových skutečností. Avšak pozor, neberte tuto publikaci jako start k výuce založené pouze na badatelských aktivitách. To by bylo nesprávné. Badatelsky orientovanou výuku je třeba vnímat v komplexní rovině jako výuku zahrnující vedle samotného řešení problémů i instruktivismus, kdy žák získává v různé míře přesné instrukce podporujících (usměrňujících, řídicích) jeho bádání. Řešení problémů v kontextu reálného života (anebo situacích jemu se přibližujících) chápeme jako vrchol žákových aktivit. Badatelsky orientovaná výuka je tedy komplexem sestávajícím nejen z řešení problémů, zkoumání (problémová výuka, výzkumná metoda), ale i instruování (instruktivistická výuka) a poznatkové transmise (transmisivní výuka), neboť nelze zkoumat bez osvojené poznatkové báze. Tyto komponenty se zpravidla v různé míře prolínají a jejich oddělování působí uměle. Nelze stavět do opozice bádání žáků a učení se již hotových poznatků. Na závěr shrňme několik málo tezí o badatelsky orientované výuce: bádání realizované v rámci badatelsky orientované výuky nelze ztotožňovat s vědeckým bádáním, lze ovšem hledat paralely, provádět komparace a podrobovat obojí dalšímu zkoumání, vědecké bádání a bádání realizované v rámci badatelsky orientované výuky mají odlišné cíle, BOV zahrnuje i bádání, jehož cílem je uvědomění si problémové situace a objevení problému, BOV zahrnuje i bádání mající neproblémový charakter např. potvrzující bádání, existuje vzdělávací obsah, který lze realizovat pouze prostřednictvím badatelských aktivit žáků, v rámci badatelsky orientované výuky jsou využívány různé vyučovací metody, především problémového charakteru (problémové metody), realizace badatelsky orientované výuky se projevuje ve všech složkách výuky, ne jen v metodách, 7

10 při badatelsky orientované výuce je žák badatelsky aktivní, což lze chápat jako motivovanou, více méně reflektovanou a cílevědomou činnost subjektu zaměřenou na bádání, badatelsky orientovaná výuka se vztahuje nejen k žákovi, ale i k učiteli, veškerá doba badatelsky orientované výuky nemusí být bezpodmínečně věnována přímému bádání, je vhodné, aby badatelsky orientovaná výuka zahrnovala i multioborová badatelská témata, badatelsky orientovaná výuka předpokládá využití badatelských metod nejen empirického charakteru, ale i teoretického, badatelsky orientovaná výuka může sestávat z různého množství badatelsko-didaktických situací. Věřte, že vhodně navržené a připravené badatelské aktivity budou žáky bavit a stanou se cestou pro trvalé osvojení si potřebných poznatků. Při zkoušení žáků ale nezapomínejte, že důležité je poznatky umět nejen reprodukovat, ale objevit, což by mělo být též hodnoceno! Přeji Vám mnoho štěstí při realizaci badatelsky orientované výuky Jiří Dostál 8

11 METODICKÁ POZNÁMKA Proč nepájivé kontaktní pole? Nepájivé kontaktní pole (slangově bastldeska, anglicky breadboard) je přípravek používaný při navrhování a oživování jednodušších elektronických konstrukcí. Zdroj (1) charakterizuje nepájivé kontaktní pole následovně: Je to v podstatě jistým způsobem uspořádaná a propojená hromada kontaktů, uzavřená v plastovém krytu. Každý kontakt pole představuje samostatný přípojný bod, který je vodivě spojen s několika nejbližšími body do vodivého bloku. Polí se vyrábí poměrně velké množství typů, přičemž uspořádání kontaktů je víceméně podobné. Podle potřeby dané složitostí elektronického obvodu, který chceme na kontaktním poli realizovat, si můžeme vybrat z nabídky kontaktních polí s několika málo sty až několika tisíci kontakty. Nepájivé kontaktní pole tedy slouží k realizaci elektronických obvodů bez použití pájení. K jeho výhodám patří možnost v případě potřeby realizované zapojení rychle modifikovat. K nevýhodám pak patří horší přehlednost zapojení. Pokud se však při realizaci zapojení na nepájivém kontaktním poli naučíme dodržovat určitá základní pravidla, přehlednost realizovaného obvodu není u jednodušších zapojení zásadním problémem. Nepájivé kontaktní pole je také součástí některých typů elektronických stavebnic /např. elektrotechnická stavebnice ES - M01, (2)/, což je i náš případ. Zde se oproti zapojením realizovaným na desce plošného spoje pájením ukazuje jako základní výhoda možnost realizovat nejrůznější zapojení s jednotlivými součástkami opakovaně. Další výhodou je univerzálnost, otevřený systém stavebnice (jeho prvky lze doplňovat) a snadná výměna poškozených obvodových prvků. To vše vede k příznivým pořizovacím a provozním nákladům. Obr. 1 Nepájivé kontaktní pole Jaký je systém propojení jednotlivých kontaktů na nepájivém kontaktním poli? Na obr. 2 je zachycen detail modulu nepájivého kontaktního pole. Uprostřed je napájecí sběrnice průběžná dvojice řad vzájemně propojených kontaktů označených znaménky + a - doplněná o červenou a modrou čáru. Všechny kontakty umístěné podél červené čáry jsou navzájem propojeny, stejně tak všechny kontakty umístěné podél modré čáry jsou navzájem propojeny. 9

12 Kolmo k linii obou sběrnic jsou umístěny v číslovaných řadách pětice vzájemně propojených kontaktů zde jsou propojeny např. kontakty 1A až 1E, kontakty 1F až 1J a to napravo i nalevo od sběrnice a dále kontakty 2A až 2E, kontakty 2F až 2J atd. Propojené pětice kontaktů Kontakty sběrnice - Kontakty sběrnice + Propojené pětice kontaktů Obr. 2 Nepájivé kontaktní pole systém propojení Při realizaci konkrétního obvodového zapojení se pak jednotlivé součástky přímo zapichují se do kontaktního pole. Lze takto používat součástky s vývody o průměru do 0,8 mm, což platí pro převážnou většinu běžných součástek s drátovými vývody (např. rezistory, kondenzátory, diody, diody LED, tranzistory, integrované obvody, aj.). Lze použít také elektronické moduly, které mají vývody uspořádány v rastru 2,54mm. Vodivé spojení součástek je pak zajištěno buď vodivými bloky kontaktů uvnitř nepájivého kontaktního pole, nebo s použitím drátových propojek. (1) Výsledné zapojení může vypadat např. následovně: 10

13 Obr. 3 Nepájivé kontaktní pole realizace jednoduchého obvodu Pro vyšší přehlednost je vhodné používat jako propojky izolované vodiče /lze koupit komerční sady, např. (3) a (4)/, a využívat různé barvy izolace, pro napájecí vodiče pak důsledně používat vyhrazené barvy. V naší didaktické soupravě je použit i alternativní způsob UTP kabel (kabel pro počítačové sítě a zabezpečovací techniku prodávaný v metráži) + štípací kleště a odizolovací kleště. UTP kabel uštípnout na požadovanou délku, stáhnout izolaci svazku, rozplést jednotlivé vodiče, narovnat je a odizolovat konce v potřebné délce. Pár slov k výběru zapojení Při výběru zapojení realizovaných v tomto metodickém materiálu byla akcentována hlediska: praktičnost zapojení, jednoduchost zapojení, použití součástek, které jsou běžně na trhu, popř. ke kterým lze zakoupit alternativu náhradu, ověřená zapojení. V textu jsou přednostně uvedena zapojení tak, jak je uvádí použité zdroje. Jsme si vědomi toho, že v některých jednotlivých případech by bylo v rámci profesní kultury vhodné zapojení částečně upravit (např. doplnit do bází tranzistorů tam, kde nejsou, ochranné rezistory), ale v takovém případě by do jisté míry narostla složitost zapojení a pro začátečníky by v konečném důsledku mohla být jejich realizace obtížnější. Proto tak učiněno nebylo a takováto skutečnost je pouze uvedena v připojeném komentáři k zapojení. Přejeme Vám příjemnou zábavu. Martin Havelka 11

14 Použité zdroje: 1. RC stránky věnované RC autům, scale a expedicím. RC.305 [online] [cit ]. Dostupné z: 2. Elektrotechnická stavebnice ES - M01. E-obchod EZK - elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: 3. Drátové propojky WJW - 70 GM Electronic. GM electronic [online] [cit ]. Dostupné z: 4. Drátové propojky PROSKIT OP-E 351 GM Electronic. GM electronic [online] [cit ]. Dostupné z: Schémata v tomto materiálu byla kreslena v sw ProfiCAD v

15 TESTER DÁLKOVÉHO OVLADAČE Anotace: Výrobek tester infračerveného dálkového ovládání realizovaný formou zapojení na nepájivém kontaktním poli je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami a obvody. Tvůrčí proces je poměrně časově náročný, proto doporučujeme vyhradit dvě vyučovací hodiny. Podoby výrobku i motivaci je možné obměňovat dle potřeby, po sestavení na nepájivém kontaktním poli může následovat osazení součástek do plošného spoje, oživení obvodu a instalace do vhodné krabičky. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování Doporučený věk žáků: ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektrotechnickými součástkami na nepájivém kontaktním poli, pracovat s čarovým kódem používaným pro značení rezistorů, pracovat s ohmmetrem, ampérmetrem a voltmetrem, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická 13

16 schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. 14

17 Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Uvědomte si, kolik domácích spotřebičů máte doma. Ke kolika z nich máte dálkový ovladač? (dále též DO) V čase 2 min. napište na list papíru všechny spotřebiče, které jsou vybaveny dálkovým ovladačem. /TV, rozhlasový přijímač, AV reciver, set-top-box, satelitní přijímač, MP3 přehrávač, DVD či BD přehrávač, (a jiné prvky domácí zábavy), klimatizace, robotický vysavač, vybrané prvky příslušenství PC, vybrané hračky (autíčka, lodě, letadla na DO), dálkový ovladač otevírání brány či dveří u RD, DO domácí zabezpečovací jednotky aj. / Některá z těchto DO pracují na principu šíření elektromagnetického vlnění vyšších frekvencí, např. 433 MHz (dálkový ovladač otevírání brány či dveří u RD, DO domácí zabezpečovací jednotky), ta pracují i přes zeď, většina těch používaných uvnitř domácnosti pracují na nižších frekvencích cca 1 MHz (λ = 880 nm až 940 nm). Mezi přijímačem a vysílačem musí být zpravidla přímá viditelnost. Už se Vám např. doma stalo, že přestal pracovat přenos signálu mezi spotřebičem a jeho dálkovým ovladačem? Kde všude může nastat chyba? /Porucha vysílače, vybité baterie v ovladači, porucha přijímače, absence napájení přijímače./ Jak budete postupovat, abyste jednotlivé závady vyloučili? /Kontrola baterií vysílače DO, kontrola napájení přijímače, kontrola funkčnosti přijímače při manuálním ovládání (vedle DO lze zpravidla základní funkce ovládat i ručně na panelu přístroje), kontrola funkce vysílače DO./ 15

18 Jak pracuje přenos informace u DO pracujícího na principu infračerveného záření? (dále jen IR) Jak ověříte, zda IR ovladač pracuje? /Jednoduchou zkoušečku tester IR DO (viz obr. 1 popř. obr. 2 v příloze) nyní sestavíme na nepájivém kontaktním poli a ověříme si její funkci./ Evokace: 1. Jaký je princip činnosti IR DO? 2. Jak ověříte, zda IR ovladač pracuje? 3. Jaký je princip funkce nepájivého kontaktního pole? 4. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro výrobu potřebovat? 5. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení obvodu zkoušečky? /Žák pracuje se schématem, viz obr. 1 popř. obr. 2 v příloze./ 6. Na co je třeba dát si pozor? /Zapojení vývodů polovodičových součástek, možnost záměny rezistorů, pólování vývodů elektrolytického kondenzátoru, velikost a správná polarita napájecího zdroje napětí./ 7. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 8. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 9. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 10. Popiš postup práce. Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Popiš způsob činnosti IR DO. Jak je zajištěno, aby IR záření vysílané tepelnými zdroji neovlivňovalo funkci přijímače? Jaké elektronické součástky musí být použity pro vysílání a příjem IR signálu? Jakými způsobem se na kvalitě spojení přijímače a vysílače může projevit silné sluneční záření? Jak je to u běžných IR DO řešeno? Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: /základní verze pro realizaci obvodu nepájivém kontaktním poli/ Nepájivé kontaktní pole, zdroj ss. napětí (optimálně s proudovým omezením a ochranou proti zkratu, vyhoví však i sada alkalických baterií popř. NiCd či NiMH akumulátorů velikosti AA či AAA v příslušném držáku baterií), nepájivé kontaktní pole, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), tabulka pro určení hodnoty odporu rezistoru pomocí čtení barevných proužků, multimetr popř. ohmmetr, voltmetr, ampérmetr. 16

19 Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 1. Hodnoty rezistorů určíme přečtením barevného kódu na těle rezistoru a ověříme ohmmetrem. 2. Diodu a tranzistory prověříme multimetrem ve funkci kontroly PN přechodu, popř. použijeme ohmmetr. 3. Určíme elektrody u diody ohmmetrem (rozlišit anodu a katodu) a výsledek ověříme kontrolou zapojení vývodů součástky v příslušném katalogovém listu. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu zapojíme obvod na nepájivém kontaktním poli. Průběžně kontrolujeme propojení vývodů jednotlivých součástek dle schématu zapojení. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 3. Za kontroly vyučujícího žáci provedou nastavení proudového omezení zdroje stejnosměrného napětí a připojení obvodu k napájecímu napětí. C) Ověření činnosti sestaveného obvodu zkoušečky IR DO 1. Sestavený obvod neobsahuje žádné nastavovací prvky. Jsou-li použité součástky v pořádku, správně zapojeny, pracuje obvod napoprvé v širokém rozmezí napájecích napětí od 1,5 V do 15 V. 2. Pokud k detektoru (fototranzistor T1 na obr. 1, popř. fotodioda D1 na obr. 2) přiblížíme funkční IR DO a stiskneme tlačítko, uslyšíme z výstupního reproduktoru zvukový signál, který detekuje správnou činnost IR DO. Zdroj IR záření DO je třeba vzhledem ke směrovosti fototranzistoru (obr. 1) umístit v ose jeho čočky. V případě zapojení dle obr. 2 se směrovost tolik neprojevuje. /Pokud na detektor (obr. 1 - fototranzistor T1) dopadá IR záření, fototranzistor T1 se otevře a následně se otevře i tranzistor T2, který budí malý reproduktor. Situace na obr. 2 je obdobná. Vodivost fotodiody D1 se při osvětlení IR signálem změní, otevře se T1 a následně i T2, který budí připojený reproduktor. Protože IR ovladač pracuje v pulzním režimu, slyšíme přerušované spínání reproduktoru, které vytváří tón (cvakání)./ D) Ověření funkce IR DO 1. Pokud je obvod testeru IR DO správně zapojen, při přiblížení ovladače IR DO a stisku tlačítka se ozve z reproduktoru tón. 2. Autor zapojení v (1) uvádí: Tester reaguje na signál DO do vzdálenosti asi 30 cm, zapojení s fotodiodou asi do 50 cm. V obou 17

20 případech je vhodné světlocitlivý prvek chránit před světlem blízké žárovky. Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky se způsobem práce s tabulkou pro čtení barevného kódu rezistorů a s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (3). - Učitel žákům ukáže, jak v katalogovém listu vyhledají zapojení vývodů pouzdra součástky a ověří její důležité elektrické parametry. - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru či testeru přechodu PN zkontrolovat funkci diod a tranzistorů. - Učitel žákům vysvětlí, jak jsou na nepájivém kontaktním poli propojeny jednotlivé piny (dírky). - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem výrobku. Reflexe: - Náš tester IR DO umožňuje jednoduchou a rychlou kontrolu funkce IR DO. Je takovéto zapojení vhodné pro časté použití? /Nepájivé kontaktní pole slouží pro snadné a rychlé sestavení elektronického obvodu a ověření jeho funkce. Pokud chceme sestavený obvod používat častěji, je třeba navrhnout desku plošného spoje, součástky na ni zapájet./ - Čím by bylo vhodné takovýto obvod doplnit v případě realizace na desce plošného spoje? /V obvodu schází vypínač, vytahovat z držáku baterií články (akumulátory) by bylo nepraktické. Obvod na desce plošného spoje je dále třeba umístit do vhodné krabičky spolu s napájecím zdrojem./ - Porovnejte mezi sebou obě zapojení. Proč je citlivost zapojení na obr. 2 větší? Vyslovte závěr o vhodnosti obou zapojení pro uvedený účel. - Zhodnoťte úskalí použitých výrobních postupů pro uvedený účel. - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? Poznámka: Obě zapojení jsou málo citlivá na toleranci použitých součástek a pracovala s uvedenými součástkami při správném zapojení na první pokus. Rozsah indikace činnosti IR DO je mj. závislý na použitém napájecím napětí. Obě zapojení spolehlivě pracovala již od napětí 2,6 V (2 ks AA NiMH akumulátory), IR DO však musí být bezprostředně u IR čidla (cca 3 cm). Při změně napětí na 4,0 V (3 ks AA NiMH akumulátory), vzrostl rozsah indikace na cca 10 cm. 18

21 Při propojování jednotlivých elektronických součástek na desce nepájivého kontaktního pole se nám osvědčil pean (viz obr. 16) popř. jemné kleštičky. Při realizaci složitějšího zapojení je z důvodu lepší orientace v zapojení (a také pro zamezení vzniku možných zkratů) vhodné použít izolované vodiče. Literatura: 1. BELZA, Jaroslav. Elektronika Jaroslav Belza: Tester DO. Elektronika Jaroslav Belza: Tester dálkových ovladačů [online]. 1. vyd. 2001, [cit ]. Dostupné z: 2. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 4. Jantar elektro. Barevný (proužkový) kód hodnot odporů [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 5. Datasheet4U. LTR516AD datasheet [online] [cit ]. Dostupné z: 6. Datasheet4U. L53P3BT datasheet [online] [cit ]. Dostupné z: 7. Datasheet4U. LTR516AD datasheet [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 19

22 Příloha 1: Schémata zapojení + 1,5 V až 15 V 1k 1k 0 V Obr. 1 Tester dálkového ovládání (varianta s fototranzistorem) (1) + 1,5 V až 15 V 1k 180k 0 V Obr. 2 Tester dálkového ovládání (varianta s fotodiodou) (1) C1 správné označení je: 47μF / 16 V pf = pf (ve schématu zapsáno 47 M) Z hlediska značení jednotek jde o nedovolené slučování předpon, ale v praxi se s ním při značení součástek např. v e-shopech setkáváme, proto zde toto značení vysvětlujeme. 20

23 Příloha 2: Tabulka pro čtení barevného kódu rezistorů Obr. 3 Barevný kód rezistorů (4) 21

24 Příloha 3: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 4 Výběr z katalogového listu tranzistoru NPN BC 337 (5, s. 1) 22

25 Obr. 5 Výběr z katalogového listu fototranzistoru L53P3x (6, s. 1) Obr. 6 Výběr z katalogového listu fotodiody LTR516AD (7, s. 1) 23

26 Obr. 7 Výběr z katalogového listu fotodiody LTR516AD (7, s. 2) Obr. 8 Výběr z katalogového listu fotodiody LTR516AD (7, s. 3) 24

27 Příloha 4: Fotografie Obr. 9 Nepájivé kontaktní pole Obr. 10 Součástky pro zapojení dle obr. 1 25

28 Obr. 11 Zapojení dle obr. 1 Obr. 12 Způsob testování IR DO v zapojení dle obr. 1 26

29 Obr. 13 Součástky pro zapojení dle obr. 2 Obr. 14 Zapojení dle obr. 2 27

30 Obr. 15 Způsob testování IR DO v zapojení dle obr. 2 Obr. 16 Pean pomůcka pro práci s propojkami na nepájivém kontaktním poli 28

31 AKUSTICKÝ ZKOUŠEČ ZKRATŮ ŠLUSMETR Anotace: Výrobek akustický zkoušeč zkratů realizovaný formou zapojení na nepájivém kontaktním poli je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami a obvody. Tvůrčí proces je poměrně časově náročný, proto doporučujeme vyhradit dvě vyučovací hodiny. Podoby výrobku i motivaci je možné obměňovat dle potřeby, po sestavení na nepájivém kontaktním poli může následovat osazení součástek do plošného spoje, oživení obvodu a instalace do vhodné krabičky. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování Doporučený věk žáků: ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektronickými součástkami na nepájivém kontaktním poli, pracovat s barevným kódem používaným pro značení rezistorů, pracovat s ohmmetrem, ampérmetrem a voltmetrem, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická 29

32 schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. 30

33 Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Uvědomte si, v kolika běžných situacích je třeba zjistit, zda je určitá část elektrického obvodu uzavřena či přerušena. V čase 1 min. napište na list papíru všechny případy, kdy může být třeba kontrolovat propojení či přerušení obvodu. /kontrola přerušení pojistky, žárovky, vodiče, nalezení konců vodiče ve vícežilovém kabelu, kontrola vyleptané desky plošného spoje apod./ V řadě případů si vystačíme se zdrojem napětí baterií, žárovkou a vodičem. Takový obvod se prosvítí a poznáme, je-li přerušen žárovka nesvítí, nebo propojen žárovka svítí. Takovéto orientační měření ovšem (zvlášť pokud nemáme svoji žárovkovou zkoušečku sestavenou ve vhodném pouzdře) zaměstnává obě ruce a zrak. Musíme sledovat, kam přikládáme měřící hroty a potom dále kontrolovat, zda žárovka svítí. Dále popsaná zkoušečka má dvě výhody: pracuje s akustickým výstupem, nemusíme tedy zrakem kontrolovat, zda žárovka svítí, či ne, 31

34 podle výšky tónu lze usoudit, zda je mezi měřicími hroty zkrat, nebo určitý odpor. Autor zapojení převzatého ze zdroje (1) uvádí: Tón je při zkratu nejvyšší a se zvětšujícím se odporem mezi měřicími hroty se snižuje. Při odporech nad 1 MΩ se ozývá jen klapání. Evokace: 1. Jak ověříte, zda je elektrický obvod propojen? 2. Jaký je princip funkce nepájivého kontaktního pole? 3. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro výrobu potřebovat? 4. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení obvodu zkoušečky? /Žák pracuje se schématem, viz obr. 1 v příloze./ 5. Na co je třeba dát si pozor? /Zapojení vývodů polovodičových součástek, možnost záměny rezistorů, pólování vývodů elektrolytického kondenzátoru, velikost a správná polarita napájecího zdroje napětí, zapojení vývodů pouzdra integrovaného obvodu./ 6. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 7. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 8. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 9. Popiš postup práce. Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Jak pracuje piezoměnič. Kde jste se s ním setkali v domácích spotřebičích a spotřební elektronice? Jaká je funkce obvodu, jehož hlavní součástí jsou hradla H1 až H3, R1, R2 a C1 v obvodu. Jaká je funkce obvodu, jehož hlavní součástí jsou hradla H4 až H6 v obvodu. Popiš způsob činnosti zkoušečky. Jakým způsobem jsou označeny vývody pouzdra DIL IO 74HC04? Na co je třeba při práci s IO 74HC04 dát pozor? Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: /základní verze pro realizaci obvodu nepájivém kontaktním poli/ Nepájivé kontaktní pole, zdroj stejnosměrného napětí (optimálně s proudovým omezením a ochranou proti zkratu, vyhoví však i sada alkalických baterií popř. NiCd či NiMH akumulátorů velikosti AA či AAA v příslušném držáku baterií), nepájivé kontaktní pole, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), tabulka pro určení hodnoty odporu rezistoru pomocí čtení barevných proužků, katalogové listy IO 74HCO4, diody 1N4148 a piezoměniče KPE 112, multimetr popř. ohmmetr, voltmetr, ampérmetr. 32

35 Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 4. Hodnoty rezistorů určíme přečtením barevného kódu na těle rezistoru a ověříme ohmmetrem. 5. Diody prověříme multimetrem ve funkci kontroly PN přechodu, popř. použijeme ohmmetr. 6. Určíme elektrody u diody ohmmetrem (rozlišit anodu a katodu) a výsledek ověříme kontrolou zapojení vývodů součástky v příslušném katalogovém listu. 7. Z katalogového listu určíme značení vývodů IO. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu zapojíme obvod na nepájivém kontaktním poli. Průběžně kontrolujeme propojení vývodů jednotlivých součástek dle schématu zapojení. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 3. Za kontroly vyučujícího žáci provedou nastavení proudového omezení zdroje stejnosměrného napětí a připojení obvodu k napájecímu napětí. C) Ověření činnosti sestaveného obvodu zkoušečky zkratů šlusmetru 1. Sestavený obvod neobsahuje žádné nastavovací prvky. Jsou-li použité součástky v pořádku, správně zapojeny, pracuje obvod napoprvé. 2. Pokud mezi zkušební hroty připojíme část obvodu, potom v závislosti na velikosti elektrického odporu připojené části uslyšíme z výstupního reproduktoru zvukový signál. /Akustická zkoušečka umožňuje odhalit nežádoucí propojení vodivých drah na desce plošného spoje či vadné součástky (průraz či přerušení). Podle výšky tónu lze rozeznat zkrat, rezistory s malým elektrickým odporem (řádu kω), větším elektrickým odporem (řádu 10 kω až 100 kω) a velkým elektrickým odporem (řádu MΩ), diagnostikovat lze také přechod P-N a elektrolytický kondenzátor s kapacitou větší než 10 µf. Při zkratu je tón nejvyšší a se zvětšujícím se odporem mezi měřicími hroty se snižuje. Při odporech nad 1 MΩ (např. dotek prsty ruky) se ozývá jen klapání (1)./ Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky s prací s tabulkou pro čtení barevného kódu rezistorů a s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (3). - Učitel žákům ukáže, jak v katalogovém listu vyhledají zapojení vývodů pouzdra součástky a ověří její důležité elektrické parametry. 33

36 - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru či testeru přechodu PN zkontrolovat funkci diod a tranzistorů. - Učitel žákům vysvětlí, jak je třeba pracovat se součástkami pracujícími na bázi tranzistorů řízených elektrickým polem (IO 74HC04). - Učitel žákům vysvětlí, jak jsou na nepájivém kontaktním poli propojeny jednotlivé piny (dírky). - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem výrobku. Reflexe: - Náš tester zkratu umožňuje jednoduchou a rychlou kontrolu elektrického propojení či oddělení části elektrického obvodu. Je takovéto zapojení vhodné pro časté použití? /Nepájivé kontaktní pole slouží pro snadné a rychlé sestavení elektronického obvodu a ověření jeho funkce. Pokud chceme sestavený obvod používat častěji, je třeba navrhnout desku plošného spoje (viz obr. 2 a obr. 3), součástky na ni zapájet./ - Čím by bylo vhodné takovýto obvod doplnit v případě realizace na desce plošného spoje? /Obvod na desce plošného spoje je vhodné doplnit o vhodné měřicí hroty a měřicí šňůry, IO 74HC04 spolu s diodami D1 a D2 umístit do objímky DIL 20 a dále je třeba umístit obvod do vhodné krabičky spolu s bateriovým napájecím zdrojem./ - Zhodnoťte možná úskalí práce se zkoušečkou. /Akustická zkoušečka není zařízení, které by umožňovalo diagnostiku obvodů za provozu (připojených na napájení). Elektrické napětí připojené mezi měřící svorky může obvody zkoušečky poškodit. Opatrnost je na místě zvláště při ověřování stavu elektrolytických kondenzátorů. V závislosti na kapacitě mohou zůstat nabité i desítky hodin a při měření zkoušečku poškodit. Objímka DIL pro IO 74HC04 a D1 a D2 při poškození citlivých součástek umožní jejich výměnu bez pájení./ - Zhodnoťte úskalí použitých výrobních postupů pro uvedený účel. - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? 34

37 Literatura: 1. BELZA, Jaroslav. Elektronika Jaroslav Belza: Akustická zkoušečka. Elektronika Jaroslav Belza: Akustická zkoušečka [online]. 1. vyd. 2000, [cit ]. Dostupné z: 2. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 4. Jantar elektro. Barevný (proužkový) kód hodnot odporů [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 5. Datasheet4U. 74HC04 datasheet [online] [cit ]. Dostupné z: 6. Datasheet4U. 1N4148 datasheet [online] [cit ]. Dostupné z: 7. Elektroakustická zařízení. Piezoelementy. E-obchod EZK - elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 35

38 Příloha 1: Schéma zapojení k Obr. 1 Akustický zkoušeč zkratů šlusmetr (1) C1 označení na pouzdře pf = 220 nf (ve schématu zapsáno 220 k, tj pf) C2 označení na pouzdře pf = 470 pf (ve schématu bývá někdy označeno též jako 470j; j značí základní, tj. nejmenší běžně vyráběnou jednotku kapacity pf) C3 označení 10μF / 16 V pf = pf (ve schématu zapsáno 10 M) Z hlediska značení jednotek jde o nedovolené slučování předpon, ale v praxi se s ním při značení součástek např. v e-shopech setkáváme, proto zde toto značení vysvětlujeme. 36

39 Příloha 2: Obrazec plošného spoje Obr. 2 Obrazec plošného spoje pro akustický zkoušeč zkratů šlusmetr (1) Obr. 3 Osazovací plán plošného spoje pro akustický zkoušeč zkratů šlusmetr (1) 37

40 Příloha 3: Barevný kód rezistorů Obr. 4 Barevný kód rezistorů (4) 38

41 Příloha 4: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 5 Výběr z katalogového listu šestinásobného budiče 74HC04 (5, s. 1) 39

42 Obr. 6 Výběr z katalogového listu šestinásobného budiče 74HC04 zapojení pouzdra (5, s. 1) 40

43 Obr. 7 Výběr z katalogového listu spínací diody 1N4148 (6, s. 1) 41

44 Obr. 8 Výběr z katalogového listu piezoelementu KPE 112 (7, s. 1) Poznámka: Z hlediska terminologie bychom se přikláněli spíše k označení piezoměnič namísto piezoelement, respektujeme však značení použité v citovaném zdroji. 42

45 Příloha 5: Fotografie Obr. 8 Nepájivé kontaktní pole Obr. 9 Součástky pro zapojení dle obr. 1 43

46 Obr. 10 Zapojení dle obr. 1 Obr. 11 Zapojení dle obr. 1 detail /měřicí hroty zde nahrazeny konektorem pro 9 V destičkovou baterii/ 44

47 Obr. 12 Zkušební práce s akustickým testerem zkratů /ke kontaktům konektoru pro 9 V destičkovou baterii jsou připojeny rezistory, piezoměnič píská/ Obr. 13 Pean pomůcka pro práci s propojkami na nepájivém kontaktním poli 45

48 DETEKTOR BOUŘKY Anotace: Výrobek detektor bleskového výboje realizovaný formou zapojení na nepájivém kontaktním poli je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami a obvody. Tvůrčí proces je relativně časově náročný, postačí vyhradit alespoň dvě vyučovací hodiny. Podoby výrobku i motivaci je možné obměňovat dle potřeby. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování, vazby dále na okruh Provoz a údržba domácnosti Doporučený věk žáků: 9. ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektrotechnickými součástkami, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, orientuje se v návodech k obsluze běžných domácích 46

49 spotřebičů, provádí drobnou domácí údržbu, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. 47

50 Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Co je to blesk? Jaké druhy blesků znáš? Jak bleskový výboj vzniká? Jaké jsou jeho účinky? Kdo to byl Prokop Diviš? Co o něm víš? Evokace: 1. Jaký je princip vzniku bouřky? 2. Co je třeba provést v domácnosti v případě blížící se bouřky? 3. Jaké následky může mít úder blesku v okolí či do elektrického vedení? 4. Co je to bleskojistka? Jak pracuje? 5. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro výrobu detektoru blesku potřebovat? 6. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení detektoru blesku? /Žák pracuje se schématem zapojení, viz obr. 1 v příloze./ 7. Na co je třeba dát si pozor? /Zapojení vývodů polovodičových součástek, možnost záměny rezistorů, pólování vývodů elektrolytického kondenzátoru, velikost a správná polarita napájecího zdroje napětí./ 8. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 9. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 10. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 11. Popiš postup práce. Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Kde a za jakým účelem lze použít detektor blesku? /V domácnosti jako varování před blížící se bouřkou či jako přístroj k experimentování. V meteorologii se používají profesionální přístroje. Bleskový výboj je doprovázen šířením elektromagnetického vlnění. V případě blížící se bouřkové činnosti jsou silně rušena všechna pásma (rozhlasové vysílání i satelitní příjem TV vysílání). Profesionální přístroje pracují na frekvenci f = 300 khz, která je pro příjem atmosférických výbojů vhodná. λ = m, kilometrové vlny./ Popiš způsob vzniku nabitých částic v bouřkovém mraku. Jaká je historie vynálezu bleskosvodu Prokopa Diviše? Jak je zajištěno, aby bleskový výboj napáchal co nejméně škod? /ochrana elektrického vedení, přepěťové ochrany, odpojení antény a přístrojů ze sítě/ Jaké je řešení moderních aktivních bleskosvodů? Vyhledej je ve svém okolí. 48

51 Jak se uvedený detektor bude chovat v blízkosti motocyklu s vadnou odrušovací částí v obvodu zapalování? Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: Nepájivé kontaktní pole, zdroj stejnosměrné napětí (optimálně s proudovým omezením a ochranou proti zkratu, pro krátkodobý testovací provoz vyhoví alkalická baterie 9 V), nepájivé kontaktní pole, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), tabulka pro určení hodnoty odporu rezistoru pomocí čtení barevných proužků, multimetr popř. ohmmetr, voltmetr, ampérmetr. Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 1. Určíme hodnoty odporu rezistorů dle barevného kódu a výsledek ověříme kontrolou s použitím ohmmetru. Zapojení vývodů obou IO sledujeme v příslušném katalogovém listu. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu zapojíme obvod na nepájivém kontaktním poli. Průběžně kontrolujeme propojení vývodů jednotlivých součástek dle schématu zapojení. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 3. Za kontroly vyučujícího žáci provedou nastavení proudového omezení zdroje stejnosměrného napětí a připojení obvodu k napájecímu napětí. Záporný pól zdroje napájení je třeba uzemnit (např. připojit na radiátor topení), anténa musí být izolována C) Ověření činnosti sestaveného detektoru bouřky (1) 1. Před prvním použitím zařízení otočte potenciometr P1 do krajní polohy proti směru hodinových ručiček a potenciometr P3 nastavte přibližně do poloviny rozsahu. Otáčením P3 je možné zařízení otestovat. Jeho nastavením například na svit D4 a krátkým vyčkáním dojde po čase k rozsvícení i D5, což značí správnou funkci zařízení a změnu atmosférického náboje. 2. Konečné nastavení je nutné provést za slunečného dne s jasnou oblohou, kde je potřeba s pomocí potenciometru P2 nastavit svit D1. Tím je indikován normální atmosférický náboj. V závislosti na jeho zvýšení dojde k postupnému rozsvícení D2 až D5. 3. Za kontroly vyučujícího žáci otestují činnost detektoru blesku tak, že není-li aktuálně v okolí bouřková činnost, lze ji simulovat přeskokem jiskrového výboje v blízkosti antény. Osvědčil se například zapalovač s piezoelektrickým elementem ve vzdálenosti 1 m od antény. Použít lze také výboj mezi kontakty zapalovací 49

52 svíčky automobilu, je-li odstraněn odrušovací rezistor, lze použít laboratorní zdroj VN, kondenzátor vybíjený přes vhodné jiskřiště, jiskřící domovní zvonek, Ruhmkorffův induktor či Van de Graaffův generátor. Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (4). - Učitel žákům ukáže, jak v katalogovém listu vyhledají důležité elektrické parametry součástek. - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru zkontrolovat hodnoty odporu rezistorů. - Učitel žákům vysvětlí úskalí práce se součástkami řízenými elektrickým polem (TL 071). - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem (schématem) výrobku. - S využitím zdroje (1) učitel žákům vysvětlí princip činnosti obvodu detektoru). Reflexe: - Náš detektor bouřky umožňuje jednoduchou detekci blížící se bouřkové činnosti. Proč je detektor zpravidla koncipován jako přijímač v pásmu dlouhých vln? - Co víš o energii bleskového výboje? - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? Literatura: 1. Monitor atmosférického náboje. Pandatron [online] [cit ]. Dostupné z: 2. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jantar elektro. Barevný (proužkový) kód hodnot odporů [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 4. Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 5. LM3914 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 6. TL071 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 50

53 Příloha 1: Schéma zapojení 1k 1k 5k6 Obr. 1 Detektor bouřky (1) 51

54 Příloha 2: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 2 Výběr z katalogového listu Lineární budič LED LM 3914 zapojení vývodů (7, s. 17) Obr. 3 Výběr z katalogového listu Lineární budič LED LM 3914 (7, s. 2) 52

55 Obr. 4 Výběr z katalogového listu Operační zesilovač TL 071 (7, s. 1) Obr. 5 Výběr z katalogového listu Operační zesilovač TL 071 (7, s. 2) Obr. 6 Výběr z katalogového listu Operační zesilovač TL 071 (7, s. 4) 53

56 Příloha 3: Fotografie Obr. 7 Nepájivé kontaktní pole Obr. 8 Součástky pro sestavení obvodu detektoru bouřky 54

57 Obr. 9 Obvod detektoru bouřky Obr. 10 Pean pomůcka pro práci s propojkami na nepájivém kontaktním poli 55

58 DETEKTOR ELEKTROSTATICKÉHO POLE Anotace: Výrobek detektor elektrostatického pole realizovaný formou zapojení na nepájivém kontaktním poli je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami a obvody. Tvůrčí proces je relativně časově náročný, postačí vyhradit alespoň dvě vyučovací hodiny. Podoby výrobku i motivaci je možné obměňovat dle potřeby. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování, vazby dále na okruh Provoz a údržba domácnosti Doporučený věk žáků: 9. ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektrotechnickými součástkami, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, orientuje se v návodech k obsluze běžných domácích 56

59 spotřebičů, provádí drobnou domácí údržbu, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. 57

60 Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Co je to elektrický náboj? Kde se s ním můžeme setkat? Jaké má účinky? Můžeme jej nějakým způsobem vnímat? Jak jej můžeme detekovat? Co je to ionizátor a k čemu slouží? Znáš pojem Faradayova klec? Evokace: 1. Kde elektrostatické působení využíváme? 2. Kde a jak se naopak hromadění náboje bráníme? 3. Jaký je princip vzniku bouřky? 4. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro výrobu detektoru elektrostatického náboje potřebovat? 5. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení detektoru elektrostatického náboje? /Žák pracuje se schématem zapojení, viz obr. 1 v příloze./ 6. Na co je třeba dát si pozor? /Zapojení vývodů polovodičových součástek, možnost záměny rezistorů, pólování vývodů tranzistorů a diody LED, velikost a správná polarita napájecího zdroje napětí./ 7. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 8. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 9. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 10. Popiš postup práce. 58

61 Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Kde a za jakým účelem lze použít detektor elektrostatického pole? /Při práci se součástkami citlivými na elektrostatický náboj polovodičové součástky řízené el. polem (součástky mají v obecném názvu např. zkratky FET, MOS). Jako přístroj k experimentování. Popiš způsob vzniku nabitých částic v bouřkovém mraku. Popiš způsob vzniku nabitých částic v běžném životě doma, ve škole. Jak se vzniku náboje můžeme bránit? Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: Nepájivé kontaktní pole, zdroj stejnosměrného napětí (optimálně s proudovým omezením a ochranou proti zkratu, vyhoví však také alkalická baterie 9 V), nepájivé kontaktní pole, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), tabulka pro určení hodnoty odporu rezistoru pomocí čtení barevných proužků, katalogové listy použitých tranzistorů, multimetr popř. ohmmetr, voltmetr, ampérmetr. Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 1. Určíme hodnoty odporu rezistorů dle barevného kódu a výsledek ověříme kontrolou s použitím ohmmetru. Polaritu LED diody určíme s použitím ohmmetru a ověříme v katalogovém listu. Stejně tak stav tranzistorů prověříme ohmmetrem a zapojení vývodů tranzistorů vyhledáme v příslušném katalogovém listu. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu zapojíme obvod na nepájivém kontaktním poli. Průběžně kontrolujeme propojení vývodů jednotlivých součástek dle schématu zapojení. Funkci vstupu detektoru zastává drátová anténa o délce 10 cm až 20 cm. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 3. Za kontroly vyučujícího žáci provedou nastavení proudového omezení zdroje stejnosměrného napětí a připojení obvodu k napájecímu napětí. C) Ověření činnosti sestaveného detektoru elektrostatického pole 1. Pro správnou funkci detektoru je třeba zapojení umístit do kovové krabičky a plášť spojit s kladným pólem napájení. V případě plastové krabičky je třeba ji opatřit uvnitř stíněním z Al 59

62 folie o na povrch krabičky umístit dotekovou plošku, která je při práci s detektorem v kontaktu s rukou uživatele. 2. Trimr R2 slouží k nastavení citlivosti ručkového měřidla (rozsah 100 μa). 3. Za kontroly vyučujícího žáci otestují činnost detektoru elektrostatického náboje. Jako zdroj elektrostatického pole poslouží třením zelektrovaná prospektová fólie, CRT TV či PC monitor (ne LED), pracující ionizátor vzduchu, Van de Graaffův generátor apod. Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (4). - Učitel žákům sdělí, kterých elektrických parametrů si v dokumentaci všímat a ukáže, jak je v katalogovém listu součástky vyhledají. - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru zkontrolovat hodnoty odporu rezistorů a stav přechodů diod a bipolárních tranzistorů. - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem (schématem) výrobku. - S využitím zdroje (1) učitel žákům vysvětlí princip činnosti obvodu detektoru. Reflexe: - Náš detektor elektrostatického pole umožňuje jednoduchou detekci polí v okolí elektricky nabitých těles. Proč musí být umístěn ve stíněné krabičce a spojen s povrchem těla měřící osoby? - Co víš o nabíjení těles elektrickým nábojem? - Jak z hlediska elektrování těles volíme materiály pro konstrukci přístrojů? - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? Literatura: 1. Detektor elektrostatického pole. Pandatron [online] [cit ]. Dostupné z: 2. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jantar elektro. Barevný (proužkový) kód hodnot odporů [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 4. Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 60

63 5. BC327 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 6. BC337 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 7. L-53SYC7 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 8. E-obchod EZK. Elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 61

64 Příloha 1: Schéma zapojení antena vodič 10 cm až 20 cm + 9V R1 10M C1 470p T1 BC327 T2 BC327 P1 5k R2 4k7 MP1 100uA T3 BC337 D1 (nízkopříkonová LED) L-53SYC 0 V Obr. 1 Schéma zapojení detektoru elektrostatického pole (1) Poznámka: V tomto případě by bylo (v souladu s metodickou poznámkou v úvodu tohoto textu) vhodné zařadit do báze T2 ochranný rezistor 47k a do báze T3 ochranný rezistor 4k7. 62

65 Příloha 2: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 2 Výběr z katalogového listu Si PNP tranzistor BC 327 (5, s. 1) 63

66 Obr. 3 Výběr z katalogového listu Si NPN tranzistor BC 337 (6, s. 1) 64

67 Obr. 4 Výběr z katalogového listu nízkopříkonové LED Kingbright L-53SYC (7, s. 1) 65

68 Obr. 5 Výběr z katalogového listu nízkopříkonové LED Kingbright L-53SYC (7, s. 2) Obr. 6 Výběr z ceníku panelové měřidlo MP45 100μA použitelné pro uvedený účel (8) 66

69 Příloha 3: Fotografie Obr. 7 Nepájivé kontaktní pole Obr. 8 Součástky pro sestavení obvodu detektoru elektrostatického pole 67

70 Obr. 9 Detektor elektrostatického pole Obr. 10 Detektor elektrostatického pole práce s detektorem /inicializace přiblížením elektrované plastové tašky/ 68

71 Obr. 11 Pean pomůcka pro práci s propojkami na nepájivém kontaktním poli 69

72 SKLÁDÁNÍ BAREV Anotace: Zapojení pro demonstraci principu sčítání barev realizovaný formou zapojení na nepájivém kontaktním poli je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami a obvody. Tvůrčí proces je relativně časově nenáročný, proto doporučujeme vyhradit jednu až dvě vyučovací hodiny. Podoby výrobku i motivaci je možné obměňovat dle potřeby, po sestavení na nepájivém kontaktním poli může následovat osazení součástek do plošného spoje, oživení obvodu a instalace do vhodné krabičky. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování Doporučený věk žáků: ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektrotechnickými součástkami na nepájivém kontaktním poli, pracovat s čarovým kódem používaným pro značení rezistorů, pracovat s ohmmetrem, ampérmetrem a voltmetrem, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická 70

73 schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. 71

74 Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor. Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Víte, jak pracuje lidské oko? Myslíte si, že různé druhy zvířat a hmyzu vidí stejně jako člověk? Kolik má lidské oko typů světločivných buněk? /Tyčinky vnímají jen odstíny šedi, jsou citlivější, uplatňují se hlavně za šera; čípky vnímají barvy (modrá, zelená, červená). Vnímáme v podstatě trojbarevně, vjem barevného vidění je potom výsledkem složitých pochodů probíhajících v našem mozku./ Na obdobném principu skládání (sčítání) barev pracují nejrůznější zobrazovací zařízení. Pokus se některá z nich vyjmenovat. /zobrazovače LED displejů, diaprojektor, barevná CRT televizní obrazovka (starší typ), barevný tisk, reklamní LED panely, aj./ Na jednoduchém zapojení si ověříte, jak princip skládání barev funguje. /Jednoduché zapojení umožňující regulaci jasu tříbarevné LED diody pro každou barevnou složku zvlášť (viz obr. 1 v příloze) nyní sestavíme na nepájivém kontaktním poli a ověříme si její platnost tohoto principu./ Evokace: 1. Jaký je princip činnosti displeje, obrazovky, barevného tisku z hlediska vytváření barevného obrazu? 2. Jak je v pouzdru jedné LED diody vytvářeno světlo různých barev? 3. Jaký je princip funkce nepájivého kontaktního pole? 4. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro sestavení obvodu na nepájivém kontaktním poli potřebovat? 5. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení našeho experimentálního obvodu pro demonstraci principu skládání barev? /Žák pracuje se schématem, viz obr. 1 v příloze./ 72

75 6. Na co je třeba dát si pozor? /Zapojení vývodů polovodičových součástek, zapojení vývodů potenciometru, možnost záměny rezistorů, velikost a správná polarita napájecího zdroje napětí./ 7. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 8. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 9. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 10. Popiš postup práce. Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Popiš rozdíly ve vidění u zástupců hmyzu, ptáků, savců a člověka. Každá z diod (dle barvy vyzařovaného světla) potřebuje jiné napájecí napětí. Jak je zajištěno, aby každou z diod tekl jen takový proud, aby se nepoškodila? Setkal ses s pojmy fototerapie a barevná terapie? K čemu se využívají? Jaké mají účinky? Jaký mají barvy na člověka vliv? Jak z tohoto hlediska zvolit barvy pro vymalování jednotlivých částí bytu? Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: /základní verze pro realizaci obvodu nepájivém kontaktním poli/ Nepájivé kontaktní pole, zdroj ss. napětí (optimálně s proudovým omezením a ochranou proti zkratu, vyhoví však i sada alkalických baterií popř. NiCd či NiMH akumulátorů velikosti AA či AAA v příslušném držáku baterií), nepájivé kontaktní pole, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), tabulka pro určení hodnoty odporu rezistoru pomocí čtení barevných proužků, multimetr popř. ohmmetr, voltmetr, ampérmetr. Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 2. Hodnoty rezistorů určíme přečtením barevného kódu na těle rezistoru a ověříme ohmmetrem. 3. Diodu a tranzistory prověříme multimetrem ve funkci kontroly PN přechodu, popř. použijeme ohmmetr. 4. Určíme elektrody u diody ohmmetrem zjistíme zapojení vývodů pouzdra součástky v příslušném katalogovém listu. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu zapojíme obvod na nepájivém kontaktním poli. Průběžně kontrolujeme propojení vývodů jednotlivých součástek dle schématu zapojení. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 73

76 3. Za kontroly vyučujícího žáci provedou nastavení proudového omezení zdroje stejnosměrného napětí a připojení obvodu k napájecímu napětí. C) Ověření činnosti sestaveného obvodu pro skládání barev 1. Sestavený obvod neobsahuje žádné nastavovací prvky kromě potenciometrů P1, P2 a P3, které řídí intenzitu světla tří LED, které jsou umístěny ve společném pouzdře. Jsou-li použité součástky v pořádku, správně zapojeny, pracuje obvod napoprvé. Napájecích napětí je 5 V. D) Ověření principu skládání barev 1. Pokud jsou všechny tři potenciometry nastaveny tak, že žádná z LED v pouzdře nesvítí, ukážeme si nejprve, jak svítí každá ze systémů (R, B a G) zvlášť. 2. Potom vyzkoušíme výsledek kombinace dvojic základních barev (R + B), (R + G) a (G + G). Výsledky pozorování zapisují žáci do tabulky. 3. Nakonec otestují kombinaci všech tří složek o různých poměrech intenzit jednotlivých složek. Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky se způsobem práce s tabulkou pro čtení barevného kódu rezistorů a s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (3). - Učitel žákům ukáže, jak v katalogovém listu vyhledají zapojení vývodů pouzdra součástky a ověří její důležité elektrické parametry. - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru či testeru přechodu PN zkontrolovat funkci diod a tranzistorů. - Učitel žákům vysvětlí, jak jsou na nepájivém kontaktním poli propojeny jednotlivé piny (dírky). - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem (schématem) výrobku. - Záměrně se zde vyhýbáme řadě složitostí skrytých pod pojmy aditivní a subtraktivní skládání barev, může však na ně v případě vnímavých žáků přijít řeč. Reflexe: - Náš obvod ilustruje, jak pracuje barevné vnímání a jak vzniká barevný vjem. Odhadni, kolik barev umíme rozpoznat. Vnímají muži a ženy barvy stejně? - Umíš pojmenovat i jiné, než takzvané základní barvy? Popiš, jaké barvy se skrývají pod označením siena pálená, karmín, šarlatová, 74

77 lila, kobaltová modř aj. Podívej se např. na pramen (5) v seznamu literatury. - Když se mezi sebou těžko domluvíme při označování odstínů barev, představ si, jak obtížné je to v cizím jazyce. Pomůže ti např. pramen (6) v seznamu literatury. - Zjisti, co je to vzorník RAL a k čemu slouží. - Zamysli se, proč při kvalitním inkoustovém tisku (např. fotografie) používáme více barev, než jen 3. - Zhodnoťte úskalí použitých výrobních postupů pro uvedený účel. - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? Literatura: 1. BELZA, Jaroslav. Elektronika Jaroslav Belza: Regulátor jasu LED. Elektronika Jaroslav Belza: LED brightness controler [online]. 1. vyd. 2006, [cit ]. Dostupné z: 2. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 4. Jantar elektro. Barevný (proužkový) kód hodnot odporů [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 5. Tabulka barev. Wikipedie [online] [cit ]. Dostupné z: 6. České a anglické názvy barev. ARTEGA, o. s. Číselník [online] [cit ]. Dostupné z: 7. BC584B datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 8. E-obchod EZK. Elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: 9. E-obchod EZK. Elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 75

78 Příloha 1: Schémata zapojení 10k 10k 10k Obr. 1 Zapojení pro demonstraci principu sčítání barev /upraveno s použitím zdroje (1)/ 76

79 Příloha 2: Tabulka pro čtení barevného kódu rezistorů Obr. 2 Barevný kód rezistorů (4) 77

80 Příloha 3: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 3 Výběr z katalogového listu tranzistoru NPN BC 548B (7, s. 1) Obr. 4 Výběr z ceníku tříbarevná LED se společnou anodou základní parametry (8, s. 18) 78

81 Obr. 5 Výběr z ceníku tříbarevná LED se společnou anodou základní parametry (8, s. 18) Obr. 6a Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 7) Obr. 6b Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 7) 79

82 Obr. 6c Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 6) Obr. 6d Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 4) Obr. 6e Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 2) Obr. 6f Výběr z ceníku potenciometry použitelné pro uvedený účel (9, s. 2) 80

83 Příloha 4: Fotografie Obr. 7 Nepájivé kontaktní pole Obr. 8 Součástky pro zapojení dle obr. 1 81

84 Obr. 9 Zapojení dle obr. 1 Obr. 10 Skládání barev s obvodem v zapojení dle obr. 1 82

85 Obr. 11 Pean pomůcka pro práci s propojkami na nepájivém kontaktním poli 83

86 BONUS: DETEKTOR MIKROVLN Anotace: Výrobek detektor mikrovlnného záření realizovaný formou vzdušné konstrukce je vhodný pro starší děti, které dosahují vyšší úrovně jemné motoriky a základní dovednosti práce s elektronickými součástkami, obvody a mikropájkou. Tvůrčí proces není časově náročný, postačí vyhradit jednu vyučovací hodinu. Podoby výrobku je dána vzdušnou konstrukcí, motivaci je možné obměňovat dle potřeby. Identifikace Vzdělávací oblast RVP ZV: Člověk a svět práce Tematický okruh: Elektrotechnika, Design a konstruování, vazby dále na okruh Provoz a údržba domácnosti Doporučený věk žáků: 9. ročník Zacílení činnosti Výukový cíl: kognitivní (znalostní): poznat a charakterizovat schematické značky obvodových prvků a části elektronického obvodu a zařadit je do struktury poznání, popsat uplatnění uvedených prvků a obvodů v běžném životě. psychomotorický (dovednostní): schopnost pracovat s elektrotechnickým výkresem (schématem), s katalogovými listy elektrotechnických součástek, pracovat s elektrotechnickými součástkami, pracovat dle slovního návodu i předlohy, organizovat a plánovat vlastní práci tak, aby dosáhl stanoveného cíle za daný časový úsek, pracovat dle pokynů učitele, dovednost formulovat správný výrobní postup na základě odpovídající technické dokumentace, dovednost správné volby nástrojů pro danou technologickou operaci, dodržovat bezpečnostní a hygienické zásady. afektivní (postojové): zhodnotit proces tvůrčí činnosti, motivovat sám sebe, pociťovat uspokojení z pracovní činnosti, respektovat názory a vkus ostatních žáků, aktivně řešit zadané úlohy a problémy. sociální (komunikativní): charakterizovat výrobek i použitý materiál, popsat pracovní postup, vyjádřit vlastní názor na výrobky, aktivně naslouchat, poradit a pomoci ostatním, zeptat se učitele na radu v případě potřeby. Rozvíjí klíčové kompetence: k učení: užívá odborné termíny označující materiál, pomůcky, schematické značky elektronických součástek, elektrotechnická schémata, uvádí věci do souvislostí uvědomuje si využití používaných prvků (součástek) a obvodů v běžném životě, orientuje se v návodech k obsluze běžných domácích 84

87 spotřebičů, provádí drobnou domácí údržbu, porovnává a kriticky posuzuje výsledek své činnosti a činnosti ostatních, dokáže zhodnotit překážky ve vlastním učení (nejasnost či nepochopení pokynů) a eliminovat je s pomocí učitele. k řešení problémů: vnímá a chápe problémové situace zprostředkované učitelem, plánuje a experimentuje při jejich řešení, ověřuje správnost řešení. komunikativní: naslouchá učiteli a dokáže reagovat na jeho otázky, rozumí obrazovému návodu, specifické technické dokumentaci (elektrotechnická schémata) a dokáže podle něj postupovat, rozumí technické dokumentaci k výrobku a dokáže ji při práci správně používat, komunikuje a snaží se spolupracovat s ostatními žáky. sociální a personální: pozitivně ovlivňuje pracovní atmosféru respektováním pravidel a podílí se na jejich tvorbě, prostřednictvím hodnocení a sebehodnocení si vytváří pozitivní představu o sobě samém. občanské: respektuje přesvědčení ostatních žáků při hodnocení výrobků, chápe principy a normy (bezpečnost, hygiena), které je třeba dodržovat ve třídě, školní dílně, laboratoři, chápe základní ekologické principy (neplýtvá materiálem, třídí odpadový materiál). pracovní: bezpečně používá materiály, nástroje, nářadí a pomůcky, dodržuje vymezená pravidla, adaptuje se na pracovní podmínky ve třídě. Mezipředmětové vztahy: český jazyk (popis, popis pracovního postupu, vyprávění), matematika (jednotky délky, měření, dělení), fyzika (jednotky základních elektrických veličin /napětí, proud, odpor aj./) cizí jazyk (popis, vyprávění, charakterové vlastnosti), přírodověda (lidské tělo), výtvarná výchova (kresba návrhů, barevné kompozice), osobnostně-sociální výchova (sebepoznání, seberozvoj) aj. 85

88 Přípravná část výuky Vyučovací metody a formy práce: monologické výklad (postup výroby), názorně-demonstrační předvádění a pozorování, demonstrace statických obrazů (fotografie, nákresy), dovednostně-praktické instruktáž, napodobování, manipulace se součástkami a jejich katalogovými listy, s materiálem, aktivizační řízený rozhovor Organizační formy: hromadná instruktáž, individuální - samostatná práce žáků. Bezpečnostní a hygienické pokyny: udržovat pořádek na pracovním místě, dodržovat bezpečnostní pokyny učitele při manipulaci s nářadím, nástroji a pomůckami, dodržovat hygienické pokyny učitele. Motivace a návaznost na žákovo poznání: Řízený rozhovor. Znáte pojem mikrovlny? Pokuste se jej definovat. Jsou dlouhé či krátké? Uvědomte si, kde všude mikrovlny využíváme a k jakým účelům. Jaké jsou účinky mikrovln? Na čem všem jejich účinky záleží? Evokace: 1. Jaký je princip činnosti mikrovlnné trouby? 2. Jak ověříte, zda je mikrovlnná trouba v pořádku? Jaké mohou nastat poruchy? 3. Jaké následky může mít porucha dvířek mikrovlnné trouby na člověka? 4. Jaké nástroje, nářadí a pomůcky budeš pro výrobu detektoru mikrovln potřebovat? 5. Jaké elektronické součástky potřebujeme k sestavení detektoru mikrovln? /Žák pracuje se schématem, viz obr. 1 v příloze./ 6. Na co je třeba dát si pozor? /Manipulace s vývody Schottkyho diody, malé rozměry SMD kondenzátoru, práce s mikropájkou, možnost záměny SMD kondenzátorů po vyjmutí z blistru, velikost vývodů tvořících dipól detektoru mikrovln./ 7. Co je třeba hlídat, aby obvod pracoval správně a jednotlivé součástky se nezničily? 8. Popiš možná rizika úrazu při jednotlivých operacích. 9. Formuluj zásady bezpečnosti práce. 10. Popiš postup práce. Badatelské otázky a úlohy pro žáky: Kde a za jakým účelem používáme mikrovlny? /Mikrovlny jsou elektromagnetické vlny o vlnové délce λ = (1 mm až 1 m), tomu odpovídají frekvence f = (300 GHz až 300 MHz), pásmo UHF, využití k ohřevu (mikrovlnná trouba, ale i sklářská pec, vysoušení dřeva či 86

89 sušení archiválií po povodních, hubení domácích škůdců, lékařská technika hypertermie, diatermie), komunikační účely (mobilní telefony GSM, WiFi, družicové přenosy, radiolokace - radar)./ Popiš způsob činnosti mikrovlnné trouby. /využít mj. odkaz (4)/ Co je její hlavní součástí? /využít mj. odkaz (5)/ Jaká je historie vynálezu magnetronu? /heslo Percy Spencer, laboratoře Raytheon/ Jak je zajištěno, aby mikrovlnné záření vysílané magnetronem nepůsobilo mimo vnitřní prostor trouby? Jaké materiály jsou použity ke stínění vnitřního prostoru mikrovlnné trouby? Jakými způsobem lze detektor mikrovln použít při kontrole činnosti mikrovlnné trouby? Jak se uvedený detektor bude chovat v blízkosti antény vysílajícího mobilního telefonu? Svůj názor zdůvodni. Pracovní postup Použitý materiál, nástroje, nářadí: Vodič 1,0 mm až 1,5 mm CuL pro výrobu dipólu, propojovací vodiče, součástky (viz schéma zapojení), multimetr, popř. ohmmetr. Popis pracovního postupu: (nákresy a fotografie v příloze) A) Kontrola součástek 1. Diodu prověříme multimetrem ve funkci kontroly PN přechodu, popř. použijeme ohmmetr. 2. Určíme elektrody u diody ohmmetrem (rozlišit anodu a katodu) a výsledek ověříme kontrolou zapojení vývodů součástky v příslušném katalogovém listu. B) Zapojení obvodu 1. Dle schématu (obr. 1) připájíme k vývodům Schottkyho diody vodič CuL o průměru 1 mm až 1,5 mm, který tvoří dipól. Délku vodiče ponecháme větší, zkrácením lze obvod následně doladit. Paralelně k diodě připájíme SMD kondenzátor tak, aby délka propojení mezi diodou a kondenzátorem byla co nejkratší. Manipulace se součástkami je vzhledem k jejich rozměrům složitá a vyžaduje zručnost a opatrnost. Při pájení se součástky nesmí přehřát. Přívodní vodiče k indikátoru ručkové měřidlo již z hlediska délky a provedení nejsou kritické. 2. Sestavený obvod jako celek necháme zkontrolovat vyučujícím. 87

90 C) Ověření činnosti sestaveného detektoru mikrovln 1. Za kontroly vyučujícího žáci otestují činnost detektoru mikrovln v okolí pracujícího přístroje. Při činnosti je třeba (v souladu s návodem k použití trouby ponechat uvnitř přiměřenou zátěž, např. 2 dl sklenici s vodou). 2. Obdobné měření lze provést v okolí antény vysílajícího mobilního telefonu a vyslovit závěry. /Frekvence a vlnová délka zařízení GSM pro Evropu jsou f = 900 MHz, λ = 0,3 m; mikrovlnná trouba pracuje na frekvenci f = 2,45 GHz, vlnová délka je přibližně λ = 0,123 m. Výkony v případě mikrovlnné trouby jsou v řádech stovek W (ale vnitřní prostor je stíněn, při správné funkci stínění ven proniká zlomek této energie), výkon běžných telefonů je potom v řádu jednotek W, viz (2)./ Metodické poznámky pro učitele: - Před pracovní činností je vhodné seznámit žáky s vyhledáváním katalogových listů součástek na stránkách (6). - Učitel žákům ukáže, jak v katalogovém listu vyhledají důležité elektrické parametry součástek. - Učitel žákům ukáže, jak lze s použitím ohmmetru či testeru přechodu PN u multimetru zkontrolovat funkci diody. - Učitel žákům vysvětlí úskalí pájení vzdušné konstrukce a s tím související opatření pro omezení ohřevu součástek při pájení. - Vedeme žáky k práci s technickým výkresem (schématem) výrobku. Reflexe: - Náš detektor mikrovln umožňuje jednoduchou orientační detekci elektromagnetického záření ve spektru vlnových délek v řádu desítek cm. Lze brát taková měření jako relevantní data? /Nelze, detektor není ocejchován, není tedy jasné, jaké hodnotě síly elektromagnetického pole odpovídá plná výchylka měřicího přístroje. Bylo by třeba výsledky našich měření porovnat s výsledky měření realizovaného profesionálním (a přezkoušeným), tj. cejchovaným zařízením./ - Porovnejte mezi sebou výsledky měření v blízkosti vysílajícího GSM telefonu a v blízkosti mikrovlnné trouby. Výsledky zobecněte. - Zhodnoťte úskalí použitého způsobu montáže detektoru mikrovln pro uvedený účel. /Detektor by bylo vhodné uprostřed zakápnout epoxidovou pryskyřicí, aby jeho konstrukce byla mechanicky odolnější./ - Jaké nové informace jsi získal? - Kterou činnost ses naučil? 88

91 - Kterou činnost sis zopakoval? - K čemu si myslíš, že je dobré to znát či umět? - Která z aktivit pro tebe byla nejtěžší? Poznámka: Uvedenou konstrukci jsme zařadili navíc, jako bonus. Vnímáme ji jako mírně problematickou ze dvou hledisek: Konstrukce nezapadá do konceptu zapojení opakovatelně realizovatelných se stejnými součástkami na nepájivém kontaktním poli, tady je třeba vzít do ruky mikropájku (ta však již není součástí této didaktické soupravy) a prokázat dostatek trpělivosti a zručnosti. Při experimentu samotném nebudeme mít k dispozici vhodný zdroj mikrovlnného záření. Mikrovlnná trouba (je-li po technické stránce v pořádku) by při své činnosti vně pláště neměla vyzařovat, záření musí být řádně odstíněno. Pokud bude sestrojený detektor poblíž pracující mikrovlnné trouby indikovat mikrovlnné záření, není s ní vše v pořádku. Prokázat tedy činnost detektoru je obtížné. Přesto sem toto téma bylo zařazeno z následujících důvodů: Uvedené téma je aktuální a vykazuje z hlediska žáků potenciál rozvoje i na úrovni teoretické. Zručným žákům bude přínosná i první zkušenost při práci s mikropájkou. Řada škol je vybavena dataloggery (např. Vernier, Pasco, LogIT, aj.), ke kterým lze zakoupit příslušná čidla, mj. i tzv. čidlo elektrosmogu. Téma umožňuje ilustrovat, jak čidlo pracuje, odpovídá na badatelskou otázku Co je uvnitř té krabičky? Jak to asi pracuje? Literatura: 1. Čidlo mikrovln. HOBBY Stránka [online] [cit ]. Dostupné z: 2. Zkusili jsme uvařit vajíčko vysíláním mobilu. Mobil.idnes.cz [online] [cit ]. Dostupné z: /mob_tech.aspx?c=a061228_163848_mob_tech_lhc 3. JANDA, Otto. Elektrotechnika kolem nás: praktické činnosti pro ročník základních škol. 2., upr. a přeprac. vyd. Praha: Fortuna, 2008, 127 s. Praktické činnosti. ISBN Jakfunguje mikrovlnná trouba. FYZ Web [online] [cit ]. Dostupné z: 5. Magnetron. FYZ Web [online] [cit ]. Dostupné z: 6. Jirky web. Datasheet detektiv [online]. 1. vyd [cit ]. Dostupné z: 7. BAT42 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 8. BAT85 datasheet. Datasheet4U [online] [cit ]. Dostupné z: 9. C08051 Cxxxx datasheet. Datasheet 4U [online] [cit ]. Dostupné z: SMD KERAMICKÉ KONDENZÁTORY. E-obchod EZK - elektronika Zdeněk Krčmář [online] [cit ]. Dostupné z: Autor: Martin Havelka 89

92 Příloha 1: Schéma zapojení Délka dipólu l = 30 mm Obr. 1 Detektor mikrovln (1) 90

93 Příloha 2: Výběr z katalogových listů /Datasheet/ vybraných použitých součástek Obr. 2 Výběr z katalogového listu Schottkyho diody BAT 42 (7, s. 1) 91

94 Obr. 3 Výběr z katalogového listu Schottkyho diody BAT 85 (8, s. 1) 92

95 Obr. 4 Výběr z katalogového listu SMD kondenzátorů řady C0805 (9, s. 1) 93

96 Obr. 5 Výběr z katalogového listu SMD kondenzátorů řady C0805 (10, s. 1) 94