МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА по дисциплине «Электротехника и электроника»

Министерство образования и науки РТ Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение  “Бугульминский профессионально­педагогический колледж” Кабинет «Электротехника и электроника» Р.К. Адонина МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА по дисциплине «Электротехника и электроника» для проведения занятия по теме: «Расчет электрических цепей методом применения законов Кирхгофа» со студентами, обучающимися по специальности 44.02.06 Профессиональное обучение (Электрификация и автоматизация сельского хозяйства) Отделение дневного обучения 1 Бугульма 2016 2 Методическая   разработка   по   дисциплине   «Основы   электротехники»   для   проведения занятия по теме: «Расчет электрических цепей методом применения законов Кирхгофа» со студентами,   обучающимися   по   специальности   44.02.06   Профессиональное   обучение (Электрификация и автоматизация сельского хозяйства). Автор   Р.К.   Адонина­   преподаватель   высшей   квалификационной   категории   ГБПОУ «Бугульминский профессионально–педагогический колледж» Утверждена   на   совместном   заседании   цикловых   комиссий   общепрофессиональных   и специальных   дисциплин   и   естественнонаучных   дисциплин   ГБПОУ   «Бугульминский профессионально­педагогический колледж» 14.10.2015 года, протокол №2 3 Введение Методическая   разработка   по   дисциплине   «Основы   электротехники»   для   проведения занятия   по   теме:   «Расчет   электрических   цепей   методом   применения   законов   Кирхгофа» выполнена в соответствии с требованиями Федерального Государственного Образовательного стандарта   среднего   профессионального   образования   44.02.06   Профессиональное   обучение (Электрификация и автоматизация сельского хозяйства). Для изучения темы «Расчет электрических цепей постоянного тока» по рабочей  программе отводится 16 часов, из них 2 часа­ на тему: «Расчет электрических цепей методом  применения законов Кирхгофа». Данная методическая разработка составлена для отработки темы «Расчет  электрических цепей методом применения законов Кирхгофа» с использованием  информационных технологий. В результате изучения этой темы студент должен уметь:  рассчитывать параметры различных электрических величин, используя  возможности табличного редактора MS Excel, свободно распространяемых программ, онлайн  сервисов. знать:   основные понятия о постоянном электрическом токе; правила графического изображения элементов электрических схем. Важность отработки этой темы объясняется тем, что при анализе электрических схем этим  методом алгоритм решения приводит к решению систем линейных уравнений. Если в прошлые годы на решение систем линейных уравнение (метод Крамера, метод Гаусса, метод подстановки и др.) уходила много времени, то сейчас, в век информационных технологий,   эту   задачу   можно   решить   за   считанные   минуты,   используя   возможности табличного   редактора  MS  Excel,   свободно   распространяемых   программ   в   Интернете   типа Matrix, Slau и т. д. и онлайн сервисов.  Данная   методическая   разработка   предназначена   для   начинающих   преподавателей электрических   дисциплин   и   для   студентов­   практикантов   5   курса   специальности   051001 (44.02.06)   Профессиональное   обучение   (Электрификация   и   автоматизация   сельского хозяйства)   при   прохождении   учебной   практики   Профессионального   модуля   ПМ.   01 Организация учебно­ производственного процесса. 4 План проведения занятия Тема: «Расчет электрических цепей методом применения законов Кирхгофа» Цели занятия: Обучающая:  Способствовать формированию знаний (умений) студентов по изучаемой теме. Обучающая:    закрепление знаний студентов по законам Кирхгофа; составление уравнений для расчета сложных электрических цепей; использование возможностей табличного редактора MS Excel, свободно  распространяемых программ в Интернете, онлайн сервисов для решения систем линейных  уравнений. Развивающая: Способствовать развитию индивидуальных качеств студентов.  совершенствовать умения и навыки работы с пакетом прикладных программ и  современных информационно­ коммуникационных технологий;  развивать умение использования Интернет­технологий в практической  деятельности. Воспитывающая:   Способствовать формированию личностных качеств студентов Задачи:   воспитывать внимательность, культуру общения в компьютерных сетях; активизировать познавательную деятельность.  Тип занятия: обобщение и систематизация знаний и умений. Методы обучения: объяснительно­ иллюстративный, репродуктивный, частично– поисковый. Материально– техническое обеспечение: компьютеры, мультимедийный проектор,  пакет прикладных программ MS Office, локальная сеть с доступом в сеть Интернет Дидактическое обеспечение: раздаточный дидактический материал. 5 ХОД ЗАНЯТИЯ I. Организационный момент:   взаимное приветствие;  проверка присутствующих;  проверка готовности уч­ся к занятию;  проверка внешнего вида. II. Мотивация студентов: Изучение данной темы поможет в будущей практической профессиональной  деятельности быстро определить величины токов в цепях при выборе плавких вставок  предохранителей, автоматических выключателей, пускорегулирующей аппаратуры. III. Актуализация знаний:  Цель: закрепить знания учащихся по применению законов Кирхгофа, повторить основные понятия электрических схем, повторить метод Крамера для  решения системы линейных уравнений. 1. Катехизическая беседа IV. Основная часть занятия  1. Цель: составить систему уравнений для расчета сложных электрических цепей 1.1. Составление системы уравнений по алгоритму 2. Цель: совершенствовать умения и навыки работы с пакетом прикладных программ и  современной компьютерной техникой, развивать умение использовать Интернет­технологии в  практической деятельности, развивать культуру общения в компьютерных сетях 2.1. Решение систем уравнений в табличном редакторе MS Excel, использование  возможностей сети Интернет для решения прикладных задач. 3. Цель: совершенствовать:      умения и навыки учащихся по решению задач; в поиске различных способов и методов решения систем уравнений; умение выступать перед аудиторией с подготовленными сообщениями; воспитывать внимательность, усидчивость, аккуратность; активизировать познавательную деятельность 3.1. Самостоятельная работа учащихся по вариантам V. Заключительная часть:  подведение итогов занятия;  домашнее задание;  объявление оценок. 6 I Организационно­ методические указания Занятие необходимо начать с проверки наличия студентов, их внешнего вида и порядка в кабинете. При объявлении темы, перечня вопросов используются технические средства обучения: перечисленные сведения отображаются на экране. Занятие    презентацией    информационно­ коммуникационных технологий для расчета сложных электрических цепей с использованием сопровождается «Применение законов Кирхгофа» (формат PowerPoint), которая позволяет построить учебную деятельность студентов на основе интерактивных  методов и форм обучения.  Презентация  разработана в соответствии с содержанием учебного материала, представляет собой динамичный продукт, который   в   максимальном   объеме   иллюстрирует   рассматриваемые   задачи.   Переход   к табличному   редактору,   программе   «Matrix»,   ИПС   «Яндекс»   осуществляется   при   помощи гиперссылок. При объявлении целей занятия необходимо обратить внимание студентов на то, что   современная   жизнь   и   профессиональная   деятельность   немыслима   без   использования информационно­ коммуникационных технологий. Перед   объяснением   нового   материала   необходимо   вспомнить   основные   определения электрической цепи (слайд 2)  7 и  основные  законы  электротехники­  законы  Кирхгофа.  Для  этого  необходимо  четко сформулировать 1 и 2 законы Кирхгофа, отметив, что они являются основополагающими при расчете электрических цепей.  Формулировки законов высвечиваются на экране (слайды 3,4,5). 8 Заранее подготовленный студент группы выступает с краткой биографией Кирхгофа, отметив, что основные законы были сформулированы Кирхгофом в 1845 году в возрасте 21 года. (слайды 6,7). 9 Далее   группа   и   преподаватель   приступают   к   составлению   алгоритма   расчета электрической цепи методом применения законов Кирхгофа. (слайд 8). 10 Дана электрическая схема для анализа цепи (слайд 9).   Преподаватель вместе со студентами шаг за шагом составляет алгоритм решения: 1. Выбрать направление обхода контура (можно по часовой или против часовой стрелки). 2. Обозначить узлы (можно буквами или цифрами). 3. Указать произвольно направление токов в ветвях. 4. Определить необходимое количество уравнений для расчета этой схемы. Обратить  внимание студентов на то, что количество уравнений должно совпадать с количеством  неизвестных токов, т.е. с количеством ветвей «в» (в нашем случае в=3). 11 5. Составить уравнение по 1 закону Кирхгофа, из расчета (у­1), где у­ количество узлов в  схеме. В нашем случае в схеме 2 узла, поэтому (2­1) =1. 6. Составить недостающие уравнения по 2 закону Кирхгофа: в­(у­1). В нашем случае  (3–(2–1))=2. При составлении уравнений необходимо учитывать тот факт, что если направление обхода контура   совпадает   с   направлением   ЭДС   и   токов,   то   ЭДС   и   соответствующие   падения напряжений берут со знаком «плюс», в противном случае со знаком «минус» и при составлении уравнений по 2 закону Кирхгофа контуры нужно выбрать так, чтобы каждый из них отличался хотя бы одной ветвью. 7. Составить систему уравнений: I 1 E 1   I 0 2  RIRI 11 3 3 R ( ) RI 2 2 4 I 3    RI 3 3        E 2 8. Решить систему уравнений. Для этого в систему уравнений подставить значения ЭДС и сопротивлений (слайды 10 и  11). Получили систему 3­х линейных уравнений с 3­мя неизвестными. (слайд 11) 12 Для решения этой системы необходимо привести эту систему к стандартному виду (слайд 12) Все умозаключения выводятся в виде алгоритма решения (слайд 13) 13 Имеется несколько способов решения систем уравнений (слайд 14) Будем решать нашу систему методом Крамера. Заранее подготовленный студент группы  выступает с краткой биографией Габриэля Крамера (слайды 15, 16)   14 9. Вспомнаем алгоритм решения систем уравнений методом Крамера на конкретном  примере (слайд 17) 15 Для решения нашей системы уравнений, полученной при анализе электрической цепи  используются:  I. Встроенные функции табличного редактора MS Excel; II. Свободно­ распространяемые бесплатные компьютерные программы для решения  матриц; III. Возможности сети Интернет. I. Решение систем уравнений в табличном редакторе MS Excel  (слайд 18) В табличном редакторе MS Excel для вычисления определителя  используется  i функция МОПРЕД. 16 На слайде № 19 по гиперссылке откроем табличный редактор  MS Excel 1. Открыть табличный редактор MS Excel. 2. Ввести коэффициенты при неизвестных в ячейки А2:С4 – матрица из коэффициентов и  Алгоритм работы: в ячейки D2:D4 – столбец из свободных членов. 3. Заполнить матрицу для вычисления  в ячейки А7:С9. 4. Заполнить матрицу для вычисления          в ячейки F7:H9. 5. Заполнить матрицу для вычисления             в ячейки K7:M9. 6. Заполнить матрицу для вычисления             в ячейки O7:Q9. 1I 2I 3I 17 7. Вызвать функцию МОПРЕД , вычислить основной определитель  Результат в ячейке В12  8. Вызвать функцию МОПРЕД , вычислить    определитель  Результат в ячейке G12. 9. Вызвать функцию МОПРЕД , вычислить    определитель  Результат в ячейке M12 10. Вызвать функцию МОПРЕД , вычислить    определитель  Результат в ячейке Q12 11. Вычислить значения I1, I2, I3 по формулам Крамера:  1I 2I 3I  I  1  1I ;   ;  2I  I  2  3I  I  3  . 18 2I II. Решение с применением свободно распространяемых бесплатных компьютерных программ для решения систем линейных уравнений «Matrix» и т.д. (слайд 20)  По гиперссылке открываем окно программы «Matrix» Алгорит работы: 19 1. Скачать свободно распространяемые бесплатные компьютерные программы для  решения матриц. Например: «Matrix». 2. Запустить программу при помощи установочного файла Matrix.exe, в отрывшемся окне  заполнить матрицу.  3. Вычислить главный определитель , нажав кнопку «Найти определитель матрицы А».  Получим результат «­6600» 4. Вычислить определитель I1, заменив первый столбец на столбец свободных членов 20 5. Таким же образом вычислить определители           и            . 6. Вычислить значения I1, I2, I3 по формулам Крамера  2I 3I  I  1  1I  ; 2I  I  2  . ;  3I  I  3  III. Решение системы уравнений, используя возможности сети Интернет Систему уравнений можно решить используя бесплатные онлайн сервисы. Алгоритм работы: 1. В любой информационно­ поисковой системе (Яндекс, Google и т.д.) задать запрос  «Решение систем уравнений онлайн». 2. По нашему запросу информационно­ поисковая система выдаст множество сайтов, где  можно решить системы уравнений любым методом (слайд 21). По гиперссылке можно  выйти в ИПС Яндекс. 21 При этом необходимо отметить, что современные смартфоны, iPhone, IPad и т.д. в мобильном  режиме имеют доступ в сеть Интернет и студенты могут пользоваться этим сервисом в режиме  «онлайн». После изучения различных методов нахождения значений токов в электрической цепи,  студенты переходят к самостоятельной работе по вариантам. На экране отображаются  алгоритм расчета электрической цепи и таблица величин по вариантам. (слайд 13). 22 Таблица  величин для расчета Вариан т R1 Ом R2 Ом R4 Ом R3 Ом Е1 В Е2 В 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 3 5 10 4 3 4 5 6 3 3 1 12 5 18 20 10 20 7 7 3 12 6 8 6 10 3 12 10 20 7 1 7 7 13 30 2 18 15 5 68 63 96 120 48 50 72 90 60 75 8 38 20 50 12 10 12 20 16 36 После определения значения токов в ветвях необходимо провести проверку правильности  найденного решения по 1 закону Кирхгофа для любого узла схемы    kI .0 При этом важно отметить, что если при решении системы значение получается со знаком «минус», то направление тока в схеме необходимо менять на  противоположное.  тока  Заключительная часть В этой части занятия подводятся общие итоги занятия и объявляются оценки. При этом  необходимо напомнить студентам тему, цели занятия, дать оценку занятию в целом, объявить  оценки с комментариями, ответить на вопросы студентов, дать домашнее задание (слайд 22) 23 Список использованных источников 1. Михеева Е.В. Информационные технологии в профессиональной деятельности: учебное пособие для студ. учреждений сред. проф. Образования/ У.В. Михеева.– 10– е изд., испр.– М. : Издательский центр «Академия», 2012.– 384 с. 2. Немцов М.В., Немцова М.Л. «Электротехника и электроника», учебник для студ.  образоват. учреждений сред. проф. образования /М.В. Немцов, М.Л. Немцова. – 5–е изд., стер. –М.: Издательский центр «Академия», 2013.–480 с.  3. Студентам и школьникам [электронный ресурс]. Режим доступа:  http://www.ph4s.ru/programs_4.html (дата посещения 21.10.2015) 24