Сценарій дистанційного курсу «Схемотехніка»

Дистанційний курс представлено такою структурою розділів: 1) вступний розділ, де розміщена інформація, що відноситься до всього курсу (відомості про тьютора, мета навчання, вимоги до слухачів, експертиза курсу, презентація, інструкції, план діяльності студентів, рейтингова оцінка діяльності, глосарій, теми до реферату, бібліографічні джерела та гіперпосилання, форум знайомств, консультаційний форум, розклад вебінарів); 2) тематичні розділи, що містять навчально-методичні матеріали з окремих тем курсу й оціночні заходи.

Відомості про тьютора включають інформацію про посаду, освіту, стаж науковопедагогічної діяльності, наукові інтереси. Додаткові контакти для зв’язку з тьютором поза системою LMS подано у вигляді ментальної карти (рис. 1).

Рис. 1. Персональне середовище тьютора (https://www.mindmeister.eom/620 329 930/2)

Приклад передмови до курсу У дистанційному курсі з мінімальним використанням математичного апарату пропонуються до розгляду схемотехнічні принципи побудови мікроелектронних підсилювачів, що становитиме інтерес для подальшої розробки й проектування електронних систем.

Метою навчання є формування знань у шалузі схемотехніки аналогових підсилювальних пристроїв, що застосовуються в електроніці.

Вимоги до слухачів є такі: курс призначено для студентів, що навчаються за напрямом «Мікрота наноелектроніка», також буде корисний для студентів бакалавратів, програмою яких передбачено вивчення теорії електричних підсилювачів з дисциплін «Електроніка», «Мікросхемотехніка», «Схемотехніка аналогових пристроїв».

Курс відповідає матеріалам електронного засобу навчального призначення «Мікроелектронні підсилювачі» (рис. 2), рекомендованого Міністерством освіти і науки України (Лист № 1/11−126 від 11.01.2011 р.) [25].

Для його успішного опанування необхідно мати доступ до Інтернет-мережі, вміти працювати в будь-якому текстовому процесорі, на власному комп’ютері мати встановлену програму Electronic Worckbench, а також мати власну поштову скриньку.

З презентацією курсу можна ознайомитися за гіперпосиланням http://www.slideshare.net/AlexVoronkin/c-54 910 786.

Слухачі, які закінчать курс, будуть:

мати науково-технічний кругозір у галузі схемотехніки аналогових пристроїв, призначених для підсилення й функціонального перетворення електричних сигналів;

знати принцип дії пристроїв аналогової електроніки; методи розрахунку й проектування підсилювальних каскадів;

уміти: а) читати електронні схеми; б) виконувати вибір необхідної елементної бази пристроїв аналогової електроніки; в) проводити комп’ютерне моделювання.

Розглянемо інструкції до курсу — загальну, до лабораторних робіт і до дискусій.

Приклад інструкцій до курсу Загальна інструкція Курс проходитиме у системі Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment).

Розрахований на 17 навчальних тижнів і складається з двох модулів.

Вивчення однієї теми відбувається протягом 1 тижня.

Перед першим тижнем відкриється доступ до презентації з описом всього курсу.

Кожного тижня слухач отримує навчальні елементи для обов’язкового опрацювання (теоретичний матеріал і завдання для виконання).

Для підготовки звіту з виконаної роботи слід використовувати текстовий процесор. При цьому обсяг файлу-звіту не повинен перевищувати 1 Мб, в іншому випадку його слід заархівувати. Передача файлів тьютору здійснюється виключно через Moodle.

Завдання з лабораторної роботи вважається виконаним, якщо прикріплено 2 файли — текстовий звіт (doc, docx, odt файли) і файл з електронною схемою (у форматі ewb), створений у пакеті схематичного моделювання цифрових, аналогових та аналого-цифрових електронних схем Electronic Workbench.

Для обговорення навчального матеріалу рекомендовано використовувати форум.

Для спілкування в системі у реальному часі доцільно використовувати чат.

Інформаційні (організаційні) повідомлення тьютора дублюватимуться через Google-групу https://groups.google.com/forum/#!forum/tu_tor, до якої також бажано приєднатися.

Інструкція до виконання лабораторних робіт Під час проведення лабораторної роботи необхідно користуватися методичними вказівками, наданими до даної роботи і відповідним теоретичним матеріалом.

Робота проводиться в середовищі Electronic Worckbench 5.12 або вищої версії.

Файл-звіт про виконану роботу повинен мати таку структуру:

титульний аркуш із зазначенням назви роботи;

мета роботи;

опис комп’ютерної моделі або електронної схеми;

дотримання заданого порядку виконання роботи;

наведено формули для розрахунку похибок вимірювання (залежно від номера роботи цей пункт може бути відсутнім);

заповнені таблиці, наведені розрахунки та осцилограми (залежно від номера роботи);

описані результати, сформульовані висновки;

Коли роботу виконано, а звіт підготовлено, обидва файли слід прикріпити як виконане завдання в курсі.

Усі завдання необхідно виконувати вчасно (згідно визначеного графіку) — після закінчення встановленого терміну можливість прикріпити звіт буде закрито.

Дозволяється виконувати такі завдання випереджаючи.

Інструкція до дискусій, обговорень на форумах та у чаті.

Слід дотримуватися тих самих стандартів поведінки, що й у реальному житті, передусім етики спілкування.

Намагайтесь висловлювати свої думки чітко й зрозуміло.

Поважайте час, можливості й думку інших слухачів.

Допомагайте порадою один одному, якщо це можливо.

Використовуйте фахову термінологію.

Не втручайтеся в конфлікти й не припускайте їх.

Не соромтеся зайвий раз задати запитання тьютору.

Не відхиляйтесь від початкової теми обговорення.

Орієнтовний план діяльності слухачів курсу Цілі навчання у дистанційному курсі (за темами) зведено у табл. 2.

Таблиця 2. Цілі навчання у дистанційному курсі (за темами).

Кожен слухач повинен розуміти, який він має набір дій і як кожне з них оцінюється, в іншому випадку слухач не виконуватиме жодних дій. Ми дотримуємося технології планування програми курсу за тижнями. Розглянемо узагальнено потижневий план діяльності слухачів курсу.

1-й тиждень Теорія. Загальні питання побудови підсилювачів електричних сигналів.

Лабораторна робота. Знайомство з пакетом схематичного моделювання електронних схем Electronic Workbench.

Звіт про виконання роботи.

2-й тиждень Теорія. Найважливіші показники підсилювачів.

Лабораторна робота. Дослідження рівня зміщення вихідної напруги та впливу дестабілізуючих факторів у схемах на операційному підсилювачі.

Звіт про виконання роботи.

3-й тиждень Теорія. Режими роботи електронних підсилювачів.

Лабораторна робота. Дослідження роботи інтеграторів та диференціаторів, побудованих на операційному підсилювачі.

Звіт про виконання роботи.

4-й тиждень Теорія. Зворотний зв’язок в підсилювачах.

Тематичний чат.

Звіт про виконання роботи.

5-й тиждень Теорія. Структурні схеми підсилювачів із зворотним зв’язком.

Тематичний чат.

Тижневий звіт.

6-й тиждень Теорія. Стійкість підсилювача зі зворотним зв’язком.

Тематичний чат.

Тижневий звіт.

7-й тиждень Теорія. Біполярні транзистори.

Історична довідка «Винахід транзистора».

Форум-дискусія «Як підсилює транзистор?».

Лабораторна робота. Схеми включення транзисторів у підсилюючих каскадах. 6 Звіт про виконання роботи.

8-й тиждень Теорія. Застосування транзисторів для підсилення електричних сигналів.

Відео-фрагмент «Транзистор — це дуже просто».

Лабораторна робота. Режими роботи транзисторів у підсилюючих каскадах.

Звіт про виконання роботи.

9-й тиждень Реферат на задану тему.

Контрольні запитання до першого модуля. Виконання тестових завдань.

Звіт-рефлексія (за підсумками першого модуля).

10-й тиждень Теорія. Операційні підсилювачі.

Історична довідка «Винахід операційного підсилювача».

Лабораторна робота. Дослідження амплітудно-частотної характеристики підсилювачів, побудованих на операційному підсилювачі".

Робота у малих групах.

Звіт про виконання роботи.

11-й тиждень Теорія. Операційні схеми на операційних підсилювачах.

Лабораторна робота. Дослідження операційного підсилювача у схемах суматора, диференціатора та інтегратора.

Звіт про виконання роботи.

12-й тиждень Теорія. Модуляція сигналів і схеми модуляторів.

Лабораторна робота. Дослідження схем амплітудних модуляторів.

Звіт про виконання роботи.

13-й тиждень Теорія. Підсилення і лінеаризація вихідних сигналів мостових схем.

Лабораторна робота. Дослідження мостових схем на операційному підсилювачі.

Звіт про виконання роботи.

14-й тиждень Теорія. Ізольовані підсилювачі. підсилювачі із застосуванням методу модуляції-демодуляції.

Лабораторна робота. Дослідження схем амплітудних демодуляторів.

Звіт про виконання роботи.

15-й тиждень Теорія. Підсилювачі, стабілізовані перериванням.

Лабораторна робота. Вивчення методів автопідстроювання нуля.

Звіт про виконання роботи.

16-й тиждень Теорія. Імпульсні та вибірні підсилювачі.

Лабораторна робота. Вивчення властивостей послідовного і паралельного коливальних LC-контурів у схемах підсилювачів.

Звіт про виконання роботи.

17-й тиждень Підсумковий чат.

Контрольні запитання до другого модуля.

Іспит.

Звіт-рефлексія.

Робота в малих групах З метою організації роботи малих груп на 10-му тижні навчання слухачам на вибір пропонуються дві проблеми — пошук несправностей у попередньому підсилювачі та пошук неполадок у кінцевих підсилювачах. Мета: набуття практичних навичок із діагностування неполадок у роботі підсилювачів. Конкретизуємо їх.

Перша проблема — пошук неполадок у попередньому підсилювачі. Друга — пошук неполадок у кінцевих підсилювачах (на прикладі двотактного вихідного каскаду на комплементарних транзисторах n-p-n та p-n-p). Кожен слухач має обрати першу або другу проблему, разом з цим утворивши дві команди (у нашому випадку по 4−5 слухачів). Далі всі вони готуються до командної взаємодії й обмірковують варіанти вирішення поставлених завдань за узагальненим планом:

Яке обладнання й інструменти нам знадобляться для діагностики неполадок?

Шляхом аналізу літератури, блогів, власного досвіду конкретизувати найбільш поширені типи неполадок даного типу підсилювача.

Розробити (запропонувати) загальну методику діагностування та усунення поломок.

Ми пропонуємо таку тематику, у якій слухачі зможуть розглядати себе у ролі експертів. На вебінарі учасники в чаті обговорюють визначене тьютором завдання в межах проблеми й обирають слухача, який даватиме підсумкову відповідь від команди (в аудіо-, відео-режимі). Учасники не мають багато часу, щоб повною мірою узгодити відповідь, у них немає часу на пошуки в Інтернеті або інших джерелах, завдяки цьому тьютору легко відстежити хід колективного спілкування та спільного пошуку, роблячи тим самим висновки про підготовленість усіх учасників команди. Як приклад розглянемо орієнтовний план-сценарій командної взаємодії за першою проблемою.

Перед нами ланцюжок підсилювальних попередніх каскадів, на виході якого відсутній сигнал. З чого потрібно почати? Яке обладнання нам знадобиться?

Відповідь: Нам знадобиться генератор гармонійного сигналу, осцилограф, мультиметр. На вхід підсилювача подається сигнал, наявність якого послідовно перевіряється після кожного каскаду.

Припустимо, ми знайшли несправний каскад, що слід робити далі?

Відповідь: Потрібно виміряти напругу в статичних робочих точках (наприклад, напругу колектор-емітер і напругу база-емітер). Так можемо локалізувати несправний елемент.

Повертаємося до пункту 1, перед нами стоїть наступне завдання. На виході - спад підсилення. Часто це відбувається через деякі паразитні параметри електролітичних конденсаторів (наприклад, струм витоку). Як локалізувати проблему?

Відповідь: необхідно визначити підсилення кожного каскаду. Для цього вимірюється змінна напруга перед кожним каскадом і після нього, потім обчислюється коефіцієнт підсилення.

У даному випадку зручно використовувати двоканальний осцилограф. Чому?

Відповідь: необхідно порівнювати положення фаз і форму сигналу на вході і виході.

Припустимо, що у попередньому підсилювачі ми виявили автоколивання. З чим це може бути пов’язано?

Відповідь: автоколивання можуть бути викликані неправильно розрахованим негативним зворотним зв’язком і ємнісним навантаженням на виході.