Вернуться
на страницу <Методические разработки>
Содержание
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ MATHCAD 6.0 PLUS И ELECTRONICS WORKBENCH 5.12 В
ИНТЕГРИРОВАННОМ ПРОФОРИЕНТАЦИОННОМ КУРСЕ
"ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" В
СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ № 1006 г. МОСКВЫ
Часть 1. Бинарная логика и цифровая техника.
Курс объединяет содержание базового уровня
"Информатики" с технологическими разделами
"Основы электродинамики", "Основы
электротехники", "Основы полупроводниковой
электроники" и "Основы цифровой техники"
и рассчитан на 2 года из расчета 2 учебных часа
теоретических и 2 часа практических занятий в
неделю:
Учебный план
интегрированного курса "Информационные и
электронные технологии" |
Название
раздела и темы |
Класс |
10 |
11 |
| Полугодия |
I |
II |
I |
II |
| Недели |
15 |
17 |
15 |
17 |
| Учебные часы |
60 |
68 |
60 |
68 |
| 1. Элементы ОС MS Windows 98
и MS Office 97 |
36 |
|
|
|
| 1.1. Интерфейс пользователя
и файловая система ОС MS Windows 98 |
10 |
|
|
|
| 1.2. Объекты и стандартные
приложения Windows 98 |
8 |
|
|
|
| 1.3. Структура MS Office 97. Excel 97:
создание документов |
6 |
|
|
|
| 1.4. Создание документов в
Word 97 |
6 |
|
|
|
| 1.5. Создание баз данных в
СУБД Access 97 |
6 |
|
|
|
| 2. Элементы Mathcad 6.0 PLUS |
24 |
|
|
|
| 2.1. Mathcad 6.0 PLUS:
функции, графики и символьные операции |
6 |
|
|
|
| 2.2. Элементы линейной
алгебры. Правила Крамера |
6 |
|
|
|
| 2.3. Понятие производной и
дифференцирование в Mathcad 6.0 PLUS |
6 |
|
|
|
| 2.4. Понятие интеграла и
интегрирование в Mathcad 6.0 PLUS |
6 |
|
|
|
| 3. Основные законы
электродинамики |
|
30 |
|
|
| 3.1. Закон Кулона |
|
6 |
|
|
| 3.2. Электрические цепи
постоянного тока. Правила Кирхгофа |
|
4 |
|
|
| 3.3. Закон
Био-Савара-Лапласа |
|
6 |
|
|
| 3.4. Закон Ампера и сила
Лоренца |
|
4 |
|
|
| 3.5. Полевые теоремы и
уравнения Максвелла |
|
4 |
|
|
| 3.6. Закон Фарадея |
|
6 |
|
|
| 4. Основы
электротехники |
|
38 |
|
|
| 4.1. Однофазные цепи
переменного синусоидального тока |
|
12 |
|
|
| 4.2. Трехфазные цепи
переменного синусоидального тока |
|
12 |
|
|
| 4.3. Трансформаторы |
|
4 |
|
|
| 4.4. Электрические машины
синусоидального переменного тока |
|
6 |
|
|
| 4.5. Электрические машины
постоянного тока |
|
4 |
|
|
| 5. Основы
полупроводниковой электроники |
|
|
38 |
|
| 5.1. Полупроводниковые
приборы |
|
|
10 |
|
| 5.2. Электронные усилители |
|
|
6 |
|
| 5.3. Электронные генераторы
|
|
|
6 |
|
| 5.4. Импульсные схемы
электроники |
|
|
6 |
|
| 5.5. Источники питания |
|
|
6 |
|
| 5.6. Интегральные
микросхемы |
|
|
4 |
|
| 6. Элементы бинарной
логики |
|
|
22 |
|
| 6.1. Логические функции.
Булев базис |
|
|
4 |
|
| 6.2. Основные логические
тождества |
|
|
8 |
|
| 6.3. Минимизация логических
функций |
|
|
4 |
|
| 6.4. Представление
логических автоматов в различных базисах |
|
|
6 |
|
| 7. Синтез логических
схем компьютерного интерфейса |
|
|
|
28 |
| 7.1. Синтез интерфейсных
схем без обратных связей |
|
|
|
8 |
| 7.2. Синтез триггеров |
|
|
|
8 |
| 7.3. Синтез триггерных схем
машинного интерфейса |
|
|
|
12 |
| 8. Основы
программирования и сетевых технологий |
|
|
|
40 |
| 8.1. Структура микроЭВМ |
|
|
|
8 |
| 8.2. Основы алгоритмизации |
|
|
|
4 |
| 8.3. Основы
программирования |
|
|
|
8 |
| 8.4. Система языков
программирования |
|
|
|
10 |
| 8.5. Сетевые технологии |
|
|
|
10 |
Технической базой курса являются 8
автоматизированных рабочих мест (АРМ) учащихся в
составе двух ПЭВМ IBM PC и лабораторного стенда,
позволяющего работать с физическими моделями
изучаемых явлений в ручном и автоматизированном
режимах измерений. Такая форма организации АРМ
является, по мнению автора, необходимой [1 - 3]:
Основными программными средствами, без которых
обычному старшекласснику невозможно твердо
усвоить вышеперечисленный спектр знаний,
являются профессиональные приложения,
позволяющие в "естественном интерфейсе"
работать с математическими моделями изучаемых
явлений (MathCAD 6.0 PLUS фирмы MathSoft Inc., США) и
электронными моделями (Electronics Workbench 5.12 фирмы
Interactive Image Technologies Ltd., Канада).
Технология работы в указанных приложениях
проста и очень нравится ребятам. Все дети, как
показывает их "общение" с MathCAD, любят
математику, а возможность проверять
собственными расчетами показания приборов в
электронной модели делает их интерес к
электротехническим и электронным технологиям
неподдельным и устойчивым. И, самое главное,
учащийся получает "конечные",
профессиональные знания и соответствующий язык.
Это позволяет впоследствии безболезненно
перейти к работе с вузовскими учебниками и
профессиональной справочной литературой, так
как, наряду с технической документацией
пользователя приложений, эти источники и
являются основными в курсе.
Кроме того, на их базе создаются учебные
пособия по разделам курса [4 - 9], в текстах которых
интенсивно используется интерфейс приложений,
так что, кроме поддержки конспектов, они
применяются и при непосредственной работе с
компьютером как "нотные тетрадки". Часть их
размещена на серверe фирмы Софтлайн,
эксклюзивного дистрибьютора в РФ и СНГ
известнейших математических приложений, в т. ч.
MathCAD и Electronics Workbench (http://www.softline.ru).
Приведем примеры использования MathCAD 6.0 PLUS и
Electronics Workbench 5.12 для решения типовых задач,
представляющих интерес для преподавателей
информатики, математики, физики и технологии.
В первую очередь рассмотрим тематическую
цепочку "бинарная логика" - "логический
автомат" - "цифровой прибор", в которой
пересекаются интересы информатики и технологии.
При определении логических функций и
доказательстве логических тождеств
используются несколько форм их представлений:
табличная, алгебраическая, графическая
(диаграммы Венна и временные диаграммы),
определение функций пользователя в MathCAD,
электронная модель в Electronics Workbench в форме
логической схемы из логических элементов или
моделей интегральных микросхем (ИМС), а также
представление в физической модели на реальных
ИМС.
Определим в MathCAD унарные и бинарные логические
функции, достаточные для синтеза логического
базиса:
В MathCAD также возможно создать простые функции
пользователя, играющие роль временных диаграмм.
Здесь встроенная функция ceil(x) возвращает
наименьшее целое, большее или равное x, а
встроенная функция mod(x, y) возвращает остаток от
деления x на y: 
Докажем тождества де Моргана:
Представим теперь вышеприведенный набор
тождеств де Моргана в форме диаграммы Венна, где
они вполне очевидны:
Построим в MathCAD пространственные гистограммы,
отражающие таблицы истинности для последнего
тождества:
Смоделируем это же тождество в Electronics Workbench 5.12.
В такой модели для задания значений
"входных" логических переменных
используется "Генератор слов" ("Word
Generator"), а для вывода временных диаграмм
входных и выходных сигналов - "Логический
анализатор" ("Logic Analyser"). В генераторе слов
используется шестнадцатеричное представление
входных кодов. Уровень потенциала в 8 точках
можно сохранить в текстовый файл. Данные из
текстового файла можно импортировать в MathCAD как
массив для дальнейшей численной или графической
обработки.
В электронной лаборатории используется также
"Логический конвертер" ("Logic Converter"),
позволяющий осуществлять 6 логических
преобразований для 8 логических переменных:
представление таблицы истинности собранной
схемы; обращение таблицы в логическую формулу
(СДНФ); минимизация СДНФ (алгоритм минимизации по
таблице истинности для большого числа
переменных приведен в руководстве пользователя
"Technical Reference"); обращение формулы в таблицу
истинности; представление формулы в виде схемы
логических элементов; представление формулы
схемой в логическом базисе 2-И-НЕ. На рисунке
показаны результаты последовательного выбора
"конверсий", смысл которых понятен из
обозначений на кнопках прибора:
Синтезированную конвертером в базисе 2-И-НЕ
схему реализуем на модели ИМС 7400 (западный аналог
отечественной ЛА3):
В электронной модели для вывода численной и
графической информации использовано диалоговое
окно "Аналитические графики" ("Analysis
Graphs"):
На стенде с реальной ИМС К155ЛА3 эксперимент
очень прост: низкий логический уровень на входах
логических элементов устанавливают, соединяя их
с "землей", тогда на незаземленных входах -
высокий уровень. Выходной уровень фиксируется
вольтметром, электронным осциллографом или
светодиодным индикатором. Приведем схему и фото
простейшего устройства для опытов с ИМС
(используется трехрядный разъем СНП), - дети на
нем с удовольствием "играют с живыми
микросхемами":
Заметим, что экспериментальные стенды в
кабинете изготовлены самими учениками и
выпускниками школы и легко воспроизводимы в
обычных условиях. Пользуясь возможностью,
предоставленной журналом, автор еще раз выражает
признательность своим ученикам за труд.
В мае 1997 г. по Договору о научно-методическом и
техническом сотрудничестве между школой,
Центром НИТ МИРЭА и фирмой Софтлайн на базе
школьного кабинета информационных и электронных
технологий организована специализированная
лаборатория ЦНИТ МИРЭА с задачами повышения
эффективности процесса интеграции "школа -
вуз". ФПК ЦНИТ МИРЭА проводит здесь занятия с
учителями Западного округа г. Москвы. Двери школы
открыты для сотрудничества.
Литература:
- MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные
расчеты в среде Windows 95./Перевод с англ. - М.:
Информационно-издательский дом "Филинъ", 1996.
- 712 с.
- Electronics Workbench. Professional Edition. User's guide. Version 5./Interactive Image
Technologies Ltd. Canada. 1996.
- Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой
автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с.: ил.
- Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы:
Справочник. - Челябинск: Металлургия, Челябинское
отделение, 1988. - 352 с.: ил.
Список публикаций и учебных пособий по
интегрированному курсу
"Информационные и электронные технологии".
- Ходяков И.А. Профориентационный
интегрированный курс на базе автоматизированных
рабочих мест учащихся в средней школе / Школа, 1997,
№ 6.
- Ходяков И.А., Дешко И.П., Боровиков
И. П. Сообща, в тесном сотрудничестве. Опыт
информационного обеспечения процесса
интеграции школа - вуз / Учитель, 1997, № 3.
- Ходяков И.А. Интеграция школа - вуз:
опыт информационного обеспечения / Магистр, 1998, №
2.
- Ходяков И.А. Элементы линейной алгебры.
Под ред. И.П. Дешко. Учебное пособие /МГДТДиЮ,
МИРЭА - М., 1998, 15с.
- Ходяков И.А. Элементы математического
анализа. Под ред. И.П. Дешко. Учебное пособие
/МГДТДиЮ, МИРЭА - М., 1998, 16с.
- Ходяков И.А. Основы электродинамики.
Под ред. И.П. Дешко. Учебное пособие /МГДТДиЮ,
МИРЭА - М., 1998, 47с.
- Ходяков И.А. Основы электротехники.
Часть I. Под ред. И.П. Дешко. Учебное пособие
/МГДТДиЮ, МИРЭА - М., 1998, 38с.
- Ходяков И.А. MATCAD 6.0. Практическое
руководство для старшеклассников. Часть I. Под
ред. И.П. Дешко. Учебное пособие /МГДТДиЮ, МИРЭА -
М., 1998, 34с.
- Ходяков И.А. MATCAD 6.0. Практическое
руководство для старшеклассников. Часть II. Под
ред. И.П. Дешко. Учебное пособие /МГДТДиЮ, МИРЭА -
М., 1998, 31с.
E-mail: sch1006@mtu-net.ru;
sc1006@mirea.ac.ru
Телефон: 733-6727
Адрес: 119634, Москва, ул. Шолохова, 9
Содержание
Вернуться на страницу
<Методические разработки> |
