Электроника
Паспорт модуля
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Аудитория (кому) | Участники турнира РОБОСТЕП, регламент «Электроника». Возраст не фиксирован — калибровка от задания. Группа до 12 человек, стартовый уровень в электронике — нулевой. Мотивация: подготовка к конкретному соревнованию |
| Аутентичная задача (зачем) | Выйти на тур регламента «Электроника» и решить бланк из 1 теоретической + 4 практических задач на максимум из 100 баллов в отведённое время |
| Объём и формат | 12 занятий × 90 мин, кружок/секция; очно (симуляторы Falstad/Tinkercad — как домашняя тренировка). Допущение — при другом объёме сжимайте за счёт занятий 5 и 8 |
| Оборудование и среда | Базовый набор регламента: большая макетная плата, лабораторный БП 3/5/9 В, провода, резисторы Е12 100 Ом–1 кОм и 10 кОм, светодиоды 4 цветов, фоторезисторы PGM5516, потенциометры 10 кОм, кнопки/тумблеры, CD4069BE (НЕ), CD4071BE (ИЛИ), CD4081BE (И), мультиметр. Симуляторы: falstad.com/circuit, Tinkercad Circuits |
| Ограничения | Задание формируется в день тура — натаскать на конкретный вариант нельзя, готовим компетенции; бланк с расчётами и схемами сдаётся жюри → тренируем оформление; в зачёт идёт лучшая попытка каждой задачи |
| Источники анализа | Файлы проекта: РегламентЭлектроника.pdf (набор, 24 компетенции, 5 типов задач, таблицы баллов, эталонный вариант Приложения 1 с рис. 1 и рис. 2) |
Аутентичная задача. Когда обучающиеся выйдут с этого модуля, они смогут: за соревновательный день решить бланк регламента «Электроника» — рассчитать цепь на бумаге, собрать три схемы по условию, синтезировать две схемы с нуля и оформить всё так, как принимает жюри.
Образовательные цели
Уровни целей смещены к «применять/создавать»: 4 из 6 задач тура — синтез и сборка, поэтому тесты на узнавание используются только для терминологии и правил ТБ.
| № | Обучающиеся … | Блум—Андерсон | Миллер | Чем проверяем |
|---|---|---|---|---|
| 1 | рассчитывают R, I, U, P для смешанных (последовательно-параллельных) цепей и оформляют расчёт на бланке | применять | знает как | теоретический мини-тур на время (формат задачи 1, макс. 10 б.) |
| 2 | собирают цепь по заданной принципиальной схеме с потенциометром/фоторезистором и проводят измерения мультиметром без повреждения компонентов | применять | делает | практикум формата задачи 2 (макс. 15 б.) с таблицей баллов жюри |
| 3 | синтезируют из ограниченного набора резисторов цепь под заданный ток ±10 % и рисуют её принципиальную схему | создавать | делает | практикум формата задачи 3 (макс. 20 б.) |
| 4 | проектируют и собирают устройство «кнопки + светодиоды + ограничивающие резисторы» по произвольной таблице истинности | создавать | делает | практикум формата задачи 4 (макс. 25 б.) |
| 5 | синтезируют схему на логических микросхемах CD4069/4071/4081 по заданной функции, составляют её таблицу истинности и верифицируют сборку | создавать | делает | практикум формата задачи 5 (макс. 30 б.) |
| 6 | распределяют время тура между задачами, находят и исправляют неисправность в своей сборке по алгоритму диагностики | анализировать | показывает как | пробный тур 100 б. + лист самодиагностики + пост-разбор |
Оценивание
Спроектировано до контента. Все итоговые средства — точные копии формата тура, включая официальные таблицы начисления баллов из регламента: обучающийся привыкает к критериям жюри с занятия 3.
Входная диагностика (занятие 1, 15 мин)
- Практическая проба: «зажгите лампочку от батарейки проводами» (наблюдаем: понимание замкнутой цепи).
- 3 вопроса: что такое ток / чем опасно КЗ / держали ли паяльник-макетку раньше.
- Мотивация: «что хочешь получить от турнира?» — фиксируем для анализа боттом-30 %.
Контрольные точки
| Занятие | Цель № | Средство | Тип |
|---|---|---|---|
| 2 | 1 (частично) | квиз 5 вопросов: макетка, мультиметр, ТБ | формирующее |
| 3 | 1 | теорзадача формата задачи 1, на время 15 мин, оформление на бланке | формирующее |
| 4 | 3 | синтез тока из набора (аналог задачи 3), проверка амперметром | формирующее |
| 6 | 2 | сборка по схеме + измерения (аналог задачи 2), кумулятивный квиз занятий 1–5 | формирующее |
| 7 | 4 | устройство по таблице истинности (аналог задачи 4) | формирующее |
| 10 | 5 | синтез логической функции (аналог задачи 5), кумулятивный квиз занятий 1–9 | формирующее |
| 11 | все | пробный тур: полный вариант 100 б., тайминг реального дня | итоговое |
| 12 | 6 | второй заход по проседающим задачам + рефлексия | итоговое |
Рубрика пробного тура
Баллы — строго по таблицам регламента (10+15+20+25+30). Дополнительно оцениваем процесс — это judgment-based часть:
| Критерий | 0 баллов | 1 балл | 2 балла |
|---|---|---|---|
| Оформление бланка | расчётов нет или нечитаемы | расчёты есть, схема с ошибками УГО | расчёты полные, схема в корректных УГО, ответы с единицами измерения |
| Культура сборки | «паутина», цвета проводов случайны | сборка читаема, но питание подано до проверки | шины питания по цветам, самопроверка до подачи питания, ток измерен корректным включением |
| Тайминг | не успел приступить к ≥2 задачам | ко всем приступил, ≥1 не довёл | распределил время пропорционально баллам, оставил запас на проверку |
| Диагностика неисправности | «не работает» без действий | нашёл неисправность с подсказкой | локализовал сам по алгоритму «питание → узлы → компонент» |
Путь обучающегося
Пик сложности — занятия 8–10 (логические микросхемы, самый «дорогой» тип задач: 30 баллов). Роль преподавателя движется по SSDL от инструктажа к делегированию; на пробном туре преподаватель — судья, не помощник.
flowchart LR
A["Занятия 1–2<br/>Формирование<br/>роль: тренер-инструктор<br/>ТБ, макетка, мультиметр"] --> B["Занятия 3–4<br/>Шторм<br/>роль: мотиватор<br/>первые задачи на время"]
B --> C["Занятия 5–10<br/>Активная работа<br/>роль: фасилитатор<br/>ПИК: логика, 30-балльные задачи"]
C --> D["Занятия 11–12<br/>Завершение<br/>роль: консультант-судья<br/>пробный тур + рефлексия"]
| № | Тема | Цель занятия (одна) | Retrieval-разминка | Основная активность | Мини-проверка |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Макетная плата, БП, ТБ | подключают питание к макетке и зажигают первый светодиод безопасно | — (входная диагностика) | worked example: разбор устройства макетки → сборка с поддержкой | светодиод горит, БП выставлен верно |
| 2 | Мультиметр: I, U, R, прозвонка | измеряют ток, напряжение, сопротивление в собранной цепи | 3 вопроса по макетке/ТБ | практикум: 6 измерений по чек-листу | квиз 5 вопросов |
| 3 | Расчёт смешанных цепей | решают теорзадачу формата тура на бланке за 15 мин | закон Ома, вкл. амперметра | worked example: полное решение задачи 1 (рис. 1) → 3 задачи самостоятельно | теорзадача на время |
| 4 | Светодиод и синтез тока | синтезируют цепь под заданный ток из набора резисторов | расчёт R параллельного участка | worked example: задача 3 (28 мА) → свой ток по жребию | КТ: аналог задачи 3 |
| 5 | Делитель напряжения и потенциометр | собирают три схемы включения потенциометра и предсказывают их поведение | синтез тока, Вд светодиода | практика: реостат / делитель / балансир яркости | предсказание→проверка 3 схем |
| 6 | Фоторезистор; сборка по схеме | собирают цепь по «чужой» принципиальной схеме и проводят заданные измерения | делитель, кумулятивный квиз 1–5 | worked example: разбор задачи 2 (рис. 2) → сборка и измерения | КТ: аналог задачи 2 |
| 7 | Кнопки и таблица истинности | проектируют устройство «кнопки+светодиоды» по таблице истинности | делитель, мощность | worked example: задача 4 → своя таблица по жребию | КТ: аналог задачи 4 |
| 8 | Булева алгебра | составляют таблицу истинности любого выражения из И/ИЛИ/НЕ | задача 4: чтение таблиц | тренажёр: 6 выражений, взаимопроверка | 2 выражения без опоры |
| 9 | Микросхемы CD40xx: включение | формируют логические уровни кнопкой с подтяжкой и читают выход инвертора | таблицы истинности | worked example: обвязка CD4069 → сборка НЕ и И | входы/выход работают по таблице |
| 10 | Синтез схем по функции | синтезируют и собирают схему по заданной функции, верифицируют таблицей | подтяжки, распиновка DIP-14 | worked example: задача 5 → своя функция по жребию, кумулятивный квиз 1–9 | КТ: аналог задачи 5 |
| 11 | Пробный тур | проходят полный вариант 100 б. в условиях тура | — (тур сам является retrieval) | пробный тур: эталонный вариант или новый | протокол баллов |
| 12 | Пост-разбор и добор | анализируют свои ошибки и закрывают проседающий тип задач | вопросы по ошибкам тура | разбор ошибок → повторный заход по 1–2 задачам | рост балла по проседавшей задаче |
Интервальные возвраты (спланированы, не случайны)
- Закон Ома и расчёт R: вводится на зан. 3 → возвращается в разминках зан. 4, 6, в кумулятивных квизах зан. 6 и 10, в туре зан. 11.
- Ограничивающий резистор светодиода: зан. 4 → используется в каждом последующем занятии (естественное интервальное повторение).
- Таблицы истинности: зан. 7 → 8 → 10 → тур.
- Кумулятивные квизы (зан. 6 и 10) — 8 вопросов по всем прошлым темам, без подглядывания, самопроверка по ключу.
Структура контента модуля
Занятия 1–2: макетка, БП, мультиметр, ТБ
Занятие 3: теорзадача тура (тип 1)
Занятие 4: задача типа 3
Занятия 5–6: задача типа 2
Занятие 7: задача типа 4
Занятия 8–10: задача типа 5 (30 баллов!)
Worked examples всех 5 задач Приложения 1
Занятия 11–12: тайминг, диагностика, рефлексия
Данные и итерация
- Входная диагностика: практическая проба + опыт + мотивация (зан. 1).
- По занятиям: посещаемость; баллы контрольных точек в таблицах формата жюри → сразу видно проседающий тип задач.
- После пробного тура: таблица «цель → % достигших» (цель достигнута = ≥60 % баллов соответствующей задачи); сравнение топ-30 % и боттом-30 % по типам задач — если у всех проседает задача 5, проблема в занятиях 8–10, а не в детях.
- После турнира: реальные баллы участников vs пробный тур → калибровка сложности тренировочных вариантов на следующий цикл.
- Типовая находка для итерации: если на туре теряют баллы на оформлении (схемы, единицы измерения), а не на сборке — усилить тренировку бланка с занятия 3.
Глоссарий
Резистор последовательно со светодиодом, задающий безопасный ток: R = (Uпит − Uпр)/I
Два последовательных сопротивления; напряжение на нижнем: Uвых = Uпит·R2/(R1+R2)
Резистор 10 кОм, задающий входу микросхемы уровень 0 или 1, когда кнопка не нажата
Перечень значений функции для всех комбинаций входов; для n входов — 2ⁿ строк
Напряжение на светящемся светодиоде: ~1,9–2,1 В (красный), ~2,9–3,2 В (синий/белый)
Режим мультиметра, пищащий при сопротивлении близком к нулю; проверка обрыва и КЗ без питания
Условное графическое обозначение элемента на принципиальной схеме
Стандартный ряд номиналов резисторов: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 (×10ⁿ)