MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra didaktických technologií

MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra didaktických technologií

Vyuţití elektrotechnické stavebnice MIKROLAB ve výuce Diplomová práce

Vedoucí práce: PaedDr. Ing. Josef Pecina, CSc. Vypracoval: Robert Gritz

Brno 2010

Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci vypracoval samostatně, s vyuţitím pouze citovaných literárních pramenŧ, dalších informací a zdrojŧ v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonŧ (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisŧ. V Brně dne 12.4.2010 ...............................................

Děkuji panu PaedDr. Ing. Josefu Pecinovi, CSc., za odborné vedení této práce a za cenné připomínky k jejímu obsahu.

OBSAH I. Úvod

6

II. Teoretická východiska

7

1. Stručné shrnutí obsahu práce

7

2. Teoretická východiska zpracování diplomové práce

9

III. Elektrotechnické stavebnice obecně

10

1. Definice pojmu elektrotechnická stavebnice

10

2. Kategorizace elektrotechnických stavebnic

10

3. Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic

12

4. Funkce elektrotechnických stavebnic ve výuce

13

5. Stavebnice jako prostředek rozvíjení kompetencí

14

6. Výhody a nevýhody pouţívání stavebnic ve výuce (obecně)

16

7. Typy elektrotechnických stavebnic pouţívané na středních školách

18

IV. Stavebnice MIKROLAB (dříve RC 2000)

22

1. Didaktické aspekty stavebnice MIKROLAB

22

1.1. Obecná charakteristika

22

1.2. Výrobce

23

1.3. Pořizovací cena

23

1.4. Návaznost na jiné stavebnice

23

1.5. Technické parametry systému

23

1.6. Základní části stavebnice

24

2. Moduly systému MIKROLAB

24

2.1. Hardware

24

2.2. Přístrojové moduly

24

2.3. Moduly aktivních a pasivních prvkŧ

27

2.4. Číslicové moduly

28

2.5. Regulační moduly

28

2.6. Třífázová soustava

28

2.7. Propojovací moduly

29

2.8. Software

29

3. Moţnost inovace a rozšíření

29

4. Odolnost systému

30

5. Bezpečnost systému

30

6. Filozofie systému - Oblasti vyuţití ve výuce

30

7. Výhody a nevýhody stavebnice

31

7.1. Výhody stavebnice

31

7.2. Nevýhody stavebnice

32

8. Srovnání stavebnice MIKROLAB s jiným obdobnými systémy

32

9. Dokumentace

35

V. Zařazení stavebnice do výuky na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61

38

1. Koncepce výuky elektrooborŧ na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61

39

2. Financování výuky

40

3. Profil absolventa

40

4. Zařazení stavebnice do výuky elektrooborŧ

41

5. Technické zázemí nezbytné pro práci se stavebnicí

42

6. Teoretické předpoklady pro práci se stavebnicí

42

6.1. Začlenění stavebnice MIKROLAB do výuky z hlediska ŠVP:

43

6.2. Koncepce výukového bloku pro práci se stavebnicí

44

6.3. Typy úloh řešené se stavebnicí na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61

46

6.4. Vyučovací metody pouţívané při práci se stavebnicí

47

6.5. Výhody a nevýhody práce se stavebnicí MIKROLAB na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61

49

VI. Vyučovací hodina s MIKROLABEM

52

VII. Výzkum vztahu studentů k pouţívání elektrotechnických stavebnic

60

1. Výzkumný problém

60

2. Výzkumná metoda

60

3. Vyhodnocení výzkumu

60

4. Závěr výzkumu

69

VIII. Shrnutí

70

IX. Závěr

72

Resumé

73

Poznámky

74

Literatura

77

Seznam příloh

81

-6-

I. Úvod Elektrotechnika je v současné době jedním z nejrychleji se rozvíjejících oborŧ lidské činnosti. Tempo vědeckotechnického pokroku v této oblasti a mimořádná rychlost ve výzkumu, výrobě a uvádění nových elektrotechnických součástek a zařízení na trh kladou stále vyšší nároky na odbornou teoretickou i praktickou přípravu studentŧ středních odborných škol a učilišť a tím také na učitele odborných předmětŧ. Úkolem školy jako vzdělávacího a výchovného zařízení je připravit nejen absolventa s dobrou úrovní odborných znalostí, ale také absolventa, který se dokáţe dobře uplatnit na trhu práce a který bude schopen získané vědomosti a dovednosti aplikovat v konkrétních výrobních podmínkách. Pokud chtějí být střední odborné školy v oblasti přípravy budoucích odborných pracovníkŧ úspěšné, jsou nuceny na tyto skutečnosti aktuálně reagovat v teoretické i praktické rovině. V teoretické rovině se zmíněné poţadavky trhu práce promítají do řešení koncepce výuky, přizpŧsobování učebních plánŧ studijních programŧ jednotlivých oborŧ tak, aby bylo moţné pruţně reagovat na měnící se poţadavky trhu práce, usiluje se o vytvoření atraktivní a perspektivní nabídky oborŧ a zaměření, které na trhu práce chybí, dochází ke sniţování hodinových dotací u neperspektivních tématických okruhŧ ve prospěch posilování hodinové výuky v teoretických i praktických předmětech, školy umoţňují svým ţákŧm získat nejrŧznější certifikáty a osvědčení jiţ během studia na střední škole. V praktické rovině je patrné úsilí o co největší propojení teorie s praxí a s tím související

snaha zařazovat do výuky co nejvíce nových moderních výukových

prostředkŧ simulujících reálné výrobní podmínky. S tím jsou spojeny zvýšené nároky na materiální a technické vybavení učeben, laboratoří a dílen pro praktické vyučování a nemalé náklady vydávané na modernizaci přístrojového vybavení a na nákup nejmodernějších didaktických výukových prostředkŧ. Jedním z prostředkŧ, které zvládnutí těchto náročných úkolŧ ve výchovně vzdělávacím procesu napomáhají, jsou nejmodernější didaktické prostředky. V jejich rámci pak v poslední době zaujímají stále výraznější místo elektrotechnické stavebnice. Historie pouţívání elektrotechnických stavebnic na našich školách je dlouhá. Je moţné říci, ţe se za dobu své existence jiţ staly osvědčeným výukovým prostředkem, který získal své pevné místo v systému didaktických prostředkŧ a učebních plánŧ na všech stupních škol. Dŧvody obliby zařazování stavebnic do hodin teoretické a praktické přípravy je moţné vidět nejen v samotné podstatě stavebnice jakoţto názorného vyučovacího prostředku naplňujícího Komenského základní poţadavek vyučovat na základě všech

-7-

smyslŧ, ale také ve schopnosti stavebnic rozvíjet u ţákŧ právě výše zmíněné ţádoucí vlastnosti: kreativitu, schopnost přemýšlet, pracovat samostatně a rozhodovat se při řešení zadaných úkolŧ. Zároveň si ţáci při práci se stavebnicemi osvojují nezbytné pracovní návyky a pravidla bezpečnosti práce. Pro učitele jsou elektrotechnické stavebnice jedním z moţných prostředkŧ jak motivovat ţáky, jak zajímavou a přitaţlivou formou vysvětlit a procvičit probíranou látku a jak rychle zkontrolovat její zvládnutí. Zařazení elektrotechnických stavebnic jakoţto vysoce moderního a přitom intuitivního didaktického prostředku do hodin praktického vyučování zároveň vede k aktivizaci ţákŧ, k rozvíjení poţadovaných kompetencí ţákŧ, k jejich tvořivosti a samostatnosti při řešení zadaných úkolŧ a tím celkově k vyšší efektivitě teoretického i praktického vyučování. II. Teoretická východiska 1. Stručné shrnutí obsahu práce Jednou z nejmodernějších stavebnic, které jsou v současné době pro výuku elektrotechniky na trhu k dispozici, je elektrotechnická stavebnice MIKROLAB μLAB. Tato stavebnice dosud nebyla v odborné literatuře soustavněji zpracována, s výjimkou několika prací zaměřených spíše na obecnou problematiku elektrotechnických stavebnic, v jejímţ rámci byla tato stavebnice studována. Chybí zatím také komplexnější zpracování

problémových okruhŧ, které se při práci se stavebnicí

vyskytují, a shrnutí a posouzení typŧ úloh, které je moţné s touto stavebnicí při výuce řešit. Cílem této diplomové práce je shromáţdění dostupných teoretických poznatkŧ o elektrotechnické stavebnici MIKROLAB, její podrobný popis, stanovení principŧ jejího fungování a podrobnější posouzení jejích jednotlivých didaktických aspektŧ. Další okruh problémŧ, kterému je tato práce věnována, zahrnuje moţnosti vyuţití této stavebnice při výuce elektrotechnických oborŧ na SOŠ, zhodnocení a specifikaci typŧ úloh určených pro práci s touto stavebnicí a návrh a podrobnější didaktické zpracování konkrétních úloh pro práci s touto stavebnicí ve výuce na střední škole. Předkládaná práce je rozdělena do 9 hlavních kapitol. Po úvodní části práce následuje kapitola zaměřená na teoretická východiska zpracování této diplomové práce. Samostatná teoretická kapitola je věnována problematice elektrotechnických stavebnic z hlediska jejich zařazení do systému didaktických prostředkŧ. Dílčí kapitoly tohoto

-8-

oddílu obsahují také stručnou charakteristiku nejčastěji pouţívaných elektrotechnických stavebnic na českých středních školách a výběrově je zařazen i popis dalších souvisejících stavebnic. Zvláštní pozornost je věnována zejména nejnovější generaci stavebnic řízených počítačem a principŧm výuky řízené počítačem s ohledem na obory elektro. Čtvrtá kapitola diplomové práce je věnována analýze stavebnice MIKROLAB. Obsahuje charakteristiku této stavebnice a jsou zde podrobně rozpracovány jednotlivé didaktické aspekty této stavebnice. Zvláštní kapitola je věnována problematice zařazení této stavebnice do výuky na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61. V této kapitole jsou rozpracovány hlavní výhody a nevýhody, které pouţití stavebnice ve výuce s sebou přináší, a jsou zde uvedeny typy úloh, které je moţné se stavebnicí ve výuce řešit. Samostatná kapitola je věnována příkladu vyučovací hodiny pro práci s touto stavebnicí na střední škole. Tento oddíl práce povaţuji za zajímavý zejména z hlediska praxe, neboť by mohl být přínosem také pro ostatní učitele pracující s touto stavebnicí. Předmětem výzkumné části diplomové práce je charakteristika vztahu ţákŧ ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, k pouţívání elektrotechnických stavebnic ve výuce. Součástí výzkumu je také dílčí šetření zaměřené na vyuţití stavebnice MIKROLAB ve výuce na této střední škole a na shromáţdění a posouzení zkušeností ţákŧ pracujících s touto stavebnicí. Nejdŧleţitější poznatky jsou shrnuty v závěru práce. Přínos této diplomové práce spatřuji zejména ve vytvoření uceleného souhrnu dostupných informací o stavebnici MIKROLAB a také v praktické části práce, která obsahuje podrobný popis stavebnice MIKROLAB, shrnutí jejích výhod a nevýhod při pouţívání a zpracování konkrétních praktických zkušeností a poznatkŧ získaných přímo při práci se stavebnicí výuce a dále v návrhu vlastních příkladŧ a zadání úkolŧ pro ţáky pracující se stavebnicí. Vzhledem k omezenému rozsahu této práce jsou veškeré uváděné praktické zkušenosti a úlohy pro práci se stavebnicí vztaţeny na práci se stavebnicí na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61.

-9-

2. Teoretická východiska zpracování diplomové práce Elektrotechnická

stavebnice

MIKROLAB

je

jednou

z nejmodernějších

elektrotechnických stavebnic, které jsou v současné době na trhu. V odborné literatuře dosud této stavebnici nebyla věnována soustavná pozornost například formou zpracování monografické práce. Teoreticky je tato stavebnice a principy jejího fungování zpracována pouze v několika odborných článcích ve sbornících k vědeckým konferencím, přičemţ pozornost autorŧ těchto článkŧ se zaměřuje na rŧzné aspekty vyuţití této stavebnice. Většina autorŧ těchto odborných článkŧ přitom vychází z dokumentace, kterou dodává výrobce stavebnice firma RC Didactic Systems. Podrobněji je stavebnice zkoumána v rámci disertační práce K. Radochy „Počítačová podpora experimentu v přípravě učitelŧ elektrotechnických předmětŧ na vysokých školách s pedagogickým zaměřením“. Teoretické východisko pro zpracování teoretických částí této diplomové práce týkajících se obecného popisu a principŧ fungování stavebnice tvoří zejména publikace autorŧ M. Havelky a Č. Serafína „Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu“ a dále odborný článek J. Peciny a P. Peciny „Moderní elektronické stavebnice ve výuce elektroniky na základních a středních školách“, který byl pouţit pro zpracování pasáţí týkajících se začlenění stavebnice do systému stavebnic z hlediska jejich konstrukce, a dále byly pouţity odborné články dalších autorŧ týkající se stavebnice RC 2000, jejichţ bibliografie je uvedena v závěru práce. Velmi cenný přínos pro studium elektrotechnických stavebnic představují odborné články a monografie „Elektrotechnické stavebnice“ J. Dostála z UP v Olomouci, který se problematikou vyuţití elektrotechnických stavebnic ve výuce dlouhodobě zabývá. Články J. Dostála „Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic“ „Speciální didaktické

praktikum

z elektrotechniky“

a

„Tvorba

systému

pro

hodnocení

elektrotechnických stavebnic“ jsou teoretickým základem pro zpracování kapitoly o didaktických aspektech stavebnice MIKROLAB. Teoretická část diplomové práce byla dále vypracována s vyuţitím doprovodných materiálŧ ke stavebnici MIKROLAB zpracovaných firmou RC Didactic Systems a na základě mých praktických zkušeností učitele odborných předmětŧ s pouţíváním této stavebnice ve výuce, zejména pokud jde o ukázky konkrétního didaktického vyuţití stavebnice při praktickém vyučování elektrotechnických oborŧ na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61. Diplomová práce částečně vychází také z poznatkŧ shrnutých v mé Bakalářské práci s názvem „Vyuţití elektrotechnických stavebnic při výuce na SŠ“.

- 10 -

III. Elektrotechnické stavebnice obecně 1. Definice pojmu elektrotechnická stavebnice Stavebnice lze v obecné rovině vymezit jako „sadu určitých předmětŧ k sestavování a spojování do libovolných nebo přesně vymezených celkŧ, k jejich montáţi a demontáţi“(1). „Z pedagogického hlediska lze stavebnici definovat například jako pomŧcku, která umoţňuje na základě dané předlohy a nebo téţ vlastní představy sestavit zařízení vymezené danými součástkami a jejich konstrukcí“(2). Podle D. Nováka se „elektrotechnickou stavebnicí rozumí soustava nosných prvkŧ, funkčních prvkŧ a funkčních částí, které jsou určeny k jednorázovému nebo opakovanému sestavení rŧzného počtu obvodŧ, která je jako celek určena svými didaktickými a technickými parametry(3). Na základě této formulace odvozuje ve své práci svou vlastní definici tohoto pojmu J. Dostál

následovně: (elektrotechnická stavebnice) „je materiální edukační médium,

tvořené komplexem komponent slouţících k realizaci elektrických obvodŧ na rŧzné úrovni variability a iterace s akcentem na technické aspekty“(4). Zdŧrazňuje, ţe „se jedná o pomŧcku k sestavování libovolných celkŧ, o určitý počet elementŧ, ze kterých je moţné sestavovat konstrukčně hierarchicky vyšší a relativně samostatné celky, přičemţ nelze opomenout skutečnost, ţe komponenty, ať mechanického či elektrického charakteru, lze sestavovat na různé úrovni variability“(5). „Na elektrotechnickou stavebnici lze rovněţ pohlíţet i z hlediska elektrotechniky jako odborné disciplíny. Z tohoto ryze technického pohledu se jedná především o objekt slouţící k vytváření technických systémŧ elektrotechnického charakteru, k realizaci více či méně sloţitých elektrických, elektronických či rŧzně orientovaných obvodŧ“(6). „Charakteristickým

rysem

těchto

odborných

stavebnic

pouţívaných

v oblasti

elektrotechniky a výpočetní techniky je moţnost a) rozšiřování funkčních schopností podle povahy a poţadavkŧ dané aplikace; b) jednoduchého a rychlého provádění oprav; c) výměny určitého funkčního celku za účelem modifikace činnosti (změny modu); d) všechny výměnné prvky stavebnice musí být na svých rozhraních vzájemně kompatibilní“(7). 2. Kategorizace elektrotechnických stavebnic Elektrotechnické stavebnice lze rozdělit podle celé řady hledisek. Vzhledem k omezenému rozsahu této práce je zde pouţita kategorizace, kterou zpracovali ve svém

- 11 -

článku P. Pecina a J. Pecina(8) a která se opírá o kategorizace uvedené v pracích J. Dostála(9) a D. Nováka(10). Za základní kritéria lze povaţovat tato: 1. Způsob vyuţití ve výuce (demonstrační; ţákovské). 2. Oblasti, pro něţ jsou určeny (monotematické; polytematické). 3. Podle úrovně vzdělávání (ZŠ; SŠ; VŠ). 4. Podle charakteru el. proudu (pro slaboproudou nebo silnoproudou elektrotechniku). 5. Podle výrobce (vyráběné profesionálně nebo amatérsky). 6. Podle zaměření elektrotechniky (pro obecnou elektrotechniku a elektroniku; elektroinstalace; měřicí a regulační techniku; telekomunikační techniku; pro výrobu a rozvod elektrické energie; pro digitální a mikroprocesorovou techniku; pro elektrické stroje; pro automobilovou elektrotechniku; pro výkonovou elektroniku; pro jiné zaměření). 7. Podle typu uţivatele (pro začátečníky; pokročilé; velmi pokročilé). 8. Podle umístění součástek (se součástkami pevně umístěnými na nosné desce; se součástkami zapouzdřenými nebo na nosných štítcích; s volnými součástkami pro zapojování do propojovacích polí). 9. Podle typu spojů mezi prvky (se spoji nerozebíratelnými; rozebíratelnými; ovíjenými; pruţinovými; magnetickými; šroubovými; zásuvkovými). 10. Podle reálnosti sestavování obvodů a součástek (vyuţívající reálné prvky; simulované počítačem). 11. Podle oblasti aplikace (pro obecně technické vzdělávání; volný čas; profesní vzdělávání)“. Tuto přehlednou kategorizaci je moţné doplnit ještě i o některá kritéria další: - podle odborného elektrotechnického zaměření, včetně vyuţitelnosti a moţnosti dalšího rozšiřování součástkové základny (monotematické; široce koncipované). - podle toho, zda stavebnice můţeme dále doplňovat o další součástky nebo i celé obvody (s otevřeným systémem; s uzavřeným systémem). - z hlediska konstrukčního uspořádání (se samostatnými funkčními jednotkami; se zapojovacími jednotkami; se samostatnými funkčními jednotkami a se zapojovacími jednotkami). - z hlediska toho, pro koho je stavebnice určena (pro začátečníky; pokročilé; velmi pokročilé)(11).

- 12 -

3. Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic „K tomu, aby mohla být jakákoliv elektrotechnická stavebnice v edukaci vyuţívána, musí splňovat jistá kritéria. Obecnými významnými rysy současných elektrostavebnic jsou technická vyspělost, design na vysoké úrovni a rozmanitá typová variabilita. Slabou stránkou některých typŧ elektrotechnických stavebnic je, ţe nebyly v dostatečné míře

standardizovány

pro

edukační

prostředí“(12).

Kritéria

pro

hodnocení

elektrotechnických stavebnic je moţné rozdělit do několika skupin. Vzhledem k omezenému rozsahu této práce zde budou uvedena pouze základní kritéria s uvedením několika příkladŧ. 1. Technické aspekty elektrotechnické stavebnice Odolnost vŧči nesprávné manipulaci a zásahŧm ţákŧ. Uţití skutečných funkčních prvkŧ z praxe. Inovovatelnost a rozšiřitelnost o prvky odpovídající novým trendŧm. Soulad s bezpečnostními předpisy. Propojitelnost s počítačem, zejména při měření el. veličin a ovládání. Moţnost vyuţívat hodnot el. napětí pro zkoušení el. obvodu ve shodě s napětími, ke kterým jsou funkční prvky skutečně určeny. Univerzálnost (realizovatelnost el. obvodu z více oblastí elektrotechniky).

2. Didaktické a psychologické aspekty elektrotechnické stavebnice Časová náročnost na realizaci elektrického obvodu. Přiměřenost věku ţáka. Schopnost motivovat ţáka. Schopnost zaujmout a udrţet ţákŧv zájem. Schopnost ţáka seznámit s pouţitím el. obvodu v reálném prostředí. Schopnost rozvíjet kreativitu (tvořivost) ţákŧ.

3. Metodická příručka pro učitele Přítomnost metodické příručky pro učitele. Uvedení typových úloh v příručce pro učitele.

4. Příručka pro ţáka Přítomnost příručky pro ţáky. Didaktické zpracování textu v příručce pro ţáky. Uvedení úloh pro realizaci elektrických obvodŧ.

- 13 -

5. Uţitná hodnota elektrotechnické stavebnice Vyuţitelnost ve výuce.

6. Pořizovací a provozní podmínky Pořizovací cena(13).

4. Funkce elektrotechnických stavebnic ve výuce Stavebnice tvoří nedílnou součást výuky technických předmětŧ na základních, středních i vysokých školách. „Jsou prostředkem přispívajícím především k vytváření a podpoře rozvoje technické gramotnosti, technického myšlení, uţivatelských dovedností a technické tvořivosti“(14). Ve výuce mohou stavebnice plnit následující funkce: Funkce aktivační (motivačně stimulační)(15) je jednou ze základních funkcí, které stavebnice jako didaktický prostředek ve výuce plní. Funkce informačně expoziční – Stavebnice slouţí k demonstraci nejrŧznějších fyzikálních jevŧ, ale také k rŧzným animacím, pokud umoţňují zadat jednotlivé parametry a na obrazovce PC, a sledování chování virtuálního objektu (např. při navrhování plošných spojŧ v elektrotechnice). Funkce procvičovací – učitel mŧţe stavebnice pouţít ve výuce nejen k výkladu učiva, ale také k jeho opakování a systematizaci. Ţáci mohou pracovat samostatně a na základě praktického plnění zadaných úloh mají moţnost procvičovat si získané poznatky v praxi. Funkce aplikační – ţáci se pomocí stavebnice učí aplikovat teoretické poznatky v praxi. Funkce kontrolní“(16) – stavebnici lze pouţít například při ukončování určitých výukových modulŧ ke kontrole znalostí ţákŧ (ţák mŧţe např. pomocí stavebnice prokázat, ţe dokáţe na základě určitého zadání vybrat vhodné součástky a sestavit určitý elektrický obvod tak, aby byl funkční). Vedle těchto funkcí představují stavebnice pouţívané ve výuce také dŧleţitý prostředek rozvíjení kompetencí ţáků středních odborných škol.

- 14 -

5. Stavebnice jako prostředek rozvíjení kompetencí Stavebnice jsou v neposlední řadě dŧleţitým prostředkem rozvíjení klíčových kompetencí ţákŧ. K nejdŧleţitějším kompetencím, které by si měl ţák během studia na střední škole v hodinách praktického vyučování osvojit a které stavebnice rozvíjejí, v tomto smyslu patří: Kompetence k učení V hodinách praktického vyučování se ţáci učí vědomě aplikovat odborné znalosti získané v teoretických hodinách na konkrétní pracovní činnosti, ale zároveň se učí také novým poznatkŧm, které potřebují k zvládnutí zadaného úkolu. Tyto poznatky pak ţáci mohou zpětně vyuţít při další výuce. Z tohoto hlediska elektrotechnické stavebnice umoţňují nejen aplikaci odborných teoretických znalostí v praxi, ale s pomocí stavebnic se ţáci při práci v dílně učí také: schopnosti umět si stanovit a dodrţovat obsahové a časové priority své práce, umět si práci zorganizovat a vytvořit si pro ni optimální podmínky (bezpečné a hygienické pracovní prostředí, přehledné uspořádání pracovních prostředkŧ, zajištění všech potřebných pomŧcek pro výkon pracovní činnosti). Z hlediska osvojování kompetencí k učení představují elektrotechnické stavebnice pro ţáky také dŧleţitou formu zpětné vazby, neboť při práci se stavebnicí mají ţáci moţnost si ověřit, zda a jak úspěšně si osvojili určité znalosti a do jaké míry je dokáţí prakticky aplikovat. Stavebnice slouţí ve vyučovacím procesu jako prostředek vyhodnocení výsledkŧ jejich práce, s jehoţ pomocí mohou ţáci lépe zjistit, jaké znalosti ovládají dobře a kde mají nedostatky. Kompetence k řešení problémů Kompetenci k řešení problémŧ lze povaţovat za jednu z klíčových kompetencí, které by si měli ţáci středních odborných škol v hodinách praktického vyučování osvojit. K rozvíjení této kompetence přispívá zařazování nejrŧznějších projektových úkolŧ a problémových úloh. Stavebnice jsou v tomto smyslu vhodným prostředkem zejména proto, ţe umoţňují ţákŧm experimentovat při dodrţení všech zásad bezpečnosti práce. Problémové úlohy řešené se stavebnicí kladou na ţáky zvýšené nároky především proto, ţe tyto organizační formy práce předpokládají aktivní účast studenta. Řešení problémových a projektových úloh rozvíjí u ţákŧ nejen schopnost aplikovat získané teoretické i praktické vědomosti a dovednosti na daný problém, ale také kreativně přistupovat k řešení za pomoci tvořivého myšlení, představivosti a intuice. Ţák se při řešení projektových úloh učí otevřenosti rŧzným postupŧm při řešení problémŧ, seznamuje s problémem, učí se jej rozpoznat, objasnit jeho podstatu, vytvářet hypotézy

- 15 -

a navrhovat metody a rŧzné varianty řešení daného problému, posuzovat jejich rizika a dŧsledky a uplatnit při řešení problémŧ vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti a ověřit správnost řešení a posoudit výsledné řešení. Zároveň je nucen hledat nápravu v případě, ţe se rozhodnutí ukáţe jako nesprávné, a za své rozhodnutí nést odpovědnost. Kompetence komunikativní Vzhledem k tomu, ţe ţáci pracují na řešení zadaného problému obvykle ve dvojicích nebo v malých skupinkách, jsou nuceni mezi sebou verbálně komunikovat. Učí se vyjadřovat srozumitelně, přiměřeně a vhodně a volit k vyjádření optimální jazykové prostředky. Vzhledem k tomu, ţe ţáci pracují při práci se stavebnicí na řešení odborného problému, učí se zároveň pouţívat také odbornou terminologii. Při řešení problémŧ se ţáci učí naslouchat jeden druhému, vyjadřovat určitým zpŧsobem své názory, přiměřeně reagovat na názory druhého, argumentovat, vyjadřovat souhlas a nesouhlas a adekvátně řešit konflikty. Kompetence personální a sociální S kompetencí komunikativní úzce souvisí také rozvoj kompetencí sociálních a personálních. Ţáci se při praktické činnosti se stavebnicí učí přijmout zodpovědnost za svŧj výkon a učí se spolupracovat s ostatními za účelem dosaţení určitého cíle. Ţáci se také učí rozlišit vnější a vnitřní příčiny úspěchu či neúspěchu a identifikovat je. Při práci se učí překonávat také vnitřní překáţky na cestě ke stanovenému cíli (nechuť k práci, nutnost překonávat problémy, které při práci vznikají). Učí se přiměřeným zpŧsobem spolupracovat a komunikovat nejen se svými spolupracovníky (s ostatními ţáky), například při výměně a vypŧjčování elektrotechnických součástek, ale také s učitelem (svým nadřízeným) v případě, ţe se mu práce nedaří, nebo nedokáţe sám vzniklý problém najít a vyřešit. Učí se vyjadřovat své názory nekonfliktně, zdŧvodňovat své poţadavky, navrhovat a přijímat kompromisní řešení. Dŧleţitým aspektem této kompetence je také budování odpovědného vztahu k vlastnímu zdraví a ke zdraví druhých. Ţák se jiţ od prvních okamţikŧ práce v dílně učí předvídat, jak by jeho aktivity mohly ohrozit jeho zdraví i zdraví druhých a jak toto ohroţení minimalizovat. Kompetence občanská a kulturní povědomí Ţáci jsou v hodinách praktického vyučování vychováváni k tomu, aby se stali platnými členy společnosti a odpovědnými pracovníky. Během studia na střední škole se při práci v dílně vytváří a posiluje vztah ţákŧ k práci a k tvorbě materiálních hodnot. Ţáci jsou

- 16 -

při práci s elektrotechnickými stavebnicemi poučeni o materiální hodnotě výrobku, s nímţ pracují, a o odpovědnosti za tento výrobek, dále o ochraně ţivotního prostředí a jsou vedeni k odpovědnému chování v situacích ohroţujících ţivot a zdraví (zejména u stavebnic pracujících na bázi elektrického proudu). Elektrotechnické stavebnice jako didaktický materiální prostředek vzhledem ke svým vlastnostem představují vhodný a zároveň bezpečný prostředek osvojování výše zmíněných kompetencí. Kompetence vyuţívat prostředky informačních a komunikačních technologií a pracovat s informacemi Stavebnice pracující na bázi PC přispívají k rozvoji počítačové gramotnosti ţákŧ, ke zlepšování jejich schopnosti vyuţívat rozmanitých informačních zdrojŧ ke získání informací nejrŧznějšího druhu a charakteru, k odhadování a kritickému zhodnocení výsledkŧ řešení zprostředkovaných počítačem. Vedle toho se ţáci při práci se stavebnicemi (zejména se stavebnicemi řízenými počítačem) učí informace za pouţití počítače nejen „vyhledávat a získávat, ale také vyhodnocovat a aplikovat za účelem řešení konkrétního zadaného úkolu“(17). Stavebnice pracující na bázi PC jsou nejen prostředkem k vyhledávání informací, ale současně technickým zařízením, které se ţáci učí obsluhovat. 6. Výhody a nevýhody pouţívání stavebnic ve výuce (obecně) Dŧvodŧ, proč stavebnice mají v systému materiálních didaktických prostředkŧ na školách stále své významné místo, je celá řada. Nejvýznamnější dŧvody, které uvádějí ve svých odborných pracích autoři zabývající se problematikou uplatňování stavebnic ve výuce a které lze zároveň označit za výhody pouţívání stavebnic ve výuce, jsou: 1) Stavebnice zvyšují názornost a usnadňují proces učení(18). 2) Podporují učení aktivní činností, vytvářejí protiváhu pasivní percepci, umoţňují vnášení herních aktivit do výuky(19). 3) Stavebnice seznamují ţáky se základními poznatky elektrotechniky a elektroniky(20). 4) Jsou dŧleţitým mezičlánkem mezi technickou realitou a technickou teorií(21). 5) Umoţňují prohlubovat a rozšiřovat vědomosti, vytvářet a zdokonalovat pracovní dovednosti a návyky(22). 6) Ţáci získají rŧzné dovednosti a návyky technické povahy, které by jinak těţko mohli na reálném objektu nabýt(23).

- 17 -

7) Umoţňují modelovat technické, respektive elektrotechnické objekty, při dodrţení bezpečnosti, přiměřenosti a zejména názornosti(24). 8) Podněcují a rozvíjejí psychický potenciál a manuální zručnost, kreativní vlastnosti a dovednosti(25). 9) Při všech těchto aktivitách je dítě nuceno přemýšlet, vyuţívat uţ dříve osvojené poznatky, představivost a hlavně – musí tvořit, přičemţ se zároveň učí hodnotit(26). 10) Stavebnice je hračka, která rozvíjí nejen technické schopnosti, ale i sociální vztahy(27). Některá z těchto vybraných hledisek lze doplnit ještě o další hlediska prospěšnosti vyuţívání stavebnic ve výuce, a to z hlediska učitele a z hlediska ţáka. Z hlediska učitele

Z hlediska ţáka

Stavebnice podporují učení aktivní činností, kde tak

Ţáci jsou aktivní, mají motivaci pracovat a při

vytvářejí protiváhu pasivní percepci, právě tak

činnosti u nich vzniká emocionální proţitek, který

umoţňují vnášení herních aktivit do výuky

(28)

.

Stavebnice je pomŧckou podporující kreativitu ţákŧ.

usnadňuje a urychluje učební proces. Stavebnice je pomŧckou, díky které ţák mŧţe a musí tvořit.

To, ţe jsou ţáci nuceni řešit zadaný technický

To, ţe ţáci musí o problému přemýšlet a aktivně se

problém, je nutí aktivizovat všechny osvojené

podílet na realizaci řešení, pro ně činí vyučování

poznatky a uvádět je do nových souvislostí.

zajímavým, nově získané poznatky jsou názorné a proto trvalejší.

Stavebnice vytvářejí společný jazyk mezi

Stavebnice vytvářejí společnou bázi pro komunikaci

(29)

edukátorem a edukanty

.

nejen mezi ţákem a učitelem, ale i mezi ţáky mezi sebou (diskuse o společném odborném problému, výměna součástek, zkušeností).

Výuka není řízena frontálně, ţáci pracují obvykle

Tím, ţe ţáci pracují v malých skupinách, je atmosféra

v malých skupinách.

ve vyučování uvolněnější, ţáci mají moţnost spolu volně komunikovat, vyměňovat si zkušenosti apod.

Stavebnice umoţňuje nácvik a automatizaci určitých

Pokud se ţák se stavebnicí dobře seznámí, dokáţe s ní

pracovních

pracovních

posléze dobře a rychle pracovat. To se však mŧţe stát

činností by však neměla vést k setrvačnosti a

i určitou nevýhodou v případě, ţe ţák spoléhá

bezmyšlenkovému provádění určitých činností.

například na určité rozmístění součástek a ţe pouze

činností.

Automatizace

slepě sestavuje na základě zadání bez neustálého ověřování správnosti svého počínání. Stavebnice poskytuje učiteli zpětnou vazbu, zda si

Stavebnice poskytuje ţákovi okamţitou zpětnou

ţáci osvojili určitou praktickou dovednost.

vazbu z hlediska osvojení určité praktické dovednosti.

- 18 -

Kromě výhod, které pouţívání stavebnic ve výuce přináší, má uplatňování stavebnic ve výuce i určité nevýhody. Jsou to zejména tyto: 1) „Přítomnost řady skutečných technických objektŧ z oblasti elektrotechniky, které elektrotechnické stavebnice umoţňují ve výuce modelovat, je z mnoha dŧvodŧ málo realistická. Zejména se jedná o z didaktického hlediska ne vţdy vhodnou konstrukční sloţitost, nevhodné rozměry, či hmotnost“(30). 2) Součásti elektrotechnických stavebnic ne vţdy odpovídají reálné podobě těchto součástí pouţívaných v běţné praxi. 3) Nevyváţenost náročnosti určitých stavebnic (zatímco ţáci niţších ročníkŧ mají při práci se stavebnicí obtíţe zpŧsobené ještě nedostatečnou teoretickou připraveností, ţáci vyšších ročníkŧ naopak povaţují práci se stavebnicí za primitivní a jednoduchou). 4) Nevýhodou bývá také nedostatek stavebnic nebo jejich jednotlivých částí, které jsou

zpŧsobeny

často

vysokými

pořizovacími

náklady

(zejména

u

nejmodernějších stavebnic), které vedou k tomu, ţe se jich na školách nevyskytuje dostatečný počet, nebo ţe se pořizuje jedna originální stavebnice, na jejímţ základě musí vyučující sestavit další stavebnice s obdobnou sestavou součástí sám. 5) Některé stavebnice jsou dodávány bez doprovodných didaktických materiálŧ. Uvedené nevýhody pak mohou mít za následek, ţe učitel stavebnici ve výuce raději nepouţívá, neţ by řešil obtíţe spojené s jejím pouţíváním.

7. Typy elektrotechnických stavebnic pouţívané na středních školách Na základních a středních školách najdeme široké spektrum typŧ stavebnic sahající od nejstarších stavebnic, které jsou z dnešního hlediska jiţ zcela zastaralé a překonané, přes stavebnice, které jsou sice staršího data výroby, ale jsou nadále pouţívány, protoţe jejich univerzálnost umoţňuje jejich pouţití k účelu, k němuţ byly vyvinuty, aţ po nejmodernější typy stavebnic pracujících na bázi počítače. Volba konkrétního typu elektrotechnické stavebnice k pouţívání na středních školách elektrotechnického zaměření závisí zejména na tématickém plánu dané školy a také na ochotě školy investovat nebo neinvestovat finanční prostředky do pořízení tohoto typu učební pomŧcky.

- 19 -

„Vývoj elektrotechnických stavebnic se za dobu své historie diverzifikoval do mnoha konstrukčních řešení“(31). „Vedle klasických stavebnic se v posledních letech na trhu začaly prosazovat zejména nejnovější stavebnicové systémy kompatibilní s počítačem. Jsou zde moţné následující přístupy: a) Elektrický obvod se realizuje fyzicky, k diagnostice stavu elektrických obvodŧ je vyuţíváno analogových či digitálních měřících přístrojŧ. b) Elektrický obvod se realizuje fyzicky, k diagnostice stavu elektrických obvodŧ je vyuţíváno digitálních měřících přístrojŧ a signál je dále předáván k vyhodnocení počítači. c) Elektrický obvod se realizuje fyzicky, stavebnice je propojena s počítačem, signál je předáván k vyhodnocení počítači a k diagnostice stavu elektrických obvodŧ je vyuţíváno i simulovaných měřících přístrojŧ. Stavebnice mŧţe být řízena počítačem. d) Elektrický obvod se realizuje na počítači simulovaně, k diagnostice stavu elektrických obvodŧ je vyuţíváno simulovaných měřících přístrojŧ. e) Kombinované provedení z jiţ uvedených kategorií“(32). V jejich rámci lze pak rozlišit následující skupiny stavebnic: 1) „směr součástky na společné desce – vývojový proud elektrotechnických stavebnic, který lze označit jako „prvky na společné desce“, je charakteristický pevným umístěním elektrotechnických součástek na společnou základovou desku“(33). Příkladem stavebnice tohoto typu jsou například: Voltík „kde jsou elektronické součástky pevně namontovány na základní desce. Jejich montáţ je provedena aţ na výjimky ze spodní strany a seshora se provádí jejich propojování zasouváním odizolovaných vodičŧ do kovových zdířek a jejich mechanickým upevněním pomocí gumových kolíčkŧ. Jedná se tedy o rozebíratelné spoje“(34). Logitronik 01 a 02 „Elektrotechnické stavebnice Logitronik 01 a 02 představují sadu dvou vzájemně na sebe navazujících elektrotechnických stavebnic pro výuku logických obvodŧ“(35). „Součástky jsou pevně uloţeny v součástkových polích a zakončeny pruţinkami. Vzájemně se propojují drátovými vodiči, jejichţ konce se zasunují mezi závity pruţinek. U kaţdého zapojení je uveden výklad jeho činnosti, případně jeho aplikace ve skutečném počítači“(36).

- 20 -

2) „směr propojovací pole – tento směr klade akcent na bezprostřední manipulaci se součástkami tak, aby se činnost ţákŧ maximálně blíţila praxi. Součástky nejsou uchyceny na ţádných nosných štítcích, základových deskách či kostkách a nepropojují se navzájem vodiči“(37). Příkladem stavebnice tohoto typu je například: Kontaktní nepájivé propojovací pole „je typ elektrotechnické stavebnice, který umoţňuje ţákŧm bezprostřední manipulaci se součástkami. Jde o jakousi elektronickou dílnu, kde jsou nahrazeny pájené spoje spoji zásuvnými, coţ je výhodné tím, ţe součástky jsou i po pouţití neporušeny a je umoţněno jejich opětovné pouţití“(38).

3) „směr volný výběr mobilních prvků – stavebnice koncepcí spadajících do tohoto směru jsou příznačné volností elektrotechnických součástek, je moţná jejich mobilita“(39). Příkladem stavebnice tohoto typu mŧţe být například stavebnice LOGO! „LOGO! představuje univerzální řídicí a spínací modul, který vyuţívá vstupních a časových informací a jednoduše vyplňuje místa aplikačních řešení, která by se řešila více přístroji“(40). „LOGO! zahrnuje: řídicí člen, ovládací tlačítka a zobrazovací jednotku, zdroj, rozhraní pro rozšiřovací moduly, rozhraní pro programování a kabel pro spojení s PC, předprogramované základní funkce, které jsou při kaţdodenní práci často pouţívané, např. logické funkce, čítače, funkce zpoţděného zapnutí/vypnutí, proudová pulzní relé nebo programovatelná tlačítka“(41).

4) „směr pájené spoje – tento směr konstruování elektrotechnických stavebnic je charakteristický svou blízkostí k elektrotechnické praxi. Ţáci bezprostředně manipulují se součástkami, které jsou vybrány pro potřeby sestavení určitého zařízení. Ty se osazují na výrobcem připravenou desku plošného spoje, čímţ je zajištěno vodivé propojení mezi součástkami, a postupně se k ní pájejí“(42). K tomuto směru patří například: Výukové stavebnice SMD Stavebnice jsou určeny zejména k manuálnímu zvládnutí technologie povrchové montáţe(43).

5) „směr simulace pomocí počítače – jeden z nových trendŧ, kdy jsou tradiční elektrotechnické stavebnice obsahující reálné elektrotechnické součástky nahrazovány počítačovými

programy,

které

umoţňují

simulovat

činnosti

spojené

s elektrotechnickými stavebnicemi (výběr součástek, jejich propojení, oţivení obvodu atp.). (...) Nejsou třeba ţádné reálné měřící přístroje, neboť programy obsahují nejrŧznější multimetry i osciloskopy. Součástková základna je dostatečně široká, umoţňuje realizaci i sebesloţitějších elektrických obvodŧ. Nevýhodou tohoto typu

- 21 -

stavebnic je, ţe ţák jiţ nemanipuluje s technickými objekty, s elektrotechnickými součástkami, ale jen s jejich zobrazeními“(44). Charakteristickými strukturálními částmi těchto stavebnic je: -

„hardwarové vybavení (PC) sestávající z procesoru, základní desky, pevného disku, optické mechaniky, grafické karty a monitoru PC a rozhraní počítače,

-

periferní zařízení, k nimţ patří klávesnice, myš,

-

softwarové vybavení (výukové programy)“(45).

-

součásti stavebnice tvoří samostatné prvky – moduly – které jsou navzájem kombinovatelné.

Ve srovnání s klasickými stavebnicemi tyto nejmodernější stavebnice umoţňují –

provádění automatizovaných měření,

–

grafické zobrazování naměřených hodnot,

–

integraci více druhŧ měřicích přístrojŧ,

–

rychlé provádění jednotlivých úkonŧ (zejména měření apod.),

–

„ve výuce slouţí nejen jako zdroj informací, ale zároveň také jako prostředek pro vyhodnocování dat (např. provedených měření) nebo jako univerzální měřicí přístroje se sběrem dat, na kterých mohou ţáci sami provádět fyzikální experimenty, měřit rŧzné fyzikální veličiny, získávat data a vyhodnocovat je“(46).

Určitou nevýhodu těchto systémŧ ve srovnání s klasickými stavebnicemi naopak lze spatřovat zejména v tom, ţe -

ţáci nepracují s reálnými součástkami, ale pouze s jejich napodobeninami,

-

nejsou jednoduše mobilní,

-

bez výpočetní techniky nefungují měřicí přístroje,

-

tyto systémy kladou zvýšené nároky na čistotu prostředí, v němţ jsou pouţívány,

-

pořizovací cena je vyšší.

K této nejnovější generaci stavebnic patří například systém DOMINOPUTER, jeho modernější nástupce RC 2000 (MIKROLAB) či COM 3 LAB.

- 22 -

IV. Stavebnice MIKROLAB (dříve RC 2000) Stavebnice MIKROLAB je jedním z nejmodernějších výukových systémŧ, které jsou v současné době na trhu k dispozici a které mŧţe učitel odborného výcviku v oboru elektronika v současné době pouţívat. Poznámka k názvu stavebnice Dříve se tato stavebnice prodávala pod obchodním názvem RC 2000. V některých odborných článcích a textech se proto mŧţeme setkat s označením RC 2000. RC 2000 i MIKROLAB jsou totoţné systémy, MIKROLAB obsahuje ve srovnání s RC 2000 další inovace. 1. Didaktické aspekty stavebnice MIKROLAB Teoretická východiska pro sestavení souboru didaktických aspektŧ relevantních pro stavebnici MIKROLAB tvoří články J. Dostála(47), (48), (49) (s vyuţitím prací M. HavelkaČ. Serafín(50), D. Novák(51) a O. Janda(52). 1.1. Obecná charakteristika „Jedná se o víceúčelovou slaboproudou ţákovskou stavebnici určenou pro výuku obecné elektrotechniky a elektroniky, měřící a regulační techniky na středních a vysokých školách. V případě potřeby lze tento systém vyuţít také jako stavebnici demonstrační. Stavebnice je vhodná pro začátečníky i pro pokročilé a je určena pro profesní vzdělávání v oborech elektronika, strojírenství, doprava, stavebnictví, chemie, zemědělství aj.“(53). Z hlediska konstrukčního uspořádání se jedná o stavebnici se samostatnými volnými funkčními

jednotkami

i stacionárními)

a

se

zapojovacími

jednotkami

(moduly)

(mobilními

(54)

. Základní součásti této stavebnice tvoří jednotlivé vzájemně plně

kompatibilní moduly obsahující jednotlivé elektrotechnické součástky určené pro zapojování do univerzálního propojovacího pole nazývaného modul prvkŧ. Spoje mezi prvky jsou rozebíratelné, zásuvkové. Při sestavování obvodŧ a součástek se vyuţívá reálných prvkŧ i prvkŧ simulovaných počítačem. Jedná se o stavebnici s otevřeným systémem (stavebnici mŧţeme dále doplňovat o další součástky nebo i celé obvody). Jednotlivé moduly je moţné mezi sebou navzájem kombinovat. Kromě modulŧ obsahuje systém základní laboratorní přístroje, které mohou nahradit tradiční laboratorní přístroje a tím vytvořit na pracovišti velmi produktivní mikrolaboratoř.

- 23 -

1.2. Výrobce Výrobcem stavebnice je firma RC společnost s r.o. přístroje pro vědu a vzdělání Praha, která se specializuje na vývoj a výrobu učebních pomŧcek pro elektrotechniku, elektroniku, digitální techniku a řídicí a regulační techniku. Firma RC byla zaloţena v roce 1990, avšak navázala na předchozí zkušenosti svých zakladatelŧ Václava Černocha a Ivana Runczika s výukou fyziky a elektroniky. Výrobce stavebnici dále zdokonaluje a rozšiřuje spektrum jejích součástí(55). V současné době se stavebnice prodává pod obchodním názvem MIKROLAB. 1.3. Pořizovací cena Pořizovací cena jedné soupravy stavebnice pro dva ţáky se pohybuje kolem 200 000 Kč. 1.4. Návaznost na jiné stavebnice Stavebnicový systém MIKROLAB je modernějším nástupcem stavebnice Dominoputer, která se na mnoha školách pouţívá doposud, takţe vyučující, kteří měli moţnost pracovat s Dominoputerem, nemají problém s adaptací na novější systém MIKROLAB. Vzhledem k tomu, ţe systém MIKROLAB pracuje principiálně na stejné bázi jako Dominoputer, jsou moduly obou stavebnic vzájemně kompatibilní, takţe je moţné některé

starší

moduly

stavebnice

Dominoputer

s úspěchem

pouţívat

také

v MIKROLAB. Výjimku tvoří základová jednotka stavebnice Dominoputer, kterou nelze u stavebnice MIKROLAB pouţít, a dále nelze pouţít napájecí zdroj, neboť inovovaný systém MIKROLAB funguje s napětím 5,35 V, zatímco starší systém DOMINOPUTER pracoval s napětím 5V. MIKROLAB je navíc vybaven centrální měřicí jednotkou. Všechny ostatní moduly aktivních a pasivních prvkŧ je moţné pouţívat. 1.5. Technické parametry systému „Základní součásti stavebnice tvoří základová jednotka, PC s konektorem COM, systém Windows XP a ovládací software. Dalšími nezbytnými součástmi nutnými pro fungování systému jsou přístrojové moduly, moduly aktivních a pasivních prvkŧ a číslicové moduly. Jednotka PC interface MIKROLAB obsahuje dva diferenciální vzájemně oddělené analogové vstupy, jeden analogový výstup, jeden čítač, řídicí a časovací obvody potřebné pro spouštění experimentu, osm digitálním vstupŧ a osm

- 24 -

digitálních výstupŧ pro záznam a generování rŧzných logických stavŧ. Maximální kmitočet vstupního signálu je 10 kHz, vzorkovací kmitočet je 1 MHz, rozlišení analogových převodníkŧ je 8 bitŧ. Archivační soubor obsahuje 500 časových vzorkŧ pro všechny měřené kanály. Vlastní komunikace s počítačem je řešena pomocí sériové linky a celá sestava je řízena programem rc 2000“(56). 1.6. Základní části stavebnice Učební systém MIKROLAB se skládá z rŧzných modulŧ, k nimţ patří např. operační zesilovače, tranzistory, RLC dekády, spínací moduly, regulační moduly, digitální moduly a další elektronické prvky. Kromě těchto modulŧ obsahuje systém základní laboratorní přístroje, např. generátory signálu, voltmetry, osciloskopy, logické analyzátory, měřiče charakteristik, měřiče amplitud a fázových charakteristik, které mohou nahradit tradiční laboratorní přístroje. 2. Moduly systému MIKROLAB 2.1. Hardware Mezi nejdŧleţitější hardwarové moduly systému MIKROLAB patří přístrojové moduly, dále moduly aktivních a pasivních prvkŧ, číslicové moduly, regulační moduly, třífázová soustava a propojovací moduly. O vybraných modulech, které jsou pro fungování systému nejdŧleţitější, se zmíníme podrobněji. 2.2. Přístrojové moduly Přístrojové moduly patří mezi nejdŧleţitější součásti celého systému. Základ tvoří měřicí jednotka ADDU (Analog & Digital Data Unit), která zajišťuje spojení mezi učebním systémem MIKROLAB a počítačem přes RS232. Přes toto spojení se shromaţďují data z kontrolovaného spoje, zpracovávají se a odesílají se zpět. Měřicí jednotka ADDU + výukové programové vybavení

- 25 -

Modul ANALOG & DIGITAL DATA UNIT umoţňuje měřit a generovat analogové a číslicové signály. Měřicí jednotka komunikuje s počítačem PC pomocí USB nebo sériové linky (rozhraní RS232). Ve spojení s programovým vybavením (PC programy) mŧţe měřicí jednotka pracovat v následujících měřicích módech: 1.

Dvoukanálový osciloskop (program OSCILLOSCOPE) – dvoukanálové diferenciální měření napětí.

2.

Jednokanálový osciloskop a analogový generátor (program OSCILLOSCOPE+GEN) jednokanálové generování napětí a jednokanálové diferenciální měření napětí.

3.

Voltampérové charakteristiky (program V/A CHARACTERISTICS).

4.

Frekvenční

charakteristiky

(program

FREQUENCY

CHARACTERISTICS)

-

měření

amplitudové a fázové frekvenční charakteristiky obvodŧ. 5.

Logický analyzátor (program LOGIC ANALYZER) - osmikanálové měření logických signálŧ

6.

Logický analyzátor a logický generátor (program LOGIC ANALYZER+GEN) -osmikanálové generování logických signálŧ a současné osmikanálové měření logických signálŧ.

7.

Dvoukanálový čítač (COUNTER).

Rozměr: 200×150×40mm

Funkční generátor

Programovatelný generátor sinusového a obdélníkového napětí. Velmi přesné a stabilní nastavení frekvence metodou DDS (Direct Digital Synthesis). Inkrementální nastavení všech parametrŧ – frekvence, amplitudy a offsetu. Plovoucí výstup generátoru AC. Synchronizační výstup Sync slouţí ke startu měření. Výstup chráněn elektronickou pojistkou proti přetíţení. Výstupní odpor Rout< 0,1 ohm – generátor se chová jako ideální zdroj napětí. Rozměr 100×100×40mm

- 26 -

Programovatelný zdroj napětí

Procesorem řízený zdroj vysoce stabilního stejnosměrného napětí. Přesné inkrementální nastavení výstupního napětí (hrubě tlačítky Coarse, jemně tlačítky Fine). Plovoucí výstup zdroje DC. Výstupní odpor ROUT<0,1 ohm – zdroj se chová jako ideální zdroj napětí. Výstup chráněn elektronickou pojistkou proti přetíţení. Paměť (MEM) pro osm hodnot výstupního napětí. Rozměr: 100×100×40mm

Voltmetr DC&AC RMS

DC 4,5 místný voltmetr. DC vstupní odpor Rin=10Mohm (200mV, 2V, 20V), Rin>10Gohm (200mV, 2V). AC 3,5 místný True RMS voltmetr. AC vstupní impedance Zin=10Mohm/50pF. AC frekvenční rozsah 5Hz-10kHz. Automatická nebo manuální volba rozsahu voltmetru. Matematické funkce. Rozměr: 100×100×40mm

- 27 -

Budič

Výkonový operační zesilovač se zesílením A=1. Výstupní proud omezen na 200mA s indikací přetíţení a odpojením výstupu. Modul chráněn proti teplotnímu přetíţení. Rozměr: 100×50×40mm

2.3. Moduly aktivních a pasivních prvků Bipolární tranzistor

Modul zapojení bipolárního tranzistoru se systémem ochran pro tranzistor BC546 nebo obdobný typ (tříkolíkový konektor). Ochrana transistoru: přechod BE – Rb=200ohm, přechod Ce – Rc=120ohm, ochranné odpory moţno přemostit spojkami. Parametry transistoru BC546: o

zesilovací činitel ß=120–220 pro Uce=5V, Ic=2mA,

o

max. kolektorový proud Icmax=100mA,

o

saturační napětí Ucesat<0,6V pro Ic=100mA, Ib=5mA.

Rozměr 100×100×40mm Operační zesilovač Tyristor Odporová dekáda 1 (20-1019 ohm) Odporová dekáda 2 (1k-999kohm) Kapacitní dekáda Kapacitní sestava

- 28 -

Cívka Transformátor Sada prvků

2.4. Číslicové moduly Univerzální číslicový modul Sada karet Logická sonda Volič logických stavů Časová základna

2.5. Regulační moduly Soustava motor – generátor PID regulátor Zpoţďovací členy Rozdílový člen

2.6. Třífázová soustava Modul třífázové soustavy Modul umoţňuje studovat vlastnosti třífázové soustavy. Modul obsahuje dvě základní části: část zdrojovou (SOURCE) a část zátěţe (LOAD) umoţňující libovolné vzájemné propojení. Procesorem řízený generátor tří fázově posunutých harmonických napětí o frekvenci 50Hz. Napětí inkrementálně nastavitelné v rozsahu 0,1 – 10Vmax. Zobrazuje se maximální Vmax nebo efektivní Vrms hodnota signálu (tlačítko Unit). Maximální výstupní proudy Imax=8mA. Plovoucí výstup generátorŧ. Zanedbatelné výstupní odpory (Rout=0,1ohm) – generátor se chová jako ideální zdroj napětí. Výstupy chráněny elektronickou pojistkou, přetíţení indikováno červenou LED. Propojovací pole umoţňuje zapojení do hvězdy nebo trojúhelníku se symetrickou nebo nesymetrickou zátěţí. Měření proudu v jednotlivých větvích obvodu pomocí převodníkŧ I/U (1mA/1V, RL>10kohm). Rozměr: 250×150×40mm Příslušenství modulu 3 FS

- 29 -

2.7. Propojovací moduly Rozvod napájení modulů Modul prvků Modul s paticí Modul s paticí Sada kabelů

2.8. Software Programové vybavení systému MIKROLAB(57).

3. Moţnost inovace a rozšíření „Moduly stavebnice splňují nároky kladené na nejmodernější elektrotechnické součástky. Modularita systému umoţňuje téměř neomezené rozšiřování o nové přístroje přípravky“(58). Velkou výhodou systému je, ţe lze jednotlivé moduly přikupovat postupně. Firma dodávající stavebnici prŧběţně vyvíjí další moduly vyuţitelné multioborově. K nejnovějším inovacím stavebnice v tomto smyslu patří moduly pro regulační techniku a moduly třífázová soustava. Stavebnici je tak dobře moţné dle potřeb a zaměření příslušné školy a náplně jednotlivých vyučovaných oborŧ doplňovat a rozšiřovat. Firma dokáţe pruţně reagovat na poţadavky zákazníkŧ (škol) a je schopna v případě většího počtu zájemcŧ o určitý typ modulŧ takový modul speciálně vyvinout (tímto zpŧsobem například vznikly moduly Regulační soustava).

- 30 -

4. Odolnost systému Stavebnice MIKROLAB je systémem, který pracuje na bázi počítače. Je tedy nutné s touto stavebnicí zacházet citlivým zpŧsobem - jako s počítačem - aby nedošlo k jejímu poškození. Tomu odpovídají také nároky na umístění stavebnice, které jsou kvalitativně srovnatelné s poţadavky na zařízení učebny výpočetní techniky. Stavebnice nesmí být uchovávána v místnosti, kde dochází k pŧsobení chemických látek (není vhodné její umístění v dílně, kde ţáci v rámci odborného výcviku leptají desku plošných spojŧ) apod. Jednotlivé moduly stavebnice jsou vyrobeny z plastu a kombinovány s kovem. Pro všechny moduly je charakteristická „vysoká odolnost proti poškození při práci v laboratoři (zkrat, přetíţení, přepólování, náhodná záměna vstupu za výstup apod.) a ke spolehlivosti a odolnosti systému přispívají také mechanicky odolné zlacené konektory FRB o prŧměru 1,5mm“(59). 5. Bezpečnost systému „Bezpečnost systému je dána výběrem kvalitních, přesných a vysoce stabilních součástek, moduly jsou zajištěny proti chybnému napětí a je pouţíváno bezpečné napájecí napětí +5,35V“(60). Díky těmto charakteristikám je stavebnice MIKROLAB vhodným výukovým prostředkem splňujícím nejvyšší kritéria pro bezpečnost práce. 6. Filozofie systému - Oblasti vyuţití ve výuce „Stavebnice se v současné době se pouţívá na více neţ 300 středních a vysokých školách s širokým odborným spektrem oborŧ: elektronika, strojírenství, doprava, stavebnictví, chemie, zemědělství atd. Systém uţívají školy především v České a Slovenské republice, ale i v Německu, Rakousku, Rumunsku, Belgii a Islandu“(61). „Výuka se systémem MIKROLAB je zaloţena na reálném experimentu s podporou počítače. Moderní technologie, ochrana a přesnost jednotlivých modulŧ systému vede k souladu teoretické výuky s výsledky experimentu, tj. měření jsou „ideální“. Definovanou změnou obvodu je moţno realizovat situaci, která by nastala při pouţití méně přesných součástek. „Reálný“ experiment pěstuje ve studentech cit pro elektroniku a vede ke schopnosti lépe vyuţívat získané poznatky při další práci“(62). „Prioritou je dŧraz na vysvětlení základních principŧ elektrotechniky a elektroniky. Velká pozornost je věnována didaktickým vlastnostem systému, zejména moţnosti rŧzných měřicích a zobrazovacích zpŧsobŧ a jejich vzájemného porovnávání. Sestavování měřicích zapojení je názorné, ovládání mikrolaboratoře intuitivní a měření

- 31 -

je prezentováno přehledným zpŧsobem. Systém šetří čas a umoţňuje tak hlubší studium problémŧ“(63). „Hlavní oblasti vyuţití stavebnice ve výuce jsou reálná měření při teoretických přednáškách, při praktické laboratorní výuce a pro ověřování výsledkŧ výpočetních úloh měřením. Pomocí stavebnice lze demonstrovat například číselné soustavy, logické obvody – logické funkce, kombinační logické obvody, sekvenční logické obvody. Náročnost úloh pro práci se stavebnicí lze odstupňovat podle typu střední školy či náročnosti studijního oboru, pro jehoţ účely se MIKROLAB pouţívá“(64). 7. Výhody a nevýhody stavebnice Stavebnice umoţňuje pomocí počítačového systému zobrazovat charakteristiky rŧzných elektronických součástek a obvodŧ bez nutnosti jejich bodového měření a vynášení na milimetrový papír. Slouţí ke zvládnutí správných postupŧ při měření a při sestavování číslicových obvodŧ. Se stavebnicí obvykle měří studenti ve dvojicích, coţ přispívá k rozvíjení spolupráce mezi ţáky a umoţňuje snadnější kontrolu chyb, které mohou vzniknout při zapojování. 7.1. Výhody stavebnice K hlavním výhodám stavebnice můţeme zařadit tyto:(65) Funkční a fyzická kompatibilita modulŧ. Dokonalé provedení spojŧ (kontakty jsou zlaceny). Vysoká přesnost součástek modulŧ. Stavebnicová konstrukce umoţňuje variabilitu, modifikace jsou většinou moţné změnou sady pouţívaných modulŧ. Umoţňuje napojení měřicího pracoviště na běţné měřicí přístroje (generátory, osciloskopy, voltmetry apod.) všemi běţnými zpŧsoby propojení. Automatizace rutinních měřicích a vyhodnocovacích úkonŧ pomocí počítače; systém řeší přenos dat do počítače, jeho programové zpracování včetně vizualizace měřených závislostí a export výsledkŧ na tiskárnu nebo do souboru. Moderní design. Firmou zajištěn servis, školení, poradenství.

Vedle těchto výhod lze uvést ještě výhody další. Jsou to zejména: Propojení teorie s praxí. Rychlé pochopení teorie díky moţnosti animace a provádění experimentŧ. Vyšší názornost výuky. Vyšší motivace ţákŧ. Moţnost práce ţákŧ samostatně i ve skupinách. Moţnost individuální péče o ţáky.

- 32 -

Moţnost odstupňovat náročnost řešených úloh podle typu školy. Metodicky zpracované úlohy pro práci se stavebnicí. Vysoká odolnost systému proti poškození. Rozvoj vlastní odpovědnosti a samostatnosti ţákŧ. Efektivní učení za krátkou dobu díky vlastní aktivitě ţákŧ. Moţnost kontroly úrovně znalostí ţákŧ. Souhlas teorie s praktickým měřením.

7.2. Nevýhody stavebnice Vedle mnoha výhod má stavebnice MIKROLAB také určité nevýhody. Patří k nim: Značná finanční náročnost na pořízení stavebnice (cca 200 000 Kč na jedno pracoviště) a s tím související nedostatečný počet sad. Pouţití PC interface je vázáno na prvky stavebnice, které jsou součástí její dodávky, a nelze jej vyuţít pro měření vlastních sestavených obvodŧ bez rizika zničení stavebnice. Pouţité součástky nejsou fyzicky vidět. Úlohy navrţené pro práci se stavebnicí nejsou odstupňovány podle náročnosti. Nedostatek úloh (relativní, závisí na počtu hodin, které jsou práci se stavebnicí věnovány). Při práci se stavebnicí dochází k mechanickému opakování postupŧ pro měření rŧzných typŧ úloh, přičemţ tyto postupy ne vţdy odpovídají běţným postupŧm měření v praxi.

8. Srovnání stavebnice MIKROLAB s jiným obdobnými systémy MIKROLAB

COM3LAB

Výrobce

RC Didactic Systems, ČR

Leybold Didactic GmbH, SRN

Oborové zaměření

elektrotechnika a elektronika

elektrotechnika a elektronika.

Typ školy, pro který

SOŠ, VŠ

obecně vzdělávací školy, SOU, SPŠ, VOŠ, samostudium, dálkové studium

je stavebnice určena Základní součásti

měřicí jednotka ADDU, CD-ROM se

základová jednotka (master unit) a

stavebnice

softwarem, moduly a prvky

přídavné zásuvné karty (experimentalboard) a CD-ROM se SW.

Přístrojové součásti

Speciální součásti

funkční generátor, programovatelný

2 digitální multimetry, 1 funkční

zdroj napětí, voltmetr DC&AC RMS,

generátor, 1 osciloskop, 1 logický

budič

analyzér a 1 čítač

Měřicí jednotka ADDU (Analog &

Zvláštním typem zásuvné karty je

Digital Data Unit), která zajišťuje

protoboard,

spojení mezi učebním systémem

samostatné navrhování elektronických

MIKROLAB a počítačem přes RS232.

zapojení.

Přes toto spojení se shromaţďují data

propojovací pole (breadboard) slouţí

z kontrolovaného spoje, zpracovávají se

k vytváření

a odesílají se zpět.

pomocí

který

je

určen

Kontaktní

nepájivé

libovolných

standardních

pro

zapojení

elektronických

- 33 -

součástek.

Software

protoboardu

umoţňuje pouţívat měřicí integrované

na

(multimetr,

přístroje

základové

osciloskop,

desce funkční

generátor, logický analyzér). Deska rovněţ obsahuje zásuvnou patici, která slouţí k připojení univerzální pájecí desky, na které lze realizovat libovolná zapojení

navrţená

na

kontaktním

nepájivém propojovacím poli. Simulační software electina je určen pro analogová

a

digitální

elektronická

zapojení. Slouţí k simulaci a analýze zapojení,

měření

a

hledání

chyb.

Obsahuje efektivní nástroje pro kontrolu vědomostí ţákŧ, zkoumání výsledkŧ učení a poznání technik hledání chyb. Nároky na hardware

PC s procesorem Pentium 4 a vyšší,

PC s procesorem 468 DX, Windows 95

a software PC

COM konektor, CD ROM, grafická karta

nebo vyšší, CD ROM, 16 bitová zvuková karta a grafická karta s 256 barvami

Dokumentace

Výukový systém rc 2000 – Seminář –

CD ROM s podrobným výkladem

Elektronika

teorie, který je oţiven obrázky,

Výukový systém RC 2000 – Stránky pro

animacemi, video nahrávkami, virtuální

inspiraci

laboratoř slouţící k měření reálných

Výukový systém MIKROLAB –

hodnot, funkční generátor, měřicí

Regulační technika

přístroje, assembler, supervisor slouţící k zobrazení úrovně vědomostí ţákŧ, identifikátor chyb slouţící k rozpoznání chybných údajŧ, chyb v zapojení.

Zaměření úloh

Stejnosměrný proud-střídavý proud

Stejnosměrný proud – střídavý proud

Logické funkce

Experimenty, animace – výklad

Výklad základních pojmŧ a zákonŧ

základních pojmŧ a zákonŧ

elektrotechniky

elektrotechniky

Elektronické součástky

Elektronické součástky

Operační zesilovače

Operační zesilovače

Regulační technika

Digitální technika – mikropočítačová technika Regulační technika Pneumatika

- 34 -

Automatizační a sběrnicová technika Vysílače – přijímače Modemy Digitální komunikační technika Automobilová technika Projektová práce Vhodnost pro výuku

Stavebnice je určena pro výuku

Stavebnice je určena pro výuku

Odolnost systému proti poškození

Odolnost systému proti poškození

---

Kompaktnost

Uţivatelský manuál

Uţivatelský manuál

--

Moţnost staţení demoverze programu

Propojení teorie a praxe

Propojení teorie a praxe

Názornost výuky

Názornost výuky

Motivace ţákŧ

Motivace ţákŧ

Moţnost práce samostatně i ve skupinách

Moţnost práce samostatně i ve skupinách

Rozvoj vlastní odpovědnosti a

Rozvoj vlastní odpovědnosti

samostatnosti ţákŧ

a samostatnosti ţákŧ

Efektivní učení za krátkou dobu díky

Efektivní učení za krátkou dobu díky

vlastní aktivitě ţákŧ

vlastní aktivitě ţákŧ

Rychlé pochopení teorie

Rychlé pochopení teorie díky moţnosti animace a provádění experimentŧ

Výhody stavebnice

Moţnost kontroly úrovně znalostí ţákŧ.

Moţnost kontroly úrovně znalostí ţákŧ

Moţnost provádění experimentŧ

Moţnost provádění experimentŧ

Jednoduchá a rychlá realizace zapojení

Příruční

Rychlá a snadná výměna modulŧ

Jednoduchá a rychlá montáţ i demontáţ

Snadná změna integrovaných obvodŧ

stavebnice

simulujících logické funkce v zapojení

Rychlá a snadná výměna zásuvných

Jednoduché ověřování funkčnosti

karet(66)

zapojení Rychlé získání výsledkŧ měření Při dodrţení základních parametrŧ stavebnice je moţné doplnit součástkovou základnu o vlastní prvky Výrobce umoţňuje součástky nakupovat postupně nebo je schopen vyrobit moduly na zakázku na přání zákazníka

- 35 -

9. Dokumentace Podstatným předpokladem úspěšnosti stavebnicového systému, který má slouţit k výukovým účelŧm na školách, je mimo jiné existence kvalitního návodu k uţívání a vzorových učebních úloh, jejichţ součástí je také řešení. Ke stavebnici MIKROLAB jsou v tomto smyslu k dispozici dvě broţury. Obě broţury mají jednotný vizuální styl, liší se pouze rozsahem a mírou metodického rozpracování úloh. Výukový systém RC 2000 – Stránky pro inspiraci Tento podkladový materiál je k dispozici také na internetových stránkách firmy RC Didactic Systems (pod odkazem Inspirace), a to v češtině, němčině a v angličtině. Broţura obsahuje soubor několika učebních úloh zaměřených na obvody střídavého proudu, elektronické součástky a na obvody s operačním zesilovačem. Broţura tvoří doplněk materiálu Výukový systém rc 2000 – Seminář – Elektronika a úlohy, které obsahuje, jsou rozšířením spektra úloh uvedených v příručce Seminář. K dispozici jsou úlohy zaměřené na tyto tématické okruhy: 1) Obvody střídavého proudu integrační a derivační RC článek – časová konstanta dolní a horní propust – mezní frekvence f dolní a horní propust – frekvenční charakteristika sériový obvod RLC – pásmová zádrţ sériový obvod RLC – pásmová propust paralelní obvod RLC – proud v rezonanci impedanční dělič T-článek frekvenční charakteristika

2) Elektronické součástky tranzistor – výstupní a vstupní charakteristika transil – V/A charakteristika diodový omezovač

3) Obvody s operačním zesilovačem komparátor s hysterezí rozdílový zesilovač astabilní multivibrátor obvod posunu fáze aktivní dolní propust 2. řádu.

- 36 -

Z metodického hlediska je tato broţura pro potřeby výuky méně vhodná, neboť obsahuje

pouze název úlohy, dále obrázek schématu zapojení s příslušnými

charakteristikami a dále obrázek výsledku měření, který by se měl při úspěšném zapojení zobrazit ţákovi na obrazovce počítače. Nicméně broţuru lze pouţít jako orientační pomŧcku pro utvoření představy, jaké typy úloh lze s pomocí stavebnice řešit. Pro pouţití ve výuce v podobě, v jaké jsou uvedeny v broţuře, jsou tyto úlohy pouţitelné s obtíţemi, neboť uţivatelé jsou odkázáni pouze na schéma zapojení a nemusí být vţdy zcela schopni se příslušným zpŧsobem zorientovat. Případné další informace nebo vysvětlení jednotlivých jevŧ proto musí ţákovi v případě potřeby dodat učitel, coţ klade značné nároky na přípravu učitele na vyučování, neboť učitel se musí nejprve sám v úloze zorientovat, připravit potřebné součástky dle schématu a eventuálně připravit další podklady pro ţáky, aby byli schopni úlohu realizovat. Na druhou stranu však broţura obsahuje také jiné typy úloh, neţ ty, které nejsou uvedeny v podrobném metodicky zpracované materiálu (viz níţe), takţe v případě potřeby lze tuto broţuru vyuţít k výukovým účelŧm do jisté míry také, ale za předpokladu příslušného rozšíření jednotlivých úloh o potřebné doplňující metodické informace. Vedle této orientační broţury dodává výrobce spolu se stavebnicí také metodicky podrobně zpracovaný podkladový materiál slouţící k výukovým účelŧm s názvem Výukový systém rc 2000–Seminář– Elektronika. Jedná se o metodicky podrobně zpracovaný podkladový materiál slouţící k výukovým účelŧm. Materiál má rozsah 62 stran a obsahuje komplexní učební úlohy rozvrţené do 3 problémových okruhŧ. Ke kaţdému tématickému okruhu je přiřazena jedna vzorová úloha. Stejnosměrné obvody Měření ve stejnosměrných obvodech (1 úloha) Theveninŧv teorém (1 úloha) Princip superpozice Střídavé obvody Měření ve střídavých obvodech Sériový rezonanční obvod Oscilátor s Wienovým článkem Diodové usměrňovače Elektronické součástky V/A charakteristiky elektronických součástek

- 37 -

Na rozdíl od výše zmíněné obecné broţury, která obsahuje pouze velmi schématické zadání úloh, je tento materiál koncipován jako metodický příklad pro vyuţití systému ve výuce. „Všechny úkoly byly testovány a zkoušeny společně s uţivateli systému MIKROLAB na školách“(67). Struktura úloh Kaţdá úloha obsahuje název a slovní zadání. „Úlohy jsou koncipovány od základu k nástavbě a jsou koncipovány pro „ideální“ přesné součásti, takţe teorie souhlasí s praktickým měřením“(68). Poté následuje oddíl Teorie, v němţ jsou stručně shrnuty podstatné teoretické poznatky nutné pro zvládnutí daného tématu. Dále je zde uveden seznam Pomŧcek, které jsou pro měření potřeba. Oddíl Měření je věnován jednak realizaci měřicího obvodu a také vysvětlení postupu měření. U odkazu Měřicí obvod je vţdy zobrazeno schéma zapojení jednotlivých součástek včetně příslušných charakteristik a pod Postupem měření je podrobně popsáno, jakým zpŧsobem lze měření provést. Pod odkazem Mód měření jsou vysvětleny funkce jednotlivých tlačítek, barevných symbolŧ, písmenných a číselných zkratek. Na závěr kaţdé úlohy je zařazeno několik obrázkŧ zobrazujících výsledky měření, které by se měly při úspěšném zapojení zobrazit ţákovi na obrazovce počítače. Podobnou strukturu má také další broţura dodávaná ke stavebnici Výukový systém MIKROLAB – Regulační technika. Úlohy, které broţura obsahuje, jsou podrobně metodicky zpracovány a jsou zaměřeny na okruhy Regulace časová analýza přenosových členŧ soustava T1 s P, I a PI regulátorem regulace otáček stejnosměrného motoru pomocí P, I a PI regulátoru Příloha - Soustava Motor-Generátor.

Za určitý nedostatek podkladového materiálu určeného pro výuku lze povaţovat fakt, ţe ke kaţdému okruhu či tématu je uvedena pouze jedna vzorová úloha. V případě potřeby dalších úloh tak vzniká problém tvořit úlohy vlastní. Rovněţ chybí odstupňování úloh podle náročnosti pro jednotlivé skupiny ţákŧ (není zohledněno, ţe spektrum uţivatelŧ stavebnice MIKROLAB sahá od učebních a studijních oborŧ středních škol aţ po specializované obory technických vysokých škol).

- 38 -

Z tohoto hlediska tedy mŧţeme konstatovat, ţe při vytvoření určité komplexně pojaté metodické příručky má výrobce stavebnice ještě značné rezervy. Vzhledem k tomu, ţe výrobce spolupracuje při tvorbě úloh s řadou škol a ţe řada škol, která systém pouţívá, se s tímto problémem pravděpodobně potýká, pomohlo by, kdyby bylo moţné úlohy, které jsou v současné době na školách k dispozici (některé jsou uveřejňovány na stránkách jednotlivých škol pouţívajících MIKROLAB) shromáţdit, metodicky zpracovat a eventuálně zpřístupnit i ostatním uţivatelŧm stavebnice. Při tvorbě úloh by bylo vhodné také zváţit odstupňování úloh podle náročnosti tak, aby bylo zřejmé, pro jaký typ školy a stupeň pokročilosti ţákŧ/studentŧ je daná úloha vhodná eventuálně takové úlohy zpracovat a doplnit. Celkově lze však metodickou příručku hodnotit jako kvalitní startovní podklad pro počátky práce se stavebnicí, kdy ještě vyučující ani ţáci nemají dostatek zkušeností, jak se systémem pracovat. Tento podklad se zároveň mŧţe stát východiskem a inspirací pro tvorbu dalších analogických úloh. V. Zařazení stavebnice do výuky na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61 ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, je státní příspěvková organizace, jejímţ zřizovatelem je Jihomoravský kraj. Je jednou z největších a nejmoderněji vybavených technických středních škol, které pŧsobí v Jihomoravském kraji. Škola poskytuje zejména komplexní sekundární odborné vzdělávání v řádném denním studiu ve tříletých učebních a čtyřletých studijních oborech denního studia zaměřených na elektroniku, strojírenství a informační technologie. Kromě řádného denního studia škola nabízí také dvouleté denní formy a tříleté dálkové formy nástavbového studia pro absolventy učebních oborŧ a aktivně se zapojuje také do dalších forem vzdělávání veřejnosti. Jedná se především o rekvalifikační kurzy pro nezaměstnané uchazeče o práci, kurzy na objednávku pro Okresní hospodářskou komoru v Brně, kurzy pro podnikatelské subjekty a v neposlední řadě o kurzy pro jednotlivé fyzické osoby dle jejich poţadavkŧ. Celkově ve všech formách řádného studia v současné době na škole studuje 1400 ţákŧ. PŘEHLED OBORŮ Elektrotechnické obory - studijní (maturita) o

Informační technologie (IT)

o

Mechanik elektrotechnik (ME)

- 39 -

Elektrotechnické obory - učební (výuční list) o

Elektromechanik pro zařízení a přístroje (MEZ)

Strojírenské obory - studijní (maturita) o

Strojírenství

o

Mechanik seřizovač

Strojírenské obory - učební (výuční list) o

Obráběč kovŧ

o

Puškař

Technicko - ekonomické - studijní (maturita) o

Ekonomika a podnikání - technická administrativa

o

Ekonomika a podnikání - management strojírenství

Nástavbové studium o

Provozní technika - denní

o

Provozní technika - dálkové

o

Elektrotechnika - dálkové

1. Koncepce výuky elektrooborů na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61 Cílem studia elektrotechnických oborŧ ve středoškolském rozsahu je, aby studenti získali nové odborné znalosti vyšší úrovně z oblasti spotřební a prŧmyslové elektroniky, měřicí, řídící a výpočetní techniky a informace o nových mikroelektronických prvcích, progresivních technologiích, měřicích a servisních zařízeních a aby byli schopni uplatnit je v praxi. Výuka ve všech oborech je proto koncipována na základě platných učebních dokumentŧ schválených MŠMT ČR tak, aby ţáci získali ucelený systém znalostí, dovedností a návykŧ, které jim umoţní orientaci i práci v oboru. Dŧleţitým prvkem při vytváření školních vzdělávacích programŧ je snaha o zajištění návaznosti učebních a studijních oborŧ a také propustnosti oborŧ a jejich nabídky od učebních, přes studijní aţ k vyššímu odbornému studiu. Hlavním kritériem pro volbu a zpracování učební látky je její přínos pro pochopení technických souvislostí a pro vzdělání ţáka jako spotřebitele a zaměstnance. Při volbě obsahu učební látky proto učitel bere v úvahu zejména aktuální stav vědy a techniky. Dalším dŧleţitým kritériem je pro učitele také rozsah teoretické výuky, který posléze musí přizpŧsobit rozsahu vyučovacích hodin, které jsou stanoveny pro praktické vyučování. Aby bylo zaručeno dosaţení vzdělávacího a učebního úkolu, vychází se účelově z předchozích znalostí a zkušeností ţákŧ (znalosti a záţitky, které ţáci získali na základní škole v předmětech fyzika a pracovní vyučování). Při koncepci učebního plánu se vychází také z aktuálních potřeb daného oboru na trhu práce (např. větší hodinová dotace je věnována výuce SMD součástek na úkor oprav televizí apod.).

- 40 -

Dŧraz je kladen také na zvláštnosti učebního oboru a na regionální zvyklosti (tradice elektrotechnického prŧmyslu, neboť ţáci primárně vstupují do pracovních procesŧ ve firmách v oblasti jejich bydliště). Snahou je výuku neustále zkvalitňovat a co nejvíce propojit teorii s praxí. Tomu napomáhají reference z praxe, exkurze do výrobních podnikŧ, kde ţáci mají moţnost konfrontovat své znalosti s praktickým vyuţíváním v těchto podnicích, účast na soutěţích odborné dovednosti, práce v úkolu pro určité firmy. Pouţívání specificky oborových originálních textŧ ve výuce, např. návodŧ na obsluhu, údrţbu a opravy, informací o výrobku a jeho pouţití, odborných časopisŧ, podporuje

nejen

schopnost

ţákŧ

orientovat

se

v elektronických

schématech

uveřejňovaných v národních i zahraničních materiálech, ale posiluje i jejich vztah k práci. Současně jsou ţáci vedeni k tomu, aby další potřebné informace dokázali získat z odborné literatury, časopisŧ a internetu, neboť tyto obory se velmi dynamicky vyvíjejí a celoţivotní soustavné doplňování znalostí je nezbytným předpokladem jejich úspěšného uplatnění na trhu práce. 2. Financování výuky Finanční prostředky na zajištění výuky škola získává primárně od MŠMT prostřednictvím krajského úřadu. Další příjmy školy se odvozují z jejích vlastních aktivit, zejména v rámci vlastní výrobní činnosti, dále z mimorozpočtových zdrojŧ od sponzorŧ a významnou část tvoří také finanční prostředky z projektŧ EU. 3. Profil absolventa V praxi se absolventi elektrotechnických oborŧ uplatňují primárně ve výrobní sféře (v podnicích, jejichţ oborové zaměření je orientováno na slaboproudou elektrotechniku) a sekundárně v oblastech zaměřených na opravárenskou, servisní a obchodní činnost v oboru slaboproudé elektroniky (v Brně např. Netbox, UPC, Elektroworld, Okay elektro, Datart apod.). Studenti oboru Informační technologie jsou připravováni pro činnosti spojené s provozem počítačŧ a počítačových sítí jako správce sítě. Absolventi oboru zabezpečují běţný provoz, opravy a antivirovou ochranu, popř. prodej, montáţ a servis prostředkŧ výpočetní techniky, realizaci počítačových sítí včetně komunikačních systémŧ, pracují ve studiích DTP apod. e Studenti oboru Mechanik elektronik se při svém studiu specializují na kancelářskou a výpočetní techniku, informační technologie, mechatroniku a spotřební elektroniku.

- 41 -

Absolventi oboru se uplatňují ve všech typech státního i soukromého sektoru při výrobě, montáţi, opravách a servisní činnosti slaboproudé elektroniky v rozsahu dle zaměření oboru, popř. ve své profesi při provozování samostatné podnikatelské činnosti. Obor Mechanik elektronik – mechatronika je prŧnikem vědomostí a dovedností z oborŧ: elektrotechnika, elektronika, mechanika, hydraulika, pneumatika, senzorika, informační technologie, programování a automatizované řízení. Po ukončení studia se tito studenti uplatňují. Ve všech typech státního i soukromého sektoru při výrobě, montáţi, opravách a servisní činnosti slaboproudé elektroniky v rozsahu z oblastí elektroniky, výpočetní techniky, programovatelných automatŧ, počítači řízených strojŧ, center, linek. Absolventi učebního elektrotechnického oboru Mechanik elektronických zařízení jsou připravováni pro činnost v oblasti veškeré slaboproudé elektroniky od spotřební, prŧmyslové, a výpočetní techniky ve výrobní a servisní sféře aţ po základy elektromontáţních prací. Po ukončení studia se tito studenti uplatňují ve všech typech státního i soukromého sektoru při výrobě, montáţi, opravách, servisní činnosti nejrŧznějších elektronických zařízení, měřicích, regulačních a zabezpečovacích zařízení apod. Řada studentŧ pokračuje po ukončení středoškolského studia ve studiu na vyšších odborných školách a na technických vysokých školách. 4. Zařazení stavebnice do výuky elektrooborů Na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, se nová verze stavebnice MIKROLAB pouţívá od roku 2003. Stavebnice je zařazena do praktické výuky 2. a 3. ročníkŧ denního studia studijních a učebních elektrotechnických oborŧ. Škola vlastní 5 kusŧ této stavebnice. Ročně má moţnost pracovat s touto stavebnicí přibliţně 400 ţákŧ studijních a učebních oborŧ elektro. Dŧvody zařazení stavebnice MIKROLAB do výuky elektrooborŧ: Stavebnice patří k nejmodernějším na trhu. Stavebnice je perspektivní, neboť se její jednotlivé moduly dají rozšiřovat a dokupovat. Práce se stavebnicí splňuje poţadavky na bezpečnost práce. Výuka se stavebnicí MIKROLAB je vysoce efektivní a přináší značnou časovou úsporu.

- 42 -

Stavebnice umoţňuje z větší části pokrýt laboratorní výuku pro slaboproud. Se stavebnicí mohou pracovat jak začátečníci, tak pokročilí, takţe náročnost úloh pro práci se stavebnicí lze odstupňovat podle zaměření střední školy a náročnosti studijního oboru, pro jehoţ účely se MIKROLAB pouţívá (výhoda zejména vzhledem k tomu, ţe se jedná o ISŠ). Stavebnice splňuje poţadavek názorného vysvětlení základních zákonitostí, pojmŧ a principŧ platných v elektrických obvodech(69). Stavebnice podporuje a rozvíjí základní technické dovednosti a znalosti ţákŧ(70). Konkretizuje abstraktní teoretické poznatky o elektrotechnických objektech(71). Podněcuje rozvoj rozumových schopností, fantazie, tvořivosti a schopnost řešit problémy(72). Ovládání stavebnice předpokládá a rozvíjí schopnost ţákŧ i učitele pracovat s výpočetní technikou, čímţ splňuje poţadavek rozvoje kompetencí ţákŧ v oblasti IT. 5. Technické zázemí nezbytné pro práci se stavebnicí Pro práci se stavebnicí je ve škole zřízena učebna v rozsahu pěti pracovišť vybavená pěti soupravami této stavebnice. Tím je zabezpečena výuka pro 10 ţákŧ v jednom vyučovacím dnu. Učebna je dále vybavena pěti ţákovskými počítači pro práci se stavebnicí MIKROLAB, jedním učitelským počítačem, dataprojektorem, laserovou tiskárnou pro tisk výsledkŧ měření a je připojena do sítě Internet pro vyhledávání informací. V plánu je rozšíření modulŧ a prvkŧ stavebnice o nové části zaměřené především na regulační techniku a řídicí systémy pro účely výuky v oboru mechatronika. 6. Teoretické předpoklady pro práci se stavebnicí Pouţívání stavebnice a její zařazení do výuky na ISŠ předpokládá, ţe se ţáci s podobným typem učební pomŧcky jiţ měli moţnost setkat na základní škole (v předmětech fyzika a pracovní vyučování), a tudíţ mají potřebné základní znalosti a představy o práci se stavebnicemi. Stavebnice je zařazena do výuky vyšších ročníkŧ, neboť stavebnice předpokládá hlubší znalosti v oboru fyzika a elektrotechnika minimálně v rozsahu středoškolské výuky (odborná terminologie, teoretická znalost jednotlivých elektrotechnických jevŧ

- 43 -

objevujících se v zadání úloh určených pro práci se stavebnicí, znalost Ohmova zákona, Kirchhoffových zákonŧ apod.), dále pak proto, ţe „vyţaduje hlubší znalosti z oblasti informatiky, neboť ţáci musí být schopni časové prŧběhy a rŧzné charakteristiky vyhodnotit a ukládat ve speciálním programu v počítači“(73). 6.1. Začlenění stavebnice MIKROLAB do výuky z hlediska ŠVP: Do výuky v oborech s elektrotechnickým zaměřením je stavebnice MIKROLAB začleňována v souladu s vymezeným obsahem učiva ŠVP zejména za účelem - zvládnutí abstraktnějších částí učiva, které jsou náročné na představivost. - ověřování teoretických východisek v praxi. - k nácviku provádění elektrotechnických měření. - k řešení experimentálních úloh. - pro vizualizaci úloh zaměřených na měření. - zvládnutí měření R, U, I základních elektronických součástek a materiálŧ, práce s katalogem. - osvojení zásad měření, sérioparalelní zapojení R a C, schopnosti zvládnout výpočet předpokládané hodnoty před měřením (dodrţování zásad měření a porovnat změřenou hodnotu sérioparalelního zapojení s výpočtem). - zvládnutí praktického měření jednoduchého obvodu (a samostatného vypracování daného měřicího úkolu). Stavebnice splňuje následující poţadavky vyplývající ze ŠVP: - stavebnice představuje vysoce moderní vyučovací prostředek přispívající k rozvíjení klíčových kompetencí ţákŧ středních škol – zejména kompetence k učení (schopnost aplikace teoretických znalostí v praxi; schopnost organizovat si práci; zpětná vazba osvojených znalostí), k řešení problémŧ (řešení problémových úloh; rozhodování), komunikativní, personální a sociální kompetence, občanské kompetence, kompetence k pracovnímu uplatnění a podnikatelským aktivitám (odpovědnost za odvedenou práci), kompetence vyuţívat prostředky informačních a komunikačních technologií a pracovat s informacemi (rozvíjí schopnost ţákŧ pracovat s výpočetní technikou a pracovat se získanými informacemi). Stavebnice napomáhá dosaţení následujících cílŧ výuky tak, aby byl ţák schopen: - pouţívat elektronické stavebnice pro sestavování jednoduchých elektronických obvodŧ. - změřit přístrojem danou součástku a porovnat ji s katalogovou hodnotou.

- 44 -

- dodrţovat zásady měření a dokázal porovnat změřenou hodnotu sérioparalelního zapojení s výpočtem. - dovedl provést simulace činností elektronických obvodŧ a samostatně vytvořit z výsledkŧ měřící protokoly. Při práci se stavebnicí je zajištěno dodrţování bezpečnostních předpisŧ, pracovní hygieny, poţárních předpisŧ a školního řádu. 6.2. Koncepce výukového bloku pro práci se stavebnicí Učivo praktického vyučování je rozděleno v rámci ŠVP do tématických plánŧ výuky pro jednotlivé ročníky a zde je dále rozděleno do jednotlivých výukových blokŧ. V rámci blokové výuky se stavebnicí MIKROLAB je výuka rozčleněna takto: 2. ročník Obor

Tématický celek

Téma

Vzdělávací cíl

Hodinová dotace

Počítačové

sítě

a

Aplikace

Simulace

Ţák je schopen pouţívat

informační systémy

elektronických

elektronických

elektronické stavebnice pro

IT2

obvodŧ

obvodŧ

sestavování

15 hodin

jednoduchých

elektronických

obvodŧ.

Dovede provádět simulace činností

elektronických

obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly. Mechanik

Sestavování,

Simulace

Ţák je schopen pouţívat

elektrotechnik

výroba a opravy

elektronických

elektronické stavebnice pro

jednoduchých

obvodŧ

sestavování

jednoduchých

elektronických

elektronických

zařízení

Dovede provádět simulace činností

28 hodin

obvodŧ.

elektronických

obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly. Elektromechanik pro

Sestavování,

Simulace

Ţák je schopen pouţívat

zařízení a přístroje -

výroba a opravy

elektronických

elektronické stavebnice pro

mechanik

jednoduchých

obvodŧ

sestavování

elektronických

elektronických

elektronických

zařízení

zařízení

Dovede provádět simulace činností

jednoduchých obvodŧ.

elektronických

obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly.

35 hodin

- 45 -

3. ročník Obor

Tématický celek

Téma

Vzdělávací cíl

Hodinová dotace

Mechanik

Výpočetní

Simulace

Ţák

je

schopen

elektrotechnik

technika

elektronických

elektronické

obvodŧ

sestavování

pouţívat

stavebnice

35 hodin

pro

jednoduchých

elektronických

obvodŧ.

Dovede

simulace

provádět

činností

elektronických

obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly. Mechanik

Sloţité digitální

Simulace

Ţák

elektronických

celky

elektronických

elektronické

zařízení

s integrovanými

obvodŧ

sestavování

obvody

je

schopen

pouţívat

stavebnice

28 hodin

pro

jednoduchých

elektronických

obvodŧ.

Dovede

simulace

provádět

činností

elektronických

obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly. Elektromechanik

Sloţité digitální

Simulace

Ţák

celky

elektronických

elektronické

přístroje – mechanik

s integrovanými

obvodŧ

sestavování

elektronických

obvody

pro

zařízení

zařízení

a

je

schopen

pouţívat

stavebnice

28 hodin

pro

jednoduchých

elektronických

obvodŧ.

Dovede

simulace

provádět

činností elek. obvodŧ a tvořit z výsledkŧ měřicí protokoly.

V úvodu celého výukového bloku, který je zaměřen na práci se stavebnicí MIKROLAB, jsou ţáci seznámeni se stavebnicí jako takovou, s principem jejího fungování, s počítačovým systémem, na jehoţ bázi stavebnice pracuje, se základními moduly stavebnice a také s grafickou nástavbou systému. Vyučující ţákŧm po úvodní instruktáţi za pomoci stavebnice názorně předvede konkrétní příklady propojení jednotlivých modulŧ podle zadaného schématu a vysvětlí funkci jednotlivých tlačítek v počítačovém programu, který simuluje výsledky měření. Vyučující zároveň také upozorní ţáky na moţná problémová místa, která mohou při práci se stavebnicí vzniknout, jakým zpŧsobem jsou zobrazovány výsledky měření, a co všechno lze

- 46 -

z těchto výsledkŧ vyčíst. V dalších hodinách navazujících na tento teoretický úvod jiţ ţáci se stavebnicí pracují samostatně dle jednotlivých zadání. Stavebnice je navrţena velmi intuitivně. Ţáci jsou tudíţ

schopni jiţ po krátkém úvodním seznámení se

stavebnicí pracovat samostatně. V úvodu jednotlivých hodin pak vyučující provádí pouze stručný teoretický výklad dané problematiky (daného zákona, jehoţ platnost má být ověřena), a poté ţákŧm zadá úkol a schéma zapojení. Ţáci si potřebné prvky stavebnice vybírají sami dle zadaného schématu a realizují jejich zapojení v systému. Pracují samostatně a vyučující pouze kontroluje, zda ţáci danou problematiku pochopili, ověřuje správnost zapojení a hodnotí výsledky jejich práce. Vyučující také dohlíţí na dodrţování zásad bezpečnosti práce při práci se stavebnicí. 6.3. Typy úloh řešené se stavebnicí na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61 Výhodou stavebnice MIKROLAB je, ţe se stavebnicí mohou pracovat začátečníci i pokročilí. Začátečníkŧm jsou určeny moduly zaměřené na úvod do elektroniky, na poznání vlastností elektrického proudu a napětí, funkce osciloskopu a výstupních charakteristik tranzistoru. Pokročilejším jsou určeny moduly zaměřené na rozvoj dosavadních znalostí, které však umoţňují také volné experimentování. Tomuto základnímu rozdělení modulŧ odpovídá také zařazení konkrétních úloh do konkrétních ročníkŧ studia. Při výuce ve 2. ročníku se nejvíce vyuţívají Přístrojové moduly a Moduly aktivních a pasivních prvkŧ, neboť ţáci se teprve seznamují se stavebnicí jako takovou a s její grafickou a měřicí nástavbou. Další činnost se stavebnicí je zaměřena na simulaci elektronických obvodŧ. Ţáci se stavebnicí realizují úlohy zaměřené na měření elektronických součástek a realizaci a proměřování základních elektrotechnických zapojení na základě schémat elektronických obvodŧ. Cílem výukového bloku je, aby ţáci byli schopni sestavit a proměřit obvod podle zadání. Ţáci se stavebnicí postupně řeší jednotlivé didakticky zpracované úlohy uvedené v příručce SEMINÁŘ. Tyto úlohy jsou koncipovány od jednoduchých k sloţitějším a jsou zaměřeny na: Měření ve stejnosměrných obvodech Měření ve střídavých obvodech Elektronické součástky.

- 47 -

Následně (po získání větší jistoty při práci se stavebnicí) za účelem doplnění a procvičení řeší ţáci také úlohy uvedené v příručce STRÁNKY PRO INSPIRACI, které jiţ nejsou podrobně didakticky zpracovány a které jsou zaměřené na: Obvody střídavého proudu Elektronické součástky Obvody s operačním zesilovačem. Podrobná tématická náplň těchto úloh je uvedena výše v oddíle Dokumentace ke stavebnici MIKROLAB. Při výuce ve 3. ročníku se nejvíce vyuţívají Přístrojové moduly a Číslicové moduly. Ţáci jiţ při práci se stavebnicí řeší náročnější úlohy zaměřené na „měření v číslicové technice a na měření na kombinačních a sekvenčních logických obvodech“(74). Cílem výuky je, aby ţáci byli schopni samostatně sestavit a proměřit obvod podle zadání. V rámci stavebnice jsou za účelem zvládnutí těchto náročných pasáţí učiva k dispozici integrované obvody reprezentované kartami s magnetickým kódem určujícím typ integrovaného obvodu. 6.4. Vyučovací metody pouţívané při práci se stavebnicí Výhodou stavebnice MIKROLAB je, ţe se jedná o systém, který je vyuţitelný při teoretické i při praktické výuce, takţe se systémem mŧţe pracovat jak učitel (například při

výkladu

sloţitějších

teoretických

částí

učiva,

při

demonstraci

určitých

elektrotechnických jevŧ během výuky), tak ţáci při realizaci konkrétních pracovních úkolŧ v praktickém vyučování. Při práci se stavebnicí MIKROLAB ve výuce je moţné uplatnit rŧzné vyučovací metody. Volba vyučovací metody vţdy závisí na tématu a výchovně vzdělávacím cíli vyučovací hodiny a na zadání konkrétní úlohy, kterou mají ţáci se stavebnicí MIKROLAB řešit. Lze pouţívat následující výukové metody(75),(76): Metody zprostředkování hotových vědomostí, dovedností a návyků - metoda názorně-demonstrační. Tato metoda se uplatňuje při frontální výuce, kdy učitel zejména v teoretických hodinách vysvětluje pomocí stavebnice určité problémové okruhy a náročnější pasáţe učiva. Stavebnici MIKROLAB lze dobře vyuţít k prezentaci teoretického učiva,

- 48 -

k rychlé a názorné simulaci určitých situací vznikajících v elektrotechnických obvodech a k demonstraci výsledkŧ měření za pomoci počítače. V této souvislosti je stavebnice vhodná například k demonstraci Kirchhoffových zákonŧ, fázových posunŧ u kondenzátorŧ, cívek, charakteristik součástek a k ukazování změn na výstupu při výměně součástek v obvodu. Metody a formy aktivní práce ţáků - metoda samostatné práce. Tato metoda se v hodinách praktického vyučování s MIKROLABEM vyuţívá zejména při procvičování jiţ zvládnutých pasáţí učiva, kdy ţáci řeší se stavebnicí úlohy zaměřené na reprodukci získaných vědomostí a na opakování jiţ získaných vědomostí, dovedností a návykŧ. Uplatňuje se zejména u úloh obdobného charakteru, jaký má vzorová úloha uvedená v podkladu k práci se stavebnicí s názvem SEMINÁŘ (úlohy na procvičování určitého typu zapojení, úlohy na proměřování určitých veličin). „Ţáci tyto úlohy mohou řešit individuálně nebo v malých skupinách, kdy například jeden ţák provádí měření a ostatní členové skupiny získané informace zpracovávají a získané výstupy měření zapisují do protokolu. Učitel v této fázi výuky v podstatě plní pouze funkci dozoru nad ţáky, provádí kontrolu zapojení a výstupŧ, klasifikuje a dohlíţí na dodrţování zásad bezpečnosti práce“(77). - problémová metoda (metoda řešení problémových otázek a úkolů). Tato metoda se uplatňuje při řešení úloh problémových, které předpokládají „aktivní přístup ţákŧ a zároveň také aktivní spolupráci mezi všemi členy pracovní skupiny (a případně také učitelem) a dále (...) také komunikaci mezi ţáky a mezi učitelem a ţáky“(78). Tuto metodu lze vyuţít při práci se stavebnicí MIKROLAB zejména ve 3. ročníku, kdy jiţ ţáci mají hlubší teoretické znalosti z oboru Elektronika, tak rozsáhlejší zkušenosti při práci s touto stavebnicí. - problémově orientované školní experimentování, laborování a práce v dílnách. Vzhledem k tomu, ţe většina didakticky zpracovaných úloh pro výuku v podkladovém materiálu SEMINÁŘ, není na problémově orientované školní experimentování zaměřena, předpokládá pouţití této metody předchozí úpravu (přeformulování) textu zadání konkrétní úlohy tak, aby mohla být k tomuto účelu pouţita. Učitel si musí předem ověřit, zda je úloha zadaná jako problémová realizovatelná v praxi, coţ s sebou přináší značné časové nároky na přípravu na vyučování.

- 49 -

- projektová výuka. Stavebnice MIKROLAB v zásadě umoţňuje také projektovou výuku. Tento typ výuky se stavebnicí MIKROLAB však přichází na ISŠ v úvahu pouze u ţákŧ 3. ročníku, a to spíše studijních neţ učebních oborŧ. Vzhledem k tomu, ţe podklady ke stavebnici MIKROLAB ţádné projektové úlohy neobsahují, nebyl tento typ výuky v praxi zatím uplatněn. Úlohy pro projektovou výuku se stavebnicí MIKROLAB by byly vhodným podkladem pro témata ročníkových a soutěţních prací nebo pro práci v zájmových krouţcích apod. Návrh úloh tohoto typu předpokládá vysokou odbornou zpŧsobilost zadavatele, znalost principŧ fungování stavebnice a dostatek zkušeností s jejím pouţíváním. 6.5. Výhody a nevýhody práce se stavebnicí MIKROLAB na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61 Zkušenosti při práci se stavebnicí ve výuce potvrdily, ţe stavebnice: Splňuje poţadavek názorného vysvětlení základních zákonitostí, pojmŧ a principŧ platných v elektrických obvodech(79). Podporuje a rozvíjí základní technické dovednosti a znalosti ţákŧ(80). Konkretizuje abstraktní teoretické poznatky o elektrotechnických objektech(81). Podněcuje rozvoj rozumových schopností, fantazie, tvořivosti a schopnost řešit problémy(82). Vyhovuje z hlediska bezpečnosti práce. Umoţňuje pokrýt téměř celou laboratorní výuku pro slaboproud. Přináší vysokou efektivitu a časovou úsporu. Tato vlastnost stavebnice MIKROLAB představuje výhodu i nevýhodu zároveň. Lze ocenit zejména v hodinách teoretického vyučování, kdy stavebnice ve srovnání s pouţitím standardních postupŧ měření minimalizuje časové nároky na zpracování elektrotechnických měření, zatímco v hodinách praktického vyučování s vyšší hodinovou dotací na probrání určité látky představuje tato vlastnost spíše nevýhodu. Zatímco v předmětu Elektrotechnická měření trvá zpracování úkolu „Změřit charakteristiku diody“ 45 minut při pouţití standardního postupu a s vyuţitím klasického měřicího přístroje, při práci s MIKROLABEM zvládne ţák obdobný úkol za 10 minut.

- 50 -

Přestoţe práce se stavebnicí přináší při výuce spíše výhody, najdeme také několik nevýhod, které je třeba zmínit. Jednu z nevýhod systému MIKROLAB představuje fakt, ţe pouţití PC interface je vázáno na prvky stavebnice, které jsou součástí její dodávky, a nelze jej vyuţít pro měření vlastních sestavených obvodŧ bez rizika zničení stavebnice. Za nevýhodu mŧţeme povaţovat také značnou finanční náročnost na pořízení stavebnice (přibliţně 200 000,- Kč na jedno pracoviště), takţe škola nedisponuje dostatečným mnoţstvím sad stavebnice. Na plné zaměstnání 10 ţákŧ (obvyklý počet ve skupině v hodinách praktického vyučování) by bylo zapotřebí 10 pracovišť. V dŧsledku vysoké cenové náročnosti stavebnice učitel nemá k dispozici dostatečné mnoţství modulŧ a prvkŧ stavebnice, aby s nimi mohli pracovat všichni ţáci současně. Další z nevýhod, kterou má stavebnice MIKROLAB (i většina dalších stavebnic tohoto typu,) je, ţe „chybí kontakt ţáka s jednotlivými elektrotechnickými prvky“(83). Pouţité součástky nejsou fyzicky vidět, takţe ţák propojuje pouze schématické značky nakreslené na krabičkách. Koncepce stavebnice ţákŧm značně zjednodušuje zapojování funkčních celkŧ, takţe mnohdy nejsou nuceni přemýšlet, součástky správně identifikovat a hledat pomocí katalogových listŧ jejich zapojení. Ze značky součástky je totiţ jasně patrné, která svorka patří na kterou část součástky. U logických funkcí je například vidět zapojení hradel, ale ţák nevidí integrovaný obvod, není nucen hledat vstupy a výstupy a napájení integrovaných obvodŧ, protoţe vidí rovnou schématicky nakreslená hradla, která bez přemýšlení zapojí do obvodu. Úlohy uvedené v metodických podkladech pro práci se stavebnicí jsou vzhledem k celkové koncepci stavebnice málo náročné a jejich počet je omezený. Vzhledem k tomu, ţe výuka se stavebnicí je zařazena do hodin praktického vyučování niţších i vyšších ročníkŧ učebních i studijních oborŧ a ţe hodinová dotace určená pro práci se stavebnicí je poměrně vysoká (ca. 6 vyučovacích hodin/jeden pracovní den), vzniká potřeba poměrně velkého počtu úloh. Ţáci jsou totiţ schopni při práci se systémem MIKROLAB

zpracovat za jeden

pracovní den 30-40 úloh. Jednak vzniká OBECNÁ potřeba většího počtu úloh pro práci se stavebnicí (v podkladových materiálech firmy Didactic Systems je

- 51 -

totiţ ke kaţdému okruhu či tématu uvedena pouze jedna vzorová úloha), jednak potřeba OBDOBNÝCH úloh zaměřených na určitou problematiku, které by slouţily k procvičování učiva, a dále pak úloh rŧzně MODIFIKOVANÝCH podle náročnosti (učební obory x studijní obory; niţší ročníky x vyšší ročníky). Poţadavek většího počtu úloh částečně souvisí s vysokou efektivitou systému MIKROLAB (počítačové zpracování výsledkŧ měření) a částečně s počtem hodin zařazených pro práci s touto stavebnicí v praktickém vyučování (v tomto případě se nejedná o problém stavebnice jako takové jako spíše o specifický problém začlenění do výuky ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, který vzniká v dŧsledku vysoké hodinové dotace vyčleněné na práci se stavebnicí MIKROLAB). Tvorbu nových či obdobných úloh navíc vzhledem k pořizovací ceně stavebnice komplikuje fakt, ţe učitel nemá vţdy k dispozici potřebný počet kusŧ součástek, které by pokryly výuku pro 10 ţákŧ, takţe je nucen improvizovat a zadání úloh přizpŧsobovat také materiálnímu vybavení. Pokud jde o tvorbu úloh pro práci se stavebnicí, je na místě zváţit také otázku kvantity a kvality. Určitým řešením situace by mohlo být: 1)

sníţení dosavadní hodinové dotace pro práci se stavebnicí MIKROLAB

s ohledem na počet úloh, které jsou k dispozici, v kombinaci s úpravou textu zadání úloh takovým zpŧsobem, aby ţáci pouze mechanicky nepropojovali součástky dle předem daného schématu a za pomoci návodu, ale aby byli nuceni nad úlohou skutečně přemýšlet, 2)

zachování hodinové dotace pro práci se stavebnicí a s ohledem na časové

moţnosti upravit náročnost úloh tak, aby kladly vyšší nároky na řešení a tím i čas (moţnost řešení problémových úloh, projektových úloh apod.). Vysoká efektivita práce se stavebnicí tak představuje její výhodu i nevýhodu zároveň.

- 52 -

VI. Vyučovací hodina s MIKROLABEM Ročník a obor:

2. roč., obor mechanik elektronik

Předmět:

Elektrická měření

Téma vyučovací hodiny:

Stejnosměrné charakteristiky tranzistorŧ

Výchovně-vzdělávací cíl:

Ţák dokáţe změřit vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru s pomocí stavebnice MIKROLAB

Zadání: Změřte vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru s pomocí stavebnice MIKROLAB. Zopakujte si: Vnitřní zapojení a princip činnosti bipolárního tranzistoru. Teorie: Bipolární tranzistory jsou polovodičové součástky, které mají tři vrstvy polovodičového materiálu. Tyto tři vrstvy mezi sebou vytvářejí dva P-N přechody. Existují dva druhy bipolárních tranzistorŧ. - PNP a NPN, označení odpovídá pořadí vrstev v tranzistoru. Součástka má tři vývody a dá se brát jako dvojbran, jestliţe jeden vývod bude společný.

Stejnosměrné charakteristiky tranzistorů

Vztahy mezi napětími a proudy jednotlivých elektrod tranzistoru mŧţeme vyjádřit pomocí charakteristik. Z charakteristik lze určit i hlavní parametry tranzistoru. Nejčastěji se pouţívá soustava charakteristik h, ze kterých mŧţeme určit parametry h. V katalozích jsou obvykle uveřejněny charakteristiky h v zapojení se společným emitorem, ale často i v zapojení se společnou bází. Obecné zapojení tranzistoru se společným emitorem je na následujícím obrázku.

Tranzistor v zapojení SE

- 53 -

Výstupní charakteristika vyjadřuje závislost proudu kolektoru IC na napětí kolektoru UCE při stálém proudu báze IB. IC=f(UCE)Ib=konst.

Výstupní charakteristiky tranzistoru

Vstupní charakteristika vyjadřuje vztah mezi proudem báze IB a napětím báze UBE při stálém napětí kolektoru UCE. UBE=f(IB)Uce=konst. Vstupní charakteristika tranzistoru Úloha číslo 1 Zadání: Změřte vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným editorem s pomocí stavebnice MIKROLAB. Schémata zapojení:

- 54 -

Postup měření: Pro měření vstupní charakteristiky pouţijeme zapojení dle příslušného schématu a program VA Charakteristiky systému RC2000 . Výstupní napětí UCE, které zde máme jako parametr, nastavíme při kaţdém měření na konstantní hodnotu (0V, 0.2V, 0.8V, 3V). Připojením střídavého zdroje napětí na vstup zajistíme, ţe budou postupně procházeny všechny hodnoty vstupního napětí UBE, které nás zajímají (v našem měření UBE 1,6V, amplituda = 1.6V, tj. všechna napětí od 0 do 3.2V a frekvenci 100Hz). Vstupní proud IB, který je řídící veličinou obou těchto charakteristik, měříme metodou Ohmova zákona (měřením napětí na pomocném rezistoru) kanálem B. Je dŧleţité si uvědomit ţe RC systém dokáţe pouţit měření proudu pomocí Ohmova zákona jen na kanálu B, pro kanál A to musíme sami přepočítat, proto volba kanálu B. Kanálem A potom měříme závislou veličinu. Pro měření výstupní charakteristiky zapojíme obvod dle schématu a pouţijeme program VA Charakteristiky systému RC2000. Jako vstupní parametr zde nastavujeme napětí Ube a tím měníme proud do báze IB. Střídavým zdrojem napětí měníme UCE snímané kanálem A. Nastavení zdroje střídavého elektrického napětí o amplitudě 5V a frekvenci 100Hz. Kanálem B snímáme proud IC přes rezistor 100 Ω (kanál B umoţňuje přepočítaní napětí na proud). POUŢITÉ MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE A POMŮCKY Přístroj (pomŧcka) Měřící jednotka ADDU Funkční generátor Bipolární tranzistor Stejnosměrny zdroj Propojovací vodiče Napájecí zdroj 5.25V

Výrobce (typ přístroje) Přístrojový modul MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Modul aktivního prvku MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Propojovací modul MIKROLAB Zdroj pro systém MIKROLAB

- 55 -

Úloha číslo 2 Zadání: Změřte vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným kolektorem s pomocí stavebnice MIKROLAB. Schémata zapojení:

- 56 -

Postup měření: Pro měření vstupní charakteristiky pouţijeme zapojení dle příslušného schématu a program VA Charakteristiky systému RC2000 . Výstupní napětí UCE, které zde máme jako parametr, nastavíme při kaţdém měření na konstantní hodnotu (2V, 4V, 6V, 8V). Připojením střídavého zdroje napětí na vstup zajistíme, ţe budou postupně procházeny všechny hodnoty vstupního napětí UBE, které nás zajímají (v našem měření UBE 1,6V, amplituda = 1.6V, tj. všechna napětí od 0 do 3.2V a frekvenci 100Hz). Vstupní proud IB, který je řídící veličinou obou těchto charakteristik, měříme metodou Ohmova zákona (měřením napětí na pomocném rezistoru) kanálem B. Je dŧleţité si uvědomit ţe RC systém dokáţe pouţit měření proudu pomocí Ohmova zákona jen na kanálu B, pro kanál A to musíme sami přepočítat, proto volba kanálu B.Kanálem A potom měříme závislou veličinu. Pro měření výstupní charakteristiky zapojíme obvod dle schématu a pouţijeme program VA Charakteristiky systému RC2000. Jako vstupní parametr zde nastavujeme napětí Ube a tím měníme proud do báze IB. Střídavým zdrojem napětí měníme UCE snímané kanálem A. Nastavení zdroje střídavého elektrického napětí o amplitudě 5V a frekvenci 100Hz. Kanálem B snímáme proud IE přes rezistor 100 Ω (kanál B umoţňuje přepočítaní napětí na proud). POUŢITÉ MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE A POMŮCKY Přístroj (pomŧcka) Měřící jednotka ADDU Funkční generátor Bipolární tranzistor Stejnosměrny zdroj Propojovací vodiče Napájecí zdroj 5.25V

Výrobce (typ přístroje) Přístrojový modul MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Modul aktivního prvku MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Propojovací modul MIKROLAB Zdroj pro systém MIKROLAB

- 57 -

Úloha číslo 3 Zadání: Změřte vstupní a výstupní charakteristiky tranzistoru v zapojení se společnou bází s pomocí stavebnice MIKROLAB. Schémata zapojení:

- 58 -

Postup měření: Pro měření vstupní charakteristiky pouţijeme zapojení dle příslušného schématu a program VA Charakteristiky systému RC2000 . Výstupní napětí UCE, které zde máme jako parametr, nastavíme při kaţdém měření na konstantní hodnotu (0V, 0,2V, 0,8V, 3V). Připojením střídavého zdroje napětí na vstup zajistíme, ţe budou postupně procházeny všechny hodnoty vstupního napětí UBE, které nás zajímají (v našem měření UBE 1,6V, amplituda = 1.6V, tj. všechna napětí od 0 do 3.2V a frekvenci 100Hz). Vstupní proud IB, který je řídící veličinou obou těchto charakteristik, měříme metodou Ohmova zákona (měřením napětí na pomocném rezistoru) kanálem B. Je dŧleţité si uvědomit ţe RC systém dokáţe pouţit měření proudu pomocí Ohmova zákona jen na kanálu B, pro kanál A to musíme sami přepočítat, proto volba kanálu B. Kanálem A potom měříme závislou veličinu. Pro měření výstupní charakteristiky zapojíme obvod dle schématu a pouţijeme program VA Charakteristiky systému RC2000. Jako vstupní parametr zde nastavujeme napětí Ube a tím měníme proud do báze IB. Střídavým zdrojem napětí měníme UCE. Nastavení zdroje střídavého elektrického napětí o amplitudě 5V a frekvenci 100Hz. Kanálem A snímáme napětí UCB, kanálem B snímáme proud IC přes rezistor 100 Ω (kanál B umoţňuje přepočítaní napětí na proud). POUŢITÉ MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJE A POMŮCKY Přístroj (pomŧcka) Měřící jednotka ADDU Funkční generátor Bipolární tranzistor Stejnosměrny zdroj Propojovací vodiče Napájecí zdroj 5.25V

Výrobce (typ přístroje) Přístrojový modul MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Modul aktivního prvku MIKROLAB Přístrojový modul MIKROLAB Propojovací modul MIKROLAB Zdroj pro systém MIKROLAB

- 59 -

- 60 -

VII. Výzkum vztahu studentů k pouţívání elektrotechnických stavebnic 1. Výzkumný problém Tématem realizovaného výzkumu byl Výzkum vztahu studentŧ k pouţívání elektrotechnických stavebnic ve výuce. Hlavním cílem bylo zjistit: zda ţáci pracují se stavebnicemi ve výuce rádi a jakému typu stavebnic dávají ve výuce přednost. V rámci výzkumu byly stanoveny následující dvě hypotézy: Hypotéza 01 – Ţáci mají k práci s elektrotechnickými stavebnicemi kladný vztah. Hypotéza 02 – Ţáci preferují práci se stavebnicemi multimediálními. 2. Výzkumná metoda Výzkum byl zaměřen na ţáky ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, protoţe škola vlastní a ve

výuce

pouţívá

jak

klasické

elektrotechnické

stavebnice,

tak

stavebnici

multimediální. Respondenty byli ţáci 2. a 3. ročníkŧ oborŧ elektro ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61. Výzkumu se zúčastnilo celkem 170 ţákŧ školy. Výzkum byl proveden metodou standardního dotazníku. Většina otázek zařazených do dotazníku byla koncipována jako otázky uzavřené s výběrem odpovědí, některé vybrané otázky byly navrţeny jako otázky polouzavřené (s proměnnou odpovědí), v nichţ ţáci měli moţnost označit více nabízených odpovědí nebo odpověď dopsat svými slovy. Z hlediska zadání této diplomové práce byl do dotazníku zařazen také soubor otázek týkající se přímo elektrotechnické stavebnice RC 2000 MIKROLAB. Na tyto otázky ţáci odpovídali pouze v případě, ţe v otázce č. 4 odpověděli, ţe pracují raději s multimediální stavebnicí MIKROLAB. Dotazník je uveden v Příloze č. 1 této DP. 3. Vyhodnocení výzkumu Rozbor dotazníku: 1. Pracujete ve výuce s elektrotechnickými stavebnicemi? -otázka byla zcela uzavřená Odpovědi: Odpověď 1 Ano 2 Ne

Počet dotazovaných 168 2

Procento 99% 1%

- 61 -

Shrnutí: Tato otázka byla poloţena jako kontrolní, neboť elektrotechnické stavebnice jsou zařazovány v souladu se ŠVP do výuky ţákŧ všech ročníkŧ studijních i učebních oborŧ školy. Dvě záporné odpovědi lze povaţovat za dŧsledek nesoustředěnosti respondentŧ. 2. Baví Vás práce s elektrotechnickými stavebnicemi? -otázka byla zcela uzavřená Odpovědi: 1 2 3 4

Odpověď Jednoznačně ano Spíše ano Spíše ne Ne

Počet dotazovaných 97 29 12 32

Procento 57% 17% 7% 19%

Shrnutí: Na tuto otázku odpovědělo 57% respondentŧ jednoznačně kladně, dalších 17% respondentŧ uvedlo odpověď „spíše ano“. Relativně vysoký počet respondentŧ – téměř 20% naopak uvedl zápornou odpověď.

- 62 -

3. S kterými z těchto stavebnic jste měl moţnost při výuce na střední škole osobně pracovat? -otázka byla zcela uzavřená Odpovědi: 1 2 3 4 5 6

Odpověď Počet dotazovaných Procento Voltík 0 0% Kontaktní nepájivé propojovací pole 170 37% Logitronik 01 a 02 53 11% Elektronik 02 0 0% Výukové stavebnice SMD 70 15% RC 2000 MIKROLAB 170 37%

Shrnutí: Do dotazníku byly vybrány elektrotechnické stavebnice, které se na středních školách vyskytují nejčastěji, a dále ty, které škola vlastní a které jsou do výuky prŧběţně zařazovány. Odpovědi respondentŧ potvrdily skutečnost, ţe elektrotechnické stavebnice, s nimiţ měli ţáci někdy moţnost pracovat, si dokáţí vybavit i po delší době. Nejvyšší procentuální hodnoty získaly stavebnice Kontaktní nepájivé propojovací pole a RC 2000 MIKROLAB, kterým je zároveň v tématickém plánu školy věnována nejvyšší hodinová dotace. 4. Pracujete Vy osobně raději s klasickou stavebnicí (např. Kontaktní nepájivé propojovací pole), nebo se stavebnicí multimediální (MIKROLAB)? -otázka byla zcela uzavřená Odpovědi: Odpověď Počet dotazovaných Procento 1 Klasická stavebnice 46 27% 2 Multimediální stavebnice 102 60% 3 Nedovedu posoudit 22 13%

- 63 -

Shrnutí: 60% respondentŧ upřednostňuje práci se stavebnicí multimediální, 27% stavebnice klasické, 13% ţákŧ nedovede posoudit respektive nedovede jednoznačně určit, jakému typu stavebnice dává přednost. 5. Pokud jste uvedli, ţe pracujete raději se stavebnicí klasickou, můţete uvést důvod? -otázka byla polouzavřená, ţáci měli moţnost označit více odpovědí, tučně jsou označeny odpovědi, které byly na výběr, ostatní odpovědi ţáci dopsali Odpovědi: 1 2 3 4 5 6

Odpověď Počet dotazovaných Procento 2 4% Snadné propojování součástek 6 13% Moţnost experimentovat 9 20% Moţnost pouţívat měřicí přístroje 10 22% Moţnost pouţívat standardní součástky 14 30% Výuka je zajímavější Jiný dŧvod (uveďte) Nerad pracuji s počítačem 2 11% Práce s MIKROLABEM mě nebaví 3

Shrnutí: Na tuto otázku odpovídali pouze ţáci, kteří uvedli, ţe dávají přednost práci se stavebnicí klasickou. 30% ţákŧ povaţuje výuku s těmito stavebnicemi za zajímavější.

- 64 -

Jako další dŧvody byla uvedena moţnost pouţívat standardní součástky a měřicí přístroje. Z uvedené otázky vyplývá, ţe tyto stavebnice mají raději ţáci, kteří raději měří s klasickými měřicími přístroji, neradi pouţívají výpočetní techniku nebo mají elektroniku zároveň jako svŧj koníček. 6. Pokud jste uvedli, ţe pracujete raději se stavebnicí MIKROLAB, můţete uvést důvod? -otázka byla polouzavřená, ţáci měli moţnost označit více odpovědí, tučně jsou označeny odpovědi, které byly na výběr, ostatní odpovědi ţáci dopsali Odpovědi: 1 2 3 4 5 6 7

Odpověď Počet dotazovaných Procento 17 17% Jednoduchá manipulace s prvky stavebnice 26 25% Moţnost experimentovat 20 19% Rychlejší měření 10 10% Snadné vyhodnocování naměřených hodnot 11 11% Moţnost vidět výsledky měření na monitoru 9 9% Výuka je zajímavější Jiný dŧvod (uveďte) Protoţe je řízená počítačem 5 9% Stavebnice není poruchová 1 Práce je zajímavější 3

Shrnutí: Na tuto otázku odpovídali ţáci, kteří uvedli, ţe dávají přednost práci se stavebnicí multimediální. Na této stavebnici ţáci ocenili zejména moţnost experimentovat, jednoduchou manipulaci s prvky stavebnice a také rychlejší měření. Výuku s tímto typem stavebnice však překvapivě povaţuje za zajímavou pouhých 9% respondentŧ.

- 65 -

7. Máte k práci se stavebnicí MIKROLAB nějaké výhrady? -otázka byla uzavřená Odpovědi: Odpověď Počet dotazovaných Procento 1 Ano 56 55% 2 Ne 46 45% 3 Nevím 0 0%

Pokud jste odpověděl „ANO“, můţete tyto výhrady uvést? - otázka byla otevřená, ţáci měli moţnost doplnit, co jim na stavebnici vadí Odpovědi: Vadí mi, ţe nemŧţu se stavebnicí pracovat sám Úlohy jsou příliš těţké Úlohy jsou příliš lehké Nepracuji se stavebnicemi rád Nerozumím tomu, co mám s touto stavebnicí dělat Nevím, jak připojit měřicí jednotku Nebaví mě to Chtěl bych víc pracovat s počítačem Nebaví mě měření

12 7 5 2 4 6 3 8 9

21% 13% 9% 4% 7% 11% 5% 14% 16%

Shrnutí: V této otázce měli ţáci uvést, jaké výhrady mají ke stavebnici MIKROLAB. Mezi nejčastěji uváděné dŧvody patřila skutečnost, ţe ţák nemŧţe se stavebnicí

- 66 -

pracovat sám (21%) – souvisí se skutečností, ţe škola nevlastní dostatečný počet sad této stavebnice. 13% ţákŧ povaţuje úlohy s MIKROLABEM za příliš těţké. Poměrně vysoké procentuální hodnoty získaly také odpovědi týkající se problémŧ vznikajících při vlastní práci s touto stavebnicí – „nerozumím tomu, co mám s touto stavebnicí dělat“ – 7% ţákŧ, „nevím, jak mám připojit měřicí jednotku“ – 11% ţákŧ. Odpověď „nebaví mě měření“, která získala poměrně vysoký počet bodŧ – 16% odpovědí nelze povaţovat za výhradu vŧči této stavebnici (lze předpokládat, ţe tyto ţáky měření nebaví obecně, ať uţ prováděné se stavebnicí klasickou nebo multimediální). 8. Domníváte se, ţe Vám stavebnice MIKROLAB učení usnadňuje? -otázka byla uzavřená Odpovědi: Odpověď Počet dotazovaných Procento 1 Ano 37 36% 2 Ne 62 61% 3 Nedovedu posoudit 3 3%

Shrnutí: 61% respondentŧ odpovědělo na tuto otázku kladně, 36% záporně. I přes určité výhrady, které ţáci k práci se stavebnicí mají, však prŧzkum ukázal, ţe převaţují výhody této stavebnice nad nevýhodami. 9. Jak byste zhodnotil náročnost úloh, které ve výuce se stavebnicí řešíte? -otázka byla uzavřená Odpovědi: 1 2 3 4

Odpověď Počet dotazovaných Procento Málo náročné 57 56% Středně náročné 21 20% Velmi náročné 19 19% Nedovedu posoudit 5 5%

- 67 -

Shrnutí: Zvláštní otázka byla věnována spokojenosti ţákŧ s náročností úloh, které jsou do výuky zařazovány. 56% ţákŧ povaţuje úlohy za málo náročné, 19% ţákŧ naopak za velmi náročné. Vzhledem k tomu, ţe dotazník vyplňovali ţáci všech ročníkŧ školy, lze usuzovat, ţe úlohy povaţují za málo náročné ţáci vyšších ročníku, kteří jiţ mají s prací se stavebnicí určité zkušenosti, zatímco začátečníci hodnotí úlohy jako velmi náročné. 10. Měl byste zájem pracovat se stavebnicí MIKROLAB i ve volném čase (např. v krouţku)? -otázka byla uzavřená Odpovědi: Odpověď Počet dotazovaných Procento 1 Ano 40 39% 2 Ne 62 61%

Shrnutí: Tato otázka byla zařazena jako doplňková za účelem zjištění eventuálního zájmu ţákŧ o práci se stavebnicí MIKROLAB ve volném čase. 61% záporných odpovědí je výsledkem vysoké hodinové dotace věnované práci s touto stavebnicí ve výuce, takţe ţáci jiţ necítí potřebu pracovat s tímto systémem i mimo výuku apod. 39% kladných odpovědí představuje zájemce o práci s touto stavebnicí např. pro řešení projektových úloh apod.

- 68 -

Hypotéza 01 – Ţáci mají k práci s elektrotechnickými stavebnicemi kladný vztah. Pravdivost

této

hypotézy

byla

potvrzena.

Na

otázku

Baví

Vás

práce

s elektrotechnickými stavebnicemi odpovědělo 57% respondentŧ jednoznačně kladně, dalších 17% respondentŧ se přiklonilo k odpovědi „spíše ano“. Relativně vysoký počet respondentŧ - téměř 20% - uvedl zápornou odpověď. Hypotéza 02 – Ţáci preferují práci se stavebnicemi multimediálními. Pravdivost této hypotézy byla potvrzena. Provedené šetření prokázalo skutečnost, ţe 60% respondentŧ upřednostňuje práci se stavebnicí multimediální, 27% práci se stavebnicí klasickou, 13% ţákŧ odpovědělo, ţe nedovede posoudit respektive nedovede jednoznačně určit, jakému typu stavebnice dává přednost. U těchto 13% lze předpokládat, ţe těmto ţákŧm je v zásadě jedno, s jakým typem stavebnice mají pracovat. Jako hlavní dŧvod pro upřednostnění stavebnice multimediální ţáci uváděli moţnost experimentovat, jednoduchou manipulaci s prvky stavebnice a také rychlejší měření. Jako další dŧvody byly uvedeny: „protoţe je (tato stavebnice) řízená počítačem“, „stavebnice není poruchová“, „práce je zajímavější“. 61% respondentŧ zároveň potvrdilo, ţe stavebnice MIKROLAB jim učení usnadňuje. Výuku s tímto typem stavebnice však překvapivě povaţuje za zajímavou pouhých 9% respondentŧ. Z hlediska zajímavosti výuky naopak 30% ţákŧ povaţovala za zajímavější výuku se stavebnicí klasickou. V souvislosti s tím byla jako dŧvod uváděna moţnost pouţívat standardní součástky a měřicí přístroje. Mŧţeme tedy usuzovat, ţe klasické stavebnice mají v oblibě ţáci, kteří upřednostňují práci se standardními součástkami a s klasickými měřicími přístroji. Za zajímavou otázku povaţuji otázku týkající se výhrad ţákŧ ke stavebnici MIKROLAB. Mezi nejčastěji uváděné dŧvody patřila skutečnost, ţe ţák nemŧţe se stavebnicí pracovat sám (21%) – coţ souvisí pravděpodobně se skutečností, ţe škola nevlastní dostatečný počet sad této stavebnice. 13% ţákŧ mělo výhradu k úlohám, které se s MIKROLABEM řeší. Poměrně vysoké procentuální hodnoty získaly také odpovědi týkající se problémŧ vznikajících při vlastní práci s touto stavebnicí – „nerozumím tomu, co mám s touto stavebnicí dělat“ – 7% ţákŧ, „nevím, jak mám připojit měřicí jednotku“ – 11% ţákŧ. Odpověď „nebaví mě měření“, ke které se přiklonilo 16% ţákŧ, nelze jednoznačně povaţovat za výhradu vŧči této stavebnici (lze totiţ předpokládat, ţe tyto ţáky měření nebaví obecně nezávisle na tom, zda se měření provádí se stavebnicí klasickou nebo multimediální).

- 69 -

Zvláštní otázka byla věnována spokojenosti ţákŧ s náročností úloh, které jsou do výuky zařazovány. 56% ţákŧ povaţuje úlohy za málo náročné, 19% ţákŧ naopak za velmi náročné. Vzhledem k tomu, ţe dotazník vyplňovali ţáci všech ročníkŧ školy, lze usuzovat, ţe úlohy povaţují za málo náročné ţáci vyšších ročníku, kteří jiţ mají s prací se stavebnicí určité zkušenosti, zatímco začátečníci hodnotí úlohy jako velmi náročné. 4. Závěr výzkumu V rámci provedeného výzkumu byly potvrzeny obě stanovené hypotézy. Obecně lze říci, ţe ţáci mají k práci s elektrotechnickými stavebnicemi kladný vztah a ţe je práce s těmito stavebnicemi baví, přičemţ preferují práci se stavebnicemi multimediálními. Multimediální stavebnice však překvapivě nezískaly z hlediska obliby ve srovnání s klasickými stavebnicemi absolutní většinu. Bylo naopak zjištěno, ţe klasické stavebnice si stále zachovávají přízeň poměrně vysokého počtu respondentŧ. Výhrady, které ţáci uvedli v rámci dotazníkového šetření, budou zohledněny při úpravě tématického plánu výuky se stavebnicí MIKROLAB na škole (z hlediska náročnosti úloh) a také v metodické přípravě učitelŧ na vyučování.

- 70 -

VIII. Shrnutí Elektrotechnické stavebnice patří k základním didaktickým prostředkŧm vyuţívaným ve výuce. Zvláštní význam mají zejména při výuce elektrooborŧ, neboť umoţňují názornou

demonstraci

elektrotechnických jevŧ.

sloţitých

abstraktních

fyzikálních,

elektrických

a

Mezi elektrotechnickými stavebnicemi zaujímají v současné

době stále výraznější místo stavebnice pracující na bázi počítače. Jednou z nejmodernějších stavebnic, které jsou pro tyto účely v současné době na trhu k dispozici, je stavebnice MIKROLAB. Přestoţe se jedná o stavebnici, která je na trhu k dispozici jiţ relativně dlouhou dobu, nebyla dosud v odborné literatuře komplexně zkoumána. Přestoţe vzniklo několik odborných článkŧ a dílčích studií zaměřujících se spíše na charakteristiku této stavebnice z technického hlediska, zájemci o práci s touto stavebnicí musí stále vycházet zejména z výrobcem dodávané dokumentace ke stavebnici. Předkládaná

diplomová

práce

s názvem

Vyuţití

elektrotechnické

stavebnice

MIKROLAB ve výuce vznikla zejména s cílem shromáţdit dostupné teoretické poznatky o této elektrotechnické stavebnici a vytvořit její podrobný popis včetně stanovení principŧ jejího fungování a podrobnějšího posouzení jejích jednotlivých didaktických aspektŧ. Další okruh problémŧ, kterému byla v této práci věnována pozornost, zahrnoval moţnosti vyuţití této stavebnice při výuce elektrotechnických oborŧ na střední škole, shrnutí a zhodnocení typŧ úloh určených pro práci s touto stavebnicí ve výuce a podrobné didaktické zpracování vzorové úlohy pro práci s touto stavebnicí ve výuce na střední škole – konkrétně na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61. Předmětem výzkumné části práce bylo charakterizovat vztah učitelŧ a ţákŧ středních škol k pouţívání elektrotechnických stavebnic ve výuce. Součástí této části práce bylo také dílčí šetření týkající se pouţívání elektrotechnické stavebnice MIKROLAB. Na ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61, se nová verze stavebnice MIKROLAB pouţívá od roku 2003. Stavebnice je zařazena do praktické výuky 2. a 3. ročníkŧ denního studia studijních a učebních elektrotechnických oborŧ. Její zařazení do výuky elektrooborŧ je opodstatněno zejména vynikajícími didaktickými aspekty této stavebnice, z nichţ k nejvýraznějším patří vysoká názornost výuky související s moţností vizualizace řešených úkolŧ, moţnost praktické realizace elektrotechnických měření při dodrţení zásad bezpečnosti práce, modularita systému umoţňující multifunkční pouţití jednotlivých prvkŧ stavebnice a vysoká odolnost systému proti poškození. Ve prospěch zařazení stavebnice MIKROLAB do výuky nepochybně hovoří také skutečnost, ţe tato

- 71 -

stavebnice jakoţto vysoce moderní vyučovací prostředek umoţňuje zároveň rozvíjet většinu klíčových kompetencí ţákŧ střední školy stanovených ve ŠVP – zejména kompetence k učení, kompetence k řešení problémŧ, kompetence vyuţívat prostředky informačních a komunikačních technologií, ale i celé řady kompetencí dalších (komunikativních, personálních, sociálních, občanských). Slabiny této stavebnice mŧţeme spatřovat zejména ve značné finanční náročnosti na její pořízení (cca 200 000 Kč na jedno pracoviště), s níţ souvisí nedostatečný počet sad stavebnice pro výukové účely, v nedostatečném mnoţství úloh diferencovaných z hlediska pokročilosti uţivatelŧ a v mechanickém opakování postupŧ pro měření rŧzných typŧ úloh. Některé postupy měření s touto stavebnicí jsou navrţeny tak, ţe neodpovídají tradičním měřicím metodám. Přestoţe zařazení stavebnice MIKROLAB do výuky s sebou nese také určitá úskalí, která je nutno překonávat, je moţné říci, ţe se jedná o moderní didaktický prostředek, u kterého se investice škole zpětně vrací v podobě plného pokrytí laboratorní výuky učebních i studijních oborŧ elektro, ve formě vyšší aktivity a motivace ţákŧ při výuce a tím celkově ve vyšší efektivitě praktického vyučování.

- 72 -

IX. Závěr Stavebnice a stavebnicové systémy provázejí člověka od dětství, přes školní léta aţ do dospělosti. Spektrum stavebnic, které jsou v současné době na trhu, je neobyčejně široké. V nabídce výrobcŧ najdeme stavebnice z nejrŧznějších materiálŧ (stavebnice plastové, dřevěné, kovové, papírové), stavebnice amatérské i profesionální, stavebnice s velmi jednoduchými konstrukčními principy, ze kterých lze velice jednoduše sestavit nejrŧznější výsledné produkty, aţ po stavebnice sloţitější, určené pokročilejším uţivatelŧm, které umoţňují realizaci i náročnějších projektŧ. Přestoţe tyto výše zmíněné stavebnice většinou nejsou primárně určeny pro pouţití ve školních podmínkách, patří na trhu k tradičním výrobkŧm a představují určitý předstupeň stavebnic vyuţívaných později při školní výuce. Vedle těchto stavebnic existuje také rozsáhlá nabídka stavebnic splňujících nejnáročnější kvalitativní poţadavky, které lze zároveň vyuţívat jako didaktické prostředky. V tomto smyslu se jedná zejména o speciální experimentální stavebnice pouţívané k výukovým účelŧm na základních, středních i vysokých školách, které učitelŧm i ţákŧm pomáhají při zprostředkování náročných a abstraktních pasáţí učiva přírodovědných a technických oborŧ a k osvojování a prohlubování teoretických vědomostí i praktických dovedností a návykŧ. Za dobu své existence prošly stavebnice dlouhým vývojem, během kterého se diferencovaly oborově, materiálově i konstrukčně. Mnohé ze stavebnic ve svém vývoji ustrnuly, jiné se díky své univerzálnosti pouţívají na základních a středních školách doposud. Největšími konkurenty těchto klasických stavebnic se v posledních letech stávají elektrotechnické stavebnice pracující na bázi počítače, které splňují nejvyšší poţadavky kladené na tyto systémy z hlediska didaktického, odborného, konstrukčního i bezpečnostního. I přes značnou rozmanitost stavebnic, které jsou dnes k dispozici, mŧţeme říci, ţe společným znakem všech těchto stavebnic, ať uţ koncipovaných jako herní systémy nebo didaktické prostředky, je, ţe - nezávisle na tom, jaké jsou kvality, jakého jsou zaměření a k jakému účelu jsou primárně určeny - přinášejí svým uţivatelŧm poznatky formou hry, podporují rozvoj fantazie, kreativity, manuální zručnosti a představivosti a přispívají k prohlubování zájmu o příslušný obor. To vše jsou dŧvody, proč si stavebnice i v současné době zachovávají trvalou oblibu u malých i těch větších, proč mají tak bohatou minulost, a díky neustálému vývoji v oblasti navrhování a konstruování stavebnic také budoucnost.

- 73 -

Resumé Elektrotechnické stavebnice patří k základním materiálním didaktickým prostředkŧm vyuţívaným ve výuce. Zvláštní význam mají zejména ve výuce oborŧ elektro, neboť umoţňují názornou demonstraci sloţitých abstraktních fyzikálních, elektrických a elektrotechnických jevŧ. Mezi elektrotechnickými stavebnicemi zaujímají v současné době stále výraznější místo stavebnice pracující na bázi počítače. Jednou z nejmodernějších stavebnic tohoto typu je stavebnice MIKROLAB. Zařazení této stavebnice do výuky elektrooborŧ na střední škole je opodstatněno zejména jejími vynikajícími didaktickými aspekty, z nichţ k nejvýraznějším patří vysoká názornost výuky související s moţností vizualizace řešených úkolŧ, moţnost praktické realizace elektrotechnických měření při dodrţení zásad bezpečnosti práce, modularita systému umoţňující multifunkční pouţití jednotlivých prvkŧ stavebnice a vysoká odolnost systému proti poškození. Kromě náročných výukových úkolŧ, které je moţné s touto stavebnicí realizovat, vnáší pouţití této stavebnice do výuky také prvky hravosti, vede k rozvíjení technického myšlení a tvořivosti a rozvíjí stěţejní kompetence ţákŧ středních odborných škol. Résumé The electronics-building kits are one of the means in education process used in the education. They´re significant especially in electronic field subjects due to the fact of demonstrating complexe abstract physical, electrical and electrical technology phenomenons. The electronics-building kits based upon computer are getting widely spread nowadays. Assigning the electronics-building kits in the classes of vocational training as the means of highly modern and intuitive didactic. The really highlighted one is high demonstrative implementation of classwork referring to the posibility of visualization of task solving, feasibility of measurement of electrical technology while observing safety work procedures. Also modularity of system enabling multifunctional use of individual elements and high resistivity of system against damage. This electronics-building kit is able to perform demanding hands-on-training tasks. Except that, the use of mentioned kit brings into the ordinary classwork the game element along the development of technical mind, creativity and fundamental competence of technical college students.

- 74 -

Poznámky 1) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005, s. 12. 2) CHAMILLA, A. Moderné metódy a vyučovacie prostriedky v pracovnom vyučování. 1.vyd. Praha: SPN, 1982, s. 64. 3) NOVÁK, D. Elektrotechnické stavebnice v technické výchově. 1. vyd. Praha: PdF UK, 1997, s. 9. 4) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005, s. 13. 5) Tamtéţ, s. 12. 6) Tamtéţ s. 14. 7) SERAFÍN, Č. - HAVELKA, M. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: Univerzita Palackého Olomouc, 2003, s. 25. 8) PECINA, P. - PECINA, J. Moderní elektronické stavebnice ve výuce elektroniky na základních a středních školách. In XXV. mezinárodní kolokvium o řízení osvojovacího procesu. Brno: Univerzita obrany, Fakulta ekonomiky a managementu, 2007, s. 57. 9) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005, s. 12. 10) NOVÁK, D. Elektrotechnické stavebnice v technické výchově. 1. vyd. Praha: PdF UK, 1997, s. 9. 11) SERAFÍN, Č. - HAVELKA, M. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: Univerzita Palackého Olomouc, 2003, s. 17-19. 12) DOSTÁL, J. Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic. In Retrospektíva a perspektívy vo vzdelávání [online]. Vědecko-odborná konference. Nitra: PdF UKF, 2004, s.13. [Cit. 2007-12-10]. Dostupné na < http://elektrotechnickestavebnice.xf.cz/KRITER.pdf>. 13) Tamtéţ, s. 13. 14) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005, s. 6. 15) RAMBOUSEK, V. a kol. Technické výukové prostředky. 1. vyd. Praha : SPN, 1989, s. 32. 16) Tamtéţ, s. 28. 17) KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. 1. vyd. Ostrava : Ostravská univerzita, 2003, s. 17. 18) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005, s. 6. 19) Tamtéţ, s. 6. 20) SERAFÍN, Č. Kreativní prvek ve výuce – elektrotechnické stavebnice. In e-Pedagogium, II. 2002. Olomouc : UP, 2002, s. 26. 21) Tamtéţ, s. 26. 22) Tamtéţ, s. 27. 23) Tamtéţ s. 27. 24) Tamtéţ s. 27. 25) Tamtéţ s. 27. 26) Tamtéţ s. 27. 27) MIŠURCOVÁ, V. a kol. Hra a hračka v životě dítěte. 1. vyd. Praha: SPN, 1980, s. 45-46. 28) DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh : Vlastním nákladem, 2005, s. 6. 29) Tamtéţ, s. 8. 30) Tamtéţ, s. 6. 31) DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic - aplikace metod shlukové analýzy. In SEKEL 2005. (Sborník CD-ROM). Zlín: UTB, 2005, s. 1. ISBN 80-7318-346-3. 32) SERAFÍN, Č. Místo elektrotechnických stavebnic ve školství. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 156. 33) DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic - aplikace metod shlukové analýzy. In SEKEL 2005. (Sborník CD-ROM). Zlín: UTB, 2005, s. 29.

- 75 -

34) Tamtéţ, s. 24. 35) Tamtéţ, s. 26. 36) Jesan Jeseník. Logitronik 01. Návod k použití. s. 1-3. 37) DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic - aplikace metod shlukové analýzy. In SEKEL 2005. (Sborník CD-ROM). Zlín: UTB, 2005, s. 30. 38) Tamtéţ, s. 25. 39) Tamtéţ, s. 30. 40) srov. http://www1.siemens.cz/ad/current/index.php?ctxnh=3dc1f5a3fc&ctxp=home&PHPSESSID=2 84e9a73c9e8aae10ed58a474fdb3820 41) NOVÁČEK, I. Chytrý modul LOGO! In Elektrika.cz [online]. [Cit. 2010-01-11]. Dostupné na . 42) DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic - aplikace metod shlukové analýzy. In SEKEL 2005. (Sborník CD-ROM). Zlín: UTB, 2005, s. 31. ISBN 80-7318-346-3. 43) RYKL, V. Elektronické výukové stavebnice SMD. Informační katalog. Ústí nad Labem : IIRcon CZ, 2006, s. 1-13. 44) DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic - aplikace metod shlukové analýzy. In SEKEL 2005. (Sborník CD-ROM). Zlín: UTB, 2005, s. 31. ISBN 80-7318-346-3. 45) KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. 1. vyd. Ostrava : Ostravská univerzita, 2003, s. 8. 46) Tamtéţ, s. 20. 47) srov. DOSTÁL, J. Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic. In Retrospektíva a perspektívy vo vzdelávání [online]. Vědecko-odborná konference. Nitra: PdF UKF, 2004, s.13. [Cit. 2007-12-10]. Dostupné na . 48) DOSTÁL, J. Tvorba systému pro hodnocení elektrotechnických stavebnic s vyuţitím Qmetodologie. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 34-38. ISBN 80-7318-346-3. 49) DOSTÁL, J. Speciální didaktické praktikum z elektrotechniky – vytváření dovednosti didaktické analýzy elektrotechnických stavebnic. In Trendy soudobé výuky didaktických disciplín na vysokých školách. Sborník referátů z mezinárodní elektronické konference. 1. vyd. Ústí nad Labem: Ediční středisko UJEP, 2003. s. 25 – 29. ISBN 80-7044-495-9. Dostupné na http://pdf.uhk.cz/kch/obecna_didaktika_konference/prispevky/Dostal2.pdf. 50) HAVELKA, M.-SERAFÍN, Č. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: Univerzita Palackého Olomouc, 2003, s. 17-19. 51) NOVÁK, D. Elektrotechnické stavebnice v technické výchově. 1. vyd. Praha: PdF UK, 1997, s. 9. 52) JANDA, O. Základní didaktické a technické poţadavky při konstrukci elektronických stavebnic pro výuku učiva z elektroniky na základní škole a při zájmové činnosti mládeţe. In Výukové programy pro didaktickou techniku v přípravě budoucích učitelů. Praha : UK, 1990. s. 107 – 111. 53) http://www.rcdidactic.cz/cz/. 54) SERAFÍN, Č. - HAVELKA, M. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: Univerzita Palackého Olomouc, 2003, s. 17-19. 55) http://www.rcdidactic.cz/cz/system-lab.html 56) KUKLA, R. – ŠKYŘÍK, J. Modulární systém μLAB. In: Progresívna technika v živočišnej, potravinárskej výrobe a v odpadovom hospodárstve. Nitra, 2003, s. 59. 57) http://www.rcdidactic.cz/cz/software.html 58) KUKLA, R. – ŠKYŘÍK, J. Modulární systém μLAB. In: Progresívna technika v živočišnej, potravinárskej výrobe a v odpadovom hospodárstve. Nitra, 2003, s. 64. 59) Tamtéţ, s. 59. 60) http://www.rcdidactic.cz/cz/system-lab.html 61) Tamtéţ. 62) Tamtéţ. 63) Tamtéţ. 64) Tamtéţ.

- 76 -

65) SERAFÍN, Č. - HAVELKA, M. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: Univerzita Palackého Olomouc, 2003, s. 54-55. 66) LD Didactic GmbH. COM3LAB - die Multimedia-Lernumgebung der Zukunft [online]. [Cit. 2010-01-12]. Dostupné na . 67) http://www.rcdidactic.cz/cz/ulohy.html 68) Tamtéţ. 69) SERAFÍN, Č. Místo elektrotechnických stavebnic ve školství. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 154. 70) Tamtéţ, s. 154. 71) Tamtéţ, s. 154. 72) Tamtéţ, s. 154. 73) RUDOLF, L. – TVARŦŢKA, V. Elektrotechnické stavebnice a jejich vyuţití ve výuce odborných předmětŧ. In: Trendy ve vzdělávání. Edukační technologie a inovace technického vzdělávání. Olomouc : VOTOBIA Olomouc, 2006. s. 149. 74) srov. RUDOLF, L. Elektronická stavebnice RC 2000 ve výuce technologických praktik. In: Učitel´prírodovedných predmetov na začiatku 21. storočia. Prešov : Prešovská univerzita v Prešove, 2006. s. 278-281. 75) srov. PECINA, P., ZORMANOVÁ, L. Metody a formy aktivní práce žáků v teorii a praxi. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, 2009, s. 40. 76) srov. také MAŇÁK, J., ŠVEC, V. Výukové metody. Brno : Paido, 2001. 77) srov. KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. 1. vyd. Ostrava : Ostravská univerzita, 2003, s. 22. 78) Tamtéţ, s. 22. 79) SERAFÍN, Č. Místo elektrotechnických stavebnic ve školství. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 154. 80) Tamtéţ, s. 154. 81) Tamtéţ, s. 154. 82) Tamtéţ, s. 154. 83) Tamtéţ, s. 156.

- 77 -

Literatura ČANDÍK, M. RC-2000 ve výuce elektrotechniky a mikroelektroniky. In SEKEL 2004. Mezinárodní odborný seminář. Ostrava : VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2004, s. 10-14. ISBN 80-248-0619-3. DOSTÁL, J. Speciální didaktické praktikum z elektrotechniky – vytváření dovednosti didaktické analýzy elektrotechnických stavebnic. In Trendy soudobé výuky didaktických disciplín na vysokých školách. Sborník referátů z mezinárodní elektronické konference.

1.

vyd. Ústí nad Labem: Ediční středisko UJEP, 2003. s. 25 – 29. ISBN 80-7044-495-9. Dostupné na DOSTÁL, J. Elektrotechnické stavebnice (teorie a výsledky výzkumu). 1. vyd. Zábřeh: Vlastním nákladem, 2005. 73 s. + CD-ROM (98 s. dokumentŧ ve formátu PDF a 173 fotografií). ISBN: (Broţ.). DOSTÁL, J. Kritéria pro hodnocení elektrotechnických stavebnic. In Retrospektíva a perspektívy vo vzdelávání [online]. Vědecko-odborná konference. Nitra : PdF UKF, 2004. [Cit. 2007-12-10]. Dostupné na < http://elektrotechnickestavebnice.xf.cz/KRITER.pdf>. DOSTÁL, J. Zařazení elektrotechnických stavebnic do systému elektrostavebnic. ePedagogium (on-line), 2004, roč. 4, č. 1. Dostupné na . DOSTÁL, J. Konstrukční směry elektrotechnických stavebnic – aplikace metod shlukové analýzy. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB, 2005, s. 23-33. ISBN 80-7318-346-3. DOSTÁL, J. Tvorba systému pro hodnocení elektrotechnických stavebnic s vyuţitím Qmetodologie. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 34-38. ISBN 80-7318-346-3. GESCHWINDER, J., RŦŢIČKA, E., RŦŢIČKOVÁ, B.: Technické prostředky ve výuce. 1. vyd. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého Olomouc, 1995. 58 s. ISBN: 80-7067-584-5. GESCHWINDER, J. a kol. Metodika využití materiálních didaktických prostředků. 1. vyd. Praha: SPN, 1987. 262 s.

- 78 -

CHAMILLA, A. Moderné metódy a vyučovacie prostriedky v pracovnom vyučování. 1. vyd. Praha: SPN, 1982. 90 s. HAUSENBLAS, O., KOŠŤÁLOVÁ H., MIKOVÁ, Š. a kol. Klíčové kompetence na gymnáziu. 1. vyd. Praha : VÚP, 2008. ISBN 978-80-87000-20-5. Dostupné na . HAVELKA, M., SERAFÍN, Č. Konstrukční a elektrotechnické stavebnice ve výuce obecně technického předmětu. Olomouc: PdF UP, 2003, 170 s. ISBN 80-244-0692-6. JANDA, O. Pruţinové elektronické stavebnice nově. In Sborník z Veletrhu nápadů učitelů fyziky [online]. Brno: MU - Pedagogická fakulta, 2004. [Cit. 2008-03-15]. Dostupné na . JANDA, O.: Základní didaktické a technické poţadavky při konstrukci elektronických stavebnic pro výuku učiva z elektroniky na základní škole a při zájmové činnosti mládeţe. In Výukové programy pro didaktickou techniku v přípravě budoucích učitelů. Praha : UK, 1990. s. 107 – 111. ISBN 80-7066-168-2.

KONÍČEK, L. Počítačem podporovaná výuka a experiment. 1. vyd. Ostrava : Ostravská univerzita, 2003, 68 stran. KUKLA, R. – ŠKYŘÍK, J. Modulární systém μLAB. In: Progresívna technika v živočišnej, potravinárskej výrobe a odpadovom hospodárstve. Medzinárodná vedecká konferencia spojená so stretnutím vysokoškolských pracovísk. Nitra : SPU, 2003, s. 59-64. ISBN 80-8069-224-6. KUKLA, R. – ŠKYŘÍK, J. Laboratorní výukový systém rc 2000. In:

SEKEL 2003.

Medzinárodný odborný seminár katedier zabezpečujácich výučbu elektrotechnických predmetov na neelektrotechnických fakultách. Nitra : SPU, 2003 s. 31-35. ISBN 80-8069-225-4. MAŇÁK, J. Nárys didaktiky. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita v Brně, 1995. 104 s. ISBN: 80-210-1124-6. MAŇÁK, J. Rozvoj aktivity, samostatnosti a tvořivosti žáků. Brno : MU, 1998. ISBN 80210-1880-1.

- 79 -

MAŇÁK, J., ŠVEC, V. Výukové metody. Brno : Paido, 2001. ISBN 80-7315-039-5. MACKŦ, L. Efektivita laboratorních úloh při výuce elektrotechnických předmětŧ. In: SEKEL 2005. Sborník z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 100-109. ISBN 80-7318-346-3. MIŠURCOVÁ, V. a kol. Hra a hračka v životě dítěte. 1. vyd. Praha: SPN, 1980. 143 s., obr. příl. NĚMEČEK, M. a kol.: Stručný slovník didaktické techniky a učebních pomůcek. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1985. 134 s. NOVÁK, D. Elektrotechnické stavebnice v technické výchově. 1. vyd. Praha: PdF UK, 1997. 56 s. ISBN: 80-86039-37-4. PARTÍKOVÁ, L. Zásada názornosti a tvořivost v technicky zaměřených předmětech. In ePedagogium, II. 2002. Olomouc: UP, 2002, s. 92-98. ISSN 1213-7499, tištěná forma ISSN 1213-7758. PECINA, P., PECINA, J. Moderní elektronické stavebnice ve výuce elektroniky na základních a středních školách. In XXV. mezinárodní kolokvium o řízení osvojovacího procesu. Brno : Univerzita obrany, Fakulta ekonomiky a managementu, 2007, s. 57. ISBN 978 -807231 -228 -3. PELIKÁN, J. Řešené úlohy pro stavebnici Logitronik 02 k osnově povinného kursu Základy automatizace. Brno: Krajský pedagogický ústav, [asi 1985]. Nestr. RADOCHA, K. – CYRUS, P. Počítačová podpora experimentu v přípravě učitelů elektrotechnických předmětů na vysokých školách s pedagogickým zaměřením. Hradec Králové : PdF UHK Hradec Králové, 2005. 142 s. Disertační práce. RAMBOUSEK, V. a kol. Technické výukové prostředky. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1989. 302 s. RUDOLF, L. Elektronická stavebnice RC 2000 ve výuce technologických praktik. In Učitel´prírodovedných predmetov na začiatku 21. storočia. Prešov : Prešovská univerzita v Prešove, 2006. s. 278-281. [2006-01-19]. ISBN 80-8068-462-6.

- 80 -

RUDOLF, L. – TVARŦŢKA, V. Elektrotechnické stavebnice a jejich vyuţití ve výuce odborných předmětŧ. In Trendy ve vzdělávání. Edukační technologie a inovace technického vzdělávání. Olomouc : VOTOBIA Olomouc, 2006. s. 146-149. [2006-06-20]. ISBN 80-7220260-X. RYKL, V. Elektronické výukové stavebnice SMD. Informační katalog. Ústí nad Labem: IIRcon CZ, 2006, s. 1-13. SERAFÍN, Č. Technické praktikum z elektrotechniky a elektroniky. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého, 2001. 113 s. ISBN: 80-244-0312-9. SERAFÍN, Č. Kreativní prvek ve výuce – elektronické stavebnice. In e-Pedagogium, II. 2002. Olomouc: UP, 2002, s. 26-27. ISSN 1213-7499, tištěná forma ISSN 1213-7758. SVOBODA, I., SVOBODOVÁ, R. Průvodce stavebnicí Voltík III. Ostrava-Petřkovice: Svoboda, 2000. 122 s. SERAFÍN, Č. Místo elektrotechnických stavebnic ve školství. In:

SEKEL 2005. Sborník

z mezinárodního odborného semináře. Zlín : UTB ve Zlíně, 2005, s. 153-157. ISBN 80-7318346-3. ŠVP ISŠ-COP, Brno, Olomoucká 61. VOJTĚCH, V. Problematika zařazování stavebnice do výuky pracovního vyučování na 1. stupni základní školy. In Technika. 1. vyd. Praha: SPN, 1988, s. 75-81. LD Didactic GmbH. COM3LAB - die Multimedia-Lernumgebung der Zukunft [online]. [Cit. 2008-03-15]. Dostupné na . Jesan Jeseník. Logitronik 01. Návod k použití. RC společnost s r.o. přístroje pro vědu a vzdělání [online]. [Cit. 2009-11-09]. Dostupné na . Technická dokumentace k elektronické stavebnici RC 2000. Praha, 2005.

- 81 -

Seznam příloh Příloha č. 1

Příloha č. 1 Dotazník pro ţáky 1) Pracujete ve výuce s elektrotechnickými stavebnicemi? o

ano

o

ne

2) Baví Vás práce s elektrotechnickými stavebnicemi? o

jednoznačně ano

o

spíše ano

o

spíše ne

o

ne

3) S kterými z těchto stavebnic jste se při výuce na střední škole jiţ setkal? o

Voltík

o

Kontaktní nepájivé propojovací pole

o

Logitronik 01 a 02

o

Elektronik 02

o

Výukové stavebnice SMD

o

Dominoputer

o

RC 2000 MIKROLAB

4) Pracujete Vy osobně raději s klasickou stavebnicí (např. Kontaktní nepájivé propojovací pole) nebo se stavebnicí multimediální (MIKROLAB)? o

klasická stavebnice

o

multimediální stavebnice MIKROLAB

5) Pokud jste uvedl, ţe pracujete raději se stavebnicí klasickou, můţete uvést důvod? o

jednoduchá manipulace s prvky stavebnice

o

moţnost experimentovat

o

rychlejší měření

o

snadné vyhodnocování naměřených hodnot

o

moţnost vidět výsledky měření na monitoru PC

o

jiný dŧvod (uveďte) ..............................................................................

6) Pokud jste uvedl, ţe pracujete raději se stavebnicí MIKROLAB, můţete uvést důvod? o

jednoduchá manipulace s prvky stavebnice

o

moţnost experimentovat

o

rychlejší měření

o

snadné vyhodnocování naměřených hodnot

o

moţnost vidět výsledky měření na monitoru PC

o

jiný dŧvod (uveďte) ..............................................................................

7) Máte k práci se stavebnicí MIKROLAB nějaké výhrady? o

ano (mŧţete uvést?) .....................................................

o

ne

o

nevím

8) Domníváte se, ţe Vám stavebnice MIKROLAB učení usnadňuje? o

ano

o

ne

o

nedovedu posoudit

9) Jak byste zhodnotil náročnost úloh, které ve výuce se stavebnicí řešíte? o

málo náročné

o

středně náročné

o

velmi náročné

o

nedovedu posoudit

10) Měl byste zájem pracovat se stavebnicí MIKROLAB i ve volném čase (např. v krouţku)? o

ano

o

ne

Anotace GRITZ, Robert. Využití elektrotechnické stavebnice MIKROLAB ve výuce. [Use of electrical construction MIKROLAB in teaching]. Brno, 2010. 72 s. Příl. 1 s. Diplomová práce. Masarykova univerzita, Pedagogická fakulta, Katedra didaktických technologií. Vedoucí práce: PaedDr. Ing. Josef Pecina, CSc. Diplomová práce se zabývá teoretickými i praktickými moţnostmi vyuţití elektrotechnické stavebnice MIKROLAB při výuce na střední škole. Práce se zabývá otázkami vyuţití této stavebnice jako materiálního didaktického prostředku ve výuce, principy jejího fungování, jejími základními didaktickými aspekty a také tvorbou úloh pro práci s touto stavebnicí ve výuce. Klíčová slova: materiální didaktické prostředky, elektrotechnické stavebnice, RC 2000, MIKROLAB, výuka s pomocí počítače, praktické vyučování, kompetence ţákŧ středních škol Annotation This thesis deals with theoretical and practical feasibility of MIKROLAB electronicsbuilding kit at the technical college. It answers the questions concerning the use of aforementioned kit as a materiál and didactic means for classwork, principles of its functioning, basic didactic aspects as well as creating the tasks while on training. Key words Material didactic progress, electronics-building kit, RC 2000, MIKROLAB, training with copmuter on hand, vocational/hands-on-training, competence of technical college students.