MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA DIDAKTICKÝCH TECHNOLOGIÍ

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Využití mikrokontrolérů při praktické výuce elektroniky

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D.

Brno 2008

Vypracoval: Karel Vyšinka

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a použil jen prameny uvedené v seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena na Masarykově univerzitě v Brně v knihovně Pedagogické fakulty a zpřístupněna ke studijním účelům. ……….……….. .................. Karel Vyšinka

Poděkování: Ing. Jiřímu Hrbáčkovi Ph.D. za metodickou pomoc, cenné rady a připomínky, které mi poskytl při zpracování této bakalářské práce.

Obsah ÚVOD

2

1.

3

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7.

TEORETICKÁ ČÁST T VOŘIVÁ TECHNICKÁ ČINNOST T ECHNICKÝ EXPERIMENT V ÝCHOVNÉ ASPEKTY TECHNICKÉHO EXPERIMENTU R OZDĚLENÍ TECHNICKÝCH VÝUKOVÝCH EXPERIMENTŮ T ECHNICKÝ EXPERIMENT A MODELOVÁNÍ P RVKY HRAVOSTI P OSTAVENÍ MIKROKONTROLÉRŮ V DNEŠNÍ ELEKTRONICE REALIZAČNÍ ČÁST E LEKTROTECHNICKÉ STAVEBNICE A MIKROKONTROLÉRY S TAVEBNICE JAKO ZÁKLADNÍ PRVEK VE VÝUCE S TAVEBNICE A MIKROKONTROLÉR JAKO HRAČKA T ŘÍDĚNÍ STAVEBNIC D EMONSTRAČNÍ STAVEBNICE P ROJEKTOVÁNÍ VÝUKY P ŘÍPRAVA NA VYUČOVÁNÍ PRAKTICKÁ ČÁST S TRUKTURA METODICKÉ PŘÍRUČKY Z ÁSADY SPRÁVNÉHO SBÍRÁNÍ A SDÍLENÍ INFORMACÍ P OUŽITÍ METODICKÉ PŘÍRUČKY T VORBA MULTIMEDIÁLNÍ PŘÍPRAVY E LEKTROTECHNICKÁ CVIČENÍ N ÁMĚTY NA DALŠÍ OBVODOVÁ CVIČENÍ N ÁMĚTY NA FORMULACE OBVODŮ

3 4 5 5 6 7 7 10 11 11 12 12 13 15 19 21 21 25 26 28 31 35 36

ZÁVĚR

37

RESUMÉ

38

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

39

SEZNAM PŘÍLOH

40

Úvod Tato bakalářská práce si klade za cíl vytvořit elektronickou multimediální příručku pro využití mikrokontrolérů při výuce praktického vyučování na středních školách. Téma „Využití mikrokontrolérů při výuce praktického vyučování“ jsem zvolil s ohledem na jejich prioritní využití v dnešním elektrotechnickém světě.

Velký

důraz je

kladen na

využití

moderních

informačních technologií a stavebnicových systémů. Při konkrétním řešením pro danou problematiku jsem využil systému Google dokumenty, který je dnes bezplatně poskytován jak pro školy, tak pro nekomerční publikum.

Výsledkem práce je multimediální metodická příručka, která využívá výše zmíněné aplikace Google dokumenty. Zvolené řešení poskytuje silný prostředek ke sdílení informací mezi žáky, učiteli a dalšími zúčastněnými.

V teoretické části práce je popsaná tvořivá technická činnost, která je hlavním východiskem pro technické dovednosti. Neoddělitelnou součástí jsou výchovné aspekty technického experimentu. Technické experimenty můžeme rozdělit a také modelovat. Do výukového procesu jsou zavedeny prvky hravosti formou stavebnic a startovacích kitů. Závěrem teoretické části je vysvětleno dnešní postavení mikrokontrolérů v elektrotechnice. Ve druhé části popisuji výchozí realizační stránku, kterou jsou elektrotechnické stavebnice a mikrokontroléry. Zmiňuji se zde o třídění stavebnic a projektování výuky včetně přípravy na vyučování. Ve třetí části je popsána praktická část. Patří sem struktura metodické příručky a zásady správného sbírání a sdílení informací. Popisuji zde použití metodické

příručky

a

tvorbu

multimediální

přípravy.

Závěrem

jsou

elektrotechnická cvičení, náměty na další obvodová řešení včetně formulací obvodů.

2

1. Teoretická část Vyučování je proces, ve kterém se prostřednictvím činností učitele někdo učí. Vyučování znamená umožnit učení uspořádáním podmínek v prostředí kolem učícího se člověka. Pro nás bude učícím se člověkem žák střední školy – elektronik, který se bude učit moderním způsobem a zvládat tak praktickou výuku mikrokontrolérů.

1.1.

Tvořivá technická činnost

Tvořivá technická činnost (kreativita) představuje základní technické dovednosti – to jsou dovednosti technické komunikace - verbální i grafické, dovednosti v používání běžných technických pracovních prostředků a v následné aplikaci technické ale i netechnické praxi. S tímto i úzce souvisí pojem technická zručnost, čímž rozumíme schopnost vykonávat pracovní pohyby v souhře příslušných svalových skupin i v souhře myšlení a činnosti svalů. Abychom mohli uplatnit technickou kreativitu musíme osvojit si základy technického myšlení, což je proces, který se odvíjí od představy uvedených výsledků technické činnosti a směřuje k vyřešení dílčích problémů a ke splnění zadaného úkolu. Uplatňují se při něm zejména následující postupy (Škára, I.): •

analýza - myšlenkové rozdělení celku na části,

•

syntéza - myšlenkové sloučení částí, znaků, vlastností a stránek předmětů a jevů, spojení nejrůznějších poznatků,

•

indukce - úsudek směřující od jednotlivostí, zvláštních případů, k celku, k obecnému závěru,

•

dedukce

-

úsudek

směřující

od

celku,

od

obecného

k jednotlivostem, k zvláštním případům, •

abstrakce - abstraktní myšlení, myšlení v pojmech,

•

konkretizace - příklad uplatnění obecného v konkrétním případě,

3

závěru

•

třídění - výběr poznatků z dostupného informačního fondu,

•

analogie - srovnávání předmětů, procesů nebo faktů.

Z výše uvedeného pak vyplývají i metodiky zprostředkování učiva a tedy i realizace interaktivní činnosti učitele a žáka (jedná se zejména o metody analyticko-syntetické, induktivní, deduktivní, analogie a modelová, genetická a případová – viz. (Kropáč,J. et al.)). Důležitou sférou v této oblasti (cíle výuky, didaktické zásady, podmínky výuky, apod.) jsou prostředky výuky, zejména ty materiální (nemateriální jsou metody a formy výuky). Mezi materiálně technické prostředky řadíme učební pomůcky, didaktické prostředky a zejména stavebnice a startovací kity. Posledně jmenované můžeme tedy charakterizovat jako učební pomůcky i didaktické prostředky zároveň.

1.2.

Technický experiment

Technický experiment je významnou součástí poznávacího procesu. Ve školských podmínkách je účelné hovořit o výukovém technickém experimentu. Jde

vlastně

o realizaci

prostřednictvím

heuristické

promyšleného

metody

postupu

expozice

zkoumání,

nových

pozorování,

poznatků měření

a vyhodnocování pozorovaných nebo jinak smyslově (subjektivně) vnímaných tedy i exaktně, tj. měřením (objektivně) zjištěných realit s cílem získat novou informaci o daném jevu, materiálu apod. (Škára, I.).

Obrázek 1 PCB vývojového kitu AVR Dragon 4

1.3.

Výchovné aspekty technického experimentu

Neméně důležité jsou zajisté i výchovné aspekty technického experimentu (Kropáč,J. et al.): •

Rozvíjí samostatnou a kreativní činnost žáků, rozvíjí logické myšlení.

•

Získání vědecko-technických představ o zkoumaném objektu.

•

Rozvíjí pozitivní a realistické postoje k technice.

•

Umožňuje odhalování fyzikálních zákonitostí.

•

Správný vztah k technicko-hospodářským prostředkům.

•

Rozvíjí se i vyjadřovací schopnosti žáků.

Neoddiskutovatelně se v technickém experimentu jedná o metodu expoziční, použitou jako následnou po jiné metodě expozice nových poznatků. To ovšem znamená, že pro expozici určitého tematického celku je třeba mít připraven vyčerpávající systém technických výukových experimentů, zakomponovaný do systému technických úkolů.

1.4.

Rozdělení technických výukových experimentů

Technické výukové experimenty můžeme rozlišovat z různých pohledů, např. : •

Podle vztahu k technické praxi (technický nebo technologický experiment).

•

Podle vnější formy (školní, v zájmovém kroužku nebo domácí experiment).

•

Podle vnitřní formy (žákovské - realizují žáci nebo demonstrační realizuje vyučující).

•

Další rozlišení viz. (Kropáč,J. et al.).

5

1.5.

Technický experiment a modelování

S technickým experimentem úzce souvisí zejména pojem modelování ve výuce technických předmětů. Slovo model vzniklo z latinského modus, modulas, které znamenalo míru, vzor, způsob. Modelem lze rozumět účelové zjednodušení zobrazení reálného nebo abstraktního objektu, které má stejnou fyzikální podstatu jako originál (Novák, D.). Model ve vědeckém a technickém zkoumání je prostředkem k dosažení určitého poznání, zpravidla doplňuje další formy poznání - teorii a experiment. Představuje určitý most mezi teorií a objektivní skutečností. Umožňuje interpretaci teorií i interpretaci studovaných jevů. Je jedním

z kritérií

správnosti

teorie

a zároveň

zprostředkovaným,

pravděpodobnostním důkazem platnosti teorie v dané oblasti jevů. Jednou

z nejpodstatnějších

funkcí

modelu

je

funkce

vysvětlující.

V souvislosti s experimentem rozumíme pod pojmem modelování vztah dvou nezávislých objektů - primárního problémového a sekundárního modelového, který umožňuje řešení problému na jednom objektu (fyzickém či matematickém) myšlenkovými procesy odvozovat řešení na objektu druhém. Základem je vždy vztah podobnosti obou objektů či podobnosti jejich chování. Modelování se dělí na: 1. Fyzikální modelování - na fyzickém modelu objektu; fyzikální model vystihuje nejen geometrické parametry, ale i podstatné fyzikální chování modelu. Rozlišujeme: a. Podobnostní modelování - řešené problémy jsou si fyzikálně podobné, což znamená, že mají společný bezrozměrný popis a odpovídající si bezrozměrné argumenty, tzv. kritéria podobnosti. b. Analogové modelování - jedná se prakticky o dva problémy, které jsou popsány stejným matematickým popisem. Dva zcela fyzikálně odlišné objekty (např. proudění kapaliny v potrubí a elektrický proud ve vodiči) lze popsat stejným matematickým popisem.

6

2. Výpočtové modelování - pro tento typ modelování je nutná určitá teorie, ale naopak není potřeba fyzikální model. Modely a modelování technické reality je základní myšlenkou, která provází tvorbu a aplikaci elektrotechnických stavebnic.

1.6.

Prvky hravosti

Uplatněním startovacích kitů a elektrotechnických stavebnic ve výuce se do ní zavádějí prvky hravosti. Právě hra je tou činností, se kterou se děti setkávají od nejranějšího věku a která uspokojuje jejich vnitřní potřeby. Aby mohly tuto činnost vykonávat, potřebují mimo jiné herní prostředky, kterými hru realizují. Pokud se děti mohou pomocí startovacích kitů a elektrotechnických stavebnic efektivně učit (a to mohou), potom takové kity a stavebnice lze zahrnout pod pracovní pojem didaktické hračky (Novák, D.) a lze tak navázat na kategorizaci materiálně-didaktických prostředků podle (Tolingerová, D.). Vědeckou teorii o materiálních didaktických prostředcích a jejich kategorizaci z pohledu pedagogiky se pokusil vytvořit i (Stračar, E.).

1.7.

Postavení mikrokontrolérů v dnešní elektronice

Mikrokontroléry zaujímají v dnešním světě své místo téměř ve všech oblastech lidského života. Tento fakt nás utvrzuje i v tom, jak důležité postavení mají mikrokontroléry ve výuce praktického vyučování elektroniky a dalších příbuzných oborů. Mikrokontroléry jsou někdy nesprávně zaměňované s procesory, či osobními počítači. Abych uvedl tuto často zažitou představu na správnou míru, je třeba si uvědomit skutečnost, že mikrokontrolér není počítač, který by řídil složité funkční celky jako jsou např. osobní počítače, či jiné technologicky složitější sestavy. Sám mikrokontrolér má své využití v aplikacích, které jsou řízeny právě matematicky výkonnějšími zařízeními

jak již bylo uvedeno.

Mikrokontrolér je zpravidla řízen výkonnějším řídícím celkem, který využívá mikrokontrolér jako interface čili mezitvář, „pomocníka“ , který zabezpečuje nižší funkce. Tyto funkce mohou být například pohyb prstů na robotově ruce, hlídání různých snímaných veličin. Mikrokontrolér je tedy vhodný při řízení 7

konkrétně daných podsystémů. U jednodušších zařízení může být mikrokontrolér použit jako hlavní řídící obvod, který řídí celé zařízení, ale vznikají zde limity vzhledem k výpočetnímu výkonu. Hlavním

cílem

při

vývoji

mikrokontrolérů

je

jejich

zachování

jednoduchosti a tím také nízké ceny. Samotní výrobci vyvíjí nové řady mikrokontrolérů, které jsou kompatibilní s jejich předchůdci, čímž je zachována možnost využití nových obvodů na stejných místech jako jejich předešlé modely. Nemůžeme ale říci, že by se samotný vývoj mikrokontrolérů tímto zastavil, právě naopak dnes vznikají každým rokem nové typy mikrokontrolérů, které mají vyšší výkon, ale také cenu. Strategie je tedy taková, aby na trhu bylo dostatek jednoduchých zpětně kompatibilních mikrokontrolérů za přijatelnou cenu, ale vývoj samotných obvodů byl stále aktivní. Tento fakt nám nahrává i ve školství, kde za přijatelnou cenu můžeme vyučovat dnes využívané mikrokontroléry v průmyslu, ale i amatérské elektronice. Mezi základní předpoklad pro výuku mikrokontrolérů je mít kompletní základnu komponent pro daný výukový cíl. Tato základna by měla obsahovat následující komponenty:

Výukové prostředí: •

učebnu, dílnu přizpůsobeny pro daný výukový záměr

•

hygienické prostředí dle zásad BOZP

Pracovní komponenty, které odpovídají trendům doby: •

programátor

•

výukový software (návrhové systémy, vývojové prostředí pro daný mikrokontrolér)

•

programovací startkity

•

součástkovou základnu – sklad součástek

•

pracovní nástroje – pájedla, měřící přístroje

8

Pedagogickou dokumentaci: •

osnovy pro daný ročník

•

předřadné plány pro konkrétní vyučovací obor

•

přípravy pro danou vyučovací jednotku

Technickou dokumentaci: •

učebnice

•

metodické příručky

•

technické magazíny

•

schémata

Didaktické pomůcky: •

zpětný projektor

•

modely

•

instruktážní filmy

•

počítač s připojením k internetu

•

interaktivní tabule

•

laserové ukazovátko

9

2. Realizační část Pro

obor

mechanik

elektronických

zařízení

musíme

vycházet

z konkrétních cílů, které chceme naplnit. Cílovým profesním profilem absolventa oboru Mechanik elektronik pro nás bude: •

Kmenový obor: 2643L Elektronika

•

Studijní obor: 26-43-L/001 Mechanik elektronik

•

Zaměření: Spotřební elektronika

•

Dosažený stupeň vzdělání: úplné střední odborné vzdělání

•

Způsob ukončení a certifikace: maturitní zkouška, maturitní vysvědčení

S ohledem na výuku mikrokontrolérů v praktickém vyučování je třeba mít správně sestavené pracoviště již před samotnou výukou, proto musíme dodržet několik zásad, abychom nemuseli při samotné výuce improvizovat a tím narušovat výukový proces.

Dle (Čadílek,M., Loveček, A.) Místo, kde se provádí odborný výcvik žáků jsou volena tak, aby odpovídala cílům a obsahu učebních osnov a konkrétním podmínkám výuky.

Jsou to především: •

dílny odborného výcviku

•

laboratoře

•

cvičná pracoviště

•

provozní pracoviště

Výuka v dílnách odborného výcviku je uskutečňována za určitými konkrétními cíly, které musí být v souladu s osnovami a také trendy daného oboru. Z toho vyplívají následující specifické úkoly:

10

•

rozvíjet systematicky základní praktické dovednosti a schopnosti, které jsou předpokladem pro kvalitní práci v povolání

•

procvičovat základní vědomosti, dovednosti a návyky k dodržování zásad hygieny práce a všech zásad souvisejících s ekologií ve vazbě na učební obor

Učitel odborného výcviku zaujímá pevné a nedílné místo ve výukovém procesu. Jeho úkolem a povinnostmi je v souladu s osnovami, vědními trendy vývojem světa práce dodržovat rovnováhu mezi těmito úkoly. Mezi první úkoly, které je třeba naplnit, aby mohl být uskutečněn samotný proces výuky je třeba provádět přípravu učitele odborného výcviku. Při výuce mikrokontrolérů zde uvádím postup, který po sběru informací z praxe, ale i vhodných zdrojů, které jsou uvedeny v použité literatuře napomohou budoucím či stávajícím učitelům odborného výcviku zdokonalovat a rozšiřovat nové obzory v tomto dynamicky se rozvíjejícím prostředí.

2.1.

Elektrotechnické stavebnice a mikrokontroléry

Významným didaktickým prostředkem k dosažení většiny cílů u učiva zaměřeného

na

elektrotechniku

jsou

elektrotechnické

stavebnice

s

mikrokontroléry. Elektrotechnické stavebnice patří mezi materiální vyučovací prostředky (Friedmann, Z.), jejímž prostřednictvím se uplatňuje technická tvořivost ve výuce. V oblasti techniky jsou lidé, kteří mají schopnost tvořivě pracovat, neobyčejně ceněni. Vytvořením vhodných pomůcek a motivací lze vytvořit pro rozvoj tvořivosti vhodné podmínky a to samozřejmě za pomocí tvořivého učitele.

2.2.

Stavebnice jako základní prvek ve výuce

Stavebnice jsou základním prvkem ve výuce a jsou mezičlánkem mezi technickou realitou a technickou teorií. Vytváří mimo jiné i kreativní vazby v myšlení a jednání žáků. Je tedy jasné, že stavebnice jsou základním kreativním prvkem technické praxe. Žáci prostřednictvím stavebnic získají různé dovednosti a návyky technické povahy, které by jinak těžko mohli na reálném objektu nabýt 11

(když pro nic jiného, tak z pohledu bezpečnosti). Zejména pak elektrotechnické stavebnice, ty jsou velmi pozoruhodnou součástí materiálně didaktických prostředků. Umožňují modelovat technické, respektive elektrotechnické objekty, při dodržení bezpečnosti, přiměřenosti a zejména názornosti. Podle (Novák, D.) je definice elektrotechnická stavebnice jako soustavy nosných prvků, funkčních prvků a funkčních částí, které jsou určeny k jednorázovému nebo opakovanému sestavení různého počtu obvodů a jenž je jako celek určena svými didaktickými a technickými parametry.

2.3.

Stavebnice a mikrokontrolér jako hračka

Podle (Takáčová, E.) dítě a hra jsou dva pojmy, které odedávna patří k sobě. Tak, jak se postupně rozvíjejí vývojové předpoklady dítěte pro orientaci v okolním světě, tak se zdokonaluje i jeho hra. Bránu do světa dětských her otevírá hračka. Právě zde svou roli plní stavebnice a starovací kity. Hra se stavebnicí podporuje uvědomění si tvaru, velikosti, vztahu jednoho prvku k druhému. Přispívá k vytváření jednoduchých přírodovědných a matematických představ. Stavebnice patří mezi první hračky, které můžeme dát dítěti už od sedmého měsíce. Hra se stavebnicí poskytuje možnosti výchovného působení na dítě. Pro svůj kognitivní rozvoj potřebuje dítě hračky, které rozvíjejí psychické funkce: vnímání, paměť, představivost, myšlení. Tento požadavek plní právě stavebnice. Z tohoto pohledu je hra se stavebnicí pro děti opravdovým zážitkem. Tím, že dítě pozoruje, vnímá, získává nové informace a poznatky, dostává podnět ke konstrukci modelu. Při všech těchto aktivitách je nuceno přemýšlet, využívat už dříve osvojené poznatky, představivost a hlavně – musí tvořit, přičemž se zároveň učí hodnotit. Stavebnice rozvíjejí nejen technické schopnosti, ale i sociální vztahy. Podle (Mišurcová, V. et al.) si stavba skoro vždy vynutí spolupráci, žáci spolu komunikují, vyměňují si prvky, které na stavbu potřebují. Vyměňují si zkušenosti, a tím se zapojují do společné práce.

2.4.

Třídění stavebnic

Elektrotechnické a elektronické stavebnice vhodné pro zařazení do školní výuky je možné třídit na základě jejich použití ve vyučovací hodině na 12

stavebnice demonstrační a frontální (žákovské) (Škára, I.), (Novák, D.), (Křenek, M., Kotrbová, A.). Třídění stavebnic z hlediska využitelnosti jejich součástkové základny je možné na: •

jednoúčelová,

•

víceúčelová.

Třídění víceúčelových stavebnic z hlediska doplňování a rozšiřování jejich součástkové základny a možnosti vytvářeni nových zapojení: •

s otevřeným systémem,

•

s uzavřeným systémem.

Třídění stavebnic z hlediska základního konstrukčního uspořádání: •

s pevným uspořádáním součástek,

•

s volným uspořádáním součástek.

Další třídění stavebnic lze v dostatečné míře najít v odborné literatuře (Novák, D.), (Křenek, M., Kotrbová, A.).

2.5.

Demonstrační stavebnice

O elektrotechnických stavebnicích by se dalo dlouze pojednávat, což je nad rámec tohoto textu, proto se zde zmíním jen o stavebnicích demonstračních. Ty plní totiž hned dvojí účel, jednak zprostředkovávají kontakt mezi učitelem a žákem a umožní tak učiteli názorně demonstrovat jevy technické povahy, které žáci mohou pak snáze pochopit. A jednak umožňují názorně řídit výukový proces za vzájemné interakce a využití stavebnic frontálních. Je samozřejmé, že technická realizace takovýchto stavebnic musí splňovat podmínky přehlednosti a dobré viditelnosti. Pomocí demonstračních stavebnic je vhodné a dokonce nutné sestavovat elektrické obvody tak, aby vytvářely obraz schématu zapojení (obvodu nebo celého technického objektu). Obvody se sestavují z jednotlivých součástek nebo funkčních bloků umístěných zespodu na nosných deskách, na 13

kterých je svrchu nakresleno schéma odpovídající součástky nebo funkčního bloku. Nosné desky je možno upevnit a zapojit na magnetické tabuli nebo na děrovaném panelu, popřípadě v systému vodících lišt – jsou rozmanité způsoby realizace podle technické erudice autora. U demonstračních stavebnic není vždy třeba, aby byly vidět všechny součástky,

pokud

jsou

dobře

viditelné

u korespondujících

žákovských

(frontálních) stavebnic. Dokonce by u některých typů demonstračních stavebnic mohli rušit přehlednost schématu. Je ovšem nutné naopak viditelně umisťovat u demonstračních stavebnic pouze součástky s aktivní funkcí při styku s okolím, např. fotorezistory, fotodiody, žárovky, zvonek, reostat a potenciometr, tlačítka, přepínače apod.. Vzhledem k tomu, že je nutná dobrá viditelnost z dálky je schéma provedeno s maximální možnou tloušťkou čar a zároveň s maximálním využitím prostoru a není nutné ve všech místech schématu striktně dodržovat zásady elektrotechnického kreslení (i když by tomu tak z hlediska norem mělo být). Spojení jednotlivých součástek nebo funkčních bloků navzájem je třeba provést tak, aby se příliš neporušil celkový vzhled schématu. Na schématu se snažíme vytvořit vhodný systém měřících bodů tak, aby bylo možno při demonstraci předvést též ukázky elektrotechnického měření a vysvětlit některé problémy spojené s oživováním zapojení a vyhledáváním a odstraňováním poruch u frontálních stavebnic. Pro širší využitelnost je třeba, aby demonstrační stavebnice měly k dispozici větší množství součástek a funkčních bloků než mají odpovídající stavebnice frontální. Tím je možno zajistit, že na demonstrační stavebnici je možno sestavit větší množství obvodů než na korespondující stavebnici žákovské. Výhodou u demonstrační stavebnice je ovšem i její návaznost na výpočetní techniku (Serafín, Č.). Možnost srovnání ideálních průběhů s reálně naměřenými, dává studentům možnosti si realitu a model správně srovnávat a vyvozovat tak příslušné závěry.

14

2.6.

Projektování výuky

Projektování (plánování) je prvním krokem pro úspěšnou realizaci vyučování, je to plánování a promýšlení učebních cílů, jejich uspořádání a vzájemné vztahy. Plán = představa příštího stavu věci, neměl by ho znát jen učitel, ale také žáci – měli by vědět, co se od nich po zvládnutí tematického celku očekává.

Kroky při plánování výuky

Při plánování vychází učitel z různých kurikulárních dokumentů. Na jejich základě učitel zpracovává časově tematický plán učiva a přípravu na konkrétní vyučovací jednotku.

Plánování není jen představou o budoucím stavu věci, ale je to také řada konkrétních činností k zajištění realizace záměrů, tzn. příprava pokusů, technických zařízení, pomůcek, učebních úloh, didaktických testů, ale také učebnice (pozor, dnes nejsou učebnice v některých případech věcně ani didakticky na žádoucí úrovni) a k nim zpracované metodické příručky a v neposlední řadě potřeby a zájmy žáků.

Studium kurikulárních dokumentů

a) dříve studium učebních osnov (Vzdělávací program Základní škola, Národní škola, Obecná škola) b) dnes Rámcové vzdělávací programy

Zjištění potřeb žáků •

kurikulární dokumenty je nutné porovnat s potřebami žáků a jejich dosavadními znalostmi

•

dříve učili učitelé podle stanovených osnov a podle jedné učebnice, která měla i metodickou příručku – to bylo často pro žáky

15

nevyhovující, často docházelo ke zneužívání totalitními režimy k ideologickým a mocenským cílům •

dnes Rámcový vzdělávací program, resp. Školní vzdělávací program

Tematický plán učiva

Tematický plán učiva tvoří konečnou představu o výuce ve školním roce. Jedná se o stanovení tematických celků a počtů hodin, které jim

budeme

věnovat. Někdy se formulují i hlavní výukové cíle k tematickým celkům (cíl se nemá formulovat jako popis činnosti učitele, ale jako činnost žáka, kterou zvládne na konci výuky). Případně zde lze naplánovat přípravu zvláštních pomůcek, založení dlouhodobějších pokusů (např. v biologii) apod. Zpracování tematického plánu může být individuální záležitostí učitele, ale může se na něm podílet i tým učitelů (je žádoucí). Dříve se zpracovával na základě osnov a v souladu s učebnicemi a metodickou příručkou, dnes je větší volnost a lze zohlednit např. podmínky školy, potřeby žáků apod. Žádoucí je připravit tématické plány pro všechny ročníky, což umožňuje návaznost a mezi vyučujícími nevznikají spory o tom, co měl kdo odučit.

Jakmile máme stanovena témata a časové proporce, připravujeme se na konkrétní vyučovací jednotku.

Příprava na vyučování

Pracovní řád předepisuje důkladnou přípravu učitele na výuku, ale nepředepisuje její formu. Obecně se doporučuje udělat si alespoň stručnou písemnou přípravu na hodinu. Příprava je plně záležitostí učitele. Rys (1975) rozlišuje tři typy přípravy: a) „blesková příprava“ Co? Jak? Učitel vymezí obsah, promyslí metody a prostředky. O výukových cílech předpokládá, že jsou zakomponovány do obsahu učiva v učebnici. V praxi se s takovou přípravou setkáme často, především z nedostatku času.

16

b) odpovídá na otázky Co již bylo? Čeho chci dosáhnout? Jak a čím toho dosáhnout? Jaké bude mít tato hodina pokračování? Zde již učitel pracuje s cíli, které popisují, čemu se mají žáci naučit a na jaké úrovni, zařazuje vyučovací jednotku do obsahových a časových souvislostí s tím, co bylo, a tím, co bude (prakticky se to projevuje např. opakováním učiva z minulé vyučovací jednotky, zadáním úkolů na příště). Tento typ je nejčastější. c) nejnáročnější, lze ji charakterizovat takto: 1. cíle – co chci, čeho zamýšlím dosáhnout •

konkretizace některého z obecných cílů (např. žáci dokážou provést kotoul vzad)

2. jakými prostředky chci těchto cílů dosáhnout •

obsah učiva – stručný nástin

•

volba

vyučovacích

metod

(důležitá

je

aktivita

žáků),

didaktických pomůcek, metodický postup 3. zvláštní didaktická hlediska •

jaké mají žáci o tématu předběžné znalosti, prekoncepty

•

co z učiva bude pro žáky nejobtížnější

•

jak budu žáky aktivizovat

•

jak zajistím časovou a obsahovou kontinuitu obsahu učiva

•

jak zajistím diferencovaný a individuální přístup k žákům

•

jaké učební úlohy je potřeba připravit k procvičování a k upevňování učiva (včetně domácí úlohy pro žáky)

•

jaká jiná hlediska (např. hygienická) je třeba respektovat

4. výchovné možnosti •

jak mohu učivo i průběh vyučování využít výchovně (se zřetelem k celku třídy i k jednotlivcům)

5. organizace vyučovací jednotky •

které pracovní podmínky si musím zabezpečit

•

jaký organizační typ vyučování bude pro mou metodickou koncepci nejvhodnější

6. časový projekt vyučovací jednotky •

kolik času mohu věnovat jednotlivým fázím vyučovací jednotky

17

•

kolik času si vyžádá domácí příprava žáků na další vyučovací jednotku

7. k realizaci přípravy •

jak budu zajišťovat pracovní součinnost žáků

•

jak budu zajišťovat pracovní výsledky žáků

Jestliže učitel uvažuje výše popsaným způsobem, provádí tzv. didaktickou analýzu učiva. Struktura vyučovací hodiny se obvykle dělí takto: •

úvodní část (nástup, navození atmosféry, seznámení s obsahem a cílem hodiny; protahovací cvičení; dynamická část rozcvičení)

•

hlavní část (např. nácvik nových pohybových dovedností, opakování pohybových

dovedností

nebo

rozvoj

vytrvalostních

schopností

zvyšováním aerobní kapacity organismu) •

závěrečná část (kompenzační cvičení)

Většina učitelů užívá pro všechny své hodiny podobně strukturovaný plán – prázdnou matici, kterou si rozmnoží a vyplní pro každou hodinu. Měla by obsahovat: •

název hodiny, cíle a úkoly, odkaz na to, které části učebních osnov zrovna probíráte, potřebné vyučovací pomůcky, další potřebné prostředky, posouzení průběhu hodiny. Dále zde může být také datum a čas hodiny, místnost, název předmětu, témata zkoušení atd.

18

2.7.

Příprava na vyučování

Plán hodiny: Jan Novák Předmět: Odborný výcvik

Dílna: 20

Datum: Út 9.4.2008

Téma: Mikrokontroléry – základní pojmy Cíl: Žáci by měli umět: •

hledat informace v sytému Google dokumenty

•

umět pracovat se zdrojovým kódem

•

umět ovládat vývojové prostředí

•

umět přeložit program

•

umět naprogramovat mikrokontrolér

Materiál: počítačová učebna, Google dokumenty, programátor mikrokontrolérů, ovládací software

ČAS METODA

OBSAH Nástup a kontrola pracovních pomůcek Stanovit cíle. Zdůraznit důležitost.

Úvod 5

Otázky odpovědi

15

a

Např.:Má někdo z vás zkušenosti s mikrokontroléry? Kde si myslíte, že může být mikrokontrolér použitý?

Např.: Jak se liší mikrokontrolér od PC ? – Vysvětlit Objevování

rozdíl. Uvést základní typy mikrokontrolérů a základní odlišnosti.

19

60

Instruktáž předvedení Připojení programátoru k aplikaci, zapisování dat (program

.hex)

do

mikrokontroléru,

čtení

z

mikrokontroléru. Průběh učebního dne Cvičení

Rozdělení na skupiny : 1.sk – instalace programů, ovládání programů, 2. sk - Propojování programátoru s PC, 3.sk. - Učení se ovládacích prvků dle manuálu Žákům sdílet dokument v Google dokumenty, který bude součástí konkrétní kapitoly.

30 30

30

Diskuze Zápisky

Ukázka

180

Třída formuluje pravidla. Pravidla jsou shrnuta na tabuli a žáci si je opíší do sešitů. Názorně ukázat na fólii projektoru, jak aplikovat pravidla při programování mikrokontroléru. Cvičení – žáci prohlížejí již hotové zdrojové kódy

Procvičování

programů, pracují s vývojovým prostředím, provádějí překlad

zdrojových

kódů,

programují

konkrétní

mikrokontrolér 20

Shrnutí

Shrnout pravidla.

(bude-li čas)

Odpovídání na otázky, řešení úkolů z pracovního listu

Hodnocení hodiny

Napsat hodnocení hodiny s klady i zápory.

20

3. Praktická část 3.1.

Struktura metodické příručky

Struktura metodické příručky se může dynamicky měnit, jak již vyplívá z předcházejícího textu. Strukturu příručky může měnit učitel, nebo žáci, kteří mají k jednotlivým dokumentům od učitele přidělena práva změn.

Obrázek 2 Ilustrační obrázek se složkami základních dokumentů

Složka dokumenty obsahuje základní pedagogické dokumenty, které musí být aktualizované s ohledem na jejich změny v rámci změn ministerstva školství.

Mezi další součást metodické příručky patří složka přípravy, ve které nalezneme podložky, které již svým názvem napovídají jejich určení. Složka Evidence výukových materiálů obsahuje evidenční list, který nám zabezpečuje evidenci konkrétních materiálů. Tato evidence obsahuje názvy publikací, jména autorů, kontaktní informace apod. Složka Knihovna zatím není využita, ale v budoucnosti se uvažuje o využití pro skladovaní knih konkrétního pedagoga v elektronické podobě pro účely příprav. 21

Složka Vývojové prostředí bude v budoucnosti obsahovat databázi různých vývojových prostředí. Složka Stavebnice bude v budoucnosti obsahovat návody pro konkrétní stavebnice a vývojové kity.

Obrázek 3 Struktura metodické příručky v GOOGLE DOKUMENTY

22

Souhrn: Tato část výuky uvede studenty do funkcí a vlastností mikrokontrolérů.

Předpoklady: Studenti by měli umět ovládat standardní činnosti v prostředí systému Windows. Mezi ně patří spuštění aplikace, nalezení požadované diskové jednotky,správa souborů a práce s menu a dialogovými okny.

Cíle výuky: Po absolvování výuky budou studenti: •

Chápat základní principy mikrokontrolérů.

•

Využívat základní příkazy a schopnosti mikrokontrolérů.

•

Vytvářet jednoduché programy.

•

Vytvářet jednoduché elektronické obvody s mikrokontroléry.

•

Popsat princip zařízení.

•

Používat programátor v součinnosti s mikrokontrolérem.

Zdroje: • • • • •

Uživatelská příručka Referenční příručka pro všechny programátory ASIX Ovládací program UP pro Windows 98/ME/NT/2K/XP Speciální software - ovladače pro USB, programy JTAG SVF Player, ARMINE a eCOG Programmer Testovací software - software pro základní hardwarový test, používá se při podezření na hardwarovou závadu zařízení.

Hodnocení: Žáci budou hodnoceni na základě včasně dokončených úkolů, které jsou naplánovány a popsány v učebních materiálech.

23

Jako příklad zde uvádím možné proměnné, které by mohly určovat kritéria hodnocení:

Proměnná

Bodové

Příklad

hodnocení

Včasné Docházka

0-20 bodů

omlouvání,

dokladů,

důvod

doložení

absence

-

diskutabilní Splněné téma

Např. tři témata 20/3 = 6 bodů za

0 – 20 bodů

jedno téma Např. při vrtání použít ochranné

Bezpečnost práce

0 – 20 bodů

pomůcky

(brýle),

při

leptání

(rukavice) apod. Souborná práce

0 – 20 bodů

Závěrečná práce Kladné, ale i záporné aktivity

Aktivita při instruktážích

0 – 20 bodů

např.

vědomost,

pozornost

–

nepozornost – dělat záznamy Teoretický test dle probíraných Teoretický test

0 – 20 bodů

témat v součinnosti s odbornými předměty

Zkoušky:

Průběžné a závěrečné zkoušky vyžadují od studentů aplikaci naučené látky – měli by vytvořit elektrický obvod, obsahující všechny základní obvodové součástky, které v této výuce nacvičili. Minimální požadavky jsou uvedeny v následujících učebních materiálech. Zdatnější studenti by měli umět dále vylepšovat, mohou například připojit přídavný obvod na výstupy (např. čidlo) dle jejich volby.

24

Vzájemné zhodnocení výsledků:

Každé dokončené zařízení by mělo být vyzkoušeno. Po vyzkoušení zařízení by si měli žáci své obvody navzájem prohlédnout a zhodnotit výsledky svých prací, pokládat dotazy a učit se tak od svých spolužáků nové postupy. Mohou být rozdány tajné hlasovací lístky a tři nejlepší zařízení eventuálně odměněny dle uvážení učitele. Vítězové by si měli archivovat soubory. Archivaci je vhodné provést také na CD s uvedením jména žáka a data dokončení práce. Tyto práce pak můžete předvádět dalším žákům nebo z nich sestavit galerii na internetu.

3.2.

Zásady správného sbírání a sdílení informací

Předpokladem pro správné využití mikrokontrolérů při praktické výuce je potřeba mít precizně shromážděné a nasbírané výukové materiály – dále jen materiály. Pokud by jsme se měli zamyslet na budoucností uložených materiálů a jejich využitím, musíme vycházet ze základních priorit, které jsou důležité pro další využití. Priority jsou následující: •

Materiály musí být možno sdílet s ostatními zúčastněnými

•

Uložené materiály musí být možno editovat

•

K materiálům můžeme kdykoliv přidávat nová data

•

Materiály musí být uspořádány v logické struktuře

•

Materiály musíme pravidelně archivovat (CD, DVD, pevný disk apod.)

•

Vhodné je vést evidenci materiálů s tabulkovém seznamu

Tabulku můžeme nazvat např. evidence výukových materiálů, která by měla obsahovat následující náležitosti: •

Název materiálů (název knihy, souboru apod. dle konkrétního materiálu)

•

Kontaktní email (v případě, že materiály byly zaslány od konkrétní osoby)

•

URL adresa, kde jsme materiály získali (pokud pocházejí z internetu)

•

Obor, pro který jsou materiály určeny

25

3.3.

Použití metodické příručky

Metodická příručka je zpracována v elektronické podobě. Veškeré informace v ní obsažené je možné převádět do různých formátů a tisknout. Výhody tohoto provedení jsou velké. Pokusím se zde nastínit systém výuky pomocí této příručky.

Učitel

Žáci

Komunikace IT

Zpětná vazba ve škole Mimoškolní zpětná vazba Zpětná vazba v budoucím zaměstnání Metodická příručka Sdílení informací Testy

Výukové Znalostní materiály databáze

Obrázek 4 Zpětná vazba se systémem Google dokumenty

Prvním krokem pro plnohodnotné využití této metodické příručky je důležité, aby jednotliví žáci měli zřízený účet. Po zřízení může vyučující začít sdílet žákům jednotlivé dokumenty metodické příručky a zadávat žákům úkoly. Žáci mohou pomocí tohoto systému zasílat již vypracované úkoly, nebo vyplňovat didaktické testy a spoustu dalších činností.

Účet pro účely této bakalářské práce jsem založil s názvem: [email protected] Ostatní žáky vyzveme k založení nového účtu, pokud ještě nemají. Přitom si vedeme evidenci jednotlivých účtů např. v tabulce přímo v systému.

26

Kopec Roman [email protected] Koryčánek Antonín [email protected] Lukeš Jiří [email protected] Pinda Ondřej [email protected] Procházka Patrik [email protected] Slaný Marek [email protected] Svoboda Stanislav [email protected] Veselý Tomáš [email protected] Vojtíšek Rudolf [email protected] Gazdík Martin [email protected] Ilustrační seznam žáků třídy ME4, sk.2

Pokud žák nevlastní účet a vlastní libovolný email, můžeme mu na tento email zaslat pozvánku k založení účtu (z vlastního účtu):

Obrázek 5 Ilustrace pozvánky pro žáka

Po zaslání pozvánky založí žák svůj účet, který začne využívat pro potřeby výuky. Účty jsou zdarma a žák si ho může ponechat i po ukončení studia. K veškerým materiálům, které v průběhu studia získá se může vracet i v budoucnosti. Pokud bude žák v daném oboru v budoucnu pracovat, může také tento účet sloužit jako zpětná vazba. Zpětnou vazbou je získávání nových informací od bývalého studenta, který pracuje v konkrétním oboru. Student se tedy stane pracovníkem v konkrétním oboru (v našem případě elektronik) a může se dále podílet na rozšiřování naší znalostní báze. Zpětnou vazbou vzniká další možnost kontaktu, který je velice důležitým prvkem při zjišťování nových trendů v oboru a další komunikaci s bývalým studentem.

27

3.4.

Tvorba multimediální přípravy

Příprava učitele musí být výsledkem dokonalé a promýšlené volby výchovně- vzdělávacích cílů, obsahu, metod a forem na základě pedagogických a odborných znalostí učitele. Vzhledem k zaměření našeho tématu – využití mikrokontrolérů při výuce praktického vyučování můžeme využit formu netradiční přípravy, která bude cíleně zaměřena pro konkrétní potřeby vyučujícího s ohledem na maximální přínos pro žáka. Multimediální přípravou je myšleno využití jak písemných tak vlastních, ale i moderních internetových zdrojů a technologií, které završí celý vyučovací a výchovný proces úspěšnou tvorbou přípravy i do budoucna a pro další pedagogy. Jednou z možností, jak úspěšně začít s přípravou je promyslet si, kde budeme mít uloženy naše informace. Vzhledem k tomu, že je zvykem ukládat informace do vlastního počítače a poté je zasílat emailem kolegům, nebo v horším případě přenášet tyto informace na jiném médii ručně, přistoupil jsem k modernějšímu řešení, které přináší celou řadu výhod. Řešení využívá již hotového systému, který se každým dnem rozšiřuje o nové funkce jež jsou vyvíjeny za účelem zlepšení služeb jak pro školství, tak pro další ziskový či neziskový sektor. Konkrétním řešením je využití služeb světového vyhledávače Google, který nabízí možnost ukládání, sdílení, úpravy dokumentů online více uživateli. Konkrétní adresa sytému pro dokumenty je http://docs.google.com/ . Před samotným využitím těchto služeb je třeba založit zdarma uživatelský účet. Tento účet si může založit uživatel, který má zájem se podílet na efektivní výměně informací. Jak funguje tento systém v praxi? Můžeme si položit ještě jednu otázku: Je to potřeba? Odpovědí je ano. Pokud se podíváme zblízka na konkrétní možnosti tohoto systému, musí být i laikovi jasné, že tento systém sdílení informací je dalším mezníkem na začátku nové éry předávání informací. Uvedu zde výčet několika možných funkcí tohoto systému, které jsou přímo využitelné jak pro pedagogy, tak žáky :

28

Skladba počítačové učebny Symbol

Pocet

Popis

1

Kopírka

1

Bezpecnostní brána firewall

1

Videokamera

1

Prístupový bod bezdrátové síte

1

Skener

1

Digitální fotoaparát

11

Osoby

1

Server

1

Programátor mikrokontrolérů

1

Obrazovka

11

Přenosný počítač

1

Ethernet

1

Promítací prístroj (CRT)

6

Komunikacní spojení

Kamera

Digitální fotoaparát

Programátor

Projekční plátno - tabule Učitel

Promítací přístroj CRT

Žák

Žák

Žák

Žák

Žák Metodická příručka včetně úkolů a materiálů pro žáky

Tiskárna

Síť

PC

Skener

Internet Firewall

Žák

Žák

Žák

Žák

Žák

Obrázek 6 Ilustrační obrázek počítačové učebny •

Tvorba dokumentů (.doc, .xls) on-line. Tzn. můžeme v tomto systému tvořit dokumenty, které jsou kompatibilní s formátem pro kancelářský balík Office.

•

Sdílení uložených souborů pro konkrétní cílové osoby jimiž jsou v našem případě žáci, učitelé, nebo zaměstnanci firem zabývajících se našim oborem s nimiž komunikujeme. Ať již na úrovni dalšího profesního vzdělávání, či na úrovni provozní praxe apod.

•

Systém je koncipován na principu veškeré výměny informací a sdílení prostřednictvím internetového prohlížeče, což zabezpečuje požadavek mobility a tím se stává celý systém flexibilním

•

Systém je vícejazyčný, což podporuje další možnosti využití při komunikaci s pedagogy z jiných zemí po celém světě

•

Vytváření a sdílení prezentací

•

Uspořádání dokumentů do složek

•

Grafy a prezentace

29

Metodika teoretické přípravy Pro naplnění konkrétních cílů je třeba provádět přípravu. Dle (Čadílek,M., Loveček, A.) se doporučuje rozvrhnout přípravu dvoufázově:

Perspektivní příprava – spočívá ve vypracování tématického plánu, ve kterém by měl učitel časově rozvrhnout učivo do tématických celků do jednotlivých vyučovacích dní a vhodným způsobem vyčlenit základní učivo a jeho vzdělávací cíle. Tématický plán se vypracovává na delší časové období – na pololetí, nebo celý školní rok. Vychází se z osnov odborného výcviku příslušného oboru. Po pečlivém uvážení současného stavu jsme si dali úkolem zakomponovat toto učivo – mikrokontroléry do současných osnov. Brali jsme v úvahu ohledy na současnou strukturu a mezipředmětové vztahy.Cílem bylo zařadit na nejvhodnější pozici výuku mikrokontrolérů, což se podařilo. K aplikaci bylo zapotřebí součinnosti učitelů odborného výcviku, ale i učitelů teoretické výuky, kteří přispěli k zařazení výuky mikrokontrolérů do výuky teoretických předmětů. Konkrétně byla výuka zařazena do 4.ročníku oboru Mechanik elektronických zařízení. Výuka byla zařazena v kombinaci se stávající strukturou učiva to s následující dotací hodin: Celoroční rozvržení učiva oboru ME4 ŠK.ROK 2007/2008

Počet Téma č.

Obsah tématu

hodin:

Dnů: 30

Učitel OV

8

Po, Vy

210 1.

Složité digitální celky s mikrokontroléry

1.1

Základní pojmy

2

1.2

Seznámení s konkrétními hotovými obvody

3

1.3

Stavba, programování složitějších obvodů

2

1.4

Zásady BOZP

1

Složité 2. 2.1

regulované

celky

s využitím

mikrokontrolérů Návrh a stavba

56

77

11 2

30

Po, Vy

Celoroční rozvržení učiva oboru ME4 ŠK.ROK 2007/2008

2.2

Nastavení a ověřování funkce, měření

5

2.3

Diagnostika

3

2.4

Zásady BOZP

1

Souborná

činnost

na

složitých

elektronických zařízeních a měření na 3.

servisní a profesní působení studenta při

77

11

Po, Vy

dodržování BOZP.

Třída je rozdělena do dvou skupin, které se střídají u dvou učitelů odborného výcviku po 15 vyučovacích dnech. Při každém střídání bude provedeno školení BP a každý tématický celek bude ukončen kontrolní prací. Na úvod každého tématického celku bude zařazeno téma z „úvodu do světa práce“ – hlavní oblasti světa práce.

Součástí příprav bude zpracování elektronické metodické příručky, která bude použitelná jak pro výuku mikrokontrolérů, tak i dalších tématických celků.

3.5.

Elektrotechnická cvičení

Všechny následné ukázky zadání úkolů obsahují tyto dílčí části: •

Formulace problému - slovní zadání úkolů, který budou žáci řešit.

•

Omezení/parametry - rozumí se použité materiály, časové limity, přípustné náklady, meze návrhu a další užitečné informace, které mají vliv na konečný návrh.

•

Diskuse řešení – hrubý návrh jak bude zařízení navrhnuto. Minimalizace možných chyb.

•

Výběr nejlepší varianty - měl by být vybrán nejlepší a nejracionálnější návrh. 31

•

Rozvinutí myšlenky/výroby/dokončení - toto je fáze "tak a teď pracujte".

•

Testování/zhodnocení řešení - mělo by přinést analýzu návrhu a následné závěry.

•

Nový návrh/nový test (pokud je to možné) - časově náročná, ale velice cenná zkušenost.

•

Prezentace - předvedení dokončeného obvodu ostatním.

32

Organizace cvičení

Vyučující

Žáci

Rozdělí žáky do skupin

Skupiny usednou k počítačům

Rozdá žákům zadání úkolu

Čtou zadání

Ujistí se, že studenti rozumí všem požadavkům, které jsou na návrh kladeny Dá žákům pokyn k zahájení návrhu

Začínají kreslit své návrhy na papír a

obvodu na papír.

tvořit schéma na počítači.

Dá žákům pokyn k zahájení návrhu v programu EAGLE. Prochází mezi studenty, odpovídá na

Pokračují v návrhu.

dotazy a v případě potřeby pomáhá studentům. Spolu s žáky hodnotí obvody a

Zjišťují, zda obvody splňují zadané

kontroluje, zda splňují podmínky

podmínky.

zadání. Pokud ne, uloží žákům jejich opravu. Dá pokyn ke vzájemnému zhodnocení výsledků.

Učební materiály •

Ukažte žákům příklady podobných obvodů.

•

Snažte se přitom vybrat obvody rozdílných schémat, součástek a provedení.

•

Počáteční inspiraci mohou studenti nalézt také v elektrotechnických časopisech s různými schématy.

•

Doplňujte vaši společnou databázi znalostí v Gogole dokumentech

33

Příprava materiálů •

Rozdejte materiály na pracoviště studentů ještě před jejich příchodem do dílny.

•

Vždy žákům sdílejte pomocí Gogole dokumenty aktuálně používané materiály, které si pak mohou doma, nebo přímo v učebně u počítače používat.

Víceúrovňové cvičení

Pokud výuku navštěvují žáci s rozdílnými zkušenostmi a znalostmi v elektroniky, budete je muset rozdělit do skupin. Žáci s podobnými znalostmi vytvoří skupiny a budou pracovat jako tým. Můžete je rozdělit podle úrovně - začátečníci, středně pokročilí a pokročilí. Níže uvedený příklad vychází z návrhu blikače a A/D převodníku. Tabulka udává minimální cíle pro každou skupinu:

Úroveň

Nutné znalosti

Typ obvodu

Další obvody

Začátečníci

Základní

Mikrokontrolér

Mikrokontrolér

elektrotechnické

jako blikač

s několika LED

výpočty

s jednou LED

Středně

Výše uvedené a

Mikrokontrolér

pokročilí

navíc:

v zapojení A/D

Výpočty

převodníku

v zapojení A/D převodníku s LED

související s

indikací úrovní

mikrokontroléry Pokročilí

Mikrokontrolér

Výše uvedené a

Mikrokontrolér

Mikrokontrolér

navíc:

v zapojení jako

v zapojení jako

Orientace ve

A/D převodník s

A/D převodník

složitějších

LCD

s LCD a

elektrotechnických

ovládacími

zapojeních

tlačítky

34

3.6.

Náměty na další obvodová cvičení

Žáci při návrhu elektronických obvodů s mikrokontroléry budou používat různé programy určené pro návrh elektronických obvodů. V našem případě jsme používáme softwarový produkt EAGLE. Nejlépe se

žáci naučí používat návrhový program EAGLE tehdy, když

budou navrhovat obvody z již prakticky navrhnutých zařízení plně funkčních. Požadujte od nich, aby přemýšleli nad tím, jak upravit obvod různých principů na požadované funkce. Na následující straně je několik příkladů, které můžete svým žákům poskytnout jako námět k zamyšlení a rozvíjení jejich schopností.

Začátečníci

Středně pokročilí

Pokročilí

MK jako blikač

MK a běžící světlo

MK a ovládaní LCD

s tranzistory MK s tlačítky a ovládání

MK a fototranzistor

MK a ovládání

LED

spínající LED

krokového motoru

MK s tranzistorem a LED

MK jako časový spínač s

MK a detekce mobilního

tranzistorem

signálu

MK a ovládání LED

MK s klávesnicí, LCD

MK s tranzistorem a

reproduktorem vypuzující displeje

jako jednoduchá

jednoduchý zvuk

kalkulačka

MK jako jednoduchý se

MK jako

MK a ovládání

MK jako jednoduchý

stejnosměrného motoru

alarm

MK jako spínač osvětlení

MK jako voltmetr s LCD

s triakem MK jako jednoduchý

MK jako stmívač

MK ovládaný pomocí

semafor

osvětlení

dálkového ovladače TV jako spínač několika LED

MK s mikrofonem a LED

Mikrokontrolér

MK jako semafor s LCD

melodický zvonek

a DO

35

3.7.

Náměty na formulace obvodů

•

Navrhněte regulátor osvětlení s MK použitelný v bytě

•

Navrhněte jednoduchý blikač s více LED

•

Navrhněte jednoduchou hrací kostku s LED

•

Navrhněte regulaci pro reverzaci stejnosměrného motoru

•

Navrhněte obvod pro ovládání krokového motoru, týmy budou navrhovat každý blok odděleně (řídící a výkonovou část) a budou při tom navzájem konzultovat a komunikovat zapojení jednotlivých částí

Učební cíl: •

naučit se programovat pomocí programátoru Presto

•

naučit se obecně základní technické parametry programátoru

•

naučit se instalovat ovládací programy pro řízení programátoru

•

naučit se základní ovládací a indikační prvky programátoru

Výchovný cíl: •

Vést žáky k prohlubování získaných vědomostí a dovedností a návyků, k pořádku na pracovišti a dodržování bezpečnostních předpisů

36

Závěr V teoretické části práce jsem popsal tvořivou technickou činnost, která je hlavním východiskem pro technické dovednosti. Neoddělitelnou součástí jsou výchovné aspekty technického experimentu. Do výukového procesu jsou zavedeny prvky hravosti formou stavebnic a startovacích kitů. Zavedením těchto prvků jsem prokázal, že výuka je mnohem efektivnější. Závěrem teoretické části je vysvětleno dnešní postavení mikrokontrolérů v elektrotechnice. Ve druhé částí popisuji výchozí realizační stránku, kterou jsou elektrotechnické stavebnice a mikrokontroléry. Zmiňuji se zde o třídění stavebnic a projektování výuky včetně přípravy na vyučování. V této části jsem poukázal na možnosti realizace výuky pomocí stavebnic, které jsou dnes již nedělitelnou součástí výuky odborného výcviku, což se potvrdilo. Ve třetí části je popsána praktická část bakalářské práce. Patří sem struktura metodické příručky a zásady správného sbírání a sdílení informací. Uvádím zde novou technologii výměny informací mezi učitelem, žákem a dalšími zúčastněnými. Sdílení informací, které jsem v praxi realizoval potvrdilo, že žák je pro tento způsob komunikace připravený a má větší motivaci s tímto systémem pracovat vzhledem k netradičnímu způsobu výměny informací. Do budoucna je potřeba ještě dále sledovat další poznatky (efekt na bývalého žáka, komunikace s firmami apod.), což by mohlo být tématem pro další práci. Dále popisuji použití metodické

příručky

a

tvorbu

multimediální

přípravy.

Závěrem

jsou

elektrotechnická cvičení, náměty na další obvodová řešení včetně formulací obvodů. Cílem naší školy v oblasti ICT odborného výcviku je vytvořit moderní prostředí vybavené výpočetní, didaktickou a audiovizuální technikou pro podporu výchovně vzdělávacího procesu. S využitím výukových programů a technických zařízení učinit výuku zajímavou a prohloubit zájem žáků o studovanou specializaci. Dále pak vytvořit pedagogům odpovídající technické zázemí pro jejich přípravu a rozvoj.

37

Resumé Tato práce se zabývá využitím mikrokontrolérů při praktické výuce elektroniky. Tvoří multimediální metodickou příručku pomocí moderních informačních technologií. Zároveň navrhuje nové možnosti přípravy pro učitele. Klíčová slova Mikrokontroléry, praktické vyučování, mechanik elektronických zařízení, google dokumenty

Summary This bachelor thesis analyses the usage of micro-controllers during the practical education. It is an aid to create a multimedia methodical handbook, using modern information technology. It also proposes new possibilities of preparation for teachers. Key words Microcontrollers, practical education, mechanic electronic equipment, google document

38

Seznam použité literatury

ČADÍLEK, M., LOVEČEK, A.: Didaktika odborných předmětů. Brno: MU 2005 ČERVENKA, J. et al. Praktické činnosti – elektrotechnika kolem nás pro 6. 9. roč. ZŠ. Praha, FORTUNA 1997 FRIEDMANN, Z. Didaktika technické výchovy. Brno, MU 2001 Google Inc. Nápověda aplikace Dokumenty Google, 2. února 2008, Dokument dostupný na URL http://docs.google.com/support/bin/static.py?page=faq.html&hl=cs KROPÁČ, J. et al. Oborové didaktiky. Olomouc, PdF UP 1994 KŘENEK, M., KOTRBOVÁ, A. Elektronika v technických pracích 8. ročníku ZŠ. Praha: SPN 1985 MIŠURCOVÁ, V. et al. Hra a hračka. Praha: SPN, 1980 NOVÁK, D. Elektrotechnické stavebnice v technické výchově. Praha: UK 1987 SERAFÍN, Č. Technické praktikum z elektrotechniky a elektroniky. Olomouc: VUP 2001 STRAČAR, E. Systém a metody riadenia učebného procesu. Bratislava: SPN, 1967 ŠKÁRA, I. Technika a základní všeobecné vzdělání. Brno: MU 1996 TAKÁČOVÁ, E. Význam hry se stavebnicí. Informatorium, 2000 č. 3-8

39

Seznam příloh 1) Příručka PRESTO – USB programátor

40