WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ПРОДУКЦИЯ Методическое пособие для преподавателей ВСЕМИРНЫЙ ОРТ М о с к в а 2001 Бронштейн Б.З. Технологические системы и продукция.

Методическое пособие для преподавателей. стр.103 Учебно методическое пособие подготовлено в рамках внедрения программы «Технология для всех» в системе школ ОРТа стран СНГ и Балтии для помощи преподавателям «Технологии» при работе с учебником «Технологические системы и продукция».

В пособии приводятся рекомендации по про ведению занятий, использованию на уроках «Технологии» разнообразного лабораторного оборудования, предлагаются критерии оценки деятельности учащихся © World ORT © АНО ОРТ Москва 2001 Оглавление ОГЛАВЛЕНИЕ............................................................................... 3 ВВЕДЕНИЕ..................................................................................... 5 ГЛАВА 1 НУЖДЫ ЧЕЛОВЕКА И ТЕХНОЛОГИЯ................................... 12 Тема 1. Человеческие нужды как источник развития технологических систем................................................................ Тема 2. Цель создания технологической ситемы, ее главная полезная функция............................................................................ Тема 3. Элементы технологических систем................................ Итоговое занятие.............................................................................. ГЛАВА СИСТЕМЫ И ПОДСИСТЕМЫ.................................................. Тема 1. Характеристики технологической системы................. Тема 2. Описание систем блок схемами Тема 3. Системы и подсистемы...................................................... Тема 4. Поиск неисправностей...................................................... ГЛАВА ВХОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.............................. Тема 1. Энергия как вход................................................................ Тема 2. Вещество как вход.............................................................. Тема 3. Информация как вход........................................................ ГЛАВА ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ............ Тема 1. Процессы преобразования энергии............................... Тема 2. Процессы преобразования вещества............................. 4 Оглавление Тема 3. Процессы преобразования информации............................. ГЛАВА УСТРОЙСТВА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ......... Тема 1. Механические устройства................................................ Тема 2. Электротехнические и электронные устройства......... ГЛАВА УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ..... Тема 1. Что такое управление........................................................ Тема 2. Обратная связь.................................................................... Тема 3. Системы автоматического управления (саморегулирующиеся системы)................................................... Итоговое занятие.............................................................................. ГЛАВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА............. Тема 1. Польза и вред технологии................................................. Тема 2. Борьба с нежелательными последствиями применения технологий.................................................................. Тема 3. Развитие технологических систем: польза и вред........ Введениедиафрагма ВВЕДЕНИЕ Чтобы понять связь технологии с наукой и обществом, их влияние друг на друга и на природную среду, необходимо уяснить сущность техноло гии, её роль и место в современном мире, возможности и ограничения.

Технология является неотъемлемой частью человеческой культуры. По нимание термина «технология» основано на рассмотрении ее:

А. Как некой интегрирующей области знаний, создающей межпредмет ные связи.

Б. Как мыслительного процесса, от осознания проблемы к плану её ре шения, использование которого позволяет решить проблему.

В. Как деятельности в общечеловеческом, социальном, контексте, пред полагающей, что применение знаний основано на гуманитарных оценках результатов деятельности, понимании ее необходимости.

Взяв в руки обломанную ветром ветку, чтобы достать высоко висящий плод, наш далекий предок сделал первый шаг на пути технологического развития. Современного человека окружают самые разнообразные пред меты, созданные для удовлетворения многочисленных потребностей. Вся эта созданная людьми технологическая среда носит название «промыш как ленная собственность», что позволяет нам определить технологию, как как как как процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно созданных материальных объектов», а любая технологическая система созданных материальных объектов созданных материальных объектов созданных материальных объектов созданных материальных объектов будет конкретным представителем этого искусственного мира.

Комплексное технологическое образование подразумевает рассмотре ние технологии, как процесса постановки и решения проблемы, опираю щегося на опыт и знания, учитывающего социальную значимость достигнутого результата.

Задачей настоящего пособия является методическая помощь препода вателю, работающему со школьниками по учебнику «Технологические си стемы», ориентированному на изучение технологии путем исследования различных технологических систем и показывающему на основе систем ного подхода, взаимосвязи между обществом, технологией и природой.

Основные идеи пособия Основные идеи пособия Основные идеи пособия Основные идеи пособия Основные идеи пособия Пособие позволит преподавателю эффективно помочь школьнику при изучении курса «Технологические системы»:

Познакомиться с миром технологий А. Познакомиться с миром технологий Познакомиться с миром технологий Познакомиться с миром технологий Познакомиться с миром технологий, изучая конкретные технологи ческие системы, их историю, развитие и принципы действия, начиная с 6 Введение простейших бытовых приборов, таких, как мясорубка и телефон, и закан чивая сложными технологическими системами автомобиль, электростан ция... Например: Тепловую электростанцию можно представить как технологическую систему, в которой ресурсы (входы) поступают в техно логическую систему, преобразуются в ней (процессы), в результате мы по лучаем требуемую продукцию (выход).

Знакомство с миром технологий на примере конкретных технологичес ких систем позволяет рассматривать их через призму основных свойств, характеристик.

Иногда вместо термина «технологические системы» мы будем исполь зовать термин «системы». В тех случаях, когда речь будет идти о природ ных или социальных системах это будет оговариваться.

Основные направления рассмотрения технологических систем:

• Система это комплекс взаимодействующих компонентов (деталей, узлов, устройств), используемый для достижения цели.

• Характеристики системы это ее внешние связи (входы и выходы), принимаемые во внимание.

• Систему можно описать блок схемой (вход процесс выход).

• Систему можно расчленить на подсистемы и описать их блок схема ми (вход процесс выход).

• Система является частью более крупной системы надсистемы, кото рую она образует вместе с другими, дополнительными, системами.

• Измерение параметров фактического выхода это информация, полу чаемая от системы и используемая для изменения её работы (при необхо димости) с целью получения требуемого выхода.

• Почему и когда создана технологическая система? Как развивалась до наших дней? Почему именно так? Какой станет завтра?

Увидеть через призму системного подхода взаимосвязь между тех Б. Увидеть через призму системного подхода взаимосвязь между тех Увидеть через призму системного подхода взаимосвязь между тех Увидеть через призму системного подхода взаимосвязь между тех Увидеть через призму системного подхода взаимосвязь между тех нологией, обществом и природой нологией, обществом и природой.

нологией, обществом и природой нологией, обществом и природой нологией, обществом и природой Системный подход это комплекс методов поиска, планирования и реа лизации изменений, направленных на решения проблем. Он дает возмож ность выделять любой компонент проблемы и рассматривать его независимо с учетом существенных связей с окружением (технологичес ким, социальным, природным).

Какие потребности удовлетворяют технологические системы?

Какие потребности удовлетворяют технологические системы?

Какие потребности удовлетворяют технологические системы?

Какие потребности удовлетворяют технологические системы?

Какие потребности удовлетворяют технологические системы?

Например: Потребление электроэнергии в быту важнейший показа тель качества жизни. С ростом благосостояния людей возрастает потреб Введениедиафрагма ность в электроэнергии. При расширении существующих электростанций или строительстве новых с целью получения большего количества элект роэнергии, следует обращать внимание как на требуемый (полезный) вы ход (дополнительная электроэнергия), так и на нежелательные последствия изменений (дополнительное загрязнение воздуха, шум и т.п., то есть вред ный выход).

Любое изменение в окружающем мире человек осуществляет для удов летворения каких либо своих потребностей. При этом достигнутый и ожи даемый результаты не всегда совпадают. Более того, в дополнение к положительному эффекту от изменений всегда возникают негативные воз действия, создающие самые разнообразные проблемы, которые нам с вами постоянно приходится решать. Все это создает условия для непрерывного развития общества, науки, технологии.

Подобный подход к изучению технологии позволяет учащимся исследо вать технологические системы, предлагать варианты их модернизации, ак тивно использовать в этом процессе знания, полученные при изучении другие школьных дисциплин.

Цели курса Цели курса Цели курса Цели курса Цели курса Цели каждой главы сформулированы исходя из общих целей курса. Их можно разделить на две основные группы:

Цели в области содержания 1. Цели в области содержания Цели в области содержания Цели в области содержания:

Цели в области содержания Ознакомить с основными направлениями исследования технологичес ких систем.

Научить принципам анализа технологических систем с применением блок схем.

Ознакомить с принципами историко прогностического исследования технологических систем.

Научить видеть тесную взаимосвязь между обществом, технологией и природой.

Цели в области развития навыков.

2. Цели в области развития навыков.

Цели в области развития навыков.

Цели в области развития навыков.

Цели в области развития навыков. Привить навыки технологичес кого мышления. Привить навыки коллективной деятельности. Привить навыки современных методов поиска, анализа и представления информа ции. Развить критическое, созидательное, творческое мышление.

Методические рекомендации Методические рекомендации Методические рекомендации Методические рекомендации Методические рекомендации Необходимо всемерно развивать у школьников абстрактное мышление, умение неформально подходить к исследуемым проблемам, нетрадицион но использовать уже накопленный опыт. Для этой цели:

8 Введение • Сосредоточиться на качественных аспектах исследования систем.

Например: рассматривать входы систем на качественном уровне (веще ство, энергия, информация) при минимальном использовании численных показателей.

• Подбирать примеры из областей, близких школьникам.

Предпочтительно рассматривать простые бытовые приборы: обогрева тель, настольная лампа, фен, холодильник, электрочайник,...

• Изучать принципы действия — от конкретных примеров к обобщениям (индукция).

Например: рассмотрение последовательности операций по нахождению неисправности в системе указателя поворота автомобиля, как основы для выработки стратегии поиска неисправностей в различных технологичес ких системах.

Не менее важно создать комфортную, доверительную обстановку в ауди тории, сочетая рассказы о реальных ситуациях с коллективными обсужде ниями, объяснения тем с примерами, в том числе и на конкретных образцах.

Не следует забывать и о разнообразных учебных конструкторах наборах.

Необходимо вызвать у детей интерес к изучаемой теме, пробудить целенап равленное любопытство к тем или иным технологиям и их представителям.

Приобретение навыков Приобретение навыков Приобретение навыков Приобретение навыков Приобретение навыков Усвоение большого количества информации непростая проблема, од нако, успешное ее решение сомнительное достижение: непрерывно изме няющийся мир постоянно подбрасывает новые проблемы, новую информацию. Прежний запас знаний, старый опыт иногда оказывается несостоятельным в новых ситуациях. Поэтому тезис о том, что большое количество информации, ранее полученной человеком, позволит ему по стоянно использовать ее в различных ситуациях, в настоящее время при знан ошибочным.

Альтернативный путь предполагает освоение навыков применения сис темного подхода для анализа ситуации и постановки проблемы, а проведе ние поиска, обработки и представления информации в виде, наиболее подходящем для ее (проблемы) эффективного решения. Все это создает условия для формирования способностей к самостоятельному обучению.

Организация учебного процесса.

Организация учебного процесса.

Организация учебного процесса.

Организация учебного процесса.

Организация учебного процесса.

Разнообразие методов преподавания и форм обучения это один из глав ных принципов работы в аудитории. При этом особое внимание необхо димо уделить следующим видам деятельности:

Индивидуальная или групповая (2 3 школьника) деятельность изуче Введениедиафрагма ние книги, выполнение заданий и оформление результатов на рабочих ли стах или в тетради.

Анализ ситуаций обсуждение эпизодов из повседневной жизни. Под борка примеров, приведенная в учебнике, создана на основе реальных со бытий, описанных в книгах, газетах, интернете и других средствах массовой информации. Однако следует помнить о том, что учебник переводной, а наша повседневность несколько отличается от реалий Израиля.

Сбор и обработка информации заинтересовать школьника в непрерыв ном поиске и структурировании информации по рассматриваемой теме из разнообразных источников: от родителей и других взрослых до книг, газет, журналов, интернета, её представлении в виде, удобном для даль нейшей работы. Например: можно предложить школьникам выполнение проекта в рамках изучаемой темы, а работу по проекту они начнут со сбо ра информации и обработки её, а закончат отчетом, который защитят на итоговом занятии.

Задачи преподавателя.

Задачи преподавателя.

Задачи преподавателя.

Задачи преподавателя.

Задачи преподавателя.

1. Проводить со школьниками обсуждение ситуаций как взятых из ре альной жизни, так и описанных в учебнике, стараясь совместить уже на копленный детьми жизненный опыт с технологическими аспектами учебника.

2. Создавать в учебной аудитории соответствующую «технологическую» среду (разнообразные лабораторные и бытовые приборы, учебные набо ры и т.п.), стимулирующую интерес детей к изучаемому предмету, способ ствующую формированию навыков системного мышления.

3. Обеспечивать учебный процесс, контролировать деятельность учащих ся, их успехи и неудачи в освоении материала и соответствующе это оце нивать.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА Работа с лабораторным оборудованием не только повышает конкрет ность изучаемого материала, но и позволяет реализовывать на действую щих моделях отдельные проекты учащихся. Лабораторное оборудование, представленное учебными наборами и отдельными образцами бытовых приборов, позволяет исследовать характеристики технологических систем, изучать их состав и принцип действия, развивать разнообразные навыки школьников.

1. Формирование комплексной среды обучения Под комплексной средой обучения подразумевается лабораторное обо рудование, объединенное темой, изучаемой в рамках учебного модуля. На пример: когда основная тема управление, то на каждом рабочем месте желательно обеспечить возможность исследования моделей технологичес 10 Введение ких систем со всеми тремя типами управления: ручным, автоматическим и управлением с обратной связью.

2. Выполнение заданий (самостоятельно или под руководством преподавателя) Занятия с использованием лабораторного оборудования предполагают исследование ситуации, постановку проблемы и ее технологическое ре шение с использованием предоставленных ресурсов (учебные наборы).

Преподаватель организует работу школьников, как осуществляя внешний контроль при самостоятельной деятельности, так и принимая активное уча стие наравне с ребятами при проведении сложных исследований.

Примечание. В тех случаях, когда задания предполагают проведение относительно трудоемких исследований, целесообразно выдавать школьникам рабочие карточки, на которых не только приводится само задание и бланк для записи результатов, но и дается подробная инст рукция по проведению работы.

3. Обсуждение и выводы.

Предлагается проводить после выполнения каждого задания, в том чис ле и с использованием лабораторного оборудования. Обсуждение должно содержать: отчёты групп о проделанной работе;

анализ содержания раз личных этапов работы и особенностей их проведения.

Оценка деятельности учащихся Оценка деятельности учащихся Оценка деятельности учащихся Оценка деятельности учащихся Оценка деятельности учащихся Оценка деятельности в классе производится при помощи контрольных работ, составленных на основе заданий учебника, фронтальных опросов, лабораторных и экспериментальных работ, защите итоговых проектов.

При этом могут быть выделены следующие составляющие оценки:

1. Работа с информацией и средствами поддержки:

поиск источников;

первичная обработка информации;

структурирование информации, ее анализ;

окончательное оформление работы.

2. Навыки системного мышления:

анализ ситуации и постановка проблемы на основе отобранной информации;

Введениедиафрагма определение возможных путей решения проблемы;

формулировка и обоснование предполагаемых последствий внедрения выбранного решения.

3. Работа с лабораторным оборудованием.

4. Умение публично раскрыть тему, сформулировать и обосновать вы воды, в дискуссии отстоять свою точку зрения.

Учебник «Технологические системы» Учебник «Технологические системы» Учебник «Технологические системы» Учебник «Технологические системы» Учебник «Технологические системы» Для формирования среды, стимулирующей мотивацию к самообучению, и динамичной работы в аудитории, целесообразно предлагать учащимся в качестве домашних заданий самостоятельно знакомиться с материалами последующего занятия. Начало урока следует использовать для ответа на возникшие у детей вопросы и совместное закрепление выводов по само стоятельно изученному материалу. В этом случае большую часть аудитор ного времени можно уделить дискуссиям, обсуждениям и практическим лабораторным работам. Этот вид деятельности учащихся должен явиться заметной составляющей оценки их деятельности.

Примечание. Структура данного пособия соответствует главам учеб ника «Технологические системы». ПРичем к каждой главе дается при мерный учебно тематический план.

ГЛАВА НУЖДЫ ЧЕЛОВЕКА И ТЕХНОЛОГИЯ Человеческие нужды как источник развития технологических систем (2 часа) Развитие потребностей человека от первобытных времен до наших дней. Классификация нужд и потребностей. Исторические вехи техно логии. Классификация систем.

Цель создания технологической системы, ее главная полезная функция (2 часа) Системы: потребности и функции. Классификация бытовых элект роприборов. Технологические системы и их аналоги. Нетрадиционное использование технологических систем.

Элементы технологических систем (2 часа) Типовые элементы технологических систем, их функции. Связи между элементами. Понятие структуры.

Итоговое занятие. (2 часа).

Лабораторно практическая работа. Элементно структурное иссле дование бытового электроприбора (настольной лампы).

Основные понятия:

Нужда осознанная нехватка чего либо.

Жизненно необходимые нужды пища, жидкость, отсутствие боли, бе зопасность.

Социальные нужды принадлежность к группе, признание и любовь ок ружающих, самоутверждение.

Человеческая потребность конкретное выражение нужды.

Назначение технологической системы то, для чего мы ее, технологи ческую систему, используем (возможный синоним термина цель: с какой целью использует человек технологическую систему).

Функция внешнее проявление свойств технологической системы.

Элемент относительно неделимая часть целого, объект или операция.

Основные идеи:

1. Технология призвана решать осознанные человеком проблемы, то есть удовлетворять его потребности. Технологическая система является Нужды человека и технологиядиафрагма средством достижения цели: позволяет человеку решить проблему. Одна ко ее использование подчас создает новые проблемы, требующие реше ния.

2. Формирование понятия «технологическая система» осуществляется преподавателем совместно со школьниками. При изучении настоящей гла вы последовательно рассматриваются проявления технологических сис тем, а по завершении каждой очередной темы исходное определение дополнятся.

И если сначала технологическую систему мы будем рассматривать, как нечто целое, материальный объект, используемый человеком с целью удов летворения какой либо потребности, то в дальнейшем определим ее, как выполняющий заданную функцию комплекс взаимодействующих элемен тов, созданный человеком для удовлетворения потребности. Говоря о тех нологической системе, необходимо добиваться, чтобы определение включало термин «взаимодействие»: это позволяет подчеркнуть, что тех нологическая система проявляет себя только в работе, при использовании, функционировании.

ВВЕДЕНИЕ. ТЕМА 1.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ НУЖДЫ КАК ИСТОЧНИК РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Одно занятие два урока.

Начать занятие следует с описания конкретного окружения школьни ков в классной комнате. Все предметы, окружающие детей от одежды и обуви, до стен помещения и установленного в нем оборудования искусст венного происхождения. Они являются технологическими системами, кон кретными представителями тех или иных технологий. Через подобное обсуждение необходимо подвести учащихся к определению технологии, как процесса удовлетворения человеческих нужд с помощью искусствен но созданных материальных объектов.

Закончить вводную часть следует классификацией систем, попутно предложив школьникам привести примеры для каждого из членов классификации.

Например:

• Минеральные системы (объекты неживой природы) пустыня, атмос фера, вулкан, алмаз...

• Биохимические системы (объекты живой природы) дерево, корова, дрожжи, человек...

• Социальные системы различные сообщества людей от семьи до че ловечества в целом.

14 Глава СИСТЕМЫ Искусственные Естественные Строительные Механические Электротехничес Механичес Электронные системы системы кие системы кие системы системы • Строительные системы здание школы, квартира, мост, стол...

• Механические системы качели, кусачки, ворот колодца...

• Электротехнические системы светильник, трансформатор, холодиль ник, фен...

• Электронные системы компьютер, калькулятор, телевизор...

• Химические системы установка для производства минеральных удоб рений, электрический аккумулятор...

Однако следует помнить, что в строгом соответствии с приведенной клас сификацией однородные системы встречаются не часто: обычно мы име ем дело с комбинированными системы. Так социальная система, являясь искусственной, образована природными биохимическими объектами людьми. Современное человеческое жилище это сложный комплекс раз нообразных технологических систем: строительных (собственно здание), электротехнических (освещение, лифты, вентиляция...). Охранные систе мы содержат электронные устройства. Водоснабжение и канализация от носятся к гидравлическим системам, все насосы которых приводятся в действие от электротехнических систем электродвигателей. Достижения науки дали возможность активно вмешиваться в развитие природных био химических систем. Появились, микроорганизмы, растения, животные с новыми, ранее не известными свойствами. Это направление называется биотехнологией.

Дополнительную информацию можно найти:

Перегудов Ф.И. и Тарасенко Ф.П. «Введение в системный анализ» Мос ква «Высшая школа» Хубка В. «Теория технических систем» Москва «Мир» системы системы системы системы Социальные Минеральные Биохимические (общественные) Технологические Нужды человека и технологиядиафрагма Бронштейн Б. Учебное пособие по работе с конструктором «STRUCTURES» тема 2 «Жилище», ОРТ Москва 2000.

Для гармоничного перехода к понятию нужды и последующей класси фикации нужд полезной может оказаться упражнение «Робинзон», в рам ках которого школьникам предлагается фантастическая ситуация: в одно прекрасное утро они, в чем спать ложились, просыпаются под кустом в не знакомой местности.

Условия:

• первое время тепло, хищники и аборигены отсутствуют;

• есть живность, растительность, вода и т.п.;

• смогут найти и вернуть в наш мир детей неизвестно;

• из предметов нашего мира есть только то, в чем спали.

Далее необходимо предложить каждому из них назвать по 5 6 первооче редных проблем, которыми необходимо заняться.

Эта часть занятия может быть завершена практическим заданием по ре шению проблем, выдвинутых школьниками. Для этого:

Предложить учащимся объединиться по двое в рабочие группы.

Выдать рабочим группам по одной значимой проблеме из ранее предло женных. Дублирования проблем опасаться не следует — главное, чтобы отличались решения.

Обеспечить школьников картоном, бумагой, фломастерами, клеем, нож ницами и т.п. и предложить изготовить модель технологической системы, позволяющей решить выбранную проблему, а также подготовить корот кий (2 3 минуты) доклад презентацию о проделанной работе.

Дать возможность каждой рабочей группе выступить и ответить на воп росы товарищей.

После окончания презентации вернуться к работе с проблемами, сфор мулированными школьниками до начала практической работы. Из назван ных школьниками проблем составить массив с весовым ранжированием предложений учащихся. Формируя массив необходимо активно уточнять вместе с учащимися формулировки названных ими проблем, сводя их к классификации Маслоу:

Жизненно необходимые нужды:

— нужда в воздухе, воде, продовольствии (свобода от голода и холода);

— нужда в безопасности (свобода от угрозы), защите от климатичес ких воздействий, отсутствии боли.

16 Глава Социальные нужды:

— нужда в принадлежности к группе;

— нужда в признании и любви, уважении окружающих;

— нужда в самоутверждении.

Общие рекомендации по проведению подобного упражнения можно найти в разделе «Введение в экспертные оценки» учебно методического пособия для преподавателя технологии «Основы технического творчества», термины и их взаимосвязь (Б. Бронштейн, ORT Москва, 1996).

Далее следует обратить внимание учащихся на то, что нужды сами по себе, в чистом виде, не наблюдаются, а могут проявляться только в виде потребностей, их конкретном выражении. Например, нужда в принадлеж ности к группе может проявляться, как потребность в общении, информа ционных коммуникациях. Вместе с учащимися проследите развитие этой потребности:

Речь — письменность — гонец (в наше время фельдъегерь для особо важ ной документации, здесь, как фрагмент, появляется развитие транспорт ных технологий) — голубиная почта. Затем почта — телеграф (от сигнальных костров и семафоров к электрическому телеграфу 19 века) — телефон — факсимильный аппарат — электронная почта — аудио и видео связь через электронные адреса в интернете — можно и пофантазировать, сделав прогноз на будущее.

Говоря о технологическом развитии, важно, как его основной признак выделить колесо. Это единственный материальный объект, функциониру ющий аналог которого отсутствует в естественных, природных системах.

В качестве домашнего задания целесообразно предложить школьникам, разбившись на рабочие группы (навыки такой деятельности они получили ранее в 5 6 классах), подготовить короткие обзоры по развитию техники (средств удовлетворения конкретной потребности) от момента появления до наших дней.

Это могут быть различные технологии:

•сухопутный, водный или воздушный транспорт;

•фиксация графической информации;

•хранение продуктов питания;

жилище;

•освещение.

Перечень бесконечен, главное при обсуждении выбранной темы дого вориться об ограничениях, позволяющих детям успеть выполнить закон ченные работы к следующему занятию.

Нужды человека и технологиядиафрагма В качестве источников информации предложить воспользоваться раз личными детскими энциклопедиями по истории науки и техники, которые есть в школьной библиотеке, предоставить возможность поиска в Интер нете. Литература по истории техники может быть найдена в детской биб лиотеке по месту жительства, в домашних библиотеках учащихся. При утверждении тем, необходимо напомнить, что указание источников ин формации является обязательным условием выполнения работы.

Примечание. Следует обратить внимание школьников, что в перевод ных детских технических энциклопедиях имеются неточности, ошиб ки, умолчания (практически отсутствуют упоминания о Российских и советских ученых и конструкторах).

В качестве домашнего задания предложить детям для закрепления мате риала занятия прочесть введение и первую тему главы, ответить на вопро сы, а также ознакомиться с темой 2 первой главы учебника, которая будет рассматриваться на следующем занятии.

ТЕМА 2. ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ЕЕ ГЛАВНАЯ ПОЛЕЗНАЯ ФУНКЦИЯ.

Одно занятие два урока.

Любая человеческая деятельность направлена на достижение определен ной цели. Но человек тем и отличается от других представителей животно го мира, что использует в своей деятельности разнообразные орудия труда от обломанной ветки, чтобы достать высоко висящий плод до атомной элек тростанции источника энергии, необходимой для работы окружающих его устройств. То есть любая используемая человеком система это сред ство достижения цели. Термин «цель» определяется как «образ желаемо го будущего» (Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. «Введение в системный анализ», Москва «Высшая школа» 1989), поэтому позволяет описать все уровни конкретизации.

Ситуация: человек попал под дождь Нужда: (цель защитить себя от климатических воздействий);

потреб ность (цель укрыться от дождя с возможностью перемещения);

18 Глава Примечание. Термины «нужда» и «потребность» применимы к субъекту (человеку, группе). «Назначение» и «функция» к объекту технологичес кой системе.

Назначение, контрольный вопрос: «Для чего мы используем техно логическую систему (зонт)?», ответ на который дает нам формулировку потребности (укрыться от дождя с возможностью перемещения);

Функция, контрольный вопрос: «Что должна делать технологическая система, чтобы отвечать своему назначению (в данной системе отноше ний)?», ответ даст нам формулировку функции: создать преграду каплям дождя.

Приводится один из возможных вариантов формулировки функции. При формулировании функций технологических систем и их подсистем, эле ментов следует помнить, что формулируется Главная полезная функция системы (иногда говорят: основная функция). Второстепенные функции на этом уровне изучения целесообразно не учитывать.

Для удобства работы следует ввести правило формулирования функции, используя логическую структуру:

Ф=Д+О, где:

Ф функция Д действие (глагол в инфинитиве) О объект, на который действие направлено Например:

1. «Д» (Оставлять) «О» (след красителя) для пишущего средства.

2. «Д» Создавать «О» (направленный световой поток) для настольной лампы.

Примечания. С формальных позиций логическая структура форму лирования функции полнее Ф=Д+О+У, где:

Ф функция Д действие (глагол в инфинитиве) О объект, на который действие направлено У условия, при которых действие осуществляется.

Однако применение полной структуры создаст школьникам дополни тельные сложности при изучении темы.

Нужды человека и технологиядиафрагма За основу взяты правила, рекомендованные в Функционально стоимо стном анализе, где понятие функции применительно к объектам техни ки разработаны наиболее полно. Подробнее с этими материалами можно ознакомиться:

1. Функционально стоимостной анализ в электротехнической про мышленности под редакцией М.Г. Карпунина, Москва Энергоатомиз дат, 1984.

2. Справочник по функционально стоимостному анализу под редак цией М.Г. Карпунина и Б.И. Майданчика, Москва «Финансы и статисти ка», 1988.

Важно, чтобы школьники поняли, что цель (назначение) определяет, за дает, формирует человек, общество, а на долю технологических систем лю бой сложности остаются только функции по достижению этих целей.

Для закрепления этого тезиса можно предложить в качестве творческо го задания написать дома небольшой фантастический рассказ, в котором дети должны описать мир, определяемый целями какой либо простой тех нологической системы повседневного использования, хотя бы зубной щет ки, карандаша и т.п.

Закончить изучение текущей темы с повторение предыдущей целесо образно следующим заданием:

Ответы, вписанные школьниками, выделены курсивом. Рекомендации по выполнению задания:

1. Пункт 9 задания (выбор технологической системы) выполняется школьниками самостоятельно, но можно и предложить варианты.

2. При заполнении таблицы, пункт 10 задания, обратить внимание уча щихся на то, что одна и та же технологическая система, выполняющая одну и ту же функцию, может использоваться по разному назначению, удовлет воряя различные потребности и нужды.

Нужды и потребности 1. Нужда это осознанная нехватка чего либо (укажи) 2. Нужды бывают жизненно необходимые (базовые, основные) и (назови) социальные 3. Базовые нужды – в жидкости и пище, в безопасности, в отсутствии боли (перечисли) 4. Социальные нужды — принадлежность к группе, признание и лю (перечисли) бовь окружающих, самоутверждение 5. Потребность это конкретное выражение нужды 20 Глава Классификация систем 6. Системы бывают естественные и искусственные 7. Естественные системы — минеральные (неживая природа) и биохи мические (живая природа) 8. Искусственные системы — социальные и технологические Технологическая система — функция — … нужда 9. Главная полезная функция (ГПФ) ТС ТС настольная лампа ГПФ создать световой поток заданного направления ТС аналоги торшер, фонарь, бра (назови несколько аналогов) 10. Заполни таблицу ТС Функции Назначение Потребность Нужда Настольная Создать Осветить Сделать Принадлеж лампа поток рабочее уроки к группе заданного рабочее социальная направления место нужда (СН) Подать Предупредить Безопасность световой напарника базовая нужда сигнал (БН) Иногда с одной и той же целью мы используем различные технологичес кие системы. В наше время для сохранения продуктов обычно используют электрические холодильники. Однако сохранять продукты охлаждением можно и в глубоких погребах, заполненных с зимы льдом и снегом. Кста ти, в нашей стране стратегические запасы мяса и рыбы хранятся на севере в зоне вечной мерзлоты в специально оборудованных подземных храни лищах (так, во всяком случае, было при СССР). Существует и другой, хо рошо известный, способ длительного сохранения продуктов консервация.

Итак, длительно сохранить продукты питания можно:

• в электрическом холодильнике;

• в погребе со снегом и льдом;

• в подземном хранилище в зоне вечной мерзлоты;

• в консервной банке.

Все перечисленные технологические системы выполняют одну и ту же функцию:

— сохранять продукты питания, поэтому их называют системами ана логами или аналогичными системами.

Нужды человека и технологиядиафрагма Проводя занятия, понятие аналогии следует ограничить родовым при знаком — функцией технологической системы. Хотя родовой признак может иметь и более высокий уровень общности, например, назначение.

Карандаш оставляет след красителя, а ластик удаляет. Однако ластиком можно зафиксировать графическую информацию на загрязненной по верхности, тогда как карандашом мы фиксируем графическую инфор мацию на поверхности чистой. Необходимо подчеркнуть, что для функции карандаша: «оставить след красителя» и для функции ластика «удалить след красителя» в предложенной системе отношений назначением будет «зафиксировать графическую информацию».

Подробнее с аналогиями и особенностями их применения в творческом проектировании можно ознакомиться в разделе «Аналогии» учебно мето дического пособия для преподавателя технологии «Основы технического творчества», термины и их взаимосвязь (Б. Бронштейн, ORT Москва, 1996).

В рамках данной темы весьма важным является задание 15 на странице учебника, которое должно быть предложено как домашнее. Оформлять его следует в виде таблицы. Информация, собранная учащимися, будет дополнять ся и использоваться в дальнейшем, вплоть до последней главы учебника.

Наимен. прибора Основной элемент Функция Назначение Потребности Настольная Электрическая Создать Освещать Делать лампа лампа направлен стол уроки накаливания ленный световой поток ТЕМА 3. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Одно занятие два урока.

При изучении темы школьники должны на предметном уровне освоить определение системы как комплекса взаимосвязанных элементов. Для это го на предыдущем занятии необходимо предложить им прочесть страницы 40 учебника и выполнить соответствующие задания, исключая №№21, 22 и 23.

Начать занятие следует с ответов на вопросы, которые возникли у уча щихся при работе с учебником.

Далее следует обсудить представленные школьниками перечни быто вых электроприборов. Во время обсуждения необходимо обратить внима ние на основной элемент как признак (основание) классификации. При этом выяснится, что за исключением бытовой электроники (телевизор, 22 Глава компьютер, музыкальный центр и т.п.) все виды преобразования электро энергии в современном жилище сводятся к получению тепла, света и вра щательного движения. Попутно можно предложить детям назвать домашние технологические системы (исключая ручные), не использующие электрической энергии: кроме газовой плиты и водоснабжения среди них ничего не окажется. После этого необходимо напомнить, что насосы водо и газоснабжения имеют электрические приводы, а в некоторых домах элек трические плиты пришли на смену газовым.

Демонстрационно практическая работа. Элементно структурный ана лиз конкретной технологической системы.

Выполняется школьниками при одновременном объяснении преподавателя.

В качестве образца для исследования целесообразно выбрать достаточ но простое, хорошо знакомое детям устройство, например, самую прими тивную шариковую авторучку со сменным стержнем.

Примечание. В заданиях 21 и 22 на странице 38 учебника предложе ны более сложные технологические системы с пневматическими и элек трическими источниками энергии. Из них можно выбрать 2 3 и предложить школьникам в качестве домашнего задания их элементно структурный анализ. Это будет хорошей подготовкой к заключительно му занятию лабораторной работе.

Предложите школьникам сформулировать:

• функцию и назначение шариковой авторучки;

• возможные потребность и нужду, которые она могла бы удовлетворить.

Оформить в виде уже знакомой таблицы.

Более подробное рассмотрение позволит разделить понятие «деталь» и ТС Функции Назначение Потребность Нужда Шариковая Оставить Сохранить Сделать Группа ручка след информацию уроки социальная пастообразн. (СН) красителя Выписать Отсутствие рецеепт боли (БН) Понятно, что в качестве примера приведен один из возможных вариан тов результата подобного анализа.

Затем необходимо выяснить из каких элементов состоит шариковая ав торучка, сформулировать функции этих элементов. При этом пасту (кра ситель) объект обработки вводить в таблицу не следует (мясо в мясорубке, белье в стиральной машине и т.п.).

Нужды человека и технологиядиафрагма Предложите школьникам выполнить рисунки выделенных элементов, а в случае тесного взаимодействия с преподавателями компьютерных тех нологий школьники могут заранее подготовить необходимые слайды в электронном виде.

Более подробнео рассмотрение позволит разделить понятие «деталь» и «элемент». Под деталью понимают изделие, выполненное из однородно го материала без применения сборочных операций. При этом следует иметь в виду, что в объекте, соответствующему такому определению, на пример гвозде, можно выделить функционально значимые зоны острие, стержень и шляпку их можно назвать элементами гвоздя. С другой сто роны, говоря о заборе, гвоздь может быть назван крепежным элементом.

Термин элемент определяют как относительно неделимую часть цело го, объект или операцию, который в совокупности с другими элементами образует систему. Элемент считается неделимым в пределах сохранения определенного качества системы (выбранной системы отношений, глуби ны анализа, необходимой субъекту исследований). Например, в микрокаль куляторе блок питания является элементом, который можно рассматривать как неделимое целое, поскольку тот факт, что блок питания имеет слож ное устройство и сам состоит из многих деталей, имеет для системы «мик рокалькулятор» весьма несущественное значение.

№ п\п Элемент Функция 1 Трубка стержня Хранить пасту 2 Трубка корпуса Закрепить стержень 3 Фиксатор Фиксировать пишущий узел 4 Корпус Подвести пасту к шарику пишущего Обеспечить условия для вращения шарика узла 5 Шарик Перенести пасту 6 Колпачек Защитить шарик (пишущий узел) Защитить одежду Закрепить авторучку Несколько слов следует сказать и о структуре устойчивых закономер ных связях между элементами системы, отражающих пространственное и временное расположение элементов и характер их взаимодействия.

Именно структура делает систему некоторым качественно определенным целым, так как предполагает заданное взаимодействие элементов друг с другом, выдвигая на первый план те или иные стороны, свойства элемен тов. Структура является важнейшей характеристикой системы, так как при одном и том же составе элементов, но при различном взаимодействии меж ду ними меняется и назначение системы, и ее возможности.

24 Глава Например, имеются четыре элемента:

Стул Человек Пол Стол 1 2 3 Вариант 1.

Достать что либо (залезть на антресоль, сменить лампочку и т.п.) Вариант 2. Делать уроки, принимать пищу...

3 Примечание. Элементы 1 и2 могут быть не связаны, если стол снаб жен подставкой для ног.

Более подробную информацию можно найти в учебном пособии «Системный подход» Титов В.В. ВНИИПТ, Москва 1990.

Нужды человека и технологиядиафрагма Технологическая система: шариковая авторучка Элементы:

Трубка стержня Трубка корпуса Фиксатор Корпус пишущего узла (увеличено) Шарик (увеличено) Колпачок Структурная схема шариковой авторучки 6 4 26 Глава ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ.

Два урока.

Лабораторно практическая работа. Элементно структурное исследо вание бытового электроприбора (настольной лампы).

Проведение заключительного занятия по итогам изучения первой гла вы учебника потребует от преподавателя некоторой подготовки. Каждое рабочее место должно быть обеспечено объектом исследования настоль ной лампой и соответствующим инструментом: отверткой и пассатижами (плоскогубцами).

Необходимо помнить, что у большинства детей отсутствуют элементар ные слесарные навыки, а за время занятия им придется разобрать настоль ную лампу, составить перечень элементов, сформулировать их функции и построить структурную схему. Графически оформить результаты деятель ности, собрать разобранную настольную лампу и вместе с преподавателем проверить качество сборки и ее работоспособность (лишние детали оста ваться не должны).

Фактически это такая же работа только немного большего объема, как и на предыдущем занятии, с той лишь разницей, что дети выполняют ее са мостоятельно. Для удобства можно использовать формы таблиц из демон страционно практической работы: элементно структурный анализ конкретной технологической системы.

Примечание. При наличии тесного взаимодействия с преподавателя ми компьютерных технологий школьники могут заранее подготовить не обходимые слайды в электронном виде и оформить отчет в окончательном виде на уроках компьютерных технологий, отчитываясь одновременно по двум предметам.

Параметры оценки деятельности учащихся:

— четкость, разнообразие и оригинальность при заполнении таблицы «Технологическая система функция назначение потребность нужда»;

— обоснованность детализации при составлении перечня элементов и четкости формулировок их функций;

— составление структурной схемы;

качество последующей сборки объекта исследования;

— оформление результатов исследования.

Дополнительная информация об изобретениях.

Изобретением признается техническое решение, отвечающее следую щим признакам:

Нужды человека и технологиядиафрагма 1. Новизна техническое решение (ТР) предложено впервые в мире.

2. Полезность ТР представляет определенную ценность для общества и соответствует нормам нравственности и морали принятым в нем.

3. Осуществимость ТР может быть реализовано при современном уров не техники и технологии.

4. Неочевидность ТР не могло быть найдено с использованием зна ний, известных в данной области человеческой деятельности.

Объектами изобретения признаются (виды технических решений):

1. Способ технологический процесс, последовательность выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помо щью материальных объектов (выпечка хлеба).

2. Устройство материальный объект техники (замок).

3. Вещество материалы (сплавы, пластмассы) 4. Штамм культура микроорганизмов (пенициллин).

5. На применение ранее известный объект, который без изменений употребляется с совершенно другой целью (клей группы БФ в начале 60 х гг. был допущен Минздравом для обработки открытых механических по вреждений кожного покрова под маркой БФ 6).

Приравниваются по правовой охране к изобретениям новые сорта и гиб риды сельскохозяйственных культур и других культивируемых растений, породы сельскохозяйственных животных и птиц, их высокопродуктивные заводские и внутрипородные типы и заводские линии, новые типы пуш ных зверей и новые породы тутового шелкопряда.

Более подробную информацию можно найти на официальном сайте РОССИЙСКОГО АГЕНТСТВА ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ http://www.fips.ru/ Говоря об изобретениях, следует помнить об уровне технического ре шения. Выделяют так называемые пионерские изобретения, к которым от носят:

• впервые использованное для практических целей научное открытие, физический, химический или иной эффект;

• техническое решение, позволившее впервые удовлетворить человечес кую потребность.

Начало производства и использования первых изделий почти сразу вы являют в них разнообразные недостатки, устранение которых приводит к появлению большого количества технических решений низших уровней изобретений и рационализаторских предложений — усовершенствований.

28 Глава Например: первый велосипед в том виде, каким его увидела Франция конца 18 века, мог появиться еще в античные времена потребность не возникала совершенствуется он и в наше время (ежегодно патентные службы мира регистрируют сотни изобретений на различные велосипед ные узлы и детали). Появляются специализированные велосипеды: гоноч ные, кроссовые, горные и т.п.

Анализ патентных фондов и специальной литературы показывает:

— большинство технологических систем развиваются непрерывно;

— научная подготовка изобретателя не оказывает, как правило, замет ного влияния на создание технического решения, однако разработка, вне дрение и производство изделий на основе изобретения без нее невозможна;

— подчас случайность становится причиной появления охраноспособ ного технического решения;

— оборона, особенно в период обострения взаимоотношений между странами, является мощнейшим фактором, ускоряющим создание и вне дрение технических решений (не случайно нужда в безопасности относит ся к жизненно необходимой группе нужд);

— часто в развитых странах регистрируются изобретения на сходные технические решения, что в очередной раз показывает нужды человека, его потребности мало отличаются, кем бы он ни был, где бы ни жил;

— часто внедренные изобретения влияют как на самого человека, так и на его жизнь самым неожиданным образом.

ГЛАВА СИСТЕМЫ И ПОДСИСТЕМЫ Характеристики технологической системы (2 часа) Человеческие потребности и потребительские свойства технологичес ких систем. Сбор информации, выбор критериев сравнения и их отбор.

Входы и выходы технологических систем.

Описание систем блок схемами (2 часа) Блок схемы: вход, процесс, выход.

Подсистемы (2 часа) Подсистемы, системы, надсистемы. Объект система. Подсистема часть. Подсистемы и элементы.

Поиск неисправностей (4 часа) Связи и взаимодействия между элементами в системе. Вещество, энергия и информация в технологических системах. Возможные неисправности бытового электроприбора, поиск их причин и пути устранения. Оформленный отчет, включающий элементно структур ный анализ, перечень операций с иллюстрациями и доклад.

Предполагается, что, закончив изучение главы, школьники:

ознакомятся с понятиями вход, процесс, выход;

получат представление о характеристиках (потребительских свой ствах) технологических систем;

смогут описать систему блок схемой;

будут способны «разбить» систему на подсистемы («логическое рас членение»);

будут способны расчленить рассматриваемую систему на подсисте мы и показать связи между ними;

оценить работоспособность техноло гической системы и подсистем ее составляющих, выявить неисправную, принять и осуществить аргументированное решение об устранении не исправности.

Основные понятия:

Блок схема — графическая модель системы.

Подсистема — часть системы, выделенная по функциональному признаку Вход — связь системы с окружающей средой, направленная от среды в систему, т.е. совокупность воздействий из среды на систему. Все то, что преобразуется системой в выход.

30 Глава Выход — связь системы с окружающей средой, направленная от систе мы в среду, т.е. выражающая воздействие системы на среду. Продукт сис темы;

все то, во что преобразуются входы Процесс — совокупность операций, выполняемых системой, для полу чения требуемого результата.

Характеристики системы — принимаемые во внимание связи системы с окружающей средой (следует различать технологические и социальные характеристики).

Основные идеи:

1. Представление технологических систем графическими моделями блок схемами, позволяет описать их связи с окружением, сравнить друг с другом.

2. Расчленение системы на подсистемы, позволяет построить разверну тую блок схему, проанализировать взаимодействие составных частей и, при необходимости, выявить причину неисправности.

ТЕМА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Одно занятие два урока.

Как отмечалось выше: характеристики технологической системы это ее связи с окружением, принимаемые во внимание. Характеристики мо гут быть разделены на две группы: технологические и социальные. К тех нологическим характеристикам относятся те, которые описывают качество функционирования системы, ее надежность, прочность, мощность, габа риты и т.п.

Социальные характеристики, в основном, описывают отношение чело века к технологической системе. К таким характеристикам можно отнес ти безопасность, стоимость, дизайн (внешний вид), удобство и т.п.

Часть характеристик могут одновременно относиться к обеим группам.

Так, например, мощность привода транспортного средства с технологичес кой точки зрения влияет на приемистость, расход топлива и максималь ную скорость, а с социальной на стоимость эксплуатации и престижность.

На предыдущем занятии предложить детям в качестве первой части до машнего задания прочитать в учебнике соответствующий раздел и выпол нить задания, а также подготовить перечень вопросов по заданиям, которые не удалось выполнить в полном объеме (понятно, что аргументация «не ус пел» во внимание приниматься не должна). Учебник предлагает в качестве Системы и подсистемыдиафрагма стержневой проблемы поддержание комфортного климата в городском жи лище. Учитывая отличия климата Израиля, условий жизни и менталитета его жителей от нашего, представляется целесообразным рассмотреть систему обо грева загородного жилища, в которое приезжают на все лето, а в другие сезо ны навещают по выходным. Такая ситуация хорошо знакома учащимся.

Для динамичного и содержательного проведения занятия домашнее зада ние должно включать и вторую часть: перечень требований (характеристик, критериев, потребительских свойств) к системе обогрева загородного жили ща, а также эскиз системы, отвечающей этим требованиям и ее краткое опи сание.

После проверки усвоения школьниками материала учебника и ответа на возникшие вопросы провести деловую игру по сравнительной экспер тизе предложенных учащимися решений.

Иногда подобные деловые игры называют «Эксперт». Описание этой игры изложено в разделе «Введение в экспертные оценки» учебно мето дического пособия для преподавателя технологии «Основы технического творчества», термины и их взаимосвязь (Б. Бронштейн, ORT Москва, 1996).

Примечание. В зависимости от подготовки преподавателя игра может занять от 30 до 60 минут.

ТЕМА ОПИСАНИЕ СИСТЕМ БЛОК СХЕМАМИ.

Одно занятие два урока.

На предыдущем занятии в качестве домашнего задания предложить школьникам прочитать в учебнике соответствующий раздел и выполнить задания, а также подготовить перечень вопросов по заданиям, которые не удалось выполнить в полном объеме (понятно, что аргументация «не ус пел» во внимание приниматься не должна). Начать занятие следует с про верки усвоения школьниками материала учебника и ответа на возникшие вопросы. При этом особое внимание следует уделить рассмотрению блок схемы как одной из возможных моделей, вариантов описания.

В качестве примера можно предложить школьникам рассмотреть какую либо хорошо известную им технологическую систему, предположим, элек трический чайник (можно принести его в класс) и предложить описать его всеми возможными им способами. Если есть такая возможность, то сфо тографировать цифровой камерой и, пока дети будут выполнять задание, вывести изображение на экран компьютера.

Далее следует сравнить выполненные учащимися описания (модели) и 32 Глава обсудить предпочтительные области их применения, информативность, а также затраты (временные, материальные и т.д.) на их получение. В целях экономии времени каждую из возможных моделей следует предложить вы полнить отдельной рабочей группе. В заключение следует сравнить моде ли по эффективности, оценивать которую можно как отношение информативности к совокупным затратам. Блок схемы, при таком подхо де, будут вне конкуренции.

На этом этапе изучения нет необходимости углубляться в особенности входов процессов выходов, в подробности энергии вещества инфор мации. Достаточно сосредоточиться на технологических характеристиках систем и показать, что блок схемы предпочтительная форма их моделиро вания, позволяющая просто и информативно отобразить существенные связи с окружением.

Завершить занятие целесообразно построением блок схемы электричес кого чайника. Чтобы не усложнять задание, автомат отключения лучше не рассматривать.

При выполнении задания необходимо обратить внимание школьников, что под составлением блок схемы технологической системы (если это осо бо не оговаривается) следует понимать:

• составление общей блок схемы;

• блок схем каждого выделенного элемента (подсистемы);

• развернутой блок схемы.

Общая блок схема электрического чайника Холодная вода (вещество) Процесс:

Горячая вода Электрическая нагревание (вещество) энергия воды Информация (механическая энергия) Блок схемы подсистем (элементов) чайника Блок управления (переключатель) Электрическая энергия Процесс:

Электрическая передача энергия Информация энергии (механическая энергия) Системы и подсистемыдиафрагма Электронагревательный элемент Процесс:

Электрическая преобразо Тепловая энергия вание энергия эл.энергии в тепловую Емкость (корпус чайника) Тепловая Процесс:

энергия нагревание водя Горчая вода (передача тепловой (вещество) энергии от нагревателя Холодная вода воде) (вещество) Интересная дискуссия может возникнуть при ответе на вопрос: Что делает емкость (она же корпус чайника)? То есть, какова функция дан ного элемента? Что в нем происходит?

Если «корпус», то обеспечить взаимное положение деталей. Но это второстепенная функция. Ведь главное нагреть воду, а для этого не обходимо передать энергию от нагревателя к воде. В данной конструк ции электрического чайника передачу энергии осуществить невозможно без непосредственного контакта электронагревательно го элемента и воды.

Следовательно, основная функция емкости – обеспечить соприкос новение рабочей поверхности нагревательного элемента и воды. Толь ко благодаря этому происходит процесс нагревания воды в чайнике.

Развернутая блок схема электрического чайника Тепловая Электрическая энергия энергия Информация:

(механическая Процесс:

Процесс:

Процесс:

энергия) нагревание преобразование передача воды электрической Электрическая энергии (передача энергии в энергия тепловой тепловую энергии от Холодная вода нагревателя (вещество) воде) Горчая вода (вещество) 34 Глава ТЕМА СИСТЕМЫ И ПОДСИСТЕМЫ.

Одно занятие два урока Примечание.

Начиная с этого занятия, любое упоминание технологической систе мы или ее частей должно сопровождаться составлением блок схем.

Традиционно, предваряя изучение темы, на предыдущем занятии пред ложить школьникам в качестве домашнего задания прочитать соответству ющий раздел учебника и выполнить задания, а также подготовить перечень вопросов по заданиям, которые не удалось выполнить в полном объеме (по нятно, что аргументация «не успел» во внимание приниматься не должна).

Начать занятие следует с проверки усвоения школьниками материала учеб ника и ответа на возникшие вопросы. При этом особое внимание следует уделить рассмотрению соотнесения элементов и подсистем.

Наглядно показать их отличие поможет использование фрагментов по элементного анализа.

Следует напомнить, что система это комплекс взаимодействующих эле ментов, каждый из которых выполняет свою функцию в составе системы и может быть описан блок схемой.

Рассмотрим процедуру на примере настольной лампы (конкретной, сто ящей на столе перед каждой рабочей группой). Для напоминания об эле ментном составе лампы и закрепления навыков использования простейших инструментов можно предложить школьникам в очередной раз разобрать и собрать настольную лампу.

1. Составить таблицу «Перечень элементов и их функции».

№ п\п Элемент Функция 1 Вилка Подвести электроэнергию к проводу 2 Провод 1 Подвести электроэнергию к переключателю 3 Провод 2 Подвести электроэнергию к патрону 4 Переключатель Подвести электроэнергию к проводу 5 Патрон Подвести электроэнергию к лампе 6 Эл. лампа Создать световой поток 7 Абажур Ограничить (направить) световой поток 8 Опора Фиксировать положение стойки с абажуром 9 Стойка Фиксировать положение абажура с лампой 2. Составить блок схемы выделенных элементов.

Вилка Электроэнергия Электроэнергия Электроэнергия Электроэнергия Информация (механическая Переключатель энергия) Системы и подсистемыдиафрагма Световая энергия Электроэнергия Эл.лампа Электроэнергия Провод Электроэнергия Провод Световая энергия нужного направления Абажур Световая энергия Электроэнергия Электроэнергия Патрон Примечание.

Следует обратить внимание детей на то, что блок схемы для опо ры и стойки не информативны. Это объясняется тем, что преобразо вания в них не происходит. Единственное, о чем можно сказать, так это о том, что на входе сила веса и на выходе она же. Рассматривая блок схемы вилки, провода, переключателя и патрона, мы видим, что через них проходит энергия к электрической лампочке – элементу, в котором происходит основное преобразование рассматриваемой Т/С.

Подобные рассуждения позволяют предположить, что перечислен ные элементы могут быть объединены в группы по общему в составе всей системы признаку функциональному.

Подтверждение сказанному мы сможем найти в таблице «Элемент – функция» – посмотри на функции этих элементов: их формули ровки одинаковы. Все это дает нам право объединить элементы по фун кциональному признаку в группы подсистемы. Именно поэтому говорят, что подсистема – это часть системы, выделенная по функци ональному признаку.

Объединим элементы, подводящие электрическую энергию к лам почке в подсистему «электроарматура» с функцией «подвести элек троэнергию». Воспринимающие силу веса – в подсистему «корпус» с функцией «фиксировать положение», что свойственно, как прави ло, строительным системам. Подробнее см. пособие «STRUCTURES», тема 2, «Жилище».

36 Глава 3. Составить развернутую блок схему настольной лампы Электроэнергия Световая энергия Электроэнергия Световая Электро Электрич.

Информация энергия арматура лампа Абажур (механическая требуемого энергия) направления 4. Составить таблицу «Подсистема функция» № п\п Подсистема Функция 1 Электроарматура Подвести электроэнергию 2 Эл. лампа Создать световой поток 3 Абажур Ограничить (направить) световой поток 4 Корпус Фиксировать положение 5. Настольная лампа, как система, иерархическая структура.

Система уровень «0» Подсистемы Настольная лампа уровень «1» Подсистемы уровень «2» Корпус Абажур Эл. лампа Эл. арматура Подставка Стойка Вилка Провод Переключатель Патрон При необходимости, мы могли бы не только исследовать состав абажура и электрической лампы на уровне « 2», но на более низких уровнях рас смотреть другие подсистемы. Однако прекратим «погружение» и заглянем в надсистемы, посмотрим, какие они могут быть и какие дополнительные системы образуют их вместе с нашей настольной лампой, которую назо вем исходной системой.

Расмотрим несколько таких надсистем.

Надсистема 1 рабочее место.

Надсистема уровень «+1» Рабочее место Настольная лампа Стол Стул Тетрадь Учебник Ручка Системы, уровень «0» Системы и подсистемыдиафрагма Исходная система: настольная лампа. Дополнительные системы: стол, стул, тетрадь, учебник, авторучка,... (наверное, может присутствовать и еще что нибудь) Надсистема 2 торговый прилавок в магазине «Свет».

Надсистема уровень «+1» Торговый прилавок в магазине «Свет» Настольная лампа Стол Кассовый аппарат Витина Системы, уровень «0» Исходная система: настольная лампа.

Дополнительные системы: стол, кассовый аппарат, витрина,... (навер ное, может присутствовать и еще что нибудь). Продавец с покупателем (как и школьник в первом случае) в перечень не включен.

При наличии резерва времени предложите школьникам выполнить са мостоятельную работу на закрепление изученного материала. Содержа ние работы повторение проведенного совместного анализа (объяснение по теме) применительно к другим технологическим системам, которые имеются в классе: карандаш, авторучка, компьютер, пенал...

ТЕМА ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ.

Два занятия (по два урока каждое).

Основная цель темы — формирование навыков системного мышления в технологической среде путем анализа конкретных изделий или их дей ствующих моделей и изучения системы, как комплекса взаимодейству ющих элементов на материальном, предметном уровне.

Разбирая для поэлементной проверки неисправный простой бытовой прибор (устройства с подвижными приводами типа электродвигателей из соображений безопасности использовать не рекомендуется): настольная лампа, фонарик и им подобных или, собирая и отлаживая модели техноло гических систем из деталей учебного набора конструктора, школьники знакомятся с прикладными возможностями системного подхода.

При проведении занятия следует обратить особое внимание на соблю дение мер безопасности, не допуская самостоятельного подключения школьниками электробытовых приборов к сети напряжением 220 вольт.

38 Глава Первое занятие целесообразно провести с учебными наборами конст рукторами Principles of Modern Technology или им подобными, используя Лабораторные практикумы части 1 и 2, ОРТ Самара 2000. Не следует стре миться выполнить большое количество работ, необходимо сосредоточить ся на поэлементном анализе выбранных сборок, исследовании их характеристик.

Не менее важно добиваться от школьников тщательного оформления всех этапов работы, закрепляя, в том числе и навыки использования блок схем для описания систем, их элементов и внутрисистемных связей меж ду элементами.

В большей степени целям занятия отвечают работы:

Лабораторный практикум, часть 1, Лабораторная работа №5, стр. 35.

Лабораторный практикум, часть 2, Лабораторная работа №6, стр. 6.

Второе занятие следует отвести работе с конкретными бытовыми при борами. Для подготовки к занятию необходимо обеспечить школьников не исправными устройствами, например настольными лампами. Каждая рабочая группа должна получить ранее исправный бытовой прибор с вне сенной преподавателем неисправностью, для этого:

• отсоединить провод от штыря вилки;

• отсоединить провод от переключателя;

• отсоединить провод от патрона;

• отжать центральный контакт патрона или поставить на него диэлект рическую пластинку;

• перекусить провод внутри корпуса лампы.

Список этот можно продолжить. Возможен вариант, когда внесение де фекта осуществляют сами школьники, а преподаватель перераспределяет «сюрпризы». Важно, чтобы поиск дефекта потребовал серьезной разбор ки настольной лампы. Поиск неисправности может быть осуществлен по алгоритму, приведенному в учебнике на страницах 60 62. Практическая часть работы считается законченной после предъявления преподавателю работоспособной настольной лампы.

В качестве проверочного устройства можно предложить школьникам из готовить из модулей учебного набора конструктора Principles of Modern Technology простейший «тестер» контрольную лампочку. Обсудить до пустимые области применения созданного прибора.

Системы и подсистемыдиафрагма По итогам занятия школьники должны подготовить итоговый отчет с под робным описанием проделанной работы. Примерная структура отчета из ложена в учебнике на страницах 60 62.

При планировании занятия следует учитывать, что у большинства школь ников отсутствуют элементарные навыки работы с простейшим слесар ным инструментом, хотя на итоговом занятии по первой главе «инструментальное общение» с настольной лампой уже было.

Дополнительная информация по проектированию и сборке моделей технологических систем 1. Что такое модель?

Модель — физическая система (устройство, схема, установка, система машин) или математическое описание компонентов и функций, отобража ющие существенные свойства какого либо объекта, процесса или явления.

Создаётся в исследовательских, познавательных или спортивных целях.

Большой энциклопедический словарь, политехнический, Научное из дательство «Большая Российская энциклопедия», Москва, 1998.

Модель может быть, виртуальной (графической, текстовой) или мате риальной. Она нетождественна описываемому объекту, так как раскрыва ет только те его свойства, которые интересуют исследователя. Модели основная форма коммуникаций, принятая в современном мире. Наша речь, слова, буквы также модели. Модель, выделяя часть свойств объекта (ре альности), является самодостаточной в данной системе отношений. Она позволяет исключить из рассмотрения остальные его свойства, проявле ния, стороны. Модель не позволяет отразить всю сложность явления или предмета. Она представляет лишь одну из сторон объекта, давая возмож ность выполнить необходимое исследование, демонстрацию. Модель, ог раничивая число связей, отражает реальность с точки зрения наблюдателя.

Подобное представление позволяет исследовать, объяснить, понять явле ние с учетом уровня подготовки субъекта (в нашем случае школьника). Это преимущество является одновременно и недостатком модели.

Модель системы это представление реальности символами (прямоуголь ник, стрелки, текст), ограничивающее число связей с окружением для уп рощения демонстрации, исследования, объяснения.

Модель технологической системы:

Вход Выход Процесс 40 Глава Блок схема это разновидность графической модели системы (группа прямоугольников, связанных стрелками) помогает понять взаимосвязи между ее составными частями подсистемами, влияние самой системы на среду, сформулировать мероприятия по улучшению работы системы.

2. Как построить модель?

А. Исследование событий, явлений, предметов. результат исследования служит информацией...

Б. Построение модели (текстовой, графической, математической, и т.д.) с использованием принятых символов.

Наблюдения и измерения явлений Проверка модели:

отражает ли сово купность связей, учтенных в модели, наше представление об объекте или не отража ет и, тогда необходимо Построение модели внести соответствую щие изменения.

Подходит ли модель Не подходит ГЛАВА ВХОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ Энергия как вход (4 часа) Понятие входа. Входы, как часть характеристик технологической си стемы. Основной и вспомогательные входы. Понятие энергии. Виды энергии в физике. Условные виды энергии. Хронология технологичес кого развития виды и источники энергии. Энергоносители. Уровень потребления энергии, ее вид, эффективность ее использования (КПД) важные критерии качества жизни и технологического развития. Быто вые потребители электроэнергии. Стоимость электроэнергии. Пути эко номии электроэнергии. Энергия как основной и информационный входы.

Вещество как вход (2 часа) Вещество нечто материальное от сырья до готового изделия, то, что подлежит какому либо воздействию. Под веществом понимают энер гоноситель, материал, изделие, природный объект. Преобразование ве щества технологической системой, возможные выходы. Коэффициент использования вещества технологической системой важнейший кри терий ее эффективности. Природные и искусственные вещества. Веще ство как основной, энергетический и информационный входы.

Информация как вход (2 часа) Что такое информация? Представление информации. Хранение ин формации. Носители информации. Преобразование информации тех нологической системой, возможные выходы. Информация в виде вещества, энергии.

Предполагается, что, закончив изучение главы, школьники:

— будут знать, что у технологических систем могут быть различные вхо ды: энергия, вещество, информация;

— будут уметь устанавливать связь между входами и выходами различ ных систем;

— будут понимать, что энергия — обязательный вход любой системы;

— будут уметь отличать основной вход системы от вспомогательных, слу жебных входов.

Основные понятия:

Натуральное (природное) сырье — вещества, находящиеся в природе и 42 Глава использующиеся как вход технологических систем.

Искусственное (синтетическое) сырье вещество, созданное человеком, из натурального сырья.

Информация — сведения о чем либо.

Энергия — один из фундаментальных терминов философии, поэтому бу дем использовать следующим определение: энергия это способность чего либо, совершать работу (например: нагревание и перемещение).

Основные идеи:

А. Каждая система имеет входы.

Б. Типы входов позволяют описать систему.

В. Энергия и является обязательным входом технологических систем.

ТЕМА 1. ЭНЕРГИЯ КАК ВХОД.

Два занятие по два урока каждое Следует напомнить школьникам о характеристиках технологических си стем, под которыми мы понимаем связи системы с окружением, принима емые во внимание. Входы же технологических систем — это часть характеристик: связи с окружением, направленные в систему, совокуп ность всего, что необходимо для появления технологической системы и ее функционирования.

Можно выделить две группы входов технологических систем:

Прямые (технологические) входы:

а) Энергия Функционирование (работа) любой технологической систе мы невозможно без энергии. Рассматривая энергию как вход технологи ческих систем, можно выделить несколько аспектов:

1. Форма энергии:

• полевая (электромагнитное излучение — электроэнергия, свет, тепло...);

• вещественная (энергоносители газ, нефть и ядерное топливо, а так же механические носители энергии — потенциальные и кинетические).

2. Вид энергии:

• физический (гравитационная, сильных и слабых взаимодействий, элек тромагнитная);

• условный, «инженерный» (механическая, акустическая, тепловая, химическая...).

Входы технологических системдиафрагма 3. Источники энергии:

• не возобновляемые (уголь, газ, нефть);

• возобновляемые (древесина, солнце, ветер, вода, геотермальная энер гия... и пока еще ядерное топливо).

б) Вещество Вещество как вход можно рассматривать в качестве источника для по лучения другого, искусственного, вещества (изменяются состав, свойства, состояние бензин из нефти) или готового изделия (изменяется форма стул, стол из древесины).

в) Информация Информацию как вход можно рассматривать двояко:

1. Информация в качестве основного входа в технологических системах, преобразующих информацию (калькулятор, радиоприемник).

2. Информация в качестве вспомогательного входа, необходимая в тех нологических системах для управления (переключатель настольной лам пы, программатор микроволновой печи).

При этом следует помнить, что материальным носителем информации является сигнал. Например, информация об опасности может быть пред ставлена в виде следующих сигналов:

• красный свет светофора;

• шлагбаум на железнодорожном переезде;

• звук автомобильного клаксона;

• положение жезла инспектора ГИБДД.

Косвенные (социальные) входы:

г) Люди •Технология это процесс удовлетворения человеческих нужд с помо щью искусственно созданных материальных объектов, а технологическая система конкретное воплощение технологии. Пока нужда не оформится в потребность, о технологической системе человек даже не подумает.

•Люди принимают решение о приобретении и использовании техноло гических систем, включают и выключают, устанавливают необходимые ре жимы работы, выбрасывают, в конце концов. Без человека технологические системы бессмысленны. Не случайно говорят: система средство достижения цели. Цели у человека, а у технологических систем назначение, функции.

44 Глава •Люди — это носители знаний, навыков и умений, необходимых для раз работки, изготовления, модернизации, продаж, обслуживания и утилиза ции технологических систем.

д) Капитал Разработка, изготовление, модернизация, продажи, эксплуатация, обслу живание и утилизация технологических систем требует финансовых и про изводственных ресурсов. Необходимо так же оплачивать труд работников, их переподготовку, различные социальные гарантии.

е) Время Невосполнимый важнейший ресурс. Неслучайно процесс определяют как последовательность операций, (система организована во времени, а эле менты отдельные операции).

В настоящей главе речь пойдет только о входах прямого типа (энергия, вещество, информация), являющихся основой функционирования техно логических систем. Однако о социальных аспектах технологического раз вития следует помнить, рассматривая те или иные технологические системы и их модели.

Для закрепления сказанного выше и проверки усвоения материала мож но предложить в рабочие группы самостоятельную работу, выполняя ко торую, школьники должны заполнить следующую таблицу:

Входы Технологическая система Требуемый выход Энергия Электрическая лампа Энергия Энергия Настольная лампа Энергия Информация Электрический звонок Информация Энергия Энергия Вещество Карандаш Вещество Энергия Энергия Вещество Микроволновая печь Вещество Информация Принтер Информация Таблица задания может быть оформлена иначе: указываются техноло гические системы, а школьники вписывают входы и требуемый (основной) выход.

Примечание.

Помните, что не все ячейки таблицы могут быть корректно заполнены.

Обсуждение результатов, организованное после выполнения задания, поможет учащимся лучше усвоить материал урока, а преподавателю скор ректировать дальнейшее изложение учебного материала.

Входы технологических системдиафрагма Основной вход Каждая технологическая система используется с определенной целью, удовлетворить которую она может, только обеспечив основной требуемый выход: энергию (светильник), вещество (микроволновая печь) или инфор мацию (радиоприемник). Понятно, что входы это совокупность воздей ствий, необходимых для функционирования технологической системы, результатом которого является требуемый выход. Иначе говоря, система преобразует входы в требуемый выход. Но среди входов технологической системы можно выделить вход, однородный выходу при этом форма, в ко торой он представлен, значения не имеет:

• энергия преобразуется в энергию (свеча, керосиновая лампа, энергия как вход в форме вещества, а на выходе световая энергия);

• информация преобразуется в информацию (стрелочный фотоэкспо нометр, информация как вход в форме световой энергии, на выходе ин формация в виде механической энергии перемещение стрелки), а для фотопленки, информация как вход в форме световой энергии, а на выходе информация в форме вещества: восстановленного серебра светочувстви тельного слоя;

• вещество преобразуется в вещество (холодильник, на входе продук ты, а на выходе они же, но охлажденные, вещественная форма которых сомнения не вызывает).

Вход технологической системы, преобразуемый в требуемый выход и однородный ему, будем называть основным входом.

Лучше усвоить изложенный материал поможет самостоятельная работа.

Вписать пропущенные в таблице типы входов и выходов технологичес ких систем, указав, основными «О» или вспомогательными «В» они явля ются и в какой конкретно форме они выражены. Курсивом выделен пример выполнения фрагмента задания. Выходы указывать только основные, тре буемые. Не лишним будет и составление блок схем для предложенных тех нологических систем.

Технологическая Типы входов Типы входов система Вещество Энергия Инф ция Вещество Энергия Инф ция Автомобиль Механич.

Электри Электронн.

Компьютер ческая (О) Электрон.

(В) Механич. Визуальн.

(В) Холодильник Самовар (с трубой) Спутник Электродвигат.

46 Глава После выполнения задания и обсуждения с учащимися его результатов напомните детям о том, что энергия является обязательным входом любой технологической системы. Проанализируйте вместе с ними развитие ка кой либо технологии от ее зарождения до наших дней. Основным призна ком этого анализа будет используемая энергия.

Вот как будет выглядеть хронология технологического развития через призму видов и источников используемой энергии.

1. Механическая энергия:

— мускульная энергия человека;

— мускульная энергия животных;

— энергия потока воздуха и воды;

2. Тепловая энергия (паровая машина, двигатель внутреннего сгорания).

3. Электрическая энергия.

4. Ядерная энергия Уровень технологического развития и качества жизни во многом харак теризуют следующие критерии:

Количество потребляемой энергии на одного жителя.

Соотношение используемых видов энергии.

Коэффициент полезного использования энергии (коэффициент полез ного действия технологических систем).

Доля энергии, потребляемая домохозяйствами, от общего потреблении энергии.

На этом этапе изучения курса необходимо ввести термин «ресурс», под которым следует понимать что либо необходимое, ограниченное количе ственно и имеющее стоимость.

Предложите школьникам самостоятельную работу по определению со става затрат на их обучение и стоимости электроэнергии. Как правило, за нятия по курсу «Технология» проходят в компьютерном классе. На составление «экономического портрета урока» ориентирована предлагае мая работа. Выполнение данной работы поможет при подготовке домаш него задания по теме.

Примерная форма рабочего листа самостоятельной работы. Если спро сить какой самый любимый кабинет в школе многие ответят компью терный класс. Но бесплатных пирожков не бывает. Из каких затрат складывается стоимость вашей работы в компьютерном классе? Перечисли:

Входы технологических системдиафрагма Примечание. Проследите, чтобы ребята не забыли включить в перечень затрат отопление, водоснабжение, уборщиц, охрану, препо давателя..., администрацию Перечень затрат (конкретный перечень может отличаться) 1 Электрическая энергия 2 Отопление 3 Водоснабжение 4 Преподавание 5 Уборка помещений 6 Администрация Посчитай только затраты на электроэнергию за 1 час работы компью терного класса. Стоимость 1 квт часа принять 0,5 руб. Но сначала заполни таблицу потребителей. Данные в таблице неполные и приведены как при мер. Школьники должны самостоятельно списать данные потребителей.

№ Потребитель Мощность Количество Мощность п.п. одного одинаковых одноименных потребит потребит. потребителей (Квт) шт. (Квт) 1 Системный блок 0,1 12 1, 2 Монитор 0,2 12 2, 3 Освещение 0,1 16 1, Общая мощность 5,2 кВт Расчет: Мощность х Время х Тариф=P х t х $ = 5,2кВт х 1час х 0,5руб. / кВт час = 2,6руб.

На одном из первых занятий школьники составляли перечень бытовых электроприборов и выполняли с этим перечнем некоторое исследование.

Предложите школьникам вернуться к перечню и заполнить таблицу.

Примерная форма рабочего листа домашней работы № Наимен. Место Время Мощность Затраты Можно прибора устан. работы кВт в мес. уменьшить?

в мес., час (руб.) Насколько?

1 Телевизор Комн. 300 0,2 30 Да, в 3 раза Примечание: Стоимость 1 кВт. часа принять 0,5 руб.

48 Глава ТЕМА 2.

ВЕЩЕСТВО КАК ВХОД.

Одно занятие два урока.

Ранее мы определили технологию, как процесс удовлетворения потреб ностей человека с помощью искусственно созданных материальных объек тов. То есть все, что мы применяем, используем материально либо непосредственно (куртка защищает нас от дождя), либо косвенно (смот рим фильм по телевизору). Технологическая цивилизация материальна, ве щественна.

Говоря о входах технологических систем, мы рассматриваем вещество в трех позиций:

• как энергию (топливо в двигателе, вода в турбинах гидроэлектростан ции...);

• как информацию (книга для школьника, денежная купюра для про давца или покупателя...);

• как вещество (топливо для химика, книга и денежная купюра для по лиграфиста, тесто для хлебопека, дерево для плотника...).

Именно «вещество как вход» рассматривается в данной теме.

Вещество, как и поле, является фундаментальным понятием физики, и определяется как «совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя». Понятно, что такое определение в лучшем случае не помо жет нам в общении с учащимися. Не будем забывать, что настоящий курс рассчитан на школьников 7 х классов, поэтому под веществом мы будем понимать любые материальные объекты, участвующие в технологических процессах. Не лишним будет напомнить детям о том, что один из видов объектов изобретения вещество.

Однако только такой вход технологической системы, на который при ходит нечто материальное, оставаясь материальным и на полезном выходе, мы можем назвать вещественным входом. А то материальное, что на него поступает, будем называть вещество как вход.

Вещество как вход можно рассматривать в качестве источника для по лучения другого, искусственного, вещества (изменяются состав, свойства, состояние пластик из нефти) или готового изделия (изменяется форма стул, стол из древесины).

Примечание.

Подчас понятие «вещество как вход технологической системы» вы зывает психологический дискомфорт. Например: Автомобиль система для перемещения людей и грузов и это возражений не вызывает. Но тог Входы технологических системдиафрагма да требуемым выходом будут «люди и грузы», а если они появились на выходе, то должны быть и на входе. Далее, «люди и грузы» материальны, следовательно, основной вход технологической системы «автомобиль» как и требуемый выход, будет вещество (люди и грузы). Многим из нас трудно представить себя веществом, объектом воздействия технологи ческой системы.

Природные и искусственные вещества В предыдущей теме мы говорили о том, что технологическое развитие характеризуется применением все более эффективных источников энер гии, ее видов и способов использования. То же происходило и происходит с материалами. На заре цивилизации человек приспосабливал для своих нужд природные объекты (ветка, сорванная ветром). Затем научился их обрабатывать, изменяя форму. С использованием огня появилась возмож ность изменять свойства и состав материалов появились искусственные вещества и изделия их них: хлеб, глиняная посуда, сплавы металлов...

В наше время доля изделий из чисто натуральных веществ (материалов) невысока. Это вызвано с одной стороны их высокой стоимостью и трудо емкостью получения, а с другой ограниченными, а часто неудовлетвори тельными потребительскими и технологическими свойствами.

Самостоятельная работа С появлением зачатков письменности, люди стали сохранять информа цию на окружающих предметах или их фрагментах: камнях, пластинках с восковым покрытием, глиняных и керамических плитках, выделанных шкурах животных. Применялись листья растений (папирус), кора деревь ев (береста), тонкие деревянные дощечки... Какие ресурсы были доступ ны, те и использовались.

Предложите детям сравнить лист обычной бумаги (искусственное ве щество) формата А4 и такого же размера тонкую деревянную пластинку шпон. В наше время наиболее широко его используют для фанеровки (внешней отделки) мебели. Итак, условия задания:

• формат А4 210х297мм (измерить линейкой);

• плотность бумаги 80г/м2 (указано на упаковке);

• толщина шпона обычно 1мм, тоньше нельзя будет ломаться;

• из 1кг древесины стандартной влажности современные технологии по зволяют получить 0,3кг бумаги 50 Глава Примечания.

Шпон изготавливают на специальных установках, позволяющих без отходов прямо от бруска отделять срезы заданной толщины. Отходы могут быть вызваны только браком. Однако для усиления эффекта мож но предложить школьникам выбрать способ получения тонких срезов.

Обычная распиловка потребует еще 2 3мм на пропил (толщина пиловоч ного полотна). Бумага изготавливается обычно их древесины деревьев лиственных пород. Для простоты возьмите древесину березы. Плотность предложите школьникам посмотреть в учебнике или задачнике по фи зике для 7 класса. Понятие плотности и необходимые для выполнения задания расчеты школьники изучили ранее на уроках физики.

А в качестве домашнего задания можно предложить работу на сравне ние природных и искусственных веществ.

Вариант рабочего листа для выполнения работы.

Вариант рабочего листа для выполнения работы.

Вариант рабочего листа для выполнения работы.

Вариант рабочего листа для выполнения работы.

Вариант рабочего листа для выполнения работы.

Вещества природные и искусственные В повседневной жизни ты используешь самые разнообразные предме ты. Для чего они? Из каких материалов изготовлены? Почему из них (бла годаря каким свойствам материалов — два, три — не более)?

Возможна ли замена искусственных «И» маатериалов на «П» и наобо рот (материалы указать). Что будет лучше «Л», хуже «Х».

Технолог. Назначен. Материал Свойства Замена Результат замены система матер ла Зубная Читить Пластма Гигиени Дерево Срок службы щетка зубы сса «И» чность, (кость) гигиеничность, Эласти «П», стоимость «Х», чность щетина утилизация «Л» Износо «П» устойчив.

Футболка...

...

...

В заключение темы необходимо обсудить с детьми такую важную ха рактеристику, как «коэффициент использования вещества». Для этого до статочно будет сравнить два одинаковых изделия, например стула. Один из натуральной древесины, а другой — пластиковый. Говорить следует толь ко о массе исходного сырья и массе готового изделия. В случае резерва Входы технологических системдиафрагма времени можно упомянуть производительность и выработку на одного ра ботника, коснуться органолептики и дизайна...

При изготовлении пластикового стула сырье использовано полностью, кроме литников — каналов подачи расплава в пресс форму и облоев сле дов стыков пресс формы. Будучи срезанными, эти остатки расплавляют вместе с новым сырьем и закачивают в пресс форму. То есть, сколько ве щества поступило на вход технологической системы по изготовлению сту льев, столько и оказалось на выходе, в готовой продукции.

Отношение массы вещества в изделии (выход) массе исходного веще ства (вход) практически 100%. При изготовлении стула из натуральной дре весины на фабрику поступают бревна, их пилят на доски, из которых затем вырезают необходимые детали, поступающие на сборку, где и получается готовый стул. Лакокрасочные работы условно не упомянуты. При такой технологической цепочке коэффициент использования вещества будет в лучшем случае 20%. Понятно, что отходы древесины могут быть направле ны на переработку, но стула из натуральной древесины, увы, не получится.

ТЕМА 3. ИНФОРМАЦИЯ КАК ВХОД.

Одно занятие два урока Информацию определяют как сведения и чем либо. Это достаточно об щее определение и использовать его следует очень осторожно.

Информация рассматривается как основной вход для технологических систем, преобразующих исходную информацию в требуемую форму. По нятно, что такие технологические системы, как и все прочие, должны по лучать информацию и на вспомогательные, управляющие входы.

Например, телефонный аппарат.

Информация —звуковая энергия (разговор) — основной вход Информация —звуко вая энергия (разговор) — основной выход Информация —механичес кая энергия — включение (снятие трубки) — Телефонный вспомогательный вход аппарат Информация —механичес кая энергия — набор номера Информация —звуко — вспомогательный вход вая энергия (звонок) — вспомагательный выход Энергия — электрическая — вспомога тельный вход 52 Глава Информация существует в виде:

•вещества — газета для читателя, жетон в таксофоне, отпечатанный лист факса или ксерокса;

•энергии — воздействие на переключатель настольной лампы, габарит ные огни автомобиля.

Говоря об информации как о входе важно выделять следующие аспекты:

• основной или вспомогательный входы;

• требуемый (основной) или вспомогательный (информационный) вы ходы;

• форма представления информации (вещественная или энергетичес кая).

Следует иметь в виду, что информация является столь же необходимым входом систем, как и энергия. Однако часто мы не указываем ее как вход, подразумевая ее наличие как само собою разумеющееся (вспомогатель ные входы).

Рассматривая электрическую лампу накаливания, как преобразователь электрической энергии в световую, информацию как вход и вспомогатель ный выход обычно не указывают, хотя при формальном подходе делать это необходимо:

• Чтобы лампа преобразовывала электрическую энергию в световую, ее надо подключить к источнику энергии. Процедура подключения это информация как вход вне зависимости от того, как и когда была выполнена.

• Включенная электрическая лампа на основном выходе излучает све товую энергию. В тоже время наличие этой световой энергии является ин формацией о правильном подключении лампы, ее работоспособности.

Для иллюстрации вышесказанного целесообразно провести практичес кую работу, исследуя отдельные модули учебных наборов конструкторов Principles of Modern Technology и/или Introduction to Control Systems. Рас смотрим в качестве примера модуль «главный переключатель», который входит в оба конструктора.

Входы технологических системдиафрагма Закончить тему следует хронологией исторического развития через спо собы хранения и передачи информации от жеста и звука первобытного человека, до записи на кристалле и белковой молекуле. Важнейшими кри териями такого исследования будут:

• объем информации в единице объема носителя;

• скорость записи/считывания информации;

• скорость передачи информации;

• стоимость хранения информации.

Такой хронологический обзор с учетом ограниченности аудиторного вре мени может быть предложен школьникам как проект по теме.

ГЛАВА 4.

ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Процессы преобразования энергии (4 часа) Процессы преобразования энергии (4 часа) Процессы преобразования энергии (4 часа) Процессы преобразования энергии (4 часа) Процессы преобразования энергии (4 часа) Понятие процесса. Виды процессов. Прямые и подготовительные про цессы. Преобразователи энергии. Блок схемы процессов (преобразова телей). Эффективность процессов преобразования. Основные и вспомогательные процессы преобразования энергии.

Процессы преобразования вещества (2 часа) Процессы преобразования вещества (2 часа) Процессы преобразования вещества (2 часа) Процессы преобразования вещества (2 часа) Процессы преобразования вещества (2 часа) Преобразование формы, состояния, состава вещества. Природное и промышленное сырье. Первичная и вторичная обработка.

Процессы преобразования информации (2 часа) Процессы преобразования информации (2 часа) Процессы преобразования информации (2 часа) Процессы преобразования информации (2 часа) Процессы преобразования информации (2 часа) Прием, хранение, обработка и передача информации.

Процесс Предполагается, что, закончив изучение главы, школьники:

• познакомятся с некоторыми процессами обработки вещества;

• познакомятся с преобразователями энергии;

• будут понимать сущность процессов преобразования информации;

• будут понимать, что процессы — это действия по преобразованию энергии, вещества, информации в другую энергию, вещество, информа цию, необходимую человеку;

• будут понимать, что именно процессы в системе обеспечивают ее фун кционирование;

• сумеют применить полученные знания для анализа работоспособнос ти и модернизации систем.

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Процесс — совокупность операций, выполняемых системой для преобра зования входов в требуемый выход. Преобразования энергии процессы, при Процессы в технологических системахдиафрагма которых энергия изменяет свою форму или когда одно тело передаёт энер гию другому телу, или когда эти два процесса происходят одновременно.

Процессы преобразования вещества — последовательность операций с целью изменения размеров, формы, свойств и т.д. вещества на входе (сы рье) с целью получения требуемого вещества на выходе (продукция).

Процессы обработки информации — совокупность операций по преоб разованию данных, поступающих на вход системы, с целью представле ния их в требуемой форме на выходе системы.

Виды процессов Виды процессов Виды процессов Виды процессов Виды процессов Выделяют три группы процессов, связанных с функционированием тех нологических систем:

1. Прямые (технологические) процессы Это те процессы, которые осуществляются непосредственно в техноло гической системе, преобразуя ее входы в выходы. Они рассмотрены в со ответствующей главе учебника «Технологические системы».

2. Подготовительные процессы Совокупность процессов, действий, процедур по обеспечение прямых входов технологической системы. Обеспечиваются как другими техноло гическими системами, так и людьми. Например: подача топлива в двига тель внутреннего сгорания, включение — выключение настольной лампы, топка камина, очистка пылесборника пылесоса и т.п.

3. Процессы организации и управления Процессы взаимодействия между людьми от элементарной ячейки об щества, семьи, до государства и всего человечества:

• Чтобы воспользоваться микроволновой печью для приготовления пищи необходимо, согласовать что приготовить (все должны быть доволь ны), купить продукты заранее, чтобы было из чего приготовить, догово риться о времени, когда семья сядет за стол и т.д.;

• Для работы любого предприятия, от крохотной торговой палатки до громадного производственного комплекса, необходимо получить от влас тей все необходимые разрешения, определить перечень изделий, который будет предложен потенциальным покупателям, обеспечить поставки ма териалов и комплектующих, оборудовать рабочие места, нанять работни ков, определив их права и обязанности, заключить договор о банковском обслуживании и многое многое другое;

• Приобрести автомобиль еще недостаточно, чтобы на нем ездить, надо сдать на права вождения и зарегистрировать покупку, необходимы дороги, 56 Глава светофоры, автозаправочные станции, станции технического обслуживания...;

• Современный мир основан на товарообмене, поэтому государствам необходимо договориться о взаимных поставках, защищая при этом инте ресы своих граждан (рабочие места, уровень жизни, безопасность...) и т.д.

В данной главе мы будем рассматривать процессы, названные прямыми или технологическими.

ТЕМА 1. ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ.

Два занятия по два урока каждое.

Преобразователи энергии Преобразователи энергии Преобразователи энергии Преобразователи энергии Преобразователи энергии В предыдущих главах говорилось о том, что системы состоят из элемен тов (подсистем), взаимодействующих друг с другом: выход предыдущего является входом последующего. Таким образом, последовательность пре образований внутри системы обеспечивает ее функционирование. В тех случаях, когда энергия является основным входом, то есть и полезным вы ходом системы, также является энергия, такую систему мы можем назвать преобразователем энергии. Сказанное справедливо и для подсистем пре образователей энергии.

Рассмотрим две технологических системы: электрические чайник и ка мин. В камине электрическая энергия преобразуется в тепловую. Одной из подсистем электрического чайника является электронагревательный элемент, осуществляющий такое же преобразование. Их блок схем будет одинаковы.

Рассматривая потоки (энергия, вещество, информация) в системах, сле дует указывать происходящие в них преобразования.

Процесс:

Энергия 1: Электрическая Преобразование Энергия 2: Тепловая энергии Важно добиться того, чтобы школьники, опираясь на свой жизненный опыт, могли соотносить преобразование, с осуществляющей его техноло гической системой или ее элементом.

Практическая работа Преобразователи энергии.

Оборудование: учебные наборы Лего Дакта, Introduction to Control Systems, Principles of Modern Technology или им подобные.

Процессы в технологических системахдиафрагма Цель: демонстрация преобразований различных видов энергии.

Задание: отобрать из набора 5 6 модулей преобразователей, составить для каждого из них блок схему, указав выполняемое преобразование.

Пример:

1. Адаптер Энергия 1: Электри Энергия 2:

Процесс:

ческая переменного Электрическая Преобразование тока напряжением постоянного энергии 220 В потока напря жением 9В 2. Микрофон Энергия 1: Энергия 2:

Процесс:

Звуковая Электрическая Преобразование энергии 3. Ворот Энергия 1: Энергия 2:

Процесс:

Механическая, Механическая Преобразование энергия вращатель энергия посту энергии ного движения пательного движения Далее от модулей конструктора целесообразно перейти к технологичес ким системам. Данное упражнение является измененным заданием № страницы 92 учебника. Отличие касается перечня технологических систем:

в него включены только те, которые имеют энергию на основном входе.

Преобразование энергии в технологических системах Преобразование энергии в технологических системах Преобразование энергии в технологических системах Преобразование энергии в технологических системах Преобразование энергии в технологических системах 1. Вставьте в соответствующие ячейки таблицы (см.след. стр.) наиме нования технологических систем из перечня: электродвигатель, элек трический аккумулятор, электрический генератор, атомная электростанция, электрокаин, гитара, дизельный двигатель, микрофон, паровая турбина, электрическая лампочка, солнечная батарея, грмко говоритель, тепловая электростанция, велосипед, деревенская печь.

2. Заполни (по возможности) свободные ячейки таблицы наименовни ями соответствующих технологических систем, отсутствующих в пе речне.

Перечисли их: _ 58 Глава Выход Вход Световая Звуковая энергия Ядерная Тепловая Химическая энергия энергия энергия энергия Механическая энергия (излучение) энергия (акустическая Электрическая энергия Механическая Звуковая энергия (акустическая Тепловая энергия Химическая энергия энергия Электрическая Световая энергия (излучение) Ядерная энергия Процессы в технологических системахдиафрагма ТЕМА 2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА.

Одно занятие два урока.

Начать тему следует с классификации типов (видов) преобразования. До статочно выделить два основания такой классификации: уровни и этапы преобразования.

Уровни преобразования Уровни преобразования Уровни преобразования Уровни преобразования Уровни преобразования Преобразование формы (размеров).

Простейший вид преобразования, предполагающий механическое воз действие на вход.

Кофе в зернах перед варкой необходимо помолоть, чтобы получить по рошок. Для приготовления бутербродов необходимо нарезать хлеб, нама зать масло на хлеб и положить сыр сверху.

Вещество: кофе в зернах Процесс:

Помол Вещество:

Кофе порошок Энергия: Электрическая Информация: Управление кофемолкой Получившийся в результате помола порошок отличается от исходного продукта, зерен, только размерами.

Преобразование состояния Зимой в походе, для того чтобы заварить кофе или чай берут снег, рас тапливают его в какой нибудь посуде на костре. Короче говоря, речь идет об изменениях агрегатного состояния вещества в процессе преобразова ния его технологической системой. Понятно, что и форма при этом пре терпит изменения. Однако состав вещества сохранится неизменным.

Например: приготовление льда для коктейлей в морозилке холодильника.

Вещество: Вода Вещество:

Лед Энергия:

Процесс: Замораживание Электрическая Информация:

Время замораживания 60 Глава Преобразование состава Преобразование состава Преобразование состава Преобразование состава Преобразование состава Этот вид преобразования встречается наиболее часто. Приготовление пищи термообработкой. Получение бумаги из древесины, бетона из цемен та, песка, гравия и воды. Список бесконечен. Любое искусственное веще ство получено путем преобразования состава исходных компонентов.

Например, простоквашу получают естественным заквашиванием молока Вещество: Молоко Вещество:

Простокваша Энергия:

Биохимическая Процесс:

Закваска Информация:

Контроль температур ных режимов и степени готовности Практические задания (на выбор, при наличии резерва времени) Практические задания (на выбор, при наличии резерва времени) Практические задания (на выбор, при наличии резерва времени) Практические задания (на выбор, при наличии резерва времени) Практические задания (на выбор, при наличии резерва времени) Примечание.

Работы можно выполнить в классе, а оформление предложить школьникам в качестве домашнего задания. В аудиторной части за дания помочь учащимся, может быть в режиме обсуждения, соста вить перечни отдельных операций по выполняемым заданиям.

Задание 1: осуществить и подробно описать процесс преобразования формы вещества. Варианты работ:

• заточка карандаша ножом и точилкой;

• изготовление свечи из натеков стеарина и хлопчатобумажного шпагата;

• уборка мусора веником с совком и пылесосом;

•...

Задание 2: осуществить наблюдение и подробно описать процесс пре образования состава, свойств, состояния вещества.

Варианты работ:

• приготовление бетонного бруска из смеси цемента, песка, мелкого щебня и воды;

Процессы в технологических системахдиафрагма • приготовление хлеба, сладких булочек, любой выпечки;

•...

Этапы преобразования Путь от исходного природного сырья до готового изделия неблизкая. Ко нечно, можно сорвать и съесть лесную ягоду, водрузить на голову лист ло пуха в качестве панамы, вспомнить Адама с фиговым листом, но, увы, большинство наших проблем так просто решить не удается.

Условно выделяют два этапа преобразования (обработки) вещества:

первичный и вторичный.

Первичное преобразование Первичное преобразование Первичное преобразование Первичное преобразование Первичное преобразование Исходным материалом при изготовлении любых изделий является при родные вещества, их еще называют «природное сырье». Первичная обра ботка предполагает преобразование природного сырья в промышленное сырье. Лесозаготовители свалили деревья, обрезали ветви и распилили на бревна. Получилось промышленное сырье для лесопилки или целлюлозно бумажного комбината, комбината древесностружечных плит и т.п.

Вещество:

Вещество:

Процесс:

Природное сырье Промышленное Первичное (деревья) сырье (бревна) преобразование Если же наше предприятие производит элитную мебель или музыкаль ные инструменты, то оно не будет закупать бревна в качестве промышлен ного сырья.

Вторичное преобразование Вторичное преобразование Вторичное преобразование Вторичное преобразование Вторичное преобразование Как мы уже выяснили ранее, вторичное преобразование может оказаться весьма длительным и многостадийным. Мебельная фабрика будет приоб ретать промышленное сырье — фанеровочный шпон и фанеру — у специ ализированной фабрики, которая закупала древесину в бревнах у лесозаготовителей.

Для производства древесностружечных плит предпочитают использо вать разнообразные отходы переработки древесины — на качестве это не сказывается, но стоит такое сырьбе дешевле.

Например, для целлюлозно бумажного комбината:

62 Глава Вещество:

Вещество:

Процесс:

Промышленное Конечный Вторичное сырье (бревна) продукт преобразование (упаковка) Однако для картонажной фабрики:

Вещество:

Вещество:

Процесс:

Промышленное Конечный Вторичное сырье (картон) продукт преобразование (упаковка) Просто всегда необходимо помнить, что конечным продуктом для любо го предприятия является то, что оно поставляет на рынок товаров и услуг.

Значительным сырьевым ресурсом современного мира, приобретающим все большее значение, является вторичное сырье. В сырьевых цепочках оно находится между природным и промышленным сырьем. Специализирован ные предприятия по переработке бытовых и промышленных отходов (вто ричного сырья) занимают достойное место в экономике развитых стран.

Важное место в этой теме следует отвести заданию №3 на 98 странице учебника, так как оно предполагает:

• построение укрупненных технологических цепочек от природного сы рья до готового изделия;

• приобретение навыков применения специальных технологических терминов, описывающих различные стадии производства изделий (основ ных технологических процессов).

Например, обычная алюминиевая ложка.

Месторождение >> добыча >> бокситы >> обогащение >> глинозем (окись алюминия) >> термоэлектрическое восстановление >> алюминий >> плавка >> алюминиевый слиток >> раскатка >> алюминиевый лист >> штамповка с вырубкой >> штампованная заготовка >> шлифовка >> алюминиевая ложка.

Строя подобные цепочки важно добиваться, чтобы школьники выпол няли задание с энциклопедическим словарем в руках и не забывали делать ссылки на источники.

Процессы в технологических системахдиафрагма ТЕМА 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.

Одно занятие два урока.

Процесс преобразования информации включает: прием, хранение, об работку и передачу данных. С позиций системного подхода мы можем на звать их подпроцессами процесса преобразования информации.

В учебнике, на примере составления прогнозов погоды, описывается на страницах 100 102, как изменяются способы реализации этих подпроцес сов с развитием технологии.

Самостоятельная работа (при наличии резерва времени) Самостоятельная работа (при наличии резерва времени) Самостоятельная работа (при наличии резерва времени) Самостоятельная работа (при наличии резерва времени) Самостоятельная работа (при наличии резерва времени) Составить таблицу возможных вариантов приема, хранения, обработки и передачи данных. Содержание столбца не относится к конкретной системе.

Подпроцесс 1 2 3 Прием А клавиши на слух фотоэлектро фотопленка нная матрица Хранение Б электро запись на магнитный нная па бумаге носитель мять Обработка В запись процессор в уме на бумаге Передача Г голосом жидко почтовый кристалли ящик ческий дисплей Вариантов реализации подпроцессов может быть названо достаточно много, однако в целях экономии времени ограничиться следует 4 5 вари антами. При выполнении работы помните, что каждый из названных ва риантов также может быть рассмотрен как четырехэтапный.

Закончив заполнение таблицы с учащимися, предложите найти в ней те левизор, калькулятор, телефон, почту и т.д.

Важнейшим для этой темы представляется тезис о том, что информация является организационным фактором, устанавливающим последователь ность выполнения процессов (отдельных технологических операций) в системе. Другими словами — она обеспечивает необходимые для функци онирования системы временные и / или прстранственные связи между от дельными операциями. Не случайно систему определяют как комплекс взаимодействующих элементов, организованных в пространстве и/или времени. При описания процесса как системы элементами будут отдель ные операции (подпроцессы), связанные во времени. При этом, если про 64 Глава странственные связи в технологической системе жестко задаются конст рукцией системы (а это тоже информация), то временные и есть организу ющая функция информации. Примеры и задания к изложенному выше приводятся на 102 105 страницах учебника.

Особую важность организационная функция информации приобрета ет в социальных системах. Привычное всем школьное расписание являет ся прекрасным примером организационной функции информации.

Расписание связывает в единую систему учащихся, преподавателей, адми нистрацию, обслуживающий персонал (буфетчица, уборщицы). А также учебные и вспомогательные (например, столовая) помещения. Для круп ных организаций эти связи простираются и в надсистему (обычно исполь зуют термин «инфраструктура»): к началу и концу работы увеличивается поток пассажирского транспорта вблизи предприятия, а весь прочий от водится на близлежащие улицы.

Практическая работа (по выбору при наличии резерва времени) Практическая работа (по выбору при наличии резерва времени) Практическая работа (по выбору при наличии резерва времени) Практическая работа (по выбору при наличии резерва времени) Практическая работа (по выбору при наличии резерва времени) Предложите школьникам составить пространственно временную струк туру:

• одного дня пребывания в школе в соответствии с действующим рас писанием;

• работы буфета;

• посещения буфета;

• прохода в дом гостя при наличии охранной системы, например домофона;

•...

Объем описания будет зависеть от выделенного времени и способнос тей учащегося.

При выполнении задания можно порекомендовать:

Перечислить выполняемые действия (описание происходящих процес сов) и уточнить их формулировки. Переписать процессы во временной последовательности. Составить блок схему выбранного процесса.

ГЛАВА 5.

УСТРОЙСТВА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Механические устройства (4 часа) Механические устройства (4 часа) Механические устройства (4 часа) Механические устройства (4 часа) Механические устройства (4 часа) Рычаг. Ворот. Блок. Наклонная плоскость. Винтовая пара. Ременная, цепная и зубчатая передачи. Реечная передача. Кривошипно шатунный механизм. Технологические системы, в которых они применяются.

Электротехнические и электронные устройства (6 часов) Электротехнические и электронные устройства (6 часов) Электротехнические и электронные устройства (6 часов) Электротехнические и электронные устройства (6 часов) Электротехнические и электронные устройства (6 часов) Электрический двигатель. Соленоид. Динамо машина (электрический генератор). Электрическая лампа. Фотоэлектрический элемент. Элект рический нагревательный элемент. Термоэлектрический преобразова тель. Громкоговоритель. Микрофон. Электронный усилитель.

Технологические системы, в которых они применяются.

Процесс Устройство Предполагается, что, закончив изучение главы, школьники:

• узнают, что каждая технологическая система, как и входящие в ее со став подсистемы являются устройствами;

• будут знать наименования и особенности применения этих устройств;

• познакомятся с механическими, электротехническими и электронны ми устройствами;

• сумеют применить полученные знания для проектирования и сборки моделей систем.

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Основные понятия:

Деталь — изделие, выполненное из однородного материала без приме нения сборочных операций (блок схема не составляется).

Компонент — неструктурированная часть целого (системы), по возмож ности следует избегать применения этого термина.

Механическое устройство — комплекс взаимосвязанных деталей, пре образующих механическую энергию. Вход и выход сила и/или переме щение (иногда вместо термина «механическое устройство» используется термин «простой механизм»).

66 Глава Электротехническое устройство — совокупность взаимосвязанных друг с другом элементов, изменяющих электрические параметры или преобра зующих электроэнергию в другие формы энергии и наоборот.

*Следует обратить особое внимание на использование термина «устрой ство». Содержание термина очень широкое. Не случайно составители се рьезных словарей избегают его включения в основной перечень, а если и делают это, то предлагают для него очень широкое толкование.

Толковый словарь русского языка Ожегова и Большой энциклопедичес кий словарь предлагают следующее толкование термина «устройство»:

1. см. устроить, ся.

2. Расположение, соотношение частей, конструкция ч. н. Удобное у. по мещения. Прибор сложного у.

3. Установленный порядок, строй. Государственное у. Общественное у.

4. Техническое сооружение, механизм, машина, прибор. Решающее у.

Регулирующее у.

Применительно к техническим системам четвертый вариант представ ляется основным. Однако может рассматриваться как синоним термина «технологическая система».

Таким образом, термин «устройство» мы будем применять для обозна чения самой технологической системы или ее подсистемы.

Основные идеи:

Основные идеи:

Основные идеи:

Основные идеи:

Основные идеи:

1. Цель данной главы «открыть чёрные ящики». После того как школь ники изучили материал главы «Процессы в технологических системах» выясним, кто выполняет эти процессы. Заглянем внутрь технологических систем, познакомимся с их функционально значимыми составными час тями, которые и будем называть устройствами.

2. Комплекс взаимодействующих устройств обеспечивает функциони рование системы, позволяет использовать ее по назначению, достичь же лаемой цели.

3. Рекомендуемая стратегия это самостоятельное изучение и исследо вание различных устройств. Информационные страницы в конце главы по могут школьникам в этой работе. Предлагаемые упражнения подводят к исследованию различных устройств, классификации их по функциональ ному признаку.

Данная глава состоит из двух частей. В первой рассматриваются меха нические устройства, а по окончании главы перед учащимся ставятся про блемы, подсказки, к решению которых они смогут найти на соответствующих информационных страницах.

Устройства в технологических системахиафрагма Во второй части главы рассматриваются электротехнические/электрон ные устройства, а завершается она постановкой проблем, в решении кото рых школьникам также помогут соответствующие информационные страницы.

ТЕМА «МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА» Два занятия по два часа каждое.

Лабораторное оборудование: конструкторы Лего дакта серии 1030 или им подобные.

Изучение темы следует разбить на два этапа:

• собственно простые механизмы;

• их комбинации в технологических системах.

При подготовке к проведению занятий следует помнить, что ранее, в пя том и шестом классах, школьники исследовали простые механизмы, рабо тая с конструкторами Лего дакта серии 1030 или им подобными. Более того, при изучении данной главы, они уже начинают знакомиться с простыми механизмами на уроках физики. Поэтому накануне изучения темы (пре дыдущее занятие) детям следует предложить в качестве домашнего зада ния подготовить обзор по простым механизмам (перечень в учебнике, хотя можно и расширить), включающий наименование простого механизма, его кинематическую схему, блок схему, перечень основных элементов и об ласти применения, а также общую классификацию простых механизмов.

Занятие первое. Простые механизмы.

Занятие первое. Простые механизмы.

Занятие первое. Простые механизмы.

Занятие первое. Простые механизмы.

Занятие первое. Простые механизмы.

Предложить каждой рабочей группе:

•собрать модели 2 3 простых механизмов (допускается использование карточек инструкций по сборке);

•исследовать зависимость изменения выхода от входа;

•используя модели механизмов, результаты исследований и выполнен ные дома обзоры подготовить короткий доклад по полученной теме.

Например, исследование кривошипно шатунного механизма может быть выполнено следующим образом.

Часть 1. Таблица экспериментальных данных.

68 Глава Часть 2. График движения где:

вx и вых — значения изменения величин изменения входа и выхода соответственно.

a, z — угол поворота вала кривошипа в зубцах шестерни z 1, mm — перемещение штока в мм.

i — коэффициент преобразования (отношение изменения значения ве личины выхода к изменению значения велечины входа.

Фрагмент домашнего задания.

Фрагмент домашнего задания.

Фрагмент домашнего задания.

Фрагмент домашнего задания.

Фрагмент домашнего задания.

Блок схема кривошипно шатунного механизма Блок схема кривошипно шатунного механизма Блок схема кривошипно шатунного механизма Блок схема кривошипно шатунного механизма Блок схема кривошипно шатунного механизма Процесс:

преобразование вращательного Выход:

движения возвратно возвратно поступатель Вход:

поступательное прямолинейное ное прямолинейное вращательное движение.

движение Устройство:

Кривошипно шатунныq механизм Устройства в технологических системахиафрагма Кинематическая схема кривошипно шатунного механизма Кинематическая схема кривошипно шатунного механизма Кинематическая схема кривошипно шатунного механизма Кинематическая схема кривошипно шатунного механизма Кинематическая схема кривошипно шатунного механизма с указанием основных элементов с указанием основных элементов с указанием основных элементов с указанием основных элементов с указанием основных элементов Кривошип Шток Шатун Области применения кривошипно шатунного механизма Наиболее ши роко используется в поршневых двигателях внутреннего сгорания и пор шневых компрессорах.

Классификация простых механизмов Классификация простых механизмов Классификация простых механизмов Классификация простых механизмов Классификация простых механизмов Следует обратить внимание школьников, что технологические системы и их подсистемы интересны для нас в первую очередь тем, что мы можем от них получить и что для этого мы должны сделать. Поэтому предпочти тельным основанием классификации явится вид движения.

Движение на входе Механизм Движение на выходе Поступательное Рычаг, наклонная Поступательное движение плоскость, блок, движение гидропневмоцилиндр Поступакельное Ворот, реечная Вращательное движение движение передача Вращательное Ременная, цепная и Вращательное движение зубчатая передачи движение Вращательное Ворот, реечная Поступательное движение передача, винтовая движение передача Вращательное Кривошипно Возвратно поступатель движение шатунный механизм ное движение Возвратно поступательное Кривошипно Вращательное движение шатунный механизм движение Необходимо организовать работу детей в классе таким образом, чтобы сде лать доклады и ответить на вопросы товарищей могли все рабочие группы.

Оценка деятельности учащихся может складываться из:

• выполненного домашнего задания (обзор простых механизмов);

70 Глава • качества сборки моделей механизмов;

• проведения исследований и оформления результатов;

• доклада и ответов на вопросы.

Закончить занятие следует выдачей домашнего задания, которое ляжет в основу следующего этапа изучения механических устройств. Рабочим группам следует предложить на выбор несколько технологических систем, из которых они смогут выбрать какую нибудь одну. Примерный перечень систем: подъемный кран, механическая игрушка, робот манипулятор, снего уборочная машина и тому т.п., также ребята могут предложить свои, согласо ванные с преподавателем, прототипы. В выбранных прототипах количество взаимосвязанных простых механизмов должно быть не менее трех.

Домашнее задание должно содержать:

• общую блок схему выбранного прототипа;

• перечень простых механизмов, входящих в модель прототипа и их блок схемы;

• кинематическую схему модели выбранного прототипа;

• развернутую блок схему модели выбранного прототипа.

Занятие второе. Комбинации простых механизмов Занятие второе. Комбинации простых механизмов Занятие второе. Комбинации простых механизмов Занятие второе. Комбинации простых механизмов Занятие второе. Комбинации простых механизмов в технологических системах.

в технологических системах.

в технологических системах.

в технологических системах.

в технологических системах.

Пример выполнения домашнего задания Выбранный прототип: подъемный кран.

Основная функция: перемещать грузы по требуемой траектории.

Общая блок схема:

Вещество:

Процесс: Вещество:

груз в точке А перемещение груза из точки А груз в точке В в точку В по заданной траекто рии Энергия Технологическая система:

Подъемный кран Информация:

управление приводами грузов Устройства в технологических системахиафрагма Перечень простых механизмов (сокращенный в объеме модели), входящих в прототип и их блок схемы Вращательное Процесс:

движение Линейное преобразование вращательного привода поступательное движения в линейное движение троса поступательное Механизм: ворот Линейное поступатель ное Вертикальное движение Процесс: изменения направле движение троса троса ния движения Механизм: блок Вращательное движение Вращательное Процесс: изменение на привода движение правления оси и скорости (горизонталь платформы поступательного движения ная ось крана (верти вращения) кальная ось вращения) Механизм: корончатая (или коническая) зубчатая передача Кинематическая схема 72 Глава Развернутая блок схема модели механизма подъемного крана Развернутая блок схема модели механизма подъемного крана Развернутая блок схема модели механизма подъемного крана Развернутая блок схема модели механизма подъемного крана Развернутая блок схема модели механизма подъемного крана (основной вход — вещество, перемещаемый груз — условно не показан, так как рассматривается только модель механизма) Линейное поступательное движение троса (подъем или Вращательное опускание стрелы, верти движение кальное и горизонтальное привода пермещение груза) Ворот Линейное Вертикальное Вращательное поступательное движение троса движение движение троса (подъем и привода опускание) Ворот Блок Вращательное движение Поворот платформы (стрелы привода крана, горизонтальное Корончатая перемещение груза) зубчатая передача Перед началом занятия рабочим группам выдать соответствующие учеб ные наборы конструкторы.

Предложить каждой рабочей группе:

• собрать механическую модель выбранного прототипа;

• используя собранную модель механизма и выполненное дома описа ние подготовить короткий доклад.

Необходимо организовать работу детей в классе таким образом, чтобы сде лать доклады и ответить на вопросы товарищей могли все рабочие группы.

Оценка деятельности учащихся может складываться из:

• выполненного домашнего задания;

• качества сборки модели механизма;

• доклада и ответа на вопросы.

Требуемая траектория пермещение груза Устройства в технологических системахиафрагма К оценке качества моделей представленных механизмов целесообразно привлечь самих учащихся. Для этого можно провести деловую игру «Экс перт». При выборе оценочных характеристик следует обратить внимание на то, чтобы в перечень попали критерии, учитывающие целесообразность использования деталей учебного набора и оригинальность конструкции.

ТЕМА «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА» Три занятия по два урока каждое.

Учебное оборудование: Principles of Modern Technology, Introduction to Control Systems и им подобные.

Однако для проведения первого, вводного, занятия потребуется совер шенно другая комплектация: электронный осциллограф, мультиметр, со леноид, постоянный магнит, источник постоянного тока 9 12В и 3А, динамометр до 4Н, реостат 10 20 Ом и 3А. А также лабораторный элект родвигатель генератор с нагрузочной лампой накаливания, батарея фото электрических преобразователей, лабораторный штатив, динамический громкоговоритель (практически весь этот перечень может быть взят на время в школьном физическом кабинете).

Накануне изучения подтемы детям следует предложить в качестве до машнего задания подготовить обзор по электротехническим преобразо вателям (перечень в учебнике, хотя можно и скорректировать с учетом имеющихся в наличии образцов), включающий наименование преобразо вателя, его блок схему и области применения. Следует предупредить ре бят о необходимости оставить свободное место для выполнения эскизов демонстрационных опытов во время занятия.

Занятие первое. Демонстрация функционирования Занятие первое. Демонстрация функционирования Занятие первое. Демонстрация функционирования Занятие первое. Демонстрация функционирования Занятие первое. Демонстрация функционирования электротехнических преобразователей.

электротехнических преобразователей.

электротехнических преобразователей.

электротехнических преобразователей.

электротехнических преобразователей.

Опыт 1. Соленоид магнит.

Показ следует начать с демонстрации соленоида. Осуществить это мож но следующим образом:

• закрепить в держателе лабораторного штатива динамометр, подвесив на нем стальной (магниточувствительный) стержень, с постоянным магни том на свободном торце;

74 Глава • под постоянным магнитом на расстоянии 10...20 мм установить соле ноид, подключенный к источнику постоянного тока через реостат, при этом ось соленоида должна совпадать с осью стержня;

• обратив внимание детей на показания динамометра, установить пол зунок реостата в среднее положение и включить источник питания;

• меняя положение ползунка реостата, показать зависимость силы, дей ствующей на стержень с магнитом, от силы тока в цепи соленоида;

• поменять полярность на соленоиде и, меняя положение ползунка рео стата, обратить внимание детей на показания динамометра.

Опыт 2. Соленоид генератор.

Подключить соленоид к мультиметру в режиме вольтметра или ампер метра. Перемещая постоянный магнит вдоль торца соленоида, пересекая его ось, обратить внимание школьников на изменение показаний мульти метра. В завершении следует подчеркнуть, обратимость рассматриваемо го преобразователя: соленоид может быть как потребителем, так и источником (генератором) электрической энергии.

Опыт 3. Динамический громкоговоритель.

Для демонстрации наиболее удобен динамик, извлеченный из старого радиоприемника, магнитофона, акустической колонки и т.п.

Порядок действий:

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.