Автор: Тригуба Михаил Владимирович
учитель
ЧОУ РЖД лицей № 20

Свидетельство о публикации в электронном СМИ: СТ № 13224

разработка проведения урока в 5 классе по теме"Электронные устройства: электродвигатель и контролер»

Урок технологии в 5 классе: «Электронные устройства: электродвигатель и контроллер»

Пояснительная записка

Урок разработан в соответствии с требованиями ФГОС ООО и Федеральной рабочей программы по предмету «Труд (технология)» для 5 класса. Тема входит в модуль «Робототехника» и направлена на формирование у обучающихся базовых представлений об электронных устройствах, принципах работы электродвигателя и роли контроллера в управлении техническими системами.

Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + практическая работа).

Продолжительность: 2 академических часа.

Форма организации: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Цели и задачи урока

Цель

Сформировать у обучающихся первоначальные представления об электронных устройствах на примере электродвигателя и контроллера, научить подключать мотор к контроллеру и управлять его вращением.

Задачи

1. Образовательные: объяснить принцип работы электродвигателя постоянного тока; познакомить с назначением и функциями контроллера; научить читать простые электрические схемы.

1. Развивающие: развивать техническое мышление, умение анализировать информацию, навыки сотрудничества в группе.

1. Воспитательные: формировать ответственное отношение к безопасности при работе с электроинструментами, интерес к технике и электронике.

Планируемые результаты

Предметные:

• объяснять принцип работы электродвигателя и контроллера;

• различать основные типы электродвигателей;

• безопасно работать с электронными компонентами.

Метапредметные:

• анализировать информацию и делать выводы;

• работать в группе, распределять роли и договариваться;

• решать практические задачи.

Личностные:

• проявлять интерес к технике и электронике;

• осознавать важность соблюдения правил безопасности;

• развивать творческий потенциал через технические проекты.

Оборудование и материалы

Для учителя:

• мультимедийная презентация (слайды с устройством электродвигателя, схемами подключения);

• демонстрационный набор: электродвигатель постоянного тока, батарейный отсек, провода, контроллер (Arduino Uno или аналог), макетная плата;

• видеоролик «Как работает электродвигатель» (2–3 минуты);

• раздаточный материал: карточки с заданиями, схемы подключения.

Для обучающихся (на группу 3–4 человека):

• набор для практической работы: электродвигатель, контроллер, макетная плата, соединительные провода, батарейный отсек (или USB-питание);

• инструкционная карта практической работы;

• лист самооценки.

Ход урока

Этап 1. Организационный момент (3 минуты)

Деятельность учителя:

• приветствие, проверка готовности к уроку;

• объявление темы и целей урока;

• мотивация через проблемный вопрос: «Что общего между игрушечной машинкой, дроном и промышленным роботом?» (ответ: во всех есть электродвигатель и устройство, которое им управляет).

Деятельность обучающихся:

• слушают, отвечают на вопросы, формулируют предположения.

Этап 2. Актуализация знаний (7 минут)

Вопросы для повторения:

1. Что такое электричество?

1. Какие виды источников тока вы знаете?

1. Из чего состоит электрическая цепь?

Краткие ответы:

• электричество — совокупность явлений, связанных с движением электрических зарядов;

• источники тока: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы;

• электрическая цепь: источник тока, потребитель (нагрузка), соединительные провода, выключатель.

Приём «Верю — не верю»: учитель предлагает утверждения, обучающиеся поднимают зелёную карточку (верю) или красную (не верю). Например: «Электродвигатель превращает электрическую энергию в механическую» (верно); «Контроллер — это устройство, которое само вырабатывает электричество» (неверно).

Этап 3. Изучение нового материала (25 минут)

3.1. Что такое электронные устройства (5 минут)

Рассказ учителя: электронные устройства окружают нас повсюду — от смартфонов и телевизоров до роботов и промышленных станков. В основе многих из них лежат два ключевых компонента: электродвигатель (исполнительный механизм) и контроллер (управляющее устройство).

3.2. Электродвигатель: устройство и принцип работы (10 минут)

Демонстрация: учитель показывает электродвигатель в разрезе (или на слайде) и объясняет:

Основные части:

• Статор — неподвижная часть (постоянный магнит или электромагнит), создаёт магнитное поле;

• Ротор (якорь) — вращающаяся часть с обмоткой из проволоки;

• Коллектор и щётки — передают электрический ток на обмотку ротора.

Принцип работы:

1. Электрический ток поступает на обмотку ротора через щётки и коллектор.

1. Вокруг обмотки возникает магнитное поле.

1. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор вращаться.

1. Коллектор меняет направление тока в обмотке каждые пол-оборота, обеспечивая непрерывное вращение.

Аналогия для запоминания: представьте, что вы толкаете карусель: с одной стороны толкнули — она повернулась, с другой стороны толкнули — снова повернулась. Коллектор «толкает» ротор каждый раз в нужный момент.

Видеофрагмент: демонстрация работы электродвигателя (2 минуты).

Применение электродвигателей: игрушки, бытовая техника (пылесос, холодильник, стиральная машина), электродрели, транспорт (электромобили, трамваи), роботы.

3.3. Контроллер: назначение и функции (10 минут)

Рассказ учителя: контроллер — это «мозг» электронного устройства. Он получает сигналы от датчиков, обрабатывает их по программе и подаёт команды исполнительным механизмам, в том числе электродвигателям.

Функции контроллера:

• управление движением (включение/выключение, скорость, направление);

• обработка сигналов от сенсоров;

• реализация алгоритмов поведения;

• коммуникация с другими устройствами;

• диагностика и мониторинг состояния.

Демонстрация: учитель показывает контроллер (Arduino Uno или аналог), объясняет, что это микроконтроллер — миниатюрный компьютер, который можно запрограммировать. К нему можно подключить электродвигатель, датчики, светодиоды.

Важно! Контроллер работает с малыми токами и не может напрямую питать мощный двигатель. Для этого используется драйвер двигателя — электронный «переключатель», который передаёт большие токи на мотор под управлением слабых сигналов контроллера.

Схема взаимодействия:

text

Контроллер → Драйвер → Электродвигатель

Этап 4. Практическая работа «Подключение мотора к контроллеру, управление вращением» (35 минут)

Цель работы: научиться подключать электродвигатель к контроллеру через драйвер и программировать его вращение в разных режимах.

Инструктаж по технике безопасности (5 минут):

1. Не касайтесь вращающихся частей двигателя во время работы.

1. Не допускайте короткого замыкания: соединяйте провода только по схеме.

1. Работайте только с низковольтным питанием (до 9 В).

1. При нагреве компонентов немедленно отключите питание и сообщите учителю.

1. Не разбирайте контроллер и двигатель без указания учителя.

Ход практической работы (30 минут):

Шаг 1. Подготовка (5 минут). Разбейтесь на группы по 3–4 человека. Получите набор и инструкционную карту. Изучите схему подключения.

Шаг 2. Сборка схемы (10 минут). Подключите электродвигатель к драйверу, драйвер — к контроллеру, контроллер — к источнику питания. Проверьте правильность соединений по схеме.

Шаг 3. Программирование (10 минут). Загрузите простую программу (скетч), которая заставляет мотор вращаться вперёд в течение 2 секунд, затем останавливается, затем вращается назад. Пример кода (Arduino):

cpp

void setup() {

pinMode(9, OUTPUT);

pinMode(8, OUTPUT);

}

void loop() {

// Вперёд

digitalWrite(8, HIGH);

analogWrite(9, 200);

delay(2000);

// Стоп

digitalWrite(8, LOW);

analogWrite(9, 0);

delay(1000);

// Назад

digitalWrite(8, LOW);

analogWrite(9, 200);

delay(2000);

// Стоп

analogWrite(9, 0);

delay(1000);

}

Шаг 4. Наблюдение и выводы (5 минут). Пронаблюдайте за работой двигателя. Измените скорость вращения (значение в analogWrite). Запишите вывод: как контроллер управляет двигателем? Что изменилось при изменении значения?

Этап 5. Закрепление и рефлексия (10 минут)

Фронтальная беседа:

1. Какие основные части электродвигателя вы запомнили?

1. Зачем нужен контроллер?

1. Почему между контроллером и двигателем нужен драйвер?

1. Где в повседневной жизни встречаются электродвигатели и контроллеры?

Приём «Синквейн»: обучающиеся составляют синквейн на тему «Электродвигатель» или «Контроллер» (по выбору):
1 строка — существительное;
2 строка — два прилагательных;
3 строка — три глагола;
4 строка — фраза по теме;
5 строка — синоним/вывод.

Лист самооценки: обучающиеся отмечают, что было понятно, что вызвало затруднения, что хотели бы узнать дополнительно.

Этап 6. Домашнее задание (2 минуты)

Варианты:

1. Базовый: найти в доме 3 предмета, в которых есть электродвигатель, и 1 устройство с контроллером. Записать в тетрадь.

1. Повышенный: нарисовать схему подключения электродвигателя к контроллеру и подписать все элементы.

1. Творческий: придумать и описать устройство (робот, игрушка, помощник), в котором электродвигатель и контроллер выполняли бы полезную функцию.

Приложения

Приложение 1. Инструкционная карта практической работы

Тема: Подключение мотора к контроллеру, управление вращением.

Оборудование: контроллер Arduino Uno, драйвер двигателя (L298N или аналог), электродвигатель постоянного тока, макетная плата, соединительные провода, источник питания (батарея 9 В или USB).

Схема подключения:

• Двигатель → выходы драйвера (OUT1, OUT2);

• Драйвер → контроллер: IN1 → пин 8, IN2 → пин 9, ENA → пин 10;

• Питание драйвера → батарея;

• GND драйвера → GND контроллера.

Задание: загрузить программу, пронаблюдать за вращением, изменить скорость и направление.

Методические рекомендации для учителя

1. Дифференциация: для обучающихся с высоким темпом работы предложите усложнённое задание — добавить кнопку для управления двигателем или запрограммировать плавное изменение скорости.

1. Межпредметные связи: на уроке используются знания из физики (электричество, магнитное поле) и информатики (алгоритмы, программирование).

1. Оценивание: предлагается формирующее оценивание — наблюдение за работой групп, анализ листов самооценки, проверка синквейнов.