PRIMIJENJENA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA
U prvom razredu polaznik će steći sljedeće ishode učenja:
- Osnove zaštite na radu u elektrotehnici, 1 CSVET
- Elektrotehnika i elektronika u računarstvu, 3 CSVET
- Praktične osnove elektrotehnike i elektronike u računarstvu, 4 CSVET
Pri učenju učenik će:
- primijeniti temeljne zakone elektrotehnike na jednostavne električne sklopove
- dimenzionirati jednostavne strujne krugove za realnu primjenu
- odabrati i spojiti odgovarajuće elemente prema postojećoj shemi
- izmjeriti električne veličine na pripadajućim elementima strujnog kruga
- izraditi električnu shemu
Nastavne cjeline
Uvod u elektrotehniku
Električna osnova građe tvari, električni napon i električna struja, električni otpor (otpor vodiča, električna otpornost, električna vodljivost i provodljivost, električni otpornici, ovisnost otpora o temperaturi), Ohmov zakon.
Krugovi istosmjerne struje
Elementi strujnoga kruga (linearni i nelinearni elementi, idealni i realni elementi, kratki spoj, prazan hod). Serijski spoj otpornika (dijeljenje napona, Kirchhoffov zakon za napone, ukupni otpor serijskog spoja). Paralelni spoj otpornika (dijeljenje struje, Kirchhoffov zakon za struje, ukupni otpor paralelnog spoja). Mješoviti spojevi otpornika (nadomjesni otpor, potenciometarski spoj, mosni spoj).
Električna energija i snaga
Izvori istosmjernog napona (vrste naponskih izvora, idealni i realni izvori, osnovni spojevi naponskih izvora, prilagođenje snage). Mreže istosmjerne struje (izravna primjena Kirchhoffovih zakona metoda, metoda superpozicije, Thevenenov teorem).
Električno polje
Značajke električnog polja: tvari u električnom polju (električna influencija, električna polarizacija, proboj u dielektriku). Kapacitet i kondenzatori (pojam električnoga kapaciteta, pločasti kondenzator, serijski i paralelni spoj kondenzatora, značajke kondenzatora, izvedbe kondenzatora). Nabijanje i izbijanje kondenzatora, vremenska konstanta, energetski odnosi.
Magnetsko polje
Značajke magnetskog polja
Magnetizam tvari (feromagnetički materijali, HB karakteristika, petlja histereze, magnetski krug). Magnetske sile (sila na vodič protjecan strujom, sila između dva ravna vodiča, sila na strujnu petlju, sila na naboje u gibanju). Elektromagnetska indukcija (indukcija gibanjem vodiča, indukcija promjenom toka, samoindukcija, međuindukcija, transformator). Svitak u krugu istosmjerne struje (prikaz svitka, energija svitka, ukapčanje i iskapčanje RL kruga).
Izmjenične struje
Značajke sinusoidnih veličina i vektorski prikaz sinusoidnih veličina
Otpornik, kondenzator i zavojnica u krugu izmjenične struje, izmjenična snaga
Jednostavni RLC spojevi (serijski RL spoj, serijski RC spoj, serijski RLC spoj, paralelni RL spoj, paralelni RC spoj, paralelni RLC spoj, rezonancija). Trofazni izmjenični napon, nesinusoidalni izmjenični naponi. Odziv RC i CR mreža na nesinusoidalni izmjenični napon
DIGITALNA LOGIKA
Analiza modula i preporuke za realizaciju
Podatak | Vrijednost |
Obujam modula | 4 CSVET |
Skupovi ishoda | Osnovni logički sklopovi – 2 CSVET |
Status | Obvezni modul |
Namjena | Materijal za planiranje i realizaciju nastave |
1. Osnovni podaci o modulu
Cilj modula je upoznati učenike s osnovama brojevnih sustava, kodiranja i logičkih sklopova. Učenici ispituju rad logičkih sklopova simulacijom i/ili na stvarnim uređajima, interpretiraju rezultate mjerenja te primjenjuju pravila logičke algebre pri rješavanju složenih sklopova.
Modul obuhvaća pojednostavljenje složenih logičkih funkcija, analizu digitalnih sklopova s bipolarnim i unipolarnim tranzistorima te izradu sklopova za konkretne projektne zadatke.
Ključni pojmovi
- brojevni sustavi i kodiranje
- logički sklopovi, logička svojstva i simboli
- algebarski izrazi i tablice stanja
- simulacijski programi i mjerenje karakteristika
- logička algebra, minimalizacija logičkih funkcija i Veitchev dijagram.
Načini stjecanja ishoda učenja
Vođeni proces učenja i poučavanja | Učenje temeljeno na radu | Samostalne aktivnosti učenika |
30 – 40 % | 40 – 50 % | 10 – 30 % |
Okruženje i materijalni uvjeti
Realizacija se preporučuje u specijaliziranoj učionici ili praktikumu elektronike. Potrebni su računalo za nastavnika, računala za učenike s internetskim pristupom i simulacijskom programskom potporom, interaktivna ploča ili projektor, mjerni instrumenti, elektroničke i digitalne komponente te eksperimentalne pločice.
Razredni odjel treba podijeliti u odgojno-obrazovne skupine kako bi učenici sigurno i aktivno radili u praktikumu. Dio ishoda može se ostvariti kod licenciranog poslodavca ili u regionalnom centru kompetentnosti, uz usklađivanje škole i poslodavca.
2. Osnovni logički sklopovi (2 CSVET)
Dominantan pristup je učenje temeljeno na radu kroz stvarne problemske situacije. Nastavnik djeluje kao mentor i koordinator, a učenici istražuju, simuliraju, mjere i dokumentiraju rezultate.
Ishodi učenja
Ishod učenja | Razina usvojenosti „dobar” |
Odrediti primjenu brojevnih sustava i kodiranja | Odrediti i razlikovati primjenu brojevnih sustava i kodiranja. |
Objasniti logička svojstva i simbole osnovnih sklopova | Objasniti logička svojstva i simbole logičkih sklopova. |
Objasniti algebarske izraze i tablice stanja | Prikazati izraze raznim načinima te objasniti tablice stanja jednostavnih sklopova. |
Ispitati rad osnovnih logičkih sklopova | Ispitati rad u simulacijskom programu i/ili na stvarnim sklopovima. |
Interpretirati rezultate mjerenja | Interpretirati rezultate u simulaciji i/ili stvarnim uvjetima. |
Nastavne cjeline
- Brojevni sustavi
- Kodovi
- Logički sklopovi
Primjer vrednovanja: robotski kirurški sustav
Radna situacija: numerički podaci o položaju robotske ruke šalju se poslužitelju u formatu IEEE 754. Svaki se podatak pretvara u binarni oblik. Učenici istražuju način prikupljanja, obrade i pouzdane uporabe podataka za upravljanje robotskom rukom.
Zadatak: za realni broj 84,25 odrediti binarni zapis, zapis u BCD kodu, heksadekadski prikaz, ASCII zapis te IEEE 754 jednostruku preciznost. Rezultate treba interpretirati i uredno prikazati u pisanom rješenju.
- točnost i brzina rješavanja
- urednost i preglednost postupka
- objašnjenje postupka rješavanja i interpretacija rezultata
Primjer vrednovanja: sigurnosna brava
Za ulaz u kabinet elektrotehnike treba izraditi sigurnosnu bravu koja zahtijeva istodobni pritisak dviju tipki, lijevo i desno od vrata. Uspješno otvaranje signalizira se svjetlosnim i zvučnim signalom.
Zadatak je projektirati sklop za dopuštenje prolaza impulsa s ulaza A uz dva jednaka upravljačka signala na ulazima B i C. Učenik analizira svojstva sklopova, projektira sklop, bira prikladnu skupinu integriranih sklopova, simulira ili spaja rješenje, ispituje rad te izrađuje tehničku dokumentaciju.
3. Složeni logički sklopovi (2 CSVET)
Učenici rješavaju stvarne radne situacije povezane sa složenim logičkim sklopovima. Primjenjuju pravila logičke algebre, provjeravaju funkcionalnost sklopova i procjenjuju mogućnost njihove primjene u stvarnom okruženju.
Ishodi učenja
Ishod učenja | Razina usvojenosti „dobar” |
Primijeniti pravila i zakone logičke algebre | Analizirati i primijeniti pravila i zakone logičke algebre. |
Koristiti algebru i grafičke metode minimizacije | Primijeniti ih za pojednostavljenje složenih sklopova u praktičnim scenarijima. |
Analizirati sklopove s bipolarnim i unipolarnim tranzistorima | Objasniti primjenu s obzirom na funkcionalnost i namjenu. |
Izraditi složeni logički sklop za zadanu namjenu | Izraditi sklop te analizirati i objasniti njegov način rada. |
Nastavne cjeline
- Temeljna pravila i zakoni logičke algebre
- Mintermi i makstermi
- Minimizacija logičkih funkcija
- Skupine integriranih digitalnih sklopova
- Primjena digitalnih sklopova
Primjer vrednovanja: upravljanje viličarom
U skladištu je potrebno projektirati novi sklop za upravljanje istosmjernim motorom viličara i automatsko gibanje. Projekt povezuje kodiranje, logičku algebru, simulaciju, mjerenje i tehničku dokumentaciju.
Zadatak 1: projektirati i izraditi sklop za generiranje četverobitnog Grayeva koda iz binarnog brojevnog sustava. Potrebno je odrediti i minimizirati logičke jednadžbe, izraditi shemu, simulirati ili spojiti sklop te ispitati njegov rad.
Zadatak 2: analizirati podskupinu digitalnih sklopova s otvorenim kolektorom za spajanje jačih trošila ili sklopova s različitim naponima napajanja. Učenik interpretira tvorničke podatke, bira prikladnu skupinu, mjeri u simulaciji i na stvarnom sklopu te izrađuje tehničku dokumentaciju.
4. Prilagodbe i poticanje napredovanja
Učenici s posebnim odgojno-obrazovnim potrebama
U individualiziranom kurikulu utvrđuju se preporučeni pristupi, prilagodbe procesa učenja i vrednovanja. Posebno su važni kontinuirano vrednovanje za učenje, jasne i poticajne povratne informacije te procjena potrebne razine pedagoške podrške.
- pretvorba broja 84,25 uz primjer i pisane upute
- izrada sheme, spajanje, testiranje i dokumentiranje uz podsjetnik ili podršku nastavnika
- generiranje Grayeva koda i određivanje jednadžbi uz vođene korake
- odabir skupine digitalnih sklopova i mjerenja uz upute i primjer
Daroviti učenici
Darovitim učenicima treba omogućiti obogaćivanje sadržaja proširivanjem dodatnim temama i postavljanjem ishoda više razine.
- zapis broja 84,25 u IEEE 754 dvostrukoj preciznosti i analiza posebnih slučajeva
- propuštanje signala uz složenije uvjete na upravljačkim ulazima
- projektiranje sklopa za generiranje četverobitnog XS-3 Grayeva koda
- istraživanje i usporedba novih tehnologija proizvodnje integriranih digitalnih sklopova
5. Preporuke za realizaciju modula
- Zadatke povezivati sa stvarnim radnim situacijama i zanimanjem učenika.
- Za svaki praktični zadatak tražiti shemu, tablicu stanja ili mjerenja, obrazloženje i tehničku dokumentaciju.
- Kombinirati simulaciju s radom na stvarnim sklopovima kada su uvjeti sigurni i dostupni.
- Vrednovati proces rada, točnost rješenja, funkcionalnost sklopa, dokumentiranje i prezentiranje.
- Poticati timski rad, odgovornu uporabu IKT-a i samostalno provjeravanje rezultata.