Электроника в школе — об организации занятий
Первый мой пост о занятиях электроникой в школе содержал «план-конспект» занятий — отчасти себе самому для памяти. Но по комментариям я понял что хорошо бы «организационные» моменты рассказать. Не думаю, что это очень интересно -, но если кто решит повторить этот опыт — возможно, эти замечания могут служить подспорьем.
Конечно тут мой собственный опыт — исходя из специфики школы, города (да и меня самого). Поэтому возможно что-то вам захочется и удастся сделать иначе.
Про нынешних школьников, про помещение для занятий, про закупку инструментов и компонент — и обо всём остальном — далее в этой статье:)
Определиться с целями
Когда я написал в самом начале на e-mail директору школы — с предложением устроить занятия (предмет по выбору — у нас такие есть) — по электронике — у меня не было какого-то чёткого представления насчет целей. Сложилось только с годами, по ходу занятий, адаптации к условиям, к стремлениям самих школьников.
Однако неплохо, если у вас будет более чёткое представление. Ведь от этого в частности зависит что нужно закупить и как план занятий выстраивать :)
Может казаться что цель в том, чтобы «научить школьников конкретно тому, этому, пятому-десятому». Например в советские времена актуально было бы научить строить и ремонтировать радиоприёмники — считай, без пяти минут профессия. В наше время радио в основном слушают в интернете и актуальнее, может быть, что-то в духе «научить работать с контроллерами, да не с ардуинами на AVR-ках, а современными, 32-разрядными» и т.п.
Хотя это достойная цель, но у такого подхода есть нюансы:
то чему вы решите их научить, возможно им окажется в дальнейшем не нужно (количество школьников которые «загорятся» электроникой от ваших занятий необязательно будет велико — не вы виноваты, просто время такое)
то чему вы их решите научить может оказаться многим неинтересно или сложно, они будут расползаться, пропускать занятия и поддерживать темп станет невозможно (например пара моих собственных учеников став студентами решили организовать для школьников занятия по Rust… интересный опыт)
Я постепенно пришёл к тому что наши цели шире и несколько менее глубоки:
привыкаем не бояться разбираться в «непонятном», и вообще с нечёткими, «нешкольными» так сказать задачами — исследовать, пробовать
немножко практикуемся работать руками (один коллега мудро сказал «чем дальше от паяльника — тем больше зарплата» -, но всё же это не вредно, да и ребятам нравится)
и в общих чертах осваиваем азы аналоговой электроники и ТОЭ (которое кого-то ещё поджидает в ВУЗе) — применяем туманные воспоминания с уроков физики на практике.
У тех из ребят кто пойдёт в ВУЗ — они ещё сто раз перерешат чем хотят заниматься, и воспоминания о занятиях может быть выветрятся из памяти. Нужно спокойно относиться к тому что у молодёжи нынче довольно большой выбор.
Помещение для занятий
Конечно, идеально иметь большой класс, с местом для пайки и в то же время осциллографом, компьютером и так далее.
Щас, разбежался :)
Тут дело не в какой-то политической подоплёке (на что часто пытаются свернуть те кто любит побалагурить в комментах, лишь бы ничего не делать) -, а в том сколько занятий вы собираетесь проводить в неделю.
У меня например есть основная работа — и занятия со школьниками это хобби. Мне приходится договариваться с коллегами что раз в неделю я буду в середине дня убегать на несколько часов. Когда-то я пробовал вести 2 пары подряд, но (напомню, занятия идут после основных) вторая пара малопродуктивна. Поэтому сейчас при любом количестве учеников стараюсь всех в одно занятие «рассадить».
В таком режиме держать отдельный класс да ещё и с оборудованием, который будет из 36+ учебных часов в неделю реально использоваться только 2 — это попросту неэффективно. В большинстве школ настолько лишних помещений не найдётся.
На фото выше — первый год моих занятий со школьниками. Тогда нас было всего 5–6 человек и нас пускали в уголок физической лаборатории где как раз было примерно столько мест. К сожалению это не масштабируется с ростом количества желающих.
Быть может вы соберетесь проводить гораздо больше занятий (но нужно чтобы на это ещё нашлось соответствующее количество желающих) — тогда об этом можно поговорить. В моих же нынешних реалиях актуально занимать обычную аудиторию, а все необходимое приносить с собой.
Получается примерно так:
коробка с макетными платами и батарейками
кейс с компонентами для занятия (обычно приношу из дома где комплектую необходимыми деталями перед занятием, чтобы убедиться что всего хватает)
для «рукодельных» занятий есть коробка с дюжиной паяльников, подставок, припоем и баночками с флюсом
ещё немного вспомогательных инструментов — несколько молотков, ножовок, плоскогубцев, кусачек -, а также большая охапка канцелярских ножей и 3 мм отвёрток — ещё один ящик небольшой в общем
Кроме компонент остальное можно (нужно) хранить всё же где-то в школе. Либо в самой выбранной аудитории, либо договориться с завучем и т.п. Я затащил ещё и пару осциллографов. Ну и мультиметр (несколько) пригодятся как минимум батарейки проверять.
В таком «походном» режиме можно разместиться практически в любом обычном классе. Единственный нюанс — после занятий связанных с пайкой желательно убедить школьников убирать за собой мусор, вытирать пролитый флюс и так далее.
Обычные парты вполне подходят для пайки. Кто-то из руководства предлагал подкладывать фанерки или оргалит -, но эта затея плохо масштабируется, так что просто прошу по возможности не слишком портить парты.
Ещё хорошо если в аудитории есть компьютер с проектором -, но нужно готовить лекцию в виде серии картинок.
Формат занятий
У меня сложилось примерно так — 15–30 минут объясняю новую тему — дальше собираем соответствующую демонстративную схему на макетной плате.
Занимаются в начале курса обычно 15–20 человек (в какой-то год насчитал 33) -, но со временем часть перестаёт ходить. На мои занятия ходят школьники 8–10 классов в основном. Есть некоторая проблема с тем что у них немного разный уровень знаний -, но я стараюсь привести их к «общему знаменателю» (всё равно теория оседает плоховато).
Пару раз в семестр проводим занятия с паяльниками и т.п. — делаем что-то что ребята могут унести домой и похвастаться родным. Например мультивибратор с разноцветными светодиодами и фоторезистором меняющим частоту. Или с тремя состояниями — новогодняя поделка получается.
Про закупки и финансы
Скорее всего вы сможете договориться проводить закупки через бухгалтерию школы (в духе — вы покупаете, предоставляете чеки, пишете записки, собираете печати — и деньги вам возвращают).
Однако возможно вы обнаружите что затраты не очень большие, а ваши собственные средства позволяют вам потратить несколько сотен или тысяч рублей в семестр из своего кармана — зато не возиться с бумажками и печатями.
Естественно может быть комбинированный подход — мелочёвку закупить на свои — что-то более дорогое на школьные. Один из важных нюансов — договориться по каким статьям расходов они это проводят. В принципе компоненты — расходный материал. Можно уверенно считать что все они рано или поздно выйдут из строя.
Школьники делающие индивидуальные проекты часто спокойно закупают нужные специфичные компоненты на свои (родительские) деньги. Я всегда предлагаю компенсировать -, но не настаиваю. Условия у ребят могут быть очень разные конечно :)
Возможно бОльшей проблемой окажется следить за истощением нужных компонент (их постоянно будут жечь, ломать и т.п.) и своевременно покупать новые. Иногда приходится объехать самостоятельно 2–3 магазина в выходной день чтобы добыть срочно что-то что не успело прийти с заказами.
Компоненты для основных занятий
Как я сказал, бОльшая часть занятий проходит на макетных платах, поэтому нужны:
макетные платы (можно даже небольшие, как на картинке) на всех
батарейки — в конце концов я пришёл к варианту типа «Крона»
разъём к батарейке с проводками для втыкания в плату (м.б. с припаянными штырьками от разъёмов типа PLS)
Это обойдётся условно в 100–150р за комплект — как обычно, зависит где и почём покупать. Батарейки например в магазине электротехнических товаров гораздо дешевле оказались — вот они закуплены вместе с вилками для «ночников».
Ну и коробочка с компонентами.
Как я сказал, её просматриваю и привожу в порядок перед занятием и поэтому таскаю из дома. Тут по основным компонентам состав незамысловатый:
резисторы 1–2к и 100к, примерно по паре на человека
светодиоды по 2–5 шт на каждого
конденсаторы электролитические от 2.2 до 47 мкФ вразнобой, лишь бы по паре на каждого хватило -, а будет чаще или медленнее мигать обычно не важно
конденсаторы керамические — в основном актуально когда к генераторам пищалки подключаем
диоды — нужны редко, исторически лежат; стабилитроны 3.6 или 3.9 используются чтобы уменьшить напряжение батарейки когда надо запитать 5В логику (это не очень правильно, но школьникам понятнее чем 3-ногий регулятор типа 78L05 — по желанию можно конечно использовать и эти)
транзисторы — обычно BC549 или похожие, буржуинские, недорогие в TO-92 — на картинке видна ещё горсть КТ561 — принёс для схемы с транзисторами разной проводимости (втыкать их в макетку не очень удобно — нужно пинцетом немного ноги повернуть).
микросхемы — таймеры или логика — это обычно к специфическим занятиям готовлю.
соединительные проводки — нарезанные из одножильной витой пары — это не очень надёжно, но очень дёшево
Дополнительные штуки могут понадобиться — пьезодинамики там или фоторезисторы — приношу на конкретное занятие по необходимости.
Всё это очень условно можно считать за 100р в расчете на человека.
Инструменты
Для занятий с макетными платами не требуются доп.инструменты, разве что мультиметр не вредно иметь (или хотя бы исторический «авометр») — например батарейки проверить.
Для редких занятий с пайкой, проводами, вилками — тут основное, конечно, паяльники и, как ни странно, подставки.
Паяльники удавалось за 300–500 р купить с коническими «современными» твёрдыми жалами. Старые с медными хотя и были в наличии, приходят в руках школьников в негодность потрясающе быстро.
Подставки нормальные могут быть дороже паяльников как ни странно — поэтому я наделал их из обрезков доски и металлической ленты — ещё и складные получились, что при хранении в коробке очень удобно.
Припой нынче не очень дёшев, а школьники просто обожают его тиранить :) можно купить ПОС-40.
Канифолью давно уже не паяем — отчасти потому что иногда компоненты SMD используем — так что чаще всего это ТАГС или что-то в этом духе.
Если школьников много — выдаю паяльный комплект на двоих, за одну парту. Тут не столько количеством паяльников мы ограничены — сколько возможностью удобно расположиться у розеток в стенах. Удлиннители-разветвители могут помочь, но со школьниками слишком много проводов под ногами не хочется.
Кроме этого в наличии дюжина мелких (3 мм) отвёрток и канцелярских ножей. На занятия где предстоит например привинчивать провода к вилкам — или заколачивать гвозди — прошу кому не лень принести отвертки и молотки из дома. Оказывается это не так сложно :)
Конечно пара-тройка молотков, ножовок (пилить текстолит в частности), кусачек, плоскогубцев — присутствует в отдельном ящике -, но всё это не часто нужно и можно накапливать по мере необходимости.
О практических занятиях
Под практическими, напомню, подразумеваются те на которых школьники делают поделки которые унесут домой.
Очевидно, компоненты и материалы для поделок нужно финансировать отдельно и разово. Это означает что поделки должны быть недорогими по себестоимости.
Кроме того нужно чтобы дома школьнику было куда их подключить. Если оставить на плате два проводка с надписью «включать в 9 В» — скорее всего окажется что большинству их включить некуда. Батарейки с разъёмами каждому к поделке — это будет лишних 50–70 рублей на комплект.
Поэтому в основном использую недорогие USB-разъёмы с недорогим проводом. Это буквально 15–20р и притом нет проблемы что батарейка со временем сядет и т.п.
Из минусов — распаять USB разъём у большинства школьников получается очень плохо, в последнее время либо делаю это сам, либо прошу чтобы кто-то из добровольцев помог (одного человека научить делать нормально гораздо легче).
Вот как пример распаянные провода — и платы (для мультивибраторов) которые школьники собственноручно травили (нанося маску лаком) — не очень ровно -, но работоспособно.
Если «паяльных» занятий успеваем сделать несколько в семестр, то одно делаю с текстолитовыми платами -, а другое с историческим монтажом «на шпильках» — в качестве которых выступают 16 мм гвозди. Пожалуй в 21 веке это смотрится архаизмом, но как разнообразие в упражнении в пайке очень хорошо. Кроме того такой монтаж в исполнении школьников гораздо надёжнее в случае поделок на 220 Вольт. Хотя к этому я стараюсь допускать только «проверенных» ребят :)
Ну и попросту подготовка текстолитовой платы требует на удивление больше хлопот от меня самого. Не все в состоянии нормально протравить или прорезать канавки. А гвозди забивать по-видимому любого можно научить.
Вот тут Анна собирает показательный прототип таким образом. Вот так это выглядит вблизи:
А здесь можно увидеть вариант мультивибратора с 3 состояниями на неонках в аналогичном исполнении:
И как упоминалось — как минимум одну «поделку» стараюсь придумать без платы, в электротехническом духе. Самое сложное что из этого пробовали — лампочку с патроном и шнуром питания, в которую врезан «стартёр» от люминесцентной лампы, чтобы создавать мигание. Ну стартёры сейчас уже не те, и лампочки тоже — так что это пробовали только один раз. Как я упоминал, с поделками на 220 в почти всегда кто-нибудь что-нибудь закоротит — поэтому запрещаю проверять самостоятельно — приносят мне, включаю сам. 1–2 штуки за занятие наверняка «бумкнут» :)
Зато сборка почти не требует пайки. Или так — пока один впаивает допустим стартёр или спаивает неонку с резистором — второй с помощью отвёртки закрепляет провода в вилке. Так что инструмента требуется вдвое меньше.
В целом надо признаться что такие занятия требуют гораздо больше подготовки, сил и уборки после их завершения. Иногда приходится разделить поделку на 2 занятия. И что делать если какой-то умник решит прогулять первое? В общем, мороки много. Тем не менее 2–3 таких урока провести за семестр удаётся.
Индивидуальные проекты
Во втором семестре, когда часть школьников отсеивается, часто перехожу в режим «индивидуальных проектов». Тут возможны очень разные «изобретения» -, но и приходится сразу координировать какое-то количество разных поделок — в этом смысле несколько более трудозатратно.
Просто как пара примеров — упомянутое радио на цифровой микросхеме, впрочем:
А тут всё попроще и подешевле — «музыкальный инструмент» на NE555 (хм, youtube теперь не в чести, но что ж делать):
В один год в качестве эксперимента все делали индивидуально некие модули на логических и прочих микросхемах -, но как часть общей демонстративной «коллекции модулей». Общий смысл можно понять вот из этой страницы с описанием модулей:
https://github.com/el-pths/w/wiki/Projects
Прочие занятия
У меня заготовлена лекция по истории радио и электроники со слайдами — её можно пустить в ход когда что-то не удалось своевременно закупить — или весной, когда светит солнышко и ребята уже сильно устали учиться. Тут представлю титульную картинку — хотя сейчас подумал, может её однажды загрузить отдельной статьёй.
Пару раз в год стараемся выбраться в музеи. На текущий момент это Музей Связи — и как ни странно Музей РЖД. Всё-таки развитие железных дорог тесно шло об руку с развитием телеграфа — и лишний раз объяснить ребятам как паралельно электрическим развивались другие технические отрасли — очень полезно.
Заодно это неплохая возможность сфотографироваться на память :) Удивительно, но с 2006/07 года оказывается через мои занятия прошло очень много ребят — кто-то уже в научных сотрудниках -, а очень небольшое число даже в электронику пошли.
Заключение
Важный момент не упомянутый выше — занятия со школьниками требуют моральной устойчивости и чувства юмора. А то и некоторого артистизьма.
Ребята нынче остроумные — например, нашёл в классе бумажку — разворачиваю, а там вот такая сентенция:
Электрон-трансвестит — заряд меняет!
В то же время невозможно, по-моему, требовать от них идеальной дисциплины (хотя и желательно с учетом присутствия паяльников и ножей) — поэтому к мелким шалостям стоит относиться снисходительно.
Вот полюбуйтесь напоследок — для чего может пригодиться цапон-лак, кроме нанесения маски для травления на плату:
P.S. как можно понять, кроме хобби в виде преподавания электроники, ко мне во время пандемии прицепилось ещё одно развлечение — старые фотокамеры и съёмка на плёнку. Моих юных коллег это, кажется, дополнительно забавляет — ну и благодаря этому факту данная статья содержит чуть больше картинок чем могла бы. Надеюсь это не помешало общему восприятию информации :)
