Teoretiske og praktiske kompetencer: - Lad komponenterne indtage teorilokalet

Transkript

1 Teoretiske og praktiske kompetencer: - Lad komponenterne indtage teorilokalet DTU Inspirationsseminar om undervisning 16. November 2010 Sten Schmidl Søbjærg

2 Vores baggrund: Diplom Elektro, 1. semester Hvilke fag har vi på 1. semester? Diplo- Mat1 Diplo- Mat2 Programmering Elektroteknik CDIO Projekt Hvordan arbejder vi? - Koordineret semester mellem alle lærere - Fælles CDIO-fokus gennem hvert semester Projektet er at bygge en digitalt styret ov: - Vi modellerer situationen (varmeafgivelse til luften, strålingsvarme) - Vi laver et program, der udnytter modellen til at forudse opvarmningen - Vi laver kredsløb, der kan måle temperatur - Vi laver elektroniske beregninger af den optimale respons - Vi laver kredsløb, der tilfører den beregnede effekt 2 DTU Space, Technical University of Denmark

3 Nogle af vores meget blandede læringsmål -Elektroteknologi Foretage analyser på kredsløb indeholdende modstande og kilder ved hjælp af systematiske metoder Bestemme Thevenin ækvivalenter og anvende kildetransformationer Beregne op- og afladningsforløb for kondensatorer samt spoler og beskrive begreberne steady state og transient response Beregne strømme og spændinger i kredsløb indeholdende ideelle operationsforstærkere Anvende dioder og bipolare transistorer i simple kredsløb Anvende talsystemer, binær aritmetik og koder Anvende Boolsk algebra og Karnaughs metode til konstruktion af simple logiske kredsløb Analysere og konstruere synkrone tilstandsmaskiner Anvende målemetoder og standard laboratorieudstyr til gennemførelse af målinger på simple analoge og digitale kredsløb 3 DTU Space, Technical University of Denmark

4 Nogle af vores meget blandede læringsmål -Elektroteknologi Foretage analyser på kredsløb indeholdende modstande og kilder ved hjælp af systematiske metoder Bestemme Thevenin ANALOG ækvivalenter og anvende kildetransformationer Beregne op- og afladningsforløb for kondensatorer samt spoler og beskrive begreberne steady state og transient response Beregne strømme og spændinger i kredsløb indeholdende ideelle operationsforstærkere Anvende dioder og bipolare transistorer i simple kredsløb Anvende talsystemer, DIGITAL binær aritmetik og koder Anvende Boolsk algebra og Karnaughs metode til konstruktion af simple logiske kredsløb Analysere og konstruere synkrone tilstandsmaskiner PRAKTISK Anvende målemetoder og standard laboratorieudstyr til gennemførelse af målinger på simple analoge og digitale kredsløb 4 DTU Space, Technical University of Denmark

5 Lidt udpluk fra mine besøg på introkurser: Hvorfor har du valgt at blive Elektroingeniør? Jeg har altid drømt om at skabe ting, og jeg synes det er sjovt at få ting til at virke Jeg elsker at rode med elektronik, og jeg har loddet ting sammen i mange år Jeg har ejet så mange elektroniske ting i mit liv; nu glæder jeg mig til at tage låget af dem og forstå, hvad som er indeni Jeg spiller musik, og jeg synes, det er fedt at lytte til lækker lyd. Nu glæder jeg mig til at bygge min egen forstærker 5 DTU Space, Technical University of Denmark

6 Lidt udpluk fra mine besøg på introkurser: Hvorfor har du valgt at blive Elektroingeniør? Jeg har altid drømt om at skabe ting, og jeg synes det er sjovt at få ting til at virke Jeg elsker at rode med elektronik, og jeg har loddet ting sammen i mange år Jeg har ejet så mange elektroniske ting i mit liv; nu glæder jeg mig til at tage låget af dem og forstå, hvad som er indeni Jeg spiller musik, og jeg synes, det er fedt at lytte til lækker lyd. Nu glæder jeg mig til at bygge min egen forstærker 6 DTU Space, Technical University of Denmark

7 Lidt udpluk fra de seneste slutevalueringer: Jeg kunne godt havde tænkt mig at blive sat lidt mere ind i øvelserne. Når man aldrig har arbejdet med datablade eller andet form for elektronik kan det godt være svært at komme i gang med øvelserne. Og det fjerner desværre lidt af det sjove, og motivationen for øvelsen. Mere kollektiv gennemgang af øvelserne, INDEN de føres ud i livet Nogle øvelser blev skudt for hurtigt i gang, i forhold til det varierende kendskab til apparaturene og arbejdet med kredsløb 7 DTU Space, Technical University of Denmark

8 Lidt udpluk fra de seneste slutevalueringer: Jeg kunne godt havde tænkt mig at blive sat lidt mere ind i øvelserne. Når man aldrig har arbejdet med datablade eller andet form for elektronik kan det godt være svært at komme i gang med øvelserne. Og det fjerner desværre lidt af det sjove, og motivationen for øvelsen. Mere kollektiv gennemgang af øvelserne, INDEN de føres ud i livet Nogle øvelser blev skudt for hurtigt i gang, i forhold til det varierende kendskab til apparaturene og arbejdet med kredsløb DET MÅ KUNNE GØRES BEDRE!! 8 DTU Space, Technical University of Denmark

9 Interview med tidligere studerende: - hvorfor mistede du lysten til praktisk arbejde? Jeg kunne ikke se en sammenhæng mellem de ting vi lærte i teorien og så øvelsen Jeg forstod ikke øvelsesvejledningen, så jeg kunne ikke lave forberedelsen Jeg forstod ikke, hvad vi skulle i laboratoriet Jeg kunne ikke finde ud af at bruge apparaturet Jeg kunne ikke finde ud af, hvorledes komponenterne skulle tilsluttes Jeg troede, jeg havde stillet det hele rigtigt op, men jeg forstod ikke resultaterne Jeg ventede for længe på hjælp til at komme i gang 9 DTU Space, Technical University of Denmark

10 Interview med tidligere studerende: - hvorfor mistede du lysten til praktisk arbejde? Jeg kunne ikke se en sammenhæng mellem de ting vi lærte i teorien og så øvelsen CDIO Jeg forstod ikke øvelsesvejledningen, så jeg kunne ikke lave forberedelsen Jeg forstod ikke, hvad vi skulle i laboratoriet Materiale Jeg kunne ikke finde ud af at bruge apparaturet Nye lektioner Jeg kunne ikke finde ud af, hvorledes komponenterne skulle tilsluttes Nye opgaver Jeg troede, jeg havde stillet det hele rigtigt op, men jeg forstod ikke resultaterne CDIO Jeg ventede for længe på hjælp til at komme i gang Er dette måske et resultat af punkterne ovenfor? 10 DTU Space, Technical University of Denmark

11 Analyse af hidtidigt praktisk arbejde Målemetoder, apparatkendskab Praktisk arbejde var ikke eksamenspensum Øvelserne handlede om de gennemførte læringsmål, men de havde intet overlap (selvstændig formål og forberedelse) +- 1,5 V Praktisk arbejde var udelukkende placeret i øvelsesmoduler Forskelle mellem fysiske komponenter og ideelle komponenter - fysisk fremtoning - indstillinger/tilslutninger - idelle/reelle komponenter Ser den sådan ud??? 11 DTU Space, Technical University of Denmark

12 Forslag til integration af praktisk arbejde Målemetoder og apparatkendskab tildeles egentlige lektioner Praktise beregninger og designs bliver en del af kursets opgaver Formålet med en større øvelse kan formuleres, så det dækker et læringsmål helt eller delvist, og læringsmålet kan studeres induktivt med produktet som mål V Praktisk arbejde kan integreres i enkelte lektioner. Herved beskrives også forskelle mellem ideelle og fysiske komponenter. - billeder og videoer -småforsøg - quizzer eller konkurrencer Nå ja, den kan jo også se sådan ud! 12 DTU Space, Technical University of Denmark

13 Forslag til integration af praktisk arbejde Målemetoder og apparatkendskab tildeles egentlige lektioner Praktise beregninger og designs bliver en del af kursets opgaver Kursustilrettelæggelse Formålet med en større øvelse kan formuleres, så det dækker et læringsmål helt eller delvist, og læringsmålet kan studeres induktivt med produktet som mål CDIO på læringsmålniveau Praktisk arbejde kan integreres i enkelte lektioner. Herved beskrives også forskelle mellem ideelle og fysiske komponenter. - billeder og videoer -småforsøg - quizzer eller konkurrencer Mikroplanlægning af lektioner V Nå ja, den kan jo også se sådan ud! 13 DTU Space, Technical University of Denmark

14 Vi må genskabe det manglende link! 14 DTU Space, Technical University of Denmark

15 Vi må genskabe det manglende link! +5V 0V 15 DTU Space, Technical University of Denmark

16 Nye læringsmål - Tværfaglighed og sammenhæng Foretage analyser på kredsløb indeholdende modstande og kilder ved hjælp af systematiske metoder Bestemme Thevenin ækvivalenter og anvende kildetransformationer Beregne op- og afladningsforløb for kondensatorer samt spoler og beskrive begreberne steady state og transient response Beregne strømme og spændinger i kredsløb indeholdende ideelle operationsforstærkere Anvende dioder og bipolare transistorer i simple kredsløb Anvende talsystemer, binær aritmetik og koder Anvende Boolsk algebra og Karnaughs metode til konstruktion af simple logiske kredsløb Analysere og konstruere synkrone tilstandsmaskiner Anvende datablade for diskrete digitale komponenter og beregne strømme og spændinger i digitale kredsløb Anvende målemetoder og standard laboratorieudstyr til gennemførelse af målinger på simple analoge og digitale kredsløb 16 DTU Space, Technical University of Denmark

17 Nye læringsmål - Tværfaglighed og sammenhæng Anvende datablade for diskrete digitale komponenter og beregne strømme og spændinger i digitale kredsløb Anvende målemetoder og standard laboratorieudstyr til gennemførelse af målinger på simple analoge og digitale kredsløb Risiko for eksamensopgaver inden for komponentlære og målemetoder Blandende opgaver, hvor elementer fra forskellige læringsmål inddrages Elementer af forberedelse til 1. semester CDIO projekt Det praktiske bliver et MIDDEL til at nå MÅLET!! 17 DTU Space, Technical University of Denmark

18 Semesterplanlægning - inddeling af læringsmål med CDIO projekter Læringsmål samles i grupper, der hver afsluttes med et lille CDIO projekt = Øvelse Projektet introduceres, når læringsmålet påbegyndes (eks: Vi skal lave en forstærker") Gruppeopgaver samt fællesopgaver indeholder elementer af forberedelse EKSEMPLER Operational Amplifier 1 Operational Amplifier 2 EVALUATION 1 Lab Exercise A1 (Manufacturing of circuit board) Problems A6 Lab Exercise A2 (Operational Amplifier) Flip-flops Synchronous State Machines 1 Synchronous State Machines 2 Counters Lab Exercise D2 (Traffic light) Problems D4 Problems D5 Problems D6 Problems D7 18 DTU Space, Technical University of Denmark

19 Ny Masterplan - Variation og afrundede forløb Lesson # Day 1st lesson 2nd lesson 3rd lesson 4th lesson 1 Monday Numbers+Gates Safety instruction Quiz 2 Thursday Boolean Algebra+Karnaugh-Mapping Problems D1 3 Monday Algebraic circuit and Binary codes Problems D2 4 Thursday Laboratory Instrumentation Lab Exercise D0 (Instruments+Simple Gate) 5 Monday Definitions and Ohms Law Problems A1 6 Thursday Resistive Circuits Problems A2 7 Monday Node Voltage Analysis Problems A3 8 Thursday Mesh currents+max. power+superposition Problems A4 9 Monday Thevenin+Norton Problems A5 10 Thursday Designconsiderations+Datasheets 1 Lab Exercise D1 (Logic circuit) 11 Monday MSI Components Problems D3 12 Thursday Operational Amplifier 1 Lab Exercise A1 (Manufacturing of circuit board) 13 Monday Operational Amplifier 2 Problems A6 14 Thursday EVALUATION 1 Lab Exercise A2 (Operational Amplifier) Vacation 15 Monday Flip-flops Problems D4 16 Thursday Synchronous State Machines 1 Problems D5 17 Monday Synchronous State Machines 2 Problems D6 18 Thursday Counters Problems D7 19 Monday Lab Exercise D2 (Traffic light) 20 Thursday Unlinear Components 1 (Diodes) Problems A7 21 Monday Unlinear Components 2 (Transistors) Evaluation 2 22 Thursday Unlinear Components 3 (Transistors) Problems A8 23 Monday Inductors and Capacitors Lab exercise A3 (Transistor circuit) 24 Thursday RC and RL circuits Problems A9 25 Monday Designconsiderations+Datasheets 2 Problems D8 26 Thursday Repetition DTU Space, Technical University of Denmark

20 Mikroplanlægning: Medbringe små opstillinger Medbringe billeder og videoer Stille konkrete opgaver, som de studerende skal besvare i grupper, f.eks. 1: undersøge sammenhængen mellem strøm og spænding for dioder 2: udtænke en målemetode, hvor strøm og spænding kan bestemmes 3: udføre én konkret måling, der indtegnes på fælles figur 4: samle fælles målinger til et samlet resultat Quizzer og konkurrencer 1: beregn en elektrisk spænding i et modstandskredsløb 2: angive sit resultat i et skema på tavlen 3: gennemføre en måling på et medbragt kredsløb 4: forklare resultaterne til hinanden og klassen 20 DTU Space, Technical University of Denmark

21 Mikroplanlægning: Medbringe små opstillinger Medbringe billeder og videoer Stille konkrete opgaver, som de studerende skal besvare i grupper, f.eks. 1: undersøge sammenhængen mellem strøm og spænding for dioder 2: udtænke en målemetode, hvor strøm og spænding kan bestemmes 3: udføre én konkret måling, der indtegnes på fælles figur 4: samle fælles målinger til et samlet resultat Quizzer og konkurrencer 1: beregn en elektrisk spænding i et modstandskredsløb 2: angive sit resultat i et skema på tavlen 3: gennemføre en måling på et medbragt kredsløb 4: forklare resultaterne til hinanden og klassen 21 DTU Space, Technical University of Denmark

22 Foreløbig Konklusion - vi er stadig i gang med E10, men alligevel Hvad gjorde vi? Skabe rammer vha. reformulering af læringsmål Lave CDIO projekter for ét eller flere læringsmål => Induktiv tilgang Lade opstillinger danne rammer om opgaver/quizzer/konkurrencer Hvad er resultatet? Langt mindre grad af opsplitning mellem digital-ingeniører, analog-ingeniører samt teknikere. Forståelse for praktiske problemstillinger => Hurtig gennemførelse af øvelser!! => Meget lille behov for assistance under øvelser Stort engagement blandt de studerende => Dialog og deltagelse Stort fremmøde til lektionerne og bagefter Lyst til at lege også derhjemme! Glæde og MOTIVATION!! => Mange videoer på YouTube beretter om succesfulde øvelser 22 DTU Space, Technical University of Denmark