education - חינוך המינהל למדע וטכנולוגיה - מגמת מדעית טכנולוגית
 
 
 
פורטל התוכן החינוכי
צרו קשר
לאתר המינהל
 
 
 
 
 
מערכות אלקטרוניות
תפיסה כללית
 

רציונל ההוראה המוצג בדפים אלה פותח לפני התלמיד את תחום האלקטרוניקה בראייה מערכתית - הנדסית-מדעית. בסיס ההוראה עוסק בהקניית המושגים והתהליכים המרכזיים בתחום האלקטרוניקה כחלק בלתי נפרד מאופן פעולת מערכת אלקטרונית, המהווה תת-מערכת במערכת הרב תחומית המתפקדת בסביבה אנושית/טבעית.

בנוסף, שזורים המושגים הבין-תחומיים והאנלוגיות כחוטים מקשרים החוצים לרוחב את נושאי ההוראה.


התרשים הבא מציג את נושאי הלימוד ושילובם זה בזה באופן התואם את רציונל ההוראה:


 

הקשר בין תחום הידע מערכות אלקטרוניות לתחומי הידע האחרים הנלמדים במקצוע מדעי ההנדסה, הוא קשר טבעי הנובע מעצם מהותה של המערכת האלקטרונית.

מערכת אלקטרונית בהקשר של מדעי הנדסה היא מערכת העוסקת בעיבוד אותות המתקבלים מהסביבה. אותות אלה יכולים להיות פרמטרים פיזיקליים (כגון: חום, טמפרטורה, לחות), פרמטרים ביולוגיים (דופק לב, לחות עור) או פרמטרים כימיים (כגון pH, התפרקות רדיואקטיבית).

המערכת האלקטרונית מבצעת עיבוד מידע לא רק בתוך רכיבים אלקטרונים טהורים אלא תוך כדי שימוש באלגוריתמים לעיבוד מידע DSP או אלגוריתמים להמרת נתונים ולסינון רעשים.


חלקה האחר של המערכת האלקטרונית במדעי ההנדסה עוסק בבקרת תהליכים ומכונות תוך כדי אופטימיזציה של פרמטרים, כגון יציבות, הגנה על מערכות ובקרת עומסים.

נושא זה נלמד כתת-מערכת אלקטרונית ברצף ההוראה באלקטרוניקה וכחלק מהותי ממערכת הבקרה ברצף ההוראה בתחום הבקרה.


ראוי לציין שהתנהגות המערכות האלקטרוניות ניתנת לניתוח אך ורק בעזרת מודלים מתמטיים והתנסויות מעבדתיות המוכיחות או מפריכות התנהגויות אלה.


הוראת מערכות אלקטרוניות במקצוע שלעיל דורשת הקניית נקודת מבט מערכתית הרואה ברכיב אלקטרוני כתת-מערכת של המעגל האלקטרוני, המעגל האלקטרוני כמערכת ומערכת אלקטרונית כחלק ממערכת רב תחומית. הקושי ההנדסי לתאם בין נקודות המבט של החשיבה בתחום המכונות, החשיבה האלגוריתמית והתכן האלקטרוני מעמיד אתגר נכבד ללומד את האלקטרוניקה במסגרת מדעי ההנדסה.


קווים מנחים לרצף ההוראה


לתלמיד

  • נושאי הלימוד ברצף ההוראה בתחום האלקטרוניקה נבחרו כך שיאפשרו לכם לנתח, להבין ואף לתכנן מערכת אלקטרונית כחלק ממערכת רב תחומית.

בכל אחד מנושאי הלימוד יושם הדגש על הנקודות הבאות:
מיקומו ותפקידו של הרכיב (נושא) הנלמד במערכת האלקטרונית ובמערכת הכללית הרב תחומית.
הגדרת המושגים העיקריים התחומיים והבין-תחומיים (אנלוגיות) הנידונים באותו נושא.
פירוט הנושאים מתחומי הלימוד הנוספים שבהם ניתן לפגוש את אותם המושגים ובאיזה הקשר פוגשים בהם.

למורה

  • סדר נושאי הלימוד ברצף ההוראה המוצע נבנה באופן המשלב בין מודל המערכת המוצג בתפיסת הרציונל לבין רצף הוראה המלווה תהליך אנליזה או סינתזה של מערכת.
    בתהליך האנליזה יזהה התלמיד את מרכיביה של המערכת הרב תחומית ככלל ויעסוק במערכת האלקטרונית כפרט. בסוף תהליך הניתוח יוצגו פרמטרי המערכת ופונקציות ההתנהגות המתארות את תפקודה. על אף הצורך להתמודד עם רקע מדעי ומתמטי כבד בניתוח ותכן של מערכות אלקטרונית, חייב להתקיים מרכיב ממשי של יישום מערכות תוך כדי התבססות על מושגים חוצי דיסציפלינות ומניעת תכן המבוסס על ניסוי וטעייה בלבד. גישה זאת להוראת האלקטרוניקה מציגה אתגר למורה וללומד כאחד.
  • בכל אחד מפרקי הלימוד המוצעים שולבו: רקע תיאורטי קצר, מעבדה, סימולציה ופעילויות לתלמיד. יחד עם זאת, חשוב להדגיש כי חומרי הלימוד המוצעים אינם מתיימרים להיות מקור הידע הבלעדי; ניתן וצריך לרכוש ממקורות מידע נוספים.
  • סך פעילויות המעבדה מהווה רצף של תכנון ובנייה שבו מתנסה התלמיד לאורך כל תהליך הלמידה. תהליך הבניית מכלול הידע במוחו של התלמיד ילווה בבנייה המעשית במעבדה על גבי המטריצה; כל פרק נוסף יקושר לפרק הקודם כך שבסוף הלמידה תשקף המטריצה את תוצר תהליך ההוראה. לצורך כך על המורה לבנות את רצף ההוראה בכיתה וההתנסויות המעבדתיות כך שיושלמו לכדי מערכת שלמה עד למועד סיום השנה. סביבת היישום של המערכת תאפשר בדיקת היתכנות של תפקודה בסביבה הרב תחומית.
  • מהלך ההוראה הסדיר ילווה על ידי המורה במערכת לדוגמה, אך חשוב לאפשר ואף לעודד את התלמידים להוסיף, לשנות, לתכנן וליצור תת-מערכות ומערכות על בסיס רעיונות עצמאיים. רעיונות התלמיד יוצגו כפתרונות לבעיות אתגר ויתבססו על מודלים מתמטיים ועקרונות מדעיים והנדסיים.


רצף ההוראה בתחום האלקטרוניקה לכיתה י'

נושא

שעות הוראה

הערות

מערכות חישה והפעלה

70

מערכות ספרתיות

40

הכנות בתחום אלקטרוניקה ליישומים

10

סה"כ

120


רצף ההוראה בתחום האלקטרוניקה לכיתה י"א

נושא

שעות הוראה

הערות

מערכות חישה והפעלה

20

מערכות ספרתיות

20

האלקטרוניקה במערכות בין-תחומיות

20

סה"כ

60

 

שילוב האנלוגיות ברצף ההוראה
 

שם הנושא ברצף ההוראה

שילוב הנושא במודל המערכת הכללי

אנלוגיות ומושגים
בין-תחומיים

חוק אוהם, הספק

חיישנים

מינימום אנרגיה

אותות שונים (אות סינוס)

עיצוב אות

הגדלה (שנאים)

מגברי שרת (משווה)

עיצוב אות

מערכות ספרתיות

עיבוד אות ספרתי

מגברי שרת (מגבר)

עיצוב אות

ליניאריות

מסננים

עיצוב אות

תנודות ותהודה

מפעילים

מפעילים

מנועים

מכונה

תנודות ותהודה

 
תרשים שילוב מודל המערכת עם האנלוגיות והיישומים
 
 
 
 
פרויקטים במערכות אלקטרוניות:
 

 ניקוי אבק מלוחות סולריים באמצעות משטח אלקטרודינמי

 
 
 
 
    תאריך עדכון אחרון:  15/01/2014  

עדכוני rss