Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 1 of 15

PPllaannuull UUnniittăăţţiiii ddee îînnvvăăţţaarree Autor Unitate

Prenume şi nume: Emilia Păuşan Judeţ: Bucureşti Denumire şcoală: Liceul Teoretic “Tudor Vladimirescu” Localitate: Bucureşti Prezentare generală a Unităţii de Învăţare

Titlul planului unităţii de învăţare:

Achiziţie computerizată de date experimentale (unitate de învăţare a cursului opţional „INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ PENTRU LECŢII DE ŞTIINŢE ALE NATURII”) Rezumat unitate de învăţare Propunerea pentru utilizarea sistemelor computerizate în investigaţii asupra proprietăţilor fizice ale diferitelor sisteme este determinată de faptul că astăzi o astfel de soluţie este din ce în ce mai mult utilizată în laboratoare de cercetare sau didactice, dar şi în industrie, datorită flexibilităţii de configurare a sistemelor de măsurare, preciziei mari de prelucrare a informaţiei, a costurilor mult reduse comparativ cu instrumentaţia clasică. Sisteme de instrumentaţie virtuală sunt utilizate astăzi pentru monitorizarea şi controlul diferitelor procese, dovedind-se o soluţie dinamică, flexibilă, nepoluantă şi generatoare de profit.

Prin studiul acestei unităţi de învăţare elevii vor descoperi avantaje ale tehnologiilor asistate de calculator. Elevii vor fi îndrumaţi să proiecteze instrumente virtuale simple şi să configureze sisteme computerizate de măsurare echipate cu plăci de achiziţie de date pentru a realiza investigaţii de laborator, utilizând concepte fundamentale din fizică şi informatică. În timpul derulării proiectului, elevii vor analiza avantaje şi limite ale digitizării semnalelor analogice, vor explora fenomene fizice folosind sisteme computerizate de măsurare. Echipele de proiect vor fi formate astfel încât să existe în componenţa fiecăreia cel puţin un elev cu abilităţi confirmate în programare, cursul opţional fiind propus elevilor din clase cu specializarea Matematică – Informatică, ciclu superior al liceului. Documentarea elevilor pentru rezolvarea sarcinilor de lucru se va realiza atât în timpul orelor de curs, cât şi în afara acestora. Profesorul va formula sarcini de lucru individuale şi de grup, va ghida şi asista activitatea elevilor.

Principalele conţinuturi ale unităţii de învăţare:

1. Semnale analogice şi digitale. Digitizarea informaţiei 2. Sisteme computerizate de măsurare pentru semnale de tip analog

2.1. Sistem computerizat de măsurare. Aspecte generale 2.2. Plăci de achiziţie de date

3. Achiziţie computerizată a unui semnal analog 3.1. Configurarea achiziţiei computerizate a unui semnal analog folosind plăci de achiziţie

de date 3.2. Elemente de programare LabVIEW pentru realizarea unui instrument virtual

Pentru derularea acestui proiect se utilizează sisteme computerizate echipate cu plăci de achiziţie de date (de tip NI USB 6008) şi software specializat (LabVIEW). Pentru prelucrarea datelor experimentale şi realizarea unor simulări vor fi utilizate programele Excel şi LabVIEW. Studiul acestei unităţi de învăţare este precedat, în cadrul acestui curs opţional, de utilizarea elementelor de bază ale programării LabVIEW pentru simularea comportării unor sisteme fizice şi de utilizarea programului Excel şi LabVIEW pentru prelucrări de date. Lecţiile se vor desfăşura în laboratorul de fizică, având aici acces atât la sistemele computerizate de măsurare, cât şi la trusele clasice de laborator, la videoproiector şi conexiune Internet.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 2 of 15

Aria tematică

Fizică, Informatică, Tehnologii asistate de calculator Clasa Clasa a XI-a, grupa de vârstă 17 – 18 ani, specializarea Matematică-Informatică Timp aproximativ necesar 12 ore în clasă (pe parcursul a 12 săptămâni) + 10 ore acasă = 22 ore

Stabilirea Unităţii

Competenţe specifice/obiectivele de referinţă,obiectivele operaţionale şi obiectivele de evaluare vizate

Identificarea de avantaje şi limite ale digitizării semnalelor analogice. Investigarea experimentală a proprietăţilor fizice ale diferitelor sisteme utilizând instrumentaţie virtuală. Rezolvare de probleme prin utilizarea Tehnologiei Informaţiei şi Comunicaţiilor.

Obiective operaţíonale şi rezultate aşteptate

La sfârşitul unităţii de învăţare elevii vor fi capabili:

să identifice condiţii ale digitizării optime a unui semnal analog pentru păstrarea informaţiei esenţiale realizând un studiu pe model (cu simulări realizate în diferite medii de programare);

să argumenteze avantaje şi limite ale digitizării semnalelor analogice pentru transmiterea şi prelucrarea informaţiilor realizând şi publicând diferite materiale în format digital, realizând prelucrări de date experimentale, dar şi unele prelucrări de imagine/sunet/*video;

să identifice principalele componente ale unui sistem computerizat de măsurare proiectat pentru semnale analogice folosind o schemă a unui astfel de sistem, precum şi sisteme computerizate din laboratorul de fizică utilizate pentru măsurarea proprietăţilor fizice ale diferitelor sisteme;

să explice rolul principalelor componente ale unui astfel de sistem pornind de la condiţiile necesare digitizării semnalelor analogice;

să explice, pe baza principiilor şi legilor fizicii, modalităţi de transformare în semnale electrice a altor semnale de tip analog, pentru a putea fi măsurate cu sisteme computerizate;

să clasifice traductoarele atât după principiul de funcţionare cât şi după mărimile fizice pe care elementele sensibile ale acestora le pot detecta;

să analizeze performanţa unei plăci de achiziţie de date folosind indicatorii de performanţă ai acesteia; să decidă asupra configurării unei achiziţii de date folosind informaţiile cu privire la indicatorii de

performanţă ai plăcii de achiziţie incluse în sistemul de măsurare şi de caracteristici ale semnalului măsurat, realizând achiziţii de date experimentale cu precizie ridicată;

să investigheze proprietăţi ale diferitelor sisteme fizice folosind instrumentaţie virtuală proiectată astfel încât să permită comanda unei plăci de achiziţie de date, măsurarea cu precizie mare a proprietăţilor unor sisteme fizice, afişarea optimă a datelor în vederea analizei şi salvarea într-o foaie de calcul tabelar a datelor achiziţionate;

să argumenteze avantaje şi limite ale utilizării instrumentaţiei virtuale utilizând, în investigaţii de laborator, atât instrumentaţie clasică cât şi virtuală;

să utilizeze optim tehnologia pentru diseminarea activităţilor proiectului realizând publicaţii/ prezentări/ pagini web pe site-ul proiectului în care elementele cheie să fie bine evidenţiate, argumentând şi avantaje ale utilizării metodei proiectului;

să decidă asupra strategiei optime de prezentare orală a proiectului astfel încât să fie clar şi corect redate activităţile realizate, finalitatea acestora, obţinând interes ridicat din partea auditoriului;

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 3 of 15

Întrebări generatoare ale proiectelor inter-pluri-transdisciplinare, etc.

Întrebare esenţială

Cum influenţează tehnologia informaţiei cunoaşterea?

Întrebări de unitate

Cum putem aduce semnalele fizice din lumea reală într-o formă ce poate fi “înţeleasă“ de calculator? Cum putem configura şi programa achiziţia, prezentarea şi stocarea datelor experimentale?

Întrebări de conţinut

I. Semnale analogice şi digitale. Digitizarea informaţiei

- Cum este reprezentată informaţia în semnalele analogice şi digitale? - Care sunt etapele digitizării unui semnal analog? - În ce condiţii semnalul digital poate reproduce cât mai fidel informaţia conţinută în

semnalul analogic?

II. Sisteme computerizate de măsurare pentru semnale de tip analog

2.1. Sistem computerizat de măsurare. Aspecte generale

- Care este structura generală a unui sistem computerizat de măsurare pentru semnale analogice?

- Care este principala componentă a unui astfel de sistem şi care este rolul acesteia?

- Cum putem obţine semnale electrice, ce pot fi aplicate unui sistem computerizat, măsurând mărimi fizice neelectrice?

- Cum pot fi clasificate traductoarele? - În ce constă condiţionarea semnalelor şi de ce este necesară în procesul măsurării

computerizate a semnalelor analogice?

2.2. Plăci de achiziţie de date

- Care sunt principalele funcţii ale unei plăci de achiziţie de date? - Care sunt indicatorii care descriu performanţa cu care o placă de achiziţie de date

îndeplineşte funcţia de intrare analogică? - Cum se poate testa funcţionarea unei plăci de achiziţie de date?

III. Achiziţie computerizată a unui semnal analog

3.1. Configurarea achiziţiei computerizate a unui semnal analog folosind plăci de achiziţie de date

- În ce constă configurarea unei achiziţii computerizate de date experimentale? - Care sunt principalele etape necesare configurării achiziţiei unui semnal analog şi

cum se poate realiza?

3.2. Elemente de programare LabVIEW pentru realizarea unui instrument virtual

- Ce este un instrument virtual? - Care sunt principalele proceduri LabVIEW ce pot fi utilizate pentru a comanda

achiziţia unui semnal analog cu o placă de tip NI USB 6008? - Ce elemente de programare LabVIEW pot fi utilizate pentru prezentarea datelor

achiziţionate? - Ce proceduri LabVIEW pot fi utilizate pentru a programa salvarea datelor

achiziţionate într-o foaie de calcul tabelar? - Care sunt principalele avantaje ale utilizării instrumentaţiei virtuale?

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 4 of 15

Planificarea evaluării

Graficul de timp pentru evaluare

Evaluare iniţială (2 ore) Evaluare formativă (8 ore) Evaluare sumativă (2 ore)

• diagrama KWL • lista de verificare

a abilităţilor de utilizare a resurselor tehnologice

• diagrama KWL • fişă de observaţii • lista de verificare a

progresului • fişe de activitate • jurnal de reflecţie

• diagrama KWL • portofoliul • ghid de notare • grilă pentru autoevaluarea

colaborării • grilă pentru evaluarea

prezentării • formular pentru feed-back

Sumar evaluare

Evaluarea iniţială vizează identificarea nevoilor de învăţare ale elevilor, a abilităţilor de utilizare a tehnologiei.

Prin completarea diagramei Know - Wonder – Learn se identifică achiziţii anterioare ale elevilor, direcţii de interes, dificultăţi şi nevoi de învăţare. Această diagramă va fi actualizată pe parcursul derulării proiectului, în etape diferite ale acestuia, constituind şi un instrument de autoevaluare pentru elevi.

Evaluarea iniţială a abilitaţilor de utilizare a resurselor tehnologice se va realiza prin completarea unei liste de observaţii.

Pe parcursul derulării proiectului elevii vor completa diagrama Know - Wonder – Learn identificând ce mai au de clarificat, de completat, alături de ce au învăţat şi de direcţii de interes, completând şi un jurnal de reflecţii.

Pentru identificare corecţiilor ce se impun şi a stadiului calitativ de derulare a proiectului, va fi utilizată o listă pentru verificarea progresului, fişe de activitate (fişa_1, fişa_2, fişa_3, fişa_4, fişa_5, fişa de activităţi suplimentare) realizate de profesor, fişe de observaţie a activităţilor desfăşurate de elevi în cadrul grupului.

Toate instrumentele de evaluare/autoevaluare vor fi puse la dispoziţia elevilor pe tot parcursul derulării proiectului.

La finalul proiectului, elevii vor definitiva conţinutul graficului Know - Wonder – Learn, acest instrument fiind util atât elevilor cât şi profesorului. Pentru evaluarea proiectul se va utiliza ghidul de notare, grila de evaluare a portofoliul şi grila de evaluare a prezentării. Grila criterială reprezintă un instrument important al evaluării deoarece permite măsurarea nivelului atingerii performanţei, această grilă fiind pusă la dispoziţia elevilor pe tot parcursul derulării proiectului. Pentru auto-formarea elevilor, este important ca aceştia să analizeze toate aspectele legate de o activitate în echipă. Un instrument util este fişa pentru auto-evaluarea colaborării. La finalul activităţilor, elevii vor completa un formular de feed-back apreciind prezentări ale colegilor lor, consemnând şi unele comentarii, precum şi recomandări.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 5 of 15

Etapa evaluare Evaluare Descrierea şi obiectivul evaluării Iniţială Formativă Sumativă

Diagrama KWL Diagrama KWL va fi folosită în toate etapele evaluării, evidenţiind experienţele anterioare ale elevilor, interesul pentru studiul temei şi ce au învăţat.

Lista de verificare a abilităţilor de utilizare a resurselor tehnologice

Sunt incluse abilităţile de utilizare a tehnologiei necesare derulării proiectului. Evidenţierea unor dificultăţi ale elevilor va conduce la proiectarea de activităţi pentru realizarea corecţiilor.

O astfel de listă va fi completată şi la finalul activităţilor.

Obiectivele formulate pentru unitatea de învăţare

Obiectivele descriu în termeni de comportament ce va fi capabil elevul să facă la finalul proiectului, evaluarea fiind centrară pe măsurarea acestora.

Fişa de observaţii Prin observarea activităţilor elevilor, profesorul poate identifica modul în care fiecare elev participă la rezolvarea sarcinilor de lucru, cum reglează grupul problemele ce apar, cum se comunică în cadrul grupului. Aceste informaţii permit profesorului să intervină, dacă este necesar, pentru menţinerea atenţiei asupra proiectului.

Fişe de activitate Direcţionează investigaţia elevilor către atingerea obiectivelor, profesorul identificând activităţi relevante pentru fiecare etapă de derulare a proiectului.

Lista de verificare a progresului

Permite monitorizarea progresului, fiind completată după fiecare secvenţă importantă a proiectului.

Portofoliul

Evidenţiază modul de derulare în timp al proiectului, oferind repere pentru evaluarea în timp a progresului.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 6 of 15

Etapa evaluare Evaluare Descrierea şi obiectivul evaluării Iniţială Formativă Sumativă

Grilă pentru autoevaluarea colaborării

Oferă informaţii asupra modului de raportare la grup, calitatea colaborării, oferind elevului informaţii despre sine.

Grilă pentru evaluarea prezentării

Conţine caracteristicile importante ale unei prezentări bine structurate şi de impact, ghidând elevii în realizarea acesteia.

Ghid de notare Descrie modul în care sunt evaluate toate activităţile desfăşurate, materialele elaborate şi prezentarea proiectului.

Formular pentru feed-back

Conţine punctul de vedere privind calitatea unui proiect exprimat de membrii celorlalte echipe. Aceste informaţii permit reglarea demersul viitor al elevilor.

Detalii ale unităţii de învăţare Aptitudini obligatorii

- Abilităţi de navigare, comunicare pe Internet şi căutare informaţii - Abilităţi de utilizare a aplicaţiilor Word, Excel, PowerPoint - Abilităţi de utilizare a programului LabVIEW - Cunoştinţe de limba engleză

Strategii de instruire

Pregătirea pentru unitatea de învăţare (activităţi, resurse) Profesorul va rezerva un spaţiu pe fiecare calculator din laborator pentru a plasa materialele necesare derulării proiectului. Folder-ul ce va conţine aceste materiale va purta numele elevului („NUME_InitialaTata_Prenume”). Aici materialele vor fi organizate astfel:

într-un folder numit “Ajutor” vor exista: un exemplul de prezentare a proiectului, realizat din perspectiva unui elev, un exemplu pentru publicaţie, şablon pentru jurnal de reflecţii, resurse bibliografice, materiale realizate pentru a facilita învăţarea;

toate materiale elaborate pentru evaluare vor fi introduse in folder-ul “Evaluare” (lista_verificare_abilitati.doc, grafic_KWL.doc, lista_verificare_portofoliu.doc, grila_criterii_prezentare.doc, lista_verificare_progres.doc, autoevaluare_colaborare.doc, formular_feedback.doc)

fişele de activitate vor fi plasate în folder-ul numit „Activitati” în folder-ul “Materiale_elev” vor fi adăugate, pe parcursul derulării proiectului, toate

materialele realizate şi completate de elev. Înainte de începerea proiectului va fi verificată funcţionarea tuturor echipamentele necesare derulării proiectului (calculatoare, videoproiector, plăci pentru achiziţia de date, instrumentaţie clasică, etc.), precum şi conexiunea Internet, realizând demersuri imediate pentru rezolvarea eventualelor probleme. Pe site-ul wiki va fi postată o pagină de prezentare a proiectului şi a metodei ce va fi utilizată, invitând elevi, dar şi părinţi ai acestora, profesori, foşti elevi, alţi reprezentaţi ai societăţii civile, să susţină derularea proiectului.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 7 of 15

Lecţia 1 - Pregătirea unităţii de învăţare

Secvenţa 1 (15 min)

Profesorul lansează o dezbatere pe tema “Cum influenţează tehnologia informaţiei cunoaşterea?”, propunând elevilor să formuleze răspunsul lor, argumentându-l. Ideile formulate vor fi afişate de un panou, postat la vedere pe tot parcursul derulării proiectului.

Resurse: coli de hârtie, marker, flipchard.

Secvenţa 2 (15 min) Profesorul prezintă aspecte legate de utilizarea metodei proiectului şi supune atenţiei tema unităţii de învăţare, lansând întrebările acesteia:

Cum putem aduce semnalele fizice din lumea reală într-o formă ce poate fi “înţeleasă“ de calculator?

Cum putem configura şi programa achiziţia, prezentarea şi stocarea datelor experimentale? Sunt prezentate apoi obiectivele urmărite şi planul unităţii de învăţare.

Resurse: planul unităţii de învăţare, calculator, videoproiector, prezentarea planului proiectului.

Secvenţa 3 (10 min)

Această secvenţă este centrată pe identificarea punctului de pornire în derularea proiectului.

Pentru verificarea abilităţilor de utilizare a resurselor tehnologice elevii sunt solicitaţi să completeze liste de observaţii în care fiecare elev va bifa abilităţile sale în utilizarea tehnologiei, indicând şi nivelul acestora.

Pentru identificarea achiziţiilor anterioare, a direcţiilor de interes şi a neclarităţilor legate de tema propusă, profesorul solicită elevilor completarea graficului K-W-L.

Resurse: lista de verificare a abilităţilor de utilizare a resurselor tehnologice, graficul K-W-L.

Secvenţa 4 (10 min) La finalul acestei lecţii profesorul va anunţa cerinţele pentru portofoliu:

- crearea unei publicaţii pentru prezentarea răspunsului la una primele două întrebările ale unităţii de învăţare – termen: imediat după lecţiei 6;

- crearea unei prezentări prin care elevii vor ilustra rezultate ale tuturor activităţilor proiectului, formulând răspunsuri la toate întrebările unităţii de învăţare – termen: la sfârşitul lecţiei 10;

- crearea unui pagini pe site-ul proiectului în care elevii vor prezenta aspecte din activităţile pe care le-au considerat de cel mai mare interes pentru ei, ataşând paginii şi prezentarea proiectului – termen: la sfârşitul lecţiei 12.

Resurse: calculator, videoproiector.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 8 of 15

Lecţia 2 (50 min) - Pregătirea unităţii de învăţare şi iniţierea proiectului

Secvenţa 1 (5 min)

Se formează echipele de proiect, profesorul recomandând ca în fiecare grupă să existe cel puţin un elev cu abilităţi confirmate în programare LabVIEW.

Secvenţa 2 (15 min) Elevii vor vizualiza un exemplu de prezentare a proiectului şi o broşură (în format electronic). Profesorul va prezenta apoi grila de evaluare criterială, recomandând utilizarea acesteia pentru realizarea prezentării proiectului.

Resurse: calculator, videoproiector, grila de evaluare criterială a prezentării.

Secvenţa 3 (15 min) Profesorul anunţă regulile pentru desfăşurarea activităţilor, cu respectarea normelor de securitate şi protecţie. Prezintă apoi elevilor : • spaţiul de lucru de pe calculatoarele laboratorului şi modul în care sunt organizate datele în

acest spaţiu; • site-ul proiectului, exemplificând cum pot fi accesate materiale postate aici, cum se poate

edita o pagină, inserând text, link-uri, imagini sau secvenţe filmate, cum pot fi ataşate unei pagini diferite materiale

Resurse: calculatoare cu conexiune la Internet, videoproiector.

Secvenţa 3 (15 min) – Iniţierea proiectului

• Elevii vor crea un material pentru prezentarea echipei de proiect şi a direcţiilor principale pe care membrii acesteia îşi vor axa activităţile. Acest material va fi ataşat unei pagini de pe site-ul wiki (fiecare echipă va avea o pagină pentru prezentarea activităţilor). La finalul lecţiei elevii vor completa în jurnal primele reflecţii asupra proiectului propus.

Resurse: calculatoare cu conexiune la Internet, jurnal de reflecţii. Derularea activităţilor proiectului Prima etapă a proiectului este centrată pe întrebarea „Cum putem aduce semnalele fizice din lumea reală într-o formă ”înţeleasă” de calculator?” (lecţia 3) Lecţiia 3 (50 min.) - Semnale analogice şi digitale. Digitizarea informaţiei

Secvenţa 1 (30 min) – descoperire dirijată

Pentru a dirija învăţarea, profesorul va pune la dispoziţia elevilor o fişă de lucru ce va conţine repere pentru investigaţie. Folosind resursele din directorul “Ajutor”, de pe site-ul wiki şi din reţeaua Internet, elevii vor formula răspunsurile lor la întrebările:

- Cum este reprezentată informaţia în semnalele analogice şi digitale? - Cum se realizează conversia analog – digital? - În ce condiţii semnalul digitizat păstrează informaţia esenţială?

Pentru a analiza rezultate ale conversiei analog-digital şi pentru a identifica condiţii pentru realizarea unei conversii optime, elevii vor realiza independent investigaţii pe model .

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 9 of 15

Folosind aplicaţiile interactive esantionare_1.xls, esantionare_2.vi elevii vor putea verifica ipoteza lor privind relaţia dintre frecvenţa de eşantionare şi frecvenţa semnalului original pentru a permite reconstituirea cu pierderi mici a informaţiei. Utilizând aplicaţia cuantizare.vi, elevii vor analiza consecinţe ale procesului de cuantizare asupra calităţii informaţiei reţinute în semnalul digitizat, identificând factori care influenţează eroarea de cuantizare. Pe tot parcursul investigaţiei elevii vor fi asistaţi şi sprijiniţi de profesor. Provocări suplimentare pentru elevi cu abilităţi mai mari în utilizarea tehnologiei (propuse pentru a fi realizate în afara orelor de curs):

realizarea unei simulări pentru a evidenţia răspunsul semnalului cuantizat la zgomote conţinute în semnalul analogic şi formularea unei concluzii;

prelucrări de imagine/*audio/**video folosind aplicaţii specializate (analizând calitatea prelucrărilor, elevii vor face conexiuni cu aspectele teoretice legate de procesul digitizării semnalelor).

Resurse: calculatoare cu conexiune la Internet, materiale de facilitate din directorul „Ajutor”, de pe site-ul wiki, din reţeaua Internet, Fisa_activitati_1.doc, aplicaţiile esantionare_1.xls, esantionare_2.vi, cuantizare.vi.

Secvenţa 2 (10 min) - Feed-back

Profesorul discută cu elevii asupra elementelor cheie ale tematicii activităţii. Vor fi identificate eventuale neclarităţi, profesorul sprijinind elevii pentru eliminarea acestora. Dacă se manifestă dificultăţi în învăţare, vor fi organizate activităţi suplimentare, diferenţiate, efectuate după orelor de curs. Elevii actualizează grila KWL şi completează reflecţii în jurnal.

Resurse: calculator, videoproiector, fişa de activităţi 1, aplicaţiile software utilizate în secvenţa de învăţare, grila KWL.

Secvenţa 3 (10 min) - elaborare proiect

Elevii vor elabora o schiţă a primei părţi a proiectului, identificând în echipă soluţii optime pentru prezentarea răspunsului lor la prima întrebare a unităţii de învăţare, argumentând şi exemplificând avantaje şi limite ale digitizării unui semnal analog. Definitivarea prezentării primei părţi a proiectului, publicarea pe wiki a răspunsului la prima întrebare a unităţii de învăţare şi alte activităţi (realizarea simulării propuse, unele procesări de imagine /*audio/**video) vor fi continuate acasă sau în şcoală, în afara orelor de curs. Membrii echipelor vor stabili întâlniri, vor comunica prin email/Messenger pentru a obţine punctele de vedere ale tuturor partenerilor de proiect şi pentru a analiza cele realizate.

Resurse: calculatoare, Internet. A doua etapă a proiectului este centrată pe întrebarea “Cum este alcătuit şi cum funcţionează un sistem computerizat de măsurare?” (lecţiile 4, 5, 6) Lecţiia 4 (50 min.) – Sisteme computerizate. Aspecte generale

Secvenţa 1 (35 min) - investigaţie dirijată

Pornind de la achiziţiile anterioare cu privire la avantaje şi limite ale transmiterii şi procesării informaţiei prin semnale digitale şi documentându-se pe tematica propusă, elevii vor identifica componentele principale ale unui sistem computerizat de măsurare şi rolul acestora.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 10 of 15

Investigaţia lor va fi dirijată prin următoarele întrebări: - Care este structura generală a unui sistem computerizat de măsurare pentru semnale analogice? - Care este principala componentă a unui astfel de sistem şi care este rolul acesteia? - Cum putem obţine semnale electrice, ce pot fi aplicate unui sistem computerizat, măsurând mărimi

fizice neelectrice? Elevii vor utiliza conceptele fizicii pentru a explica modalităţi de transformare în semnale electrice a altor semnale de tip analog şi vor realiza predicţii cu privire la structura unui sistem computerizat ce poate fi utilizat pentru măsurarea unor proprietăţi fizice ale diferitelor sisteme, pentru verificarea/formularea unor legi fizice. Elevi cu abilităţi mai mari în studiul fizicii vor sprijini colegi de echipă care au dificultăţi în înţelegerea funcţionării diferitelor traductoare. Vor putea folosi pentru aceasta chiar componente ale truselor de laborator, sub supravegherea profesorului şi a laborantului.

Resurse: calculatoare, Internet, Fisa_activitati_2.doc, truse de laborator, materiale de facilitare din directorul „Ajutor” şi de pe site-ul wiki al proiectului.

Secvenţa 2 (15 min) – Feed-back

Profesorul verifică fişele de activitate, analizează răspunsurile elevilor, identifică eventualele dificultăţi şi clarifică aspectele care au generat aceste dificultăţi, propunând şi activităţi suplimentare elevilor care au avut dificultăţi în învăţare. Elevii actualizează grila KWL, lista de verificare a progresului, adăugând reflecţii în jurnal. Resurse: calculator, videoproiector, grila KWL, Fisa_activitati_2.doc, lista de verificare a progresului, jurnal de reflecţii. ***Pentru elaborarea documentului de prezentare şi pentru documentare suplimentară, elevii vor lucra în afara orelor de curs (în şcoala şi acasă).

Lecţia 5 (50 min.) - Traductoare şi condiţionatoare de semnal Secvenţa 1 (20 min) - investigaţie dirijată

Pornind de la informaţiile obţinute în lecţia anterioară despre traductoare, elevii vor realiza o clasificare a acestora pe baza a două criterii (pornind de la principiul de funcţionare - de interes pentru un producător, respectiv de la mărimea fizică de detectat - de interes pentru un utilizator), completând fişa de activitate 3. Studiind specificaţii ale diferitelor traductoare şi utilizând concluziile formulate anterior cu privire la condiţiile realizării unei conversii optime, elevii vor explica necesitatea condiţionării semnalelor şi vor identifica principalele funcţii ale condiţionatoarelor de semnal.

Investigaţia lor va fi dirijată prin următoarele întrebări: - Cum pot fi clasificate traductoarele? - În ce constă condiţionarea semnalelor şi de ce este necesară în procesul măsurării computerizate a

semnalelor analogice? Resurse: calculatoare, Fisa_activitati_3.doc, materiale de facilitare, resurse Internet.

Secvenţa 2 (10 min) – Feed-back

Profesorul verifică fişele de activitate, analizează răspunsurile elevilor şi clarifică aspectele care au generat aceste dificultăţi. Elevii actualizează grila KWL. Profesorul reaminteşte elevilor importanţa respectării termenelor de realizarea a publicaţiei şi de postare a materialelor pe site-ul wiki al proiectului, recomandând utilizarea fişei de verificare a progresului şi a listei de verificare a portofoliului. Resurse: calculator, videoproiector, grila KWL.

Secvenţa 3 (20 min) - elaborare proiect

Elevii vor completata schiţa prezentării proiectului, vor consulta lista de verificare a portofoliului şi grila de evaluare a prezentării. Pentru schimbul de idei şi definitivarea prezentării, elevii vor lucra şi în afara orelor de curs (în şcoala şi acasă).

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 11 of 15

Profesorul reaminteşte elevilor că au de respectat termenul pentru realizarea unei publicaţii în care vor prezenta răspunsului la cel puţin una dintre primele două întrebările ale unităţii de învăţare (imediat după lecţia 6).

Resurse: calculatoare, lista de verificare a portofoliului, grila de evaluare a prezentării.

Lecţia 6 (50 min.) - Plăci de achiziţie de date

Secvenţa 1 (15 min) - conferenţiere profesor-elevi Această secvenţă de învăţare vine să completeze achiziţiile anterioare ale elevilor privind structura unui sistem computerizat de măsurare. Va avea loc o conferenţiere profesor-elevi focalizată pe utilizarea în sistemele computerizate a plăcilor de achiziţie. Se prezintă elevilor principalele funcţii ale unei plăci de achiziţie, indicatori de performanţă ai unui astfel de echipament. Profesorul va atenţiona elevii cu privire la necesitatea consultării tuturor specificaţiilor producătorului, existând riscul ca, prin neutilizarea corectă a acestora să se obţină rezultate experimentale de precizie scăzută sau chiar să se deterioreze acest echipament sau alte componente din sistem.

Se va prezenta apoi elevilor o placă de achiziţie de date, de tip NI USB 6008, vor fi prezentate specificaţiile tehnice ale acesteia şi intrările prin care vor putea fi definite canale de măsurare pentru semnale de tip analog, fiind precizat că pentru acest echipament nu vor fi utilizate tensiuni în afara intervalului [-10, 10]V.

Pentru a facilita o bună vizualizare a plăcii de achiziţie în timpul prezentării acesteia, se va utiliza o cameră video conectată la calculator şi videoproiector. Elevii vor realiza capturi foto pentru includerea în proiect, dar şi în portofoliul individual, a unor imagini (pentru a facilita descrierea plăcii de achiziţie)

Resurse: calculator, videoproiector, placă de achiziţie NI USB 6008, documentaţia plăcii de achiziţie, driver placă, utilitarul Measurement & Automation, cameră video, camero foto. Secvenţa 2 (15 min) – activitate practică (instalarea unei plăci de achiziţie de date) Sub supravegherea profesorului, elevii vor realiza o instalare a unei plăci de achiziţie, şi vor utiliza apoi utilitarul Measurement & Automation pentru a verifica dacă device-ul este identificat de sistem şi pentru a atribui un nume particularizat plăcii de achiziţie instalate.

Resurse: calculatoare, plăci de achiziţie NI USB 6008, driver placă, utilitarul Measurement & Automation, documentaţia plăcii de achiziţie.

Secvenţa 3 (10 min) – Feed-back

Profesorul verifică dacă activitatea practică s-a desfăşurat cu succes (în cazul în care apar probleme legate de instalare, acestea vor fi remediate pe loc, dacă este posibil, în caz contrar fiind realizate activităţi suplimentare). Elevii completează grila KWL şi completează reflecţii în jurnal. În continuare, profesorul solicită elevilor prezentarea ultimelor materiale din portofolii pentru a identifica nivelul de dezvoltare al proiectului (atât cantitativ cât şi calitativ).

Resurse: calculator, videoproiector, grila KWL, jurnalul de reflecţii.

Secvenţa 4 (10 min) – elaborare prezentare

Elevii vor elaborarea documentului de prezentare. Profesorul recomanda elevilor consultarea grilei de evaluare a prezentării şi să completeze lista de verificare a portofoliului şi cea de progres.

Resurse: calculator, Internet, listă de verificare a progresului, jurnalul de reflecţii.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 12 of 15

III. Achiziţie computerizată a unui semnal analog

A doua etapă a proiectului este centrată pe întrebarea “ Cum putem configura şi programa achiziţia, prezentarea şi stocarea datelor experimentale?” (lecţiile 7, 8, 9) Lecţia 7 (50 min.) - Configurarea achiziţiei unui semnal

Secvenţa 1 (30 min) - activitate practică (configurarea unei achiziţii computerizate)

Pornind de la achiziţiile anterioare privind funcţiile unei plăci de achiziţie şi indicatorii de performanţă, precum şi aspecte legate de eşantionare optimă a unui semnal analogic (teorema Nyquist), elevii vor configura achiziţia semnalului măsurat la bornele unei baterii de lanternă, şi achiziţia unui semnal alternativ sinusoidal. Vor folosi utilitarul Measurement & Automation, materialul de facilitare “configurare_achizitie.pdf”, test_DAQ.pdf, documentaţia plăcii de achiziţie şi resurse Internet afişate pe site-ul companiei producătoare. Pe tot parcursul activităţii, elevii vor fi asistaţi/sprijiniţi de profesor. Acesta va completa observaţii asupra activităţilor elevilor, asupra colaborării şi comunicării în cadrul echipelor.

Resurse: calculatoare, plăci de achiziţie de date, utilitarul Measurement & Automation, materiale de facilitare (configurare_achizitie.pdf, test_DAQ.pdf, documentaţia plăcii de achiziţie, Fişa_activităţi_4.

Secvenţa 2 (10 min) – Feed-back

Profesorul verifică activităţile elevilor (fişa de activităţi 4) şi face observaţii referitoare la acestea. Elevii actualizează grila KWL, fişa de verificare a progresului şi adăugă reflecţii în jurnal.

Resurse: grila KWL, listă de verificare a progresului, jurnalul de reflecţii.

Secvenţa 3 (10 min) - elaborare proiect

Elevii vor identificarea modalităţilor de punere în valoarea a informaţiilor obţinute şi structurarea optimă a acestora, consultând grila de evaluare a prezentării şi lista de verificare a portofoliului. Definitivarea prezentării se va realiza în afara orelor de curs.

Resurse: calculatoare, grila criterială de evaluare a prezentării, lista de verificare a portofoliului. Lecţia 8 (50 min.) - Elemente de programare LabVIEW pentru realizarea unui instrument virtual

Secvenţa 1 (15 min) - actualizare şi investigaţie dirijată

Elevii sunt sprijiniţi să identifice proceduri de programare pentru comanda plăcilor de achiziţie folosind mediul de programare LabVIEW, soluţii pentru prezentarea datelor şi salvarea acestora într-o foaie de calcul tabelar. Pentru actualizarea informaţiilor privind programarea cu LabVIEW elevii vor putea folosi Help-ul programului, tutoriale online şi materialele de facilitare create de profesor.

Resurse: calculatoare, Internet, materiale de facilitare create de profesor, programul LabVIEW. Secvenţa 2 (25 min) - activitate practică (proiectarea unui instrument virtual) Utilizând informaţiile legate de proceduri şi alte elemente de programare LabVIEW, elevii vor dezvolta un algoritm pentru realizarea unui instrument virtual pe care îl vor folosi, în lecţia următoare, într-un experiment de laborator (ales dintr-o listă de experimente propuse de profesor). Acest instrument virtual este proiectat astfel încât să permită comanda plăcilor de achiziţie, colectarea de date, prezentarea acestora şi salvarea lor într-o foaie de calcul tabelar.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 13 of 15

Resurse: calculatoare, plăci de achiziţie de date, instrumentaţie clasică, truse de laborator, programul LabVIEW, Fişa_activităţi_5, materiale de facilitare (Proiectare_VI.pdf, Daq_Assistant.pdf).

Secvenţa 3 (10 min) – Feed-back

Profesorul verifică proiectul instrumentului virtual, supune discuţiei soluţii de optimizare, identificând şi dificultăţi ale elevilor în proiectarea LabVIEW. Pentru eliminarea acestor vor fi realizate activităţi suplimentare. Elevii cu abilităţi de programare LabVIEW mai mari, vor primi sarcini de lucru cu grad ridicat de dificultate. La finalul lecţiei elevii actualizează grila KWL şi adăugă reflecţii în jurnal.

Resurse: calculatoare, programul LabVIEW, videoproiector, grila KWL, jurnalul de reflecţii.

*** Documentare suplimentară şi elaborarea prezentării va fi realizată în afara orelor de curs, profesorul solicitând elevilor completarea listei de verificare a portofoliului, a listei de verificare a progresului şi consultarea grilei criteriale de evaluare a prezentării.

Lecţia 9 (50 min.) - Investigaţie experimentală realizată cu instrumentaţie virtuală

Secvenţa 1 (40 min) - activităţi practice (investigaţie experimentală)

Elevii realizează un experiment de laborator achiziţionând computerizat date experimentale.

Rezultatele experimentale vor fi incluse în fişa de laborator.

Elevii vor prelucra şi analiza datele achiziţionate şi se va formula concluzia (etape de prelucrare, interpretarea datelor, concluzia, vor fi prezentate în fişa de laborator).

Profesorul completează fişe de observaţii, aminteşte elevilor de respectarea termenelor cu privire la finalizarea prezentării şi pentru postarea materialelor pe site-ul wiki al proiectului. De asemenea, va propune elevilor realizarea, pentru următoarea oră de curs, a unei documentări privind domeniile în care instrumentaţia virtuală reprezintă o alternativă de succes, adăugând aceste informaţii în portofoliul proiectului.

Portofoliul va conţine toate materialele din care rezultă atât activitatea desfăşurată, dar şi termenele de realizare.

Resurse: calculatoare, plăci de achiziţie de date, programul LabVIEW, fişa de activităţi 6, fişa_activităţi_suplimentare.

Secvenţa 2 (10 min) – Feed-back

Profesorul discută cu elevii rezultatele investigaţilor experimentale realizate cu instrumentaţie virtuală. Elevii actualizează grila KWL şi adăugă reflecţii în jurnal.

Resurse: calculatoare, grila KWL, jurnal de reflecţii.

*** Pentru elaborarea prezentării elevii vor lucra în afara orelor de curs, consultându-se în echipă. Acasă vor completa jurnalul de activităţi, lista de verificare a progresului şi vor actualiza portofoliului, publicând materialele pe site-ul wiki al proiectului.

Lecţia 10

Secvenţa 1 (30 min) - elaborarea prezentării (definitivarea acesteia şi elaborarea unei strategii de susţinere orală a prezentării)

Resurse: calculatoare, Internet.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 14 of 15

Secvenţa 2 (20 min) - Feed-back

Elevii actualizează grila KWL, lista de verificare a progresului, lista de verificare a portofoliului şi adăugă reflecţii în jurnal. Profesorul solicită elevilor prezentarea portofoliilor şi face recomandări cu privire la susţinerea orală a prezentării proiectului, pornind de la criteriile incluse în grila de evaluare a prezentării.

Resurse: grila KWL, lista de verificare a progresului, lista de verificare a portofoliului, jurnal de reflecţii.

Lecţiile 11 şi 12 sunt rezervate susţinerii proiectelor: se acordă 15 min pentru susţinerea orală a fiecărei prezentări.

La finalul acestor activităţi, elevii vor completa un formular de feed-back prin care vor aprecia prezentarea proiectului unei alte echipe, vor completa ultimele reflecţii în jurnal şi vor finaliza grila KWL.

Ajustări pentru diferenţierea instruirii

Elevul cu dificultăţi de învăţare

Elevii care dificultăţi în utilizarea aplicaţiilor necesare unităţii de învăţare vor primi sprijin suplimentar.

• Se va verifica permanent nivelul de înţelegere al noţiunilor, proiectând şi diversificând activităţi pentru realizarea progresului şi de către aceşti elevi

• Elevii care lipsesc la una dintre lecţii va fi sprijinit prin materiale, activităţi suplimentare efectuate după orele de curs în laborator

• Promovarea unor activităţi indicate ca fiind de interes înalt pentru aceşti elevi, simplificând unele sarcini de lucru

• Se va verifica permanent colaborarea în cadrul echipelor ce conţin elevi care au unele dificultăţi în învăţare, sprijinindu-i să-şi asume roluri, să formuleze întrebări, să fie activi

Elevul vorbitor de limbă română ca limbă străină

Elevul supradotat

• Sarcini de lucru provocatoare

• Eseu pe tema “Tehnologiile viitorului” /*realizarea scenariului unei piese de teatru scurt în care să răspundă la întrebarea esenţială a proiectului

• Elevilor cu abilităţi în studiul fizicii li se vor propune investigaţii experimentale cu grad ridicat de dificultate (de exemplu monitorizarea unor procese tranzitorii), indicând acestora surse suplimentare de documentare, accesibile acestora sau din care vor putea extrage informaţii accesibile şi de interes pentru ei.

Intel® Teach Program Essentials Course

© 2000-2007 Intel Corporation. All Rights Reserved Page 15 of 15

Materiale şi resurse necesare pentru unitatea de învăţare

Tehnologie—Hardware (bifaţi căsuţele pentru toate echipamentele necesare)

Aparat foto Computere Aparat foto digital DVD Player Conexiune Internet

Disc laser Imprimantă Sistem de proiecţie Scanner Televizor

Video Video Camera Echipament pt. Video Conferinţă Altele: plăci pentru achiziţie de date de

tip NI USB 6008

Tehnologie— Software (bifaţi căsuţele pentru toate echipamentele necesare)

Bază de date/Calcul tabelar

Tehnoredactare Software E-mail Enciclopedie pe CD-ROM

Procesare imagine Internet Web Browser Multimedia

Creare pagină web Procesare documente Altele: driver placă de achiziţie,

programul LabVIEW, utilitarul Measurement & Automation

Materiale tipărite

• cărţi şi manuale: - Tom Savu, Gabriela Savu , “Informatică – Tehnologii asistate de calculator”, Manual

pentru clasa a-X-a, filiera tehnologică, editura ALL Educational, 2000; - Marius Munteanu, Bogdan Logofătu, Reimer Lincke, “Instrumentaţie virtuală

LabView”, editura CREDIS, Bucureşti, 2001; - manuale de fizică în vigoare • fişe de lucru, teste, materiale informative

Resurse suplimentare

truse de laborator, plăci de achiziţie de date

Resurse Internet

http://www.mec.upt.ro/~dolga/ST_1.pdfhttp://www.mec.upt.ro/~dolga/ST_2.pdfhttp://inginerie.ulbsibiu.ro/cat.iee/mat/pns_Cap03.pdf http://fpce9.fizica.unibuc.ro/telecom/adc_dac.htmhttp://www.biblioteca.ase.ro/downres.php?tc=6570http://ro.wikipedia.org/wiki/Harry_Nyquisthttp://www.mec.upt.ro/~dolga/senzor_8.pdfhttp;//www.pss.ro/sciemce_fun_club_romania/http://dsplabs.utt.ro/~micha/publications/pdfs/MultimediaSunet.pdfhttp://www.cs.cmu.edu/~mihaib/articole/music/music-html.htmlhttp://www.ctanm.pub.ro/academic/LabVIEW/Tutorial.htmhttp://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4021http://www.ni.com/

Alte resurse experimente de laborator, foşti elevi, mentori, studenţi, ingineri, cadre didactice universitare, părinţi, etc.