LABORATORIJSKE VAJE - MEHANIKA IN STROJNIŠTVO 

PREDMETNI KATALOG – UČNI NAČRT

 

TEHNIŠKA GIMNAZIJA 

210 UR

Učni načrt za laboratorijske vaje (mehanika in strojništvo) je bil sprejet na 20. seji Strokovnega sveta RS za splošno izobraževanje, 29. 10. 1998.

 


VSEBINA

I. OPREDELITEV PREDMETA

II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ

1 Cilji predmeta

1.1 Splošni cilji predmeta

1.2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

2 Standardi znanj

III. SPECIALNO - DIDAKTIČNA PRIPOROČILA IN MEDPREDMETNE POVEZAVE

IV. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA

 


I. OPREDELITEV PREDMETA

Predmet laboratorijske vaje je izbirni strokovni predmet, ki temelji predvsem na vsebinah predmetov fizika, tehnika in kemija iz osnovne šole, na maturitetnih predmetih fizika, mehanika in materiali ter izbirnih predmetih strojništvo in gradbeništvo v programu tehniška gimnazija.

Vsebine predmeta povečujejo zanimanje dijakov za vsebine stroke od osnovnih znanj, informacij ter strokovnih aplikacij do nekaterih najpomembnejših strokovnih vsebin.

Vsebine predmeta so razdeljene v tri področja:

  • področje A vsebuje vsebine strokovnega maturitetnega predmeta - mehanika;
  • področje B vsebuje vsebine izbirnega strokovnega predmeta - strojništvo.

     

    V 2. letniku učni načrt predvideva vaje:

  • s področja statike - prikaz temeljnih znanj ob praktičnih primerih in demonstracijah.

    Dijaki si pridobijo občutke za natančnost, zanesljivost in prostorsko predstavo.

     

    V 3. letniku učni načrt predvideva vaje:

  • s področja trdnosti - prikaz temeljnih znanj ob praktičnih primerih in demonstracijah;
  • s področja tehniškega risanja, informatike - vaje iz risanja z uporabo računalnika.

    Dijaki pridobijo temeljna znanja o tehnoloških postopkih, strojih in napravah v strojništvu. Seznanijo se tudi s praktično uporabo tehnične in tehnološke dokumentacije v praksi.

     

    V 4. letniku učni načrt predvideva vaje iz:

  • dinamike in mehanike tekočin - prikaz temeljnih znanj ob praktičnih primerih in demonstracijah;
  • računalniško podprte proizvodnje - vaje načrtovanja in izdelave preprostih izdelkov na obdelovalnih strojih CNC;
  • avtomatizacije - vaje z električnimi, pnevmatskimi, hidravličnimi ter kombiniranimi krmilji.

    Dijaki usvojijo osnovna znanja energetike in energetskih naprav. Spoznajo njihovo funkcijo in vpliv na okolje ter se seznanijo z elementi in sistemi  enostavne in višje stopnje avtomatizacije.

     

    S pomočjo osnovnih zakonov fizike in mehanike se dijaki naučijo obravnavati primere področja strojništva. Ob tem se spodbuja osebni razvoj dijakov, njihova samoiniciativnost, tehnično mišljenje, ustvarjalnost, vedoželjnost, kritičnost, preudarnost in natančnost. Dijaki se navajajo na logično sklepanje in sistematičnost pri delu ter znajo izraziti zakone mehanike, ki so osnova za razumevanje pri dimenzioniranju in oblikovanju konstrukcij.

     

    Pri laboratorijskih vajah spoznajo zvezo med fizikalnimi in mehanskimi pojavi, pojavi in odnosi obratovanja strojev in naprav, spoznajo pomen fizike in mehanike za človekovo dejavnost in njegovo mišljenje ter potrebe po tem znanju v življenju.

    Z vajami se navajajo in usposabljajo za doseganje tehnično izpopolnjenih rešitev.

     

    II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ 

    1 Cilji predmeta

     

    1.1 Splošni cilji predmeta 

    a) Globalni cilji predmeta

     

    Dijaki:

    -       mehanika

  •  

    - strojništvo

     

    b) Predvidena organizacija in časovni obseg

    -  mehanika

    70 ur v drugem letniku
    35 ur v tretjem letniku
    35 ur v četrtem letniku

    -  strojništvo

    35 ur v tretjem letniku
    35 ur v četrtem letniku

     

    Laboratorijske vaje in delo v specializiranih učilnicah in laboratorijih ter zbiranje informacij v realnem okolju (na terenu) so v okviru učnega načrta  opredeljeni z dejavnostmi.

    Delo na terenu traja 6 ur in omogoča uresničevanje opredeljenih ciljev. Dopolnjuje izbirni maturitetni predmet mehanika in izbirni strokovni predmet strojništvo.

    Pri vajah so učenci razdeljeni v dve skupini v drugem in tretjem letniku in četrtem letniku.

    Po možnosti naj laboratorijske vaje posameznega področja vodi učitelj osnovnega predmeta.

     

    1. 2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

    Predmetni katalog je pripravljen po letnikih in vsebuje vsebine, cilje, dejavnosti in pojme.

    a) Etapni cilji 

    Operativni cilji so opredeljeni za vsako poglavje oziroma učno snov. Cilji se uresničujejo pri vajah in delu na terenu ter so praktične narave.

    Dejavnosti navajajo laboratorijsko oziroma praktično delo, teoretične vaje in vaje na terenu. Vaj na terenu ni mogoče zamenjati z drugimi vajami, ker s tem posegamo v uresničevanje ciljev.

    b) Vsebine, pojmi in povezave

    Vsebine so opredeljene v obliki zaključenih sklopov in podsklopov; niso razdelane v podrobnosti. Opredeljujejo jih cilji in pojmi.

    Pojmi in cilji opredeljujejo vsebino predmeta. Nekatere od njih so dijaki usvojili že v osnovni šoli pri predmetih iz obveznega dela vsebin ter predmetih iz izbirnega dela vsebin, so pa ključni za razumevanje, dopolnjevanje, napredovanje in razumevanje korelacij elementov stroke. Preden gre izdelek v uporabo, je treba preizkusiti in izmeriti njegove karakteristike.


    2. letnik

    VSEBINE

    CILJI

    DEJAVNOSTI

    POJMI

    A MEHANIKA

    A 1. Meritve (10 ur)

     

    Dijaki

     

     

    Meritve osnovnih fizikalnih veličin:

    *     čas

    *     dolžina

    *     masa

    *     temperatura

    *     električni tok

    *     znajo izmeriti osnovne fizikalne veličine z merilnimi napravami

    *     znajo izpeljati in pretvarjati enote

    Vaje:

    merjenje časa

    merjenje dolžin z dolžinskimi merili

    tehtanje

    merjenje s termometri

    merjenje z univerzalnim analognim in digitalnim instrumentom

    sekunda

    meter

    kilogram

    kelvin

    amper

    Napake pri merjenju in natančnost meritev – pravila za upoštevanje merskih napak

    *     znajo izračunati povprečno vrednost izmerjene veličine in oceniti odstopanja

     

    napaka merjenja

    raztros

    A 2. Statika (60 ur)

     

     

     

     

    Sila  in moment:

    *     sestavljanje sil

    *     ravnotežje sil

    *     razstavljanje sil na komponente

    *     moment dvojice sil

    *     merjenje momenta sile

    *     merjenje reakcij pri nosilcih

    *     merjenje notranjih sil v palicah paličnega nosilca

    *     določanje tornega količnika

     

    *     znajo z grafičnim postopkom razstaviti silo na dve komponenti

    *     znajo analitično razstaviti silo na dve komponenti

    *     znajo uporabiti momentno pravilo

    *     znajo grafično in analitično reducirati sile

    *     znajo grafično in analitično določiti velikost reakcij

    *     znajo določiti silo trenja na vodoravni in poševni ravnini

     

    Vaje:

    sestavljanje sil

    razstavljanje sil

    ravnotežje sil

    moment sile

    trenje na ravnini in strmini

    reakcije v podporah

    merjenje notranjih sil v palicah paličnega nosilca

     

    togo telo

    prijemališče sile

    komponente sile

    dvojica sil

    podpore

    reakcije

    prevesno polje

    upogibni moment

    notranje sile

    drsno trenje


    3. letnik

    VSEBINE

    CILJI

    DEJAVNOSTI

    POJMI

    A 3. Trdnost (35 ur)

     

     

     

     

    Napetosti v telesih v odvisnosti od lege in velikosti obremenitve in oblike teles

    *     spoznajo ravnotežno stanje med zunanjimi in notranjimi obremenitvami

    *     ugotavljajo napetostna stanja in deformacije

    Vaje:

    načini obremenitev in porazdelitev napetosti pri posameznih vrstah obremenitve

    napetost

    deformacija

     

    Načini obremenitev:

    *     natezni preizkus

    *     tlačni preizkus

     

    *     spoznajo osnovne načine preizkušanja materialov v tehniki

    Vaje:

    meritve deformacij, s - e-diagram

     

    elastičnost

    napetost tečenja

    modul elastičnosti

    Merjenje upogibnih deformacij

     

    *     spoznajo načine preizkušanja nosilca na upogib

    Vaje:

    meritve in analiza notranjih sil v prerezu upogibno obremenjenega elementa – nosilca

    upogibni moment

    prečne sile, osne sile

    upogibna ravnina

    nevtralna os prereza

    poves nosilca

    Merjenje vzvojnih deformacij

    *     spoznajo načine preizkušanja vzvojno obremenjenega nosilca

    Vaje:

    meritve vzvojnih deformacij elementa

    zasuk

    vzvojni moment

    nevtralna os

    Strižni preizkus

    *     spoznajo načine strižnih preizkusov

    Vaje:

    meritve potrebne sile pri strižnem preizkusu

    strižna ploskev

    strižna sil

     

    VSEBINE

    CILJI

    DEJAVNOSTI

    POJMI

    B STROJNIŠTVO

    B 1. Risanje z uporabo računalnika (35 ur)

     

     

     

     

     

    Koordinatni sistem:

    *     absolutni

    *     relativni

    *     polarni

     

    Vaje:

    vnos podatkov - koordinat točk s tipkovnico

    vnos podatkov - koordinat točk z miško

    korak kazalca miške

    risalna površina

    detajl risbe

    Osnovni elementi za risanje:

    *     točka

    *     daljica

    *     lomljenka

    *     lok

    *     krog

    *     elipsa

    *     mnogokotnik

    *     se naučijo uporabljati priročnike in navodila za delo s programskim orodjem

    *     znajo uporabljati v praksi pravila tehniškega risanja

    Vaje:

    risanje osnovnih elementov, vaje iz delovnega zvezka

    uporaba karakterističnih točk elementa

    začetna točka

    končna točka

    središče elementa

    tangentna točka elementa

    pomožna - konstrukcijska črta

     

    Risalne ravnine

    *     znajo izbrati osnovne nastavitve programa

    Vaje:

    risanje na risalne ravnine

    vklop, izklop, zamrznitev, lastnosti

     

    Lastnosti elementov (oblika črte, barva, debelina...)

    -          Premik elementa

    -          Kopiranje elementa

    -          Brisanje elementa

     

    *     spoznajo najpomembnejše funkcije in ukaze programskega orodja

    Vaje:

    iz nastavitev lastnosti elementov:

    tip črte, barva črte, debelina črte

    bazna točka

    mejni element

     

    Popravljanje elementa (rezanje, podaljševanje, zaokroževanje in posnemanje robov ...)

    Zrcaljenje elementa

    Vrtenje elementa

    *     spoznajo najpomembnejše funkcije in ukaze programskega orodja

    spreminjanje in popravljanje elementov (lege, zasuka, dolžine, barve, debeline ...)

    vaje iz delovnega zvezka

    posnetje

    zaokrožitev

     

    Šrafiranje *     spoznajo uporabo pravil risanja na primeru

    Vaje:

    iz delovnega zvezka

    podatek o dimenziji

    pomožna kotirna črta

    glavna kotirna črta

    znak na kotirni črti (puščica, pika, poševna črtica ...)

    Kotiranje *     spoznajo uporabo pravil risanja na primeru

    Vaje:

    iz delovnega zvezka

    zaprt element

    točka v elementu

    predogled oblike

    sistemske spremenljivke za kotiranje

    Izris risbe s tiskalnikom in koordinatnim risalnikom *     spoznajo uporabo naprav za izris risbe na papir nastavitve tiskalnika in koordinatnega risalnika

    merilo lista

    normalna in ležeča lega lista

    3D-risanje z računalnikom:

    Elementi v prostoru

    Dvig elementa v prostoru

    Izrez elementa

    Senčenje

    Pogledi v prostoru

    *     spozna nove pristope k konstruiranju in oblikovanju izdelkov demonstracija uporabe konstrukcijskih orodij pri konstruiranju, oblikovanju in trdnostnem preračunu izdelka

    nevidne črte

    viri svetlobe

    ortogonalna projekcija

    Ogled praktične uporabe računalnika na področju konstruiranja v podjetju (npr.: programska orodja IDEAS, ME30, ANVIL, EUKLID, SOLID-WORKS, SOLID- EDGE ...) *     spoznajo uporabo programskih orodij za risanje in konstruiranje v praksi ogled konstrukcijskega oddelka sodobno opremljenega podjetja  

    4. letnik

    VSEBINE

    CILJI

    DEJAVNOSTI

    POJMI

    B 2. Računalniško podprta proizvodnja (18 ur)

    *     spoznajo principe krmiljenja NC- in CNC-obdelovalnih sistemov

    *     znajo ločiti nivoje avtomatizacije

    Vaje:

    uporaba krmilne enote stroja CNC

    demonstracija uporabe simulatorja

    demonstracija izdelave izdelka

    ničelna točka stroja

    ničelna točka izdelka

    konstante stroja

    relativni in absolutni način točk

    Osnove delovanja strojev NC in CNC

    Koordinatni sistemi in koordinatna izhodišča obdelovalnih strojev CNC

    *     spoznajo ročno programiranje

    *     spoznajo rezalne pogoje orodij

    Vaje:

    naloge iz delovnega zvezka

    G-funkcije

    M-funkcije

    številka stavka

    Osnovne programske funkcije za ročno programiranje

    Zgradba programskega stavka

    *     spoznajo načine in postopke nastavljanja orodij

    Vaje:

    nastavljanje orodja in zapis podatkov o orodju (konstante stroja)

    število vrtljajev obdelovanca

    število vrtljajev orodja, rezalna hitrost, podajalna hitrost...

    Režim dela na obdelovalnih strojih CNC

    *     znajo uporabiti priročnike in navodila za programiranje

       

    Vaje:

    naloge iz delovnega zvezka

     

    Izdelava programov in izdelava enostavnih izdelkov (struženje in frezanje)

    *     spoznajo programiranje z uporabo računalnika

    *     se seznanijo z osnovnimi postopki programiranja

    demonstracija programskega orodja za strojno programiranje

    profil izdelka

    tehnološka risba

    Strojno programiranje

    *     spoznajo uporabo baz tehnoloških podatkov

     

    demonstracija uporabe baz podatkov s tehnološkimi podatki

    tehnološke baze podatkov

    Uporaba baz podatkov

    *     spoznajo postopke izdelave izdelkov v sodobnem podjetju (od načrtovanja do izdelave izdelka)

    demonstracija načrtovanja, kalkulacij, izdelave dokumentacije, izdelava izdelka, kontrola...

     

    Ogled praktične uporabe fleksibilne produkcijske obdelovalne celice v podjetju

     

     

     

     

     

    VSEBINE

    CILJI

    DEJAVNOSTI

    POJMI

    B 3.   Avtomatizacija (11 ur)

     

     

     

     

    Osnove pnevmatskih sistemov:

    *     demonstracija

    *     vezava pnevmatskih elementov in analiza možne uporabe

    *     spoznajo osnovne principe pnevmatike

    *     spoznajo značilnosti in delovanje osnovnih pnevmatskih elementov

    Vaje:

    demonstracija

    vezava pnevmatskih elementov in analiza možne uporabe

    naloge iz delovnega zvezka

    pnevmatski cilindri

    ventili

    pripravna grupa

    razvodniki

    stikala; senzorji...

    Osnove hidravličnih sistemov

    *     načrtovane problema

    *     demonstracija

    *     vezava hidravličnih elementov, analiza možne uporabe in primerjava z  pnevmatskimi sistemi

    *     spoznajo osnovne principe hidravlike

    *     spoznajo značilnosti in delovanje osnovnih hidravličnih elementov

     

    Vaje:

    demonstracija

    vezava hidravličnih elementov

    analiza možne uporabe

    naloge iz delovnega zvezka

    hidravlični cilindri

    ventili

    pripravne grupe

    razvodniki

    senzorji

     

    Krmiljenje s programiranimi krmilniki

     

     

    *     spoznajo osnovno delovanje prostoprogramiranega krmilnika

    *     načini programiranja krmilnika

    *     spoznajo krmiljenje pnevmatičnih naprav s krmilnikom

    Vaje:

    demonstracija delovanja didaktičnega učila

    programiranje v AWL in grafičnih načinih

     

    krmilnik

    programski jezik

     

     

    B 4.   Energetika  (6 ur)

     

     

     

     

    Glavne zakonitosti energetike:

    *     preračunavanje enot

    *     izračun termičnih veličin stanja

    *     izračun parametrov krožnega procesa

    *     izračunavanje toplotnih izgub

    *     racionalna izraba energije

    *     znajo opisati Joulov poskus

    *     znajo definirati prvi gl.zakon, tehnično delo in ravnotežno delo

    *     znajo definirati Boyle-Mariotteov zakon

    *     Avogadrov zakon, Gay-Lussacov

      poskus

    *     znajo definirati krožni  proces,vrste, delo,  toploto in izkoristek

     

    Vaje:

    izvedba in analiza Joulovega

    poskusa

    izvedba in analiza poskusa

    za razumevanje tehničnega dela

    izvedba in analiza Gay-Lussaco -vovega poskusa, notr. energija

    preračunavanje enot

    izračun termičnih veličin stanja

    izračun parametrov krožnega

    procesa

    odprt, zaprt sistem

    notranja energija

    tehnično delo, entalpija

    delo, toplote krožnega procesa

    izkoristek

    entropija,  eksergija

     

    *     Delovni procesi

    *     Demonstracija delovanja motorjev

    *     spoznajo način delovanja motorjev z notranjim izgorevanjem

    Vaje:

    demonstracija delovanja motorjev z notranjim izgorevanjem

    polnitev, kompresija

    ekspanzija, izpuh

    Energetski stroji in naprave

    *     Demonstracija delovanja strojev in naprav

    *     spoznajo principe delovanja ter namen oziroma uporabo:

    *     batnih strojev

    *     rotacijskih strojev

    *     turbinskih strojev

    *     prenosnikov toplote

    *     hladilnih naprav

    *     toplotnih črpalk

    *     kotlov

    Vaje:

    demonstracija delovanja strojev

    in naprav

     

    batni stroj

    turbo stroj

    rotacijski stroj

    prenos toplote

    izmenjevalec

    hlajenje

    črpanje toplote

    kotel


     


    2. Standardi znanj 

    Dijak:

     

    III. SPECIALNO - DIDAKTIČNA PRIPOROČILA IN MEDPREDMETNE POVEZAVE 

    Temeljno vodilo pouka v okviru izbirnega predmeta laboratorijske vaje je usvojiti:

  • osnovne informacije,
  • enciklopedična in praktično uporabna znanja,
  • pojme - termine in
  • vzbuditi zanimanje za stroko.

    Učni načrt je novost predvsem po vsebinski strani, hkrati pa posebnost, saj globalno uresničevanje ciljev podpira laboratorijsko delo z laboratorijskimi vajami in delom na terenu. Učni načrt je ciljno naravnan in ima definirane operativne cilje; v povezavi s pojmi, ki jih mora dijak poznati, razumeti in jih znati uporabljati.

    Vsebine učnega načrta niso izključno “strojniške narave”, temveč so v precejšni meri interdisciplinarne. Marsikatere vsebine gradimo na usvojenih znanjih fizike, kemije, informatike, matematike in drugih predmetov ali pa se dopolnjujejo. Pri nekaterih vsebinah in vajah v okviru dejavnosti uporabimo strokovno literaturo z osnovnimi grafičnimi, tabelaričnimi in diagramskimi podatki.

    Vsebine vaj in demonstracij iz učnega načrta so urejene po temah, časovna razporeditev pa ni prikazana. Prilagajajo naj se realizaciji vsebin pri predmetih, s katerimi so povezane.

    Pri vajah morajo dijaki imeti možnost za individualno delo in strokoven dialog, saj le tako lahko vzpodbujamo inovativnost ter samostojno poglabljanje. Prav tako morajo spoznati, da je treba vsak izdelek pred uporabo preizkusiti, poleg tega pa izmeriti njegove karakteristike.


    Medpredmetne povezave: povezave z matematiko, fiziko, mehaniko, strojništvom in kemijo.

     

    IV. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA 

    Pri predmetu se ocenjujejo izdelki, poročila in seminarske naloge in preverjajo osnovna znanja vsebin, ki so bile obdelane pri strokovnih predmetih ter prenešene v prakso pri laboratorijskih vajah.

    Pri laboratorijskih vajah preverjamo znanje:

  • ustno,
  • s spremljanjem dela in pregledovanjem izdelkov (praktično delo, opravljene vaje in poročila vaj ...). 

    Dijak mora opraviti najmanj 80 % vseh vaj.

     

    Načini ocenjevanja

  • ustno najmanj enkrat v ocenjevalnem obdobju (trikrat letno)
  • pisno NE
  • opravljene vaje risbe, vaje risanja, poročila o opravljenih vajah

     

    Dijaki izdelajo grafične in pisne izdelke, poročila in seminarske naloge.

    Kompleksne vaje vključujejo pisna poročila (cilji, uvod, materiali in pripomočki, metode dela, rezultati, sklep, kritika in viri).