TEHNIKA I INFORMATIKA U OBRAZOVANJU 3. Internacionalna Konferencija, Tehniki fakultet aak, 79. maj 2010. TECHNICS AND INFORMATICS IN EDUCATION 3rd International Conference, Technical Faculty aak, 79th May 2010.

UDK: 371.3:007.5 Struni rad

REALIZACIJA PROJEKTNE NASTAVE U OGLEDNOM PROFILU TEHNIAR MEHATRONIKE

Slobodan Aleksandrov 1, Predrag Simi2, Milomir Mijatovi3

Rezime: Za uspeno ostvarivanje veoma kompleksnog kurikuluma obrazovnog profila Tehniar mehatronike, potrebna su savremena didaktika sredstva i nastavnici iz razliitih podruja rada, koje treba pripremiti za primenu novih nastavnih metoda i tipova nastave u obrazovanju. Projektna nastava prua mogunost povezivanja steenih znanja i vetina iz razliitih oblasti u realizaciji sloenih mehatronskih sistema . U radu je razmatran znaaj realizacije projektne nastave, preduslovi za uspenu organizaciju, priprememanje i naini realizacije projekta, prezentacija projekta i evaluacija.

Kljune rei: mehatronika, projektna nastava, obrazovanje, srednja kola.

REALIZATION OF PROJECT TEACHING IN EXPERIMENTAL PROFILE MECHATRONICAL TECHNICIAN

Summary: For successful realization of a very complex educational curriculum Mechatronics Technician profile in contemporary didactic resources and teachers are needed from different areas of work, to prepare for the implementation of new teaching methods and types of instruction in education. Project strategies provides connectivity acquired knowledge and skills from different areas of complex mechatronical systems. The worksheet discussed the importance of the realization of the project plan, the prerequisites for a successful organization, preparation and ways of project implementation, project presentation and evaluation.

Key words: mechatronic, project teaching, education, secondary school.

1. UVOD

Obrazovanje u mehatronici zadnjih godina dobilo je sve vei znaaj. Nekoliko univerziteta koluje inenjere mehatronike osnovnih, master i doktorskih studija. kolske 2007/2008 kao

1 Slobodan Aleksandrov, dipl.in. elektrotehnike, Tehnika kola Trstenik, Vuka Karadia 11,

Trstenik, E-mail: aleksandrovs@yahoo.com 2 Predrag Simi, dipl.in. mainstva, Tehnika kola Trstenik, Vuka Karadia 11, Trstenik, E-mail:

simpred@sbb.rs 3 Mr Milomir Mijatovi, predava strukovnih studija, Visoka tehnika mainska kola strukovnih

studija, Radoja Krstia 19 , Trstenik

Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Slobodan Aleksandrov i dr.

511

ogledni profil u srednjim strunim kolama, na predlog Tehnike kole Trstenik , uveden je obrazovni profil Tehniar mehatronike u est kola. Potreba za ovim profilom rezultovala je time da je kolske 2009/2010 ovaj profil upisalo 19 kola. Plan i program ovog profila razvijan je Dakum metodom, a planove i programe kreirali su nastavnici stednjih strunih kola. Tehniar mehatronike osposobljava uenike da ovladaju znanjima i vetinama koja su potrebna da upravljaju, testiraju, servisiraju mehatronske sisteme. Savremeni mehatronski sistem predstavlja sofisticiran elektro-mehaniki sistem, opremljen senzorima i izvrnim organima, kojim upravljaju industrijski raunari. Za kolovanje ovog profila potrebna su znanja i vetine iz sledeih naunih oblasti: mehanika hidraulika i pneumatika elektrotehnika i elektronika digitalni sistemi , mikrokontroleri, programibilni logiki kontroleri elektromotorni pogoni i oprema robotika informatika i programiranje Navedene oblasti uenici prouavaju kroz strune predmete, strune module i izborne predmete. Karakteristino za ovaj profil je da su nastavni planovi strunih predmeta i modula kreirani na osnovu projektovanih kompetencija. Za svaki modul definisani su ciljevi i ishodi obrazovanja, kao i preporueni sadraji. Da bi proces obrazovanja bio uspean, potrebno je sinhronizovati dinamiku nastave izmeu opteobrazovnih predmeta i strunih modula i predmeta. Na ovaj nain uspostavlja se potpuna saradnja izmeu svih nastavnika koji su ukljueni u realizaciju nastavnog procesa.

GRAFIKI DISPLEJ- LED- LCD- PLAZMA

AKTUATORI- Elektrini motori/linearni motori- Pneumatski motori/cilindri- Hidrauliki motori/cilindri

MEHANIKI SISTEM

SENZORI- Induktivni - Kapacitivni- Otporniki - Foto- Piezo - Ultrazvuni

UPRAVLJAKI SISTEM

- Mikrokontroleri- PCL- LogIa kola- Kontrolni algoritmi- Logika i aritmetika

ULAZ

- A/DDC/DC- Filteri

- Pojaavai

IZLAZ

- D/A - PWM- DC/DC- Pojaavai- Napajanje

Slika 1. Blok ema mehatronskog sistema

Na slici 1. prikazana je uoptena blok ema mehatronskog sistema. Upravljanje mehanikim sistemima vri se aktuatorima na osnovu informacija senzora koje iz procesa prima upravljaki sistem. Na ostovu stanja senzora, poloaja aktuatora i uneenog programa u mikrokontrolerski sitem generie se upravljanje za sve elektro, pneumatske i hidraulike aktuatore. Praenje i kontrolu parametara sistema, poloaja aktuatora, brzine i poloaja motora, vri mikrokontrolerski upravljaki sistem. Ove podatke operater prati preko grafikih

Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Slobodan Aleksandrov i dr.

512

displeja. Korienjem SCADA (System Control and Data Acquisition) Sistema za upravljanje i akviziciju podataka, ove sisteme je mogue pratiti i njima upravljati sa udaljenih lokacija. Sloenost i kompleksnost mehatronskih sistema zahteva primenjiva znanja iz razliitih oblasti, koja treba objediniti u jedinstven sistem. Realizacija mehatronskog sistema kroz projektnu nastavu predstavlja idealan primer za timski rad uenika, nastavnika i saradnika.

2. PROJEKTNA NASTAVA

Klasina nastava ograniena je nastavnim planom i programom, tako da su sve aktivnosti usmerene na realizaciju unapred definisanog programa. Tano su definisani ciljevi, podeljene teme i definisane nastavne jedinice. Povezivanje znanja sa vetinama i sposobnostima je slabo izraeno, a koorelacija sa drugim predmetima uglavnom ne postoji. Dominantan je frontalni oblik rada, u manjem obliku grupni i glavnu ulogu u nastavnom procesu igra nastavnik. Ovaj tip nastave je i dalje dominantan u naem kolskom sistemu. Savremena nastava u prvi plan postavlja uenika kao aktivnog uesnika u procesu uenja. Saradnja sa nastavnikom, rad u parovima, timski rad i nastava usmerena na ishode, poeljni su oblici rada i nastave. Jedan od najzahtevnijih oblika nastave predstavlja projektna nastava. Za realizaciju projektne nastave potrebno je definisati temu projekta, cilj projekta, vremenski interval, potrebne ljudske i materijalne resurse, mesto realizacije, vrednovanje i nain prezentacije projekta. Neke od glavnih karakteristika projektne nastave su: Nastava orijentisana na cilj koji rezultira proizvodom Nastava orijentisana na uenika Partnerski odnos nastavnika i uenika Podrazumeva sloeni zadatak koji se razlae na jednostavne Otvorenost prema problemskim situacijama i zadacima Koorelacija nastavnika iz razliitih predmeta Primena novih nastavnih metoda uenja Razvijanje organizacionih i komunikacionih sposobnosti uenika Ukljuuje rad vie uenika koji ine tim Potrebna saradnja i koordinacija izmeu timova Vremenska ograniena Projektna nastava prua mogunost timskog rada, podsticanje solidarnosti, samostalnosti i odgovornosti uenika. Osnovna karakteristika projektne nastave je usmernost na realiazaciju definisanog projekta. Kao ograniavajui faktor je to to je ova nastava vremenski ograniena. Da bi se projekat realizovao, mora se izvriti realno i detaljno planiranje, razlaganje projekta na manje zadatke, redosled zadataka i definisano vreme za realizaciju. Voa projekta mora motivisati saradnike i uenike, da uspeno realizuju svoje zadatke. Kada se projekat realizuje kao prototip, javljaju se nepredvieni problemi koje treba savladati. Tada mogu nastati konflikti, koje treba usmeriti u pravcu konstruktivnog pronalaenja reenja. Pre definisanja projekta, potrebno je uzeti u obzir oekivanja uenika, njihova interesovanja, motivaciju, raspoloive resurse, kao i cilj projekta. Posle definisanja teme projekta, potrebno je izvriti grubo planiranje. Analizom projekta, definiemo teme koje je potrebno obraditi kroz razliite nastavne predmete. Zatim sledi detaljno planiranje, formiranje timova, specifikacija materijala i pribora, proraun trokova. Sledi proces realizacije projekta, izrada, montaa, povezivanje, programiranje, testiranje i dijagnostika realizovanog ureaja. Na kraju procesa vri se prezentacija i evaluacija realizovanog projekta.

Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Slobodan Aleksandrov i dr.

513

3. REALIZACIJA PROJEKTNE NASTAVE

Definisanu projektni nastavu u nastavnim planovima i programima moemo sresti u kolskom sistemu Republike Slovenije. Ovaj oblik nastave u kolovanju tehniara mehatronike u kolskom centru Velenje, Republika Slovenija, realizuje se kroz projektne nedelje tokom kolske godine. Tokom realizacije projekta ukljueni su svi nastavnici koji realizuju nastavu u tom obrazovnom profilu. U naim nastavnim planovima i programima nije definisan poseban modul Projektna nastava, ali postoje mogunosti za realizaciju ovog tipa nastave. Projektnu nastavu je veoma teko realizovati kroz klasinan oblik nastave. U zavisnosti od sloenosti teme mogua su dva principa realizacije nastave. Projekte male sloenosti mogue je realizovati kroz asove vebi strunih predmeta kada je odeljenje podeljeno u grupe, uz pomo nastavnika opteobrazovnih predmeta kroz redovne asove. Realizacija ovakvih projekata poeljna je u prvom i drugom razredu obrazovnog profila tehniar mehatronike. Nosioci projekta u prvom razredu bili bi nastavnici modula Priprema elektro-mainskih materijala, optestrunih predmeta Elektrotehnika sa merenjima i Tehniko crtanje. U drugom razredu prilikom realizacije projektnih zadataka, nosioci projekta bili bi nastavnici predmeta i modula: Elektronika, Mainski elementi i Hidraulike i pneumatske komponente.

Drugi nain realizacije projektne nastave je realizacija u toku blok nastave, predviene u treem i etvrtom razredu obrazovnog profila tehniar mehatronike. U ovom uzrastu uenika, mogue je realizovati kompleksnije projekte, jer su uenici ovladali osnovnim znanjima i vetinama za anlizu i realizaciju mehatronskih sistema. U kurikulumu treeg razreda planirano je ukupno 60 asova nastave u bloku iz strunih modula Hidrauliki i pneumatski sisatemi kao objekti upravljanja (18 .), Sistemi upravljanja (24 .) i Elektrini pogoni i oprema u mehatronici (18 .). Kod realizacije blok nastave odeljenje je podeljeno u dve grupe od po 12 uenika. Nastavnici ovih modula bie nosioci projekta koji se realizuje. Saradnici na projektu bie nastavnici strunih modula Merni pretvarai, Digitalna elektronika, Mikrokontroleri i Modeliranje sa analizom elemenata i mehanizama. Ovi struni moduli uglavnom se realizuju u laboratorijama i kabinetima kroz asove vebi, tako da omoguavaju uenicima da neke delove projekta realizuju tokom redovne nastave. Dragocena je pomo nastavnika opteobrazovnih predmeta kod definisanja projekta, prorauna i prezentacije projekta. Projekte najvee sloenosti poeljno je realitovati u etvrtom razredu. Uenici e biti ve upoznati sa projektnom nastavom iz prethodnog razreda, imae potrebna predznanja i vetine koje e kroz ove projekte nadograivati i usavravati. Nosioci projekta bie nastavnici modula Testiranje i dijagnostika mehatronskih sistema i Odravanje i montaa mehatronskih sistema. Ovi moduli realizuju se sa nedeljnim fondom od po 5 asova vebi i 30 asova blok nastave, ime se prua mogunost da se projekti odvijaju tokom jednog polugodita ili kontinualno tokom cele kolske godine. Saradnici na projektu bie nastavnici modula Programibilni logiki kontroleri, Mehatronski sistemi i predmeta Preduzetnitvo. U projekat obavezno ukljuiti i nastavnike opteobrazovnih predmeta.

U ovom radu bie prikazan ciklus pripreme i realizacije projekta Elektro-pneumatska presa, koji je pogodan za realizaciju u treem razredu. Pre poetka kolske godine potrebno je da struni aktivi Elektrotehnike i Mainstva zajedniki definiu nekoliko tema projekata koji su pogodni za realizaciju . Za svaku temu potrebno je pripremiti odgovarajuu dokumentaciju, odrediti mesto realizacije, predraun trokova i nain finansiranja. Uenici e na poetku kolske godine biti upoznati sa predvienim projektima, ciljevima projekta i primene realizovanih projekata. Za realizaciju projekta potrebno je formirati grupe od 4 do 6 uenika. Od svake grupe tokom projekta potrebno je formirati tim, tako da svaki tim realizuje svoj

Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Slobodan Aleksandrov i dr.

514

projekat. Na osnovu prezentovanih informacija, uenici biraju jedan od ponuenih projekata. Sa izborom projekta upoznaju se svi nastavnici koji realizuju nastavu u tom odeljenju, imenuju se voe projekata i njihovi saradnici. O svim aktivnostima potrebno je voditi pisanu evidenciju i formirati bazu podataka projekta. Projektna nastava e se realizovati kroz blok nastavu od 60 asova po grupama, i to u dve nedelje. Prva nedelja projektne nastave realizovae prve nedelje u decembru, a druga nedelja projektne nastave realizovati u drugoj nedelji aprila. U realizaciji projekta aktivni su svi nastavnici koji realizuju nastavu u oglednom profile tehniar mehatronike. Pre poetka i tokom projekta svi uesnici se moraju pridravati mera tehnike zatite. Organizacija projektne nastave, sa nosiocima i aktivnostima prikazana je u tabelama 1 i 2. Tabela 1: Organizacija aktivnosti prve nedelje projektne nastave

Radni dan Nosioci aktivnosti Aktivnosti Ponedeljak Hidrauliki i pneumatski sisatemi

Elektrini pogoni i oprema u mehatronici Sistemi upravljanja Mikrokontroleri

Poseta preduzeu PPT Zaptivke Upoznavanje sa mainama za presovanje,

princip rada Snimanje, fotografisanje maina Analiza rada prese u kolskim abinetima

Utorak Hidrauliki i pneumatski sisatemi Elektrini pogoni i oprema u meh. Sistemi upravljanja Srpski jezik i knjievnost Engleski jezik

Upoznavanje sa dokumentacijom prese Opis modula Formiranje grupa Izrada uputstva u elektronskom obliku na

srpskom i engleskom jeziku Sreda Hidrauliki i pneumatski sisatemi

kao objekti upravljanja Elektrini pogoni i oprema u meh. Modeliranje sa analizom elemenata i mehanizama

Izrada funkcionalne blok eme prese Izrada dokumentacije elektrine instal. Izrada dokumentacije pneumatske instal. Proraun i modeliranje elemenata prese Izrada detaljnih i sklopnog crtea prese

etvrtak Hidrauliki i pneumatski sisatemi Elektrini pogoni i oprema u meh. Sistemi upravljanja Raunarstvo i informatika 2

Izbor pneumatskih i mainskih kompon. Izbor elektrine opreme i kablova Formiranje porudbenica i slanje zahteva

dobavljaima za predraun komponenti Petak Hidrauliki i pneumatski sisatemi

Elektrini pogoni i oprema u meh. Sistemi upravljanja Matematika

Analiza dobijenih ponuda Proraun cene prese i formiranje narud. Priprema detaljnog plana za izradu prese Izrada prezentacije u elektronskom oblik

Priprema projekta u prvoj nedelji predstavlja veoma vaan korak za uspenu realizaciju projektne nastave. Sve komponente i materijal potrebno je obezbediti pre poetka druge nedelje projketne nastave, koje se realizuje u aprilu. Poto postupak izrade upravljake elektronike zahteva dui vremenski interval, za izradu protoripa i programiranje mikrokontrolerskog sistema koristiti asove vebi iz predmeta Digitalna elektronika i Mikrokontroleri. Na asovima predmeta Modeliranje sa analizom elemenata i mehanizama i Hidrauliki i pneumatski sisatemi kao objekti upravljanja, proveriti celokupnu dokumentaciju projekta. U tabeli 2 predstavljen je detaljan raspored aktivnosti svih uesnika u projektu. Postupak montae i testiranje mehatronskog sistema je dosta sloen proces, koji zahteva dobru organizaciju i koordinaciju izmeu lanova tima.

Posle realizacije projekta, veoma je vano da se izvri detaljna analiza toka realizacije projekta, istai dobre strane projekta i nedostatke koje treba ukloniti prilikom sledee realizacije projekta. Relaizovani projekti bie izloeni u holu kole, kako bi se uenici ostalih

Tehnika i informatika u obrazovanju, TIO 2010. Slobodan Aleksandrov i dr.

515

odeljenja upoznali sa rezultatima rada svojih vrnjaka. Poeljno je da prezentaciji projekata prisustvuju predstavnici kolske uprave, uenici, nastavnici, roditelji uenika, socijalni partneri, predstavnici lokalne samouprave i novinari. Tabela 2: Organizacija aktivnosti druge nedelje projektne nastave

Radni dan Nosioci aktivnosti Aktivnosti Ponedeljak Priprema elektromainskih

materijala Mainski elementi

Trebovanje materijala Seenje,turpijanje i priprema za spajanje Kontrola

Utorak Priprema elektromainskih materijala Mainski elementi

Buenje i urezivanje navoja Kontrola Spajanje metalne konstrukcije

Sreda Mainski elementi Hidraulike i pneumatske komponente Hidrauliki i pneumatski sisatemi kao objekti upravljanja

Montaa pneumatskih komponenti Povezivanje pneumatskog sistema Ispitivanje funkcionalnosti pneumatskog

sistema Pisanje izvetaja

etvrtak Elektrini pogoni i oprema u mehatronici Mikrokontroleri Sistemi upravljanja

Montaa elektrine opreme i komponenti Povezivanje elektrine instalacije Montaa upravljakog sistema Programiranje mikrokontrolera Testiranje maine runo/automatski

Petak Hidrauliki i pneumatski sisatemi kao objekti upravlj. Elektrini pogoni i oprema u meh. Raunarstvo i informatika 2 Engleski jezik

Priprema za prezentaciju projekta Vrnjaka prezentacija projekata Prezentacija projekta socijalnim partnerima Evaluacija projekta

4. ZAKLJUAK

Primena projektne nastave zahteva veliko angaovanje svih resursa kole. Ovaj tip nastave omoguava primenu steenih znanja i vetina uenika tokom kolovanja, uz nadzor i pomo nastavnika prilikom realizacije komplesnih projekata. Na ovaj nain razvijamo timski rad, partnerski odnos uenika i nastavnika, primenu novih nastavnih metoda, koorelaciju nastavnika iz razliitih predmeta i modula, to omoguava da nastava zaista bude usmerena na uenika. Projektnom nastavom razvija se saradnja kole, privrede, lokalne samouprave i prestavnika Ministarstva prosvete. Ovaj tip nastave treba planirati i razvijati u svim obrazovnim profilima srednjeg strunog obrazovanja. Slian model projektne nastave je primenjiv je i na visoko obrazovanje.

5. LITERATURA [1] Golubovi D., Mijatovi M., Robajac O.: Mehatroniko obrazovanje u srednjoj koli,

Tehnika i informatika u obrazovanju, str. 145-151, aak, 2006. [2] Tutunji T., Sallem A., Abd Rabbo S.,: An Undergraduate mechatronics project class

at Philadelphia University, Jordan: Metodology and expperience, IEEE Transaction on education, Vol.52, No.3, Avgust 2009