Игра Кирхгофа: 7 шагов (с иллюстрациями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Скучный фон:

Обучать электронике сложно, потому что многое в ней концептуально и трудно понять. Одна из таких сложных тем электроники включает законы Кирхгофа (законы напряжения и тока с сокращениями KVL и KCL соответственно). Я пропущу обучение KVL и KCL в этом Руководстве и оставлю это для читателя Google. Вместо этого я расскажу о большой игре Кирхгофа.

Я нашел эту многообещающую классную игру отставного учителя физики Джона Коэнрадса на его веб-сайте в Онтарио, Канада (https://sites.google.com/site/frugalphysics/kirchoff-game), и я успешно использовал ее в качестве профессора двойной регистрации. с моим классом центра карьеры и технического центра с учениками старшей школы 16 и 17 лет. Я хотел написать это руководство с инструкциями по шагам, которым я следовал, результатам и мыслям по улучшению в будущем.

Спасибо также другому учителю в этом классе, преподавателю мехатроники в средней школе Полу Латропу, взрослому, изображенному на рисунках ниже. Он был тем, кто нашел время, чтобы научить и оценивать студентов основам последовательного и параллельного расчета сопротивления - без которых уроки и игра по законам Кирхгофа не имели бы смысла. Это в значительной степени способ, которым он и я объединяемся в команду с этими учениками.

Ладно, хватит скучных вещей - переходим к игре!

Шаг 1: игровые плитки

В игре используются плитки, как в Scrabble. Перед уроком учитель должен распечатать их (желательно в цвете) и разрезать на отдельные части.

Игровые фишки представляют собой квадратные плитки, представляющие компоненты электрической цепи.

• Батареи

• Луковицы

• Предохранители

• Переключатели

Шаг 2: Настройка команд

Вместо того, чтобы заставлять отдельных учеников играть в игру, я решил создать команды, чтобы поддерживать темп игры быстрее. Это означает, что мне нужно было создать полный набор плиток для каждой команды.

Здесь вы видите, что я перемешиваю плитки перед тем, как положить их в отдельные командные конверты. Я дал каждой команде имя, "звучащее электронно", а также написал имя на обратной стороне каждой плитки для последующей очистки и подсчета очков.

Шаг 3. Команды по очереди расставляют игровые элементы

Каждая команда может выбрать случайные 6 частей.

Команды по очереди добавляют столько плиток к одной существующей или новой трассе, сколько они хотят.

На этой последовательности фотографий показана команда 1, которая делает свой первый ход, используя 4 игровые фишки.

Шаг 4: другие команды могут проверить, является ли это действительной схемой

Схема, созданная вновь размещенными игровыми фишками, действительна, если она…

• не имеет коротких замыканий (открытые цепи в порядке)
• каждая лампочка имеет указанный ток через нее согласно KVL
• каждая лампочка имеет определенное напряжение на ней согласно KVL

Шаг 5: вызов и подсчет очков

Противоборствующие команды могут бросить вызов, если посчитают, что схема недействительна. Если вызов остается в силе, игровые фишки должны быть удалены, но если вызов отменяется, вызывающая команда теряет свой ход.

Подсчет очков осуществляется путем добавления мощности только что добавленных лампочек. В этом примере всего было заработано 24 очка (или 24 Вт).

Шаг 6: оставшиеся правила игры

Команды заменяют свои плитки из перетасованного конверта так, чтобы у них всегда было в общей сложности 6 игровых фишек.

Мы также включили игровые элементы «переключатель» и «сплав» со специальными правилами, отмеченными на этих изображениях, но они не сильно повлияли на общий игровой процесс, и я, вероятно, не буду использовать их в будущих итерациях.

Игра завершена, когда у команды больше не остается достаточно тайлов в конверте, чтобы заменить все использованные тайлы. В этот момент игра останавливается и подсчитывается победитель.

Шаг 7. Как все прошло в реальной жизни

У нас было много учеников в классе, и мы смогли создать 4 большие команды по 5 учеников в каждой. Вы можете увидеть учеников, сгруппированных в команды по близости рассадки, а также окончательные результаты команд в конце игры, причем «Team mu» является явным победителем. Вы также можете увидеть окончательные схемы, которые они построили.

Совет для будущих игр:

Я думаю, что игровые элементы «Переключатель» и «Слияние» можно пропустить, потому что темп игры с таким большим количеством учеников оказался слишком медленным. В следующей итерации я бы увеличил количество лампочек и, возможно, увеличил бы количество игровых фишек, которые команда получает каждый ход.