Sähköfysiikka (5 op)

Arviointiasteikko

H-5

Sisällön jaksotus

Sisältö:
- Tasavirtapiirien perusteet: resistanssi, jännite, virta ja teho.
- Ohmin laki, Kirchhoffin virta- ja jännitelaki, piiranalyysin perusteet.
- Yleismittarin käyttö ja yksinkertaisten piirien rakentaminen
- Vaihtovirtapiirien perusteet: kondensaattori, käämi ja impedanssi.
- Oskilloskoopin ja signaaligeneraattorin käyttö.

Tavoitteet

Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa:
- Selittää sähköopin, tasavirran ja vaihtovirran peruskäsitteet ja -lait.
- Selittää virtapiirin toimintaa peruskäsitteitä ja -lakeja hyödyntäen.
- Nimetä tasa- ja vaihtovirtapiirien peruskomponentit ja selittää niiden toiminnan.
- Ratkaista virtapiireihin liittyviä ongelmia.
- Rakentaa yksinkertaisia virtapiirejä.
- Suorittaa virtapiiriin liittyviä perusmittauksia.

Sisältö

- Sähköopin peruskäsitteet (jännite, resistanssi, virta ja teho)
- Tasavirta ja vaihtovirta
- Ohmin ja Kirchhoffin lait
- Virtapiiri ja kytkentäkaavio
- Virtapiirilaskut
- Kytkentäalustan käyttö ja virtapiirien rakentaminen
- Mittalaitteiden käyttö
- Virtapiirien peruskomponentit ja niiden toiminta

Oppimateriaalit

Pääasiallinen oppikirja (saatavilla netistä PDF-versiona):
Nimi: Electronics Fundamentals: Circuits, Devices and Applications
Kirjoittaja: Thomas L. Floyd (tai Thomas L. Floyd & David L. Buchla)
Painos: mikä tahansa

Luentomateriaali ja ITSissä jaettu lisäopiskelumateriaali

Vaihtoehtoisia kirjoja. Kaikissa on kurssin ylittävää tietoa, joten kirjoista vain soveltuvat osiot:
- Introductory Circuit Analysis (Boylestad)
- OpenStax College Physics AP (ilmainen online)
- Lukiofysiikan sähköopin ja sähkömagnetismin kirjat

Oppimateriaalia verkossa:
- electronic-tutorials.ws
- YouTube kanavat: OrganicChemistryTutor, KhanAcademy, Engineering Mindset.

Opetusmenetelmät

Kurssi koostuu
- Oppitunneista, joilla käydään läpi teoriaa ja laskuesimerkkejä.
- Laskuharjoituksista, joissa opiskelijat laskevat kotitehtäviä ja simuloivat virtapiirejä simulaattorilla.
- Laboratoriotyöskentelystä, jossa opiskelijat opettelevat käyttämään mittalaitteita sekä rakentavat ja mittaavat laskemiaan / simuloimiaan piirejä.

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Tentti viikolla 50 tai 51.
Uusinnat viikolla 51 tai tammikuussa.
Tarkemmat päivämäärät tiedotetaan, kun ne ovat opettajan tiedossa.

Pedagogiset toimintatavat ja kestävä kehitys

Kurssilla on perinteistä oppitunteja, joissa pyritään vuorovaikutteisesti pohtimaan ja keskustelemaan asioista. Tavoite on, että opiskelija pyrkii aktiivisesti ymmärtämään opiskeltavaa asiaa ja osaa tunnistaa oman osaamisensa. Samalla hän pyrkii aktiivisesti osallistumalla syventämään omaa osaamistaan.

Laskutunneilla opiskelijat harjoittelevat käytännön laskemista ja simulointia. He voivat tehdä tätä yksinäisesti tai pienryhmässä. Opettaja on paikalla tarjoamassa apua ja kertaavaa opetusta. Tavoitteena on harjoitella virtapiirien laskemista käytännössä ja vahvistaa matemaattisia taitoja. Samalla on mahdollisuus syventää osaamistaan pohtimalla laskujen ja saatujen tulosten merkitystä piirin toiminnan kannalta, ja miten nämä näkyvät simulaatioissa.

Ennen laboratorioon tulemista opiskelija harjoittelee omatoimista valmistautumista lukemalla läpi työohjeet ja ymmärtämällä mitä hän on tulossa mittaamaan ja miten hänen tulee suorittaa mittaukset. Tätä varten hän on myös laskenut ja simuloinut vaadittavat ennakkotehtävät.

Laboratoriotyöskentely tapahtuu parin kanssa - tai mahdollisuuksien mukaan yksin. Keskeisin tavoite on aktiivisella työskentelyllä oppia mittalaitteiden käyttöä ja piirien rakentamista kytkentälevylle. Lisäksi tavoitteena on oppia omatoimiseen työskentelyyn pienryhmässä ja raportoimaan mittaustuloksia. Samalla pyritään syventämään teorian ja käytännön välistä yhteyttä. Osassa labroja on alussa opetusta, jossa käydään läpi muun muassa mittalaitteiden käyttöä hieman tarkemmin.

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

Osaamisen näyttö on mahdollinen. Tästä on sovittava erikseen opettajan kanssa.

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

Tuntimäärät ovat ohjeellisia. Jos opiskelijalla on ennestään kokemusta sähköopista ja mittalaitteista, voi vaadittava työmäärä olla hieman vähäisempi. Mikäli opiskelijan matemaattiset taidot vaativat kertausta ja/tai sähköopin peruskäsitteet eivät ole tuoreessa muistissa, on suositeltavaa käyttää enemmän aikaa omatoimiseen opiskeluun. Erityisen suositeltavaa on valmistautua oppitunteihin tutustumalla materiaaliin etukäteen ja kerrata oppimateriaali sekä laskuesimerkit ajatuksella oppitunnin jälkeen.

Luennot: 8x 2 h = 16 h
Laskuharjoitukset / simulaatiot: 7x 2 h = 14 h
Kotitehtävien tekeminen omalla ajalla: 7x 2h = 14 h
Labroihin valmistautuminen: 5x 2 h = 10 h
Labratyöskentely: 5x 2 h = 10 h
Mittausten raportointi: 5x 2 h = 10 h
Omatoiminen opiskelu ja kertaaminen: 40 h

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Kurssin arviointi koostuu osallistumisesta oppitunneilla ja laboratorioihin, tehdyistä kotitehtävistä, simulaatioista ja labratöistä sekä niiden raportoinnista ja loppukokeesta.

Kurssi järjestetään ensimmäistä kertaa, joten painotukset saattavat muuttua hieman ennen kurssin alkua. Tästä ilmoitetaan kuitenkin kurssin alussa selkeästi ja ne päivitetään PEPPIin.

Oppitunneilla on läsnäolopakko.
Kotitehtävät ja simulaatiot ovat n. 33% arvosanasta.
Laboratoriotyöt ja raportit ovat n. 33% arvosanasta.
Loppukoe on n. 33% arvosanasta.

Hylätty (0)

Opiskelija ei ole täyttänyt yhtä tai useampaa kurssin minimivaatimuksista.

Opiskelijalla ei ymmärrä sähköopin perusteita ja / tai osaa suorittaa siihen liittyviä mittauksia.

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1-2)

Teoria:
- Opiskelija tietää sähköopin ja elektroniikan perussuureet ja -yksiköt. Hän osaa nimetä ne ja tietää näitä vastaavat tunnukset tai symbolit.
- Opiskelija tietää sähköopin peruskäsitteet ja -lait, mutta hänellä on jotain virhekäsityksiä.
- Opiskelija tietää mikä on RLC-piiri ja osaa laskea yksinkertaisia laskuja.

Käytäntö:
- Opiskelija osaa mitata rakentamastaan virtapiiristä yleismittarilla aina oikein yksittäisen vastuksen tai useamman vastuksen resistanssin, virran ja jännitteen.
- Opiskelija osaa lukea oskilloskooppia ja tulkita kuvaajasta vaadittavat perussuureet.
- Opiskelija osaa rakentaa yksinkertaisen virtapiirin.

Arviointikriteerit, hyvä (3-4)

Teoria:
- Opiskelija ymmärtää peruskäsitteiden ja -lakien merkityksen virtapiirissä.
- Opiskelija osaa soveltaa tietoa myös monimutkaisemmille piireille. Esimerkiksi suunnittelemalla itse yksinkertaisen piirin tiettyjen vaatimusten mukaan (jännite, virta, teho, jne).
- Opiskelija osaa analysoida piiriä abstraktilla tasolla (kuvailla piirin toimintaa ilman laskemista).
- Opiskelija ymmärtää vaihtovirran perusteet RLC-piirissä (tai RL- ja RC-piirissä) ja osaa laskea aiheeseen liittyvät peruslaskut lähes poikkeuksetta oikein.
- Hän kykenee kuvailemaan RLC-piirin toimintaa ja miten sitä voidaan soveltaa eri tilanteissa.

Käytäntö:
- Opiskelija osaa käyttää oskilloskooppia järjestelmällisesti oikein mittausten suorittamiseen.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

Opiskelija ymmärtää syvällisesti sähköopin teorian ja osaa soveltaa sitä käytäntöön. Hän ymmärtää virtapiirien toiminnan ja osaa analysoida peruspiirien toimintaa virheettömästi. Hän osaa käyttää mittalaitteita esimerkillisesti sillä tasolla, että hän osaisi opettaa näiden käyttöä ja tunnistaisi mahdollisia mittausvirheitä. Hän kykenee suunnittelemaan itse virtapiirejä asetettujen vaatimusten mukaisesti ja kykenee perustelemaan tekemänsä valinnat ja niiden vaikutuksen piirissä.

Esitietovaatimukset

Lukion lyhyt tai pitkä matematiikan oppimäärä
TAI
peruskoulun matematiikan oppimäärä, ammattiopetuksen matematiikan opintojaksot
TAI
vastaavat tiedot ja taidot

Lisätiedot

ITSlearning toimii virallisena ilmoituskanavana.
ITSlearningissä on käytössä myös anonyymi keskustelupalsta.
Viestintä opettajan kanssa mielellään sähköpostilla tai keskustelupalstan kautta.

Kurssilla on läsnäolopakko. Laboratoriotöitä ei voi suorittaa kuin osallistumalla mittauskerroille. Lisäksi opetus perustuu opettajan antamaan henkilökohtaiseen palautteeseen ja tuki opiskelijalle sekä muu vuorovaikutus oppitunneilla ovat olennainen osa kurssin opetusta.