Imię i nazwisko autora:

Jarosław Krakowski

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Diody LED

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.

VII. Prąd elektryczny. Uczeń:
8) opisuje funkcje diody jako elementu przewodzącego w jednym kierunku oraz jako źródła światła.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.

VIII. Prąd elektryczny. Uczeń:
14) opisuje funkcje diody jako elementu przewodzącego w jednym kierunku, przedstawia jej zastosowanie w prostownikach oraz jako źródła światła.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśni, jak jest zbudowana dioda LED,

2. omówi zasadę działania diody LED,

3. wytłumaczy, dlaczego diody mogą emitować światło o różnych barwach i od czego zależy barwa emitowanego światła,

4. zastosuje zdobytą wiedzę do rozwiązywania zadań,

5. przeanalizuje i zinterpretuje animację ilustrującą zasadę działania diody LED.

Strategie nauczania:

IBSE (Inquiry‑Based Science Education - nauczanie/uczenie się przedmiotów przyrodniczych przez odkrywanie/dociekanie naukowe)

Metody nauczania:

- wykład problemowy,
- burza mózgów.

Formy zajęć:

praca zespołowa, praca w parach przy rozwiązywaniu zadań.

Środki dydaktyczne:

Animacja pokazująca działanie diody LED, wykres charakterystyki diody, zestawy zadań. latarka LED, żarówka LED, dowolne urządzenie elektroniczne z wyświetlaczem LED.

Materiały pomocnicze:

rzutnik multimedialny, ekran.

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Uczniowie przypominają zasadę działania diod oraz charakterystykę prądowo – napięciową diod.
Nauczyciel zwraca uwagę na zjawisko rekombinacji elektron‑dziura występujące w warstwie stykowej diody, w której płynie prąd w kierunku przewodzenia. Stawia uczniom dwa problemy:
- rozstrzygnąć, czy rekombinacja jest procesem egzo- czy endoenergetycznym;
- wskazać formy, w jakich energia może występować podczas zachodzenia procesu rekombinacji.
Uczniowie formułują hipotezy, podają argumenty. W tej fazie nauczyciel jedynie zapisuje pomysły uczniów, po nadaniu im w dyskusji właściwej, czytelnej postaci. Nie rozstrzyga, które pomysły są fałszywe a które prawdziwe.

Faza realizacyjna:

Uczniowie zapoznają się z animacją i na jej podstawie rozstrzygają, jakie przemiany energetyczne prowadzą do wytwarzania światła przez diodę LED. Formułują hipotezę o różnicy pomiędzy diodą prostowniczą a diodą LED.
Nauczyciel stawia problem sprawności procesu przekształcania energii elektrycznej w energię świetlną. Wskazuje kilkakrotnie większą sprawność diod LED w porównaniu ze źródłami żarnikowymi (dalej: żarówki).
Uczniowie rozwiązują problemy zaproponowane po animacji. Na tej podstawie konstruują uzasadnienie dla różnicy sprawności pomiędzy diodą a żarówką. W trakcie wymiany myśli nauczyciel występuje m.in. w charakterze konsultanta. Podaje - w formie popularnej - niezbędne informacje o:
- widmie światła emitowanego przez diody,
- widmie światła białego,
- promieniowaniu ciała doskonale czarnego i widmie emisyjnym żarówki,
- falowej i fotonowej interpretacji światła,
- ewentualnie o innych zjawiskach, które mogą wypłynąć w dyskusji, z którymi uczniowie nie zapoznali się jeszcze w szkolnym kursie fizyki.

Faza podsumowująca:

Uczniowie rozwiązują zadania: 1, 2, 4, 6 i 7 z zestawu ćwiczeń.
Nauczyciel pełni podobną rolę konsultanta; także obserwuje i kontroluje pracę uczniów.

Praca domowa:

Uczniowie zapoznają się z resztą e‑materiału (utrwalanie wiadomości) i rozwiązują zadania 3, 5, i 8 z zestawu ćwiczeń (wykorzystanie umiejętności).

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Multimedium może być wykorzystywane przy powtarzaniu wiadomości i na lekcjach, na których są omawiane zastosowania diod LED.