Олимпиада МФТИ по электронике для школьников

    В этом году впервые состоится Олимпиада МФТИ по электронике для школьников 5-11 классов! Что ожидает участников? Сложные задачи, практическая работа по сборке схем, призы и рекомендации для поступающих!



    Задачи для примера: найти общее сопротивление участка цепи, построить таблицу истинности для схемы

    Все подробности об олимпиаде вы можете найти в социальной сети для абитуриентов Abitu.Net по адресу: http://abitu.net/event/1970

    Олимпиада состоит из двух этапов:

    • Онлайн-этап: 16 декабря — 1 марта 2017 года.
    • Очный этап: конец марта 2017 года

    В олимпиаде две возрастных категории. Рассмотрим их поподробнее, поскольку задания кардинально различаются.

    5-8 класс


    Онлайн-тур длится 3 часа и содержит несложные и забавные задания по электронике. Все задания имеют практическую направленность: в них нужно предсказать поведение устройства, найти ошибки в схеме, выбрать подходящий элемент и дополнить схему.

    Поскольку такого предмета, как «Электроника», в школьной программе нет, да и темы эти изучаются в учебнике за 8 класс, то эта возрастная категория содержит мотивирующие задания. Конечно, ученик ответит на задания лучше, если он, к примеру, ходит в кружок электроники или занимается дома самостоятельно. Но даже если он совсем новичок — мы указали темы, которые нужно знать, а также разобрали демо-задачи, поэтому не так сложно подготовиться и изучить материал самостоятельно. О темах и литературе будет далее, более подробно.

    Цель — заинтересовать и увлечь электроникой школьников, а также дать возможность кружкам электроники посоревноваться в уровне знаний их воспитанников.

    Вот, для примера, разбор одной из демо-задач. Здесь я рассказываю о том, как построить таблицу истинности для схемы из нескольких логических вентилей ИЛИ-НЕ. Как вы видите, это даже и не столько электроника, сколько информатика:


    9-11 класс


    А в этой возрастной группе уже всё серьёзно: сложные задачи по материалам из школьной программы. Они охватывают разные темы из школьной физики, но упор делается именно на электронику. Здесь цель — выявить самых сообразительных, чтобы в будущем работать с ними уже как со студентами МФТИ. Онлайн-тур длится 4 часа.

    Вот вам для примера — разбор первой демонстрационной задачи. Её и не каждый взрослый специалист решит, не правда ли? Только самые хардкорные задачи от кафедры общей физики МФТИ!



    Сразу ответ на частый вопрос: сколько баллов к ЕГЭ дает олимпиада? Ответ такой: на данный момент — нисколько, потому что олимпиада в этом году проводится первый раз. Поэтому пока приз такой: баллы в кадастр абитуриентов и рекомендации от организаторов к поступлению в Физтех-школу радиотехники и компьютерных технологий (ФРКТ), а также развивающие подарки и прохождение на заключительный этап на следующий год, когда олимпиада, возможно, станет уровневой

    Наша цель — сделать олимпиаду уровневой, чтобы она давала 100 баллов за ЕГЭ по физике. Но для этого олимпиада должна успешно стартовать в этом году и пройти по ключевым характеристикам, таким как число участников.

    Специфика олимпиады


    В чем отличие нашей олимпиады от множества других?

    Во-первых, очный этап будет проводиться с конструированием схем на макетной плате! Мы считаем, что электроника невозможна без практики, да и собирать схемы — это нечто новое на олимпиадах.



    В разборе демо-задач мы не только объясняем, как их решать, но и показываем решение «вживую» — из электронных компонентов.

    Во-вторых, мы постарались сделать задачи из «мотивирующей части» похожими на британский экзамен по электронике GCSE Electronics. Британские школьники могут выбрать его как один из факультативных при получении аттестата об общем среднем образовании. Из материалов теста можно сделать вывод, что экзамен достаточно сложен, при этом задания в нём очень интересные, и совсем не напоминают ЕГЭ. Наше мнение — российские школьники должны тянуться к этой планке и не уступать британским ровесникам.


    Источник картинки — видео для подготовки к британскому экзамену по электронике

    В-третьих, для нас очень важна мотивирующая часть олимпиады. Мы очень хотим, чтобы на олимпиаде школьники имели шанс познакомиться с электроникой и заинтересоваться ею в как можно более раннем возрасте: даже не в 8-11 классе (когда уже все думают о ЕГЭ и поступлении), а в 5-6 классе. Опыт школьных технических кружков демонстрирует нам, что уже в этом возрасте юный талант в состоянии понять основы электроники и цифровой логики.

    Появляется всё больше и больше кружков электроники — на волне интереса к хобби-робототехнике, приходит осознание того, что без электроники робототехника невозможна. Для кружков наша олимпиада — шанс проверить уровень своих воспитанников, шанс доказать родителям, что дети занимаются не впустую. Если у вас есть знакомые руководители кружков по электронике или робототехнике — пришлите им нашу статью, мы будем очень благодарны!


    Фото с занятий кружка по электронике в «Лиге роботов». Куда приложить свои таланты ученикам кружков? По хобби-робототехнике есть множество соревнований, а вот по электронике их единицы...

    Темы и список литературы


    Для подготовки к олимпиаде мы подготовили и предлагаем вам примерный список тем. В полном виде его можно посмотреть на сайте, но если вкратце:

    • Для школьников 5-8 классов это электрические цепи (закон Ома, параллельные и последовательные соединения), радиодетали (резисторы, светодиоды, конденсаторы, транзисторы, и прочие), цифровые микросхемы (счетчики, триггеры, мультиплексоры, дешифраторы), основы информатики (двоичное счисление, логические вентили)
    • Для 9-классников и более старших школьников — это школьная программа по физике: электроника, электротехника, термодинамика, механика и другие темы. Задача может попасться из любого раздела, поскольку олимпиада проверяет знание участником, в том числе, всего объема школьной программы по физике.

    Список литературы для подготовки к олимпиаде мы составили тоже достойный: здесь не только учебники, но и популярная литература, способная заинтересовать и увлечь. Вот литература для 5-8 классов, а для более старших в список добавляются также соответствующие учебники по физике для 9-11 классов.

    1. Перышкин А.В. Физика. 8 класс. Учебник.
    2. Петцольд Ч. Код. Тайный язык информатики.
    3. Платт Ч. Электроника для начинающих.
    4. Ревич Ю.В. Азбука электроники.
    5. Ревич Ю.В. Занимательная электроника.  
    6. Сворень Р.А. Электроника. Шаг за шагом.  
    7. Харрис Д.,  Харрис С. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера

    Последняя позиция из списка должна быть хорошо знакома хабровчанам благодаря постам YuriPanchul. Это учебник для вузов, но он написан понятным языком, там есть простые главы об основах цифровой электроники.

    “Искусство схемотехники” Хоровица и Хилла мы в список литературы всё-таки включать не стали, хотя знаем, что есть талантливая молодежь, которой и это под силу!

    Лирическое отступление


    Хочу поделиться своей историей о важности олимпиад в профориентации школьников.

    Мне было 13 лет, когда я заинтересовалась лингвистикой. Как? Ведь в школе такого предмета нет. Ответ простой: лингвистика была среди дисциплин олимпиады «Турнир Ломоносова», там были интересные задачки на логическое мышление и языковую интуицию. Мне они так понравились, что я с интересом обсуждала задачи с другими конкурсантами, стала читать книжки по лингвистике и захотела поступать в вуз на соответствующий факультет. В итоге, моя жизнь сложилась иначе, и я получила образование программиста, но согласитесь — лингвистика и точные науки весьма тесно связаны. До той олимпиады я не представляла, чем хочу заниматься: некоторые предметы нравились больше остальных, но желания заниматься ими профессионально не возникало.

    Мне бы хотелось, чтобы в итоге нашей олимпиады у ребят загорелись глаза, и чтобы эти ребята говорили: «Теперь я знаю, чего я хочу! Я хочу стать инженером и разрабатывать электронные устройства!» Вот в чем цель включения в олимпиаду предмета не из школьной программы: расширить кругозор и дать школьникам представление о новой для них дисциплине.

    Автор – Татьяна Волкова, специалист по учебно-методической работе ЦИОТ МФТИ (направление поддержки развития технического творчества), разработчик продуктов «Киберфизики»
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Комментарии 35
    • 0
      А что за странная запись логического элемента, когда сигналы, выходящие из A и B, раздваиваются?

      Вроде вот обычная запись:

      image
      • +1
        Аа! Пардон, я не въехал сразу. Это и есть элемент, только ему ноги закоротили, это часть условия задачи.
        • +1
          Всё там нормально :)
        • +3
          Отличная новость! Сам начинал с электроники в детстве, эх, была пора :) Самопаянные и самонастроенные спектрумы. Ностальгия :)
          • +4
            Какие-то задачи очень простые до неприличия. Решаются практически в уме.
            Решите-ка такую задачу:
            Есть проволочный куб, каждое его ребро имеет сопротивление 1 Ом.
            Найдите сопротивление между 2 противоположными по диагонали точками.
            • +1
              Какая разница? Все задачки на законы Киргоффа сводятся к решению обычных уравнений, при наличии современных систем компьютерной алгебры решаются элементарно. Вот задачки с бесконечным количеством элементов уже не так просты, там думать надо.
              • +2

                Ни та, ни другая задачи не требуют использования законов Кирхгофа для своего решения :)

                • 0
                  Если у нас есть три провода соединённых в одну точку, то вам нужно написать j_1 + j_2 + j_3 = 0. Называйте это как хотите, можно назвать законом сохранения заряда :)
                  • +2

                    Можно. Но зачем? Задача решается проще.

                    • 0
                      Без этого она вообще не решается. 1/R = \sum 1/R_i выведено именно оттуда.
                      • +2

                        Но это же не означает что данный закон нужен для решения задачи!


                        C++ тоже вот "выведен" из ассемблера — но мы же не говорим что без ассемблера Hello, world! на плюсах не написать?

                    • –1
                      это называется первое правило Кирхгофа
                • 0
                  Ваша задача принципиально не сложнее (также решается в уме, при этом). Сложнее количественно, но не качественно. И это по окончанию школы и, возможно, вышки. Совсем не тот случай, кто целевая аудитория олимпиады.
                  • +2

                    Да нет, все же немного сложнее. Та задача, которая на КДПВ, решается в лоб — там хорошо видно два параллельных соединения и одно последовательное.


                    А задача про куб требует знания трюка с симметрией.

                  • 0
                    Ваша «очень сложная» задача входит в сборник ЕГЭ. Загляните на досуге…
                    • 0
                      К сожалению, я учился до ЕГЭ.
                      Кстати, это означает, что она за 11 класс?
                      • 0

                        Зависит от того, в каком классе изучают электродинамику. Там же кроме нее в физике полно разделов, и проходят их по-очереди.

                        • +1
                          Сам экзамен по ЕГЭ — да, в конце 11го класса. Но в него входят темы за все годы обучения. Так что сказать, что эта тема изучается именно в 11м классе — нельзя. Зависит от программы, выбранной в конкретной школе — их существует несколько.
                          Комментарий mayorowp это подтверждает.
                      • +2
                        Задача про проволочный куб есть среди демонстрационных! Вот её разбор:

                        • +1
                          Спасибо. В свое время я убил на нее часы, но так и не смог решить. Даже собирался спаять кубик и измерить омметром.
                          Как видим, господа, решающие такую задачу в уме (Antervis, EmmGold), решают ее не правильно.
                          • 0

                            Извиняюсь за минус, я почему-то сначала подумал что вы сомневаетесь в самой возможности решить задачу в уме. А потом увидел их ответы :)

                        • –1
                          задачка с кубом тоже решается в уме (1 ом) если знать, как…
                          • 0

                            Вообще-то 1/3 + 1/6 + 1/3 = 5/6 = 0,83 (см. видеоразбор выше).

                          • 0
                            ~0,63
                            вот если все резисторы разные, это гораздо интереснее ;)
                            • 0

                              Вообще-то 1/3 + 1/6 + 1/3 = 5/6 = 0,83 (см. видеоразбор выше).

                            • 0
                              Тут главное симметрия.
                              Нарисуйте куб на плоскости в изометрии, получается как две буквы Y в шестиугольнике, одна прямая, а другая перевернутая (как знак мерседес).
                              Ток условно можно представить водой — ее наливают в середку одной буквы Y, и она вытекает из середки другой. В обоих буквах Y токи одинаковые, т.е. в каждом отростке течет по I/3.
                              Когда ток доходит до конца отростка, он разделяется, очевидно, из соображений симметрии -ровно пополам, т.е. там течет I/3/2=I/6
                              Далее по закону Ома: U1-U2=I/3*1+I/6*1+I/3*1=I/6*(2+1+2)=5/6*I
                              Очевидно, что U1-U2=Z*I, Z=5/6 Ом
                            • –1
                              Я правильно понимаю — у школьника в руках «Искусство схемотехники» Хоровица?
                              Где такие берутся? КТО дает им эти книги?
                              • +1
                                Я ждала, пока кто-нибудь заметит! Это очень хороший парень, которого я встретила на Всероссийской олимпиаде роботов в Иннополисе. Он, на самом деле, уже студент-младшекурсник, и очень сообразительный.

                                Я проводила мастер-класс, и этот парень заинтересовался схемой на таймере 555, стал искать про таймер в этой книжке. Он просто ходил с ней везде!

                                Так что фото скорее мотивирующее: если изучать электронику в школе — то в вузе не будете бояться читать книжки наподобие «Искусства схемотехники» :)
                                • 0
                                  А я сразу заметил и хотел было возмутиться, что ЕГО нет в списке литературы, но потом дочитал до послеследующего предложения и успокоился =)
                                • +1
                                  Да, именно она :)
                                  А в чем дело? Очень хорошая книга, у самого такая на полке стоит ;)
                                  • +1
                                    Классе в пятом мне попался второй том, используя таблицу из приложения я на бэйсике написал транслятор ассемблера, и вообще после той книги я в Spectrum с паяльником зачастил…
                                    … так-что да книга определённо вызывает не обратимые изменения мозга :-)
                                  • +1

                                    Не вижу никаких проблем.
                                    У самого лет с 16 есть эта книжка, и ничего, вроде живой пока ;)

                                  • +2
                                    Когда там уже переиздание Свореня будет? А то что-то всё заглохло с предзаказом и сайт не работает уже…
                                    • 0
                                      Я спросила об этом у Руслана Тихонова, который находится на контакте со Своренем. Получила такой ответ:

                                      Рудольф Анатольевич перерабатывает книгу, содержание, рисунки, схемы. Все требует времени, особенно с учетом почтенного возраста писателя. В любом случае, ближайшие пару месяцев подготовим новый материал о готовящейся книге. Так что процесс идет, все нормально. Сайт тоже поднимем, сейчас руки не доходят просто.
                                      • 0
                                        Собственно, вот Руслан: tirus, ему можно писать в личку по этой теме :)

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое