Урок по физике «Предоставляем услуги связи» (11 класс)

Учитель физики высшей категории МБОУ СОШ №5 г. Липецка Киселева Ирина Владимировна

Урок по теме: «Предоставляем услуги связи»

Тип урока: интегрированная учебно-деловая игра

Задачи урока:

Образовательные:

• повторение, коррекция и закрепление знаний по теме «Электромагнитные волны», «Переменный ток» в разделе «Основы электродинамики» и «Звуковые волны» в разделе «Механические колебания»;

• формирование умений самостоятельно мыслить, применять полученные знания при решении физико-технических задач - формирование общих компетентностей; через межпредметную интеграцию способствовать формированию ключевых компетентностей.

Развивающие:

• развитие умения обобщать материал, применять знания при решении нестандартных заданий политехнического направления,

• знакомство с устройством современных телекоммуникационных сетей и инфраструктурой системы связи.

Воспитательные:

• воспитание культуры сотрудничества при работе в группах,

• умения грамотно выражать свои мысли и отстаивать точку зрения.

ТСО: компьютер, проектор.

ХОД УРОКА:

Данный урок проводится после изучения в 11 классе темы «Электромагнитные волны», в классах с углубленным или расширенным изучением физике.

За 2-3 дня до урока класс условно делится на 4 группы

• Группа маркетинга,

• Группа инженеров-техников,

• Группа потребителей услуг,

• Группа технической поддержки.

В процессе игры каждая группа может меняться своими функциями друг с другом, поэтому всем обучающимся рекомендуется проработать следующие вопросы теоретической части:

Вопросы для повторения:

1. Характеристики электромагнитных и звуковых волн (период, частота, скорость),

2. Свойства электромагнитных и звуковых волн (отражение, преломление, перенос энергии, дифракция),

3. Принципы беспроводной передачи информации на расстояние с помощью электромагнитных волн (радиосвязь) и по проводам (телефония),

4. Демодуляция, детектирование, модуляция, электрический резонанс, мощность излучения,

5. Переменный ток, цепь переменного тока,

6. Индуктивность, индуктивное, ёмкостное сопротивления,

7. Полное отражение, волоконная оптика,

8. Интернет как средство передачи информации (общий принцип работы),

9. Понятия из информатики: провайдер, потребитель, домен, сайт, сервер, скорость доступа, протокол обмена информацией, модем, скорость передачи данных, широкополосный доступ, 1 байт, 1бит, 1 мод информации, цифровой, аналоговый сигнал.

Группа маркетинга готовит проекты по темам:

• «Организация кабельной инфраструктуры сети доступа Fiber To The X (Оптическое волокно до…)»,

• «ADSL - модемная технология передачи данных».

Вступительное слово учителя.

Время новых технологий, новых открытий, новых терминов…Провайдер, браузер, широкополосный доступ - эти слова прочно вошли в нашу жизнь. Эта деловая игра поможет разобраться не только в том, что обозначают новые термины, но и понять физические основы передачи больших потоков информации на расстояние.

1. Проверка компетентности.

Итак, мы с вами являемся сотрудниками большой компании, предоставляющей услуги связи населению. Чтобы быть конкурентно способными на рынке услуг, среди нас должны работать специалисты высокого уровня, способные быстро и компетентно разрешать вопросы, связанные с их деятельностью.

Каждая группа поочередно задает вопрос, входящий в структуру рассматриваемых тем. Отвечающие имеют право на обсуждение и пользование компьютерным словарем терминов в течение 1 минуты. Группа, ответившая быстрее остальных, получает бонусы (Приложение 1).

2. Выбираем стратегию.

Работа нашей компании должна быть построена на нескольких основополагающих принципах:

• грамотного подбора квалифицированного персонала,

• выгодного сотрудничества с организациями, поставляющими оборудование,

• умелого маркетинга,

• стратегии развития в соответствии с новейшими разработками в области связи, включающей и задачи строительства и модернизации сети.

Сети передачи данных могут быть классифицированы следующим образом:

• Автономные локальные сети (внутри предприятия, офиса, дома, квартиры).

• Локальные сети с выходом в транспортную (первичную) сеть (например, в Интернет).

• Сети непосредственного доступа потребителей в транспортную сеть.

Для экономии и удобства доставки интегрированных услуг современные телекоммуникационные сети строятся по принципу двух уровней:

1. магистральные транспортные сети,

2. сети абонентского доступа (состоящих из сети доступа (access network) и сети распределения (distribution network).

При строительстве сети до 90% всей стоимости приходится на ее нижнее звено, то есть на местную сеть, или сеть доступа. Для решения проблемы «последней мили» сегодня предложен целый ряд технологий. «Последняя миля » - это часть сети связи общего пользования, расположенная между точкой распределения ресурса первичной сети и абонентским оборудованием. Кроме традиционных проводных технологий для распределения информации используются беспроводные системы абонентского доступа и ряд других технологий. Диапазон телекоммуникационных услуг, предоставляемых сейчас конечным пользователям, достаточно широк: передача данных, доступ в Интернет, телефония, интерактивное видео, связь с подвижными объектами (приложение 2).

Какое оборудование необходимо для обеспечения качественных телекоммуникационных услуг?

• абонентский терминал (АТ) - приемно-передающее радиоустройство небольших размеров с внутренней или внешней антенной. Оконечное пользовательское оборудование подключается непосредственно к абонентскому терминалу и через радиоканал имеет доступ к сети связи (для беспроводных сетей);

• точка доступа (ТД) - устройство, обеспечивающее связь абонентов сети доступа с телекоммуникационной (первичной) сетью доступа - сетевая карта, модем (для проводных сетей);

• точка распределения (ТР) - элемент первичной сети, обеспечивающий организацию сети распределения с точками доступа - коммутатор(для проводных сетей).

Термин «сеть распределения » подразумевает часть сети между точкой доступа и точкой распределения. В точке доступа должна обеспечиваться реализация протоколов сети доступа при взаимодействии с абонентскими терминалами, протоколов сети общего пользования при работе с узлом коммутации, а также взаимное конвертирование этих протоколов и управление потоком данных в системе абонентского доступа. На практике эти функции выполняют маршрутизаторы (в сетях передачи данных), концентраторы и базовые станции (в сотовых сетях и системах беспроводного абонентского доступа) и некоторые другие устройства. Как для сети доступа, так и для сети распределения могут быть использованы различные технологии, которые выбираются в зависимости от требуемой пропускной способности, стоимости планируемой сети, топологии, ограничений, вводимых различными регулирующими организациями и т.д.

Обзор типов связи, использующей радиоволны (Приложение 3).

Ближайшие задачи нашей компании - более широкое использование широкополосного интернета, в частности, технологии FTTX.

3. Предоставление услуг.

Группа маркетинга предоставляет готовые проекты.

4. Решаем проблемы связи.

Девиз любой компании, предоставляющей услуги связи населению, - обеспечить надежную и качественную связь своим абонентам. Но иногда, при внедрении новых технологий или по другим причинам возникают определенные проблемы, которые сотрудникам компании необходимо разрешать оперативно. В этом случае требуется мобильность и творческий подход к делу.

Каждая группа получает задание, на решение которого требуется минимум времени (приложение 4).

5. Подведение итогов игры.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что представляет собой переменный электрический ток? По какому закону изменяется сила переменного тока в цепи?

2. Как влияет на величину переменного тока наличие в цепи индуктивности? От чего зависит величина индуктивного и емкостного сопротивлений в цепи переменного тока?

3. Каковы основные принципы радиосвязи?

4. Какие свойства электромагнитных волн используются в радиосвязи?

5. Что означают термины «модуляция», «демодуляция»?

6. Какую роль в радиоприеме играет электрический резонанс? Как он осуществляется?

7. Что такое модем? Общий принцип работы.

8. Чем отличается аналоговый принцип передачи данных от цифрового?

9. Какое свойство света используется в оптоволокне?

10. Что такое протокол передачи данных? Тип протокола TCP/IP.

11. Объяснить термин «широкополосный интернет».

12. Перечислить основные методы доступа в Интернет.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

СВЯЗЬ

проводная

беспроводная

радио

аналоговая

цифровая

Сотовый, радиотелефоны

факс

радио

Wi-Fi

Телефон

Телефония

интерактивное видео

Кабельное TV + IPTV

Спутниковое TV, MMDS HTTV(перспектива)

TV (перспектива)

Коммутируемый интернет

Широкополосный интернет

Интернет(3G, GPRS), телефония

FTTX

ADSL

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ДИАПАЗОНЫ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАДИОСВЯЗИ.

Название диапазона

частота

Длина волны

Особенности и законы распространения

Длинные волны (ДВ)

150-450 кГц

2000-670 м

Сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.

Средние волны (СВ)

500-1600 кГц

600-190 м

Сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.

Короткие волны (КВ)

3-30 МГц

100-10 м

Распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью - более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е расстояния при малой мощности передатчика.

Ультракороткие волны (УКВ)

30 МГц - 300 МГц

10-1 м

Распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.

Высокие частоты (ВЧ - сантиметровый диапазон)

300 МГц - 3 ГГц

1-0,1 м

Не огибают препятствия, распространяются в пределах прямой видимости. Используются в WiFi, сотовой связи и т.д.

Крайне высокие частоты (КВЧ - миллиметровый диапазон)

3 ГГц - 30 ГГц

0,1-0,01 м

Не огибают препятствия, отражаются большинством препятствий, распространяются в пределах прямой видимости. Используются для спутниковой связи.

Гипервысокие частоты (ГВЧ - микрометровый диапазон)

30 ГГц - 300 ГГц

0,01-0,001 м

Не огибают препятствия, отражаются подобно свету, распространяются в пределах прямой видимости. Использование ограничено.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ГРУПП.

1. В результате распространения радиоволн возможна их интерференция, что приводит к снижению качества принимаемого сигнала. Предложите пути решения этой проблемы.

ОТВЕТ: предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.

2. Почему в значениях данных параметров (скажем, скорости передачи) одной и той же радиолинии случаются расхождения?

ПОДСКАЗКА: Проанализируйте, что характеризуют техническая скорость передачи информации (измеряемая в бодах) и «битовая » скорость передачи.

ОТВЕТ: Скорость передачи в радиолинии, использующей дискретные, например, цифровые сигналы, измеряется в бодах, что соответствует числу дискретных изменений параметров сигнала в единицу времени. Иногда данный параметр называют технической скоростью передачи, так как он характеризует работу модема радиолинии. Информационная скорость передачи измеряется в битах или байтах, передаваемых в единицу времени, и характеризует производительность источника информации. Потребителя интересует «битовая » скорость передачи, а производитель реализует ее с помощью конкретного модема. Отсюда следует расхождение в значениях данных параметров для одной и той же радиолинии.

3. Каким образом уменьшить энергопотребление абонентского терминала?

ПОДСКАЗКА: Вспомните, что предусматривается для этого в обычном мониторе.

ОТВЕТ: Абонентские терминалы могут находиться в трех режимах: активном (ведется передача), в режиме дежурного приема (терминал готов к немедленной передаче) и режиме «сна », из которого терминал выходит лишь периодически и достаточно долго. Последний режим резко уменьшает энергопотребление абонентского терминала.

4. При резонансе длина антенны должна быть в четыре раза меньше длины принимаемой электромагнитной волны. Почему на практике пользуются антеннами значительно меньшей длины?

ОТВЕТ: Для уменьшения габаритов принимающего устройства. Прием короткими антеннами дает слабый сигнал, который затем усиливается усилителем высокой частоты. Таким образом, недостаток антенны компенсируется высокими качествами усилителя радиоприемника.

5. При изменении трафика (увеличении скорости) ADSL технологии подключения к сети Интернет происходят частые разрывы соединения, тогда как в FTTB подключении этого не случается. Чем это может быть вызвано? ПОДСКАЗКА: Учтите, что кабель старый и в нем могут быть скручивания.