电子学2-电子时钟讲义

小小发明家系列课讲义电子学模块第二讲：电子时钟一、课程目标知识学习目标：1.重点掌握的机械钟表的工作原理：擒纵器提供精确的计时。2.重点了解电子时钟的工作原理：石英晶振通电振动产生电信号，时钟模块将将电信号传递给显示模块，显示出时间。3.一般了解时间的单位。4.一般了解历史上的一些计时工具和原理。探究学习目标：1.通过课前小游“老狼老狼几点了？了解时间引出对于时间单位的学习。2.通过时间系列实验来体会不同时期的钟表的不同原理，激发学生对学习电子时钟的兴趣。3.通过对于游戏“猜时间”让学生们掌握误差和错误，并且用图片展示不同种类的钟表来激发学生们学习的兴趣，体验科学的乐趣。火星盒子制作目标：1.观察和认识电子时钟的组成部分和主要元件2.在教师指导下动手组装完成电子时钟的制作3.学会电子时钟的使用方法和生活应用场景二、课堂组织形式1.组织趣味互动游戏2.问答式课堂互动3.随堂趣味测试题4.融入趣味故事讲解5.设计互动探究实验6.火星盒子制作演示和指导7.课后习题巩固三、课堂准备名称内容来源备注1PPT课件课程全流程演示文稿火星人课件2组装制作说明视频组装制作电子时钟的说明视频火星人备课视频组装流程视频说明3互动游戏游戏一“老狼老狼几点了？”游戏二“猜时间”火星人课件4互动实验教具“演示沙漏“：沙漏“擒纵器展示：擒纵器“机械钟展示：机械闹钟“电子钟展示：电子钟需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）5学生组装器材及工具火星盒子——电子时钟（每人一套、螺丝刀（每人一套）火星盒子需按学生数量在商城订购；螺丝刀需根据学生数量由教师提前准备。注意事项：火星盒子和螺丝刀提前收好，需要在理论讲解之后，如果在课前即摆在学生面前，会极大分散学生的注意力，不利于理论知识讲解和课堂互动。6课后习题考核本科学习知识点，客观题+主观题本讲义最后部分四、详细上课流程本节课括课热和8步具体：（首先通火星讲解课的故景。（通过提及知谱讲解式回节内容。（）第-5步为论讲解时长需在0分钟内，过小火故事主题，过游体验时，掌间单位的识了不同时的计式及原中点掌握械钟和电钟的原理学习纵的知识过小戏习误差错误同固电时原理并且过同种类时钟宽眼体科的乐趣。（）第6步为动手操组装电子时，需指导、护秩保证安，时制在-0分钟。（）第7步为总结，长为0钟。（）第8步为作业布，把内容延到生。（总时长为120分钟，预留5-10分钟休息时间）上课步骤主要内容注意事项【课堂预热自我介绍+背景引入【对应PPT】火星来信【时长】3min【新学员介绍】如果不是首节课，则不需要完全进行，重点介绍新学员与老学员互相认识，快速融入班级【情景引入】最近我在学习自己看时间，可是家里的圆盘钟表我看了一会就看迷糊了，完全不知道是几点，爸爸妈妈也不在家，今天和阿呆约好去他家玩我都迟到了。呜呜呜，地球朋友们你们能帮帮我吗？【衔接话术】那么我们可以给他做一个给直接能够显示几点的钟表也就是电子时钟。（1）不要在课程开始时发给学生盒子器材，会分散学生注意力。（2初步认识产生基本信任感，减少紧张和陌生情绪。【知识回顾】回顾上节内容【对应PPT】复习内容【时长】3min【衔接话术】那我们怎么来制作一个电子时钟呢，在学习之前呢，我们先来复习一下上节课的内容。【讲解】复习巩固上节课的内容【第1步】了解时间和时间单位【对应PT“你了解时间吗？”部分【衔接话术】那要制作一个电子时钟呢，我们就要先来学习一下时间的知识，首先让我们一起玩一个游戏，获得胜利的小朋友有奖励哦。【游戏/实验】游戏一“老狼老狼几点了？”游戏规则：游戏注意：1、老师可以先找一个小朋友做一组示范，然后再进行游戏。2、游戏时注意一下时间，不要游戏时间过长。【时长】10in1、一个小朋友当作“狼，背对其余小朋友站在教室前，2、其余小朋友“老狼老狼几点了？站在教室前小朋友随意回答时间（比如“9点了。3、在听到几点了以后（比如“9点了）其余小朋友迅速胳膊代表钟表的时针分针摆出相应时间的的样子当教室前小朋友回头以后，摆时间的小朋友就不能动了。4、回答完毕教室前小朋友回头检查有没有摆错了的小朋友摆错了的小朋友来当作狼。5、最后没有当过狼的小朋友会获得游戏胜利，得到一些小礼物。3、最后游戏胜利的小朋友可以获得一些奖励（一些加分，贴纸之类的。注意学生年纪比较大可以提问回答形式讲解学生年纪较小可以讲述知识。【讲解】小朋友们，你们都做的很棒，那么刚才我们大家都扮演了一个钟表，那么钟表都有什么指针啊？学生：时针分针秒针老师：是的钟表都有三种指针来表示时间。最短的时针，中等长度分针和最长的秒针。老师：小朋友们，那么秒针走一圈是多少？学生：一分钟老师：那么分针走一圈呢？学生：一个小时老师：时针走一圈呢，是一天吗？学生：自由回答老师时针走两圈才是一天了也就是24个时同学们都很棒那么一年有几个月有多少天呢？学生：一年十二个月，365天【衔接话术】同学们说的非常好，我们通过把时间划分，就划分成了好多段，有了很多的叫法，这些都是时间的单位。那么我们目前了解到的最小的时间单位就是秒了对吧~【提问】你们有觉得比秒更小的时间单位吗？【讲解】还有毫秒，毫秒是多快呢，他是一秒钟的千分之一，一只苍蝇扇一次翅膀的时间是3毫秒。【第2步】古代计时方式【对应PT“古代怎么计时？”部分【时长】10in1、看影计时【衔接话术我们现在有钟表手机能够计时那么两千多年前的古时候没有钟表他们怎么去知道现在是几点呢？【讲解最早的时候人们“日出而作日而归。依靠太阳和月亮把一天分成两段太阳升起来是白天太阳落山是晚上后来人们发现这样的计时太笼统了，后来人们发现在白天的时候人的影子会变化，这样就把白天的时间划分细了。【随堂小测试】老师：影子是怎么形成的，他的原理是什么？学生：光沿直线传播形成影子。【衔接话术那么古人是根据影子的什么特征来划分的呢？【总结】根据影子变化的规律可以把白天分成三份，可是这样还是不够精确后来聪明的人类发现有一种更好的方法，发明了日晷（图片展示）【讲解其实日晷的原理呢也是光沿直线传播太阳时每天都要升起落下这是不变的所以用太阳光产生的影子来计时我们来观察晷针的影子来判断时间。日晷把一天分成了12份，也就是12时辰。【提问】我们现在一天是24个小时，古代晷把一天分成12个时辰，么一个时辰等于几个小时呢？（学生自由回答）【讲解】一个时辰等于两个小时。3、流沙计时【衔接话术】日晷是用太阳光去计时的，那么阴天，晚上还能用吗？都用不了了所以这个计时工具的使用限制条件就比较多了那么西方也有人发明了计时工具—沙漏在一定时间内沙子流出来的多少是一致的沙漏用流沙计时大家应该对沙漏很熟悉我们现在也有在使用的地方，比如餐厅上菜时用来计时。【实验/游戏】展示沙漏实验材料；沙漏实验步骤：展示沙漏。4、滴水计时【衔接话术古代人们也发明了一种跟沙漏很像的计时器只不过漏的不是沙子而是水那他什么样子呢？就是图片上这个——漏刻（展示图片。通过滴水来计算时间在相同时间里滴水的量是一样的。当我在桶里倒水时最下面的桶里水会越来越多桶里会有一个浮标上面标着不一样的时间这样通过看浮标上的标注就能计时了。【讲解那么漏刻主要是依靠桶里面的水去计量时间的那要计量一天的时间就需要特别大的桶或者是一直倒水也不是很方便后来人们进行了改进研究出来这么一个大家伙——水运仪象台（图片展示。这是一个超大规模的计时器，他有12米高大概有十个小朋友加起来这么高，我们通过图片也能看出来人在水运仪象台里面都变得超级小水运仪象台有很多功能，可以天文观测、进行天文演示、计时、报时等他是靠水流来提供动力的它的精确度可以到每天误差不到1秒为什么可以这么精确呢？因为在这座巨型计时器里有一个结构叫做擒纵器擒纵器是后来的机械表里最关键的结构被称为机械表的“心脏。那么什么是擒纵器呢？老师这里就有一个擒纵器，我们一起来看一下。【实验/游戏】擒纵器展示实验教具：擒纵器实验步骤：展示擒纵器【讲解擒纵器就是这个东西他有一个齿轮和一个小爪子当我转动齿轮的时候小爪子就会动而且小爪子还会控制齿轮让他每一次只走一个齿这样一松一紧一擒一放擒器就是这么工作的但是它多久走一个齿，这个不是固定的是我们可以控制的。【第3步】机械钟到电子钟的发展【对应PPT“钟表现啦”部分【时长】15in1、机械表【衔接话术】我们刚刚说，擒纵器是机械表的心脏，那么你们知道你们的家里有哪些表吗？你们见过什么表？（学生自由回答）老师：那你见过的表都是需要电池的吗？学生：自由回答【讲解机械表是有一个独特的特点是它不用电池也能够工作那么它怎么工作的呢？老师这里正好有一个机械小闹钟，咱们可以通过实物来看一下。【实验/游戏】学习机械表的工作原理实验材料：机械表（将后盖去掉）实验过程：展示机械表，并且针对各部分进行讲解。【讲解我们能看到机械表有很多部分机械表会有发条发条负责给整个表提供动力产生了动力以后通过齿轮将动力传递传递到游丝的部分游丝开始有规律的运动，游丝的运动带着擒纵器结构一起运动，这个时候开始钟表开始计时，秒针开始转动。【总结】机械表的工作原理就是发条系统提供动力，齿轮组进行动力传动，游丝部分负责有规律的运动，并且和擒纵器一起使得钟表计时。【衔接话术那么现在的机械钟都是有这几部分组成的但是古代还没有发明出来发条之前人们用什么去代替它呢？【讲解】最早的机械钟人们用一个重锤来提供动力对照图片讲解)，当重锤下落时，擒纵器开始工作，带动指针开始工作，实现计时功能。【衔接话术】但是人们发现用重物下落的时间来计时非常不稳定这就造成了钟都不能保持很好的准确性。【讲解】于是科学家们都在寻找更准确的东西来计时，最后科学家们发明了摆钟。【提问】老师：有小朋友见过的吗？学生：自由回答【讲解你们知道摆钟怎么工作吗？摆钟是通过下面的这“摆来计时的在摆钟工作时摆锤会左右摆动。【讲解这个发现让科学家们发现了更好的记录时间的方法那么只需要摆锤还是不够的要在里面加上这个结构就是擒纵器只需要将擒纵器的小爪子连接到钟摆上就可以做到每晃动一次齿轮走一个齿，当齿轮想要走下一个齿的时候就会被另一个小爪子勾住只有等到下一次钟摆摆动小爪子才会放开让齿轮走一个齿。我们把擒纵器和各种不同的齿轮结合，就能通过钟摆走固定的时间控制秒针一分钟走60下了。实验材料可以用单摆教具2()/: ( ):?秒这样就能精确计时了那谁来记振动的次数呢？肯定不是我们自己数了我们可以把每次振动都变成电信号然后通过一些电路控制秒针在振动够指定次数之后加一秒这样就可以计时了石英的振动次数都是固定的吗万一它自己没控制好不小心多振动了一次怎么办？我们想一想石英一秒钟振动了一千多万次那么就算在某一秒多振动了一次对时间的影响大吗是不是差了一次跟一千多万次比起来约等于没有了啊所以在通常情况下我们用石英做的电子表即使每一秒都多振动一次，一天下来也不会差多久，精确的电子表一百万年可能才会差5秒钟这和机械表比起来可是准确了特别多的。3、原子钟【衔接话术】那有没有更精准的表呢？那就是他了（图片展示）他是原子钟，每2000万年才误差1秒，超级准时。【第4步】误差和错误【对应PPT“什么是差？”【衔接话术】那这里提到了一个新词，什么是误差呢？和错误一样吗？我们通过实验来感受一下。部分【时长】4min【实验/游戏】游戏二：猜时间准备材料：秒表或者手机计时器游戏过程：老师说一段时间，比如5秒钟，此时按下手机计时器，学生默数时间学生认为五秒钟到了即可举手示意（游戏可做三组，选三组时间。【讲解】刚才有猜的非常准的同学，那么刚才我们不去看钟表，去默数时间的话发现自己的感觉和正确的时间还是有差异的，所以我们刚才出现的差异呢就叫做误差。那么如果说你们在回答问题时候答错了就叫做错误了。【总结】误差是不可避免的一些与真实情况的差异；错误是人为产生的一些错误，是可以避免的。【第5步】电子时钟的原理【对应PPT“电子钟的原理是什么？”部分【时长】5min【衔接话术】好啦，我们已经了解了这么多关于钟表和时间的知识了，下面我们就可以制作一个属于我们的电子时钟了。【讲解】那么刚才我们说到，电子时钟里面时有一个神奇的小石头叫做？学生：石英晶振。老师：石英晶振通电以后会发生振动，通过这种振动就可以用来计时那么同时我们的时钟还需要显示时间所以石英通电产生振动，然后产生电信号，再将电信号传递给显示屏这样就在屏幕上显示时间啦。【衔接话术】你们见过哪些长相奇特的钟表？那么你们还见过什么别的钟表吗？老师这里有很多好玩的钟表我们一起看一看（图片展示）【第6步】动手制作电子时钟【对应PPT“开始手制作啦”部分【视频辅导】此时可以播放/暂停组装说明视频作为指导。【时长】50-0min①指导学生打开包装盒，将零件分类摆放整齐在自己前方桌面上。（1）物品摆放不要太靠近自己的身体，否则容易掉在地上.（2）螺丝钉长短不一，要分开放置为避免散乱和掉落也可把螺丝和垫片一直放在袋子内。②讲解各元器件的形状和功能，主要的元器件如下：1.讲解主要元器件时讲解电子时钟的工作过程:按键控制调节电子钟的时间按下蓝色按键进入设置模式剩下的三个红色按键代表时间“加，时间“减”和退出设置模式时钟模块将设置好的时间a.MCU :b. :tEc.4 :d.按键模块：按键开关调节时间③讲解连线方式，并指导学生完成连接。连线图如下（1底座为电源模块+开关在主控电路板链接不同模块首先连接显示