4.2 设计制作用集成电路制作收音机教学设计高中物理上海科教版选修2-1-沪教版2007

4.2设计制作用集成电路制作收音机教学设计高中物理上海科教版选修2-1-沪教版2007授课专业和授课专业和年级授课章节题目授课时间课程基本信息1.课程名称：设计制作用集成电路制作收音机

2.教学年级和班级：高二年级（3）班

3.授课时间：2023年10月25日第3节课

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标本节课聚焦物理学科核心素养，培养学生理解集成电路在收音机中的应用，形成电子电路的物理观念；通过分析收音机电路图，提升逻辑推理与科学思维能力；在制作实践中，强化实验操作与问题解决的探究能力；严谨对待实验过程，培养科学态度，理解电子技术的社会价值。学习者分析三、学习者分析学生已经掌握了基本电路理论，包括欧姆定律、串联并联电路、电磁感应和半导体基础，熟悉简单电子元件如电阻、电容的使用。学生对动手实验兴趣浓厚，能力方面部分擅长理论分析，部分擅长实践操作，学习风格多样，视觉型、听觉型和动觉型混合。在制作收音机过程中，学生可能面临理解集成电路内部结构的困难，电路连接错误导致收音机失效，以及调试过程中缺乏耐心的问题。教学资源准备四、教学资源准备1.教材：确保每位学生有上海科教版选修2-1教材，重点预习“集成电路与收音机制作”章节。2.辅助材料：准备收音机电路图、集成电路内部结构示意图、组装步骤演示视频及常见故障排除案例图。3.实验器材：每组配备收音机套件（含集成电路板、电阻、电容、天线、扬声器）、电烙铁、焊锡丝、松香、万用表及安全防护用具。4.教室布置：设置6组实验操作台，每组配备电源插座、废料盒，前方配备多媒体设备用于电路图及视频展示。教学流程1.导入新课（5分钟）

播放生活中不同场景下收音机的使用视频（如家庭、户外、车载），提问：“这些收音机体积小、功能稳定，其核心部件是什么？”引导学生回顾已学的半导体知识（二极管、三极管），引出集成电路的优势（集成度高、可靠性好），结合课本P78“集成电路概述”，明确本节课任务：用专用集成电路制作简易调幅收音机，理解“理论-设计-制作-调试”的电子技术实践流程。

2.新课讲授（12分钟）

（1）集成电路结构与收音机功能整合（4分钟）

展示课本P79图4-2-3“收音机集成电路内部结构框图”，分析TA7641集成电路的组成：混频、中放、检波、功放、本振模块，对应收音机“接收-选频-变频-放大-检波-功放”全流程，强调其引脚功能（如7脚为电源正极，14脚为音频输出），结合课本“集成电路应用实例”，说明其如何替代传统分立元件电路，简化设计。

（2）收音机电路原理与信号流程（4分钟）

结合课本P80图4-2-4“调幅收音机电路原理图”，分步讲解：①输入调谐电路（L1C1选台，接收535-1605kHz信号）；②混频电路（本振信号f1与输入信号f混频，差频465kHz中频）；③中频放大与检波（中频放大器放大465kHz信号，检波器提取音频）；④功率放大（驱动扬声器发声），重点分析集成电路内部各模块的协同作用，如中频放大器增益对灵敏度的影响。

（3）制作步骤与安全规范（4分钟）

依据课本P82“制作步骤”，分步强调：①元件识别（电阻色环读数、电容极性判断、集成电路缺口标记）；②焊接技巧（电烙铁温度控制、焊锡量适中、避免虚焊）；③调试方法（静态电流测量：电源接通后电流应≤10mA，若过大则短路排查），结合课本“安全提示”，强调电烙铁使用规范（不碰导线、断电后放置）。

3.实践活动（15分钟）

（1）元件识别与检测（5分钟）

发放收音机套件（含TA7641集成电路、电阻、电容、电感、扬声器、天线），学生对照课本P83“元件清单”，用万用表检测：①电阻阻值（如R1=100Ω，实测值误差≤5%）；②电容好坏（电解电容正负极正确，充放电正常）；③集成电路引脚通断（测量电源引脚与接地引脚电阻，无短路），教师巡回指导，纠正错误（如电容极性接反）。

（2）电路焊接组装（5分钟）

按照课本P84“电路板布局图”，学生分组焊接：①先焊电阻、电容（立式安装，高度一致）；②再焊集成电路（缺口朝左，引脚对齐焊盘，避免桥接）；③最后连接天线（焊接到输入端子）和扬声器（焊接到音频输出端），教师强调“先低后高、先小后大”焊接顺序，检查焊点质量（光滑、无毛刺）。

（3）整机调试与故障排查（5分钟）

焊接完成后，接入3V电源，用万用表测量：①静态电流（正常5-10mA，若>20mA则检查C5是否击穿）；②用信号发生器输入465kHz中频信号，测量扬声器两端电压（应≥0.5V），若无声，排查：扬声器是否损坏（电阻测量）、电源电压是否正常、集成电路供电引脚是否虚焊，记录调试数据并分析原因。

4.学生小组讨论（8分钟）

（1）集成电路内部模块对性能的影响

举例讨论：“若集成电路中混频电路增益降低，会导致收音机什么现象？”（接收灵敏度下降，弱信号台收不到）结合课本P79“混频电路原理”，说明增益与本振信号强度的关系。

（2）制作中的故障分析与解决

举例讨论：“如果收音机只能收本地强信号台，可能的原因是什么？”（调谐电路L1C1参数偏差，选频特性变差）如何用万用表排查？（测量L1电感值是否为220μH，C1容量是否为270pF）

（3）技术改进与拓展应用

举例讨论：“若要增加收音机的存储功能（预存电台），需增加什么元件？”（EEPROM存储芯片）如何与TA7641连接？（通过I2C总线连接到集成电路的数据引脚）结合课本P85“拓展阅读”，说明集成电路集成度的提升对电子设备小型化的作用。

5.总结回顾（5分钟）

梳理本节课重点：①集成电路在收音机中的应用（整合多模块功能）；②收音机电路原理（信号流程）；③制作与调试方法（元件识别、焊接、故障排查）。难点：电路调试中故障定位（如中频放大电路故障的判断）。结合学生实践情况，强调“理论指导实践，实践深化理论”，布置课后任务：撰写制作报告，分析自己制作的收音机性能（如接收频率范围、信噪比），并提出改进方案。学生学习效果1.**知识掌握与迁移应用**

学生能够准确阐述集成电路（如TA7641）在收音机中的核心作用，理解其内部模块（混频、中放、检波、功放）的协同工作机制，对应课本P79"集成电路内部结构框图"中的信号流程。例如，学生能分析混频电路增益降低会导致接收灵敏度下降（弱信号台收不到），中频放大器增益不足则影响音质清晰度，结合课本P80"调幅收音机电路原理图"解释信号从输入端（L1C1选频）到输出端（扬声器发声）的完整路径。同时，学生能识别并描述关键元件的功能：电阻（如R1=100Ω限流）、电容（C5滤波防止自激）、电感（L1调谐选台），符合课本P83"元件清单"的技术参数要求。

2.**实践操作与问题解决能力**

学生熟练掌握收音机制作的完整流程：

-**元件检测与识别**：使用万用表测量电阻阻值（误差≤5%）、判断电容极性、检测集成电路引脚通断，避免因元件质量问题导致故障。

-**电路焊接技术**：按照课本P84"电路板布局图"规范焊接，实现"先低后高、先小后大"的组装顺序，焊点光滑无毛刺，杜绝虚焊、桥接现象。

-**调试与故障排查**：通过静态电流测量（正常5-10mA）定位短路点，用信号发生器输入465kHz中频信号验证中频放大功能，针对"无声""杂音大"等问题，能结合课本P85"常见故障案例"分析原因（如扬声器断路、电源电压不足、集成电路供电虚焊）。

3.**科学思维与探究能力提升**

学生通过小组讨论深化对技术原理的理解：

-**模块关联性分析**：能举例说明集成电路内部模块的相互影响，如本振信号强度不足会导致混频效率降低，对应课本P79"混频电路原理"中的变频过程。

-**故障逻辑推理**：针对"只能收本地强信号台"问题，能推导出调谐电路L1C1参数偏差（如电感量偏小），并设计实验验证（测量L1实际电感值是否为220μH）。

-**技术拓展思考**：基于课本P85"拓展阅读"，提出增加EEPROM存储芯片实现电台预存功能，理解集成电路集成度提升对设备小型化的推动作用。

4.**科学态度与社会责任内化**

学生在实践过程中形成严谨的科学态度：

-**安全规范意识**：严格执行电烙铁使用规范（断电后放置、不碰导线），佩戴防护用具，体现课本P82"安全提示"的要求。

-**实验数据记录**：详细记录调试过程中的电流、电压数据，分析异常值并撰写制作报告，如"静态电流15mA，排查发现C5反向击穿"。

-**技术价值认同**：通过对比分立元件电路与集成电路收音机的体积差异，理解集成电路在现代电子技术中的核心地位，增强对国产芯片技术的关注。

5.**知识整合与创新应用**

学生能将本节课知识与前期内容（如电磁感应、半导体基础）整合：

-**原理贯通**：解释天线接收电磁波→调谐电路选频→混频产生465kHz中频→检波提取音频的完整物理过程，对应课本P78"电磁波接收原理"。

-**跨学科迁移**：提出将收音机电路设计应用于物联网设备（如智能环境监测仪），体现电子技术的工程价值。

-**改进方案设计**：针对制作中的问题（如信噪比低），提出增加屏蔽罩、优化地线布局的改进措施，符合课本P85"技术优化"方向。作业布置与反馈作业布置：1.理论巩固：绘制调幅收音机信号流程图，标注TA7641集成电路内部各模块（混频、中放、检波、功放）的作用，对应课本P79图4-2-3；分析“若收音机音质失真，可能涉及哪些电路模块”，结合课本P80中频放大与检波原理说明。2.实践报告：整理收音机制作数据，包括元件检测记录（如电阻R1实测值、电容C5极性判断）、调试过程（静态电流测量值、故障排查步骤），对照课本P84电路板布局图分析焊接质量。3.拓展思考：设计一个增加音量调节功能的电路方案，需说明在现有基础上增加什么元件（如电位器），如何连接到集成电路的音频输出引脚，参考课本P85“技术改进”案例。

作业反馈：1.批改时重点检查信号流程图是否完整覆盖“选频-混频-中放-检波-功放”环节，对混频步骤遗漏的学生，标注课本P79混频电路原理部分，要求补充本振信号与输入信号的差频过程。2.制作报告中数据记录不完整的（如未写静态电流正常范围），反馈时提示参考课本P82“调试方法”，补充“正常电流5-10mA”的标准及异常排查思路。3.对音量调节方案中电位器连接错误（如误接电源引脚）的学生，指出应连接到集成电路14脚（音频输出）与扬声器之间，结合课本P80功率放大模块说明分压原理，建议重新绘制连接示意图。反思改进措施八、反思改进措施（一）教学特色创新1.实践操作与理论结合紧密，学生通过亲手焊接收音机电路板，深化了对集成电路内部模块的理解，如课本P79图4-2-3的混频、中放流程，动手能力显著提升。2.多媒体资源辅助教学，播放收音机组装视频