1、簡 單 邏 輯 電 路 上海市風(fēng)華中學(xué) 孫 浩一、 背景和教學(xué)任務(wù)簡介上海市風(fēng)華中學(xué)是閘北區(qū)的一所區(qū)級重點學(xué)校，本節(jié)課的授課對象是風(fēng)華中學(xué)高二年級的一個重點班，學(xué)生的綜合素質(zhì)較好。本節(jié)課授課內(nèi)容是上海市二期課改基礎(chǔ)型教材第二冊第一學(xué)期中“簡單邏輯電路”一節(jié)。“簡單邏輯電路”是上海物理二期課改新教材中全新引入的部分，旨在讓同學(xué)們了解現(xiàn)代信息技術(shù)，對于“數(shù)字化”概念有個感性的認(rèn)識。在教學(xué)中邏輯電路的概念比較抽象，學(xué)生初次接觸數(shù)字電路，要面對眾多的新概念，而對于邏輯電路輸入、輸出之間的邏輯關(guān)系更是缺乏直觀的感受。為了解決這些問題，筆者在教學(xué)中以DIS的邏輯電路實驗器為教學(xué)載體，讓同學(xué)通過實驗操作自己

2、得出各種邏輯電路的輸入輸出關(guān)系，幫助學(xué)生在實際操作中學(xué)會知識，引導(dǎo)學(xué)生對規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)，并應(yīng)用所學(xué)知識解決日常生活中的實際問題。使學(xué)生在獲得知識的同時，感受科學(xué)探究的過程與方法，發(fā)展抽象思維能力，學(xué)會應(yīng)用DIS實驗研究實際問題，促使學(xué)生形成樂于探究的情感。二、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能通過比較模擬電路與數(shù)字電路的差異，了解數(shù)字電路工作的特點。知道簡單的邏輯電路元件如與門、或門和非門等的基本功能，知道他們的一些基本應(yīng)用。初步了解“與”門、“或”門、“非”門電路在實際問題中的應(yīng)用2、過程與方法通過類比、實驗探究等方法認(rèn)識基本邏輯電路的特點，從中感受邏輯方法在邏輯電路中的重要意義。3、情感、態(tài)度與價值

3、觀通過利用DIS實驗對邏輯關(guān)系的探究，體驗數(shù)字化、信息化技術(shù)帶來的革命性的變化，提高學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。三、教學(xué)重點和難點重點：知道邏輯電路元件與門、或門和非門的功能。難點：理解各種簡單門電路的邏輯關(guān)系四、教學(xué)設(shè)計思路和教學(xué)流程本節(jié)課的設(shè)計努力體現(xiàn)“二期課改”理念，將情景 探究 應(yīng)用貫穿于課的始終。通過情景創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入課題；通過體驗、探究過程，使學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握物理概念和規(guī)律；通過知識的應(yīng)用，使學(xué)生鞏固所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。課始通過“火警警報器”實驗進(jìn)行引入，在提高同學(xué)學(xué)習(xí)興趣的同時，意在引導(dǎo)學(xué)生在討論中感受數(shù)字設(shè)備為我們生活帶來的便利，激發(fā)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的熱情。同

4、時也引出了本節(jié)課的課題“簡單邏輯電路”。 課中讓同學(xué)利用DIS簡單邏輯電路實驗器對“與門”、“或門”、“非門”三種邏輯電路的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行探究，并啟發(fā)同學(xué)對探究結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)，自主得出結(jié)論。 課結(jié)束時運用所學(xué)知識，解釋課始情景中“火警警報器”的工作原理。在分析清“火警警報器”的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用DIS簡單邏輯電路實驗器“搭建”一個“車門警報器”。如果學(xué)生能夠解決這個問題，學(xué)生也能體會到成功的喜悅。最后讓學(xué)生思考“車門警報器”的工作原理，讓學(xué)生帶著問題離開課堂，將課題延伸到課后。教學(xué)流程活動2：自主實驗探究或門、非門特點內(nèi)容與門的基本功能活動1：演示實驗內(nèi)容：認(rèn)識簡單邏輯電路情景1：火警警報

5、器思考留疑活動4：邏輯電路簡單設(shè)計活動4：邏輯電路簡單設(shè)計活動3：火警警報器原理探究內(nèi)容：集成電路介紹五、學(xué)習(xí)資源和器材的準(zhǔn)備DIS簡單邏輯電路實驗器、投影儀、多媒體教學(xué)設(shè)備六、教學(xué)過程教學(xué)過程點評情景引入： “火警警報器”課前利用DIS簡單邏輯電路實驗器搭建“火警警報器”并用黑匣子封好，漏出感溫頭。課堂演示：將火源靠近感溫頭，黑匣子里的火警報警器工作發(fā)出警報聲。（通過演示火警警報器，引發(fā)學(xué)生好奇心理和探究欲望）進(jìn)行新課：大家談：身邊的“數(shù)字設(shè)備”預(yù)設(shè)學(xué)生的回答：數(shù)碼產(chǎn)品、數(shù)字電視、DIS實驗等。（PPt投影）教師設(shè)問：為什么要用“數(shù)字設(shè)備”，數(shù)字信息與模擬信息有什么不同呢？教師介紹：數(shù)字信號

6、與模擬信號數(shù)字信號在變化中電壓不隨時間連續(xù)變化，只有高電壓（通常為5v）低電壓（0v）兩種狀態(tài)，用“1”和“0”來表示；而模擬信號電壓隨時間連續(xù)變化。（PPt圖示數(shù)字信號和模擬信號）舉例：通過簡介數(shù)字電視與模擬電視的不同工作原理，讓同學(xué)了解為何數(shù)字電視更為清晰。（引導(dǎo)學(xué)生了解數(shù)字信號和模擬信號的不同特征）教師介紹：數(shù)字電路的概念及基本組成 數(shù)學(xué)信號的0和1好比是事物的“是”與“非”，而處理數(shù)字信號的電路稱數(shù)字電路，因此，數(shù)字電路就有了判別“是”與“非”的邏輯功能。而數(shù)字電路中最基本的邏輯電路是門電路。 所謂“門”，就是一種開關(guān)，在一定條件下它允許信號通過，如果條件不滿足，信號就被阻擋在“門”外

7、。基本門電路特點探究：圖11、 “與”門：投影：具有“與邏輯關(guān)系”的電路，如圖1所示。引導(dǎo)：分析S1和S2對電路的控制作用，體會“與”邏輯關(guān)系。“與”門符號介紹： 圖2 引導(dǎo)：“與”邏輯關(guān)系表示某事件須兩者共同協(xié)作完成，英文表示“與”的單詞是and，可簡寫成符號“&”，因此“與”門符號如圖2所示DIS演示實驗：利用DIS簡單邏輯電路實驗器探究“與”門邏輯關(guān)系。（1）“與”門真值表關(guān)系探究： 圖3圖4當(dāng)輸入端指示燈亮表示輸入為高電壓，用“1”表示；當(dāng)輸入端指示燈滅表示輸入為低電壓，用“0”表示；輸出端接一燈泡，燈泡亮表示輸出為高電壓，滅表示輸出為低電壓。通過實驗得到“與”門真值表，如圖4

8、所示。（2）總結(jié)“與”門特點：輸入A與輸入B均是高電壓時，輸出Z才是高電壓。（3）歸納“與”門特點口訣： 有“0”出“0” ，全“1”出“1” （利用口訣有利于學(xué)生掌握關(guān)系）（4）利用DIS邏輯分析傳感器分析“與”門波形圖圖52、“或”門：介紹“或”門符號：“或”邏輯關(guān)系表示某事件可由兩人中的任一個人完成，也可由兩人一起共同完成，因此“或”門符號中間用“1 ”來表示；引導(dǎo)學(xué)生自主探究“或”門特點，給出學(xué)生探究的具體步驟。（通過讓學(xué)生自主探究“或”門的特點關(guān)系，有利于同學(xué)對“或”門關(guān)系的掌握，并能培養(yǎng)同學(xué)探究問題能力）3、“非”門：給出“非”門符號，并啟發(fā)同學(xué)“非”門符號的含義。進(jìn)“1”出“0”

9、。（“非”門關(guān)系的探究方式同“或”門。）簡單集成電路介紹：教師：介紹集成電路的優(yōu)點。讓學(xué)生了解幾個“與”門的集成電路和幾個“非”門的集成電路的外引線圖。（開拓學(xué)生知識面，了解實際生活中“門”電路的出現(xiàn)方式。）應(yīng)用介紹：教師介紹：解決課始情景中“火警報警器”的問題原理說明：火警警報器器材圖火警警報器電路圖（提出問題：改變變阻器的阻值有什么作用？）自主設(shè)計：情景：兩個開關(guān)S1、S2分別裝在汽車的兩扇門上。只要任何一個開關(guān)處于開路狀態(tài)，那么警報燈就發(fā)光。要求：猜想在虛框中應(yīng)是什么“門”，并用“邏輯電路實驗器”完成此項實驗，檢驗猜想是否正確。課后作業(yè)：思考“車門警報器”的工作原理。七、教學(xué)反思本節(jié)課的

10、學(xué)習(xí)要求是知道最基本的邏輯元件與門、或門和非門有哪些功能及其簡單應(yīng)用。由于學(xué)生是初次接觸邏輯電路的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)和應(yīng)用中會有很大的困難，而DIS邏輯電路實驗器的誕生很好的解決了這個問題，因此在本節(jié)課的教學(xué)中，我以DIS邏輯電路實驗器為教學(xué)載體，讓學(xué)生在教師的幫助和支持下，通過實驗自主尋求或自主建構(gòu)答案、規(guī)律。本節(jié)課問題設(shè)置合理，能夠及時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，課堂氣氛很活躍，學(xué)生參與程度大大提高。每個學(xué)生都感到有話可說，有理可講，在討論中解決了問題，學(xué)到了知識，掌握了方法，注重科學(xué)探究，感悟到物理中的魅力。本節(jié)課中值得改進(jìn)的地方有兩處：一是介紹簡單集成電路的篇幅略短；二是關(guān)于簡單邏輯電路的實際應(yīng)用介

11、紹略顯單薄。八、案后語物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗教學(xué)在物理教學(xué)中起著極其重要的作用。本節(jié)課筆者正是運用了DIS邏輯電路實驗器為載體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，并在實戰(zhàn)教學(xué)中取得了理想的效果。但是DIS邏輯電路實驗器并非在每個學(xué)校中都有配備，那么如何在沒有DIS實驗器的情況下完成課程要求？筆者認(rèn)為可以利用教材中所敘述的搭建模擬電路的方法讓學(xué)生理解門電路的工作特性，通過讓學(xué)生自主探究從而得出結(jié)論。或者還可以利用教材中“自動控制與模塊機器人”一節(jié)中所配備的機器人模塊，為控制器下載相應(yīng)程序，結(jié)合傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行教學(xué)探究。盡管各校的實驗條件各不相同，但是有條件就應(yīng)提倡通過實驗得出物理規(guī)律。簡單邏輯電路一、

12、火警警報器（情景實驗）資源和器材：“非門”，溫度傳感器，報警器，電池組組裝和操作：將溫度傳感器、“非門”、報警器、電池組搭建成“火警警報器”并用黑匣子封好，漏出感溫頭。演示：將火源靠近感溫頭，黑匣子里的火警報警器工作發(fā)出警報聲。設(shè)計意圖：1、通過演示火警警報器，引發(fā)學(xué)生好奇心理和探究欲望。2、引入簡單邏輯電路的概念。二、“與門”工作特性探究（探究性演示實驗）資源和器材：“與門”，開關(guān)模塊2，小燈模塊，電池組，邏輯分析傳感器，計算機組裝和操作：1、 將“與門”，開關(guān)模塊2，小燈模塊，電池組進(jìn)行連接，探究兩個輸入端（開關(guān)）在不同狀態(tài)下輸出端（小燈）的亮暗情況，從而探究“與門”的工作特性。2、 將“與門”，開關(guān)模塊2，小燈模塊，電池組進(jìn)行連接，并與邏輯分析傳感器相連接入電腦，利用DIS邏輯分析傳感器分析“與門”波形圖。設(shè)計意圖：1、利用DIS簡單邏輯電路實驗器探究“與門”基本功能。2、利用DIS邏輯分析傳感器探究“與門”波形圖。三、 “或門”、“非門”工作特性探究（探究性學(xué)生實驗）資源和器材：“非門”，“或門”，開關(guān)模塊，小燈模塊，電池組，邏輯分析傳感器，計算機