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1、第九章D简单逻辑电路一、教学任务分析“简单逻辑电路”是按新课程标准加入的全新的知识。按照课程标准的要求,让学生认 识最基本的逻辑电路,为下一节开展学习包-“自动控制与模块机器人”的学习做好准备。学习本节内容所需准备的知识和技能主要有:(1)电子技术的初步知识;(2)电路的组成和简单的串联、并联组合电路知识。通过演示实验,介绍模拟信号和数字信号,模拟电路和数字电路概念。通过开关电路模拟实验,理解开关在电路中的作用以及反映的逻辑关系,然 后用数字电路替代模拟电路中的开关实现相同作用和逻辑关系,从而使学生认识 各种逻辑电路的功能。通过实例分析和实验验证,理解“与”门、“或”门、“非”门在实际电路 中
2、的应用。在简单逻辑电路应用中,进一步理解电势概念和分压原理。通过设计简单组合逻辑电路,在学习中解决生产、生活中的实际问题,感受 模块化设计的思想。通过“观察实验-分析现象-概括归纳”这一基本程序,让学生理解物理概 念的形成过程,体会抽象出物理概念所用的科学研究方法。其中,“或”门、“非” 门概念的形成过程和“与”门概念形成过程相类似,因此要特别注.意类比这一科学研究方法在教学过程中所起的作用。二、教学目标1、知识与技能(1)知道模拟信号和数字信号,模拟电路和数字电路的概念。(2)知道最基本的逻辑电路的功能:“与”门、“或”门、“非”门的开关电路,逻辑关系,符号,真值表,*逻辑表达式及输入输出信
3、号变化规律。(注:“* ”为选学内容,下同)(3)学会识别各种不同的门电路,初步学会分析和设计较简单的逻辑电路。(4)在简单逻辑电路应用中理解电势概念和分压原理,理解“与”门、“或”门、“非”门在实际电路中的应用。(5)知道可变电阻、热敏电阻、光敏电阻,常用传感器等元件的特性和符号。(6) *知道简单组合逻辑电路:“与非”,“或非”,“与或”,“与或非”门的逻辑功能。2、过程与方法(1)通过观察实验,对比分析实验现象,归纳概括现象本质的过程,感受研究自然科学 的一般方法,锻炼和提高思维能力。(2)通过模拟电路与数字电路的比较,认识类比的思想方法。(3)通过对逻辑电路应用实例的分析和实验探究,经
4、历实验探究的一般过程。(4)在设计简单组合逻辑电路的过程中,认识模块化设计的思想方法。3、情感、态度与价值观( 1 )通过介绍信息技术和数字电路的发展历史,数字电路应用的社会调查,体验信息技术对人类文明和社会进步的影响,领略数字电路的优点。( 2 )通过门电路在生产、生活中应用实例的分析,激发学习兴趣,形成“生活蕴藏着物理,物理服务于生活”的科学认识观。三、教学重点和难点教学重点:三种最基本逻辑电路的功能。教学难点:( 1 )理解“与”门、 “或”门、 “非”门在实际电路中的应用。( 2 ) * 简单组合逻辑电路的逻辑功能及其应用。四、教学资源1 、器材:( 1 )实物展示:声控玩具狗,自动控
5、制彩灯,简易火警报警器,避障小车等。( 2 ) “与”门、 “或”门、 “非”门开关电路的演示实验:电源,小灯泡,电键等。( 3 )研究“与”门、 “或”门、 “非”门输入、输出信号之间逻辑关系的学生实验:逻辑 电路实验器。( 4 )其他配套器材。( 、课件:自制课件、 Flash 动画等。五、教学设计思路本设计的内容主要包括四个方面:一是逻辑电路的基本概念;二是“与”门、 “或”门、“非”门的功能;三是门电路在生产、生活中的应用;四是简单组合逻辑电路的功能。本设计的基本思路是:以实物展示、实验探究、PPT演示和实例分析为基础,通过观察实验、分析现象、归纳结论、实际应用、知识迁移,理解门电路的
6、功能及其应用。本设计要突出的重点是:三种最基本逻辑电路的功能。方法是:通过实例分析、引出“与”、“或”、“非”逻辑关系;通过门电路开关的演示,列表记录开关通断与每种情况所对应的灯泡亮暗变化;通过对开关电路的数字化,引出真值表;然后,给出门电路的定义,电路符号, *逻辑表达式;最后,通过逻辑电路实验器,研究门电路输入与输出信号之间变化的规律。本设计要突破的难点是:理解“与”门、 “或”门、 “非”门在实际电路中的应用;简单组合逻辑电路的逻辑功能及其应用。方法是:通过介绍开关、可变电阻、热敏电阻、光敏电阻等相关知识,了解它们的特性、符号及其表示方法; 通过实例分析、自主活动,运用电势概念和分压原理
7、,明确门电路的功能; * 通过简单组合逻辑电路的设计,引出模块化设计的思想。本设计强调新知识与生产、生活、科技的联系,重视基本概念的形成过程以发现物理知识的应用价值,着及伴随这一过程的科学方法,引导学生关心生活, 重培养学生观察、分析、归纳的能力。完成本设计的教学任务需2课时。用心 爱心 专心六、教学流程2、教学流程图说明及主要环节情景实验,大家谈先进行声控玩具狗,自动控制彩灯,简易火警报警器,避障小车等实物展示及功能 演示,然后以“大家谈”的形式讨论、交流生产生活中常见自动控制电路,打开思路, 为引入逻辑电路的概念做好准备。问题设问I,引出逻辑电路通过设问“这些产品的原理是怎样的,它的功能是
8、如何实现的呢?的基础知识的学习。活动I 实例分析电路模拟DIS实验通过实例分析、门电路开关的演示、开关电路的数字化,得出“与”的定义,电路 符号,真值表,*逻辑表达式;通过逻辑电路实验器,研究“与”门电路输入、输出信号 之间变化的规律。活动n 类比探究交流评价类比建立“与”门的方法,通过小组探究,交流评价,建立“或”门和“非”门的 概念,理解“或”门、“非”门的功能。活动III IV V 与、“或”、“非”门的应用通过实例分析、实验探究,运用电势概念和分压原理,理解门电路在实际中的运用。 活动VI * 拓展联想,引出组合逻通过设问“如何根据不同的设计要求,实现较为复杂的自动控制功能” 辑电路的
9、概念及其功能的学习,感受模块化设计思想。2、教学的主要环节本设计可分为三个主要的教学环节:第一环节,创设情景、设疑激趣 激发兴趣,通过设问设疑,并引入课题。第二环节,示范引领、抛砖引玉递进方式,通过实验观察和分析,激第三环节,小组活动,类比探究 识简单逻辑电路的基本结构和工作原理。第四环节:联系实际,学以致用 解简单逻辑电路在实际中的应用。第五环节:拓展联想,知识迁移 的思维活动空间,提高知识迁移的能力。通过声控玩具狗,自动控制彩灯等演示实验创设情景,采用“数字信号一数字电路一逻辑电路一门电路” 发学生自主活动,知道简单逻辑电路。让学生在自主活动中,通过实验观察、类比探究,认选择联系实际的实例
10、,通过自主活动和实验探究,了通过拓展联想,引出简单组合逻辑电路,以拓展学生七、教案示例(一)创设情景、设疑激趣数字化、信息化的时代,信息技术迅猛发展。我们身边的数码产品、家用电器、计算机、 DIS实验等都离不开逻辑电路。例如:实验:声控玩具狗,自动控制彩灯,简易火警报警器,避障小车灯实物展示及功能演示。大家谈:生活中还有哪些常见的自动控制电路?提出问题:这些产品的原理是怎样的,它的功能是如何实现的呢?(二)示范引领、抛砖引玉在解释这些现象之前,先让我们了解一下逻辑电路的基础知识。1、 数字信号一数字电路一逻辑电路一门电路1)模拟信号和数字信号模拟信号:电压信号随时间连续变化的电信号,如图 1。
11、数字信号:电压信号不连续变化的电信号,如图2。用心 爱心 专心2)模拟电路和数字电路模拟电路:处理模拟信号的电路。数字电路:处理数字信号的电路。3)逻辑电路和门电路:逻辑电路:数字电路的基本单元。门电路:逻辑电路中.最基本的电路。下面,我们将学习数字电路中最基本的逻辑电路一门电路。2、 “与”门【实例分析】:简单防盗报警器:当放在保险箱前地板上的按钮开关被脚踩下而闭合同时安装 在保险箱内的光敏电阻被手电筒照射时就会发出鸣叫声。1) “与”逻辑关系:有两个控制条件作用会产生一个结果,当两个条件都满足时,结果才 会成立,这种关系称为“与”逻辑关系。【开关电路实验】模拟“与”逻辑关系,如图 3(1)
12、列表记录开关通断与每种情况所对应的灯泡亮暗情况,见表 1。(2)开关电路的数字化:规定开关闭合为“1”,断开为 “0”;灯泡L亮为“1”灯L灭为“ 0”,见表2。条件结果开关S1开关S2灯泡L断断灭断合灭合断灭合合亮条件结果开关S开关S2灯泡L000010100111输入输出ABZ000010100111图3:开关电路模拟“与”逻辑表1:灯泡亮暗变化情况表2:开关电路数字化表3:真值表2) “与”门的定义,电路符号,真值表,*逻辑表达式(1) “与”门:输入 A与输入B均是高电势时,输出Z才是高电势的逻辑电路。(2)电路符号:如图 4。(3)真值表:见表 3。(4) *逻辑表达式:Z=A- B
13、 &3) “与”门的输入与输出信号之间的关系【实验】研究“与”门输入与输出信号之间的逻辑关系(1)实验器材:逻辑电路实验器(2)实验步骤:(a)将两只开关模块分别插入与门模块的输入端,小灯模块插入与门模块的输出端,如图5所示。(b)接通电源,当开关的逻辑状态为“1”时,与门模块上对应的绿色指示灯点亮;逻辑状态为“0”/时,对应的指示灯熄灭。(c)两只开关有4种逻辑组合(00,01,10,11),观察每种逻辑组合对应的小灯泡的亮暗情况。实验结论:“与”门电路输入、输出信号的规律:有低出低,全高出高。4)思考与讨论:谈谈生活中哪些事例体现了 “与”逻辑关系。图5(三)小组活动,类比探究类比建立“与
14、”门的同样方法,建立“或”门和“非”门的概念。要求:描述逻辑关系,会用开关电路模拟逻辑关系,给出门电路的定义,电路符号,真值表,*逻辑表达式,研究输入与输出信号之间的逻辑关系。(小组探究,交流评价)以下仅供参考:3、 “或”门【实例分析】车门报警电路:当任意一个车门没有关好时,报警器发出警报。1) “或”逻辑关系: 在几个控制条件中,只要有一个条件得到满足,结果就会发生,这种关 系称为“或”逻辑关系。【开关电路实验】模拟“或”逻辑关系,如图 61)列表记录开关通断与每种情况所对应的灯泡亮暗情况,见表4。2)开关电路的数字化;规定开关闭合为“1”,断开为“0”;灯泡L亮为“1”,灯L灭为“ 0”,见表5。条件结果开关S开关S2灯泡L断断灭断合亮合断亮合合亮表4:灯泡亮暗变化情况条件结果开关S开关S2灯泡L000011101111表5:开关电路数字化输入输出ABZ000011101111表6:真值表2) “或”门的定义,电路符号,真值表,*逻辑表达式:(1) “或”门:输入A与输入B任一个或者两个都为高电势时 电路。(2)电路符号:如