高中物理《简单的逻辑电路》教学设计-新人教版选修3-1.doc

《简单的逻辑电路》教学设计
一、设计思想
1、贯彻“物理教学的基本特征”理论。
（1）以创设问题情景为切入点。用生活中的实例为学生创设情境，用声光控灯的演示，激发出学生学习逻辑电路的热情。用过安检的例子，帮助学生理解三种逻辑关系。
（2）以观察实验（事实）为基础，以提升学生探究能力为重点。学生通过动手探究门电路的功能，自己观察现象、自己总结规律、最后掌握门电路的逻辑功能。通过这样的过程，能够有效地提升学生的探究能力。
（3）以培养学生的思维能力为核心。教学结构明晰，从了解逻辑关系到如何表示逻辑关系，从了解逻辑电路的功能到用晶体二极管门电路研究这种功能是如何实现的，从课堂中学习逻辑电路知识到生活中对逻辑电路的应用，引导学生不断探究，充分激发学生兴趣，提高思维的深度和广度。

2、大胆对教学目标进行适当的提升。
在研究课程标准和教材时，我注意到课本对晶体二极管逻辑电路要求比较低，但在备课过程中我体会到，在了解到三种门电路的逻辑功能后，学生很自然地会想到门电路的逻辑功能是如何实现的。而书上提供的晶体二极管门电路比较复杂，仅凭学生自学难以掌握。如果能够带领学生深入分析该电路如何实现逻辑功能，不但能满足学生的求知欲望，同时对于加强学生分析复杂电路的能力，提升学生的思维水平和钻研精神有很好的帮助。

3、注重教学方法与教学内容的统一。
在分析电路时，为了使难点分散，我们引导学生用隔离的方法分析电路，让他们充分体会到这种方法的优势。学生从电源作用、二极管特点、电路中各点电势高低比较、电流情况等方面进行电路分析，最后在分析的基础上进行综合，弄清楚输入端电势高低情况对输出端电势高低的影响，认识到晶体二极管门电路是如何实现逻辑功能的。在分析过程中，老师主要通过指向明确的问题引导学生，使学生能自主地进行分析和探究。充分运用多媒体手段，用计算机展示电路图，随着学生的研究进程标注关键信息，这种方法降低了电路分析的难度，使学生容易接受。
二、教学背景分析
【教材分析】：
1、这一节内容以简单介绍逻辑电路的有关知识为主，在恒定电流一章中相对独立，同时这节内容也为选修3-2中传感器的教学做了知识准备。
2、这节课对学生的能力要求较低，对技能和方法的培养在教材中体现不够。从情感体验来看，仅凭教材中提供的阅读材料，逻辑电路的巨大应用价值不容易为学生深刻认识。
3、教材虽然给出了晶体管门电路的电路图，但对其工作原理未作详细介绍，给学生的理解带来了困难。
【学情分析】
1、学生已经有电路学习的基础，这为本节的学习提供了知识背景和技能基础。
2、学生在日常生活中虽然经常用到逻辑电路，但对其特点和原理了解有限。
3、学生具有较强的求知欲望和一定的思维能力，往往在学习了逻辑电路的功能后对其工作原理渴望了解，而教材对此并未做详细分析。
4、学生已初步培养出一定的动手能力和探究精神，适合通过探究活动来学习新的知识，进一步提升探究能力。
【教学对策】
1、用生活中的实例为学生创设问题情境，激发学生的学习兴趣。
2、通过动手探究逻辑电路功能的教学环节，使学生经历研究过程，体验研究方法。
3、教师适时提问和设问，层层递进，引导学生观察、实验、分析、讨论，让学生充分参与学习和探究过程。
4、根据教材特点和学生实际水平，对教学目标进行适当的提升 ，加强了对逻辑电路原理的分析。

三、教学目标
（一）知识与技能
1、了解简单的逻辑关系。
2、了解简单的逻辑电路的功能。
3、了解逻辑关系的三种表示方法，会用真值表和符号来表示一些简单的逻辑关系
4、了解分立元件门电路的工作原理。
5、了解逻辑电路在实际生活中的应用
（二）过程与方法
通过学生经历自主探究过程，体会研究问题的方法。
（三）情感、态度与价值观
感受数字技术对现代生活的巨大作用。
四、教学过程
【教学流程图】
展示数码产品，声光控灯，激发学生兴趣，引出课题
运用生活实例，介绍逻辑关系
探究门电路的结果与条件的逻辑关系
分析门电路的逻辑关系，了解逻辑关系的表示方法
探究分立元件门电路是如何实现条件判断功能的
介绍集成电路与数字信号知识
了解门电路的应用

1、课题引入
展示：数码相机、数码录音笔，演示数码相机的笑脸功能。
提出问题这些功能的实现，与它们内部的逻辑电路的作用分不开。要想了解这些电子产品的工作原理，就得知道什么是逻辑，什么是逻辑电路。
板书 —— 10简单的逻辑电路
什么是逻辑？先看生活中的一个例子.
场景1——漆黑的楼道里，有人正在用手机照明寻找路灯开关。
场景2——楼道的路灯长明，墙上贴着“节约用电、随手关灯”的标语。
以上两种现象，既不方便，又浪费了能源。采用什么办法能解决这个问题?
学生:采用了声控和光控开关。
演示1:声光控开关。
①在光照条件下保持安静，观察灯的亮灭情况
②在光照条件下击掌，观察灯的亮灭情况
③在遮光条件下保持安静，观察灯的亮灭情况
④在遮光条件下击掌，观察灯的亮灭情况
请学生描述看到的实验现象
学生：
①在光照条件下保持安静，灯不亮
②在光照条件下击掌，灯不亮
③在遮光条件下保持安静，灯不亮
④在遮光条件下击掌，灯亮
从这个实验可以看到,光照的条件变化了,灯亮与否的结果也就不同。象这样一定的条件和结果对应关系，称为逻辑关系。

2、三种逻辑关系
(1) “与”逻辑
刚才的实验要使灯亮同时要满足几个条件？
学生：要满足遮光和击掌两个条件。
总结:像这样的一个事件的几个条件都满足后，这个事件才能发生，这种逻辑关系叫“与”逻辑关系。
请举出生活中“与”逻辑关系的例子。
学生：要看到有线电视，既要把电视机电源打开，还要把机顶盒电源打开，这是一种“与”逻辑关系。
(2) “或”逻辑
除了“与”逻辑关系以外，还有没有其他的逻辑关系？
学生：洗衣服时可以选择用洗衣机也可以选择用手洗，不同方法都可以完成洗衣的任务。
这种情况就是满足两种或多种条件中的一个条件事件就可以发生，称为“或”逻辑关系。
(3) “非”逻辑
（追问）还有其它的逻辑关系吗？
学生：一个只有光控功能的灯，白天有光时它不亮，夜晚天黑了它才亮。
象这样不满足某种条件时事件才能发生，称为“非”逻辑关系。

3、探究:门电路的逻辑关系
在生活当中有“与”、“或”、“非”三种逻辑关系，在电路中也有类似的逻辑关系。下面我们通过实验来研究它的逻辑功能。
展示实验用电路板，向学生介绍电路板的使用，介绍三个元件的输入输出端。每个元件的输入条件由两个输入端的通断来控制，输出结果可以观察LED灯的亮灭。（非门只有一个输入条件）请学生在实验过程中将条件和结果填入学案中的记录表格。
学生实验，教师指导。
请同学们描述自己记录的实验现象。
学生1：一号元件只有A、B两端都通的时候LED灯才会亮。
学生2：二号元件A、B两端只要有一个是通的时候灯就会亮。
学生3：三号元件输入端接通的时候LED灯熄灭，输入端断开的时候LED灯熄灭。
从实验结果中我们会发现三个电路在A、B输入端条件不同时，出现的结果也不一样，它们的条件和结果之间也存在一定的逻辑关系，所以把它们称为逻辑电路。
大家使用的逻辑电路是逻辑电路中的最小组成单元，也称为门电路。根据它们的逻辑关系可以分别称为与门、或门、非门。

4、逻辑关系的表示
（1）真值表
如果约定输入端断开用“0”表示，接通用“1”表示，输出端LED灯灭用0表示，亮用1表示，并把它们填入表格。象这样用数字表示各种控制条件和控制结果，这种表格称为真值表。用真值表可以表示逻辑关系。

（2）符号
除了用真值表可以表示条件与结果之间的逻辑关系外，还有没有别的办法可以表示条件与结果之间的逻辑关系？
请学生揭去三个门电路上的教条，露出被盖住的符号。
大家看到了什么？
学生：门电路上有特殊的标记。
这些标记是表示逻辑关系的符号。大家能不能根据刚才的实验结果对这些符号的含义做出解释？
学生：（回答符号的含义）

（3）逻辑关系式
如果用“0”和“1”来表示条件和结果，能不能在输入和输出之间建立起函数关系？
学生：“与”逻辑关系可以表示为，“或”逻辑关系可以表示为，“非”逻辑关系可以表示为

5、晶体二极管门电路分析
激发兴趣：我们了解了门电路的简单分类及逻辑关系，大家有没有考虑这么一个问题：门电路的逻辑功能是怎样实现的？
展示晶体二极管“与”门电路图
演示：晶体二极管“与”门电路的逻辑功能。
对照电路图一起分析，“与”门电路的逻辑功能是如何实现的。电路中有电阻、二极管、灯泡、电源，还有好几条支路，电路比较复杂。可以仿照力学中的隔离法来分析。带领学生分析电路中电源的作用、各点的电势高低并在此基础上分析二极管的通断情况，进而分析电路中的电流情况。
当A端和B端均断开时，A、B两端都为低电势，两个二极管D1和D2都处于导通状态，二极管两端的电势降落非常小。而灯L所在支路与两个二极管支路是并联关系，所以灯L两端的电势降落也非常小，灯不能点亮，Y端输出的是低电势。
提出要求：请大家用同样的方法分析A、B两端中一端接通另一端断开或A、B两端均接通时时A、B输入端电势及Y输出端电势的情况。
学生分析，最后总结。
通过刚才的分析，我们可以得出结论：对于与门电路，只有当A、B两端均输入高电势时输出端才为高电势；若输入端中至少有一个是低电势时，输出端就是低电势。也可以用“0”表示低电势、“1”表示高电势，写出真值表。
在实际应用中， “0”除了可以表示“断”、表示低电势外，还可以表示“假”或“无”。“1”除了可以表示“通”、表示低电势外，还可以表示“假”或“无”。
（或门电路给出电路图，交待学生课后自己分析。）

6、集成电路与数字信号
（1）集成电路
刚才分析的是二极管分立电路，体积比较庞大，使用不便，现在广泛使用的是集成电路。
展示集成电路照片及集成电路内部电路放大图。现在超大规模集成电路能够做到在指甲盖大小的芯片上集成数百万个甚至上千万个元件。
（2）数字信号
逻辑电路在摄像机、计算机、照相机等产品中有广泛的应用，在这些产品中逻辑电路主要是用来处理数字信号的。什么是数字信号呢？
展示数字信号与模拟信号图像，请学生寻找它们的各自特点。
学生：模拟信号是连续的，数字信号是不连续的。模拟信号可以有很多取值，数字信号只有两个取值。
数字信号中的高电压通常也称为高电平，低电压也称为低电平。处理数字信号的逻辑电路也称为数字电路，有关于数字电路的更多知识我们将在今后进一步学习。

7、逻辑电路的应用
逻辑电路在生活中也有广泛的应用，下面我们来做一个游戏。
预先设置好红外探头及报警器，将相机挂在黑板上，请学生上台取相机。学生无论从讲台哪一侧上台，均会触发报警器。
向学生展示两个探头及报警器。提问：报警器里面用的是哪种门电路？
学生：“或”门。
有关于门电路更多的应用，请大家课下找资料加以研究，并请在课后认真分析教材75页火灾警报器的原理。

【板书设计】
10 简单的逻辑电路

四、晶体二极管门电路分析
五、集成电路与数字信号
六、逻辑电路的应用
一、三种逻辑关系
二、探究：门电路的逻辑关系
三、逻辑关系的表示
（1）真值表
（2）符号
（3）逻辑关系式

五、教学效果评价
1、本节课通过合理设置问题情境，较好地激发了学生学习逻辑电路的兴趣，各种探究和体验活动充分调动了学生的积极性，课堂气氛活跃。
2、通过这节课的学习，学生对逻辑关系、逻辑电路的简单知识有了初步了解。通过观察演示实验和自己动手开展探究性实验，学生的观察、思维能力和实践能力得到了培养，能够在老师的引导下积极思考、认真探究，自主总结。
3、通过生活实例的展示，学生对逻辑电路的应用价值有了深刻的体会，课后学生仍在热烈地讨论有关逻辑电路的应用问题。
4、在课后的交流中，听课的各校教师和学科专家都给予了很高的评价，认为这是一节“物理教学基本特征”鲜明的成功课例，很好地体现了三维目标，学生的参与度很高，学习活动充分。

六、教学反思
1、以知识教学为主的课题，通过合理设计，仍然可以让学生经历探究过程、体验研究方法。
2、创设问题情境时，要尽可能用生活中学生熟悉的实例，以充分激发学生的研究兴趣。
3、根据学生的实际水平和兴趣特点，可以对课标和教材设定的教学目标作合理的提升，这样可以更好地培养学生的思维能力，满足他们的求知欲望。
4、本节课在逻辑电路的应用方面可以作进一步的加强，例如可以指导学生利用逻辑电路来设计报警电路，这样更有利于培养学生的实践能力。
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