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2019-2020年高中物理《簡(jiǎn)單的邏輯電路》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3-1 一、設(shè)計(jì)思想 1、貫徹“物理教學(xué)的基本特征”理論。 （1）以創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景為切入點(diǎn)。用生活中的實(shí)例為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，用聲光控?zé)舻难菔荆ぐl(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯電路的熱情。用過(guò)安檢的例子，幫助學(xué)生理解三種邏輯關(guān)系。 （2）以觀察實(shí)驗(yàn)（事實(shí)）為基礎(chǔ)，以提升學(xué)生探究能力為重點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手探究門(mén)電路的功能，自己觀察現(xiàn)象、自己總結(jié)規(guī)律、最后掌握門(mén)電路的邏輯功能。通過(guò)這樣的過(guò)程，能夠有效地提升學(xué)生的探究能力。 （3）以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力為核心。教學(xué)結(jié)構(gòu)明晰，從了解邏輯關(guān)系到如何表示邏輯關(guān)系，從了解邏輯電路的功能到用晶體二極管門(mén)電路研究這種功能是如何實(shí)現(xiàn)的，從課堂中學(xué)習(xí)邏輯電路知識(shí)到生活中對(duì)邏輯電路的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生不斷探究，充分激發(fā)學(xué)生興趣，提高思維的深度和廣度。 2、大膽對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘? 在研究課程標(biāo)準(zhǔn)和教材時(shí)，我注意到課本對(duì)晶體二極管邏輯電路要求比較低，但在備課過(guò)程中我體會(huì)到，在了解到三種門(mén)電路的邏輯功能后，學(xué)生很自然地會(huì)想到門(mén)電路的邏輯功能是如何實(shí)現(xiàn)的。而書(shū)上提供的晶體二極管門(mén)電路比較復(fù)雜，僅憑學(xué)生自學(xué)難以掌握。如果能夠帶領(lǐng)學(xué)生深入分析該電路如何實(shí)現(xiàn)邏輯功能，不但能滿(mǎn)足學(xué)生的求知欲望，同時(shí)對(duì)于加強(qiáng)學(xué)生分析復(fù)雜電路的能力，提升學(xué)生的思維水平和鉆研精神有很好的幫助。 3、注重教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)一。 在分析電路時(shí)，為了使難點(diǎn)分散，我們引導(dǎo)學(xué)生用隔離的方法分析電路，讓他們充分體會(huì)到這種方法的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生從電源作用、二極管特點(diǎn)、電路中各點(diǎn)電勢(shì)高低比較、電流情況等方面進(jìn)行電路分析，最后在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合，弄清楚輸入端電勢(shì)高低情況對(duì)輸出端電勢(shì)高低的影響，認(rèn)識(shí)到晶體二極管門(mén)電路是如何實(shí)現(xiàn)邏輯功能的。在分析過(guò)程中，老師主要通過(guò)指向明確的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生能自主地進(jìn)行分析和探究。充分運(yùn)用多媒體手段，用計(jì)算機(jī)展示電路圖，隨著學(xué)生的研究進(jìn)程標(biāo)注關(guān)鍵信息，這種方法降低了電路分析的難度，使學(xué)生容易接受。 二、教學(xué)背景分析 【教材分析】： 1、這一節(jié)內(nèi)容以簡(jiǎn)單介紹邏輯電路的有關(guān)知識(shí)為主，在恒定電流一章中相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)這節(jié)內(nèi)容也為選修3-2中傳感器的教學(xué)做了知識(shí)準(zhǔn)備。 2、這節(jié)課對(duì)學(xué)生的能力要求較低，對(duì)技能和方法的培養(yǎng)在教材中體現(xiàn)不夠。從情感體驗(yàn)來(lái)看，僅憑教材中提供的閱讀材料，邏輯電路的巨大應(yīng)用價(jià)值不容易為學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)。 3、教材雖然給出了晶體管門(mén)電路的電路圖，但對(duì)其工作原理未作詳細(xì)介紹，給學(xué)生的理解帶來(lái)了困難。 【學(xué)情分析】 1、學(xué)生已經(jīng)有電路學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，這為本節(jié)的學(xué)習(xí)提供了知識(shí)背景和技能基礎(chǔ)。 2、學(xué)生在日常生活中雖然經(jīng)常用到邏輯電路，但對(duì)其特點(diǎn)和原理了解有限。 3、學(xué)生具有較強(qiáng)的求知欲望和一定的思維能力，往往在學(xué)習(xí)了邏輯電路的功能后對(duì)其工作原理渴望了解，而教材對(duì)此并未做詳細(xì)分析。 4、學(xué)生已初步培養(yǎng)出一定的動(dòng)手能力和探究精神，適合通過(guò)探究活動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)新的知識(shí)，進(jìn)一步提升探究能力。 【教學(xué)對(duì)策】 1、用生活中的實(shí)例為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 2、通過(guò)動(dòng)手探究邏輯電路功能的教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生經(jīng)歷研究過(guò)程，體驗(yàn)研究方法。 3、教師適時(shí)提問(wèn)和設(shè)問(wèn)，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、討論，讓學(xué)生充分參與學(xué)習(xí)和探究過(guò)程。 4、根據(jù)教材特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際水平，對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，加強(qiáng)了對(duì)邏輯電路原理的分析。 三、教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1、了解簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。 2、了解簡(jiǎn)單的邏輯電路的功能。 3、了解邏輯關(guān)系的三種表示方法，會(huì)用真值表和符號(hào)來(lái)表示一些簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。 4、了解分立元件門(mén)電路的工作原理。 5、了解邏輯電路在實(shí)際生活中的應(yīng)用 （二）過(guò)程與方法 通過(guò)學(xué)生經(jīng)歷自主探究過(guò)程，體會(huì)研究問(wèn)題的方法。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 感受數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)代生活的巨大作用。 四、教學(xué)過(guò)程 【教學(xué)流程圖】 展示數(shù)碼產(chǎn)品，聲光控?zé)簦ぐl(fā)學(xué)生興趣，引出課題 運(yùn)用生活實(shí)例，介紹邏輯關(guān)系 探究門(mén)電路的結(jié)果與條件的邏輯關(guān)系 分析門(mén)電路的邏輯關(guān)系，了解邏輯關(guān)系的表示方法 探究分立元件門(mén)電路是如何實(shí)現(xiàn)條件判斷功能的 介紹集成電路與數(shù)字信號(hào)知識(shí) 了解門(mén)電路的應(yīng)用 1、課題引入 展示：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼錄音筆，演示數(shù)碼相機(jī)的笑臉功能。 提出問(wèn)題：這些功能的實(shí)現(xiàn)，與它們內(nèi)部的邏輯電路的作用分不開(kāi)。要想了解這些電子產(chǎn)品的工作原理，就得知道什么是邏輯，什么是邏輯電路。 板書(shū) —— 10簡(jiǎn)單的邏輯電路 什么是邏輯？先看生活中的一個(gè)例子. 場(chǎng)景1——漆黑的樓道里，有人正在用手機(jī)照明尋找路燈開(kāi)關(guān)。 場(chǎng)景2——樓道的路燈長(zhǎng)明，墻上貼著“節(jié)約用電、隨手關(guān)燈”的標(biāo)語(yǔ)。 以上兩種現(xiàn)象，既不方便，又浪費(fèi)了能源。采用什么辦法能解決這個(gè)問(wèn)題? 學(xué)生:采用了聲控和光控開(kāi)關(guān)。 演示1:聲光控開(kāi)關(guān)。 ①在光照條件下保持安靜，觀察燈的亮滅情況 ②在光照條件下?lián)粽疲^察燈的亮滅情況 ③在遮光條件下保持安靜，觀察燈的亮滅情況 ④在遮光條件下?lián)粽?，觀察燈的亮滅情況 請(qǐng)學(xué)生描述看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 學(xué)生： ①在光照條件下保持安靜，燈不亮 ②在光照條件下?lián)粽疲瑹舨涣? ③在遮光條件下保持安靜，燈不亮 ④在遮光條件下?lián)粽?，燈? 從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看到,光照的條件變化了,燈亮與否的結(jié)果也就不同。象這樣一定的條件和結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱(chēng)為邏輯關(guān)系。 2、三種邏輯關(guān)系 (1) “與”邏輯 剛才的實(shí)驗(yàn)要使燈亮同時(shí)要滿(mǎn)足幾個(gè)條件？ 學(xué)生：要滿(mǎn)足遮光和擊掌兩個(gè)條件。 總結(jié):像這樣的一個(gè)事件的幾個(gè)條件都滿(mǎn)足后，這個(gè)事件才能發(fā)生，這種邏輯關(guān)系叫“與”邏輯關(guān)系。 請(qǐng)舉出生活中“與”邏輯關(guān)系的例子。 學(xué)生：要看到有線(xiàn)電視，既要把電視機(jī)電源打開(kāi)，還要把機(jī)頂盒電源打開(kāi)，這是一種“與”邏輯關(guān)系。 (2) “或”邏輯 除了“與”邏輯關(guān)系以外，還有沒(méi)有其他的邏輯關(guān)系？ 學(xué)生：洗衣服時(shí)可以選擇用洗衣機(jī)也可以選擇用手洗，不同方法都可以完成洗衣的任務(wù)。 這種情況就是滿(mǎn)足兩種或多種條件中的一個(gè)條件事件就可以發(fā)生，稱(chēng)為“或”邏輯關(guān)系。 (3) “非”邏輯 （追問(wèn)）還有其它的邏輯關(guān)系嗎？ 學(xué)生：一個(gè)只有光控功能的燈，白天有光時(shí)它不亮，夜晚天黑了它才亮。 象這樣不滿(mǎn)足某種條件時(shí)事件才能發(fā)生，稱(chēng)為“非”邏輯關(guān)系。 3、探究:門(mén)電路的邏輯關(guān)系 在生活當(dāng)中有“與”、“或”、“非”三種邏輯關(guān)系，在電路中也有類(lèi)似的邏輯關(guān)系。下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究它的邏輯功能。 展示實(shí)驗(yàn)用電路板，向?qū)W生介紹電路板的使用，介紹三個(gè)元件的輸入輸出端。每個(gè)元件的輸入條件由兩個(gè)輸入端的通斷來(lái)控制，輸出結(jié)果可以觀察LED燈的亮滅。（非門(mén)只有一個(gè)輸入條件）請(qǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將條件和結(jié)果填入學(xué)案中的記錄表格。 學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)。 請(qǐng)同學(xué)們描述自己記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 學(xué)生1：一號(hào)元件只有A、B兩端都通的時(shí)候LED燈才會(huì)亮。 學(xué)生2：二號(hào)元件A、B兩端只要有一個(gè)是通的時(shí)候燈就會(huì)亮。 學(xué)生3：三號(hào)元件輸入端接通的時(shí)候LED燈熄滅，輸入端斷開(kāi)的時(shí)候LED燈熄滅。 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)三個(gè)電路在A、B輸入端條件不同時(shí)，出現(xiàn)的結(jié)果也不一樣，它們的條件和結(jié)果之間也存在一定的邏輯關(guān)系，所以把它們稱(chēng)為邏輯電路。 大家使用的邏輯電路是邏輯電路中的最小組成單元，也稱(chēng)為門(mén)電路。根據(jù)它們的邏輯關(guān)系可以分別稱(chēng)為與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)。 4、邏輯關(guān)系的表示 （1）真值表 如果約定輸入端斷開(kāi)用“0”表示，接通用“1”表示，輸出端LED燈滅用0表示，亮用1表示，并把它們填入表格。象這樣用數(shù)字表示各種控制條件和控制結(jié)果，這種表格稱(chēng)為真值表。用真值表可以表示邏輯關(guān)系。 （2）符號(hào) 除了用真值表可以表示條件與結(jié)果之間的邏輯關(guān)系外，還有沒(méi)有別的辦法可以表示條件與結(jié)果之間的邏輯關(guān)系？ 請(qǐng)學(xué)生揭去三個(gè)門(mén)電路上的教條，露出被蓋住的符號(hào)。 大家看到了什么？ 學(xué)生：門(mén)電路上有特殊的標(biāo)記。 這些標(biāo)記是表示邏輯關(guān)系的符號(hào)。大家能不能根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)這些符號(hào)的含義做出解釋?zhuān)? 學(xué)生：（回答符號(hào)的含義） （3）邏輯關(guān)系式 如果用“0”和“1”來(lái)表示條件和結(jié)果，能不能在輸入和輸出之間建立起函數(shù)關(guān)系？ 學(xué)生：“與”邏輯關(guān)系可以表示為，“或”邏輯關(guān)系可以表示為，“非”邏輯關(guān)系可以表示為 5、晶體二極管門(mén)電路分析 激發(fā)興趣：我們了解了門(mén)電路的簡(jiǎn)單分類(lèi)及邏輯關(guān)系，大家有沒(méi)有考慮這么一個(gè)問(wèn)題：門(mén)電路的邏輯功能是怎樣實(shí)現(xiàn)的？ 展示晶體二極管“與”門(mén)電路圖 演示：晶體二極管“與”門(mén)電路的邏輯功能。 對(duì)照電路圖一起分析，“與”門(mén)電路的邏輯功能是如何實(shí)現(xiàn)的。電路中有電阻、二極管、燈泡、電源，還有好幾條支路，電路比較復(fù)雜。可以仿照力學(xué)中的隔離法來(lái)分析。帶領(lǐng)學(xué)生分析電路中電源的作用、各點(diǎn)的電勢(shì)高低并在此基礎(chǔ)上分析二極管的通斷情況，進(jìn)而分析電路中的電流情況。 當(dāng)A端和B端均斷開(kāi)時(shí)，A、B兩端都為低電勢(shì)，兩個(gè)二極管D1和D2都處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管兩端的電勢(shì)降落非常小。而燈L所在支路與兩個(gè)二極管支路是并聯(lián)關(guān)系，所以燈L兩端的電勢(shì)降落也非常小，燈不能點(diǎn)亮，Y端輸出的是低電勢(shì)。 提出要求：請(qǐng)大家用同樣的方法分析A、B兩端中一端接通另一端斷開(kāi)或A、B兩端均接通時(shí)時(shí)A、B輸入端電勢(shì)及Y輸出端電勢(shì)的情況。 學(xué)生分析，最后總結(jié)。 通過(guò)剛才的分析，我們可以得出結(jié)論：對(duì)于與門(mén)電路，只有當(dāng)A、B兩端均輸入高電勢(shì)時(shí)輸出端才為高電勢(shì)；若輸入端中至少有一個(gè)是低電勢(shì)時(shí)，輸出端就是低電勢(shì)。也可以用“0”表示低電勢(shì)、“1”表示高電勢(shì)，寫(xiě)出真值表。 在實(shí)際應(yīng)用中， “0”除了可以表示“斷”、表示低電勢(shì)外，還可以表示“假”或“無(wú)”?！?”除了可以表示“通”、表示低電勢(shì)外，還可以表示“假”或“無(wú)”。 （或門(mén)電路給出電路圖，交待學(xué)生課后自己分析。） 6、集成電路與數(shù)字信號(hào) （1）集成電路 剛才分析的是二極管分立電路，體積比較龐大，使用不便，現(xiàn)在廣泛使用的是集成電路。 展示集成電路照片及集成電路內(nèi)部電路放大圖?，F(xiàn)在超大規(guī)模集成電路能夠做到在指甲蓋大小的芯片上集成數(shù)百萬(wàn)個(gè)甚至上千萬(wàn)個(gè)元件。 （2）數(shù)字信號(hào) 邏輯電路在攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、照相機(jī)等產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用，在這些產(chǎn)品中邏輯電路主要是用來(lái)處理數(shù)字信號(hào)的。什么是數(shù)字信號(hào)呢？ 展示數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)圖像，請(qǐng)學(xué)生尋找它們的各自特點(diǎn)。 學(xué)生：模擬信號(hào)是連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)是不連續(xù)的。模擬信號(hào)可以有很多取值，數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)取值。 數(shù)字信號(hào)中的高電壓通常也稱(chēng)為高電平，低電壓也稱(chēng)為低電平。處理數(shù)字信號(hào)的邏輯電路也稱(chēng)為數(shù)字電路，有關(guān)于數(shù)字電路的更多知識(shí)我們將在今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)。 7、邏輯電路的應(yīng)用 邏輯電路在生活中也有廣泛的應(yīng)用，下面我們來(lái)做一個(gè)游戲。 預(yù)先設(shè)置好紅外探頭及報(bào)警器，將相機(jī)掛在黑板上，請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)取相機(jī)。學(xué)生無(wú)論從講臺(tái)哪一側(cè)上臺(tái)，均會(huì)觸發(fā)報(bào)警器。 向?qū)W生展示兩個(gè)探頭及報(bào)警器。提問(wèn)：報(bào)警器里面用的是哪種門(mén)電路？ 學(xué)生：“或”門(mén)。 有關(guān)于門(mén)電路更多的應(yīng)用，請(qǐng)大家課下找資料加以研究，并請(qǐng)?jiān)谡n后認(rèn)真分析教材75頁(yè)火災(zāi)警報(bào)器的原理。 【板書(shū)設(shè)計(jì)】 10 簡(jiǎn)單的邏輯電路 四、晶體二極管門(mén)電路分析 五、集成電路與數(shù)字信號(hào) 六、邏輯電路的應(yīng)用 一、三種邏輯關(guān)系 二、探究：門(mén)電路的邏輯關(guān)系 三、邏輯關(guān)系的表示 （1）真值表 （2）符號(hào) （3）邏輯關(guān)系式 五、教學(xué)效果評(píng)價(jià) 1、本節(jié)課通過(guò)合理設(shè)置問(wèn)題情境，較好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯電路的興趣，各種探究和體驗(yàn)活動(dòng)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，課堂氣氛活躍。 2、通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)邏輯關(guān)系、邏輯電路的簡(jiǎn)單知識(shí)有了初步了解。通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)和自己動(dòng)手開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的觀察、思維能力和實(shí)踐能力得到了培養(yǎng)，能夠在老師的引導(dǎo)下積極思考、認(rèn)真探究，自主總結(jié)。 3、通過(guò)生活實(shí)例的展示，學(xué)生對(duì)邏輯電路的應(yīng)用價(jià)值有了深刻的體會(huì)，課后學(xué)生仍在熱烈地討論有關(guān)邏輯電路的應(yīng)用問(wèn)題。 4、在課后的交流中，聽(tīng)課的各校教師和學(xué)科專(zhuān)家都給予了很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是一節(jié)“物理教學(xué)基本特征”鮮明的成功課例，很好地體現(xiàn)了三維目標(biāo)，學(xué)生的參與度很高，學(xué)習(xí)活動(dòng)充分。 六、教學(xué)反思 1、以知識(shí)教學(xué)為主的課題，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，仍然可以讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程、體驗(yàn)研究方法。 2、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境時(shí)，要盡可能用生活中學(xué)生熟悉的實(shí)例，以充分激發(fā)學(xué)生的研究興趣。 3、根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和興趣特點(diǎn)，可以對(duì)課標(biāo)和教材設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)作合理的提升，這樣可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，滿(mǎn)足他們的求知欲望。 4、本節(jié)課在邏輯電路的應(yīng)用方面可以作進(jìn)一步的加強(qiáng)，例如可以指導(dǎo)學(xué)生利用邏輯電路來(lái)設(shè)計(jì)報(bào)警電路，這樣更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。