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.doc

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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?，激發(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，在了解到三種門電路的邏輯功能后，學(xué)生很自然地會(huì)想到門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)?，激發(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 探究門電路的結(jié)果與條件的邏輯關(guān)系 分析門電路的邏輯關(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?，觀察燈的亮滅情況 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?，燈不? 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)要滿足幾個(gè)條件？ 學(xué)生：要滿足遮光和擊掌兩個(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)。 這種情況就是滿足兩種或多種條件中的一個(gè)條件事件就可以發(fā)生，稱為“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。 象這樣不滿足某種條件時(shí)事件才能發(fā)生，稱為“非”邏輯關(guān)系。 3、探究:門電路的邏輯關(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，也稱為門電路。根據(jù)它們的邏輯關(guān)系可以分別稱為與門、或門、非門。 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？ 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、晶體二極管門電路分析 激發(fā)興趣：我們了解了門電路的簡(jiǎn)單分類及邏輯關(guān)系，大家有沒(méi)有考慮這么一個(gè)問(wèn)題：門電路的邏輯功能是怎樣實(shí)現(xiàn)的？ 展示晶體二極管“與”門電路圖 演示：晶體二極管“與”門電路的邏輯功能。 對(duì)照電路圖一起分析，“與”門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?？梢苑抡樟W(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)”。“1”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。現(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為高電平，低電壓也稱為低電平。處理數(shù)字信號(hào)的邏輯電路也稱為數(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電路？ 學(xué)生：“或”門。 有關(guān)于門電路更多的應(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。