2019-2020年高中物理《簡單的邏輯電路》教學(xué)設(shè)計 新人教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理《簡單的邏輯電路》教學(xué)設(shè)計 新人教版選修3-1 一、設(shè)計思想 1、貫徹“物理教學(xué)的基本特征”理論。 （1）以創(chuàng)設(shè)問題情景為切入點。用生活中的實例為學(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。用過安檢的例子，幫助學(xué)生理解三種邏輯關(guān)系。 （2）以觀察實驗（事實）為基礎(chǔ)，以提升學(xué)生探究能力為重點。學(xué)生通過動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。通過這樣的過程，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現(xiàn)的，從課堂中學(xué)習(xí)邏輯電路知識到生活中對邏輯電路的應(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、大膽對教學(xué)目標(biāo)進行適當(dāng)?shù)奶嵘? 在研究課程標(biāo)準(zhǔn)和教材時，我注意到課本對晶體二極管邏輯電路要求比較低，但在備課過程中我體會到，在了解到三種門電路的邏輯功能后，學(xué)生很自然地會想到門電路的邏輯功能是如何實現(xiàn)的。而書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現(xiàn)邏輯功能，不但能滿足學(xué)生的求知欲望，同時對于加強學(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，為了使難點分散，我們引導(dǎo)學(xué)生用隔離的方法分析電路，讓他們充分體會到這種方法的優(yōu)勢。學(xué)生從電源作用、二極管特點、電路中各點電勢高低比較、電流情況等方面進行電路分析，最后在分析的基礎(chǔ)上進行綜合，弄清楚輸入端電勢高低情況對輸出端電勢高低的影響，認(rèn)識到晶體二極管門電路是如何實現(xiàn)邏輯功能的。在分析過程中，老師主要通過指向明確的問題引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生能自主地進行分析和探究。充分運用多媒體手段，用計算機展示電路圖，隨著學(xué)生的研究進程標(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)容以簡單介紹邏輯電路的有關(guān)知識為主，在恒定電流一章中相對獨立，同時這節(jié)內(nèi)容也為選修3-2中傳感器的教學(xué)做了知識準(zhǔn)備。 2、這節(jié)課對學(xué)生的能力要求較低，對技能和方法的培養(yǎng)在教材中體現(xiàn)不夠。從情感體驗來看，僅憑教材中提供的閱讀材料，邏輯電路的巨大應(yīng)用價值不容易為學(xué)生深刻認(rèn)識。 3、教材雖然給出了晶體管門電路的電路圖，但對其工作原理未作詳細(xì)介紹，給學(xué)生的理解帶來了困難。 【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，但對其特點和原理了解有限。 3、學(xué)生具有較強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其工作原理渴望了解，而教材對此并未做詳細(xì)分析。 4、學(xué)生已初步培養(yǎng)出一定的動手能力和探究精神，適合通過探究活動來學(xué)習(xí)新的知識，進一步提升探究能力。 【教學(xué)對策】 1、用生活中的實例為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 2、通過動手探究邏輯電路功能的教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生經(jīng)歷研究過程，體驗研究方法。 3、教師適時提問和設(shè)問，層層遞進，引導(dǎo)學(xué)生觀察、實驗、分析、討論，讓學(xué)生充分參與學(xué)習(xí)和探究過程。 4、根據(jù)教材特點和學(xué)生實際水平，對教學(xué)目標(biāo)進行適當(dāng)?shù)奶嵘?，加強了對邏輯電路原理的分析。 三、教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能 1、了解簡單的邏輯關(guān)系。 2、了解簡單的邏輯電路的功能。 3、了解邏輯關(guān)系的三種表示方法，會用真值表和符號來表示一些簡單的邏輯關(guān)系。 4、了解分立元件門電路的工作原理。 5、了解邏輯電路在實際生活中的應(yīng)用 （二）過程與方法 通過學(xué)生經(jīng)歷自主探究過程，體會研究問題的方法。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 感受數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)代生活的巨大作用。 四、教學(xué)過程 【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 運用生活實例，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現(xiàn)條件判斷功能的 介紹集成電路與數(shù)字信號知識 了解門電路的應(yīng)用 1、課題引入 展示：數(shù)碼相機、數(shù)碼錄音筆，演示數(shù)碼相機的笑臉功能。 提出問題：這些功能的實現(xiàn)，與它們內(nèi)部的邏輯電路的作用分不開。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 —— 10簡單的邏輯電路 什么是邏輯？先看生活中的一個例子. 場景1——漆黑的樓道里，有人正在用手機照明尋找路燈開關(guān)。 場景2——樓道的路燈長明，墻上貼著“節(jié)約用電、隨手關(guān)燈”的標(biāo)語。 以上兩種現(xiàn)象，既不方便，又浪費了能源。采用什么辦法能解決這個問題? 學(xué)生:采用了聲控和光控開關(guān)。 演示1:聲光控開關(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)粽疲^察燈的亮滅情況 請學(xué)生描述看到的實驗現(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? 從這個實驗可以看到,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 剛才的實驗要使燈亮同時要滿足幾個條件？ 學(xué)生：要滿足遮光和擊掌兩個條件。 總結(jié):像這樣的一個事件的幾個條件都滿足后，這個事件才能發(fā)生，這種邏輯關(guān)系叫“與”邏輯關(guān)系。 請舉出生活中“與”邏輯關(guān)系的例子。 學(xué)生：要看到有線電視，既要把電視機電源打開，還要把機頂盒電源打開，這是一種“與”邏輯關(guān)系。 (2) “或”邏輯 除了“與”邏輯關(guān)系以外，還有沒有其他的邏輯關(guān)系？ 學(xué)生：洗衣服時可以選擇用洗衣機也可以選擇用手洗，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條件事件就可以發(fā)生，稱為“或”邏輯關(guān)系。 (3) “非”邏輯 （追問）還有其它的邏輯關(guān)系嗎？ 學(xué)生：一個只有光控功能的燈，白天有光時它不亮，夜晚天黑了它才亮。 象這樣不滿足某種條件時事件才能發(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。下面我們通過實驗來研究它的邏輯功能。 展示實驗用電路板，向?qū)W生介紹電路板的使用，介紹三個元件的輸入輸出端。每個元件的輸入條件由兩個輸入端的通斷來控制，輸出結(jié)果可以觀察LED燈的亮滅。（非門只有一個輸入條件）請學(xué)生在實驗過程中將條件和結(jié)果填入學(xué)案中的記錄表格。 學(xué)生實驗，教師指導(dǎo)。 請同學(xué)們描述自己記錄的實驗現(xiàn)象。 學(xué)生1：一號元件只有A、B兩端都通的時候LED燈才會亮。 學(xué)生2：二號元件A、B兩端只要有一個是通的時候燈就會亮。 學(xué)生3：三號元件輸入端接通的時候LED燈熄滅，輸入端斷開的時候LED燈熄滅。 從實驗結(jié)果中我們會發(fā)現(xiàn)三個電路在A、B輸入端條件不同時，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 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，還有沒有別的辦法可以表示條件與結(jié)果之間的邏輯關(guān)系？ 請學(xué)生揭去三個門電路上的教條，露出被蓋住的符號。 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。大家能不能根據(jù)剛才的實驗結(jié)果對這些符號的含義做出解釋？ 學(xué)生：（回答符號的含義） （3）邏輯關(guān)系式 如果用“0”和“1”來表示條件和結(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單分類及邏輯關(guān)系，大家有沒有考慮這么一個問題：門電路的邏輯功能是怎樣實現(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。 對照電路圖一起分析，“與”門電路的邏輯功能是如何實現(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)中的隔離法來分析。帶領(lǐng)學(xué)生分析電路中電源的作用、各點的電勢高低并在此基礎(chǔ)上分析二極管的通斷情況，進而分析電路中的電流情況。 當(dāng)A端和B端均斷開時，A、B兩端都為低電勢，兩個二極管D1和D2都處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管兩端的電勢降落非常小。而燈L所在支路與兩個二極管支路是并聯(lián)關(guān)系，所以燈L兩端的電勢降落也非常小，燈不能點亮，Y端輸出的是低電勢。 提出要求：請大家用同樣的方法分析A、B兩端中一端接通另一端斷開或A、B兩端均接通時時A、B輸入端電勢及Y輸出端電勢的情況。 學(xué)生分析，最后總結(jié)。 通過剛才的分析，我們可以得出結(jié)論：對于與門電路，只有當(dāng)A、B兩端均輸入高電勢時輸出端才為高電勢；若輸入端中至少有一個是低電勢時，輸出端就是低電勢。也可以用“0”表示低電勢、“1”表示高電勢，寫出真值表。 在實際應(yīng)用中， “0”除了可以表示“斷”、表示低電勢外，還可以表示“假”或“無”?！?”除了可以表示“通”、表示低電勢外，還可以表示“假”或“無”。 （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 （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)百萬個甚至上千萬個元件。 （2）數(shù)字信號 邏輯電路在攝像機、計算機、照相機等產(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處理數(shù)字信號的。什么是數(shù)字信號呢？ 展示數(shù)字信號與模擬信號圖像，請學(xué)生尋找它們的各自特點。 學(xué)生：模擬信號是連續(xù)的，數(shù)字信號是不連續(xù)的。模擬信號可以有很多取值，數(shù)字信號只有兩個取值。 數(shù)字信號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)字電路的更多知識我們將在今后進一步學(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，下面我們來做一個游戲。 預(yù)先設(shè)置好紅外探頭及報警器，將相機掛在黑板上，請學(xué)生上臺取相機。學(xué)生無論從講臺哪一側(cè)上臺，均會觸發(fā)報警器。 向?qū)W生展示兩個探頭及報警器。提問：報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，請大家課下找資料加以研究，并請在課后認(rèn)真分析教材75頁火災(zāi)警報器的原理。 【板書設(shè)計】 10 簡單的邏輯電路 四、晶體二極管門電路分析 五、集成電路與數(shù)字信號 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 （3）邏輯關(guān)系式 五、教學(xué)效果評價 1、本節(jié)課通過合理設(shè)置問題情境，較好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯電路的興趣，各種探究和體驗活動充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，課堂氣氛活躍。 2、通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對邏輯關(guān)系、邏輯電路的簡單知識有了初步了解。通過觀察演示實驗和自己動手開展探究性實驗，學(xué)生的觀察、思維能力和實踐能力得到了培養(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、通過生活實例的展示，學(xué)生對邏輯電路的應(yīng)用價值有了深刻的體會，課后學(xué)生仍在熱烈地討論有關(guān)邏輯電路的應(yīng)用問題。 4、在課后的交流中，聽課的各校教師和學(xué)科專家都給予了很高的評價，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)活動充分。 六、教學(xué)反思 1、以知識教學(xué)為主的課題，通過合理設(shè)計，仍然可以讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程、體驗研究方法。 2、創(chuàng)設(shè)問題情境時，要盡可能用生活中學(xué)生熟悉的實例，以充分激發(fā)學(xué)生的研究興趣。 3、根據(jù)學(xué)生的實際水平和興趣特點，可以對課標(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)用方面可以作進一步的加強，例如可以指導(dǎo)學(xué)生利用邏輯電路來設(shè)計報警電路，這樣更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。