《简单的逻辑电路》教学设计

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一、指导思想与理论依据
随着现代信息技术的迅猛发展，数字技术已经成为衡量居民生活水平的一个重要标志，因此作为现代公民应当对数字技术有所了解。但是经过课前访谈，发现学生这方面的知识非常困乏。   调查发现：学生对于类似模拟信号、数字信号这种看不见摸不到的抽象事物学习起来困难较大，不能很好地掌握。尽管学生在高一年级学习了计算机基础，了解二进制，但是“与”“或”“非”三种基本逻辑运算，是与学生学习的二进制和普通代数完全不同的运算。这是本节课要着重解决的问题。   基于以上原因，根据建构主义理论，教学设计的指导思想是：根据学生的原有知识水平，引导学生通过学生探究小组课前调查活动，充分利用现代信息技术手段，把模拟信号、数字信号这种抽象的事物在课堂上可视化，降低学生接受难度。在教学过程中，借助电路图作为工具，并通过实际举例和分析设计简单的逻辑电路，给学生自主建构的台阶，这样在完成知识构建的同时，扩展学生的知识视野，了解现代数字技术。
二、教学背景分析
教学内容：本节内容是第二章恒定电流的最后一节，同时也是为选修3-2传感器的教学做准备，是新增加的知识，符合学生的认知发展。同时本节内容与实际联系紧密，紧跟时代的发展，体现了时代性，有利于培养学生的科学素养。   学生情况：通过课前访谈了解到，学生对于分析电路中的电压关系比较熟练，对逻辑关系有一定的感性认识，但是学生对于模拟信号、数字信号这种抽象概念理解起来非常困难，对逻辑电路尚不清楚，这是本节课要着重解决的问题。   教学方式：探究式、归纳式   教学手段：运用新闻视频、测量汽车电脑板输出波形视频、Cool Edit录音软件 、门电路演示板、多媒体课件辅助教学   技术准备：计算机、投影、PPT演示文稿、话筒、视频
三、教学目标(内容框架)
知识目标	（1）初步了解模拟信号和数字信号。 （2）知道三种门电路的逻辑关系、符号及真值表； （3）会用真值表表示一些简单的逻辑关系； （4）会分析、设计一些简单的逻辑电路； (5)初步了解集成电路。
能力目标	查小组（1）分工合作，培养学生的探究能力以及团队合作的意识； 通过简（2）单的逻辑电路的分析，培养学生的思维能力； （3）通过设计报警器，培养学生的应用能力。
情感态度与价值观	通过引导学生分析、设计一些简单的逻辑电路，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探索精神，使学生体会到物理知识在生活中的价值，以及学习物理的重要性。
四、教学流程示意图
1．模拟信号和数字信号     2．基本逻辑运算       3．逻辑门电路   4．提高 拓展训练：设计报警器并画出电路图 演示试验：验证报警功能能否实现 介绍：集成电路
教学阶段		教师活动	学生活动	设置意图
创设问题情境		【展示】   播放新闻联播视频（关于美国全国停播模拟电视信号的新闻）   【提出问题】   什么是模拟信号？什么是数字信号？	探究小组交流调查结果：   第一组介绍模拟信号：介绍模拟信号的由来、概念、并利用Cool Edit 录音软件现场录制并展示本班同学声音的波形   第二组介绍数字信号：介绍数字信号的优点、A/D转换、概念，并展示汽车电脑板输出数字信号波形视频	通过课前小组调查，培养学生的探究能力和团队合作能力。   通过观看信号采集过程和视频，为学生搭建台阶，让抽象的概念可视化，使学生易于掌握概念。
新课讲解		【介绍】 （1）信号从产生、传输到输出的转换过程。（以电视信号为例） 自然界的物理量－传感器－模拟信号－A/D转换器－数字信号－处理或传输－D/A转换器－模拟信号－输出   （2）常见模拟信号和数字信号的波形图   （3）数字信号中“0”“1”代表的一般意义，着重强调他们并不代表大小。	了解信号传递的基本过程，进一步加深理解模拟信号和数字信号。             知道“0”“1”还可以表示物体所处的状态，知道与普通代数的区别。	澄清模糊认识，对信号传递过程有较全面地了解，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学素养，并为学习简单逻辑电路作准备。
		【介绍】处理数字信号的电路称为数字电路，不同的数字产品因为功能和用途不同，所以具体电路差别非常大，但他们都具有几乎相同的功能框图。     【提出问题】什么是逻辑关系？ 总结：输入（或条件）与输出（或结果）之间的因果关系。   【展示】电路图1   提出问题：开关状态与灯的亮暗之间的关系？   介绍：与逻辑概念及真值表   提出问题：请举出生活中符合与逻辑的例子？   引出：与门电路   介绍：与门的逻辑符号，引导学生给出逻辑函数表达式，强调与普通代数的区别，它是用来处理逻辑关系的，并非加减乘除。   【展示】电路图2     介绍：或逻辑并引导学生得出真值表 提出问题：请举出生活中符合或逻辑的例子？   引出：或门电路   介绍：或门的逻辑符号，给出逻辑函数表达式，强调读法，再次提醒学生。   【展示】电路图3   介绍：非逻辑及其真值表   引出：非门电路   介绍：非门的逻辑符号和逻辑函数表达式。   展示：与门电路示教板（用白纸将逻辑符号遮盖上，让学生看不见）   实验探究：请同学们列出真值表并分析这是什么门电路？	了解功能框图，知道数字电路内部基本工作过程和组成。                     回忆生活经验               分析开关与小灯泡之间的关系，理解新概念。     联系生活实际举例。     观察真值表，思考给出与门电路的逻辑函数表达式                   巩固真值表表示方法 联系生活实际举例。                       学习三种基本的简单逻辑门电路及其功能和表示方法。         记录实验现象，练习使用真值表，分析逻辑关系。	通过功能框图让学生从宏观的角度对数字电路有个了解，并通过此教学让学生对为什么学习简单逻辑门电路有个较全面地了解。               在学习门电路之前必须要让学生知道它是处理逻辑关系的。        利用图形作为工具，降低难度，帮助学生理解与逻辑概念，并为学习与门电路搭建台阶。   通过举例巩固概念。      培养学生的思维能力。         通过举例加深理解巩固概念。                运用所学能够判断门电路，并亲身感受利用数字电路可以实现逻辑运算功能。
拓展提高		【提出问题】   联合国安理会常任理事国都拥有一票否决权,假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入0，投赞成票或弃权输入1，提案通过为1，通不过为0，这个表决器应该采用什么门电路？   总结：与门电路   在一场举重比赛中，有三名裁判，其中一名主裁判，两名副裁判，当主裁判和至少一名副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号。请问这个表决器应该采用什么门电路？   总结结论：复杂逻辑关系可以通过三种基本的逻辑门电路相互组合实现。	运用刚刚学到的知识解决生活实际问题。       回忆刚刚学过的知识，同学之间相互讨论得出结论。	借助素材，让学生充分调动已有的知识，通过讨论，帮助学生突破障碍，将课堂所学知识与生活实际相联，激发学生兴趣，提高学生的科学素养。   从简单的逻辑门电路到设计出组合逻辑门电路，让学生体会复杂逻辑关系可以由刚刚学习的三种简单逻辑门电路组合实现，同时进一步提高学生的探究能力。
		【提出问题】   这是一个简易路灯控制电路图，R0是光敏电阻，有光线照射时阻值会显著减少，R是可调电阻起分压作用，J是一个路灯开关控制的继电器，图中未画路灯，请问框内应选用什么门电路？     【实验设计】请利用热敏电阻（随着温度的升高阻值降低）设计一个火警报警器并画出电路图，要求有火情发生时电玲响报警。   【演示实验】利用传感器示教板验证学生设计的电路报警的效果。	回顾已有知识，在具体电路中综合应用本章知识进行分析问题         综合运用本节所学的知识通过讨论设计实验电路图。	通过具体电路的分析，让学生从前边的宏观分析回归到具体电路，同时让学生学会分析含逻辑门电路的电路图，并为设计火警报警器作铺垫。    通过设计一个火警报警器，巩固本节所学到的知识，同时提升学生的探究能力。 通过观察报警效果，激发学生的科学探索精神。
知识扩展		介绍：集成电路的内部结构图       集成电路的现状	了解现代数字技术发展的水平。	拓展学生的知识视野。
思考留疑			课后分析电路	通过分析电路了解门电路是如何实现逻辑功能的，满足学生的好奇心，并进一步提升学生的思维能力。
学习效果评价设计
评价方式：   1）学生意见征集   教学后对学生进行以访谈形式的意见征集   2）其他教师意见   本节课作为宣武区高二年级的研究课，在全区进行展示，并收集听课教师的评价意见。
评价量规：   1）学生意见征集   学生总体反映教学过程充分调动了他们学习的积极性，课堂知识与生活实际联系紧密，学习新知识的过程变得主动，主干知识印象比较深刻、理解到位，对现代数字技术有了较为全面的认识。   2）其他教师意见   教学设计比较有新意，课堂教学学生活跃、主动，学习过程充分体现了学生的主体性，教师对于学生学习过程能够给予充分的关注和准确的指导。

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