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逻辑门电路的设计和搭建
逻辑门电路的设计与搭建
陈 杰 李亚东
本课为苏教版通用技术课程选修——电子控制技术“逻辑门电路”一节的内容.本节课主要以逻辑门电路搭建为主线,详细介绍了与门、或门、非门的功能及在生活中的应用,同时希望学生能够根据具体需求,设计完成一些具备一定功能的逻辑门电路.
教学目标
知识与技能：认识并能够区分数字信号与模拟信号；认识并掌握基本的门电路：与门、或门、非门；通过逻辑门电路的设计,实现一定的功能.
过程与方法：学生通过Boson Kit 套件设计,搭建具备一定功能的逻辑门电路；通过小组合作形式,完成具体任务.在制作过程中,学生通过设计、搭建、测试、展示等环节体会制作的乐趣.
情感、态度与价值观：通过技术手段实现对生活中常见电路的改造与设计,激发学生学习技术、使用技术、热爱技术的热情.
教学重点、难点
数字量与模拟量的认识与区分；逻辑门电路：与门、或门、非门；逻辑门电路的设计与搭建.利用Boson Kit搭建具有一定功能的逻辑门电路.
教学过程
1.新课导入
师：生活中我们常见的楼道声控灯、人体感应门,它们其实都是一些电路,我们今天就要学习通过Boson Kit将其实现.在开始学习之前,我们先请同学们来看看：图1中的两个开关有区别吗？
图1 两个开关
学生听讲,思考教师问题.
学生回答教师问题.开关1只有两种状态——开和关,开关2开的状态是连续的,只是速度不一样.通过Boson Kit 接出两种开关控制的电路,具体电路分别为一个按钮开关（旋钮）通过主控板控制LED（风扇）.
师：同学们回答得很好.这就是我们下面要学习的数字量与模拟量.
设计意图：教师通过日常生活中存在的实例,激发学生的学习兴趣.并通过观察两种不同形式的开关,自然而然地引入数字量与模拟量的概念.
2.新课学习
师：通过刚才两个电路的连接,同学们已经感受到两种不同的控制方式,一种是使用了按钮开关；一种是使用了旋钮开关.模拟量：一些事物的量值是连续变化的.数字量：一些事物的量值是非连续变化的.
图2 模拟量和数字量学生通过刚才搭建的电路体会数字量与模拟量的区别.
教师简单介绍Boson的系统用法.
图3 控制系统
设计意图：通过之前的电路连接,学生对数字量和模拟量有了感性认识,这时再给出数字量与模拟量的定义,水到渠成.
师：我们家里的楼道灯是通过什么方法让它亮起来的？
生：声音、触摸……
师：方式有很多,但是大多都使用了传感器,请同学们回顾我们之前学习过的内容,什么是传感器？
动手实践：请同学们动手实践,连接逻辑电路,给我们的房间设计一个小夜灯.
小夜灯逻辑关系：夜晚来临,光线暗下来以后,小灯亮起；白天到来,光线亮起,小灯熄灭.
师：在这个电路中,我们应该注意到的是使用什么模块,可以实现小灯的亮灭.
学生利用相关模块,连接小夜灯逻辑电路.
师：上述电路中,我们使用了NOT模块,它们体现的就是使条件为真、结果为假,条件为假、结果为真的逻辑关系.
师：如果按上述逻辑电路,作为楼道中的照明灯,是否合适？如果不合适,如何改进？
学生回答.上述电路是使用光线作为感测开关,就会造成夜晚小夜灯一直亮着,这是一种资源的浪费.我们准备在这个电路中再加上一路检测声音的开关.当光线和声音同时满足条件时,小灯亮起,这样实现楼道照明的同时,也满足了节能的需求.
师：同学们分析得很好.下面就请各位同学动手实现上述电路.
学生动手实现上述逻辑电路.
师：在此电路中使用了与门,即“当所需的条件同时满足时结果才为真”的逻辑关系.
小挑战：同学们还记得刚开始上课我们连接的那个按钮控制LED的电路吗？能否通过逻辑门电路设计实现按下按钮灯一直亮的状态？
学生设计并动手连接,实现逻辑电路.
师：在此电路中,我们使用了或门,即“当所需的条件至少有一个满足,结果就为真”的逻辑关系.
设计意图：通过几个具有实际意义的逻辑电路的设计与制作,引出与门、或门、非门的学习.让学生在具体的情境中学习新的知识.
3.练习反馈
师：班级比赛中,决赛是两名选手通过抢答的方式决出冠亚军.以往比赛是双方通过举手来抢答.但是,双方往往因为举手太快而分不清先后,有没有办法解决这个问题呢？
要求：除了让按下按钮的人亮起对应的灯以外,还要阻止另一个灯亮起.
学生思考、分析、设计电路.
师：小灯亮起需要同时满足什么条件？
学生回答.对应的按钮按下,且另一个按钮没有按下.用“逻辑非”和“逻辑与”模块将按钮的状态输送到另一个按钮即可.如果一个按钮按下,另外一个按钮即使按下,也无法输出“真（成立）”的状态了.
学生动手实践完成抢答器功能设计.
图4 抢答器功能的逻辑门电路设计
师：同学们可以小组合作完成抢答器功能的设计与搭建.
设计意图：通过一个竞赛任务的布置,检测学生对学习过的逻辑门能否灵活运用.
知识梳理
师：本课中我们学习了以下内容——认识并能够区分数字信号与模拟信号；认识并掌握基本的门电路——与门、或门、非门；通过逻辑门电路的设计,实现一定功能.
教学反思
本课是我校省级课题“Arduino与通用技术”（课题编号：JG14218）中的研究内容.本课教学中,我们引入了Boson Kit套件,学生设计的逻辑电路不再是简单地停留在纸张上,而是通过这些电子逻辑模块真实地实现了.
在本课教学中,以现实生活中应用的逻辑电路为例,引入教学,结合案例展开项目式教学,层层推进,通过“剥洋葱皮”方式展开教学.应该说,本课教学中学生的参与度很高,都能够积极思考完成电路的搭建.虽然在搭建中可能遇到些困难,但是都可以通过组内合作、组间交流的方式寻求解决问题的方案.更难能可贵的是,学生在搭建电路中展现出自己的创造力,有些电路的搭建方案是我在课前备课中没有想到的.可以说,在本课中学生的创造力完全被释放开了,他们都想通过自己的方式来实现逻辑电路的功能.
存在的问题：本课教学中由于使用了Boson Kit的套件,有些学生在上手使用时,还是存在些问题.
特别是在输入模拟量时,学生对于模拟量值的调整不够准确,导致实验效果不太理想.@
作者单位：安徽淮南一中 安徽阜阳一中
电路论文范文结:
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