丁衛(wèi)東

(江蘇省如皋中學(xué),江蘇如皋 226500)

“簡單邏輯電路”教學(xué)要略

丁衛(wèi)東

(江蘇省如皋中學(xué),江蘇如皋 226500)

簡單邏輯電路俗稱門電路、數(shù)字電路,在中學(xué)階段只要講它的基本原理和簡單應(yīng)用.但是,由于邏輯電路與學(xué)生以前所學(xué)的直流電路有著明顯的區(qū)別,存在著眾多的不同,給教師的教和學(xué)生的學(xué)都帶來了不少的麻煩,增加了教學(xué)的難度.通過教學(xué)實踐,本人認(rèn)為,要做好這一單元的教學(xué),教師要做到如下幾點:

1 注意兩個不同

1.1 電路形式不同

“門電路”的電路形式不同于以前所學(xué)的“恒定電流”部分的電路形式,它更為強調(diào)的是邏輯運算,凸顯的是“門電路”,因而不再強調(diào)“回路”的概念,甚至于對“門”自身的工作條件也不再強調(diào).但是,學(xué)生對之前所學(xué)的電路有著根深蒂固的認(rèn)識,他的“回路”意識很強,總是想找到一個回路,而對這一“不全”的、“不完整”的電路難以接受.所以,在教學(xué)的一開始,就要著重加強這一特點的介紹和講解.

1.2 表達(dá)方式不同

邏輯電路主要是對電路中的電壓的高低(或者說電勢的高低)作出反應(yīng).在這一電路中,我們關(guān)心的只有電壓的兩種狀態(tài),也就是“高電壓”或者“低電壓”,而不關(guān)心電壓的具體數(shù)值.所以,在這一電路講解中,我們不再用“高電壓”、“低電壓”;“高電勢”、“低電勢”等概念,而更多地用“高電平”、“低電平”的說法,并將“高電平”定義為邏輯“1”、“低電平”定義為邏輯“0”.

2 講清兩個重點

2.1 門電路作出的是條件判斷

圖1

門電路的作用或者說功能,是對所輸入的條件進行邏輯運算,也就是對輸入的信號作出“高電平”、“低電平”的判斷,并依據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯原理將運算結(jié)果輸出去.也就是說,它所運算的不是電流和電壓之間的關(guān)系,也不再拘泥于對某一具體電壓下的電流進行計算或討論.它這種對條件進行判斷并計算出結(jié)果的功能,可以把它類比為一個“指揮家”,或者一個“領(lǐng)導(dǎo)者”,能根據(jù)某個情況,發(fā)出某個指令.而在具體的電路當(dāng)中,門電路也就是電路中的一個能依據(jù)相關(guān)條件作出判斷的“智能開關(guān)”.

2.2 門電路輸入的是電壓信號

對門電路來說,它的輸入信號是電壓而不是電流.也就是說,門電路的輸入端所采集的是電路中的“電平”的高低,輸入端的電流通常是很小的,甚至可以認(rèn)為是“沒有電流”的,也就是“零輸入功率”.以圖1“火警報警電路”為例,當(dāng)分析圖中A點電平高低的時候,可以不考慮門電路對A點電勢的影響,因為A點向右電路是沒有電流的.當(dāng)有火警時,圖中的A點為低電平,非門輸出端Y將出現(xiàn)高電平,電鈴響,作出報警.從本圖還可以看出,邏輯運算后輸出的Y端雖然也是電壓(高、低電平),但是允許有一定的電流,也就是說是可以有一定功率輸出的,從這個意義上講,門電路是有“放大功能”的.當(dāng)然這個“放大”是不會違背“能量守恒”的,它的能量是來自于我們看不到的另外的電路,只是這個“另外的電路”我們沒有畫出來,為的也就是凸顯“門電路”的邏輯運算原理.

3 組織兩個討論

3.1 分立元件邏輯電路舉例

人教社新課標(biāo)教材中,介紹了兩個分立元件的門電路,一個是“與門”電路,一個是“或門”電路.雖然本節(jié)內(nèi)容不是高中物理教學(xué)的重點,但是,這是學(xué)生第一次接觸到“數(shù)字電路”、“門電路”,有許多的不適應(yīng)和不理解,教師要讓他們自己進行“試分析”,“試討論”,而不要急于進行“先入為主”的分析和講解.教師可以只先簡介“二極管”的作用,并提示學(xué)生注意示教板電路中的不同底色的部分.在學(xué)生的分析、討論、講解中,我們會發(fā)現(xiàn)問題,真正了解他們的困惑和癥結(jié),從而有針對性地進行分析和講解,這樣才能最大限度地利用好示例,也才能最大限度地提高學(xué)生分析電路,解決實際問題的能力.

教師需要講明的是,這兩個電路是用來說明“電子元件組成的電路能實現(xiàn)對電路條件進行邏輯運算的”,而不僅僅是個開關(guān),如果僅僅為了實現(xiàn)電路的通、斷,只用一只開關(guān)就足夠了,不用這么復(fù)雜的電路.這是為了體現(xiàn)一種邏輯原理.

圖2

3.2 集成電路邏輯電路介紹

課本介紹了兩個“74LS”系列的邏輯電路集成塊.雖然篇幅較小,但我們還是要讓學(xué)生進行觀察、分析和比較,并組織學(xué)生進行討論.這兩個集成塊的原理圖如圖2所示.從這兩幅圖上,我們更加能看出數(shù)字電路與普通電路形式的不同.有條件的可以用實際的集成塊在面包板上做實驗,讓學(xué)生體驗.要講明的是,為了保證每一個門電路的正常工作,我們是要對它進行供電的(圖中的7腳和14腳),而它輸出的電流(功率)也正是來源于這個電源.

總之,教師在教學(xué)過程中做到以上3點,學(xué)生對“門電路”也就一定有了簡單而又準(zhǔn)確的了解,并能對門電路的應(yīng)用電路做出分析和解釋,甚至能設(shè)計出簡單的應(yīng)用電路.

需要補充說明的是,表現(xiàn)同一邏輯運算關(guān)系的電路是多種多樣的,也就是說,可以有多種多樣的電子元件組成的電路來實現(xiàn)同一邏輯原理,不同系列、不同型號的集成塊也可能是同一邏輯原理的.邏輯電路的組合應(yīng)用很多,也很廣泛,很多時候我們教師的相關(guān)知識也不一定有學(xué)生多,教學(xué)時不要總把話講死,要多聽學(xué)生意見,多與學(xué)生交流,要鼓勵學(xué)生自己學(xué)會搜集資料、探索實驗.這樣做,才能從真正意義上拓展教材,延伸課堂,樹立終身學(xué)習(xí)的觀點,強化服務(wù)社會的意識.

2010-06-22)