“簡單邏輯電路”教學要略

丁衛東

(江蘇省如皋中學,江蘇如皋 226500)

“簡單邏輯電路”教學要略

丁衛東

(江蘇省如皋中學,江蘇如皋 226500)

簡單邏輯電路俗稱門電路、數字電路,在中學階段只要講它的基本原理和簡單應用.但是,由于邏輯電路與學生以前所學的直流電路有著明顯的區別,存在著眾多的不同,給教師的教和學生的學都帶來了不少的麻煩,增加了教學的難度.通過教學實踐,本人認為,要做好這一單元的教學,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的“恒定電流”部分的電路形式,它更為強調的是邏輯運算,凸顯的是“門電路”,因而不再強調“回路”的概念,甚至于對“門”自身的工作條件也不再強調.但是,學生對之前所學的電路有著根深蒂固的認識,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,在教學的一開始,就要著重加強這一特點的介紹和講解.

1.2 表達方式不同

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.在這一電路中,我們關心的只有電壓的兩種狀態,也就是“高電壓”或者“低電壓”,而不關心電壓的具體數值.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,并依據預設的邏輯原理將運算結果輸出去.也就是說,它所運算的不是電流和電壓之間的關系,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果的功能,可以把它類比為一個“指揮家”,或者一個“領導者”,能根據某個情況,發出某個指令.而在具體的電路當中,門電路也就是電路中的一個能依據相關條件作出判斷的“智能開關”.

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.當有火警時,圖中的A點為低電平,非門輸出端Y將出現高電平,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.雖然本節內容不是高中物理教學的重點,但是,這是學生第一次接觸到“數字電路”、“門電路”,有許多的不適應和不理解,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,并提示學生注意示教板電路中的不同底色的部分.在學生的分析、討論、講解中,我們會發現問題,真正了解他們的困惑和癥結,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對電路條件進行邏輯運算的”,而不僅僅是個開關,如果僅僅為了實現電路的通、斷,只用一只開關就足夠了,不用這么復雜的電路.這是為了體現一種邏輯原理.

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,但我們還是要讓學生進行觀察、分析和比較,并組織學生進行討論.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,教師在教學過程中做到以上3點,學生對“門電路”也就一定有了簡單而又準確的了解,并能對門電路的應用電路做出分析和解釋,甚至能設計出簡單的應用電路.

需要補充說明的是,表現同一邏輯運算關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.邏輯電路的組合應用很多,也很廣泛,很多時候我們教師的相關知識也不一定有學生多,教學時不要總把話講死,要多聽學生意見,多與學生交流,要鼓勵學生自己學會搜集資料、探索實驗.這樣做,才能從真正意義上拓展教材,延伸課堂,樹立終身學習的觀點,強化服務社會的意識.

2010-06-22)