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？

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。

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。

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。

小夜燈逻辑关系：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。

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