作者：朱建廉
物理教师：高中版 2008年09期
在“新课标教材”人教版选修3-1的“恒定电流”一章中，“简单逻辑电路”的相关内容被纳入高中物理教学，对于这部分新增加的教学内容，一些教师可能会在一定程度上感到难于把握。鉴于此，笔者撰写此文，试图针对“简单的逻辑电路”一节的教学要求做出理性的分析，期望这样的研究能够在同行们实施教学时给予启发。
关于“简单逻辑电路”的教学内容，人教版教材的呈现方式较为得当，具体表现在如下几个方面：第一，对逻辑电路的功能、地位和特征交代清晰；第二，简单逻辑电路的主干内容设置得当——集中表现“与”门、“或”门和“非”门这3种基本门电路；第三，通过演示、例题、练习题等形式把和简单逻辑电路相关的教学要求给出了层次分明的逐步呈现。由于教材编者的出色工作，所以相应的教学要求只需紧紧把握教材的呈现思路而逐一完成如下几个要点即可。
一、教学引入阶段的教学要求
在教学的引入阶段应该达到如下教学要求。
(1)明确本节的教学内容
针对课题“简单的逻辑电路”在语言结构上作简要的分析，帮助学生体会本节所要研究的内容是：电路；逻辑电路；简单逻辑电路。
(2)理顺内容的逻辑关系
从“现代信息技术”的概念切入，指明其是以“数字信号”为特征的技术；针对“信号”作简要的划分
“信号＝模拟信号+数字信号”
指明：“模拟信号”由“模拟电路”处理，其特征如图1(a)所示，是一种“渐变”信号，而“数字信号”则由“数字电路”处理，其特征如图1(b)所示，是一种“跃变”信号；“数字电路”处理“数字信号”其实质是表达某种逻辑关系，所以“数字电路”又称“逻辑电路”；简单的“逻辑电路”就像一扇“门”，其作用相当于一种“开关”，所以又称“门电路”。这样就把本节内容按照如下顺序理清了某种线索，即：“现代信息技术”——“数字信号”——“数字电路”——逻辑关系——“逻辑电路”——“门电路”（简单逻辑电路）。
图1
二、教学主体阶段的教学要求
本节教学的主体阶段中需要完成的教学任务应该是介绍3种具体的门电路，即：“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路。和3种具体门电路的介绍相对应的教学要求则应该是如下几点。
(1)由于逻辑电路表现的是逻辑关系，所以在具体逻辑电路的介绍中，首先应该分别针对如图2(a)、(b)、(c)所示的3种门电路典型实例明确3种逻辑关系，即：“与”逻辑关系、“或”逻辑关系和“非”逻辑关系。
图2
(2)为了在基本逻辑电路的复杂组合中通过实施逻辑运算而理顺逻辑关系，就应该对图2所示的3种门电路表现的逻辑关系赋值，这就要求在具体逻辑电路的介绍中根据电路所表现的逻辑关系分别给出相应的“真值表”分别如表1、表2、表3所示。
(3)注意到：实用的逻辑电路并非如图2中所给出，而是用半导体材料制成，其体积非常之小，便于将大量的基本门电路集成为复杂的逻辑电路组合，以表现复杂的逻辑关系，实现复杂的电路功能。这就要求能够将基本逻辑电路用简洁的符号来表示，如图3中的(a)、(b)、(c)分别就是用于表示“与”门电路、“或”门电路和“非”门电路的符号。
图3
(4)通过完成教材上的演示实验、通过对教材设置的例题分析，进一步帮助学生体会基本逻辑电路所能够实现的功能。其中包括：
演示1：“与”门电路的功能演示
如图4所示，右边的虚线框块内是用晶体二极管组成的有两个输入端的“与”门电路，用于教学演示。A、B是它的输入端，Y是输出端。输出端的电压表能随时显示输出电压的值。
图4
左边虚线框内是一个信号源，从A接入门电路，另一个相同的信号源从B接入（图中未画出）。当信号源的开关接1时，信号源将一个电压输入门电路，接0时没有电压输入。可以从电压表上看到，只有当A、B都输入1时，输出端才有输出电压。
演示2：“或”门电路的功能演示
如图5所示，右边的方框内是用晶体二极管组成的有两个输入端的“或”门电路，用于教学演示。A、B是输入端，Y为输出端。输出端的电压表显示输出电压的值。
左边虚线框内是一个信号源，准备从A接入门电路，另一个相同的信号源从B接入（图中未画出）。当信号源的开关接1时，信号源将一个直流电压输入门电路，接0时没有电压输入。可以从电压表上看到，只有当A或B输入1时，输出端就有输出电压。
图5
例题1.门电路在一般电路中的功能分析
图6
如图6所示的是一个火警报警器装置的逻辑电路图。是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻。
①要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件？
②为什么温度高时电铃会被接通？
③为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？
三、教学巩固阶段的教学要求
教学主体内容的巩固通过课堂内的“教学小结”和课堂外的“课后练习”共同完成。
(1)课堂内的“教学小结”可以用表4来体现。
表4 3种基本门电路
(2)课堂外的“课后练习”主要包括以下内容。练习题1：如图7所示，图(a)表示输入端A、B的电势随时间变化的关系。
图7
①如果它是与门的输入端，请在图(b)左边方框内画出输出端的电势随时间变化的关系；
②如果它是或门的输入端，请在图(b)右边方框内画出输出端的电势随时间变化的关系。
注意：通过此题可以训练“把握门电路所表现的逻辑关系，进而分析其输入、输出信号间关系”的能力。
练习题2：一个机要仓库有一扇很大的电动仓库门，门上装有3把电动锁，3个机要员各有一把锁的钥匙，只有3人同时转动自己的钥匙（闭合自己的开关），才能通过一个继电器把门打开。图8中的是3个锁内的开关，J为继电器（图中未画电动机的电路），请在方框内画出符合要求的3输入的门电路符号。
图8
注意：此题的训练可以检测学生对“多端门电路”所表现的逻辑关系的分析能力和对“多端门电路”在一般电路中所实现的功能的判断能力。
练习题3：某学生设计了一个路灯自动控制门电路（如图9）。天黑了，让路灯自动接通，天亮了，让路灯自动熄灭。图中是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著的减小。R为可调电阻，起分压作用。J为路灯总开关控制继电器（图中未画路灯电路）。
图9
①请在虚线框内填入需要的门电路符号。
②如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会接通开关，应如何调节R？说明道理。
注意：此题的分析过程一方面要求学生对门电路的相关知识有所了解，另一方面还要求学生能够分析门电路在一般电路中所受到的制约和影响。
练习题4：如图10中的(a)图所示，一个与门的输出端和一个非门的输入端相连，形成一个组合的门电路。与门的输入端就是这个组合电路的总输入端，非门的输出端就是它的总输出端。为了应用方便，实际中把这两个基本门电路在制作时便复合在一起，做成一个复合门电路，称为“与非”门，图10中的(b)图就是“与非”门的符号。同样的道理，图10中(c)图是由一个或门和一个非门构成一个“或非”门，而图10中的(d)图则是“或非”门的符号。请填写出“与非”门和“或非”门的真值表。
注意：此题实际上考查的是“简单逻辑电路的组合问题”，这就要求学生在把握基本门电路的逻辑关系基础上能够在基本门电路的组合中进行简单的“逻辑运算”，进而求得其真值。
图10
表5 多端门电路
四、教学发展阶段的教学要求
笔者觉得：就教学内容而言，“简单的逻辑电路”一节的教学主体部分应该是对2端输入的“与”门电路、2端输入的“或”门电路和1端输入的“非”门电路的介绍。但从练习题2和练习题4的配置来看，从教材对逻辑电路的“集成化”和对“集成电路”的相关内容的呈现来看，针对本节内容的教学要求还应该进一步发展到所谓“多端输入的门电路”和所谓“基本门电路组合”。
(1)以3端输入的“与”门电路、3端输入的“或”门电路和2端输入的“非”门电路为例，把对基本门电路的介绍发展到“多端输入的门电路”，相应的教学要求以能够构建表5为标准。
(2)对于“基本门电路组合”的教学要求，笔者认为只需把握练习题4的难度要求即可。
(3)对于“多端门电路”的真值表随着“端”的数量增加而引起的真值分布特征和真值变化规律，笔者觉得完全可以开发出“研究性学习”的相关课题，放手让学生在课外实施自主性探究活动。
说明：上述教学内容的相关要求，除与“多端门电路”的真值表相关的“研究性学习”内容外，可在2课时内完成。
作者介绍：朱建廉 江苏南京市金陵中学，210005