資源簡介

4069非門集成電路應用——振蕩電路
一、教學說明
本課是高二勞技第一章第二節數字電路基礎中的內容。4069非門集成電路是學生學習數字電路時接觸的第一個集成電路，它對于學生理解數字邏輯門電路、認識集成電路、將學習重點從模擬電路轉換成數字電路都起著重要的作用。非門電路一輸入決定一輸出，邏輯關系較為簡單，非常適合成為學生學習數字電路的敲門磚。本課的內容為非門的一個應用電路，該電路將非門和RC充放電電路相結合，形成一個自激振蕩電路，能讓LED自動進行一定頻率的閃爍。無論是非門的原理還是RC充放電電路原理，都是學生已經學過的知識，因此本節課可以很好地幫助同學鞏固非門及RC電路，初步體驗數字電路分析的方法，同時用有趣的自動閃爍現象保持學生對電子技術學習的熱情。
本課的教學重點為對非門振蕩電路工作原理的理解。在教學設計時，將電路拆分為輸出部分、非門部分與RC充放電電路部分，分別進行電路分析。一來幫助學生鞏固這些學過的知識，二來為理解整體電路的原理搭建了合適的“臺階”，有利于學生理解電路工作過程中各點的信號變化，更讓學生體驗了基于信號分析的數字電路的分析方法，為今后分析更復雜的電路打下基礎。由于學生學習的差異較大，因此在設計制作環節時，通過多層次的任務要求，為不同的學生提供個性化的學習方案，滿足不同層次學生的不同學習需求。
二、教學目標
知識與技能：
知道4069非門振蕩電路的電路結構，理解4069非門振蕩電路的工作原理。
理解非門振蕩電路振蕩頻率與電容器充放電過程的關系，能改變非門振蕩電路的振蕩頻率。
熟練掌握4069非門集成電路的引腳圖及其使用方法，能在電子實驗板上制作出非門振蕩電路。
了解非門電路輸入輸出信號的邏輯關系，能分析改進需求中的“非門”邏輯關系，并自主設計制作兩個LED交替閃爍效果。（分層教學）
過程與方法：
通過將非門振蕩電路分解為輸出部分、非門部分及RC充放電部分進行信號分析的過程，學會非門振蕩電路的分析方法，并初步體驗基于信號分析的數字電路分析方法。
通過修改與制作4069非門振蕩電路的過程，體會需求分析、電路設計、制作調試、修改完成的電路制作的一般過程。
情感態度與價值觀：
通過結合已學知識進行遷移學習，在成功中體會學以致用的樂趣。
三、教學重點和難點
教學重點：
理解4069非門振蕩電路的工作原理。
教學難點：
分析理解整個電路在工作過程中信號的變化。
探究并理解LED閃爍頻率與RC充電電路中電容器充放電快慢的關系
四、教學流程
五、教學過程
教學過程
教師活動
學生活動
教學意圖
復習
回顧：
我們使用的4069集成電路的功能是什么？
非門電路的輸出信號與輸入信號的關系是什么？
回答問題回顧非門知識
復習回顧非門知識，為非門振蕩電路的學習做鋪墊。
引入
給出振蕩電路的電路圖，讓學生嘗試分析電路效果。
結合上一節課內容，引出數字電路分析方法之一：先分解分析，再綜合考慮。
觀察給出的電路圖，結合制作過的電路，進行思考，或者對最終效果進行猜測。
明確學習內容，用未知的內容引發學生探究欲望，做好學習準備。
非門振蕩電路的工作原理
輸出部分電路分析：
1、輸出部分是什么？
2、指示燈的現象根據哪個點信號進行變化？怎么變化？
觀察、回答問題
分析出指示燈電路信號隨L點變化，L高電平時LED亮
將電路進行分解成為學生已經學習過的，容易理解的三個部分，讓學生回憶學過內容的同時，幫助學生理解振蕩電路的工作原理。在學習理解工作原理的過程中，讓學生體驗基于信號分析的電路分析方法，希望在今后的學習中逐漸掌握這一分析方法，并能在電路設計與制作中加以應用。
非門部分電路分析：
電路的構成是什么？
根據非門電路原理，分別分析A點為不同信號狀態時，B、L兩點的信號狀態。
思考分析,回答問題
分析這部分電路，A點信號決定了B、L點信號。
RC充放電部分電路分析
電路的構成是什么？
電容充放電的原理是什么樣的？
在這個原理中，B、L間的電壓為外接電壓時，哪兩個點間的電壓指示著電容器極板間的電壓？
思考分析,回答問題
分析出A、L點間電壓就是電容內部電壓，與B、L間進行比較就可以分析電容器的工作狀態。
結合各部分進行綜合分析
結合PPT，引導學生將整個電路的工作過程進行描述，理解工作原理。
在老師引導下，結合之前的分解分析內容，描述整個電路的工作過程，理解工作原理。
用視頻演示電路的實際效果，肯定分析結果。
觀看效果演示視頻，與分析效果相符。
非門振蕩電路的制作
提問：生活中有哪些閃爍的燈光？
結論：閃爍頻率越高，警示或突出效果越明顯的生活規律。
聯系生活實際回答問題。
聯系實際，體現電路制作的實用性，明確閃爍頻率在實際中的作用，同時提高學生學習電子的興趣
非門振蕩電路的制作
明確電路制作的要求，指導學生完成制作：（個性化學習詳見學習單）
根據元件清單進行制作，閃爍頻率與演示效果相同。（PPT展示搭建參考）
根據非門振蕩電路的原理，利用材料袋中多余的材料，制作出閃爍更快的電路，并在學習單中寫明修改方案。
（分層選做）在2基礎上利用多余材料制作出兩個LED交替閃爍的效果，并在學習單上記錄修改方案。
動手制作非門振蕩電路，并嘗試按要求修改電路參數，并實現。
（分層選做）在完成任務的基礎上，根據學習單上的提示問題進行思考，完成自主學習內容，修改搭建新的電路效果，即兩個LED交替閃爍。
分層制作：
1、有操作困難的學生可以根據PPT的參考搭建圖進行搭建，完成基礎制作任務，重點解決基本制作問題；
2、一般能力的學生在理解電路原理的基礎上，根據學習單上的提示，對電路進行修改并實現，重點考察學生對非門振蕩電路原理的理解。
3、能力較強的學生思考制作兩燈交替閃爍，進一步鞏固非門集成電路和振蕩電路，增強運用已學知識的能力。
多層次任務滿足各層次學生的個性化學習需要，學生也可以自主選擇遞進式學習方式。
交流總結
拓展提高
根據學生制作情況，組織學生交流展示修改方案。總結非門振蕩電路的基本原理可知閃爍頻率是由電容器的充放電快慢決定的，根據已經學到的知識，電容量和電阻的減小都可以達到加快閃爍頻率的目的。提示要注意實際的視覺效果。
提示分析選做任務兩組指示燈所指示的信號間的關系。鼓勵所有學生進行思考和討論，完成拓展任務。
回顧交流制作結果，回顧電路制作中的問題并加以解決，鞏固振蕩電路的工作原理。
結合交流展示的過程，繼續通過思考與討論，完成拓展任務。
交流中促進學生學習的積極性，回顧本課內容，加深理解非門振蕩電路的基本原理，選做任務的設計強調進行信號分析，為下一步學習做好準備。

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