中国石油大学出版社教学设计中职中职专业课计算机类71 电子与信息大类

中国石油大学出版社教学设计中职中职专业课计算机类71电子与信息大类课题：课时：1授课时间：2025教学内容一、教学内容教材章节为“数字逻辑基础”，内容包括基本逻辑门（与门、或门、非门）的逻辑功能与符号表示，逻辑函数的真值表、逻辑表达式表示方法，以及简单组合逻辑电路（如三人表决电路）的分析与设计步骤。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过基本逻辑门功能与符号学习，培养对数字电路逻辑关系的信息意识；运用逻辑函数真值表、表达式表示方法，发展抽象分析与建模的计算思维；通过三人表决电路等组合逻辑电路分析设计，提升数字化学习与创新能力；理解数字电路应用的规范性与安全性，树立数字社会责任意识。学习者分析三、学习者分析1.学生已掌握计算机基础中的二进制概念，初步接触过简单电路符号，但对基本逻辑门（与门、或门、非门）的逻辑功能与符号对应关系缺乏系统理解，逻辑函数的真值表、表达式表示方法未系统学习。2.中职学生动手实践兴趣较高，喜欢通过案例和操作学习，抽象逻辑思维能力较弱，倾向于直观化、具象化的学习方式，对实际应用案例（如三人表决电路）参与度较高。3.学生在逻辑函数转换（如真值表到表达式）中易出现混淆，组合逻辑电路设计步骤多，可能难以将实际需求转化为逻辑关系，电路分析时对信号流程的连贯性把握不足。教学资源1.软硬件资源：数字逻辑实验箱、面包板、导线、LED灯、逻辑门芯片（74系列）、万用表、计算机

2.课程平台：课堂派、蓝墨云班课

3.信息化资源：PPT课件（含逻辑门符号动画）、逻辑电路仿真软件（Multisim）、三人表决电路案例视频

4.教学手段：实物演示、小组合作搭建电路、仿真软件操作练习、故障排查实训教学过程（一）情境导入，激发兴趣（5分钟）

同学们，早上好！今天我们先来看一个生活中的问题：学校实验室的门禁系统需要设计一个“三人表决电路”，要求当三位老师中有两位或以上同意时，门锁才会打开。你们觉得这个电路应该怎么实现呢？其实啊，这背后就用到了我们今天要学的数字逻辑基础——基本逻辑门和组合逻辑电路。上节课我们接触过二进制和简单电路符号，但要把实际问题变成电路，还得先搞清楚逻辑门的工作原理。

（二）探究新知1：基本逻辑门的功能与符号（15分钟）

老师拿出数字逻辑实验箱，展示74LS08（与门）、74LS32（或门）、74LS04（非门）芯片，并连接简单电路：

“同学们看，我现在把与门的两个输入端分别接高电平（1）和低电平（0），输出端的LED灯会亮吗？你们猜猜看。”学生回答：“应该不亮吧？”“对！与门就像‘一票否决’，只有两个输入都是1，输出才是1，否则都是0。我们记作‘全1出1，有0出0’。”接着老师切换输入状态（1和1、0和1、1和0、0和0），让学生观察输出并记录在表格中。

“那或门呢？你们想想，‘或’是不是‘有1出1，全0出0’？”老师演示或门实验，当任一输入为1时，LED灯亮，学生跟着记录结果。“非门最简单，输入1输出0，输入0输出1，就像‘反着来’。”老师边演示边板书三种逻辑门的符号和功能表，强调“小圆圈代表‘非’，比如非门输出端的小圆圈，就是取反的意思。”

（三）探究新知2：逻辑函数的表示方法（20分钟）

老师提出问题：“现在我们要设计一个‘两人表决电路’，两人都同意才通过，怎么用逻辑函数表示呢？”引导学生确定输入变量（A、B，1表示同意，0表示不同意）、输出变量（Y，1表示通过，0表示不通过）。

“我们先列真值表，把所有可能的输入组合和对应的输出写出来。”老师和学生共同完成：当A=0、B=0时，Y=0；A=0、B=1时，Y=0；A=1、B=0时，Y=0；A=1、B=1时，Y=1。“真值表要列全，两个输入变量有4种组合，不能漏掉哦！”

“接下来根据真值表写逻辑表达式。什么时候Y=1？只有A=1且B=1的时候，所以Y=A∧B，也就是Y=A·B。”老师强调“与运算用‘·’或‘∧’，或运算用‘+’或‘∨’，非运算用‘’”。再以“三人表决中至少两人同意”为例，让学生尝试列真值表：“当A=1、B=1、C=0时，Y=1；A=1、B=0、C=1时，Y=1……所以Y=AB+AC+BC，这里的‘+’就是或运算。”

（四）探究新知3：组合逻辑电路的分析与设计（25分钟）

老师以“三人表决电路”为例，分步讲解设计步骤：

1.明确逻辑需求：输入A、B、C（三人按键），输出Y（1表示通过，0表示不通过），要求“至少两人同意”。

2.列真值表：老师引导学生列出8种输入组合（000到111），对应输出为“000、001、010、011、100、101、110、111”时，Y分别为“0、0、0、1、0、1、1、1”。

3.写逻辑表达式：Y=ABC+A'BC+AB'C+ABC'（最小项之和），老师演示化简：“A'BC+AB'C+ABC'=BC(A'+A)+AC(B'+B)=BC+AC，同理加上ABC，最终Y=AB+AC+BC。”

4.画逻辑电路图：根据表达式Y=AB+AC+BC，需要两个与门（分别实现AB、AC、BC，但AC和BC可以共用一个与门？不对，AB、AC、BC是三个与运算，再接到或门。所以需要三个与门和一个三输入或门。”老师在黑板上画出电路图，并说明“每个与门对应一个与项，或门把所有与项的结果汇总”。

（五）动手实践：搭建三人表决电路（30分钟）

老师发放实验材料（面包板、74LS08与门芯片、74LS32或门芯片、导线、LED灯、按键开关），分组实践：

“每组按照我们画的电路图，先在面包板上插好芯片，注意芯片缺口方向朝左。然后连接电源（VCC接5V，GND接地），再用导线连接按键开关到与门输入端，与门输出接到或门输入，最后用LED灯显示输出。”老师巡回指导，提醒学生“导线要插紧，避免接触不良；按键开关按下时输入1，弹起时输入0”。

学生操作过程中，老师发现某组LED灯不亮：“你们检查一下或门的输入是不是都为1了？用万用表量一下与门AB的输出，当A和B都按下时，是不是5V？”学生测量后确认，老师引导：“那可能是或门到LED的导线接错了，重新核对电路图。”

（六）成果展示与问题研讨（10分钟）

各组展示搭建的电路，并演示“按下两个按键时LED灯亮，按下一个时不亮”的过程。老师提问：“如果现在改成‘多数同意且老师A必须同意’，电路该怎么改？”学生讨论：“需要加一个条件，A=1且（B+C≥1），所以Y=A·(B+C)，也就是一个与门，输入是A和B+C的结果。”老师肯定：“没错，逻辑关系变了，表达式和电路图也要跟着变，这就是组合逻辑电路的设计思路。”

（七）课堂总结与拓展（5分钟）

老师总结：“今天我们学了基本逻辑门的功能与符号，通过真值表和表达式表示逻辑函数，还亲手设计了三人表决电路。其实数字电路就在我们身边，比如计算器的加法器、报警器的控制电路，都是用逻辑门组合实现的。下节课我们要学习时序逻辑电路，大家课后可以想想：怎么用触发器做一个‘灯亮三秒后自动灭’的电路？”

布置作业：1.列举生活中的三个逻辑电路实例，分析其输入输出变量；2.用Multisim仿真“三人表决电路”，验证真值表和功能。学生学习效果六、学生学习效果通过本章节学习，学生在知识掌握、技能应用和核心素养发展方面均取得显著成效，具体表现如下：在基本逻辑门知识层面，学生能够准确识别与门、或门、非门的电路符号（如与门为“&”形符号，输出端带小圆圈为非门），并熟练阐述其逻辑功能：与门实现“全1出1，有0出0”，或门实现“有1出1，全0出0”，非门实现“输入取反”。通过实物观察与实验记录，学生能独立完成三种逻辑门的真值表绘制，例如针对与门，正确列出输入A、B分别为00、01、10、11时，输出Y依次为0、0、0、1的结果，并能结合生活实例解释逻辑门的应用场景，如“与门类似‘两人同时按下按钮才启动设备’的协作要求”。在逻辑函数表示方法方面，学生掌握了真值表与逻辑表达式的相互转换技能。以三人表决电路为例，学生能自主确定输入变量A、B、C（三人按键，1表示同意，0表示不同意）和输出变量Y（1表示通过，0表示不通过），列出包含8种输入组合的真值表（如输入110时Y=1，输入101时Y=1，输入000时Y=0），并基于真值表写出逻辑表达式Y=AB+AC+BC，理解“+”表示或运算、“·”表示与运算的规范书写方式。对于较复杂的逻辑关系，学生能尝试化简表达式，如将Y=A'BC+AB'C+ABC'（最小项之和）化简为Y=BC+AC，提升逻辑抽象与建模能力。在组合逻辑电路分析与设计能力上，学生形成规范的设计流程意识。面对“设计多数表决电路”任务时，学生能按“明确逻辑需求—列真值表—写逻辑表达式—画逻辑电路图”的步骤完成：首先确定“至少两人同意”的需求，其次列出8种输入组合对应的输出，接着写出Y=AB+AC+BC的表达式，最后根据表达式选择逻辑门芯片（如74LS08与门实现AB、AC、BC，74LS32或门汇总结果），在面包板上搭建出包含3个与门、1个三输入或门的完整电路。动手实践环节中，学生熟练掌握面包板插接技巧（芯片缺口方向统一朝左，导线插入孔位对齐）、按键开关与输入端的连接（按下时输入高电平1，弹起时输入低电平0）、LED输出显示电路的搭建（串联限流电阻至接地端），并能独立排查常见故障，如用万用表检测芯片电源引脚电压是否为5V，排查导线接触不良导致的信号中断问题。在核心素养发展方面，学生的信息意识显著提升，能够主动识别生活中的数字逻辑应用实例，如分析“楼道声控灯”的输入变量（声音信号、光线信号，1表示有声音/光线弱，0表示无声音/光线强）和输出变量（灯亮/灭），理解其逻辑关系为“声音与光线信号的与运算”；计算思维通过逻辑建模得到强化，能将“教室空调控制（温度高于26℃且无人时关闭）”的实际需求转化为逻辑表达式Y=T·P'（T为温度信号，1高于26℃；P为人员信号，1有人），并设计简单电路方案；数字化学习与创新能力体现在Multisim软件的应用中，学生能搭建仿真电路，设置输入信号高低电平，观察示波器输出波形验证真值表正确性，部分学生尝试优化电路设计，如用两个二输入或门替代三输入或门（通过AB+AC=A(B+C)化简）；数字社会责任意识逐步树立，实验中严格遵守电路连接规范（如先断开电源再改接线路），理解短路可能损坏芯片的风险，养成安全操作习惯。通过小组合作完成“三人表决电路”搭建任务，学生的团队协作能力得到锻炼，各组能合理分工（如1人负责电路连接，1人负责输入信号控制，1人负责输出状态记录），并在成果展示环节清晰阐述设计思路与实现过程，如“我们先用与门实现任意两人按键的与运算，再通过或门汇总三种两人组合的结果，最终实现多数表决功能”。课后作业中，学生列举的“计算器加法器（半加器逻辑）”“投票表决系统”“电机正反转控制电路”等实例，反映出学生对数字逻辑应用场景的拓展理解，知识迁移能力明显增强。综合而言，学生通过本章节学习，不仅系统掌握了数字逻辑基础的核心知识点，更具备了解决简单组合逻辑电路设计问题的实践能力，为后续学习时序逻辑电路、数字系统设计等内容奠定了坚实基础。课后作业七、课后作业1.根据给定的逻辑门符号（与门：&形；或门：≥1形；非门：1+小圆圈），写出其逻辑功能描述，并完成与门的真值表（输入A、B分别为00、01、10、11时，输出Y的值）。答案：与门功能：全1出1，有0出0；真值表：00→0，01→0，10→0，11→1。2.某电路有两个输入变量A、B（1表示信号有效，0表示无效），输出Y表示“信号A或B至少一个有效”，请列出真值表并写出逻辑表达式。答案：真值表：00→0，01→1，10→1，11→1；表达式：Y=A+B。3.设计一个“多数表决电路”，三个输入变量A、B、C（1表示同意，0表示不同意），输出Y=1表示多数同意（至少两人同意），要求：①列出真值表；②写出逻辑表达式；③画出用与门、或门实现的电路图（标注输入输出）。答案：①真值表：000→0，001→0，010→0，011→1，100→0，101→1，110→1，111→1；②Y=AB+AC+BC；③电路图：三个与门分别实现AB、AC、BC，输出端连接到一个或门，或门输出为Y。4.化简逻辑表达式Y=A'BC+AB'C+ABC'（其中A'表示A的非）。答案：Y=BC(A'+A)+AC(B'+B)=BC+AC。5.分析“教室灯光控制电路”：输入变量S1（开关1，1表示开，0表示关）、S2（开关2，1表示开，0表示关），输出Y（1表示灯亮，0表示灭），要求“两个开关中任意一个闭合时灯亮”，请列出真值表并写出逻辑表达式。答案：真值表：00→0，01→1，10→1，11→1；表达式：Y=S1+S2。反思改进措施八、反思改进措施（一）教学特色创新1.以“三人表决电路”为真实案例贯穿教学，将抽象逻辑门功能与实际应用紧密结合，有效提升学习兴趣和知识迁移能力。2.采用“仿真软件+实物搭建”双轨教学，先用Multisim验证理论设计，再动手实践，强化理解深度。（二）存在主要问题1.教学时间分配上，组合逻辑电路设计环节偏紧，部分学生未充分完成电路搭建。2.分层教学不足，基础薄弱学生对逻辑表达式化简存在困难，未能及时针对性指导。（三）改进措施1.下次教学将设计步骤拆解为“需求分析—真值表—表达式—电路图”四阶段任务卡，允许基础差的学生分步完成。2.增设课后微课资源，重点讲解逻辑函数化简技巧，并设计阶梯式练习题供学生自主巩固。3.增设“故障诊断”专项训练，培养学生排查电路接触不良、芯片损坏等实际问题的能力。板书设计与门：符号“&”，功能“全1出1，有0出0”

或门：符号“≥1”，功能“有1出1，全0出0”

非门：符号“1+○”，功能“输入取反”

②逻辑函数表示方法

真值表：输入变量所有组合及对应输出（如与门：00→0，01→0，10→0，11→1）

逻辑表达式：规范书写（与运算“·”或“∧”，或运算“+”或“∨”，非运算“'”）

转换逻辑：真值表中输出为1的输入组合对应与项，相