XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Визуализация логических операций
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Вступление
Целью данного проекта является попытка визуализации логических операций, с помощью электронного конструктора "Знаток", для привлечения детей школьного возраста к компьютерным технологиям и создания условий для интерактивного обучения. Фотография электронного конструктора представлена на изображении №1.
Изображение №1. Электронный конструктор "Знаток"
Основное содержание
Определения
Логические операции — это операции, которые либо ложны, либо правдивы. [1]
Логический вентиль — базовый элемент цифровой схемы, выполняющий элементарную логическую операцию. [2]
Для более лёгкого понимания работы логических операций я буду использовать круги Эйлера и таблицы истинности.
Круги Эйлера - геометрическая схема, с помощью которой можно наглядно изобразить логические операции. Пример круга Эйлера, изображён на изображении №2. [3]
Таблица истинности — это таблица, которая показывает, какие значение примет логическая операция, в той или иной ситуации. Пример таблицы истинности показан на изображении №3. [4, 5]
Электрическая схема — графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения всех элементов цепи и отображающее электрические связи между ними. [5, 6, 9]
Изображение №2. Круг Эйлера
Изображение №3. Таблица истинности
Интерактивное обучение
Интерактивное обучение – это метод обучения, при котором взаимодействия происходят не только между учителем и ученикам, но и между самими учениками. Интерактивное обучение включает в себя эксперименты, различные виды активностей, равенство в общении и творческое решение различных учебных задач. Рассмотрим положительную и отрицательную сторону интерактивного обучения: [3]
Положительная сторона: [3]
1) Лёгкое восприятие нового материала
2) Развитие критического мышления и креативности
3) Улучшение психологического здоровья обучающихся
4) Развитие навыков общения
Отрицательная сторона: [3]
1) Высокие финансовые траты на оборудование
2) Балансировка между обучением и игрой для учителя
3) Увеличенная затратность по времени и энергии
4) Возможный дискомфорт у обучающихся, из-за непривычной обстановки
Таким образом можно понять, что интерактивное обучение – эффективный метод усвоения нового материала и практичный метод обучения. И даже, учитывая все его минусы, при соблюдении определённых правил этот метод обучения может раскрыть потенциал учеников и положительно повлиять на их уровень образованности.
Где используются простейшие логические операции
Простейшие логические операции используются практически во всех электронных схемах в виде логических вентилей. Поэтому простейшие логические элементы могут использоваться во всей современной технике. Например, они используются в материнских платах (изображение №4), центральных процессорах (изображение №5) и даже в предметах быта, например в электрочайниках (изображение №6). [7, 8, 10, 11]
Изображение №4. Материнская плата
Изображение №5. Центральный Процессор
Изображение №6. Электрочайник
Какие есть простейшие логические операции?
Существуют следующие простейшие логические операции, соответствующие им, логические вентили: [12, 13]
-
Конъюнкция - конъюнктор ("И");
-
Дизъюнкция - дизъюнктор ("ИЛИ");
-
Инверсия - инвертор ("НЕ");
Какие есть простейшие логические операции? Конъюнкция
Конъюнкция - логическая операция, по смыслу максимально приближенная к союзу «и». Логический вентиль, соответствующий данной логической операции, называется конъюнктор. Изображение №7 показывает работу логической операции конъюнкции в виде электрической схемы и таблицы истинности, а на изображение №8 можно увидеть логическую операцию конъюнкцию в виде кругов Эйлера. На изображении №9 показан логический вентиль конъюнктор на схеме материнской платы. [12, 13, 14]
Изображение №7. Логическая операция конъюнкция в виде электрической схемы и таблицы истинности
Изображение №8. Логическая операция конъюнкция в виде кругов Эйлера
Изображение №9. Логический вентиль конъюнктор изображен на схеме материнской платы
Обозначение конъюнкции на электрических схемах (Изображение №10): [15]
ГОСТ - Стандарт, принятый странами СНГ.
IEC - Стандарт, принятый Международной Электротехнической Комиссии (члены: часть Европы (в том числе Россия), часть Южной Америки, часть Азии, часть Востока).
ANCI - Стандарт, принятый США.
Изображение №10. Обозначение конъюнкции на электрических схемах
Какие есть простейшие логические операции? Дизъюнкция
Дизъюнкция - логическая операция, по смыслу максимально приближенная к союзу «или». Логический элемент, соответствующий данной логической операции, называется дизъюнктор. Изображение №11 показывает работу логической операции дизъюнкции в виде электрической схемы и таблицы истинности, а на изображение №12 можно увидеть логическую операцию дизъюнкцию в виде кругов Эйлера. На изображении №13 показан логический вентиль дизъюнктор на схеме микрокомпьютера, тёмные линии показывают зону приближения изображения. Изображение №14 является приближение изображения №13, а изображение №15 является приближение изображения №14. [12, 13, 14]
Изображение №11. Логическая операция дизъюнкция в виде электрической схемы и таблицы истинности
Изображение №12. Логическая операция дизъюнкция в виде кругов Эйлера
Изображение №13. Схема микрокомпьютер, на котором в дальнейшем можно будет увидеть логический вентиль дизъюнктор
Изображение №14. Приближение изображения №13
Изображение №15. Приближение изображения №14. Логический вентиль дизъюнктор изображен на схеме микрокомпьютера
Обозначение дизъюнкции на электрических схемах (изображение №16). [15]
ГОСТ - Стандарт, принятый странами СНГ.
IEC - Стандарт, принятый Международной Электротехнической Комиссии (члены: часть Европы (в том числе Россия), часть Южной Америки, часть Азии, часть Востока).
ANCI - Стандарт, принятый США.
Изображение №16. Обозначение дизъюнкции на электрических схемах
Какие есть простейшие логические операции? Инверсия
Инверсия - логическая операция, по смыслу максимально приближенная к союзу «не». Логический элемент, соответствующий данной логической операции, называется инвертор. Изображение №17 показывает работу логической операции инверсии в виде электрической схемы и таблицы истинности, а на изображение №18 можно увидеть логическую операцию инверсию в виде кругов Эйлера.На изображении №19 показан логический вентиль инвертор на схеме материнской платы. [12, 14]
Изображение №17. Логическая операция инверсия в виде электрической схемы и таблицы истинности
Изображение №18. Логическая операция инверсия в виде кругов Эйлера
Изображение №19. Логический вентиль инвертор изображен на схеме микрокомпьютера
Обозначение инверсии на электрических схемах (Изображение №20): [15]
ГОСТ - Стандарт, принятый странами СНГ.
IEC - Стандарт, принятый Международной Электротехнической Комиссии (члены: часть Европы (в том числе Россия), часть Южной Америки, часть Азии, часть Востока).
ANCI - Стандарт, принятый США.
Изображение №20. Обозначение инверсии на электрических схемах
Заключение
Я смог проанализировать и визуализировать простейшие логические операции, с помощью электронного конструктора "Знаток”, что позволит привлечь детей в школьном возрасте к интерактивному обучению.
Список литературы
Электронные ресурсы:
1. Цифровой образовательный ресурс “ЯКласс” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.yaklass.ru/p/informatika/8-klass/teoreticheskie-osnovy-informatiki-7279393/elementy-algebry-logiki-6617745.
2. Информационный портал “ГПНТБ” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gpntb.ru/win/book/.
3. Цифровой образовательный ресурс “Фоксфорд” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://externat.foxford.ru/polezno-znat/.
Книга однотомная:
4. Мендельсон, Э. Введение в математическую логику / Э. Мендельсон - М. :Наука 1976. – 320 с.
Учебники, учебные пособия:
5. Прянишников, В. А. Электроника: полный курс лекций: учеб. для вузов / В. А. Прянишников. - М.: КоронаПринт, 2004. - 416 с.
6. Ефимов, И. Е. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника: учеб. пособие / И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь, Ю. И. Горбунов. - М.: Высш. шк., 1987. - 416 с.
7. Свистова, Т. В. Основы микроэлектроники / Т.В. Свистова : учебное пособие. – М.: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 147 с.
8. Щука, А. А. Электроника [Текст]: учеб. пособие / А. А. Щука; под ред. А. С. Ситова. - СПб: БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.
9. Аваев, Н. А. Основы микроэлектроники / Н. А Аваев : учеб. пособ. для вузов / Н. А. Аваев, Ю. Е. Наумов, В. Т. Фролкин. - М.: Радио и связь, 1991. - 288 с.
Электронные ресурсы:
10. Цифровой образовательный ресурс “Энциклопедия Кругосвет” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.krugosvet.ru/enc/tehnologiya-i-promyshlennost/kompyuter#part-7.
11. Информационный портал “HWP” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://hwp.ru/articles/Kratkaya_istoriya_protsessorov_31_god_iz_zhizni_arhitekturi_h86_66216/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F&CODE=Kratkaya_istoriya_protsessorov_31_god_iz_zhizni_arhitekturi_h86_66216.
12. Цифровой образовательный ресурс “МИР ЛОГИКИ” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://mir-logiki.ru/yctr_komp/ .
13. Цифровой образовательный ресурс “Studme.org” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studme.org/237780/tehnika/konyunktor_logicheskaya_shema.
14. Цифровой форум “ZX-PK” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zx-pk.ru/printthread.php?t=28489&pp=10&page=12.
15. Информационный портал “Wikipedia” / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/.