開關與邏輯
目的
此活動旨在讓學生透過開關模擬基本邏輯閘的運作，理解計算與邏輯運算的基本原理，並為下一次課程中的加法器設計打下基礎。透過這些練習，學生將初步掌握如何使用簡單的數位電路組件構建複雜的運算系統。
原理
邏輯閘是組成數位系統的基礎單元，透過組合不同邏輯閘可進行二進制數據的運算。此活動將介紹四種常見的邏輯閘——AND、OR、NOT 及 NAND，並讓學生使用開關模擬其運作。理解邏輯閘運算是數位電路的核心，未來將進一步應用於加法器與其他複雜電路的設計。最後會介紹目前使用的邏輯閘種類與簡單原理。
場地
- 電腦教室或請學生自備3C產品：每位學生配有可上網的電腦。活動將以網頁模擬軟體進行，無需實體電路裝置。
- 網站參考：https://phet.colorado.edu/zh_TW/simulations/circuit-construction-kit-ac
材料準備
- 電腦網頁模擬軟體（可從網頁模擬基本邏輯閘運作）
- 投影設備（教師用於說明及演示）
活動流程
活動一 基本開關的操作
- 介紹開關的基本功能，解釋開關的“開”代表1、“關”代表0的二進位運算。
- 請學生在線上模擬工具中模擬開關的基本操作，熟悉1和0在電路中的作用。
活動二 邏輯閘模擬
- AND 閘：請學生使用兩個開關模擬 AND 閘，當兩個開關皆為“開” (1) 時，輸出為“開” (1)；其餘情況輸出為“關” (0)。
- OR 閘：請學生模擬 OR 閘，當任意一個開關為“開” (1) 時，輸出即為“開” (1)；僅當兩個開關皆為“關” (0) 時，輸出為“關” (0)。
- NOT 閘：請學生模擬 NOT 閘，將開關設為“開” (1) 時輸出“關” (0)；開關設為“關” (0) 時輸出“開” (1)。
- NAND 閘：請學生模擬 NAND 閘，理解其與 AND 閘相反，當兩個開關皆為“開” (1) 時輸出為“關” (0)；其餘情況輸出為“開” (1)。
注意事項
- 課程進行時，請學生專注於邏輯運算而非僅測試每種開關組合的輸出，鼓勵邏輯推理。
- 請強調下一次課程會引入加法器設計，使學生能從今天的課程中理解其實踐應用的基礎。
探究問題
NAND 閘和其他閘組合的特點是什麼？為何它是邏輯閘設計中重要的基本閘？
- Ans: NAND 閘具有「函數完備性」，可用來構成所有其他邏輯閘。
思考一下家裡電燈的開關，如果有多段顯示、或是兩個開關可控制，裡面可能是甚麼設計？
- Ans: 可參考此網頁:https://www.varilumi.com/hot_469172.html 多段開關設計、https://teslabot.tw/blogs/news/smart-spdt 雙切開關
日常生活中有沒有使用到邏輯閘門的例子？
- Ans: 計算機(加法器)、兩個開關的電燈 https://teslabot.tw/blogs/news/smart-spdt 雙切開關、 https://ee.ntu.edu.tw/upload/hischool/doc/2012.03.pdf 日常運用參考
