7 Gennaio 2020 PROGETTO: ELETTRONICA DELLE PORTE LOGICHE
PROGETTO: ELETTRONICA DELLE PORTE LOGICHE
DOCENTI: Brunetti Bruno CLASSI: alcune classi prime
Marchetti Francesco
Il progetto, ideato e curato dai Proff. Brunetti Bruno e Marchetti Francesco, è nato rielaborando le loro precedenti esperienze didattiche come insegnanti di Matematica ed Elettronica all’ ITIS “E. Mattei” di Urbino, e si è potuto realizzare grazie alla acquisizione delle apparecchiature e dei materiali del Laboratorio di Elettronica-Elettrotecnica, proprietà del comune di San Lorenzo (PU), da parte del Liceo Torelli.
Attualmente questa prova di laboratorio è diventata parte integrante del programma di matematica di alcune classi prime del Liceo Torelli (quelle seguite dai professori citati: nell’a.s. 2017-18 le classi 1A, 1B, 1C, 1D, nell’a.s. 2018-19 le classi 1A e 1C).
Noi docenti siamo convinti che per lo studio della matematica e del calcolo più in generale, questa esperienza abbia una notevole valenza anche storica, segnando il passaggio epocale tra calcolo eseguito dalla mente umana e calcolo elettronico.
Tecnicamente questo circuito elettronico è in grado di realizzare l’operazione di somma algebrica. Si forniscono sotto forma di tensione 0/5 Volt i due addendi (numeri da 0 a 15), già codificati in forma binaria, e si legge il risultato dell’operazione decodificando l’accensione di 5 led (numeri da 0 a 31). Questo dispositivo replica una parte essenziale della A.L.U. (Arithmetic Logic Unit), fondamentale componente dei sistemi di calcolo più diffusi (calcolatrici, computer, smartphone ecc.)
L’attività si è sviluppata in tre fasi:
– La prima fase di teoria prettamente matematica, riguarda lo studio degli Insiemi, della Logica Matematica e delle Basi Numeriche, tutti argomenti inseriti nella normale programmazione ministeriale, (primi due mesi per le classi prime). In aggiunta, si tratta l’Algebra di Boole, che, in evidente analogia con gli argomenti citati, introduce gli studenti al funzionamento delle porte logiche inserite nel circuito (74LS08 AND, 74LS32 OR, 74LS32 EX-OR).
– La seconda fase riguarda lo studio del flusso di correnti elettriche a basse tensioni e del funzionamento di alcuni dispositivi fondamentali quali resistori, led, switch on-off, necessari per la realizzazione del circuito digitale, poi assemblato su basetta (bread board).
Gli studenti divisi in 3/4 gruppi, all’interno del Laboratorio 2 di Fisica/Elettronica, hanno realizzato 3 moduli distinti sulle 3 consolle dotate di alimentazione; hanno poi collegato i 3 circuiti ottenendo un “Sommatore a 4 bit”.
– La terza fase prevede il successivo collaudo del circuito che ha sempre dato esito positivo con evidente soddisfazione di tutti gli studenti. Ciascun gruppo coinvolto ha prodotto una relazione, oggetto poi di valutazione nell’ambito dell’attività didattica.
Noi docenti riteniamo che in questa esperienza si possa parlare, a pieno titolo, di competenze acquisite nell’ambito di discipline curricolari ed extracurricolari.
Nell’ambito disciplinare specifico le competenze riguardano la Teoria degli Insiemi e la Logica Matematica, il saper cogliere ed evidenziare le analogie tra le intersezioni e unioni di insiemi e gli operatori logici congiunzione e disgiunzione. L’introduzione dello studio dell’algebra di Boole permette poi di estendere il riconoscimento di tali analogie alle porte logiche AND, OR e EX-OR funzionali alla realizzazione del circuito.
Si è resa necessaria una introduzione di base al funzionamento delle correnti elettriche nei circuiti elettronici e all’uso di alcuni dispositivi. Per poterli usare in modo corretto si è resa necessaria la consultazione di fogli tecnici (Data Sheet), contenenti le specifiche d’uso dei dispositivi stessi, acquisendo anche in questo caso abilità di comprensione di testi di tipo non convenzionale. Gli studenti acquisiscono manualità e abilità pratiche nel montaggio del circuito, collaborando con gli altri componenti del gruppo per il raggiungimento di un obiettivo comune, cioè il collaudo positivo del modulo progettato, assumendosi le proprie responsabilità, chiedendo aiuto quando si trovano in difficoltà o fornendolo a chi lo chiede (competenze sociali). La produzione finale della Relazione conclusiva darà anch’essa modo di partecipare a scambi comunicativi con compagni e docente usando con consapevolezza le tecnologie della comunicazione per ricercare, analizzare dati ed informazioni, distinguendo quelle attendibili da quelle che necessitano di approfondimento, di controllo e di verifica.
Fano 15/10/2019
Proff. Brunetti Bruno
Marchetti Francesco