上海地區(qū)優(yōu)秀高一物理 第九章 D 簡單邏輯電路教案 滬科版
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1、 高考資源網(wǎng)第九章 D 簡單邏輯電路 一、教學(xué)任務(wù)分析 “簡單邏輯電路”是按新課程標(biāo)準(zhǔn)加入的全新的知識(shí)。按照課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)最基本的邏輯電路,為下一節(jié)開展學(xué)習(xí)包-“自動(dòng)控制與模塊機(jī)器人”的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容所需準(zhǔn)備的知識(shí)和技能主要有:(1)電子技術(shù)的初步知識(shí);(2)電路的組成和簡單的串聯(lián)高考資源網(wǎng)、并聯(lián)組合電路知識(shí)。 通過演示實(shí)驗(yàn),介紹模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),模擬電路和數(shù)字電路概念。 通過開關(guān)電路模擬實(shí)驗(yàn),理解開關(guān)在電路中的作用以及反映的邏輯關(guān)系,然后用數(shù)字電路替代模擬電路中的開關(guān)實(shí)現(xiàn)相同作用和邏輯關(guān)系,從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)各種邏輯電路的功能。 通過實(shí)例分析和
2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,理解“與”門、“或”門、“非”門在實(shí)際電路中的應(yīng)用。在簡單邏輯電路應(yīng)用中,進(jìn)一步理解電勢概念和分壓原理。 通過設(shè)計(jì)簡單組合邏輯電路,在學(xué)習(xí)中解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題,感受模塊化設(shè)計(jì)的思想。 通過“觀察實(shí)驗(yàn)-分析現(xiàn)象-概括歸納”這一基本程序,讓學(xué)生理解物理概念的形成過程,體會(huì)抽象出物理概念所用的科學(xué)研究方法。其中,“或”門、“非”門概念的形成過程和“與”門概念形成過程相類似,因此要特別注意類比這一科學(xué)研究方法在教學(xué)過程中所起的作用。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 (1)知道模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),模擬電路和數(shù)字電路的概念。 (2)知道最基本的邏輯電路的功能:“與”門、“或”門
3、、“非”門的開關(guān)電路,邏輯關(guān)系,符號(hào),真值表,* 邏輯表達(dá)式及輸入輸出信號(hào)變化規(guī)律。(注:“*”為選學(xué)內(nèi)容,下同) (3)學(xué)會(huì)識(shí)別各種不同的門電路,初步學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)較簡單的邏輯電路。 (4)在簡單邏輯電路應(yīng)用中理解電勢概念和分壓原理,理解“與”門、“或”門、“非”門在實(shí)際電路中的應(yīng)用。 (5)知道可變電阻、熱敏電阻、光敏電阻,常用傳感器等元件的特性和符號(hào)。 (6)* 知道簡單組合邏輯電路:“與非”,“或非”,“與或”,“與或非”門的邏輯功能。 2、過程與方法 (1)通過觀察實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,歸納概括現(xiàn)象本質(zhì)的過程,感受研究自然科學(xué)的一般方法,鍛煉和提高思維能力。 (2)通
4、過模擬電路與數(shù)字電路的比較,認(rèn)識(shí)類比的思想方法。 (3)通過對(duì)邏輯電路應(yīng)用實(shí)例的分析和實(shí)驗(yàn)探究,經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的一般過程。 (4)在設(shè)計(jì)簡單組合邏輯電路的過程中,認(rèn)識(shí)模塊化設(shè)計(jì)的思想方法。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 (1)通過介紹信息技術(shù)和數(shù)字電路的發(fā)展歷史,數(shù)字電路應(yīng)用的社會(huì)調(diào)查,體驗(yàn)信息技術(shù)對(duì)人類文明和社會(huì)進(jìn)步的影響,領(lǐng)略數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)。 (2)通過門電路在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用實(shí)例的分析,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,形成“生活蘊(yùn)藏著物理,物理服務(wù)于生活”的科學(xué)認(rèn)識(shí)觀。 三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn):三種最基本邏輯電路的功能。 教學(xué)難點(diǎn): (1)理解“與”門、“或”門、“非”門在實(shí)際電路中的應(yīng)用
5、。 (2)* 簡單組合邏輯電路的邏輯功能及其應(yīng)用。 四、教學(xué)資源 1、器材: (1)實(shí)物展示:聲控玩具狗,自動(dòng)控制彩燈,簡易火警報(bào)警器,避障小車等。 (2)“與”門、“或”門、“非”門開關(guān)電路的演示實(shí)驗(yàn):電源,小燈泡,電鍵等。 (3)研究“與”門、“或”門、“非”門輸入、輸出信號(hào)之間邏輯關(guān)系的學(xué)生實(shí)驗(yàn):邏輯電路實(shí)驗(yàn)器。 (4)其他配套器材。 2、課件:自制課件、Flash動(dòng)畫等。 五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括四個(gè)方面:一是邏輯電路的基本概念;二是“與”門、“或”門、“非”門的功能;三是門電路在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用;四是簡單組合邏輯電路的功能。 本設(shè)計(jì)的基本思路是:
6、以實(shí)物展示、實(shí)驗(yàn)探究、PPT演示和實(shí)例分析為基礎(chǔ),通過觀察實(shí)驗(yàn)、分析現(xiàn)象、歸納結(jié)論、實(shí)際應(yīng)用、知識(shí)遷移,理解門電路的功能及其應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是:三種最基本邏輯電路的功能。方法是:通過實(shí)例分析、引出“與”、“或”、“非”邏輯關(guān)系;通過門電路開關(guān)的演示,列表記錄開關(guān)通斷與每種情況所對(duì)應(yīng)的燈泡亮暗變化;通過對(duì)開關(guān)電路的數(shù)字化,引出真值表;然后,給出門電路的定義,電路符號(hào),*邏輯表達(dá)式;最后,通過邏輯電路實(shí)驗(yàn)器,研究門電路輸入與輸出信號(hào)之間變化的規(guī)律。 本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是:理解“與”門、“或”門、“非”門在實(shí)際電路中的應(yīng)用;簡單組合邏輯電路的邏輯功能及其應(yīng)用。方法是:通過介紹開關(guān)、可變
7、電阻、熱敏電阻、光敏電阻等相關(guān)知識(shí),了解它們的特性、符號(hào)及其表示方法;通過實(shí)例分析、自主活動(dòng),運(yùn)用電勢概念和分壓原理,明確門電路的功能;* 通過簡單組合邏輯電路的設(shè)計(jì),引出模塊化設(shè)計(jì)的思想。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)新知識(shí)與生產(chǎn)、生活、科技的聯(lián)系,重視基本概念的形成過程以及伴隨這一過程的科學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心生活,發(fā)現(xiàn)物理知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值,著重培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、歸納的能力。 完成本設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)需2課時(shí)。 六、教學(xué)流程 活動(dòng)VI 拓展聯(lián)想 模塊化 思想 或非門 與或門 與或非門 或非門 組合邏輯 電路 問題I 設(shè)問 邏輯電路和門電路 模擬電路 和 數(shù)字電路
8、 模擬信號(hào) 和 數(shù)字信號(hào) 情景 實(shí)驗(yàn) 大家談 活動(dòng)III “與”門應(yīng)用 活動(dòng)IV “或”門應(yīng)用 活動(dòng)V “非”門應(yīng)用 活動(dòng)II 類比探究 交流評(píng)價(jià) “非”門的功能 “或”門的功能 活動(dòng)I 實(shí)例分析 電路模擬 邏輯電路 實(shí)驗(yàn) “與”門的功能 1、 教學(xué)流程圖 2、教學(xué)流程圖說明及主要環(huán)節(jié) 情景 實(shí)驗(yàn),大家談 先進(jìn)行聲控玩具狗,自動(dòng)控制彩燈,簡易火警報(bào)警器,避障小車等實(shí)物展示及功能演示,然后以“大家談”的形式討論、
9、交流生產(chǎn)生活中常見自動(dòng)控制電路,打開思路,為引入邏輯電路的概念做好準(zhǔn)備。 問題 設(shè)問I 通過設(shè)問“這些產(chǎn)品的原理是怎樣的,它的功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢?”,引出邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。 活動(dòng)Ⅰ 實(shí)例分析 電路模擬 DIS實(shí)驗(yàn) 通過實(shí)例分析、門電路開關(guān)的演示、開關(guān)電路的數(shù)字化,得出“與”的定義,電路符號(hào),真值表,*邏輯表達(dá)式;通過邏輯電路實(shí)驗(yàn)器,研究“與”門電路輸入、輸出信號(hào)之間變化的規(guī)律。 活動(dòng)Ⅱ 類比探究 交流評(píng)價(jià) 類比建立“與”門的方法,通過小組探究,交流評(píng)價(jià),建立“或”門和“非”門的概念,理解“或”門、“非”門的功能。 活動(dòng)III IV V “與”、“或”、“非”門的
10、應(yīng)用 通過實(shí)例分析、實(shí)驗(yàn)探究,運(yùn)用電勢概念和分壓原理,理解門電路在實(shí)際中的運(yùn)用。 活動(dòng)VI * 拓展聯(lián)想 通過設(shè)問“如何根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的自動(dòng)控制功能”,引出組合邏輯電路的概念及其功能的學(xué)習(xí),感受模塊化設(shè)計(jì)思想。 2、教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié): 第一環(huán)節(jié),創(chuàng)設(shè)情景、設(shè)疑激趣 通過聲控玩具狗,自動(dòng)控制彩燈等演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情景,激發(fā)興趣,通過設(shè)問設(shè)疑,并引入課題。 第二環(huán)節(jié),示范引領(lǐng)、拋磚引玉 采用“數(shù)字信號(hào)→數(shù)字電路→邏輯電路→門電路”遞進(jìn)方式,通過實(shí)驗(yàn)觀察和分析,激發(fā)學(xué)生自主活動(dòng),知道簡單邏輯電路。 第三環(huán)節(jié),小組活動(dòng),類比探究
11、 讓學(xué)生在自主活動(dòng)中,通過實(shí)驗(yàn)觀察、類比探究,認(rèn)識(shí)簡單邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 第四環(huán)節(jié):聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用 選擇聯(lián)系實(shí)際的實(shí)例,通過自主活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)探究,了解簡單邏輯電路在實(shí)際中的應(yīng)用。 第五環(huán)節(jié):拓展聯(lián)想,知識(shí)遷移 通過拓展聯(lián)想,引出簡單組合邏輯電路,以拓展學(xué)生的思維活動(dòng)空間,提高知識(shí)遷移的能力。 七、教案示例 (一)創(chuàng)設(shè)情景、設(shè)疑激趣 數(shù)字化、信息化的時(shí)代,信息技術(shù)迅猛發(fā)展。我們身邊的數(shù)碼產(chǎn)品、家用電器、計(jì)算機(jī)、DIS實(shí)驗(yàn)等都離不開邏輯電路。例如: 實(shí)驗(yàn):聲控玩具狗,自動(dòng)控制彩燈,簡易火警報(bào)警器,避障小車燈實(shí)物展示及功能演示。 大家談:生活中還有哪些常見的自動(dòng)控
12、制電路? 提出問題:這些產(chǎn)品的原理是怎樣的,它的功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢? (二)示范引領(lǐng)、拋磚引玉 在解釋這些現(xiàn)象之前,先讓我們了解一下邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)。 1、 數(shù)字信號(hào)→數(shù)字電路→邏輯電路→門電路 1)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào):電壓信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化的電信號(hào),如圖1。 數(shù)字信號(hào):電壓信號(hào)不連續(xù)變化的電信號(hào),如圖2。 t 圖2 U 0 U t 圖1 0 2)模擬電路和數(shù)字電路 模擬電路:處理模擬信號(hào)的電路。 數(shù)字電路:處理數(shù)字信號(hào)的電路。 3)邏輯電路和門電路: 邏輯電路:數(shù)字電路的基本單元。 門電路:邏輯電路中最基本的電路。
13、 下面,我們將學(xué)習(xí)數(shù)字電路中最基本的邏輯電路-門電路。 2、 “與”門 【實(shí)例分析】:簡單防盜報(bào)警器:當(dāng)放在保險(xiǎn)箱前地板上的按鈕開關(guān)被腳踩下而閉合同時(shí)安裝在保險(xiǎn)箱內(nèi)的光敏電阻被手電筒照射時(shí)就會(huì)發(fā)出鳴叫聲。 1)“與”邏輯關(guān)系:有兩個(gè)控制條件作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果,當(dāng)兩個(gè)條件都滿足時(shí),結(jié)果才會(huì)成立,這種關(guān)系稱為“與”邏輯關(guān)系。 【開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)】模擬“與”邏輯關(guān)系,如圖3 (1)列表記錄開關(guān)通斷與每種情況所對(duì)應(yīng)的燈泡亮暗情況,見表1。 (2)開關(guān)電路的數(shù)字化:規(guī)定開關(guān)閉合為 “1”, 斷開為 “0”; 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0”, 見表2。 條件 結(jié)果 開關(guān)
14、S1 開關(guān)S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 滅 合 斷 滅 合 合 亮 條件 結(jié)果 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 輸入 輸出 A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 圖3:開關(guān)電路模擬“與”邏輯 表1:燈泡亮暗變化情況 表2:開關(guān)電路數(shù)字化 表3:真值表 2)“與”門的定義,電路符號(hào),真值表,*邏輯表達(dá)式 (1) “與”門:輸入 A 與輸入 B 均是高電勢時(shí) , 輸出 Z 才是高電勢的邏輯電路。 圖4 (2
15、)電路符號(hào):如圖4。 (3)真值表:見表3。 (4)*邏輯表達(dá)式:Z=A·B 3)“與”門的輸入與輸出信號(hào)之間的關(guān)系 【實(shí)驗(yàn)】研究“與”門輸入與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系 (1)實(shí)驗(yàn)器材:邏輯電路實(shí)驗(yàn)器 (2)實(shí)驗(yàn)步驟: (a)將兩只開關(guān)模塊分別插入與門模塊的輸入端,小燈模塊插入與門模塊的輸出端,如圖5所示。 圖5 (b)接通電源,當(dāng)開關(guān)的邏輯狀態(tài)為“1”時(shí),與門模塊上對(duì)應(yīng)的綠色指示燈點(diǎn)亮;邏輯狀態(tài)為“0”時(shí),對(duì)應(yīng)的指示燈熄滅。 (c)兩只開關(guān)有4種邏輯組合(00,01,10,11),觀察每種邏輯組合對(duì)應(yīng)的小燈泡的亮暗情況。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“與”門電路輸入、輸出信號(hào)的規(guī)律:
16、有低出低,全高出高。 4)思考與討論:談?wù)勆钪心男┦吕w現(xiàn)了“與” 邏輯關(guān)系。 (三)小組活動(dòng),類比探究 類比建立“與”門的同樣方法,建立“或”門和“非”門的概念。要求:描述邏輯關(guān)系,會(huì)用開關(guān)電路模擬邏輯關(guān)系,給出門電路的定義,電路符號(hào),真值表,*邏輯表達(dá)式,研究輸入與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。 (小組探究,交流評(píng)價(jià)) 以下僅供參考: 3、 “或”門 【實(shí)例分析】車門報(bào)警電路:當(dāng)任意一個(gè)車門沒有關(guān)好時(shí),報(bào)警器發(fā)出警報(bào)。 1)“或”邏輯關(guān)系:在幾個(gè)控制條件中,只要有一個(gè)條件得到滿足,結(jié)果就會(huì)發(fā)生,這種關(guān)系稱為“或”邏輯關(guān)系。 【開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)】模擬“或”邏輯關(guān)系,如圖6 1)
17、列表記錄開關(guān)通斷與每種情況所對(duì)應(yīng)的燈泡亮暗情況,見表4。 2) 開關(guān)電路的數(shù)字化;規(guī)定開關(guān)閉合為 “1”, 斷開為 “0”; 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0”,見表5。 條件 結(jié)果 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 亮 合 斷 亮 合 合 亮 條件 結(jié)果 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 輸入 輸出 A B Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 圖6:開關(guān)電路模擬“或”邏輯 表4:燈泡亮
18、暗變化情況 表5:開關(guān)電路數(shù)字化 表6:真值表 2) “或”門的定義,電路符號(hào),真值表,*邏輯表達(dá)式: (1)“或”門:輸入 A 與輸入 B任一個(gè)或者兩個(gè)都為高電勢時(shí), 輸出 Z 才是高電勢的邏輯電路。 圖7 (2)電路符號(hào):如圖7。 (3)真值表:見表6。 (4)*邏輯表達(dá)式:Z=A+B 3) “或”門電路的輸入與輸出信號(hào)之間的關(guān)系 【實(shí)驗(yàn)】研究“或”門輸入與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系 (1)實(shí)驗(yàn)器材:邏輯電路實(shí)驗(yàn)器 (2)實(shí)驗(yàn)步驟: 圖8 (a)將兩只開關(guān)模塊分別插入或門模塊的輸入端,小燈模塊插入或門模塊的輸出端,如圖8所示。 (b)接通電源,當(dāng)開關(guān)的邏輯狀態(tài)
19、為“1”時(shí),或門模塊上對(duì)應(yīng)的綠色指示燈點(diǎn)亮;邏輯狀態(tài)為“0”時(shí),對(duì)應(yīng)的指示燈熄滅。 (c)兩只開關(guān)有4種邏輯組合(00,01,10,11),觀察每種邏輯組合對(duì)應(yīng)的小燈泡的亮暗情況。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“或”門電路輸入、輸出信號(hào)的規(guī)律:全低出低,有高出高。 (4)思考與討論:談?wù)勆钪心男┦吕w現(xiàn)了“或” 邏輯關(guān)系。 4、“非”門 【實(shí)例分析】簡易的火警報(bào)警電路:正常情況下電鈴不響,當(dāng)火警發(fā)生時(shí)電鈴響起。 1)“非”邏輯關(guān)系:輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相反的邏輯關(guān)系,叫做“非”邏輯。 【開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)】模擬“非”邏輯關(guān)系,如圖9 1) 列表記錄開關(guān)通斷與每種情況所對(duì)應(yīng)的燈泡亮暗情況,見表7。
20、 2) 開關(guān)電路的數(shù)字化;規(guī)定開關(guān)閉合為 “1”, 斷開為 “0”; 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0,見表8。 條件 結(jié)果 開關(guān)S 燈泡L 斷 亮 合 滅 條件 結(jié)果 開關(guān)S 燈泡L 0 1 1 0 輸入 輸出 A Z 0 1 1 0 圖9:開關(guān)電路模擬“非”邏輯 表7:燈泡亮暗變化情況 表8:開關(guān)電路數(shù)字化 表9:真值表 圖10 2)“非”門的定義,電路符號(hào),真值表,*邏輯表達(dá)式: (1) “非”門:輸入 A 為高電勢時(shí)輸出 Z 為低電勢 , 輸入 A 為低電勢輸出 Z 為高電勢的邏輯電路,又叫反相器
21、。 (2)電路符號(hào):如圖10。 (3)真值表:見表9。 圖11 (4)*邏輯表達(dá)式:Z= 3)“非”門電路的輸入與輸出信號(hào)之間的關(guān)系 【實(shí)驗(yàn)】研究“非”門輸入與輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系 (1)實(shí)驗(yàn)器材:邏輯電路實(shí)驗(yàn)器 (2)實(shí)驗(yàn)步驟: (a)將一只開關(guān)模塊插入非門模塊的輸入端,小燈模塊插入非門模塊的輸出端,如圖11所示。 (b)接通電源,當(dāng)開關(guān)的邏輯狀態(tài)為“1”時(shí),或門模塊上對(duì)應(yīng)的綠色指示燈點(diǎn)亮;邏輯狀態(tài)為“0”時(shí),對(duì)應(yīng)的指示燈熄滅。 (c)一只開關(guān)有2種邏輯組合(0,1),觀察兩種邏輯組合對(duì)應(yīng)的小燈泡的亮暗情況。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:“非”門電路輸入、輸出信號(hào)的規(guī)律:逢低出
22、高,逢高出低。 (4)思考與討論:談?wù)勆钪心男┦吕w現(xiàn)了“非” 邏輯關(guān)系。 (四)聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用 1、“與”門應(yīng)用 簡單防盜報(bào)警器:當(dāng)放在保險(xiǎn)箱前地板上的按鈕開關(guān)被腳踩下而閉合同時(shí)安裝在保險(xiǎn)箱內(nèi)的光敏電阻被手電筒照射時(shí)就會(huì)發(fā)出鳴叫聲。(如圖12) 圖13 上開關(guān) 光傳感器 蜂鳴器 +5V 0V & 圖12 R0 S Z R2 R1 A B 原理:當(dāng)盜賊踩到裝在保險(xiǎn)箱前地板上的按鈕開關(guān)S時(shí),“與”門的A輸入端變?yōu)楦唠妱?;同時(shí)若安裝在保險(xiǎn)箱內(nèi)的光敏電阻受到光照,其電阻值將變小,使“與”門的B輸入端也變?yōu)楦唠妱?/p>
23、,根據(jù)“與”門的特點(diǎn)輸出端Z變?yōu)楦唠妱荩娾張?bào)警。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:如圖13所示。將“上開關(guān)”模塊和“光照傳感器”模塊分別插入與門模塊的輸入端,將“蜂鳴器”模塊插入與門模塊的輸出端。 2、“或”門應(yīng)用 簡單1證iyan