王莉 李紅 夏成蹊 馮瑞

摘? 要 課程思政在2016年全國高校思想政治工作會議上首次被提出，并在2018年的全國教育大會和2019年的學(xué)校思政課座談上再次被深化和強(qiáng)調(diào)。隨著它的提出，全國各大高校加強(qiáng)課程思政建設(shè)，目前對于課程思政的概念存在各種各樣的理解。提出對課程思政的理解，并通過一次實際的課程來舉例課程思政在電路電子學(xué)基礎(chǔ)實踐教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 課程思政;電路電子學(xué)基礎(chǔ);實踐教學(xué);555定時器;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

中圖分類號：G641? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）04-0078-04

0 前言

隨著2016年課程思政的提出，全國各大高校紛紛開展課程思政建設(shè)，但是對于課程思政的理解眾說紛紜，其中不乏一些錯誤和片面的理解[1]，例如：

觀點(diǎn)1（錯誤）：理工科核心課程的教學(xué)內(nèi)容太多，沒有時間開展課程思政。

觀點(diǎn)2（錯誤）：電路電子學(xué)基礎(chǔ)這種科技類的核心課程難以開展課程思政。

觀點(diǎn)3（錯誤）：課程和思政應(yīng)該各司其職。

觀點(diǎn)4（錯誤）：課程思政難脫“兩張皮”的俗套。

觀點(diǎn)5（片面）：課程思政就是課堂思政。

觀點(diǎn)6（片面）：課程思政就是結(jié)合案例進(jìn)行愛國主義教育。

觀點(diǎn)7（片面）：在課堂上講授人生感悟就是課程思政。

筆者認(rèn)為對于課程思政的理解還需要從它的提出來理解。2016年全國高校政治工作會議上，習(xí)近平總書記提出：要利用好教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課程都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[2]。2018年9月，全國教育大會提出要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義接班人。2019年3月，習(xí)近平總書記在學(xué)校思想政治理論課教師座談會上提出要“解決好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這個根本問題”。

綜上，筆者認(rèn)為課程思政的本質(zhì)是要將育人與國家發(fā)展相結(jié)合，教育說到底是要培養(yǎng)為國家所用的人、能和國家發(fā)展實際需要相結(jié)合的人才，國家要培養(yǎng)的人是社會主義的接班人。

2020年的疫情、洪災(zāi)，國產(chǎn)品牌華為、中興的被抵制，北斗衛(wèi)星的組網(wǎng)……這一件件大事的發(fā)生，真正能夠在關(guān)鍵時刻為國家所用的人除了人民子弟兵，還有偉大的醫(yī)務(wù)工作者、科學(xué)家、工程師等具備扎實技術(shù)功底的專業(yè)技術(shù)型人才。所以，筆者認(rèn)為課程思政建設(shè)不是片面地在課堂上講授愛國主義教育案例和分享人生感悟，而是要深入領(lǐng)會國家號召課程思政建設(shè)的本質(zhì)，要深入分析國家需要什么樣的人才、需要哪些人才、人才要具備哪些素質(zhì)，才能解決好怎樣培養(yǎng)人才的問題。為國家培養(yǎng)人才是每一所高校的義務(wù)，落實到每位教員，就要充分理解所在高校的性質(zhì)、所教學(xué)生未來的就業(yè)方向，從而來決定所教課程應(yīng)該如何設(shè)計，應(yīng)該讓學(xué)生掌握哪些知識、具備哪些能力、能解決什么問題，最終培養(yǎng)成能為國家所用的人才。

1 概述

航天工程大學(xué)是一所軍隊航天工程類院校，主要面向全國全軍培養(yǎng)航天領(lǐng)域指揮軍官、技術(shù)軍官、士官等軍民融合人才，承擔(dān)航天領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究、軍民融合和國際合作等任務(wù)。筆者所在院系是電子與光學(xué)工程系電子技術(shù)教研室。本文主要闡述筆者在電路電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中對于課程思政的實踐探索。

電路電子學(xué)基礎(chǔ)課程作為電子與光學(xué)工程系的專業(yè)基礎(chǔ)課程，面向的專業(yè)主要包括遙感科學(xué)與技術(shù)等本科學(xué)員，這些學(xué)員畢業(yè)就業(yè)大多在各大衛(wèi)星發(fā)射基地，主要從事和航天相關(guān)的工作，未來可能從事航天事業(yè)的研發(fā)類工作，而研發(fā)類的工作除了需要學(xué)員具備分析電路的能力，更多的是需要學(xué)員具備設(shè)計電路的能力。因此，為了滿足將來就業(yè)的要求，在電路電子學(xué)基礎(chǔ)授課過程中要著重培養(yǎng)學(xué)員分析電路和設(shè)計電路的能力。筆者認(rèn)為航天事業(yè)是關(guān)系國家發(fā)展的重要體現(xiàn)，所以，為國家航天事業(yè)所培養(yǎng)的人才素質(zhì)必須是過硬的，這才是課程思政真正意義所在。

在電路電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中，電子技術(shù)主要包含模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分內(nèi)容。在教學(xué)過程中，這兩部分內(nèi)容往往是分開講授，而在實際的電路中往往會集成模擬電子電路和數(shù)字電子電路。為了體現(xiàn)對學(xué)員分析電路和設(shè)計電路的能力的培養(yǎng)，本文選取電路電子學(xué)基礎(chǔ)中的555定時器以及由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路為例，作為課程思政的實踐教學(xué)案例。

2 教學(xué)設(shè)計

第一步：通過介紹555定時器的提出背景及成就，激起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)課程引入。555定時器是美國Sig-

netics公司于1972年研制的用于取代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因設(shè)計時輸入端是三個5 kΩ的電阻而得名。由于其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，直至今日仍被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中。555定時器是當(dāng)前年產(chǎn)量最高的芯片之一，僅2003年就有約10億枚的產(chǎn)量。它分為TTL型和CMOS型，其中CMOS型的電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航天領(lǐng)域。

第二步：通過問題引導(dǎo)的方式，使學(xué)員根據(jù)已有模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識以及設(shè)計的初衷來自己設(shè)計出電路（這是課程思政在教學(xué)應(yīng)用中最關(guān)鍵的體現(xiàn)）。例如：555定時器是模擬電路和數(shù)字電路集成的中規(guī)模器件，電路的輸入和輸出應(yīng)該分別是什么電路？模擬電路的輸入輸出是模擬信號（在時間和幅值上是連續(xù)變化的），而數(shù)字電路輸入和輸出是0或1的高低電平，那么這兩者之間如何有效銜接？在以前學(xué)過的電路中哪個可以解決這個問題？電路的變化非常快，那么這個電路要如何保存這些狀態(tài)？通過問題的合理設(shè)置，可以讓學(xué)員從設(shè)計者的角度出發(fā)，理解如何根據(jù)需求設(shè)計一個電路，使學(xué)員了解設(shè)計電路的思路。通過這種方式還可以使學(xué)員明確每一部分電路的功能，從而理解電路設(shè)計過程。

第三步：從RS鎖存器入手，分析555定時器電路的邏輯功能。根據(jù)與非門構(gòu)成的RS鎖存器的不同輸入來推出555定時器電路的輸入，通過RS鎖存器的輸出來推出555定時器的輸出和OC門的導(dǎo)通和截止，從而得出555定時器的邏輯功能表。從剛學(xué)習(xí)過的RS鎖存器入手，不僅可以幫助學(xué)員回顧所學(xué)的知識，更能提高學(xué)員靈活應(yīng)用已學(xué)知識來分析新知識的能力。

3 課程思政在555定時器及由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器教學(xué)中的實際應(yīng)用

555定時器? 開篇以提問開始，提高學(xué)員的參與感，通過合理地設(shè)置問題，使學(xué)員能夠從設(shè)計者的角度出發(fā)，設(shè)想出555定時器電路應(yīng)具備的組成部分和設(shè)計輪廓。通過這樣的學(xué)習(xí)方式，不斷培養(yǎng)學(xué)員設(shè)計電路的思維。

第一步：介紹555定時器產(chǎn)生背景和特點(diǎn)。555定時器是1972年由美國Signetic公司設(shè)計研發(fā)的，設(shè)計的初衷是用來取代體積大、定時精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器，它的應(yīng)用已遍及電子應(yīng)用的各個領(lǐng)域。555定時器的主要特點(diǎn)是它是由模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的中規(guī)模集成器件，由它可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器，可以應(yīng)用在工業(yè)控制、定時、報警等電路中。

第二步：合理設(shè)置問題。

問題1：請同學(xué)們結(jié)合先前學(xué)過的知識思考555定時器是如何將模擬電路（輸入和輸出為模擬量）和數(shù)字電路（輸入和輸出為數(shù)字量0、1）結(jié)合在一起的？555定時器是學(xué)員接觸的第一個集成了數(shù)字電路和模擬電路的電路，通過這個問題，可以引導(dǎo)學(xué)員積極思考回顧所學(xué)知識，并體會靈活應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計電路的快樂，給學(xué)員制造一種設(shè)計電路并不復(fù)雜的感覺，利用所學(xué)知識是可以做到的，從而激發(fā)他們自發(fā)設(shè)計電路的興趣。

問題2：模擬電路和數(shù)字電路哪個作為輸出？哪個作為輸入？這個問題是考查學(xué)員對模擬電路、數(shù)字電路優(yōu)缺點(diǎn)的了解，以及現(xiàn)實生活中信號特點(diǎn)的了解，也是對這些知識點(diǎn)的應(yīng)用。

問題3：模擬量在時間和幅值上是連續(xù)的、變化的，那么，有什么電路可以將中間值做暫時保存呢？在數(shù)字電路中可以保存數(shù)據(jù)的有半導(dǎo)體存儲器和觸發(fā)器等，但是作為暫時存儲，選用觸發(fā)器是比較合適的。這種問題的設(shè)置也是對學(xué)員所學(xué)知識的應(yīng)用能力的考查。

通過以上三個問題的回答，可以鍛煉學(xué)員積極思考并利用所學(xué)知識解決問題的能力，通過這些問題的回答基本可以設(shè)想出555定時器的基本組成部分，并且能夠理解設(shè)計者為什么會選用這些器件來組成555定時器。下面將學(xué)員設(shè)想出的電路和實際的555定時器電路的原理圖作比對，比較相同和不同之處，然后引導(dǎo)他們思考為何會有這些不同之處。通過這種循序漸進(jìn)的方式，逐步培養(yǎng)學(xué)員設(shè)計電路的思維方式。

第三步：分析555定時器的原理圖，如圖1所示。采用與有別于教材中的分析方式，從RS鎖存器入手分析555定時器的邏輯功能，原因有三點(diǎn)。

1）教材中提供了一種正序的分析方式，學(xué)員在這個階段已經(jīng)完成數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的大部分學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以自行學(xué)習(xí)，教員非照本宣科式的教學(xué)方式更能吸引他們的注意力，同時發(fā)散他們的思維，培養(yǎng)學(xué)員靈活應(yīng)用所學(xué)知識分析電路的能力，從而提高學(xué)員分析電路的能力。

2）利用從RS鎖存器入手分析方式，可以貫穿555定時器、由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的學(xué)習(xí)，這種方式可以很好地解釋采用正序分析時一筆帶過的知識點(diǎn)，如555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下為什么輸入一定是高電平。

3）根據(jù)教學(xué)計劃的安排，學(xué)員在學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容時剛完成RS鎖存器的學(xué)習(xí)，對這部分內(nèi)容相對熟悉。因此，從這部分著手分析，學(xué)員一方面可以再次加深對RS鎖存器應(yīng)用的理解，另一方面更容易理解分段討論的由來。下面介紹具體分析過程。

從與非門構(gòu)成的RS鎖存器的邏輯功能表（表1）可以得出RD′和SD′的四種工作狀態(tài)。從RS鎖存器的輸入向前推比較器C1和C2的輸入，例如：當(dāng)RD′=0，SD′=1，比較器C1輸出為0，證明它的反向輸入端大于同向輸入端，因此，vI1> VCC;比較器C2輸出為1，證明它的同向輸入端大于反向輸入端，因此，vI2>VCC。根據(jù)RS鎖存器的邏輯特性表可知，在此狀態(tài)下，RS鎖存器輸出Q應(yīng)為0，經(jīng)過一個與非門為高電平1（此時異步清零端為高電平），作為OC門的輸入，此時OC門導(dǎo)通（對于TTL型電路，高電平約為

3.2 V，遠(yuǎn)大于PN結(jié)開啟電壓0.7 V），再經(jīng)過一個反相器，作為555定時器的輸出，為低電平0。其他兩種情況可以進(jìn)行類比分析得出：當(dāng)RD′=1，SD′=0，vI1

RS鎖存器輸出為1，OC門截止，輸出為0;當(dāng)RD′=1，SD′=1，

vI1VCC，RS鎖存器狀態(tài)保持，OC狀態(tài)保持，輸出狀態(tài)保持;當(dāng)RD′=0，SD′=0，這個時候是RS鎖存器置0端和置1端同時有效，是無效態(tài)。這個狀態(tài)的分析相較于前三種狀態(tài)要復(fù)雜，可以讓感興趣的學(xué)員自己試著分析，也可以課下和教員共同探討。這樣就可以得出555定時器的邏輯功能表（表2）。

由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器? 在分析由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時，需先向?qū)W員介紹單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的概念及幾個主要特征，通過合理地設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)員思考這個電路應(yīng)該如何設(shè)計，從而引出由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖，如圖2所示，然后再進(jìn)行分析。

第一步：開篇提出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的概念及主要特征。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，在未加觸發(fā)脈沖前，電路處于穩(wěn)定狀態(tài);在觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)定狀態(tài)，停留一段時間后，電路又自動返回穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)定狀態(tài)的長短取決于電路的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖無關(guān)。

第二步：合理設(shè)置問題。

1）根據(jù)現(xiàn)有的555定時器原理圖，電路如何改進(jìn)，可以實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)？在暫穩(wěn)態(tài)停留的一段時間可以用所學(xué)過的哪個元器件來體現(xiàn)？通過這個問題的回答，可以使學(xué)員設(shè)想出暫穩(wěn)態(tài)的實現(xiàn)需要在555定時器原理圖基礎(chǔ)上添加哪些器件，從而設(shè)想出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖的基本組成部分。

2）如何設(shè)置觸發(fā)脈沖，可以使電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)？這個問題可以結(jié)合實際讓學(xué)員通俗易懂地理解觸發(fā)的概念，如樓道的聲控?zé)簟⑾词殖馗袘?yīng)出水的水龍頭等，然后引導(dǎo)學(xué)員將實際的應(yīng)用用電路設(shè)計的方式體現(xiàn)，激發(fā)學(xué)員設(shè)計電路的興趣。同時，可以讓學(xué)員感覺到設(shè)計電路不是遙不可及的事情。

第三步：給出由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理圖，可以引導(dǎo)學(xué)員思考電路原理圖是否和大家設(shè)想的一致？有哪些不同的地方？采用從RS鎖存器分析入手的方式給出由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的原理圖分析。具體分析如下。

首先分析穩(wěn)態(tài)。對于RS鎖存器來說，如果電路處于穩(wěn)態(tài)，那么RS鎖存器的輸入應(yīng)為RD′=1，SD′=1，往前推比較器C2的同向輸入端應(yīng)大于反向輸入端，因此，VI一定是至少大于VCC的高電平。再看輸出，RS鎖存器的狀態(tài)此時處于保持狀態(tài)，那么保持的這個狀態(tài)是電路一上電的狀態(tài)。假設(shè)電路上電時Q=0，那么，經(jīng)過一個與非門（電路正常工作時異步清零端為高電平1）為1，此時，OC門導(dǎo)通，電容兩端是沒有壓差的，符合穩(wěn)定狀態(tài)的特征。若假設(shè)一上電時Q=1，那么，經(jīng)過一個與非門（電路正常工作時異步清零端為高電平1）為0，此時，OC門截止，這時VCC會通過電阻R向電容充電，充到會使電路狀態(tài)發(fā)生跳變?yōu)橹梗碦D′端有效，也就是充到電容兩端電壓大于VCC。此時，RS鎖存器輸出變?yōu)?，經(jīng)過與非門變?yōu)?，OC門導(dǎo)通，電容放電，電路回到穩(wěn)態(tài)。因此，對于穩(wěn)態(tài)可以得出結(jié)論：輸入為高電平、輸出為低電平0，OC門導(dǎo)通。

接下來分析暫穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)時，輸入為高電平，那么要產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，只能向下跳變;當(dāng)輸入為低電平時，比較器C2輸出為0。此時，RS鎖存器被置1，經(jīng)過與非門變?yōu)?，OC門截止，VCC經(jīng)過R對電容充電，當(dāng)電容兩端的電壓大于VCC時，比較器C1輸出變?yōu)?。如果此時輸入端的觸發(fā)脈沖消失，輸入電平又回到高電平，RS觸發(fā)器被置0，經(jīng)過與非門，變?yōu)楦唠娖?，OC門導(dǎo)通，電容兩端放電，輸出回到低電平，然后電路回到穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)電路在暫穩(wěn)態(tài)的時間就是VCC經(jīng)過R向電容充電的時間。

4 結(jié)束語

如前所述，課程思政建設(shè)的根本在于要為國家培養(yǎng)可用之人，每一所高校都是孕育人才的搖籃，每一位教員要以培養(yǎng)人才為己任。在電路電子學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)過程中，通過合理地設(shè)置問題，以問題引導(dǎo)的方式激發(fā)學(xué)員的主人翁意識，充分培養(yǎng)學(xué)員設(shè)計電路的思維方式，通過每一堂課的精心教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)提出問題—積極設(shè)想—驗證設(shè)想—解決差異，從而不斷培養(yǎng)學(xué)員設(shè)計思維;通過引導(dǎo)學(xué)員靈活應(yīng)用已學(xué)知識分析新知識的方式，培養(yǎng)學(xué)員邊學(xué)邊用、靈活分析電路的能力。課程思政在教學(xué)中的實踐應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，未來還需要每位教員的共同探索研究。■

參考文獻(xiàn)

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