555定時器構成單穩態“課程思政”教學設計*

張明芹

(黑龍江職業學院通識教育學院 黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

電子技術是高職工科類專業基礎課，具有工程性、應用性和先進性，成為人類探索宏觀世界和微觀世界的技術基礎.在教學實踐中開展課程思政，對課程的發展、專業技能水平的提高都有重大意義.將立德樹人內化在課程中，引導學生形成正確的人生觀、價值觀和世界觀，把國家的發展和自己的學習、將來的生活融為一體，實現德育滲透，潤物無聲，達到“育人為本，德育為先”.成果導向教育以學生的學習成果為導向[1]，強調圍繞學生的學習任務、專業設置、職業范圍開展教學活動，重視培養學生適應未來、適應社會的綜合能力等[2].行動學習是以“實作+仿真”為載體，遵循實踐，認識，再實踐，再認識，讓學生經歷研究、探索的過程，提高創新能力.

集成555定時器(也稱為555時基電路)的組成、工作原理及應用，理論抽象不易理解，用情景化的學習手段，降低理論難度，提高學習興趣.通過學習體會到知識來源于生活、服務于生活，增強學好專業的使命感和責任感.自己動手制作的作品(簡稱實作)，不僅提升了動手能力和工程素養，也有成就感.從中培養學生形成正確的科學觀，用理性認識去指導實踐，并接受實踐的檢驗，養成善于學習、勤于思考的習慣，時刻學習，自強不息、銳意進取，把愛國主義之志變成報國之行.

2 熟悉學生 用思政教育補精神之鈣

高職生年齡偏小，單招生也較多，在學習習慣、學習能力上欠缺，意志品質，自主能力，自我控制能力較薄弱，沒有更廣闊的目標和追求.學習動力不強，遇到較難的知識，不能全力以赴學習.在課程學習活動中，挖掘課程思政元素及時加強思想教育，強化學習的自覺性，主動性，引導學生為什么要學習本門課程，引導知曉做什么人，走什么路，堅定理想信念，規劃好自己的人生目標.將工匠案例融入專業知識中，工匠精神滲透到學習和生活中，集中精力、克服困難，做好每件小事；知曉合格的工程師要以人民為中心，具有家國情懷，堅守職業道德和吃苦耐勞的優良品質.

對于不學習且覺得學不會的學生及時引入思政元素.首先，給予精神之鈣，堅定學習信心.鼓勵學生要戰勝自我，要自我肯定，只要堅持學習，就能學會且有所提高.其次，要用心用力用情建立平等真誠的師生觀，熟悉學生的基礎和學習能力.多深入寢室、早晚自習，指導幫助學生學習，關心學生在校生活，關注學生的個性、興趣和能力的差異，因材施教，從零起點學起，采用分層教學，分類指導、分步達標的學習方法.

3 知識點與思政元素融合

3.1 以史明志 激發學生砥礪奮進

學習觀看“集成電路的發展史”視頻，宣揚工匠精神，如華為手機芯片，工匠人物“許振超”，領會用先進科學技術提高生產力，提高工作效率；弘揚集成電路創使人，杰克·基爾比和諾伊斯的偉大發明，學習兩位科學家堅持不懈地創新發明，開創了電子技術歷史的新紀元，奠定了現代信息技術的基礎.從中激發熱愛集成電路，認識到集成電路應用前途光明，激勵年輕人用心學習探索電子世界，把自己的科學追求、人生價值融入科技強國的偉大事業中，為實現中華民族偉大復興貢獻力量.

3.2 自主學習 樹立終身學習理念

觀看“555定時器組成及應用電路”微課，借助雨課堂、騰訊課堂等互動學習平臺，以學習導航引導思維，以練促學，達到教得法，學得好，有興趣的混和式學習.培養自主學習能力，養成終身學習提高自己的好習慣，成為德智體美勞全面發展的人才.實現“知識傳授”與“價值引領”同頻共振，引領學生用好“思想+能力+知識”，創造自己的未來，更好地服務于人民.

在學習中熟悉555定時器組成及各部分作用，分析555定時器構成單穩態觸發器電路的結構，實現理論和實踐相統一，培養學生辯證唯物主義世界觀和科學思維方法.從學習活動中感受到課程內容的應用性、知識的創造性、科學技術是第一生產力的哲理，讓學生在學習中樹立專業自信，同時增強道路自信、理論自信、制度自信、文化自信.

3.3 學以致用 知行并進

演示觀看“觸摸延時開關、門鈴電路”的功能，熟悉愛護電路元件，熟練操作Multisim仿真軟件，高效完成作品.

教學中理論聯系實際，知行合一，學以致用.

學生多次設計、創建、調試555定時器構成的應用電路，直觀認知555定時器構成單穩態觸發器的工作原理及其電路功能.通過“實作+仿真”情景化的學習手段，每個小組能畫出電路圖，分析工作過程，熟練制作出觸摸延時開關或門鈴電路.學習利用計算機軟件解決實際問題的科學分析方法，感受信息化技術帶來的便捷，引領學生要多學習數字技術以適應信息化時代的需求.

4 理實一體 提升學生科學探究能力

在學習活動中通過動腦、動口、動手創建電路分析驗證電路實現的功能，弘揚實踐出真知、積累科學分析方法.引導學生用理性態度、創新發展的理念去分析解決問題，實現主觀能動性和客觀規律性的辯證統一.

4.1 制作觸摸延時開關

電路制作簡單，不用調試，直觀看到觸摸延時開關的應用，再拓展單穩態電路的延時、定時應用.

4.1.1 認識電路結構及作用

參考電路如圖1所示，核心元件為集成555芯片，外接定時元件R1和C1，改變R1和C1的數值可控制延時的長短，C2為電解電容器，起濾波作用，減少雜波對基準電位的干擾，使管腳5(外加電壓控制端)電位穩定，避免管腳2和6觸發誤動作.電壓輸出端管腳3接發光二極管，R2為限流電阻，電源可用5～12 V.觸發輸入信號從管腳2(觸發輸入端)接入，即管腳2接金屬片(2 cm×4 cm)，管腳6(閾值輸入)和管腳7并接在一起，再與定時元件相連接.

圖1 555定時器構成觸摸延時開關電路

4.1.2 分析電路原理及工作過程

(1)無觸發信號輸入時，電路工作在穩態

當電路接通電源并且穩定后，輸入保持高電平，555內部的RS觸發器被置成0態，管腳3輸出低電平，發光二極管不工作，555內部放電三極管飽和導通，經放電端7管腳將C1電容器上電壓降為零，使管腳6電位為0 V.

人手未觸摸金屬片時，555的管腳2懸空，相當于輸入高電平信號1，555輸出低電平狀態一直被保持[3]，發光二極管不工作.

(2)輸入觸發信號時，電路由穩態轉入暫穩態

當下降沿觸發信號到達時，555觸發輸入端由高電平跳變為低電平，電路被觸發，輸出為高電平.

當人手觸摸金屬片時，555的管腳2通過人體電阻接地，相當于輸入低電平信號0，從而使555內部的RS觸發器輸出翻轉為1態，管腳3輸出高電平，發光二極管被點亮.

(3)暫穩態的維持時間

在暫穩態期間，555內部放電三極管截止，電源經100 kΩ電阻向1 μF(C1)電容充電，當管腳6電位上升至閾值電壓之前時，電路將維持暫穩態不變.發光二極管點亮時是暫穩態，點亮時長為110 ms，恰為555單穩態持續的時間tw，tw為輸出脈沖的寬度，在圖1中理論計算值為110 ms.

(4)自動回到穩定狀態0態

發光二極管經過暫穩態持續時間110 ms，自動熄滅，回到穩態，即電路延時時間為tw.

4.2 觀看仿真 測試電壓信號

用仿真實驗增強感性認識，加深學生對理論知識的再次理解，拓展理論學習中的疑難問題.將圖1中的管腳2接單刀雙擲開關替代金屬片，單刀雙擲開關一端接5 V電源正極，另一端接5 V電源負極，負極接地，輸出端和輸入端接入電子示波器，模擬觸摸延時開關的工作過程，觀看輸出、觸發信號.

先將單刀雙擲開關處于高電平，再打開仿真開關，快速連續按兩次空格鍵，稍慢點再連續按兩次空格鍵，模擬兩次觸發信號，從示波器中看到單穩態翻轉并持續一小段時間后回到穩態，波形如圖2所示[4].

圖2 555單穩態仿真工作波形

用示波器中的標尺測出正、負脈沖寬度，tw=109.5 ms和理論值基本相同.觀察到當輸入信號下降沿到來時刻，才有輸出信號，輸出為高電平，產生一定寬度的矩形脈沖，維持一小段時間tw，回到穩態.

從仿真示波器中看到，電路剛接通時，觸發端無觸發信號，電路處于穩態，輸出端為零.當觸發端輸入負脈沖電路翻轉，電路輸出進入暫穩態，電容C1由零開始充電，達到閾值(圖2中電容波形峰值處)，波形發生翻轉暫穩態結束，回到穩態.

電源電壓分別為6 V,9 V,12 V時；負脈沖寬度分別為13.7 ms，30.7 ms時，輸出脈沖寬度不變，得出單穩態觸發器的輸出脈沖寬度(暫穩態時間)與電源電壓大小和輸入脈沖寬度(窄的負脈沖，且tp≤tw)無關，僅由電路自身RC參數決定[5].

5 結束語

555定時器構成的單穩態觸發器“實作”活動中，引導學生對自己的直接經驗進行理論概括，積極將自己的感性認識上升為理性認識，再從理性認識到實踐，既要“知其然”，更要“知其所以然”，為將來成為電子設計工程師奠定基礎.

教學實踐中將所學知識和生活實際相結合，增加直觀、可操作性，簡化理論知識的系統性，注重情景化、可接受、應用的原則，達到學生愿意學，學得懂，學了會用，使基礎不同的學生都能獲得不同的提高.學生在學習中逐步認識電子技術課程的科學價值、應用價值和文化價值，樹立用唯物辯證法分析解決問題，提升學生的科學思維與工程意識，養成實事求是，嚴謹治學的職業態度.