課程思政在電路電子學基礎教學中的實踐探索

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年的學校思政課座談上再次被深化和強調。隨著它的提出，全國各大高校加強課程思政建設，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基礎實踐教學中的應用。

關鍵詞 課程思政;電路電子學基礎;實踐教學;555定時器;單穩態觸發器

中圖分類號：G641? ? 文獻標識碼：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，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1（錯誤）：理工科核心課程的教學內容太多，沒有時間開展課程思政。

觀點2（錯誤）：電路電子學基礎這種科技類的核心課程難以開展課程思政。

觀點3（錯誤）：課程和思政應該各司其職。

觀點4（錯誤）：課程思政難脫“兩張皮”的俗套。

觀點5（片面）：課程思政就是課堂思政。

觀點6（片面）：課程思政就是結合案例進行愛國主義教育。

觀點7（片面）：在課堂上講授人生感悟就是課程思政。

筆者認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，習近平總書記提出：要利用好教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課程都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[2]。2018年9月，全國教育大會提出要培養德智體美勞全面發展的社會主義接班人。2019年3月，習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上提出要“解決好培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人這個根本問題”。

綜上，筆者認為課程思政的本質是要將育人與國家發展相結合，教育說到底是要培養為國家所用的人、能和國家發展實際需要相結合的人才，國家要培養的人是社會主義的接班人。

2020年的疫情、洪災，國產品牌華為、中興的被抵制，北斗衛星的組網……這一件件大事的發生，真正能夠在關鍵時刻為國家所用的人除了人民子弟兵，還有偉大的醫務工作者、科學家、工程師等具備扎實技術功底的專業技術型人才。所以，筆者認為課程思政建設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，而是要深入領會國家號召課程思政建設的本質，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，才能解決好怎樣培養人才的問題。為國家培養人才是每一所高校的義務，落實到每位教員，就要充分理解所在高校的性質、所教學生未來的就業方向，從而來決定所教課程應該如何設計，應該讓學生掌握哪些知識、具備哪些能力、能解決什么問題，最終培養成能為國家所用的人才。

1 概述

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

電路電子學基礎課程作為電子與光學工程系的專業基礎課程，面向的專業主要包括遙感科學與技術等本科學員，這些學員畢業就業大多在各大衛星發射基地，主要從事和航天相關的工作，未來可能從事航天事業的研發類工作，而研發類的工作除了需要學員具備分析電路的能力，更多的是需要學員具備設計電路的能力。因此，為了滿足將來就業的要求，在電路電子學基礎授課過程中要著重培養學員分析電路和設計電路的能力。筆者認為航天事業是關系國家發展的重要體現，所以，為國家航天事業所培養的人才素質必須是過硬的，這才是課程思政真正意義所在。

在電路電子學基礎教學中，電子技術主要包含模擬電子技術和數字電子技術兩部分內容。在教學過程中，這兩部分內容往往是分開講授，而在實際的電路中往往會集成模擬電子電路和數字電子電路。為了體現對學員分析電路和設計電路的能力的培養，本文選取電路電子學基礎中的555定時器以及由555定時器組成的單穩態電路為例，作為課程思政的實踐教學案例。

2 教學設計

第一步：通過介紹555定時器的提出背景及成就，激起學員的學習興趣，實現課程引入。555定時器是美國Sig-

netics公司于1972年研制的用于取代機械式定時器的中規模集成電路，因設計時輸入端是三個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用于電子電路的設計中。555定時器是當前年產量最高的芯片之一，僅2003年就有約10億枚的產量。它分為TTL型和CMOS型，其中CMOS型的電路已經廣泛應用到航天領域。

第二步：通過問題引導的方式，使學員根據已有模擬電子技術和數字電子技術的知識以及設計的初衷來自己設計出電路（這是課程思政在教學應用中最關鍵的體現）。例如：555定時器是模擬電路和數字電路集成的中規模器件，電路的輸入和輸出應該分別是什么電路？模擬電路的輸入輸出是模擬信號（在時間和幅值上是連續變化的），而數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？通過問題的合理設置，可以讓學員從設計者的角度出發，理解如何根據需求設計一個電路，使學員了解設計電路的思路。通過這種方式還可以使學員明確每一部分電路的功能，從而理解電路設計過程。

第三步：從RS鎖存器入手，分析555定時器電路的邏輯功能。根據與非門構成的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門的導通和截止，從而得出555定時器的邏輯功能表。從剛學習過的RS鎖存器入手，不僅可以幫助學員回顧所學的知識，更能提高學員靈活應用已學知識來分析新知識的能力。

3 課程思政在555定時器及由555定時器構成的單穩態觸發器教學中的實際應用

555定時器? 開篇以提問開始，提高學員的參與感，通過合理地設置問題，使學員能夠從設計者的角度出發，設想出555定時器電路應具備的組成部分和設計輪廓。通過這樣的學習方式，不斷培養學員設計電路的思維。

第一步：介紹555定時器產生背景和特點。555定時器是1972年由美國Signetic公司設計研發的，設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械式延遲器，它的應用已遍及電子應用的各個領域。555定時器的主要特點是它是由模擬電路和數字電路集成于一體的中規模集成器件，由它可以組成單穩態觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器，可以應用在工業控制、定時、報警等電路中。

第二步：合理設置問題。

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

問題2：模擬電路和數字電路哪個作為輸出？哪個作為輸入？這個問題是考查學員對模擬電路、數字電路優缺點的了解，以及現實生活中信號特點的了解，也是對這些知識點的應用。

問題3：模擬量在時間和幅值上是連續的、變化的，那么，有什么電路可以將中間值做暫時保存呢？在數字電路中可以保存數據的有半導體存儲器和觸發器等，但是作為暫時存儲，選用觸發器是比較合適的。這種問題的設置也是對學員所學知識的應用能力的考查。

通過以上三個問題的回答，可以鍛煉學員積極思考并利用所學知識解決問題的能力，通過這些問題的回答基本可以設想出555定時器的基本組成部分，并且能夠理解設計者為什么會選用這些器件來組成555定時器。下面將學員設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，然后引導他們思考為何會有這些不同之處。通過這種循序漸進的方式，逐步培養學員設計電路的思維方式。

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。

1）教材中提供了一種正序的分析方式，學員在這個階段已經完成數字電子技術和模擬電子技術的大部分學習內容，可以自行學習，教員非照本宣科式的教學方式更能吸引他們的注意力，同時發散他們的思維，培養學員靈活應用所學知識分析電路的能力，從而提高學員分析電路的能力。

2）利用從RS鎖存器入手分析方式，可以貫穿555定時器、由555定時器組成的單穩態觸發器的學習，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，如555定時器構成的單穩態觸發器，在穩態狀態下為什么輸入一定是高電平。

3）根據教學計劃的安排，學員在學習本部分內容時剛完成RS鎖存器的學習，對這部分內容相對熟悉。因此，從這部分著手分析，學員一方面可以再次加深對RS鎖存器應用的理解，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。從RS鎖存器的輸入向前推比較器C1和C2的輸入，例如：當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RS鎖存器的邏輯特性表可知，在此狀態下，RS鎖存器輸出Q應為0，經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門導通（對于TTL型電路，高電平約為

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

RS鎖存器輸出為1，OC門截止，輸出為0;當RD′=1，SD′=1，

vI1VCC，RS鎖存器狀態保持，OC狀態保持，輸出狀態保持;當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。這個狀態的分析相較于前三種狀態要復雜，可以讓感興趣的學員自己試著分析，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定時器構成的單穩態觸發器? 在分析由555定時器組成的單穩態觸發器時，需先向學員介紹單穩態觸發器的概念及幾個主要特征，通過合理地設置問題，引導學員思考這個電路應該如何設計，從而引出由555定時器組成的單穩態觸發器原理圖，如圖2所示，然后再進行分析。

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

第二步：合理設置問題。

1）根據現有的555定時器原理圖，電路如何改進，可以實現單穩態觸發器的一個穩態和一個暫穩態？在暫穩態停留的一段時間可以用所學過的哪個元器件來體現？通過這個問題的回答，可以使學員設想出暫穩態的實現需要在555定時器原理圖基礎上添加哪些器件，從而設想出單穩態觸發器原理圖的基本組成部分。

2）如何設置觸發脈沖，可以使電路進入暫穩態？這個問題可以結合實際讓學員通俗易懂地理解觸發的概念，如樓道的聲控燈、洗手池感應出水的水龍頭等，然后引導學員將實際的應用用電路設計的方式體現，激發學員設計電路的興趣。同時，可以讓學員感覺到設計電路不是遙不可及的事情。

第三步：給出由555定時器組成的單穩態觸發器的原理圖，可以引導學員思考電路原理圖是否和大家設想的一致？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定時器組成的單穩態觸發器的原理圖分析。具體分析如下。

首先分析穩態。對于RS鎖存器來說，如果電路處于穩態，那么RS鎖存器的輸入應為RD′=1，SD′=1，往前推比較器C2的同向輸入端應大于反向輸入端，因此，VI一定是至少大于VCC的高電平。再看輸出，RS鎖存器的狀態此時處于保持狀態，那么保持的這個狀態是電路一上電的狀態。假設電路上電時Q=0，那么，經過一個與非門（電路正常工作時異步清零端為高電平1）為1，此時，OC門導通，電容兩端是沒有壓差的，符合穩定狀態的特征。若假設一上電時Q=1，那么，經過一個與非門（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，充到會使電路狀態發生跳變為止，即RD′端有效，也就是充到電容兩端電壓大于VCC。此時，RS鎖存器輸出變為0，經過與非門變為1，OC門導通，電容放電，電路回到穩態。因此，對于穩態可以得出結論：輸入為高電平、輸出為低電平0，OC門導通。

接下來分析暫穩態。在穩態時，輸入為高電平，那么要產生觸發脈沖，只能向下跳變;當輸入為低電平時，比較器C2輸出為0。此時，RS鎖存器被置1，經過與非門變為0，OC門截止，VCC經過R對電容充電，當電容兩端的電壓大于VCC時，比較器C1輸出變為0。如果此時輸入端的觸發脈沖消失，輸入電平又回到高電平，RS觸發器被置0，經過與非門，變為高電平1，OC門導通，電容兩端放電，輸出回到低電平，然后電路回到穩態。單穩態電路在暫穩態的時間就是VCC經過R向電容充電的時間。

4 結束語

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

參考文獻

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