课程思政在电路电子学基础教学中的实践探索

王莉 李红 夏成蹊 冯瑞

摘  要 课程思政在2016年全国高校思想政治工作会议上首次被提出，并在2018年的全国教育大会和2019年的学校思政课座谈上再次被深化和强调。随着它的提出，全国各大高校加强课程思政建设，目前对于课程思政的概念存在各种各样的理解。提出对课程思政的理解，并通过一次实际的课程来举例课程思政在电路电子学基础实践教学中的应用。

关键词 课程思政;电路电子学基础;实践教学;555定时器;单稳态触发器

中图分类号：G641    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）04-0078-04

0 前言

随着2016年课程思政的提出，全国各大高校纷纷开展课程思政建设，但是对于课程思政的理解众说纷纭，其中不乏一些错误和片面的理解[1]，例如：

观点1（错误）：理工科核心课程的教学内容太多，没有时间开展课程思政。

观点2（错误）：电路电子学基础这种科技类的核心课程难以开展课程思政。

观点3（错误）：课程和思政应该各司其职。

观点4（错误）：课程思政难脱“两张皮”的俗套。

观点5（片面）：课程思政就是课堂思政。

观点6（片面）：课程思政就是结合案例进行爱国主义教育。

观点7（片面）：在课堂上讲授人生感悟就是课程思政。

笔者认为对于课程思政的理解还需要从它的提出来理解。2016年全国高校政治工作会议上，习近平总书记提出：要利用好教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课程都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[2]。2018年9月，全国教育大会提出要培养德智体美劳全面发展的社会主义接班人。2019年3月，习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上提出要“解决好培养什么人、怎样培养人、为谁培养人这个根本问题”。

综上，笔者认为课程思政的本质是要将育人与国家发展相结合，教育说到底是要培养为国家所用的人、能和国家发展实际需要相结合的人才，国家要培养的人是社会主义的接班人。

2020年的疫情、洪灾，国产品牌华为、中兴的被抵制，北斗卫星的组网……这一件件大事的发生，真正能够在关键时刻为国家所用的人除了人民子弟兵，还有伟大的医务工作者、科学家、工程师等具备扎实技术功底的专业技术型人才。所以，笔者认为课程思政建设不是片面地在课堂上讲授爱国主义教育案例和分享人生感悟，而是要深入领会国家号召课程思政建设的本质，要深入分析国家需要什么样的人才、需要哪些人才、人才要具备哪些素质，才能解决好怎样培养人才的问题。为国家培养人才是每一所高校的义务，落实到每位教员，就要充分理解所在高校的性质、所教学生未来的就业方向，从而来决定所教课程应该如何设计，应该让学生掌握哪些知识、具备哪些能力、能解决什么问题，最终培养成能为国家所用的人才。

1 概述

航天工程大学是一所军队航天工程类院校，主要面向全国全军培养航天领域指挥军官、技术军官、士官等军民融合人才，承担航天领域关键技术研究、军民融合和国际合作等任务。笔者所在院系是电子与光学工程系电子技术教研室。本文主要阐述笔者在电路电子学基础教学中对于课程思政的实践探索。

电路电子学基础课程作为电子与光学工程系的专业基础课程，面向的专业主要包括遥感科学与技术等本科学员，这些学员毕业就业大多在各大卫星发射基地，主要从事和航天相关的工作，未来可能从事航天事业的研发类工作，而研发类的工作除了需要学员具备分析电路的能力，更多的是需要学员具备设计电路的能力。因此，为了满足将来就业的要求，在电路电子学基础授课过程中要着重培养学员分析电路和设计电路的能力。笔者认为航天事业是关系国家发展的重要体现，所以，为国家航天事业所培养的人才素质必须是过硬的，这才是课程思政真正意义所在。

在电路电子学基础教学中，电子技术主要包含模拟电子技术和数字电子技术两部分内容。在教学过程中，这两部分内容往往是分开讲授，而在实际的电路中往往会集成模拟电子电路和数字电子电路。为了体现对学员分析电路和设计电路的能力的培养，本文选取电路电子学基础中的555定时器以及由555定时器组成的单稳态电路为例，作为课程思政的实践教学案例。

2 教学设计

第一步：通过介绍555定时器的提出背景及成就，激起学员的学习兴趣，实现课程引入。555定时器是美国Sig-

netics公司于1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因设计时输入端是三个5 kΩ的电阻而得名。由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，直至今日仍被广泛应用于电子电路的设计中。555定时器是当前年产量最高的芯片之一，仅2003年就有约10亿枚的产量。它分为TTL型和CMOS型，其中CMOS型的电路已经广泛应用到航天领域。

第二步：通过问题引导的方式，使学员根据已有模拟电子技术和数字电子技术的知识以及设计的初衷来自己设计出电路（这是课程思政在教学应用中最关键的体现）。例如：555定时器是模拟电路和数字电路集成的中规模器件，电路的输入和输出应该分别是什么电路？模拟电路的输入输出是模拟信号（在时间和幅值上是连续变化的），而数字电路输入和输出是0或1的高低电平，那么这两者之间如何有效衔接？在以前学过的电路中哪个可以解决这个问题？电路的变化非常快，那么这个电路要如何保存这些状态？通过问题的合理设置，可以让学员从设计者的角度出发，理解如何根据需求设计一个电路，使学员了解设计电路的思路。通过这种方式还可以使学员明确每一部分电路的功能，从而理解电路设计过程。

第三步：从RS锁存器入手，分析555定时器电路的逻辑功能。根据与非门构成的RS锁存器的不同输入来推出555定时器电路的输入，通過RS锁存器的输出来推出555定时器的输出和OC门的导通和截止，从而得出555定时器的逻辑功能表。从刚学习过的RS锁存器入手，不仅可以帮助学员回顾所学的知识，更能提高学员灵活应用已学知识来分析新知识的能力。

3 课程思政在555定时器及由555定时器构成的单稳态触发器教学中的实际应用

555定时器  开篇以提问开始，提高学员的参与感，通过合理地设置问题，使学员能够从设计者的角度出发，设想出555定时器电路应具备的组成部分和设计轮廓。通过这样的学习方式，不断培养学员设计电路的思维。

第一步：介绍555定时器产生背景和特点。555定时器是1972年由美国Signetic公司设计研发的，设计的初衷是用来取代体积大、定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器，它的应用已遍及电子应用的各个领域。555定时器的主要特点是它是由模拟电路和数字电路集成于一体的中规模集成器件，由它可以组成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器，可以应用在工业控制、定时、报警等电路中。

第二步：合理设置问题。

问题1：请同学们结合先前学过的知识思考555定时器是如何将模拟电路（输入和输出为模拟量）和数字电路（输入和输出为数字量0、1）结合在一起的？555定时器是学员接触的第一个集成了数字电路和模拟电路的电路，通过这个问题，可以引导学员积极思考回顾所学知识，并体会灵活应用所学知识设计电路的快乐，给学员制造一种设计电路并不复杂的感觉，利用所学知识是可以做到的，从而激发他们自发设计电路的兴趣。

问题2：模拟电路和数字电路哪个作为输出？哪个作为输入？这个问题是考查学员对模拟电路、数字电路优缺点的了解，以及现实生活中信号特点的了解，也是对这些知识点的应用。

问题3：模拟量在时间和幅值上是连续的、变化的，那么，有什么电路可以将中间值做暂时保存呢？在数字电路中可以保存数据的有半导体存储器和触发器等，但是作为暂时存储，选用触发器是比较合适的。这种问题的设置也是对学员所学知识的应用能力的考查。

通过以上三个问题的回答，可以锻炼学员积极思考并利用所学知识解决问题的能力，通过这些问题的回答基本可以设想出555定时器的基本组成部分，并且能够理解设计者为什么会选用这些器件来组成555定时器。下面将学员设想出的电路和实际的555定时器电路的原理图作比对，比较相同和不同之处，然后引导他们思考为何会有这些不同之处。通过这种循序渐进的方式，逐步培养学员设计电路的思维方式。

第三步：分析555定时器的原理图，如图1所示。采用与有别于教材中的分析方式，从RS锁存器入手分析555定时器的逻辑功能，原因有三点。

1）教材中提供了一种正序的分析方式，学员在这个阶段已经完成数字电子技术和模拟电子技术的大部分学习内容，可以自行学习，教员非照本宣科式的教学方式更能吸引他们的注意力，同时发散他们的思维，培养学员灵活应用所学知识分析电路的能力，从而提高学员分析电路的能力。

2）利用从RS锁存器入手分析方式，可以贯穿555定时器、由555定时器组成的单稳态触发器的学习，这种方式可以很好地解释采用正序分析时一笔带过的知识点，如555定时器构成的单稳态触发器，在稳态状态下为什么输入一定是高电平。

3）根据教学计划的安排，学员在学习本部分内容时刚完成RS锁存器的学习，对这部分内容相对熟悉。因此，从这部分着手分析，学员一方面可以再次加深对RS锁存器应用的理解，另一方面更容易理解分段讨论的由来。下面介绍具体分析过程。

从与非门构成的RS锁存器的逻辑功能表（表1）可以得出RD′和SD′的四种工作状态。从RS锁存器的输入向前推比较器C1和C2的输入，例如：当RD′=0，SD′=1，比较器C1输出为0，证明它的反向输入端大于同向输入端，因此，vI1> VCC;比较器C2输出为1，证明它的同向输入端大于反向输入端，因此，vI2>VCC。根据RS锁存器的逻辑特性表可知，在此状态下，RS锁存器输出Q应为0，经过一个与非门为高电平1（此时异步清零端为高电平），作为OC门的输入，此时OC门导通（对于TTL型电路，高电平约为

3.2 V，远大于PN结开启电压0.7 V），再经过一个反相器，作为555定时器的输出，为低电平0。其他两种情况可以进行类比分析得出：当RD′=1，SD′=0，vI1

RS锁存器输出为1，OC门截止，输出为0;当RD′=1，SD′=1，

vI1VCC，RS锁存器状态保持，OC状态保持，输出状态保持;当RD′=0，SD′=0，这个时候是RS锁存器置0端和置1端同时有效，是无效态。这个状态的分析相较于前三种状态要复杂，可以让感兴趣的学员自己试着分析，也可以课下和教员共同探讨。这样就可以得出555定时器的逻辑功能表（表2）。

由555定时器构成的单稳态触发器  在分析由555定时器组成的单稳态触发器时，需先向学员介绍单稳态触发器的概念及几个主要特征，通过合理地设置问题，引导学员思考这个电路应该如何设计，从而引出由555定时器组成的单稳态触发器原理图，如图2所示，然后再进行分析。

第一步：开篇提出单稳态触发器的概念及主要特征。单稳态触发器只有一个稳定状态，在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态;在触发脉冲作用下，电路由稳定状态翻转为暂稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回稳定状态。暂稳定状态的长短取决于电路的参数，与触发脉冲无关。

第二步：合理设置问题。

1）根据现有的555定时器原理图，电路如何改进，可以实现单稳态触发器的一个稳态和一个暂稳态？在暂稳态停留的一段时间可以用所学过的哪个元器件来体现？通过这个问题的回答，可以使学员设想出暂稳态的实现需要在555定时器原理图基础上添加哪些器件，从而设想出单稳态触发器原理图的基本组成部分。

2）如何设置触发脉冲，可以使电路进入暂稳态？这个问题可以结合實际让学员通俗易懂地理解触发的概念，如楼道的声控灯、洗手池感应出水的水龙头等，然后引导学员将实际的应用用电路设计的方式体现，激发学员设计电路的兴趣。同时，可以让学员感觉到设计电路不是遥不可及的事情。

第三步：给出由555定时器组成的单稳态触发器的原理图，可以引导学员思考电路原理图是否和大家设想的一致？有哪些不同的地方？采用从RS锁存器分析入手的方式给出由555定时器组成的单稳态触发器的原理图分析。具体分析如下。

首先分析稳态。对于RS锁存器来说，如果电路处于稳态，那么RS锁存器的输入应为RD′=1，SD′=1，往前推比较器C2的同向输入端应大于反向输入端，因此，VI一定是至少大于VCC的高电平。再看输出，RS锁存器的状态此时处于保持状态，那么保持的这个状态是电路一上电的状态。假设电路上电时Q=0，那么，经过一个与非门（电路正常工作时异步清零端为高电平1）为1，此时，OC门导通，电容两端是没有压差的，符合稳定状态的特征。若假设一上电时Q=1，那么，经过一个与非门（电路正常工作时异步清零端为高电平1）为0，此时，OC门截止，这时VCC会通过电阻R向电容充电，充到会使电路状态发生跳變为止，即RD′端有效，也就是充到电容两端电压大于VCC。此时，RS锁存器输出变为0，经过与非门变为1，OC门导通，电容放电，电路回到稳态。因此，对于稳态可以得出结论：输入为高电平、输出为低电平0，OC门导通。

接下来分析暂稳态。在稳态时，输入为高电平，那么要产生触发脉冲，只能向下跳变;当输入为低电平时，比较器C2输出为0。此时，RS锁存器被置1，经过与非门变为0，OC门截止，VCC经过R对电容充电，当电容两端的电压大于VCC时，比较器C1输出变为0。如果此时输入端的触发脉冲消失，输入电平又回到高电平，RS触发器被置0，经过与非门，变为高电平1，OC门导通，电容两端放电，输出回到低电平，然后电路回到稳态。单稳态电路在暂稳态的时间就是VCC经过R向电容充电的时间。

4 结束语

如前所述，课程思政建设的根本在于要为国家培养可用之人，每一所高校都是孕育人才的摇篮，每一位教员要以培养人才为己任。在电路电子学基础教学过程中，通过合理地设置问题，以问题引导的方式激发学员的主人翁意识，充分培养学员设计电路的思维方式，通过每一堂课的精心教学设计，实现提出问题—积极设想—验证设想—解决差异，从而不断培养学员设计思维;通过引导学员灵活应用已学知识分析新知识的方式，培养学员边学边用、灵活分析电路的能力。课程思政在教学中的实践应用远不止于此，未来还需要每位教员的共同探索研究。■

参考文献

[1]于歆杰.理工科核心课中的课程思政：为什么做与怎么做[J].中国大学教学，2019（9）：56-60.

[2]把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新层面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[3]秦增煌，姜三勇.电工学：电子技术[M].7版.北京：高等教育出版社，2009：333-336.

[4]闫石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2006：493-494.

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