资源简介

课题:行人过街信号灯时长控制的探究
——以555时基电路为例
教材分析
555时基电路是高二劳技教材第一章第二节《数字电路基础》中的一个知识环节，该知识点被分为电路应用与内部工作原理讲解两个教学课时。从教材编排的顺序上来看，这节的内容被放在了触发器、计数器以及数码显示器之后，但从数字电路教学中知识构建先后的角度去分析，555时基电路对于前三个知识内容并没有任何的承接关系，可以近似看作是一个独立的环节被安排于此。而根据课标的要求，这节内容的学习需要让学生了解集成电路的特点，在学习基本数字电路的特点与功能时，建议使用相关集成电路（IC），边实践边体会，提高自身的动手实践能力。同时又要求学习对象不宜过于复杂，降低学生的学习难度，而教材中作为实例的IC模块不是超过10个管脚以上的大型集成电路就是应用范围并不贴近学生日常生活，不能引起兴趣与共鸣的编码、解码集成电路。
综上分析，决定将555时基电路的应用内容前置。由于555集成芯片管脚数只有8个，使得它在数字集成电路中属于小型化IC的代表，同时因其在日常生活中的应用也最为广泛，只需要理清模拟信号与数字信号的区别后，就可以将555时基电路作为数字集成电路的一个实际应用进行教学，利用555时基电路的平台做一些简单的实验与应用。这一改变能够更好地帮助学生理解集成电路的特性与功能，为更大型化更多管脚的集成电路学习打下良好而扎实的基础。
学情分析
　　在初中阶段，学生已经学习过了有关模拟电路的基础知识，加之高二物理学科中电路知识的补充，此时的学生已经具备一定的电路理解与分析能力。通过学习有关数字电路的基础知识中模拟信号与数字信号的区别后，学生有能力对含有数字芯片的电路进行分析、解读。但是考虑到学生个体学习能力的差异，可能会出现两极分化的现象，所以需要对芯片管脚与功能的讲解更直白易懂，让基础较为薄弱的学生也能理解其含义与功能，同时又能帮助基础扎实的学生巩固与提高其知识储备，达到两者兼顾的目的，并期望能够对该电路进行改变与再创造，确实提高学生对数字电路的设计、制作与调试能力。
教学目标
知识与技能
认识并熟悉NE555P芯片的管脚名称与相应功能；
学会调试555时基电路组成的单稳态延时电路
过程与方法
通过对555集成电路芯片管脚名称表的学习，了解并知道管脚的布局以及各个管脚的功能与特点；
通过动手实践与小组研讨等环节能够指出并验证单稳态延时电路中影响延时部分的主要因素，同时能够完成电路的调试工作；
利用物理学的基础知识，结合延时电路的特点设计并调试适应不同人群过街信号灯时长的控制装置；
情感态度与价值观
感受数字电路技术的发展给人类生活带来的便利与帮助；
感受解决实际问题时跨学科知识综合应用的重要性与实用性；
教学重点：
学会读识并了解以555集成电路芯片为代表的数字集成电路芯片的管脚图以及高低触发的工作原理
教学难点：
调试与设计555时基电路组成的单稳态延时电路
教学方法：
讲授法、实验法、探究法
教学资源：
PPt、数字电路教学套件、学习记录单、平板电脑
教学过程：
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
课题引入
预设行人过街等红灯的场景，引入介绍世界各国的行人过街信号灯装置
激发学生学习兴趣，利用学生对新事物的好奇心，引导学生了解事物的本质
初识555时基电路
分解模拟过街信号灯电路，展示讲解核心集成电路模块——555时基电路
观察与分析，明确555时基电路各管脚的位置，正确识别各管脚名称。
从表象到实质，带领学生对组合电路进行逐步分解，帮助学生尽快了解555时基电路，为后续的电路调试与探究做铺垫
高、低触发与单稳态
介绍555时基电路的工作方式。利用图片文字形象地讲解两种触发类型：
低触发，2号管脚输入电压需小于1/3VCC，输出高电平；
高触发时，2号管脚需大于1/3VCC且同时6号管脚需大于2/3VCC，输出低电平；
学习555时基电路输入端口的触发种类，了解高、低触发的生成条件与输出信号之间的关系，明白什么是单稳态是介于低触发与高触发之间的暂稳形态。
完成555时基电路核心工作内容的讲解，通过通俗易懂的讲解与演示，让学生轻松理解逻辑性较强的知识内容。
单稳态电路的调试
要求学生正确识别影响单稳态电路延时功能的元器件，并提出他们之间的计算公式：
t=1.1（RP+R2）·C1
组织帮助学生利用该公式对电路进行实践调试
能够依据电路图纸正确识别真实电路板中的关键元器件。小组合作，结合理论公式的计算，完成对电路实验板的验证与调试。
培养学生对电路图读识分析能力，提高学生对真实电路搭建与调试的实践动手能力
深入探讨
完成基础知识的构建与电路的调试后，提出深入探讨任务的要求：
尝试改变电路中的电容与电阻值，
以适应不同人群的步行速度
小组合作，利用物理学中的时间、速度与位移的关系，讨论制定适应不同人群的信号灯通行时间，并通过亲自调整电路中的关键元器件来实践验证各组的设计。
在发现并解决实际问题的研究过程中，让学生体会所学知识的应用价值。
展示与分享
帮助学生完成电路的调试，组织学生进行作品展示
展示小组协作完成的信号灯时长控制电路，分享设计思路与理论依据
体验学习的乐趣，感受数字电路的魅力

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