資源簡介

課題:行人過街信號燈時長控制的探究
——以555時基電路為例
教材分析
555時基電路是高二勞技教材第一章第二節《數字電路基礎》中的一個知識環節，該知識點被分為電路應用與內部工作原理講解兩個教學課時。從教材編排的順序上來看，這節的內容被放在了觸發器、計數器以及數碼顯示器之后，但從數字電路教學中知識構建先后的角度去分析，555時基電路對于前三個知識內容并沒有任何的承接關系，可以近似看作是一個獨立的環節被安排于此。而根據課標的要求，這節內容的學習需要讓學生了解集成電路的特點，在學習基本數字電路的特點與功能時，建議使用相關集成電路（IC），邊實踐邊體會，提高自身的動手實踐能力。同時又要求學習對象不宜過于復雜，降低學生的學習難度，而教材中作為實例的IC模塊不是超過10個管腳以上的大型集成電路就是應用范圍并不貼近學生日常生活，不能引起興趣與共鳴的編碼、解碼集成電路。
綜上分析，決定將555時基電路的應用內容前置。由于555集成芯片管腳數只有8個，使得它在數字集成電路中屬于小型化IC的代表，同時因其在日常生活中的應用也最為廣泛，只需要理清模擬信號與數字信號的區別后，就可以將555時基電路作為數字集成電路的一個實際應用進行教學，利用555時基電路的平臺做一些簡單的實驗與應用。這一改變能夠更好地幫助學生理解集成電路的特性與功能，為更大型化更多管腳的集成電路學習打下良好而扎實的基礎。
學情分析
　　在初中階段，學生已經學習過了有關模擬電路的基礎知識，加之高二物理學科中電路知識的補充，此時的學生已經具備一定的電路理解與分析能力。通過學習有關數字電路的基礎知識中模擬信號與數字信號的區別后，學生有能力對含有數字芯片的電路進行分析、解讀。但是考慮到學生個體學習能力的差異，可能會出現兩極分化的現象，所以需要對芯片管腳與功能的講解更直白易懂，讓基礎較為薄弱的學生也能理解其含義與功能，同時又能幫助基礎扎實的學生鞏固與提高其知識儲備，達到兩者兼顧的目的，并期望能夠對該電路進行改變與再創造，確實提高學生對數字電路的設計、制作與調試能力。
教學目標
知識與技能
認識并熟悉NE555P芯片的管腳名稱與相應功能；
學會調試555時基電路組成的單穩態延時電路
過程與方法
通過對555集成電路芯片管腳名稱表的學習，了解并知道管腳的布局以及各個管腳的功能與特點；
通過動手實踐與小組研討等環節能夠指出并驗證單穩態延時電路中影響延時部分的主要因素，同時能夠完成電路的調試工作；
利用物理學的基礎知識，結合延時電路的特點設計并調試適應不同人群過街信號燈時長的控制裝置；
情感態度與價值觀
感受數字電路技術的發展給人類生活帶來的便利與幫助；
感受解決實際問題時跨學科知識綜合應用的重要性與實用性；
教學重點：
學會讀識并了解以555集成電路芯片為代表的數字集成電路芯片的管腳圖以及高低觸發的工作原理
教學難點：
調試與設計555時基電路組成的單穩態延時電路
教學方法：
講授法、實驗法、探究法
教學資源：
PPt、數字電路教學套件、學習記錄單、平板電腦
教學過程：
教學環節
教師活動
學生活動
設計意圖
課題引入
預設行人過街等紅燈的場景，引入介紹世界各國的行人過街信號燈裝置
激發學生學習興趣，利用學生對新事物的好奇心，引導學生了解事物的本質
初識555時基電路
分解模擬過街信號燈電路，展示講解核心集成電路模塊——555時基電路
觀察與分析，明確555時基電路各管腳的位置，正確識別各管腳名稱。
從表象到實質，帶領學生對組合電路進行逐步分解，幫助學生盡快了解555時基電路，為后續的電路調試與探究做鋪墊
高、低觸發與單穩態
介紹555時基電路的工作方式。利用圖片文字形象地講解兩種觸發類型：
低觸發，2號管腳輸入電壓需小于1/3VCC，輸出高電平；
高觸發時，2號管腳需大于1/3VCC且同時6號管腳需大于2/3VCC，輸出低電平；
學習555時基電路輸入端口的觸發種類，了解高、低觸發的生成條件與輸出信號之間的關系，明白什么是單穩態是介于低觸發與高觸發之間的暫穩形態。
完成555時基電路核心工作內容的講解，通過通俗易懂的講解與演示，讓學生輕松理解邏輯性較強的知識內容。
單穩態電路的調試
要求學生正確識別影響單穩態電路延時功能的元器件，并提出他們之間的計算公式：
t=1.1（RP+R2）·C1
組織幫助學生利用該公式對電路進行實踐調試
能夠依據電路圖紙正確識別真實電路板中的關鍵元器件。小組合作，結合理論公式的計算，完成對電路實驗板的驗證與調試。
培養學生對電路圖讀識分析能力，提高學生對真實電路搭建與調試的實踐動手能力
深入探討
完成基礎知識的構建與電路的調試后，提出深入探討任務的要求：
嘗試改變電路中的電容與電阻值，
以適應不同人群的步行速度
小組合作，利用物理學中的時間、速度與位移的關系，討論制定適應不同人群的信號燈通行時間，并通過親自調整電路中的關鍵元器件來實踐驗證各組的設計。
在發現并解決實際問題的研究過程中，讓學生體會所學知識的應用價值。
展示與分享
幫助學生完成電路的調試，組織學生進行作品展示
展示小組協作完成的信號燈時長控制電路，分享設計思路與理論依據
體驗學習的樂趣，感受數字電路的魅力

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