基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高三通用技術(shù)專題復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8918（2025）26-0134-06

高考備考時(shí)間短、任務(wù)重，學(xué)生需完成知識(shí)結(jié)構(gòu)化、思維高深化。高三專題復(fù)習(xí)要注重知識(shí)串聯(lián)拓展，培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)能力，教師設(shè)計(jì)教學(xué)要提升站位，兼顧深廣度，助力學(xué)生進(jìn)階。

學(xué)習(xí)進(jìn)階是指在一個(gè)較大時(shí)間跨度的學(xué)習(xí)和研究某一主題時(shí)所遵循的連貫的、逐步深入的思維路徑的描述，也是對(duì)某一領(lǐng)域由淺入深、逐步復(fù)雜的概念理解過(guò)程，還是學(xué)生在學(xué)習(xí)同一主題內(nèi)容時(shí)所遵循的連貫的、具有代表性的、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到綜合的學(xué)習(xí)路徑。進(jìn)階的起點(diǎn)通常是學(xué)生現(xiàn)實(shí)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，終點(diǎn)則多為教育者期望學(xué)習(xí)者達(dá)到的目標(biāo)、基礎(chǔ)目標(biāo)和發(fā)展性目標(biāo)。

文章以NE555專題復(fù)習(xí)為例，探索基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐。通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)階的專題復(fù)習(xí)，以期幫助學(xué)生思維方式由“新手型”向“專家型”轉(zhuǎn)化，素養(yǎng)層級(jí)由“低階”向“高階”躍遷。

一、基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的NE555專題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

NE555芯片是高中通用技術(shù)電子控制核心元件之一，其相關(guān)電子控制內(nèi)容豐富多樣。設(shè)計(jì)專題復(fù)習(xí)時(shí)，要打牢基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)好進(jìn)階空間與梯度，助力學(xué)生深刻理解掌握555芯片特點(diǎn)、功能及應(yīng)用。為此，筆者構(gòu)建了該芯片專題復(fù)習(xí)的進(jìn)階能力及解決方案（圖1）。

（一）進(jìn)階起點(diǎn)分析

NE555專題復(fù)習(xí)進(jìn)階起點(diǎn)是學(xué)生學(xué)完電子控制電路后，對(duì)相關(guān)元器件及電路有基本認(rèn)識(shí)和邏輯判斷，此時(shí)需了解NE555芯片8只腳的輸入、輸出及功能腳相互關(guān)系。

（二）進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)

通過(guò)NE555專題復(fù)習(xí)教學(xué)，學(xué)生能熟悉其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邏輯功能，結(jié)合具體情境分析功能腳關(guān)系，并結(jié)合實(shí)際需求設(shè)計(jì)滿足要求的NE555電子控制電路。

（三）進(jìn)階層級(jí)、路徑設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)分析

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的專題復(fù)習(xí)教學(xué)中，學(xué)生認(rèn)知與素養(yǎng)呈梯度上升（圖2）。教學(xué)設(shè)計(jì)要依據(jù)學(xué)情等合理架設(shè)進(jìn)階梯度，使各級(jí)層級(jí)、梯度處于前一層最近發(fā)展區(qū)，以達(dá)最佳效果?！皢吸c(diǎn)結(jié)構(gòu)水平”“多點(diǎn)和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”“抽象拓展水平”分別對(duì)應(yīng)“基礎(chǔ)能力”“中階能力”“高階能力”。在NE555高三復(fù)習(xí)專題設(shè)計(jì)中，筆者構(gòu)建了進(jìn)階層級(jí)、路徑及評(píng)價(jià)。

二、基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的“555”專題復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

（一）單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平：感知NE555芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析各功能腳之間的相互關(guān)系

555集成電路是結(jié)合模擬與數(shù)字電路的中規(guī)模集成電路，因含3個(gè) 5kΩ 電阻分壓器得名，內(nèi)部有2個(gè)比較器、1個(gè)基本RS觸發(fā)器、1個(gè)反相緩沖器、1個(gè)放電管，內(nèi)部電路、實(shí)物及引腳圖如圖3所示，真值表如表1所示。

分析邏輯關(guān)系時(shí)，要明確6腳的電位比較值為5腳電位，2腳的電位比較值為5腳電位的一半。芯片的輸入、輸出及各功能腳之間的邏輯關(guān)系可簡(jiǎn)化表示為“4低3出低，4高看2、6，2、6低3高，2、6高3低，2高6低是保持，2低3恒高”（后電位的高或低分別用“1”和“0”表示）。同時(shí)，要明確指出555芯片輸入的為模擬信號(hào)，輸出為數(shù)字信號(hào)（即3腳出1，3腳電位為芯片正極電位；3腳出0，3腳電位為芯片負(fù)極電位）。

（二）多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平：分析555芯片的基礎(chǔ)功能，將知識(shí)適當(dāng)關(guān)聯(lián)解決特定情境下的區(qū)間控制、上下限分析判定及調(diào)節(jié)筆者選取最為基礎(chǔ)的2、6腳與3腳的邏輯應(yīng)用情境例題為例。

如圖所示為水溫自動(dòng)控制電路圖，可將溫度控制在 40～80^°C 內(nèi)的任意區(qū)間。其中555集成電路的輸入端2腳、6腳與輸出端3腳的邏輯關(guān)系如表所示。請(qǐng)完成以下任務(wù)：

（1）當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻 R_tl?R_t2 的阻值（在“A.增大；B.減?。籆.不變”中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“ ”處）；

（2）當(dāng)電熱器處于加熱狀態(tài)時(shí)，指示燈 VD₁ 、VD₂ 的工作狀態(tài)是 （在“A. VD₁ 亮、 VD₂ 不亮；B. VD₁ 不亮、 VD₂ 亮；C. VD₁，VD₂ 都亮”中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“ ”處）；

（3）在調(diào)試電路的下限溫度時(shí)，應(yīng)把熱敏電阻置于下限溫度環(huán)境中，并 （在“A.調(diào)節(jié) R_pl 的大小;B.調(diào)節(jié) R_p2 的大小;C.同時(shí)調(diào)節(jié) R_pl?R_p2 的大小”中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“ ”處）。

在“555”的進(jìn)階復(fù)習(xí)中，要引導(dǎo)學(xué)生注意將邏輯需求與知識(shí)關(guān)聯(lián)，解決實(shí)際問(wèn)題。關(guān)聯(lián)的知識(shí)有： ① 判斷熱敏電阻的屬性。 ② 熟悉繼電器、二極管的功能。如題低溫加熱器工作繼電器吸合 ?3 腳出 1?2.6 腳為 0?R_t1?R_t2 為大電阻、負(fù)系。3腳出1時(shí) ?VD₁ 不亮 亮。 ③ 判斷區(qū)間控制上下限，根據(jù)下面的邏輯功能表，可知2腳控制下限，6腳控制上限。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生分析傳感器屬性能力，使其能在不同情境邏輯下（如溫度、濕度、水位控制），根據(jù)功能要求確定控制上下限的腳及調(diào)節(jié)方式，培養(yǎng)技術(shù)意識(shí)和工程思維能力。

（三）關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平：能聯(lián)系多個(gè)知識(shí)，分析其內(nèi)在的聯(lián)系與制約，整合多種情境分析處理實(shí)際問(wèn)題

555芯片復(fù)雜多變，高三復(fù)習(xí)時(shí)，應(yīng)選擇合適情境，從不同角度讓學(xué)生感受4腳、1腳、8腳、7腳、5腳的變化對(duì)3腳的控制作用，助其全方位認(rèn)識(shí)功能及原理，實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)進(jìn)階。

1.4腳不一定接高電位

筆者以2021年義烏二模選題為例。

如圖所示的自動(dòng)澆花電路，當(dāng)探頭檢測(cè)到泥土濕度太小且雨水池有水時(shí)，水泵M將水從雨水池抽到花盆；當(dāng)花盆泥土足夠濕時(shí)，水泵M停止抽水；如果雨水池沒(méi)有水時(shí)，即使花盆缺水水泵M也不工作。（只看題干）

設(shè)計(jì)意圖：自動(dòng)澆花需水池有水且泥土干燥才啟動(dòng)水泵抽水，水池有無(wú)水控制4腳通斷，有水且4腳接通（4腳出1）時(shí)，討論泥土干濕程度（2、6腳信號(hào)）對(duì)3腳的控制才有意義。本題體現(xiàn)了4腳變化對(duì)電路的控制。

2.8腳電位不一定直接接Vcc

在常規(guī)接法中，5腳電位為8腳電位的 即 。8腳電位變時(shí)5腳電位隨之改變，2、6腳相對(duì)5腳電位高低相應(yīng)改變，控制條件和結(jié)果也相應(yīng)調(diào)整。以下題為例。

如圖所示的電流過(guò)載提醒電路， R_L 是負(fù)載， R₄ 是阻值較小的電阻。 ΔV₁ 不發(fā)光時(shí)，如果 R_L 的阻值減小，導(dǎo)致流過(guò)的電流增大，超過(guò)設(shè)定值時(shí) ΔV_I 發(fā)光。下列分析中不正確的是 1

A.電流過(guò)載 ΔV₁ 發(fā)光，電流減小到設(shè)定值以下時(shí) ΔV_l 仍然發(fā)光

B.適當(dāng)增大 R₃ ，可以降低電流設(shè)定值C.電流過(guò)載時(shí)，按下 S₁ 則 ΔV₁ 熄滅，松開 S₁ 后ΔV₁ 重新發(fā)光D.適當(dāng)增大 R₄ ，可以降低電流設(shè)定值

設(shè)計(jì)意圖：在該電路中，2腳始終接高電位。V₈=Vcc-I_ff??R₄ ，負(fù)載電流的大小影響8腳電位的高低 5gt;5 腳電位為 ，所以5腳電位改變 ?2.6 腳電位相應(yīng)調(diào)整。如題意 R_L↓?I_ff↓↓↑?V₈↓? v₅↓?v₂↓?3 腳出 0?V₁ 發(fā)光；當(dāng)電流過(guò)載ΔV₁ 發(fā)光，電流減小到設(shè)定值以下時(shí)6腳回歸0，2腳仍是 1?555 電路處于保持狀態(tài)，所以 ΔV₁ 仍然發(fā)光。適當(dāng)增大 R₃?V₆ √，則需要8腳電位降低更多電路才會(huì)翻轉(zhuǎn)（3腳由 10 ），即提高了電流設(shè)定值。電流過(guò)載時(shí)，按下 S₁（2 為“0”，3恒為“1”）則 ΔV₁ 熄滅，松開 S₁ 后 ΔV_l 重新發(fā)光。適當(dāng)增大R₄ ，則 R_L 中通過(guò)更小的電流時(shí)，電路就會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)（3腳由 ），即降低了電流設(shè)定值。

3.1腳不一定直接接地

1腳不直接接地 ΘV₅ 改變 ?2.6 腳的高低改變。筆者以2022年稽陽(yáng)二模試題為例。

如圖所示的電流過(guò)載保護(hù)電路，按下電動(dòng)開關(guān) S₁ 負(fù)載開始工作。經(jīng)過(guò) R_L 的電流增大，超過(guò)設(shè)定值時(shí)電路斷開。（只看題干）

設(shè)計(jì)意圖：當(dāng) R_L 電流未過(guò)載時(shí)，1腳較低，2為1，6為0，3保持為 ^0，J-1 吸合。當(dāng) R_L 電流過(guò)載時(shí)，1腳升高，2為0，3為 ^1，J-1 釋放。釋放后，1降低，2為1，6為0，3保持為1。此后，按一下S，2為1，6為1，3為0，J-1吸合，電路恢復(fù)導(dǎo)通?？紤]到過(guò)載原因未知，若恢復(fù)后依然過(guò)載，則重復(fù)前述過(guò)程， R_L 保持?jǐn)嚅_;若恢復(fù)后未過(guò)載，則 R_L 保持閉合。本題中可以看出，1腳變化對(duì)控制的影響。

4.7腳接入或懸空實(shí)現(xiàn)電路控制

如圖所示是李雷設(shè)計(jì)的水箱恒溫控制電路，用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻檢測(cè)溫度。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)電熱絲加熱，高于上限溫度時(shí)電熱絲停止加熱。（只看題干）

設(shè)計(jì)意圖：6腳恒高電位，3腳輸出由2腳控制。溫度低于下限，電熱絲加熱，3腳輸出高電位（3腳出1），2腳為低電位， R_T 為負(fù)溫系數(shù)熱敏電阻，溫度低阻值大，故 R₁ 為熱敏電阻。3腳出1時(shí)，7腳懸空，VT2導(dǎo)通， R₅ 接入電路，僅參與3腳出1后的控制，與上限溫度有關(guān)，增大 R₅ 阻值（ R_T 增大），上限溫度降低。3、7腳出0時(shí)，VT2斷路，R_T 控制溫度改變，實(shí)現(xiàn)區(qū)間控制。若VT2損壞，555芯片只能單點(diǎn)控制，繼電器頻繁通斷。本題中，7腳接入或懸空的變化，得以實(shí)現(xiàn)溫度的區(qū)間控制。

5.5腳接入外電路

如圖所示為小明設(shè)計(jì)的水溫控制電路。為了實(shí)現(xiàn)將水溫控制在 60～70^°C 之間，小明先接通開關(guān)S，將 R_pl 調(diào)至最大， R_p2 調(diào)至最小，接下來(lái)的操作合理的是。（只看題干）

設(shè)計(jì)意圖：加熱時(shí)，3出0，7接地，5腳電位降低， R_p² 和 R_pl 均接入電路 ?R_p2 和 R_pl 均影響上限;不加熱時(shí)，3出1，7懸空， R_p2 未接入，不影響5腳電壓 ?R_pl 單獨(dú)決定下限。故應(yīng)先調(diào) R_pl 設(shè)下限，再調(diào)R_p2 設(shè)上限。本題中，5腳電位受外接電路的影響而變化，繼而使2、6腳電位高低改變。

（四）抽象拓展水平

“555”專題復(fù)習(xí)進(jìn)階中，引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)雜且相互制約的技術(shù)問(wèn)題里抽絲剝繭、層層推進(jìn)并創(chuàng)造性解決問(wèn)題，是通用技術(shù)學(xué)習(xí)的最高目標(biāo)，也是提升工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、物化能力等核心素養(yǎng)的有效途徑。

筆者選取2024年1月浙江省通用技術(shù)高考大題為例，解析“555\"專題復(fù)習(xí)教學(xué)中需引導(dǎo)學(xué)生掌握的高階能力，例題如下：

小明設(shè)計(jì)了如圖所示的臺(tái)燈調(diào)光模型電路，其工作原理：通過(guò)調(diào)節(jié) R_p 滑動(dòng)端的位置來(lái)改變振蕩電路中NE555輸出高電平的持續(xù)時(shí)間，從而改變燈的亮度。高電頻時(shí)間變長(zhǎng)、低電平時(shí)間變短時(shí)，臺(tái)燈變亮，反之變暗。請(qǐng)完成以下任務(wù)：

（2）下列關(guān)于振蕩頻率的分析中，正確的是（單選）

A.減小 C_ι 的值，振蕩頻率變低B. R_p 的調(diào)節(jié)不會(huì)改變振蕩頻率C.減小 C₂ 的值，振蕩頻率變高D.增大 R₁ 的值，振蕩頻率變高

（4）小明想用門電路代替555集成電路設(shè)計(jì)振蕩電路，實(shí)現(xiàn)原有電路功能，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中用1個(gè)電位器和2個(gè)二極管將電路補(bǔ)充完整。

設(shè)計(jì)意圖：臺(tái)燈使用需根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)亮度。在以555芯片振蕩電路為基礎(chǔ)的發(fā)光電路中，電燈 VD₂ 亮?xí)r間長(zhǎng)、暗時(shí)間短，人視覺(jué)感受上臺(tái)燈變亮，反之則變暗。分析時(shí)，從復(fù)雜技術(shù)現(xiàn)象中抽象出技術(shù)原理是關(guān)鍵。

問(wèn)題（2）多諧振蕩電路工作時(shí)的充電回路（ R₁ Λ?R_PEΛ?VD₁?C₁ 和放電回路（ C₁?R_PF?7 腳 ¹ 腳）如下圖所示。電容器的充放電時(shí)間與充放電路徑上的電阻和電容大小成正比， R_P 下調(diào)，充電時(shí)間變長(zhǎng)，555的3腳輸出高電平的時(shí)間變長(zhǎng)、 VD₂ 變亮，反之變暗。振蕩頻率 f 與振蕩周期 T 成反比， R_PC₁ 。 C₁ 下降， T 下降 ，f 增加。 R_P 選定后總阻值不變，故 R_P 的調(diào)節(jié)不會(huì)影響 f C₂ 起穩(wěn)定5腳電位的作用，與振蕩無(wú)關(guān)。

問(wèn)題（4）電路設(shè)計(jì)需用門電路代替555集成電路的振蕩功能，以實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)間隨電位器劃片的改變而改變，但充放電時(shí)間之和不變、周期不變。用電位器、二極管及非門構(gòu)成的振蕩電路設(shè)計(jì)是進(jìn)階要求，為此 R_P 連虛線端口，虛線框端口前一個(gè)非門輸出為電容提供充放電回路;此外，要保持原電路功能， C₁ 充放電均用 R_P 調(diào)節(jié)端的前后段電阻，振蕩周期 T 僅與 R_P 和 C₁ 大小有關(guān)，連成的電路見(jiàn)下圖，亦可用 R_P 滑動(dòng)端作公共端連線，也有兩種方案，如下圖所示。

綜上，在基于進(jìn)階的“555”專題復(fù)習(xí)教學(xué)中，通過(guò)進(jìn)階層級(jí)與梯度設(shè)計(jì)，將離散知識(shí)點(diǎn)整合成邏輯嚴(yán)密的知識(shí)體系，助力從單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平向抽象拓展水平進(jìn)階，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、基于進(jìn)階的高三通用技術(shù)專題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐的思考

維果茨基“最近發(fā)展區(qū)”理論指出，“跳一跳摘得到”是設(shè)計(jì)進(jìn)階梯度、層級(jí)的依據(jù)，合理設(shè)計(jì)梯度才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，促使其高階思維參與。故構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階模型要找準(zhǔn)起點(diǎn)，基于進(jìn)階進(jìn)行專題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)，促學(xué)生思考、激發(fā)內(nèi)驅(qū)力，發(fā)展高階思維能力，讓學(xué)科核心素養(yǎng)有生長(zhǎng)土壤與吸附力，促其落地生根發(fā)芽。

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