中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2025）26-0134-06

高考備考時間短、任務(wù)重，學生需完成知識結(jié)構(gòu)化、思維高深化。高三專題復(fù)習要注重知識串聯(lián)拓展，培養(yǎng)學生相關(guān)能力，教師設(shè)計教學要提升站位，兼顧深廣度，助力學生進階。

學習進階是指在一個較大時間跨度的學習和研究某一主題時所遵循的連貫的、逐步深入的思維路徑的描述，也是對某一領(lǐng)域由淺入深、逐步復(fù)雜的概念理解過程，還是學生在學習同一主題內(nèi)容時所遵循的連貫的、具有代表性的、由簡單到復(fù)雜、由單一到綜合的學習路徑。進階的起點通常是學生現(xiàn)實的知識和經(jīng)驗，終點則多為教育者期望學習者達到的目標、基礎(chǔ)目標和發(fā)展性目標。

文章以NE555專題復(fù)習為例，探索基于學習進階的教學設(shè)計與實踐。通過學習進階的專題復(fù)習，以期幫助學生思維方式由“新手型”向“專家型”轉(zhuǎn)化，素養(yǎng)層級由“低階”向“高階”躍遷。

一、基于學習進階的NE555專題復(fù)習教學設(shè)計

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)計專題復(fù)習時，要打牢基礎(chǔ)，設(shè)計好進階空間與梯度，助力學生深刻理解掌握555芯片特點、功能及應(yīng)用。為此，筆者構(gòu)建了該芯片專題復(fù)習的進階能力及解決方案（圖1）。

（一）進階起點分析

NE555專題復(fù)習進階起點是學生學完電子控制電路后，對相關(guān)元器件及電路有基本認識和邏輯判斷，此時需了解NE555芯片8只腳的輸入、輸出及功能腳相互關(guān)系。

（二）進階終點預(yù)設(shè)

通過NE555專題復(fù)習教學，學生能熟悉其內(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)合實際需求設(shè)計滿足要求的NE555電子控制電路。

（三）進階層級、路徑設(shè)計及評價分析

基于學習進階的專題復(fù)習教學中，學生認知與素養(yǎng)呈梯度上升（圖2）。教學設(shè)計要依據(jù)學情等合理架設(shè)進階梯度，使各級層級、梯度處于前一層最近發(fā)展區(qū)，以達最佳效果?！皢吸c結(jié)構(gòu)水平”“多點和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”“抽象拓展水平”分別對應(yīng)“基礎(chǔ)能力”“中階能力”“高階能力”。在NE555高三復(fù)習專題設(shè)計中，筆者構(gòu)建了進階層級、路徑及評價。

二、基于學習進階的“555”專題復(fù)習教學實踐

（一）單點結(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 5kΩ 電阻分壓器得名，內(nèi)部有2個比較器、1個基本RS觸發(fā)器、1個反相緩沖器、1個放電管，內(nèi)部電路、實物及引腳圖如圖3所示，真值表如表1所示。

分析邏輯關(guān)系時，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，要明確指出555芯片輸入的為模擬信號，輸出為數(shù)字信號（即3腳出1，3腳電位為芯片正極電位；3腳出0，3腳電位為芯片負極電位）。

（二）多點結(jié)構(gòu)水平：分析555芯片的基礎(chǔ)功能，將知識適當關(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。請完成以下任務(wù)：

（1）當溫度升高時，熱敏電阻 R_tl?R_t2 的阻值（在“A.增大；B.減??；C.不變”中選擇合適的選項，將序號填入“ ”處）；

（2）當電熱器處于加熱狀態(tài)時，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，將序號填入“ ”處）；

（3）在調(diào)試電路的下限溫度時，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.同時調(diào)節(jié) R_pl?R_p2 的大小”中選擇合適的選項，將序號填入“ ”處）。

在“555”的進階復(fù)習中，要引導(dǎo)學生注意將邏輯需求與知識關(guān)聯(lián)，解決實際問題。關(guān)聯(lián)的知識有： 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、負系。3腳出1時 ?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)計意圖：培養(yǎng)學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)意識和工程思維能力。

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

555芯片復(fù)雜多變，高三復(fù)習時，應(yīng)選擇合適情境，從不同角度讓學生感受4腳、1腳、8腳、7腳、5腳的變化對3腳的控制作用，助其全方位認識功能及原理，實現(xiàn)復(fù)習進階。

1.4腳不一定接高電位

筆者以2021年義烏二模選題為例。

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

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

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5腳電位隨之改變，2、6腳相對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。

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

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

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

設(shè)計意圖：在該電路中，2腳始終接高電位。V₈=Vcc-I_ff??R₄ ，負載電流的大小影響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；當電流過載ΔV₁ 發(fā)光，電流減小到設(shè)定值以下時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。適當增大 R₃?V₆ √，則需要8腳電位降低更多電路才會翻轉(zhuǎn)（3腳由 10 ），即提高了電流設(shè)定值。電流過載時，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。適當增大R₄ ，則 R_L 中通過更小的電流時，電路就會發(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年稽陽二模試題為例。

如圖所示的電流過載保護電路，按下電動開關(guān) S₁ 負載開始工作。經(jīng)過 R_L 的電流增大，超過設(shè)定值時電路斷開。（只看題干）

設(shè)計意圖：當 R_L 電流未過載時，1腳較低，2為1，6為0，3保持為 ^0，J-1 吸合。當 R_L 電流過載時，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]到過載原因未知，若恢復(fù)后依然過載，則重復(fù)前述過程， R_L 保持斷開;若恢復(fù)后未過載，則 R_L 保持閉合。本題中可以看出，1腳變化對控制的影響。

4.7腳接入或懸空實現(xiàn)電路控制

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

設(shè)計意圖：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，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，VT2斷路，R_T 控制溫度改變，實現(xiàn)區(qū)間控制。若VT2損壞，555芯片只能單點控制，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)計的水溫控制電路。為了實現(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，接下來的操作合理的是。（只看題干）

設(shè)計意圖：加熱時，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，3出1，7懸空， R_p2 未接入，不影響5腳電壓 ?R_pl 單獨決定下限。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)習進階中，引導(dǎo)學生從復(fù)雜且相互制約的技術(shù)問題里抽絲剝繭、層層推進并創(chuàng)造性解決問題，是通用技術(shù)學習的最高目標，也是提升工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、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)習教學中需引導(dǎo)學生掌握的高階能力，例題如下：

小明設(shè)計了如圖所示的臺燈調(diào)光模型電路，其工作原理：通過調(diào)節(jié) R_p 滑動端的位置來改變振蕩電路中NE555輸出高電平的持續(xù)時間，從而改變燈的亮度。高電頻時間變長、低電平時間變短時，臺燈變亮，反之變暗。請完成以下任務(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)計振蕩電路，實現(xiàn)原有電路功能，請在虛線框中用1個電位器和2個二極管將電路補充完整。

設(shè)計意圖：臺燈使用需根據(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 亮時間長、暗時間短，人視覺感受上臺燈變亮，反之則變暗。分析時，從復(fù)雜技術(shù)現(xiàn)象中抽象出技術(shù)原理是關(guān)鍵。

問題（2）多諧振蕩電路工作時的充電回路（ 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)，充電時間變長，555的3腳輸出高電平的時間變長、 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)不會影響 f C₂ 起穩(wěn)定5腳電位的作用，與振蕩無關(guān)。

問題（4）電路設(shè)計需用門電路代替555集成電路的振蕩功能，以實現(xiàn)充放電時間隨電位器劃片的改變而改變，但充放電時間之和不變、周期不變。用電位器、二極管及非門構(gòu)成的振蕩電路設(shè)計是進階要求，為此 R_P 連虛線端口，虛線框端口前一個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)，連成的電路見下圖，亦可用 R_P 滑動端作公共端連線，也有兩種方案，如下圖所示。

綜上，在基于進階的“555”專題復(fù)習教學中，通過進階層級與梯度設(shè)計，將離散知識點整合成邏輯嚴密的知識體系，助力從單點結(jié)構(gòu)水平向抽象拓展水平進階，提升學科核心素養(yǎng)。

三、基于進階的高三通用技術(shù)專題復(fù)習教學設(shè)計與實踐的思考

維果茨基“最近發(fā)展區(qū)”理論指出，“跳一跳摘得到”是設(shè)計進階梯度、層級的依據(jù)，合理設(shè)計梯度才能激發(fā)學生學習欲望，促使其高階思維參與。故構(gòu)建學習進階模型要找準起點，基于進階進行專題復(fù)習教學設(shè)計，促學生思考、激發(fā)內(nèi)驅(qū)力，發(fā)展高階思維能力，讓學科核心素養(yǎng)有生長土壤與吸附力，促其落地生根發(fā)芽。

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