摘?要：在應(yīng)試壓力極大的高中階段，無論是學生還是教師都把考試得分放在首位，故應(yīng)試技巧在教學中占較大比重?！皠?chuàng)新設(shè)計”這一技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在教學中重視不夠，教師在教學中選擇傳授得分技巧還是選擇用較多課時啟發(fā)學生能力是一種兩難選擇。其實二者可以并存，本文通過電子控制難點“上下限”的系統(tǒng)化教學設(shè)計，研究將“創(chuàng)新設(shè)計”能力培養(yǎng)結(jié)合到教學中以實現(xiàn)學生能力和應(yīng)試的雙豐收。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計;技術(shù)核心素養(yǎng);上下限控制

技術(shù)成為高考科目以來，大量學生將技術(shù)為作為選考項，但電子控制部分又是學科重難點，由于學生這塊內(nèi)容入門較難，特別是上下限控制類題型更是電控中的難點。筆者在教學中依據(jù)“創(chuàng)新設(shè)計”內(nèi)涵，利用多年高三積累的經(jīng)驗對上下限控制教學重新設(shè)計，嘗試讓學生在掌握知識，實現(xiàn)應(yīng)試的同時發(fā)展創(chuàng)新設(shè)計思想?，F(xiàn)將教學設(shè)計進行探討。

一、 利用典型素材，做好變式研究

以教材電路為例（圖1）：此圖的變式在高考中多次出現(xiàn)，可以拓展很多變式。

1. 分析滑動變阻器Rp的作用并定性比較滑動觸頭停在某位置時A、B兩點的電勢高低。

2. 分析RS觸發(fā)器輸入端隨滑動觸頭運動時的輸入情況和LED的亮滅情況。

3. 分析A、B兩點所處電平高低和與非門觸發(fā)器的輸入關(guān)系。要求通過改變滑動變阻器的電路，將此電路改裝成溫度過高報警電路。讓學生分析滑動變阻器Rp的分壓原理，并利用分壓思想設(shè)計出圖2高溫報警電路。

讓學生理解溫度報警原理是熱敏電阻在不同溫度分壓不同造成，并能夠理解當Rt分別為正、負特性時在電路中放置的位置差異。思考：溫度變化改變C點電勢，C點電勢影響A、B電勢高低，如果C點電勢不變，怎樣實現(xiàn)A、B兩點電平在0與1之間跳變？分析得出AB兩點出現(xiàn)00、01、11三種狀態(tài)。進一步簡化得到圖3并分析功能。再提要求：如何繼續(xù)減少元件實現(xiàn)上下限報警目的？試想如果將邏輯門a拿走，要使電路功能不變應(yīng)怎么調(diào)整？以問題引領(lǐng)滲透創(chuàng)新設(shè)計思想。

將圖3中Rt1與R2位置互換，讓學生比較上述電路并總結(jié)出上下限控制的本質(zhì)，即：RS觸發(fā)器的輸入在10、11、01之間轉(zhuǎn)變，持續(xù)升溫或降溫階段輸入端為11。

總結(jié)技巧：觸發(fā)器的其中一個輸入端連接非門則兩個熱敏電阻都靠近電源或接地端（與正負特性相關(guān)），否則一個靠近電源，另一個靠近接地。深入：如果與非門觸發(fā)器換成或非門觸發(fā)器（如圖4），應(yīng)將電路功能作何改變？分析圖3、4中分別由哪路輸入控制上限溫度報警？讓學生掌握無論是在升溫還是降溫，RS觸發(fā)器都需經(jīng)過保持態(tài)，然后再考慮某個輸入腳變化觸發(fā)報警，并判斷上下限控制端。

二、 剖析復雜芯片，回歸簡單原理

555時基電路的內(nèi)部主要由RS觸發(fā)器控制，在學習完RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上過渡到555的學習。555時基電路比RS觸發(fā)器多了一個運算放大器。給學生展示555芯片的原理圖，并讓學生通過教材素材（圖5），理解其控制原理。

剖析555時基電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)：①三個電阻的功能;②運算放大器C1、C2的作用;③RS觸發(fā)器輸入端的可能性;④兩個非門的作用和3腳與7腳的電位關(guān)系。⑤比較與RS觸發(fā)器輸入輸出關(guān)系，相似點與不同點。

555內(nèi)部RS觸發(fā)器的輸入端模擬信號經(jīng)過運算放大器變?yōu)閿?shù)字信號。利用555芯片重新設(shè)計水位控制電路（圖6）。

555時基電路與RS觸發(fā)器具有相似的三種輸入狀態(tài)，控制的本質(zhì)依然是觸發(fā)器，實現(xiàn)了從觸發(fā)器到555時基電路的拓展。把復雜的555電路回歸到學生熟悉的觸發(fā)器知識上來，并讓學生分析其優(yōu)點。拓展是對舊知識的創(chuàng)新。

三、 歸納設(shè)計思想，拓展設(shè)計思路

展示電路如圖7所示?？偨Y(jié)設(shè)計思想：初始觸發(fā)+狀態(tài)維持+結(jié)束觸發(fā)。核心在于J1這個開關(guān)，繼電器內(nèi)線圈通電后，因V1的基極在J1吸合后與常閉觸點斷開，將保持低電平狀態(tài)。簡稱為“電位回歸”思想，如沒有J1，繼電器吸合后V1基極電位會馬上轉(zhuǎn)變，使繼電器電磁鐵磁性消失，電路不具備保持水位持續(xù)上升功能，只能維持在特定水位。J1讓V1基極電位的變化時間延后，故稱為“電位回歸”。以上水位控制是利用三極管實現(xiàn)的，提供不同元件讓學生利用“電位回歸”思想，設(shè)計上下限控制電路，達到創(chuàng)新設(shè)計教學目的。

利用“電位回歸”思想將圖8電路改成溫度的上下限控制（圖8）。此電路通過為R1并聯(lián)一個電阻R2使V1基極低電位因J1的開合實現(xiàn)“電位回歸”。這個思想同樣適用于JN6201芯片、普通邏輯門組合和放大器芯片。

根據(jù)“電位回歸”思想，利用運算放大器實現(xiàn)溫度上下限控制。如圖9所示，U+>U-時IC輸出高電平，加熱開始后U-會升高，此時由于J1閉合U+升高，在達到溫度上限之前可以保持輸出端高電平。

“電位回歸”思想在運放的負反饋電路（圖10）中的作用，當溫度低于下限時LED燈常亮，高于上限時長滅，而處在上下限之間時LED閃爍。利用等效思想，當IC輸出1時電阻R相當于跟Rt并聯(lián)，當IC輸出0時R相當于跟R1并聯(lián)，使得負極輸入端的電壓U-不斷圍繞正極輸入端電壓U+變化，得到U+>U-和U+

四、 結(jié)束語

高中階段的上下限控制原理歸結(jié)為兩類：1. 基于觸發(fā)器保持功能。2. 利用繼電器實現(xiàn)輸入端“電壓回歸”，把學生普遍害怕的上下限控制類題型簡化，讓學生掌握核心思想，打好“創(chuàng)新設(shè)計”能力的基礎(chǔ)。教學過程既是知識的傳遞過程也是思維的啟發(fā)過程，只有激發(fā)學生的好奇心和創(chuàng)造力，教育的目的才能實現(xiàn)。在人工智能，網(wǎng)絡(luò)慕課等發(fā)展欣欣向榮的今天，很多崗位將會被機器代替，而教師崗位的價值就在于激發(fā)創(chuàng)新，這是機器無法替代的?！皠?chuàng)新設(shè)計”素養(yǎng)是“人才”必須具備的核心素養(yǎng)，這種能力來自課堂的扎實學科基礎(chǔ)和拓展能力。教學設(shè)計中如何使學生從根本上掌握知識本質(zhì)，并在學習過程中學會創(chuàng)新，是教育工作者需要探索的。鑒于筆者水平有限，有不當和疏漏之處懇請讀者批評指正。

參考文獻：

[1]電子控制技術(shù).江蘇鳳凰教育出版社，2004.12月第一版.

作者簡介：

沈杰，浙江省杭州市，杭州市余杭第二高級中學。