劉琴聰+許志康+吳常盛+黃瀟蘋

摘 要：文章針對傳統(tǒng)黑板的結(jié)構(gòu)和反光問題進(jìn)行了分析，設(shè)計出了一種可以靈活轉(zhuǎn)動的黑板，并對局部建立了三維模型進(jìn)行分析。此外，還對黑板在實際使用和旋轉(zhuǎn)角度方面進(jìn)行了研究和計算。要想提高學(xué)生的課堂效率，讓學(xué)生無論在課堂的任何角度都能看清黑板，就必須調(diào)整黑板的角度，從而營造一種舒適的學(xué)習(xí)氛圍。

關(guān)鍵詞：黑板；旋轉(zhuǎn)；人性化

1 黑板產(chǎn)生反光的原因和影響

黑板是教師在課堂上與學(xué)生交流的重要工具，以往的黑板在設(shè)計上大多只考慮到了黑板的除塵問題，但卻忽略了黑板的反光問題。很多人會認(rèn)為黑板反光是因為黑板表面太光滑而發(fā)生了鏡面反射，但其實導(dǎo)致黑板反光的真正原因并不是因為反光的地方比其他不反光的地方光滑。

經(jīng)資料證實，黑板反光的關(guān)鍵原因主要是靠近黑板一側(cè)的窗（門）外的光線以非常大的角度入射到黑板上，這時鏡面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，從而造成鏡面反射方向的反射光遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他漫反射方向。而坐在前排兩側(cè)的同學(xué)剛好處于鏡面反射方向，因而看到反射的黑板，因此這就是為什么教師可以通過用窗簾遮擋靠黑板的窗戶來減少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一種很正常的自然現(xiàn)象，但卻著實降低了學(xué)生在課堂上的聽課效率，使學(xué)生聽課的興趣大大降低，這無論是對教師還是學(xué)生都是極大的損失。

普通黑板大多采用涂以耐磨圖層的優(yōu)質(zhì)平面合金鋼板，其優(yōu)點為不脫落、不褪色、不易銹蝕、經(jīng)久耐用等特點。但同時也有粉塵多、板面固定、不靈活、易發(fā)生反光等缺點。

文章通過研究大量資料并結(jié)合實際情況，對黑板的優(yōu)缺點進(jìn)行了總結(jié)分析，針對反光問題、粉塵問題等進(jìn)行了合理設(shè)計和改進(jìn)，并通過三維軟件進(jìn)行了局部建模，如圖1所示。

2 研究反光問題的角度范圍

根據(jù)Excel的計算與作圖功能可以繪制出總反射率P隨入射角的變化的曲線，如圖2所示。

圖1 三維建模 圖2 P隨入射角變化曲線

（圖中所標(biāo)的n值為物質(zhì)的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之間，所以圖2給出了分別在1.3和2兩種折射率下入射角與總光反射率與間的關(guān)系）。根據(jù)圖表我們可以總結(jié)出，當(dāng)入射角在0°～60°范圍內(nèi)時，光的反射率大概在0～0.15之間，由此看出黑板等物質(zhì)對光的反射率隨入射角增大變化很??；而當(dāng)入射角大于70°后反射率隨入射角的增大而迅速變大；當(dāng)入射角為85°時，其反射率約為0.6；當(dāng)入射角為85°～90°時，反射率為0.7～0.9之間。綜上所述，當(dāng)光線的入射角非常的接近90°時，光線幾乎都被反射出去而不會被黑板表面吸收。

因為大多數(shù)位置的入射角都不是很大，當(dāng)入射光線與垂直直線夾角不大時，根據(jù)上段數(shù)據(jù)分析得知光的反射率很低。這時，反射光線會朝任意方向隨意射出，而朝各個方向射出的光線都相差不大。因此，這時光的反射主要為漫反射，鏡面反射相對較弱；但當(dāng)入射光線與垂直直線夾角逐漸變大時，多數(shù)光線會以鏡面反射的方向反射出去，少數(shù)光線會偏離鏡面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味著光的反射率隨之增大。這時，坐在教室前排的學(xué)生看反射到黑板上的反射光的亮度就大于坐在后排其他位置看到反射光的亮度，因此就會覺得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋轉(zhuǎn)黑板的設(shè)計及計算

旋轉(zhuǎn)黑板的整體結(jié)構(gòu)是由框架、弧形軌道、黑板三部分組成的，框架是由木方搭建而成，弧形軌道是由三角鐵固定在框架上，黑板在弧形軌道內(nèi)移動，通過移動一定角度達(dá)到降低黑板反光效果。而黑板是由上下兩根木條和左右兩根軸組成的，黑板的板面是一種特殊的布料，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動軸的轉(zhuǎn)動而使布料橫向移動，從而后面的立式粉筆擦就可以將板面的粉筆字擦干凈，還可以達(dá)到降低粉塵的效果。

旋轉(zhuǎn)黑板的規(guī)格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含鋁合金軌道、萬向輪、擋板、板刷、軸及各種標(biāo)準(zhǔn)件組合而成。

（1）當(dāng)黑板水平時（如圖3所示）

AE為入射光線

AF為反射光線

CD為法線

AB為黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域I為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/8。

（2）當(dāng)黑板傾斜時（如圖4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏轉(zhuǎn)角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA與水平線的夾角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域U為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/16。

圖3 黑板水平時 圖4 黑板傾斜時

4 結(jié)束語

新型可旋轉(zhuǎn)黑板是用特殊的布料作為黑板板面，木條做框架，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動黑板板面移動，后面的濕海綿作為黑板擦，輕型鋁合金材料作為弧形導(dǎo)軌，并在黑板上下每一邊裝上滑輪帶動黑板在導(dǎo)軌上左右移動。可旋轉(zhuǎn)可擦拭黑板，既節(jié)省了人力又減少了粉塵的污染。導(dǎo)軌可使黑板轉(zhuǎn)動，通過左右的旋轉(zhuǎn)，可以有效的預(yù)防反光造成的影響。而且適用范圍廣，可用于各種教室、辦公室、會議室等各個地方。

參考文獻(xiàn)

[1]劉劍鋒，胡喬生.黑板反光原因探析[J].物理教師，34（3）.

[2]許首田.反射率與入射角的關(guān)系[R].大連大學(xué)學(xué)報，1993（12）：38-39.

[3]謝鳴等.花崗巖表面而雙向反射分布函數(shù)實驗研究[R].工程熱物理學(xué)報，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一種擦黑板機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2009（10）.

作者簡介：劉琴聰，女，大連科技學(xué)院。

徐志康，男，大連科技學(xué)院。

吳常勝，男，大連科技學(xué)院。

黃瀟萍（1986-），女，遼寧大連人大連科技學(xué)院講師碩士生，研究方向：機(jī)械電子工程。

摘 要：文章針對傳統(tǒng)黑板的結(jié)構(gòu)和反光問題進(jìn)行了分析，設(shè)計出了一種可以靈活轉(zhuǎn)動的黑板，并對局部建立了三維模型進(jìn)行分析。此外，還對黑板在實際使用和旋轉(zhuǎn)角度方面進(jìn)行了研究和計算。要想提高學(xué)生的課堂效率，讓學(xué)生無論在課堂的任何角度都能看清黑板，就必須調(diào)整黑板的角度，從而營造一種舒適的學(xué)習(xí)氛圍。

關(guān)鍵詞：黑板；旋轉(zhuǎn)；人性化

1 黑板產(chǎn)生反光的原因和影響

黑板是教師在課堂上與學(xué)生交流的重要工具，以往的黑板在設(shè)計上大多只考慮到了黑板的除塵問題，但卻忽略了黑板的反光問題。很多人會認(rèn)為黑板反光是因為黑板表面太光滑而發(fā)生了鏡面反射，但其實導(dǎo)致黑板反光的真正原因并不是因為反光的地方比其他不反光的地方光滑。

經(jīng)資料證實，黑板反光的關(guān)鍵原因主要是靠近黑板一側(cè)的窗（門）外的光線以非常大的角度入射到黑板上，這時鏡面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，從而造成鏡面反射方向的反射光遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他漫反射方向。而坐在前排兩側(cè)的同學(xué)剛好處于鏡面反射方向，因而看到反射的黑板，因此這就是為什么教師可以通過用窗簾遮擋靠黑板的窗戶來減少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一種很正常的自然現(xiàn)象，但卻著實降低了學(xué)生在課堂上的聽課效率，使學(xué)生聽課的興趣大大降低，這無論是對教師還是學(xué)生都是極大的損失。

普通黑板大多采用涂以耐磨圖層的優(yōu)質(zhì)平面合金鋼板，其優(yōu)點為不脫落、不褪色、不易銹蝕、經(jīng)久耐用等特點。但同時也有粉塵多、板面固定、不靈活、易發(fā)生反光等缺點。

文章通過研究大量資料并結(jié)合實際情況，對黑板的優(yōu)缺點進(jìn)行了總結(jié)分析，針對反光問題、粉塵問題等進(jìn)行了合理設(shè)計和改進(jìn)，并通過三維軟件進(jìn)行了局部建模，如圖1所示。

2 研究反光問題的角度范圍

根據(jù)Excel的計算與作圖功能可以繪制出總反射率P隨入射角的變化的曲線，如圖2所示。

圖1 三維建模 圖2 P隨入射角變化曲線

（圖中所標(biāo)的n值為物質(zhì)的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之間，所以圖2給出了分別在1.3和2兩種折射率下入射角與總光反射率與間的關(guān)系）。根據(jù)圖表我們可以總結(jié)出，當(dāng)入射角在0°～60°范圍內(nèi)時，光的反射率大概在0～0.15之間，由此看出黑板等物質(zhì)對光的反射率隨入射角增大變化很??；而當(dāng)入射角大于70°后反射率隨入射角的增大而迅速變大；當(dāng)入射角為85°時，其反射率約為0.6；當(dāng)入射角為85°～90°時，反射率為0.7～0.9之間。綜上所述，當(dāng)光線的入射角非常的接近90°時，光線幾乎都被反射出去而不會被黑板表面吸收。

因為大多數(shù)位置的入射角都不是很大，當(dāng)入射光線與垂直直線夾角不大時，根據(jù)上段數(shù)據(jù)分析得知光的反射率很低。這時，反射光線會朝任意方向隨意射出，而朝各個方向射出的光線都相差不大。因此，這時光的反射主要為漫反射，鏡面反射相對較弱；但當(dāng)入射光線與垂直直線夾角逐漸變大時，多數(shù)光線會以鏡面反射的方向反射出去，少數(shù)光線會偏離鏡面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味著光的反射率隨之增大。這時，坐在教室前排的學(xué)生看反射到黑板上的反射光的亮度就大于坐在后排其他位置看到反射光的亮度，因此就會覺得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋轉(zhuǎn)黑板的設(shè)計及計算

旋轉(zhuǎn)黑板的整體結(jié)構(gòu)是由框架、弧形軌道、黑板三部分組成的，框架是由木方搭建而成，弧形軌道是由三角鐵固定在框架上，黑板在弧形軌道內(nèi)移動，通過移動一定角度達(dá)到降低黑板反光效果。而黑板是由上下兩根木條和左右兩根軸組成的，黑板的板面是一種特殊的布料，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動軸的轉(zhuǎn)動而使布料橫向移動，從而后面的立式粉筆擦就可以將板面的粉筆字擦干凈，還可以達(dá)到降低粉塵的效果。

旋轉(zhuǎn)黑板的規(guī)格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含鋁合金軌道、萬向輪、擋板、板刷、軸及各種標(biāo)準(zhǔn)件組合而成。

（1）當(dāng)黑板水平時（如圖3所示）

AE為入射光線

AF為反射光線

CD為法線

AB為黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域I為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/8。

（2）當(dāng)黑板傾斜時（如圖4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏轉(zhuǎn)角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA與水平線的夾角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域U為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/16。

圖3 黑板水平時 圖4 黑板傾斜時

4 結(jié)束語

新型可旋轉(zhuǎn)黑板是用特殊的布料作為黑板板面，木條做框架，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動黑板板面移動，后面的濕海綿作為黑板擦，輕型鋁合金材料作為弧形導(dǎo)軌，并在黑板上下每一邊裝上滑輪帶動黑板在導(dǎo)軌上左右移動?？尚D(zhuǎn)可擦拭黑板，既節(jié)省了人力又減少了粉塵的污染。導(dǎo)軌可使黑板轉(zhuǎn)動，通過左右的旋轉(zhuǎn)，可以有效的預(yù)防反光造成的影響。而且適用范圍廣，可用于各種教室、辦公室、會議室等各個地方。

參考文獻(xiàn)

[1]劉劍鋒，胡喬生.黑板反光原因探析[J].物理教師，34（3）.

[2]許首田.反射率與入射角的關(guān)系[R].大連大學(xué)學(xué)報，1993（12）：38-39.

[3]謝鳴等.花崗巖表面而雙向反射分布函數(shù)實驗研究[R].工程熱物理學(xué)報，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一種擦黑板機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2009（10）.

作者簡介：劉琴聰，女，大連科技學(xué)院。

徐志康，男，大連科技學(xué)院。

吳常勝，男，大連科技學(xué)院。

黃瀟萍（1986-），女，遼寧大連人大連科技學(xué)院講師碩士生，研究方向：機(jī)械電子工程。

摘 要：文章針對傳統(tǒng)黑板的結(jié)構(gòu)和反光問題進(jìn)行了分析，設(shè)計出了一種可以靈活轉(zhuǎn)動的黑板，并對局部建立了三維模型進(jìn)行分析。此外，還對黑板在實際使用和旋轉(zhuǎn)角度方面進(jìn)行了研究和計算。要想提高學(xué)生的課堂效率，讓學(xué)生無論在課堂的任何角度都能看清黑板，就必須調(diào)整黑板的角度，從而營造一種舒適的學(xué)習(xí)氛圍。

關(guān)鍵詞：黑板；旋轉(zhuǎn)；人性化

1 黑板產(chǎn)生反光的原因和影響

黑板是教師在課堂上與學(xué)生交流的重要工具，以往的黑板在設(shè)計上大多只考慮到了黑板的除塵問題，但卻忽略了黑板的反光問題。很多人會認(rèn)為黑板反光是因為黑板表面太光滑而發(fā)生了鏡面反射，但其實導(dǎo)致黑板反光的真正原因并不是因為反光的地方比其他不反光的地方光滑。

經(jīng)資料證實，黑板反光的關(guān)鍵原因主要是靠近黑板一側(cè)的窗（門）外的光線以非常大的角度入射到黑板上，這時鏡面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，從而造成鏡面反射方向的反射光遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他漫反射方向。而坐在前排兩側(cè)的同學(xué)剛好處于鏡面反射方向，因而看到反射的黑板，因此這就是為什么教師可以通過用窗簾遮擋靠黑板的窗戶來減少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一種很正常的自然現(xiàn)象，但卻著實降低了學(xué)生在課堂上的聽課效率，使學(xué)生聽課的興趣大大降低，這無論是對教師還是學(xué)生都是極大的損失。

普通黑板大多采用涂以耐磨圖層的優(yōu)質(zhì)平面合金鋼板，其優(yōu)點為不脫落、不褪色、不易銹蝕、經(jīng)久耐用等特點。但同時也有粉塵多、板面固定、不靈活、易發(fā)生反光等缺點。

文章通過研究大量資料并結(jié)合實際情況，對黑板的優(yōu)缺點進(jìn)行了總結(jié)分析，針對反光問題、粉塵問題等進(jìn)行了合理設(shè)計和改進(jìn)，并通過三維軟件進(jìn)行了局部建模，如圖1所示。

2 研究反光問題的角度范圍

根據(jù)Excel的計算與作圖功能可以繪制出總反射率P隨入射角的變化的曲線，如圖2所示。

圖1 三維建模 圖2 P隨入射角變化曲線

（圖中所標(biāo)的n值為物質(zhì)的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之間，所以圖2給出了分別在1.3和2兩種折射率下入射角與總光反射率與間的關(guān)系）。根據(jù)圖表我們可以總結(jié)出，當(dāng)入射角在0°～60°范圍內(nèi)時，光的反射率大概在0～0.15之間，由此看出黑板等物質(zhì)對光的反射率隨入射角增大變化很?。欢?dāng)入射角大于70°后反射率隨入射角的增大而迅速變大；當(dāng)入射角為85°時，其反射率約為0.6；當(dāng)入射角為85°～90°時，反射率為0.7～0.9之間。綜上所述，當(dāng)光線的入射角非常的接近90°時，光線幾乎都被反射出去而不會被黑板表面吸收。

因為大多數(shù)位置的入射角都不是很大，當(dāng)入射光線與垂直直線夾角不大時，根據(jù)上段數(shù)據(jù)分析得知光的反射率很低。這時，反射光線會朝任意方向隨意射出，而朝各個方向射出的光線都相差不大。因此，這時光的反射主要為漫反射，鏡面反射相對較弱；但當(dāng)入射光線與垂直直線夾角逐漸變大時，多數(shù)光線會以鏡面反射的方向反射出去，少數(shù)光線會偏離鏡面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味著光的反射率隨之增大。這時，坐在教室前排的學(xué)生看反射到黑板上的反射光的亮度就大于坐在后排其他位置看到反射光的亮度，因此就會覺得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋轉(zhuǎn)黑板的設(shè)計及計算

旋轉(zhuǎn)黑板的整體結(jié)構(gòu)是由框架、弧形軌道、黑板三部分組成的，框架是由木方搭建而成，弧形軌道是由三角鐵固定在框架上，黑板在弧形軌道內(nèi)移動，通過移動一定角度達(dá)到降低黑板反光效果。而黑板是由上下兩根木條和左右兩根軸組成的，黑板的板面是一種特殊的布料，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動軸的轉(zhuǎn)動而使布料橫向移動，從而后面的立式粉筆擦就可以將板面的粉筆字擦干凈，還可以達(dá)到降低粉塵的效果。

旋轉(zhuǎn)黑板的規(guī)格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含鋁合金軌道、萬向輪、擋板、板刷、軸及各種標(biāo)準(zhǔn)件組合而成。

（1）當(dāng)黑板水平時（如圖3所示）

AE為入射光線

AF為反射光線

CD為法線

AB為黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域I為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/8。

（2）當(dāng)黑板傾斜時（如圖4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏轉(zhuǎn)角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA與水平線的夾角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM為教室范圍（6m×12m）

MN為第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

區(qū)域U為反光集中區(qū)，約占教室總面積的1/16。

圖3 黑板水平時 圖4 黑板傾斜時

4 結(jié)束語

新型可旋轉(zhuǎn)黑板是用特殊的布料作為黑板板面，木條做框架，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動黑板板面移動，后面的濕海綿作為黑板擦，輕型鋁合金材料作為弧形導(dǎo)軌，并在黑板上下每一邊裝上滑輪帶動黑板在導(dǎo)軌上左右移動?？尚D(zhuǎn)可擦拭黑板，既節(jié)省了人力又減少了粉塵的污染。導(dǎo)軌可使黑板轉(zhuǎn)動，通過左右的旋轉(zhuǎn)，可以有效的預(yù)防反光造成的影響。而且適用范圍廣，可用于各種教室、辦公室、會議室等各個地方。

參考文獻(xiàn)

[1]劉劍鋒，胡喬生.黑板反光原因探析[J].物理教師，34（3）.

[2]許首田.反射率與入射角的關(guān)系[R].大連大學(xué)學(xué)報，1993（12）：38-39.

[3]謝鳴等.花崗巖表面而雙向反射分布函數(shù)實驗研究[R].工程熱物理學(xué)報，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一種擦黑板機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計[J].機(jī)械工程師，2009（10）.

作者簡介：劉琴聰，女，大連科技學(xué)院。

徐志康，男，大連科技學(xué)院。

吳常勝，男，大連科技學(xué)院。

黃瀟萍（1986-），女，遼寧大連人大連科技學(xué)院講師碩士生，研究方向：機(jī)械電子工程。