新型可旋转黑板的设计

刘琴聪+许志康+吴常盛+黄潇苹

摘 要：文章针对传统黑板的结构和反光问题进行了分析，设计出了一种可以灵活转动的黑板，并对局部建立了三维模型进行分析。此外，还对黑板在实际使用和旋转角度方面进行了研究和计算。要想提高学生的课堂效率，让学生无论在课堂的任何角度都能看清黑板，就必须调整黑板的角度，从而营造一种舒适的学习氛围。

关键词：黑板；旋转；人性化

1 黑板产生反光的原因和影响

黑板是教师在课堂上与学生交流的重要工具，以往的黑板在设计上大多只考虑到了黑板的除尘问题，但却忽略了黑板的反光问题。很多人会认为黑板反光是因为黑板表面太光滑而发生了镜面反射，但其实导致黑板反光的真正原因并不是因为反光的地方比其他不反光的地方光滑。

经资料证实，黑板反光的关键原因主要是靠近黑板一侧的窗（门）外的光线以非常大的角度入射到黑板上，这时镜面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，从而造成镜面反射方向的反射光远远强于其他漫反射方向。而坐在前排两侧的同学刚好处于镜面反射方向，因而看到反射的黑板，因此这就是为什么教师可以通过用窗帘遮挡靠黑板的窗户来减少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一种很正常的自然现象，但却着实降低了学生在课堂上的听课效率，使学生听课的兴趣大大降低，这无论是对教师还是学生都是极大的损失。

普通黑板大多采用涂以耐磨图层的优质平面合金钢板，其优点为不脱落、不褪色、不易锈蚀、经久耐用等特点。但同时也有粉尘多、板面固定、不灵活、易发生反光等缺点。

文章通过研究大量资料并结合实际情况，对黑板的优缺点进行了总结分析，针对反光问题、粉尘问题等进行了合理设计和改进，并通过三维软件进行了局部建模，如图1所示。

2 研究反光问题的角度范围

根据Excel的计算与作图功能可以绘制出总反射率P随入射角的变化的曲线，如图2所示。

图1 三维建模 图2 P随入射角变化曲线

（图中所标的n值为物质的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之间，所以图2给出了分别在1.3和2两种折射率下入射角与总光反射率与间的关系）。根据图表我们可以总结出，当入射角在0°～60°范围内时，光的反射率大概在0～0.15之间，由此看出黑板等物质对光的反射率随入射角增大变化很小；而当入射角大于70°后反射率随入射角的增大而迅速变大；当入射角为85°时，其反射率约为0.6；当入射角为85°～90°时，反射率为0.7～0.9之间。综上所述，当光线的入射角非常的接近90°时，光线几乎都被反射出去而不会被黑板表面吸收。

因为大多数位置的入射角都不是很大，当入射光线与垂直直线夹角不大时，根据上段数据分析得知光的反射率很低。这时，反射光线会朝任意方向随意射出，而朝各个方向射出的光线都相差不大。因此，这时光的反射主要为漫反射，镜面反射相对较弱；但当入射光线与垂直直线夹角逐渐变大时，多数光线会以镜面反射的方向反射出去，少数光线会偏离镜面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味着光的反射率随之增大。这时，坐在教室前排的学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，因此就会觉得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋转黑板的设计及计算

旋转黑板的整体结构是由框架、弧形轨道、黑板三部分组成的，框架是由木方搭建而成，弧形轨道是由三角铁固定在框架上，黑板在弧形轨道内移动，通过移动一定角度达到降低黑板反光效果。而黑板是由上下两根木条和左右两根轴组成的，黑板的板面是一种特殊的布料，通过电机转动带动轴的转动而使布料横向移动，从而后面的立式粉笔擦就可以将板面的粉笔字擦干净，还可以达到降低粉尘的效果。

旋转黑板的规格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含铝合金轨道、万向轮、挡板、板刷、轴及各种标准件组合而成。

（1）当黑板水平时（如图3所示）

AE为入射光线

AF为反射光线

CD为法线

AB为黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域I为反光集中区，约占教室总面积的1/8。

（2）当黑板倾斜时（如图4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏转角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA与水平线的夹角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域U为反光集中区，约占教室总面积的1/16。

图3 黑板水平时 图4 黑板倾斜时

4 结束语

新型可旋转黑板是用特殊的布料作为黑板板面，木条做框架，电机带动转轴旋转，从而带动黑板板面移动，后面的湿海绵作为黑板擦，轻型铝合金材料作为弧形导轨，并在黑板上下每一边装上滑轮带动黑板在导轨上左右移动。可旋转可擦拭黑板，既节省了人力又减少了粉尘的污染。导轨可使黑板转动，通过左右的旋转，可以有效的预防反光造成的影响。而且适用范围广，可用于各种教室、办公室、会议室等各个地方。

参考文献

[1]刘剑锋，胡乔生.黑板反光原因探析[J].物理教师，34（3）.

[2]许首田.反射率与入射角的关系[R].大连大学学报，1993（12）：38-39.

[3]谢鸣等.花岗岩表面而双向反射分布函数实验研究[R].工程热物理学报，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一种擦黑板机构的创新设计[J].机械工程师，2009（10）.

作者简介：刘琴聪，女，大连科技学院。

徐志康，男，大连科技学院。

吴常胜，男，大连科技学院。

黄潇萍（1986-），女，辽宁大连人大连科技学院讲师硕士生，研究方向：机械电子工程。

摘 要：文章针对传统黑板的结构和反光问题进行了分析，设计出了一种可以灵活转动的黑板，并对局部建立了三维模型进行分析。此外，还对黑板在实际使用和旋转角度方面进行了研究和计算。要想提高学生的课堂效率，让学生无论在课堂的任何角度都能看清黑板，就必须调整黑板的角度，从而营造一种舒适的学习氛围。

关键词：黑板；旋转；人性化

1 黑板产生反光的原因和影响

黑板是教师在课堂上与学生交流的重要工具，以往的黑板在设计上大多只考虑到了黑板的除尘问题，但却忽略了黑板的反光问题。很多人会认为黑板反光是因为黑板表面太光滑而发生了镜面反射，但其实导致黑板反光的真正原因并不是因为反光的地方比其他不反光的地方光滑。

经资料证实，黑板反光的关键原因主要是靠近黑板一侧的窗（门）外的光线以非常大的角度入射到黑板上，这时镜面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，从而造成镜面反射方向的反射光远远强于其他漫反射方向。而坐在前排两侧的同学刚好处于镜面反射方向，因而看到反射的黑板，因此这就是为什么教师可以通过用窗帘遮挡靠黑板的窗户来减少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一种很正常的自然现象，但却着实降低了学生在课堂上的听课效率，使学生听课的兴趣大大降低，这无论是对教师还是学生都是极大的损失。

普通黑板大多采用涂以耐磨图层的优质平面合金钢板，其优点为不脱落、不褪色、不易锈蚀、经久耐用等特点。但同时也有粉尘多、板面固定、不灵活、易发生反光等缺点。

文章通过研究大量资料并结合实际情况，对黑板的优缺点进行了总结分析，针对反光问题、粉尘问题等进行了合理设计和改进，并通过三维软件进行了局部建模，如图1所示。

2 研究反光问题的角度范围

根据Excel的计算与作图功能可以绘制出总反射率P随入射角的变化的曲线，如图2所示。

图1 三维建模 图2 P随入射角变化曲线

（图中所标的n值为物质的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之间，所以图2给出了分别在1.3和2两种折射率下入射角与总光反射率与间的关系）。根据图表我们可以总结出，当入射角在0°～60°范围内时，光的反射率大概在0～0.15之间，由此看出黑板等物质对光的反射率随入射角增大变化很小；而当入射角大于70°后反射率随入射角的增大而迅速变大；当入射角为85°时，其反射率约为0.6；当入射角为85°～90°时，反射率为0.7～0.9之间。综上所述，当光线的入射角非常的接近90°时，光线几乎都被反射出去而不会被黑板表面吸收。

因为大多数位置的入射角都不是很大，当入射光线与垂直直线夹角不大时，根据上段数据分析得知光的反射率很低。这时，反射光线会朝任意方向随意射出，而朝各个方向射出的光线都相差不大。因此，这时光的反射主要为漫反射，镜面反射相对较弱；但当入射光线与垂直直线夹角逐渐变大时，多数光线会以镜面反射的方向反射出去，少数光线会偏离镜面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味着光的反射率随之增大。这时，坐在教室前排的学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，因此就会觉得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋转黑板的设计及计算

旋转黑板的整体结构是由框架、弧形轨道、黑板三部分组成的，框架是由木方搭建而成，弧形轨道是由三角铁固定在框架上，黑板在弧形轨道内移动，通过移动一定角度达到降低黑板反光效果。而黑板是由上下两根木条和左右两根轴组成的，黑板的板面是一种特殊的布料，通过电机转动带动轴的转动而使布料横向移动，从而后面的立式粉笔擦就可以将板面的粉笔字擦干净，还可以达到降低粉尘的效果。

旋转黑板的规格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含铝合金轨道、万向轮、挡板、板刷、轴及各种标准件组合而成。

（1）当黑板水平时（如图3所示）

AE为入射光线

AF为反射光线

CD为法线

AB为黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域I为反光集中区，约占教室总面积的1/8。

（2）当黑板倾斜时（如图4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏转角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA与水平线的夹角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域U为反光集中区，约占教室总面积的1/16。

图3 黑板水平时 图4 黑板倾斜时

4 结束语

新型可旋转黑板是用特殊的布料作为黑板板面，木条做框架，电机带动转轴旋转，从而带动黑板板面移动，后面的湿海绵作为黑板擦，轻型铝合金材料作为弧形导轨，并在黑板上下每一边装上滑轮带动黑板在导轨上左右移动。可旋转可擦拭黑板，既节省了人力又减少了粉尘的污染。导轨可使黑板转动，通过左右的旋转，可以有效的预防反光造成的影响。而且适用范围广，可用于各种教室、办公室、会议室等各个地方。

参考文献

[1]刘剑锋，胡乔生.黑板反光原因探析[J].物理教师，34（3）.

[2]许首田.反射率与入射角的关系[R].大连大学学报，1993（12）：38-39.

[3]谢鸣等.花岗岩表面而双向反射分布函数实验研究[R].工程热物理学报，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一种擦黑板机构的创新设计[J].机械工程师，2009（10）.

作者简介：刘琴聪，女，大连科技学院。

徐志康，男，大连科技学院。

吴常胜，男，大连科技学院。

黄潇萍（1986-），女，辽宁大连人大连科技学院讲师硕士生，研究方向：机械电子工程。

摘 要：文章针对传统黑板的结构和反光问题进行了分析，设计出了一种可以灵活转动的黑板，并对局部建立了三维模型进行分析。此外，还对黑板在实际使用和旋转角度方面进行了研究和计算。要想提高学生的课堂效率，让学生无论在课堂的任何角度都能看清黑板，就必须调整黑板的角度，从而营造一种舒适的学习氛围。

关键词：黑板；旋转；人性化

1 黑板产生反光的原因和影响

黑板是教师在课堂上与学生交流的重要工具，以往的黑板在设计上大多只考虑到了黑板的除尘问题，但却忽略了黑板的反光问题。很多人会认为黑板反光是因为黑板表面太光滑而发生了镜面反射，但其实导致黑板反光的真正原因并不是因为反光的地方比其他不反光的地方光滑。

经资料证实，黑板反光的关键原因主要是靠近黑板一侧的窗（门）外的光线以非常大的角度入射到黑板上，这时镜面反射方向的反射光比例增大，且光反射率也迅速增大，从而造成镜面反射方向的反射光远远强于其他漫反射方向。而坐在前排两侧的同学刚好处于镜面反射方向，因而看到反射的黑板，因此这就是为什么教师可以通过用窗帘遮挡靠黑板的窗户来减少黑板反光的原因。

黑板的反光表面上看是一种很正常的自然现象，但却着实降低了学生在课堂上的听课效率，使学生听课的兴趣大大降低，这无论是对教师还是学生都是极大的损失。

普通黑板大多采用涂以耐磨图层的优质平面合金钢板，其优点为不脱落、不褪色、不易锈蚀、经久耐用等特点。但同时也有粉尘多、板面固定、不灵活、易发生反光等缺点。

文章通过研究大量资料并结合实际情况，对黑板的优缺点进行了总结分析，针对反光问题、粉尘问题等进行了合理设计和改进，并通过三维软件进行了局部建模，如图1所示。

2 研究反光问题的角度范围

根据Excel的计算与作图功能可以绘制出总反射率P随入射角的变化的曲线，如图2所示。

图1 三维建模 图2 P随入射角变化曲线

（图中所标的n值为物质的折射率，介于一般材料的折射率在1.3～2之间，所以图2给出了分别在1.3和2两种折射率下入射角与总光反射率与间的关系）。根据图表我们可以总结出，当入射角在0°～60°范围内时，光的反射率大概在0～0.15之间，由此看出黑板等物质对光的反射率随入射角增大变化很小；而当入射角大于70°后反射率随入射角的增大而迅速变大；当入射角为85°时，其反射率约为0.6；当入射角为85°～90°时，反射率为0.7～0.9之间。综上所述，当光线的入射角非常的接近90°时，光线几乎都被反射出去而不会被黑板表面吸收。

因为大多数位置的入射角都不是很大，当入射光线与垂直直线夹角不大时，根据上段数据分析得知光的反射率很低。这时，反射光线会朝任意方向随意射出，而朝各个方向射出的光线都相差不大。因此，这时光的反射主要为漫反射，镜面反射相对较弱；但当入射光线与垂直直线夹角逐渐变大时，多数光线会以镜面反射的方向反射出去，少数光线会偏离镜面反射方向而朝其他方向射出。此外，如果光的入射角很大，就意味着光的反射率随之增大。这时，坐在教室前排的学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，因此就会觉得很刺眼看不清黑板上的字。

3 旋转黑板的设计及计算

旋转黑板的整体结构是由框架、弧形轨道、黑板三部分组成的，框架是由木方搭建而成，弧形轨道是由三角铁固定在框架上，黑板在弧形轨道内移动，通过移动一定角度达到降低黑板反光效果。而黑板是由上下两根木条和左右两根轴组成的，黑板的板面是一种特殊的布料，通过电机转动带动轴的转动而使布料横向移动，从而后面的立式粉笔擦就可以将板面的粉笔字擦干净，还可以达到降低粉尘的效果。

旋转黑板的规格采用1500mm×220mm×720mm。主要包含铝合金轨道、万向轮、挡板、板刷、轴及各种标准件组合而成。

（1）当黑板水平时（如图3所示）

AE为入射光线

AF为反射光线

CD为法线

AB为黑板面

∠EAD=∠DAF=45°∠α=16°∠β=22°

AB=4m，r=6.4m ，

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域I为反光集中区，约占教室总面积的1/8。

（2）当黑板倾斜时（如图4所示）

∠DAT= 6° （黑板的偏转角度），

∠EAD=45°，∠EAT=∠TAF=52°，

∠FAB=38°，

FA与水平线的夹角∠FAB-∠DAT=32°

GHNM为教室范围（6m×12m）

MN为第一排的座椅位置，距黑板2.3m。

区域U为反光集中区，约占教室总面积的1/16。

图3 黑板水平时 图4 黑板倾斜时

4 结束语

新型可旋转黑板是用特殊的布料作为黑板板面，木条做框架，电机带动转轴旋转，从而带动黑板板面移动，后面的湿海绵作为黑板擦，轻型铝合金材料作为弧形导轨，并在黑板上下每一边装上滑轮带动黑板在导轨上左右移动。可旋转可擦拭黑板，既节省了人力又减少了粉尘的污染。导轨可使黑板转动，通过左右的旋转，可以有效的预防反光造成的影响。而且适用范围广，可用于各种教室、办公室、会议室等各个地方。

参考文献

[1]刘剑锋，胡乔生.黑板反光原因探析[J].物理教师，34（3）.

[2]许首田.反射率与入射角的关系[R].大连大学学报，1993（12）：38-39.

[3]谢鸣等.花岗岩表面而双向反射分布函数实验研究[R].工程热物理学报，2005，26（4）：283-285.

[4]王信峰，宋旭彤，王震.一种擦黑板机构的创新设计[J].机械工程师，2009（10）.

作者简介：刘琴聪，女，大连科技学院。

徐志康，男，大连科技学院。

吴常胜，男，大连科技学院。

黄潇萍（1986-），女，辽宁大连人大连科技学院讲师硕士生，研究方向：机械电子工程。