关于黑板反光问题的分析与研究

2018-11-13王俪瑾包头市第九中学

数码世界 2018年10期

王俪瑾包头市第九中学

十九世纪中期以来，黑板作为课堂教育必选用具，为世界教育事业的一步步发展，人类传播知识文化，普及教育，立下汗马功劳。但黑板的反光问题，也随之困扰了一代又一代的莘莘学子。本课题对本校数百名同学进行了关于黑板反光问题的调查，其结果足以看出黑板反光问题对学生学习的影响与危害。本文从黑板反光的原因入手，剖析具体，并从黑板的材料、角度、色调、光线等方面提出不同方法以解决黑板的反光问题，再加以分析各个方案的利弊与可行性。对不同方案的分别进行实验研究从而得出最为可行的方案。

1.黑板反光的具体原因

通过初中学习我们知道，黑板反射的原因是因为产生了镜面反射。当一束平行光射到凹凸不平的物体上时，它的反射光线也是射向不同方向的，这样我们才可以在不同的地方看到同一个物体，这称为漫反射。同理，当一束平行光射到光滑的物体上时，我们只能在一个特定角度才能看到它，这称为镜面反射。当然，现实生活中并不可能存在完全光滑的物体，当进入我们眼睛镜面反射光相对漫反射光更强时，这个表面就有可能被当做一个光滑镜面看。通过查参考文献1得图2图3，得到定理及数据，随着入射角增大，反射光线的强度会变大，而折言论射光的强度会变弱。

（n为物质折射率，一般材料折射率在1.3-2之间，纵轴为物质反射率）从数据中可以看出，入射角50度小时，常见物体对光的反射率很小，但当入射角大于60度快速增加这说明当光线的的入射角非常大时，光线几乎不会被反射物体吸收，而是大部分被反射。

如图a所示，当入射光线与垂直线夹角大时，朝镜面反射的光线比例相

对较大，又因为其入射角大，所以此时光的反射率非常高，此时我们就会在一些角度看黑板很刺眼了；而同理，图b入射角小时，此时光线从四面八方射出，此时以漫反射为主。通过查资料与整合前面探究，我最终得出结论：教室的窗与门外的光线以非常大的角度入射到黑板上，此时镜面反射方向的反射光比例增大，反射率也增大，结果便为镜面反射方向的反射光强于其他漫反射光。再加上菲涅尔效应折射率的影响下才造成了黑板反光的结果。

2.调查研究

我经过一周的调查，整理出两份关于黑板反光的影响比例图表，以及经历过黑板反光的人数比例图表，结果如下：

图4 黑板的反光对上课影响的调查结果

图5 黑板的反光对上课影响的调查结果

从调查可以看出，黑板反光降低了学生的听课效率，导致视觉疲劳；且绝大部分学生都经历过黑板反光的现象，这一现象对学生的学习，视力均造成比较大的影响，解决黑板反光问题对学生来说极为重要。

3.解决方法

3.1 改变光源特性

将外窗改为玻璃窗或磨砂玻璃窗，能够有效阻止平行光线的进入，将强光减弱。黑板遇到减弱的强光会大大减小黑板镜面反射的可能。

图6 光照使用磨砂玻璃对黑板的影响

但是这种方法也有很大的弊端，磨砂玻璃会大大降低可利用光的利用程度，在阳光不刺眼时更会使室内光线明显变暗，而且使用磨砂玻璃难以看到窗外景象，不仅降低光照，还会影响学生的心理，使学习积极性大大降低。再一点，磨砂玻璃不易擦拭，且成本较高，不适宜大规模使用。但使用百叶窗也是一样的原理，相比较而言却更为合理，可操作性也更强。

3.2 改变光照角度

改变光照角度也会使黑板反光度降低。其主要分为两种方法，分别为改变黑板上下倾斜角度，移动黑板以及使用弧度黑板。

首先说弧度黑板

图7 a弧度黑板与b直面黑板对比图

图8 a弧度黑板与b直面黑板实物图

从上图对比可以看出，相较平面板而言，弧面黑板具有更好的性能。在预防黑板反光的问题上，弧面黑板可以更有效的散射平行光线，从而解决黑板反光的问题。

但是碍于环境的限制，黑板的弧度不能过大，这也就造成了弧面黑板弧度不足的问题。也就是说，弧度不足的弧面黑板在散射平行光线时，不能够达到最好的效果，只能在一定程度上减少黑板反光的可能。从而我们发现，弧面黑板在改善黑板反光问题上还是有一定的效果的，但效果并不能完全保证，还受一定限制，弧度黑板并不能彻底的杜绝黑板反光问题。

黑板的移动倾斜.有经验丰富的老教师曾向我提出过一个解决方案，把黑板向下倾斜。这样会在一定角度上改变光的折射路线，从而改善黑板的反光问题。但我经过反复试验与考虑也发现了这一举措的不足之处。

首先，操作教师需要有一定的经验，以免改变黑板倾斜角度后没有改善甚至加重反光。其次，改变黑板角度需要黑板可活动，但目前市面上以及学校大部分使用的是不可活动的固定黑板，那位老教师所说的黑板只是十几年前所用的，现在都已经淘汰。而且黑板较大，改变角度需要挪动黑板，这对一些女性教师以及年纪较大的老师操作也并不方便。所以这一措施的可操作性并不高。

3.3 改变黑板材质

通过多方面调查，我对近几十年的黑板材料一一做了分析从而找出最为合适的材料以改进黑板反光的现象。

3.3.1 水泥

在对长辈询问过后，我发现中国最早开始普及的黑板是水泥和木板。这样简陋的黑板使用起来并不方便。有两大问题，首先是粉笔灰严重，再其次就是反光。用水泥做成的黑板对粉尘的吸附能力差，只是写字便粉尘四飞。尤其是前排的同学和教师，长期使用这样的黑板都会对肺部造成不小的损伤。而且水泥是由混合的沙土建造而成，初始不会反光，但时间长久自会变得光滑，反光问题就更加严重了。

3.3.2 磨砂玻璃

磨砂玻璃黑板在外观以及耐磨程度上都胜出水泥黑板一筹，写字也更加省力。但是在粉尘量上并没有太多的改善。而且它易碎，在学校教室这种地方便更容易损坏。在运输方面，磨砂玻璃黑板也颇为不便，因此现在的磨砂玻璃黑板也淡出了市场。

3.3.3 彩涂钢板

现在市面上的黑板解决了粉尘的问题。彩涂钢板板面厚度多为0.3mm-0.4mm，耐磨不脱落，不褪色，书写手感好，字迹清晰易写，易擦拭，粉尘少。且可以使用磁性教学用具，比之前大有进步。但在反光方面也不能完全遏制，且使用时有时会打滑。寿命多为3-5年。彩涂钢板的造价较高，重量大，因为是金属受到撞击容易变形，也就是说我们如果在教室黑板上看到一些凹陷处，那么这多为彩涂钢板所制造的黑板。

3.3.4 新型材料复合板

新型材料复合板是由高分子合金颗粒与环氧树脂经一次压制成型的，也可以解决粉尘问题，其表面不用做任何处理，版面厚度3mm，书写流畅，字迹永久清晰不打滑，难反光，擦后无残留，可视效果极佳，寿命可达15年以上。复合材料板重量轻，便于运输，造价低廉，但若不加入金属板的话就不能使用磁性教学用具，同时它可燃，火灾也是安全隐患。

经过对多种材料的分析，我认为新型复合材料板更加适合当前市场，而且相对来说更不易发生黑板反光问题，只是在防火与磁性方面需要加以改进，例如背面喷涂防火材料，或是表面附着磁性颗粒等。

3.3.5 其他方面

在其他方面，我们也可以采用更为鲜明的米黄色粉笔，调整黑板角度或座位设置，改变室内光照强度甚至是在做建筑设计时就考虑有关问题，采用梯形座位；上课前允许学生调整座位，做笔记时允许站起来笔记等……诸如此类，本表兼治，更可以杜绝黑板反光对学生学习的影响。

4.总结

本文对黑板反光问题进行研究，通过对初中30多名学生进行问卷调查，发现“经历过且现在还存在“黑板反光问题的达60%”，认为黑板反光对上课有影响的达83%，主要从入射光（光源）、黑板面形状（光照角度）、黑板材质方面对黑板反光的问题，进了较系统地研究。研究发现，从光源的角度，黑板的侧面玻璃采用磨砂玻璃；黑板面采用曲面；黑板材质采用新型材料复合板等多种综合优化手段，可使黑板反光问题达到最大程度优化。本研究对解决学生上课黑板反光的问题，具有一定的实践应用价值。