一种基于电磁线圈控制的活页教材设计

聂文斐 曹燕 资灵薇 王一歌

摘  要：目前，由于学生的教材过多过重，导致学生随身携带教材不便，加重书包负担，同时，教材过厚会使学生翻阅教材不灵活，而现有的活页教材大多靠使用者自己取出所需的教材部分，使用功能单一且受限。针对这种情况，本文提出一种基于电磁线圈控制的活页教材的设计，由活页书框装置和活页书芯装置构成。书页在打印后，经过合理配页装订成多册书芯，并在每册书芯侧面粘贴磁铁片。因此，可将厚重的教材按需求分装成多册，并根据使用者需求自动弹出所需章节或相应页，使用方便，也可大大减轻书包重量，具有较好的应用前景。

关键词：电磁线圈控制;活页教材;活页书框;活页书芯

中图分类号：TM245      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）15-0030-03

A Loose-Leaf Teaching Material Based on Electromagnetic Coil Control

NIE Wenfei，CAO Yan，ZI Lingwei，WANG Yige

（South China University of Technology，Guangzhou  510641，China）

Abstract：At present，since teaching materials of students are too many and too heavy， it is inconvenient for students to carry them and they also increase the burden of schoolbags. Meanwhile，teaching materials are too thick and not flexible for  students to look through. Moreover，existing loose-leaf teaching materials mostly require users to take out the needed part of teaching materials，and their function is single and limited. Targeting at these problems，this paper presents a kind of loose-leaf teaching materials based on electromagnetic coil control，which is composed of loose-leaf book frame part and loose-leaf book core part. After pages are printed，they are properly arranged and bound into multiple volumes of book cores，and the side of each book core is affixed with magnetic sheet. This new design can divide the heavy teaching materials into several volumes，and automatically pop up the required chapters or corresponding pages according to the needs of users，which is convenient to use，can greatly reduce the weight of schoolbags，and has a good application prospect.

Keywords：electromagnetic coil control;loose-leaf teaching materials;loose-leaf book frame;loose-leaf book core

0  引  言

目前，在學生学习期间开设的课程中，有部分课程的教材是非常厚重的，且只有固定的翻阅方式。若学生每天要上4～5门课程，需要携带较多本教材上课，书包负担沉重，但在实际上课过程中，学生每天只需要其中的几页或几十页教材。教材过重会导致学生随身携带教材不便，加重书包负担，长此以往容易造成颈部劳累;教材过厚则会使学生翻阅教材不灵活。而现有的大部分活页教材需要使用者自己取出所需的部分，使用功能单一且受限。因此，我们需要一种较为智能化的活页教材以解决上述问题。

1  活页教材的设计和发展

随着教学改革和学生学习方式的变化，在教材装订和教材使用领域，近年来开始出现活页教材。活页教材的出现具有重要的意义[1]，但目前产业界对活页教材的设计和生产是按照传统的方式，比如2013年侯谦民提出了一种便于携带的活页教材[2]，而2014年和2016年，张春雷和邢佳分别提出了一种活页教材[3，4]。这些活页教材虽然实现了教材灵活获取和拼装的功能，但它们有一个共同的缺点就是需要使用者自行取出所需的教材部分，这使得活页教材的使用功能较为单一，因此在活页教材的设计上其实还存在较大的提升空间。我们可以在现有活页教材的基础上，设计出灵活性更强、更加方便和智能的活页教材。

2  基于电磁线圈控制的活页教材设计

2.1  方案概述

为克服现有活页教材所存在的不足，减轻学生书包负重，使得学生翻阅教材更加灵活，我们提出了一种结构简单、使用方便，可以通过可通电电磁线圈产生的磁力自动弹出学生所需章节或相应页的活页教材。

基于电磁线圈控制的活页教材在构成上主要包括活页书框装置和活页书芯装置。其中活页书框装置包括外壳、人机交互单元、电路控制单元、若干组电磁线圈和电源，而活页书芯装置包括若干书页和若干磁铁片。书页在打印后，根据章节分类等装订成多册书芯，在每册书芯的侧面贴有磁铁片。

工作原理上，活页书框的若干组电磁线圈，在电路控制单元的控制下工作，使其中的某组电磁线圈产生与活页书芯侧面的磁铁片相同极性的磁力，同性相斥，使该书芯被弹出，方便使用者取出所需章节或相应页，从而达到智能获取所需活页的目的。另外，电磁线圈设置在活页书框内侧，根据所分成的书芯册数设置相应组数的线圈，每组电磁线圈的面积与相应书芯的侧面面积一致。

与现有方式相比，基于电磁线圈控制的活页教材具有以下优点：（1）从教材的装订过程开始就将较厚的教材根據需求制成拆分的活页教材，并能自动将所需章节或相应页弹出，对比之前的活页教材设计更智能化、人性化，方便按需携带、使用和翻阅。（2）特别对于页数庞大的教材或书籍实用性更高，而且对于教材页面的大小无要求。（3）对于中小学生每天只用按需取出所需的几页或几十页教材，大大减轻其书包负担。（4）该分类分装方法也可以推广到一些小型电子元件、小件物品的分类存放。

2.2  具体结构

在这一节中，我们将介绍基于电磁线圈控制的活页教材的具体结构。

图1展示了基于电磁线圈控制的活页教材中活页书框和活页书芯的整体结构框图。活页书框装置如图1所示，其除了外壳以外还包括人机交互单元、电路控制单元、若干组电磁线圈和电源。人机交互单元包括“0”至“9”数字触摸按键、“确定”“取消”触摸按键和电源开关“ON/OFF”，用于输入所需章节数或单元数和控制电源开关。电路控制单元负责控制若干组电磁线圈中的某组电磁线圈工作。若干组电磁线圈设置在活页书框装置内侧，根据所分成的书芯册数设置相应组数的电磁线圈，如教材若被分为N本书芯，则有N组电磁线圈。电源负责为人机交互单元、电路控制单元、若干组电磁线圈供电。活页书芯装置包括若干书页和若干磁铁片，书页在打印后，可根据章节分类等方法合理配页，装订成多册书芯，且在每册书芯的侧面贴有磁铁片。

图2—图6展示了基于电磁线圈控制的活页教材的装置布置。

图2是活页教材的总体布置示意图，左侧为活页书框装置，外观为一个向右开口的长方体盒，1为人机交互单元设置位置（活页书框外侧），2为电源和电路控制单元设置位置（活页书框内侧），3为若干组电磁线圈设置位置（活页书框内侧）。右侧为活页书芯装置，4为若干磁铁片设置位置（活页书芯外侧），使用时将多册书芯的左侧边缘部分塞入活页书框内。

图3是活页书框的俯视图（外侧），即人机交互单元设置位置，如图所示，其包含“0”至“9”的数字触摸按键、“确定”、“取消”触摸按键和电源开关“ON/OFF”，通过数字触摸按键输入所需章节数或单元数，按“确定”或“取消”触摸键来确认或取消输入，拨动“ON/OFF”控制电源开关。

图4展示的是活页书芯的正视图（内侧），即电源和电路控制单元设置位置，电路控制单元为简单的单片机电路，判断人工按键后控制若干组电磁线圈中的某一组电磁线圈工作，右侧方块为可充电微型电池，为人机交互单元、电路控制单元、若干组电磁线圈供电。

图5是活页书框的左视图（内侧），即若干组电磁线圈设置位置，如图其包含5组电磁线圈（每段斜纹代表一组），从上到下对应图6中活页书芯的第1册到第5册侧面的磁铁片。

图6展示的是活页书芯的左视图（外侧），即若干磁铁片的设置位置，如图所示，从上到下为活页书芯的第1册到第5册，即教材的第1章到第5章，图示花纹部分代表每册书芯的侧面贴有磁铁片，使用时图5和图6是重合对应的。在人工按键后，电路控制单元判断出所按的章节数或单元数为几，就控制第几组电磁线圈通电工作，通电后产生与书芯侧面重合对应的磁铁片相同极性的磁力，同性相斥，使贴有该磁铁片的书芯被弹出。

2.3  工作流程

本小节将介绍基于电磁线圈控制的活页教材的总体工作流程，如图7所示。首先，通过人机交互单元的人工按键按下所需章节数或单元数，假设所需章节数是第8章，按触摸键数字“8”和“确认”触摸键后，电路控制单元控制第8组电磁线圈通电工作。每册书芯的侧面都贴有磁铁片，而仅有通电的第8组电磁线圈产生与书芯侧面的磁铁片相同极性的磁力，同性相斥，使第8章（第8册书芯）被弹出，使用者取出，而其他书芯不发生变化。

3  结  论

本文提出了一种结构简单、使用方便的，通过可通电电磁线圈产生的磁力自动弹出学生所需章节或相应页的活页教材，即基于电磁线圈控制的活页教材。将打印后的书页经过合理配页装订成多册书芯，并在侧面粘贴磁铁片，将厚重的教材按需求分装成多册，并可以根据使用者的需求自动弹出所需章节或相应页，不仅使用方便，也可大大减轻书包重量。同时，这种分类分装方法也可以推广到一些小型电子元件、小件物品的分类存放。

参考文献：

[1] 吴振东.试论“活页教材+活页笔记+功能插页”三位一体自主思维模式的构建 [J].新课程研究（中旬刊），2018（9）：62-66.

[2] 侯谦民.一种便于携带的活页教材，中国专利：CN2031 72193U [P].2013-09-04.

[3] 张春雷.一种活页教材，中国专利：CN204054994U [P]. 2014-12-31.

[4] 邢佳.一种活页教材，中国专利：CN205058911U [P]. 2016-03-02.

作者简介：聂文斐（1964-），女，汉族，河南新乡人，国家移动超声探测工程技术研究中心副主任，本科，研究方向：信号检测;通讯作者：曹燕（1980-），女，汉族，重庆人，副教授，博士，研究方向：声信号处理。