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摘 要 针对传统黑板及其现实改进产品中存在的不足，提出一种可选择性自清洁正反卷黑板的设计方案。实践证明，该方案能有效改善教师工作环境，减轻教师工作量，提高教学效率，且结构简单、易操作、成本低。
关键词 自清洁；正反卷；黑板；工作环境
中图分类号：G484 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）10-0033-03
Development of New Blackboard of Self-Cleaning and Positive and Negative Roll//LI Shaohui
Abstract The paper provides a design scheme of blackboard aiming at the shortcoming of the traditional blackboard and practical improvement in the product. The practice proved that the scheme can effectively improve teachers’ work environment and reduce teacher workload and improve the teaching efficiency， at the same time， the scheme has the advantages of simple structure and easy operation and low cost.
Key words self-cleaning； positive and negative roll； teaching； work environment
1 前言
采用黑板板书教学十分方便灵活，仍是有效教学方式；采用多媒体教学有效提高教学内容信息量，提高教学效率。但当利用黑板板书和多媒体同时进行教学时，多媒体屏幕往往遮盖部分黑板，造成板书内容极为有限，很大程度上限制了黑板的功能。同时，擦除板书内容时，粉笔末四处飞散，影响环境卫生及教师的身体健康。
基于此，搜索文献显示多种解决方案被提出：周正元设计的一种现代黑板系统，集成了多项功能，提高了实用性[1]，但存在采用的水笔书写不容易擦除，缺乏修改的灵活性，齿轮系统传动增加结构复杂度，卷动带更换结构不完善等不足；基于STC89C52单片机的正三棱柱翻转黑板控制系统是一种创新性设计[2]，但采用正三棱柱柱面作为黑板，存在棱柱面之间的缝隙，板书不便，同时黑板厚度尺寸大，结构复杂、成本高；负离子推拉式复合黑板[3]的基本原理与现实中激光打印机感光鼓工作原理相似，但打印机感光鼓是在封闭的环境下工作，现实中的黑板环境是开放的，粉尘、手触碰等都会影响该黑板的使用，且结构复杂，成本高。
综上所述，开发一种黑板，安装在原有黑板的位置，该位置符合大部分学生的视线要求，同时解决传统黑板及其现实改进产品中存在的不足，就显得尤为重要。
2 自清洁正反卷黑板结构设计
所设计的自清洁正反卷黑板结构如图1、图2所示。该黑板主要包括四大模块：黑板模块1、支撑模块2、黑板清洁模块3、电源控制与驱动模块4。
黑板模块1包含环形柔性带1.1，柔性带设置有防脱棱条1.2，以及柔性带支撑板1.3。防脱棱条和柔性带一体的，是向内突出于柔性带黑板上端的棱条，装配时紧扣支撑板1.3的上边缘以及主动卷轴2.2上端面棱边，防止柔性带因重力作用下沉。
支撑模块2包含上下分体式轴承2.1、主动卷轴2.2、柔性带张紧机构2.3、从动卷轴2.4。采用柔性带张紧机构及上下分体式轴承的目的是便于后期调整或更换柔性带，为后期维护提供方便。
黑板清洁模块3包含圆柱毛刷3.1、半圆柱护板3.2、粉笔末收集盒3.3、弹簧铰链3.4。半圆柱护板内壁设有毛刷的刮板，将毛刷上的粉笔末刮下，粉笔末顺着刮板在重力作用下收集到收集盒中，避免飞散。
电源控制与驱动模块4包含微型涡轮蜗杆减速直流电机4.1、微型齿轮减速电机4.2、拨动开关4.3、按钮开关4.4。涡轮蜗杆减速电机和齿轮减速电机是减速器与电机一体化的微型直流电机。
3 控制电路设计
自清洁正反卷黑板控制电路如图3所示。M1为驱动柔性带直流电机（图1中的4.1），M2为驱动清洁毛刷直流电机（图1中的4.2）。SB1为拨动开关，中间为断开；向左拨动，开关KA1接通；向右拨动，开关KA2接通，从而实现柔性带直流电机M1正反转功能。SB2为按钮开关，在外力常压下去情况下KA3接通，驱动清洁毛刷电机M2工作；松开按钮，KA3断开。
4 自清洁正反卷黑板的工作原理
该黑板工作原理如下：使用前接通开关电源，向左拨动开关SB1（图1中的4.3），电机4.1带动柔性黑板带顺时针旋转；放下清洁模块3，在弹簧铰链3.4的作用下毛刷3.1紧压在柔性带上；并同时压下按钮开关SB2（图1中的4.4），电机4.2带动毛刷顺时针旋转，清除柔性带上的板书；半圆柱护板3.2内壁设有毛刷的刮板，将毛刷上的粉笔末刮下，粉笔末顺着刮板在重力作用下收集到收集盒中，避免飞散；清洁完毕后，抬起清洁模块，按钮开关SB2断开，毛刷停转，再拨动开关SB1回到中位，柔性带停转卷动，干净的黑板就可以使用了。当柔性带前面部分写满后，向左或向右拨动开关SB1，把板书内容反卷到后面，储存起来，以备课尾复习。
使用清洁功能时要注意毛刷的旋转方向与柔性带的卷动方向相反，即主动轴2.2与毛刷3.1的旋转方向一致。当黑板长时间不用时，松开柔性带的张紧装置2.3，减小柔性带的张紧力，以延长柔性带的使用寿命。当需要更换柔性带时，松开柔性带的张紧装置，拆开分体式轴承座2.1和2.4，拉掉旧的柔性带，再装上新的柔性带，拧紧分体式轴承座和张紧装置即可。
5 自清洁正反卷黑板样品制作
为控制制作成本，保证样品成本与未来产品的成本接近，同时便于后期维护保养，制作原材料及部件尽可能是市场上现成的产品，如表1所示。统计结果表明：购买原材料花费868元，后期的加工费200元。因此，基于样品制作费用，自清洁正反卷黑板产品成本约1068元，相当于市场上普通黑板的价格。样品实物如图4所示。
6 总结
针对传统黑板及其现实改进产品中存在的不足，研制一款自清洁正反卷黑板。该黑板板书方便，能够存储板书内容、自动擦除板书内容、自动收集粉笔末，环保卫生、操作简单、成本低。实践证明，该产品能有效改善教师工作环境，减轻教师工作量，提高教学效率。
参考文献
[1]周正元.现代黑板系统的设计[J].常州信息职业技术学院学报，2013（8）：30-32.
[2]徐漫琳，李立成，郑涛，等.基于STC89C52 单片机的正三棱柱翻转黑板控制系统[J].机电工程，2014（11）：1441-1446.
[3]呼春辉.负离子推拉式复合黑板在现代教学中的应用[J].教育教学论坛，2013（12）：148-149.
[4]高新全，陈晓东，张京津，等.多媒体教室黑板对师生视觉及投影效果的影响[J].实验技术与管理，2014（8）：64-68.
[5]沈惠勤.黑板与白板比较研究[J].中国教育技术装备，
2013（5）：62-63.
[6]王冰，沈建华，古斌.基于TRIZ理论的环保清洁黑板擦创新设计[J].西南科技大学学报，2014（3）：78-81.
关键词 自清洁；正反卷；黑板；工作环境
中图分类号：G484 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）10-0033-03
Development of New Blackboard of Self-Cleaning and Positive and Negative Roll//LI Shaohui
Abstract The paper provides a design scheme of blackboard aiming at the shortcoming of the traditional blackboard and practical improvement in the product. The practice proved that the scheme can effectively improve teachers’ work environment and reduce teacher workload and improve the teaching efficiency， at the same time， the scheme has the advantages of simple structure and easy operation and low cost.
Key words self-cleaning； positive and negative roll； teaching； work environment
1 前言
采用黑板板书教学十分方便灵活，仍是有效教学方式；采用多媒体教学有效提高教学内容信息量，提高教学效率。但当利用黑板板书和多媒体同时进行教学时，多媒体屏幕往往遮盖部分黑板，造成板书内容极为有限，很大程度上限制了黑板的功能。同时，擦除板书内容时，粉笔末四处飞散，影响环境卫生及教师的身体健康。
基于此，搜索文献显示多种解决方案被提出：周正元设计的一种现代黑板系统，集成了多项功能，提高了实用性[1]，但存在采用的水笔书写不容易擦除，缺乏修改的灵活性，齿轮系统传动增加结构复杂度，卷动带更换结构不完善等不足；基于STC89C52单片机的正三棱柱翻转黑板控制系统是一种创新性设计[2]，但采用正三棱柱柱面作为黑板，存在棱柱面之间的缝隙，板书不便，同时黑板厚度尺寸大，结构复杂、成本高；负离子推拉式复合黑板[3]的基本原理与现实中激光打印机感光鼓工作原理相似，但打印机感光鼓是在封闭的环境下工作，现实中的黑板环境是开放的，粉尘、手触碰等都会影响该黑板的使用，且结构复杂，成本高。
综上所述，开发一种黑板，安装在原有黑板的位置，该位置符合大部分学生的视线要求，同时解决传统黑板及其现实改进产品中存在的不足，就显得尤为重要。
2 自清洁正反卷黑板结构设计
所设计的自清洁正反卷黑板结构如图1、图2所示。该黑板主要包括四大模块：黑板模块1、支撑模块2、黑板清洁模块3、电源控制与驱动模块4。
黑板模块1包含环形柔性带1.1，柔性带设置有防脱棱条1.2，以及柔性带支撑板1.3。防脱棱条和柔性带一体的，是向内突出于柔性带黑板上端的棱条，装配时紧扣支撑板1.3的上边缘以及主动卷轴2.2上端面棱边，防止柔性带因重力作用下沉。
支撑模块2包含上下分体式轴承2.1、主动卷轴2.2、柔性带张紧机构2.3、从动卷轴2.4。采用柔性带张紧机构及上下分体式轴承的目的是便于后期调整或更换柔性带，为后期维护提供方便。
黑板清洁模块3包含圆柱毛刷3.1、半圆柱护板3.2、粉笔末收集盒3.3、弹簧铰链3.4。半圆柱护板内壁设有毛刷的刮板，将毛刷上的粉笔末刮下，粉笔末顺着刮板在重力作用下收集到收集盒中，避免飞散。
电源控制与驱动模块4包含微型涡轮蜗杆减速直流电机4.1、微型齿轮减速电机4.2、拨动开关4.3、按钮开关4.4。涡轮蜗杆减速电机和齿轮减速电机是减速器与电机一体化的微型直流电机。
3 控制电路设计
自清洁正反卷黑板控制电路如图3所示。M1为驱动柔性带直流电机（图1中的4.1），M2为驱动清洁毛刷直流电机（图1中的4.2）。SB1为拨动开关，中间为断开；向左拨动，开关KA1接通；向右拨动，开关KA2接通，从而实现柔性带直流电机M1正反转功能。SB2为按钮开关，在外力常压下去情况下KA3接通，驱动清洁毛刷电机M2工作；松开按钮，KA3断开。
4 自清洁正反卷黑板的工作原理
该黑板工作原理如下：使用前接通开关电源，向左拨动开关SB1（图1中的4.3），电机4.1带动柔性黑板带顺时针旋转；放下清洁模块3，在弹簧铰链3.4的作用下毛刷3.1紧压在柔性带上；并同时压下按钮开关SB2（图1中的4.4），电机4.2带动毛刷顺时针旋转，清除柔性带上的板书；半圆柱护板3.2内壁设有毛刷的刮板，将毛刷上的粉笔末刮下，粉笔末顺着刮板在重力作用下收集到收集盒中，避免飞散；清洁完毕后，抬起清洁模块，按钮开关SB2断开，毛刷停转，再拨动开关SB1回到中位，柔性带停转卷动，干净的黑板就可以使用了。当柔性带前面部分写满后，向左或向右拨动开关SB1，把板书内容反卷到后面，储存起来，以备课尾复习。
使用清洁功能时要注意毛刷的旋转方向与柔性带的卷动方向相反，即主动轴2.2与毛刷3.1的旋转方向一致。当黑板长时间不用时，松开柔性带的张紧装置2.3，减小柔性带的张紧力，以延长柔性带的使用寿命。当需要更换柔性带时，松开柔性带的张紧装置，拆开分体式轴承座2.1和2.4，拉掉旧的柔性带，再装上新的柔性带，拧紧分体式轴承座和张紧装置即可。
5 自清洁正反卷黑板样品制作
为控制制作成本，保证样品成本与未来产品的成本接近，同时便于后期维护保养，制作原材料及部件尽可能是市场上现成的产品，如表1所示。统计结果表明：购买原材料花费868元，后期的加工费200元。因此，基于样品制作费用，自清洁正反卷黑板产品成本约1068元，相当于市场上普通黑板的价格。样品实物如图4所示。
6 总结
针对传统黑板及其现实改进产品中存在的不足，研制一款自清洁正反卷黑板。该黑板板书方便，能够存储板书内容、自动擦除板书内容、自动收集粉笔末，环保卫生、操作简单、成本低。实践证明，该产品能有效改善教师工作环境，减轻教师工作量，提高教学效率。
参考文献
[1]周正元.现代黑板系统的设计[J].常州信息职业技术学院学报，2013（8）：30-32.
[2]徐漫琳，李立成，郑涛，等.基于STC89C52 单片机的正三棱柱翻转黑板控制系统[J].机电工程，2014（11）：1441-1446.
[3]呼春辉.负离子推拉式复合黑板在现代教学中的应用[J].教育教学论坛，2013（12）：148-149.
[4]高新全，陈晓东，张京津，等.多媒体教室黑板对师生视觉及投影效果的影响[J].实验技术与管理，2014（8）：64-68.
[5]沈惠勤.黑板与白板比较研究[J].中国教育技术装备，
2013（5）：62-63.
[6]王冰，沈建华，古斌.基于TRIZ理论的环保清洁黑板擦创新设计[J].西南科技大学学报，2014（3）：78-81.