基于使用者健康要求的黑板擦設計分析

劉文震 陳哲 武鑫鑫

摘? 要：粉筆作為教師們教學工作中最高效便捷的工具，一直被廣泛使用，可是其造成的危害長久以來被大眾所忽視，而由粉筆粉塵所引起的慢性咽炎等疾病也已經嚴重困擾了長期暴露在粉塵環境下的中老年教師。所以，我們擬開發出一款可以最大程度收集粉塵的板擦，將教學活動中的粉塵濃度降到最低。我們在板擦的設計上融入力學等科學原理，在外觀、用材等方面均有創新點，努力貼近并實現可持續發展的社會目標，并決心以科學技術為師生們的身心健康保駕護航。

關鍵詞：（從正文中提煉出五個左右的關鍵詞）黑板擦;粉筆灰;靜電;機械傳動;環保

0 引言

當前，教育教學方式日趨多樣化。基于當前數字化、網絡化的時代背景，很多高校不僅對網絡資源共享課程等方面的建設加大力度，促使慕課、微課等一系列在線課堂應運而生，課堂實際教學的方式和內容也被多媒體投影和方便美觀的課件資源所豐富。然而，即使數字多媒體在為我們的課堂提供著無限的便攜服務，在某些重要的教學關鍵點，我們還是會沿用承載著世代師生情節的教學工具：黑板和粉筆。例如，對于理論公式的推導，單憑課件的完美展示并不能被喜愛“刨根問底”的中國學子所接受;同樣的，對于其他重要知識點的詳細講解，我們還是會希望老師能夠拿起最行之有效的教學工具——粉筆，來為我們解答疑惑。目前，我國高校中所使用的黑板，多為烤漆材質的面板。此種材質不易磨損、硬度好、便于書寫，可以很大程度上緩解自然光及白熾燈光的鏡面反射，并可以最大程度保護學生的視力。粉筆的成分主要為不易分解的碳酸鈣和硫酸鈣，或含少量的氧化鈣，其顆粒比粉塵大，多在以上，質量較重。擦黑板時，摩擦所產生的靜電會使粉筆粉塵吸附于黑板表面，導致黑板清潔不徹底。尤其是干燥的北方地區，秋冬季節情況更甚。粉塵吸附現象已成為教室清潔時的一大困擾，粉筆灰如不能被及時的有效清除和凈化，不僅會造成粉塵飛揚污染教室環境，同時也是很多肺部、咽喉疾病的誘因，很大一部分長期接觸粉筆的中老年教師身患慢性咽炎、甚至哮喘的疾病，而這種現象卻常常被人忽視的。本文擬設計一種將機械傳動與電場力巧妙結合的新型黑板擦，其內部提供粉塵收納功能，從而提高擦拭效率和擦拭質量，并兼具節能環保的性能。

1 基本構造

外觀方面，根據使用時的抓握習慣，以及為保證最大限度的收集粉塵，我們采用傳統的長方體底盒和獨特設計的均勻布置的可替換模塊蓋板構成。

蓋板主要包括擦拭模塊和帶孔底板兩部分，如圖1所示。擦拭模塊采用尼龍面層內包海綿的方式，底部設置便于安裝的塑料材質暗扣，交錯、間隔安裝于模塊底板上。模塊底板上具有圓形孔洞，便于粉灰通過孔洞進入粉筆擦內部。

底盒主要包括單側孔壁、過濾網、粉塵盒、活動百葉、電極板、風扇和動力箱等部分，如圖2所示，其中動力箱位于電極板的下方。底盒采用堅固的鋼化塑料材質，能夠有效的保護內部各種機械、電子裝置和其他部件，大大延長了使用壽命。

2 工作原理

板擦的機械傳動和電路等零部件位于電極板下方的動力箱中，有獨立的外殼保護，防止粉塵污染，保證板擦正常工作。

基本工作原理：如圖3所示，擦黑板時，通過末端帶有質量球的輕質搖桿的限位左右擺動，帶動與搖桿固結的齒輪規律性變向轉動，從而推動齒條往復運動。在齒條末端固結有永磁體，通過機械傳動催動永磁體往復切割磁感線圈發電，周期性的電流通過電路傳遞給電極板。另外，擦拭黑板時，通過摩擦生電已使粉塵帶有電荷，這部分粉塵與電極板之間必然產生吸附作用，從而達到收集粉塵的目的。

為使板擦的使用更為便利，電路盒內還將設置一個小型電容，以滿足板擦的其他附加功能。板擦配備了一個能夠滿足至少兩小時的大需求教學活動的粉塵收納盒。當板擦的一次使用完成后，將板擦倒置于桌面，將會觸發其內重力感應開關，使切斷電極板與電源的連通，解除對粉塵的束縛，同時啟動風扇，形成局部氣流，將收集粉塵直接送入粉塵收納盒中。粉塵盒上帶有活動百葉，風扇吹動時，百葉打開，粉塵進入，風扇停止工作時，百葉落下，控制粉塵回流。粉塵盒采用抽屜形式，可由側邊扣手將其取出，方便傾倒粉塵、清潔或更換過濾網等等。

3 板擦的優點

1）環保，粉塵凈化效率高，能夠捕集0.01微米以上的細粒粉塵;

2）節能，利用機械能轉化為電能防止資源浪費;

3）可循環使用，板擦的表面損耗部件可替換，可以實現板擦的長時間使用;

4）符合現代人的審美需求，為教學活動提供新鮮趣味。

4 結束語

本文寫作目的為緩解實踐教學活動中普遍存在的粉塵問題，利用當下先進的科學技術理論，將力學原理巧妙的融入到傳統板擦中，并且在外形及結構等方面均有所創新。該板擦的環保和可循環程度極高，緊密貼合綠色持續健康發展的時代潮流，努力為高校師生營造一個更加高效、節能、環保的教學環境。

[參考文獻]

[1]? 黃藍青，張晨雷.粉筆灰對于身體的危害及解決方法[J].清洗世界，2019，v.35;No.287，54-55.

[2]殷磊.一種手壓式發電手電筒[P].CN203322757U.2013-12-04.

[3]仝世學，褚慶忠，等.基于靜電吸附原理的光能無塵黑板擦的研究[J].科學技術創新，2018，199-200.

[4]陳鑒，邵春光.機械吸塵黑板擦的研究設計[J].企業技術開發，2014，v.33;No.441，20-21.

[5]王志，方岳，等.基于健康考慮的智能吸塵黑板檫的設計與研究[J].計算機產品與流通，2019，121.