適用于不同教學(xué)環(huán)境的多功能課桌

◆福建省廈門集美中學(xué) 謝森宇

走班制已從高校延伸到高中、初中，然而在這些學(xué)校經(jīng)常出現(xiàn)的情況是：學(xué)生從一棟教學(xué)樓走到另一棟教學(xué)樓，從一個(gè)教室走到另一個(gè)教室。由于缺乏一張長時(shí)間陪伴的課桌，很多學(xué)生變得不愛惜課桌。

是否有一種課桌可以滿足不同的課堂、教學(xué)與學(xué)習(xí)需求？學(xué)生不用跑來跑去，也能讓其有相對屬于自己的時(shí)間？

一、解決思路

經(jīng)過多次觀察，我發(fā)現(xiàn)，有些課堂教學(xué)是可以融合的。例如，信息技術(shù)課堂與常規(guī)課堂在硬件上的區(qū)別是多了電腦主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器。如果能將這些物件在不用的時(shí)候收起來，用的時(shí)候“變”出來，不就可以結(jié)合了嗎？

又比如，一些校本課程——探究課程、綜合實(shí)踐、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)等需用到電腦，甚至要用到傳感器、實(shí)驗(yàn)板、單片機(jī)等硬件，能否將它們進(jìn)行合理收納？

再比如，數(shù)字學(xué)科實(shí)驗(yàn)也需用到電腦，這時(shí)，只需提供必備的學(xué)科實(shí)驗(yàn)器材，就能在電腦上做可視化的數(shù)字學(xué)科實(shí)驗(yàn)。

基于上面的想法，我提出一個(gè)設(shè)想：設(shè)計(jì)一種多功能課桌，用于滿足以下四種不同教學(xué)需要：“正常課堂模式”，常規(guī)課堂使用，擁有一塊平整的桌面；“信息技術(shù)課堂模式”，信息技術(shù)教學(xué)課堂使用，即需要使用電腦且可收納鍵盤；“學(xué)科實(shí)驗(yàn)課模式”，裝上實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)現(xiàn)可視化、數(shù)字化的學(xué)科實(shí)驗(yàn)；“硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?，嵌入有模塊化的實(shí)驗(yàn)板，可用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)模電、數(shù)電、傳感器等電子電路的實(shí)驗(yàn)。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1。

1.按壓式升降顯示器

采用彈跳機(jī)芯，通過按壓使顯示屏在隱藏桌面和升起桌面時(shí)有1cm 的高度差，便于學(xué)生用手提拉顯示屏，實(shí)現(xiàn)升降。

2.實(shí)驗(yàn)板電動升降臺

采用步進(jìn)電機(jī)的動力裝置，經(jīng)過桌面面板的上升、下降按鈕控制，可將升降臺升起或降下，在機(jī)構(gòu)上設(shè)置上、下限位開關(guān)，控制實(shí)驗(yàn)板的升降距離。在動力設(shè)計(jì)上，采用2 相4 線制步進(jìn)電機(jī)，保證限位位置的準(zhǔn)確。

3.有機(jī)蓋板

用較厚的有機(jī)蓋板遮擋升降臺。后續(xù)實(shí)際研發(fā)中，該區(qū)域需要進(jìn)行重點(diǎn)更新。

4.電源及各類接口面板

學(xué)科實(shí)驗(yàn)及各類實(shí)驗(yàn)中，需要接電以及其他設(shè)備，需預(yù)留各類插座面板，如USB 口、網(wǎng)口、LPT 口及9 針COM 口。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

5.鍵盤抽屜、儲物板、桌腿結(jié)構(gòu)等

各類常規(guī)使用、無法整合設(shè)計(jì)且必須使用的結(jié)構(gòu)。

三、電動升降結(jié)構(gòu)

對網(wǎng)購的微型實(shí)驗(yàn)室手動升降臺進(jìn)行改造，在其結(jié)構(gòu)上增添步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路、步進(jìn)電機(jī)支架。在旋鈕連接桿上焊一個(gè)同字殼支架，將旋鈕取下，在支架上安裝絲桿套，將絲桿套與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)上方裝有控制板，步進(jìn)電機(jī)行程受限于上、下限位開關(guān)。如圖2 所示。

圖2 升降臺改進(jìn)前、后對比圖

四、使用方法及創(chuàng)新點(diǎn)

用于常規(guī)課堂時(shí)，桌面平整，鍵盤收起，顯示屏收起。用于信息課堂時(shí)，按下按鈕，顯示屏升起，拉出鍵盤架，即可使用。用于實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)，在信息課堂模式的基礎(chǔ)上，在桌面擺放對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，接入相應(yīng)的數(shù)據(jù)線。用于探究課堂時(shí)，打開有機(jī)蓋板，通過升降臺將內(nèi)嵌的實(shí)驗(yàn)板升起，開展探究實(shí)驗(yàn)。該多功能桌引入有機(jī)蓋板，可在上課時(shí)給學(xué)生提供直觀感受，使其主動學(xué)習(xí)。

圖3 多功能課桌實(shí)物圖

將桌椅快速清理干凈是讓機(jī)房管理人員頭疼的問題。設(shè)計(jì)伊始，我十分注重課桌衛(wèi)生清潔的便利性，讓桌面保持平整，避免留下衛(wèi)生死角。同時(shí)加強(qiáng)其牢固性，避免內(nèi)部的設(shè)備被輕易破壞。

（指導(dǎo)老師：劉千方 楊毅斌 宋永興）

作者心聲

在實(shí)際安裝過程中，由于尺寸和比例的問題，預(yù)想裝置與模型不合，出現(xiàn)了多次卡頓、升降機(jī)故障的問題，讓我備受打擊。往常我是一個(gè)怕麻煩的人，“從頭再來”這樣的字眼極少會出現(xiàn)在我的腦海。但這次，老師那句“作為科創(chuàng)人，麻煩與你形影不離，重要的是解決它，而不是逃避它”一直回響在我耳邊。于是我將之前的假設(shè)推倒，慢慢地從不確定、試試看變得信心滿滿。

通過這次科技創(chuàng)新活動，我學(xué)到了很多，從接受生活中的不便利到想要改變，最后實(shí)現(xiàn)改變，我十分自豪和開心。

掃一掃，看看“適用于不同教學(xué)環(huán)境的多功能課桌”是如何工作的

專家點(diǎn)評

從選題的方法上分析，謝森宇同學(xué)制作“適用于不同教學(xué)環(huán)境的多功能課桌”的方法屬于“適應(yīng)需求法”，是基于發(fā)明人自身學(xué)習(xí)的需求而確定的；從解題的方式上看，這是一個(gè)集成創(chuàng)新的作品。

通俗地說，“適應(yīng)需求法”就是“找需要”。人們一般會從生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等方面的新需求來尋找發(fā)明創(chuàng)造的課題。然而，學(xué)生要在學(xué)習(xí)中找到新需求的發(fā)明課題是很難的，因?yàn)槿藗兂３Ｓ幸曈X盲區(qū)，就是所謂的“燈下黑”。要解決這個(gè)盲區(qū)問題，我們在學(xué)習(xí)中就必須有意識地去發(fā)現(xiàn)新的需求，并進(jìn)行發(fā)明實(shí)踐。

集成創(chuàng)新的作品往往功能多，解決的問題也多，但也會讓人感覺操作不便，甚至有累贅之感，這是發(fā)明人需要權(quán)衡與把控的重點(diǎn)。