CN113096500A - 一种用于智慧教育的教学演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于智慧教育的教学演示装置。包括操作台和安装在操作台上的试验组件、计算机组件和服务器组件；所述试验组件包括圆柱形保护罩、托盘、升降机构、第一桶体、第二桶体、固定轴、转盘、旋转驱动机构、摄像单元、拉力传感器、连杆、试块、上液机构和液体回收机构，使得学生直观的体会到物体在液体中所受浮力的大小，只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关，与物体本身的密度、运动状态、浸没在液体中的深度等因素无关，从而提高智慧教育的教学质量。
Description
技术领域
本发明涉及智慧教育及教学技术领域，具体而言，涉及一种用于智慧教育的教学演示装置。
背景技术
随着互联网技术的快速发展，互联网技术开始应用于教育、工业、军事等各行各业中。而互联网技术应用于教育行业，使得通过互联网实现的在线教学方法应运而生，智慧教育即教育信息化，是指在教育领域(教育管理、教育教学和教育科研)全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革与发展的过程。其技术特点是数字化、网络化、智能化和多媒体化，基本特征是开放、共享、交互、协作、泛在。以教育信息化促进教育现代化，用信息技术改变传统模式。
在物理教学中，浮力是力学中的一大重点，在浮力测试的实验中，如何直观的让学生理解浮力现象，是一个好的演示装置所必须解决的问题，为此提出一种用于智慧教育的教学演示装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于智慧教育的教学演示装置，旨在解决现有技术中存在的问题。
本发明是这样实现的：一种用于智慧教育的教学演示装置，包括操作台和安装在操作台上的试验组件、计算机组件和服务器组件；其中，所述试验组件包括圆柱形保护罩、托盘、升降机构、第一桶体、第二桶体、固定轴、转盘、旋转驱动机构、摄像单元、拉力传感器、连杆、试块、上液机构和液体回收机构，所述圆柱形保护罩固定安装在操作台上，操作台上安装有升降机构，升降机构的输出端固定连接有托盘，升降机构用于带动托盘上下移动，托盘的上侧面固定安装有三个第一桶体和三个第二桶体，第一桶体与第二桶体高度箱体，但第一桶体的内径大于第二桶体，所述圆柱形保护罩的内顶壁上固定连接有固定轴，固定轴上通过轴承座转动安装有转盘，转盘上传动连接有旋转驱动机构，旋转驱动机构用于带动转盘旋转，转盘的下侧面固定安装有十八个拉力传感器，十八个拉力传感器分两排，且呈圆形矩阵式布置，拉力传感器的下方固定连接有连杆，连杆的下端设有试块，两排的试块位置分别与第一桶体和第二桶体相对应，所述摄像单元安装在固定轴的下端，摄像单元用于拍摄试块浸入到第一桶体和第二桶体内的画面、旋转驱动机构，上液机构和液体回收机构均设置在操作台上，上液机构用于向第一桶体和第二桶体内加入溶液，液体回收机构用于回收圆柱形保护罩内溢出的溶液；所述计算机组件与升降机构、旋转驱动机构、摄像单元、拉力传感器、上液机构和液体回收机构电性连接，计算机组件用于接收摄像单元拍摄到的画面，和拉力传感器检测到的拉力值，同时计算机组件还用于控制升降机构、上液机构和液体回收机构的工作；所述服务器组件用于将计算机组件中的视频和数据上传到智慧教育平台，供他人网上学习。
通过上述的技术方案，学生可以通过登录智慧教育平台进行学习，通过将相同密度的试块浸入到不同密度的液体中，能够向学生直观的展示浮力与液体密度的关系，浮力与溶液的体积无关，通过对比第一组试块和第二组试块的试验数据，可以向学生直观的展示密度不同的试块所收到的浮力大小是相同的，即物体在液体中所受浮力的大小与物体本身的密度。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述操作台的下侧面固定安装有四个支撑腿，四个支撑腿上安装有万向轮。通过上述的技术方案，能够方便移动。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述圆柱形保护罩采用透明玻璃材质制造。通过上述的技术方案，便于操作者观察内部的结构和试验的进行。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述圆柱形保护罩的内侧壁上竖向安装有补光灯。通过上述的技术方案，能够便于摄像单元更加清楚的拍摄。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述升降机构包括伺服电缸和位移传感器，所述伺服电缸固定安装在操作台的下侧面，伺服电缸的伸缩端固定安装在托盘的下侧面，所述位移传感器安装在托盘和操作台之间，位移传感器用于检测托盘上升的高度并传输至计算机组件中。通过上述的技术方案，能够精准的控制伸缩的高度，位移传感器能够检测到操作台上升的高度，该高度可以作为绘制图表的横坐标，浮力作为绘制图表的纵坐标，从而直观的反应出试块浸入的深度与浮力间的关系。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述旋转驱动机构包括伺服电机、齿轮和环形齿条，所述伺服电机固定安装在圆柱形保护罩的顶部，伺服电机的输出轴转动贯穿圆柱形保护罩的顶部到达圆柱形保护罩的内部，并固定连接有齿轮，所述齿轮啮合有环形齿条，所述环形齿条固定连接在转盘上。通过上述的技术方案，能够精准的控制转盘旋转的角度，使得试块能够对准下方的第一桶体和第二桶体。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述上液机构包括有水箱、水泵和Y型水管，所述水箱有三个，三个水箱内分别盛放有不同密度的液体，水箱内设有水泵，所述水泵连接有Y型水管，所述Y型水管的端部分别连通在第一桶体和第二桶体的底壁上。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述液体回收机构包括回收箱体，回收水管和阀门，所述回收箱体安装在操作台的底部，回收箱体上连接有所述回收水管，所述回收水管的端部连接有阀门，所述阀门连通在圆柱形保护罩的底部。
作为对本发明所述的一种用于智慧教育的教学演示装置进一步的改进，优选的，所述连杆的下端开设有螺纹槽，且试块的上端开设有螺纹孔，连杆与试块间螺纹连接上。通过上述的技术方案，可以按照自身需要更换试块，扩大使用场景。
与现有技术相比，本发明提供的一种用于智慧教育的教学演示装置具有以下优势：
1、通过设置试验组件、计算机组件和服务器组件，学生可以通过登录智慧教育平台进行学习，通过将相同密度的试块浸入到不同密度的液体中，能够向学生直观的展示浮力与液体密度的关系，浮力与溶液的体积无关，通过对比密度不同的试块进行对比，可以向学生直观的展示密度不同的试块所收到的浮力大小是相同的，即物体在液体中所受浮力的大小与物体本身的密度，使得学生直观的体会到物体在液体中所受浮力的大小，只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关，与物体本身的密度、运动状态、浸没在液体中的深度等因素无关，从而提高智慧教育的教学质量。
2、使用者可以同计算机组件控制试验组件，大大降低了使用者的工作强度，也减少了人为的失误，能够大大提高教学的效率。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明另一个状态的立体结构示意图；
图3是转盘、摄像单元、拉力传感器、连杆、试块的连接立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
如图1-3所示，本实施方式提供一种用于智慧教育的教学演示装置，包括操作台1和安装在操作台1上的试验组件、计算机组件2和服务器组件3；其中，所述试验组件包括圆柱形保护罩4、托盘5、升降机构6、第一桶体7、第二桶体8、固定轴9、转盘10、旋转驱动机构11、摄像单元12、拉力传感器13、连杆14、试块15、上液机构16和液体回收机构17，所述圆柱形保护罩4固定安装在操作台1上，操作台1上安装有升降机构6，升降机构6的输出端固定连接有托盘5，升降机构6用于带动托盘5上下移动，托盘5的上侧面固定安装有三个第一桶体7和三个第二桶体8，第一桶体7与第二桶体8高度箱体，但第一桶体7的内径大于第二桶体8，所述圆柱形保护罩4的内顶壁上固定连接有固定轴9，固定轴9上通过轴承座转动安装有转盘10，转盘10上传动连接有旋转驱动机构11，旋转驱动机构11用于带动转盘10旋转，转盘10的下侧面固定安装有十八个拉力传感器13，十八个拉力传感器13分两排，且呈圆形矩阵式布置，拉力传感器13的下方固定连接有连杆14，连杆14的下端设有试块15，两排的试块15位置分别与第一桶体7和第二桶体8相对应，所述摄像单元12安装在固定轴9的下端，摄像单元12用于拍摄试块15浸入到第一桶体7和第二桶体8内的画面、旋转驱动机构11，上液机构16和液体回收机构17均设置在操作台1上，上液机构16用于向第一桶体7和第二桶体8内加入溶液，液体回收机构17用于回收圆柱形保护罩4内溢出的溶液；所述计算机组件2与升降机构6、旋转驱动机构11、摄像单元12、拉力传感器13、上液机构16和液体回收机构17电性连接，计算机组件2用于接收摄像单元12拍摄到的画面，和拉力传感器13检测到的拉力值，同时计算机组件2还用于控制升降机构6、上液机构16和液体回收机构17的工作；所述服务器组件3用于将计算机组件2中的视频和数据上传到智慧教育平台，供他人网上学习。
使用时，使用者通过计算机组件2操作升降机构6、旋转驱动机构11、摄像单元12、上液机构16和液体回收机构17工作，十八个试块15是对应在下方的六个第一桶体7和第二桶体8的，因此十八个试块15一共能分为三组，三组的试块15所采用的材质密度不同，可以分别是金属块、木块和塑料块，旋转驱动机构11将一组密度相同的试块15旋转到第一桶体7和第二桶体8对应的位置后，升降机构6抬升托盘5，使得托盘5上的第一桶体7和第二桶体8逐渐浸没六个试块15，三个第一桶体7内分别盛放有密度不同的液体，可以是盐水、纯净水和煤油，三个第二桶体8内盛放的是与第一桶体7内相同且对应的液体，液体所产生的浮力会通过导致拉力传感器13检测的数值发生变化，所变化的数值即为浮力，可以在计算机组件2中通过程序生成一个更加直观的图表，同时摄像单元12实时的记录下试块15浸入的过程，学生可以通过登录智慧教育平台进行学习，通过将相同密度的试块15浸入到不同密度的液体中，能够向学生直观的展示浮力与液体密度的关系，通过设置大小不同的第一桶体7和第二桶体8，能够向学生直观的展示，浮力与溶液的体积无关，即只要密度相同，河流中的浮力与池塘中的浮力也是相同的，一组实验完成后，升降机构6下降，上液机构16向第一桶体7和第二桶体8内重新充入液体，旋转驱动机构11将下一组试块15转动到与第一桶体7和第二桶体8对应的位置，需要说明的是，旋转驱动机构11在旋转时，试块15上附着的液体可能会滴洒到第一桶体7和第二桶体8内，但是由于滴洒量较少，且每次试验后上液机构16都会向第一桶体7和第二桶体8内重新充入液体，因此，导致的密度变化可以忽略不计，并不影响正常的试验进行，此时升降机构6再次上升，通过对比第一组试块15和第二组试块15的试验数据，可以向学生直观的展示密度不同的试块15所收到的浮力大小是相同的，即物体在液体中所受浮力的大小与物体本身的密度。
作为本发明的一种实施方式，所述操作台1的下侧面固定安装有四个支撑腿18，四个支撑腿18上安装有万向轮19，方便移动。
作为本发明的一种实施方式，所述圆柱形保护罩4采用透明玻璃材质制造，便于操作者观察内部的结构和试验的进行。
作为本发明的一种实施方式，所述圆柱形保护罩4的内侧壁上竖向安装有补光灯20。
作为本发明的一种实施方式，所述升降机构6包括伺服电缸和位移传感器，所述伺服电缸固定安装在操作台1的下侧面，伺服电缸的伸缩端固定安装在托盘5的下侧面，所述位移传感器安装在托盘5和操作台1之间，位移传感器用于检测托盘5上升的高度并传输至计算机组件2中，伺服电缸能够精准的控制伸缩的高度，位移传感器能够检测到操作台1上升的高度，该高度可以作为绘制图表的横坐标，浮力作为绘制图表的纵坐标，从而直观的反应出试块15浸入的深度与浮力间的关系。
作为本发明的一种实施方式，所述旋转驱动机构11包括伺服电机、齿轮和环形齿条，所述伺服电机固定安装在圆柱形保护罩4的顶部，伺服电机的输出轴转动贯穿圆柱形保护罩4的顶部到达圆柱形保护罩4的内部，并固定连接有齿轮，所述齿轮啮合有环形齿条，所述环形齿条固定连接在转盘10上，通过伺服电机驱动转盘10，能够精准的控制转盘10旋转的角度，使得试块15能够对准下方的第一桶体7和第二桶体8。
作为本发明的一种实施方式，所述上液机构16包括有水箱、水泵和Y型水管，所述水箱有三个，三个水箱内分别盛放有不同密度的液体，水箱内设有水泵，所述水泵连接有Y型水管，所述Y型水管的端部分别连通在第一桶体7和第二桶体8的底壁上。
作为本发明的一种实施方式，所述液体回收机构17包括回收箱体，回收水管和阀门，所述回收箱体安装在操作台1的底部，回收箱体上连接有所述回收水管，所述回收水管的端部连接有阀门，所述阀门连通在圆柱形保护罩4的底部。
作为本发明的一种实施方式，所述连杆14的下端开设有螺纹槽，且试块15的上端开设有螺纹孔，连杆14与试块15间螺纹连接上，可以按照自身需要更换试块15，扩大使用场景。
本实施方式的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图所示，为本发明提供的较佳实施方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，包括操作台(1)和安装在操作台(1)上的试验组件、计算机组件(2)和服务器组件(3)；其中，
所述试验组件包括圆柱形保护罩(4)、托盘(5)、升降机构(6)、第一桶体(7)、第二桶体(8)、固定轴(9)、转盘(10)、旋转驱动机构(11)、摄像单元(12)、拉力传感器(13)、连杆(14)、试块(15)、上液机构(16)和液体回收机构(17)，所述圆柱形保护罩(4)固定安装在操作台(1)上，操作台(1)上安装有升降机构(6)，升降机构(6)的输出端固定连接有托盘(5)，升降机构(6)用于带动托盘(5)上下移动，托盘(5)的上侧面固定安装有三个第一桶体(7)和三个第二桶体(8)，第一桶体(7)与第二桶体(8)高度箱体，但第一桶体(7)的内径大于第二桶体(8)，所述圆柱形保护罩(4)的内顶壁上固定连接有固定轴(9)，固定轴(9)上通过轴承座转动安装有转盘(10)，转盘(10)上传动连接有旋转驱动机构(11)，旋转驱动机构(11)用于带动转盘(10)旋转，转盘(10)的下侧面固定安装有十八个拉力传感器(13)，十八个拉力传感器(13)分两排，且呈圆形矩阵式布置，拉力传感器(13)的下方固定连接有连杆(14)，连杆(14)的下端设有试块(15)，两排的试块(15)位置分别与第一桶体(7)和第二桶体(8)相对应，所述摄像单元(12)安装在固定轴(9)的下端，摄像单元(12)用于拍摄试块(15)浸入到第一桶体(7)和第二桶体(8)内的画面、旋转驱动机构(11)，上液机构(16)和液体回收机构(17)均设置在操作台(1)上，上液机构(16)用于向第一桶体(7)和第二桶体(8)内加入溶液，液体回收机构(17)用于回收圆柱形保护罩(4)内溢出的溶液；
所述计算机组件(2)与升降机构(6)、旋转驱动机构(11)、摄像单元(12)、拉力传感器(13)、上液机构(16)和液体回收机构(17)电性连接，计算机组件(2)用于接收摄像单元(12)拍摄到的画面，和拉力传感器(13)检测到的拉力值，同时计算机组件(2)还用于控制升降机构(6)、上液机构(16)和液体回收机构(17)的工作；
所述服务器组件(3)用于将计算机组件(2)中的视频和数据上传到智慧教育平台，供他人网上学习。
2.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述操作台(1)的下侧面固定安装有四个支撑腿(18)，四个支撑腿(18)上安装有万向轮(19)。
3.如权利要求2所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述圆柱形保护罩(4)采用透明玻璃材质制造。
4.如权利要求3所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述圆柱形保护罩(4)的内侧壁上竖向安装有补光灯(20)。
5.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述升降机构(6)包括伺服电缸和位移传感器，所述伺服电缸固定安装在操作台(1)的下侧面，所述伺服电缸的伸缩端固定安装在托盘(5)的下侧面，所述位移传感器安装在托盘(5)和操作台(1)之间，位移传感器用于检测托盘(5)上升的高度并传输至计算机组件(2)中。
6.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述旋转驱动机构(11)包括伺服电机、齿轮和环形齿条，所述伺服电机固定安装在圆柱形保护罩(4)的顶部，伺服电机的输出轴转动贯穿圆柱形保护罩(4)的顶部到达圆柱形保护罩(4)的内部，并固定连接有齿轮，所述齿轮啮合有环形齿条，所述环形齿条固定连接在转盘(10)上。
7.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述上液机构(16)包括有水箱、水泵和Y型水管，所述水箱有三个，三个水箱内分别盛放有不同密度的液体，水箱内设有水泵，所述水泵连接有Y型水管，所述Y型水管的端部分别连通在第一桶体(7)和第二桶体(8)的底壁上。
8.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述液体回收机构(17)包括回收箱体，回收水管和阀门，所述回收箱体安装在操作台(1)的底部，回收箱体上连接有所述回收水管，所述回收水管的端部连接有阀门，所述阀门连通在圆柱形保护罩(4)的底部。
9.如权利要求1所述的一种用于智慧教育的教学演示装置，其特征在于，所述连杆(14)的下端开设有螺纹槽，且试块(15)的上端开设有螺纹孔，连杆(14)与试块(15)间螺纹连接。
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2021
- 2021-04-14 CN CN202110401973.6A patent/CN113096500A/zh active Pending
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