CN213123486U - 光具座实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光具座实验仪，包括导轨，在导轨上设置有多个元件，元件包括光源、凸透镜和成像屏，光源、凸透镜和成像屏分别通过底部设置的滑座与导轨滑动连接；还包括：采集部，采集部具有角度采集单元和测距单元；信号传输部；其中，所述角度采集单元用于采集多个元件的角度信息，测距单元用于采集光源、凸透镜和成像屏之间的距离信息，信号传输部用于接收采集部的数据信息并发送至上位机。本实用新型优点在于通过采集部，能够对学生在操作光具座过程中每个操作动作进行数据采集，并且上位机通过标准化算法对采集到的数据进行计算分析，判断学生在实验过程的操作动作的动作是否规范，是否能够真正掌握、理解学科知识并进行实践应用。

Description

光具座实验仪

技术领域

本实用新型教学仪器，尤其是涉及一种光具座实验仪，本实用新型还涉及一种光具座实验仪教学数据采集系统。

背景技术

物理、化学、生物是以实验为基础的课程,实验教学对学生理解能力、理论掌握能力以及实验能力的培养有着重要的意义。物理、化学、生物实验教学的目标包括认知和操作两个领域,在认知领域方面的教学问题研究较多,而实验操作技能领域方面的研究比较少。实验教学考查的目标就是对操作技能和教学结果进行检查,发现问题,不断改进,达到进一步提高教学质量的目的。

光具座实验仪是中学物理、化学，小学科学实验中常用的实验仪器，当采用传统教学实验仪器进行实验教学时，由于学生多，教师少，教师只能通过观察个别学生的操作过程和结果来判断学生实验操作动作、过程的掌握情况，不能够实现对单个学生的整个实验操作过程进行完整的观察、指导和判断，更不能对所有学生的学习情况做出准确的评判。学生是否能够掌握操作技能、理解学科知识并进行实践应用，是需要对整个实验操作过程的步骤是否科学，动作是否规范进行标准化考评，结合正确的实验结果，才能做出准确的判断。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种光具座实验仪，本实用新型还提供一种光具座实验仪教学数据采集系统。

为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：

本实用新型所述的光具座实验仪，包括导轨，在所述导轨上设置有多个元件，所述元件包括光源、凸透镜和成像屏，所述光源、凸透镜和成像屏分别通过底部设置的滑座与导轨滑动连接；还包括：

采集部，所述采集部具有角度采集单元和测距单元；

信号传输部；

其中，所述角度采集单元用于采集所述光源、凸透镜和成像屏的角度信息，所述测距单元用于采集光源、凸透镜和成像屏之间的距离信息，所述信号传输部用于接收采集部的数据信息并发送至上位机。

具体的，所述角度采集单元包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器设置在所述光源的滑座上，用于测量光源的角度数据信息；

第二角度传感器，所述第二角度传感器设置在所述凸透镜的滑座上，用于测量凸透镜的角度数据信息；

第三角度传感器，所述第三角度传感器设置在所述成像屏的滑座上，用于测量成像屏的角度数据信息。

具体的，所述测距单元包括：

第一测距传感器，所述第一测距传感器设置在光源或凸透镜的滑座上，用于测量光源到凸透镜之间的距离数据信息；

第二测距传感器，所述第二测距传感器设置在成像屏或凸透镜的滑座上，用于测量成像屏到凸透镜之间的距离数据信息。

具体的，所述信号传输部为多个传输单元，所述传输单元分别设置在光源、凸透镜和成像屏底部的滑座内，均包括单片机，所述单片机的模拟信号输入接口，用于通过模拟信号放大处理单元接收对应元件上的传感器的数据信号；单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将数据信号发送给上位机。

具体的，所述传输单元还包括计时模块，所述计时模块用于感知各个传感器的数值不再变化时长与设定时长一致时，单片机控制无线发射模块将数据信息发送给上位机。

具体的，所述第一测距传感器和第二测距传感器为激光测距模块或红外测距模块。

一种光具座实验仪教学数据采集系统，包括：

数据分析单元，所述数据分析单元包括上位机、无线接收模块和储存模块；

数据采集单元，所述数据采集单元包括多个所述光具座实验仪；

其中，多个所述光具座实验仪的数据信息分别无线传输至所述无线接收模块，所述无线接收模块将数据信息发送至所述上位机，所述上位机将数据信息分析处理后发送至所述存储模块储存。

具体的，还包括显示屏，所述显示屏用于调取并显示所述上位机存储的实验数据。

本实用新型优点在于通过采集部，能够对学生在操作光具座过程中每个操作动作进行数据采集，并且上位机通过标准化算法对采集到的数据进行计算分析，判断学生在实验过程的操作动作的动作是否规范、顺序是否正确，是否能够真正掌握、理解学科知识并进行实践应用。考评结论能够实时向教师和学生反馈，使学生能及时纠正错误，或在教师的指导下能够有针对性的进行补充学习。多个学生在日常实验操作过程中反映出来的问题可以通过本系统进行大数据分析，根据分析结果判断班级、学校甚至整个地区的学生对化学实验操作技能掌握情况和教学结果的评价，找出普遍问题及薄弱环节，从而对教学方法进行改进和提升，进一步提高教学质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图。

图2本实用新型实施例1的电路原理框图。

图3是本实用新型实施例2的电路原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1：

如图1、2所示，本实用新型所述的光具座实验仪，包括导轨10，在导轨10上设置有多个元件，元件包括光源20、凸透镜30和成像屏40，光源20、凸透镜30和成像屏40分别通过底部设置的滑座（50a、50b、50c）与导轨10滑动连接；还包括：

采集部60，采集部60具有角度采集单元610和测距单元620；

信号传输部70；

其中，角度采集单元610用于采集光源20、凸透镜30和成像屏40的角度信息，测距单元620用于采集光源20、凸透镜30和成像屏40之间的距离信息，信号传输部70用于接收采集部60的数据信息并发送至上位机；

具体的，角度采集单元610包括：

第一角度传感器611，第一角度传感器611设置在光源20的滑座50a上，用于测量光源20的角度数据信息；

第二角度传感器612，第二角度传感器612设置在凸透镜30的滑座50b上，用于测量凸透镜30的角度数据信息；

第三角度传感器613，第三角度传感器613设置在成像屏40的滑座50c上，用于测量成像屏40的角度数据信息；

测距单元620包括：

第一测距传感器621，第一测距传感器621设置在光源20（也可以设置在凸透镜30上，对准光源20即可）的滑座50a上，用于测量光源20到凸透镜30之间的距离数据信息；

第二测距传感器622，第二测距传感器622设置在成像屏40（也可以设置在凸透镜30上，对准成像屏40即可）的滑座50c上，用于测量成像屏40到凸透镜30之间的距离数据信息；

信号传输部70为三个传输单元（70a、70b、70c），均包括单片机，单片机的模拟信号输入接口，用于通过模拟信号放大处理单元接收对应元件上的传感器的数据信号；单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将数据信号发送给上位机，传输单元（70a、70b、70c）分别通过塑料壳体封装后，螺接设置在光源20、凸透镜30和成像屏40底部的滑座（50a、50b、50c）内；

具体的，传输单元70a设置在光源20的滑座50a内，单片机的模拟信号放大处理单元接收第一角度传感器611和第一测距传感器621输出的角度和距离数据信号，单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将角度和距离数据信号发送给上位机；

传输单元70b设置在透镜30的滑座50b内，单片机的模拟信号放大处理单元接收第二角度传感器612输出的角度数据信号，单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将角度数据信号发送给上位机；

传输单元70c设置在成像屏40的滑座50c内，单片机的模拟信号放大处理单元接收第三角度传感器613和第二测距传感器622输出的角度和距离数据信号，单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将角度和距离数据信号发送给上位机；

第一测距传感器621和第二测距传感器622为激光测距模块（或红外测距模块），第一测距传感器621用于采集光源20到凸透镜30之间的距离数据信息，第二测距传感器622用于采集成像屏40到凸透镜30之间的距离数据信息。

其工作原理为：在光具座实验仪的每个元件底部设置角度传感器来测量每个元件的角度信息，判断每个元件的安装是否基本垂直于导轨10，评判学生是否掌握了光具座的调平操作；在光具座实验仪的元件底部设置测距传感器来测量物距、像距的数值，读取凸透镜成像实验时物距、像距之间的相对距离，评判学生是否掌握了光具座的凸透镜成像规律。

实施例2：本实用新型所述的光具座实验仪教学数据采集系统，包括：

数据分析单元1，数据分析单元1包括上位机、无线接收模块和储存模块；

数据采集单元2，数据采集单元2包括多个光具座实验仪；

显示屏；

其中，多个光具座实验仪的数据信息分别无线传输至无线接收模块，无线接收模块将数据信息发送至上位机，上位机将数据信息分析处理后发送至所述存储模块储存；显示屏用于调取并显示上位机存储的实验数据。

上位机在接收到多个光具座实验仪的数据信息后，上位机通过数据分析软件按照实验要求设计的专业数据分析软件，通过标准化算法对采集到的数据进行计算分析，判断学生在实验过程的操作动作的动作是否规范、顺序是否正确，是否能够真正掌握、理解学科知识并进行实践应用。考评结论能够通过显示屏实时向教师和学生反馈，使学生能及时纠正错误，或在教师的指导下能够有针对性的进行补充学习。多个学生在日常实验操作过程中反映出来的问题可以通过本系统进行大数据分析，根据分析结果判断班级、学校甚至整个地区的学生对化学实验操作技能掌握情况和教学结果的评价，找出普遍问题及薄弱环节，从而对教学方法进行改进和提升，进一步提高教学质量。

Claims (6)

1.一种光具座实验仪，包括导轨，在所述导轨上设置有多个元件，所述元件包括光源、凸透镜和成像屏，所述光源、凸透镜和成像屏分别通过底部设置的滑座与导轨滑动连接；其特征是，还包括：

采集部，所述采集部具有角度采集单元和测距单元；

信号传输部；

其中，所述角度采集单元用于采集所述光源、凸透镜和成像屏的角度信息，所述测距单元用于采集光源、凸透镜和成像屏之间的距离信息，所述信号传输部用于接收采集部的数据信息并发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的光具座实验仪，其中，所述角度采集单元包括：

第一角度传感器，所述第一角度传感器设置在所述光源的滑座上，用于测量光源的角度数据信息；

第二角度传感器，所述第二角度传感器设置在所述凸透镜的滑座上，用于测量凸透镜的角度数据信息；

第三角度传感器，所述第三角度传感器设置在所述成像屏的滑座上，用于测量成像屏的角度数据信息。

3.根据权利要求2所述的光具座实验仪，其中，所述测距单元包括：

第一测距传感器，所述第一测距传感器设置在光源或凸透镜的滑座上，用于测量光源到凸透镜之间的距离数据信息；

第二测距传感器，所述第二测距传感器设置在成像屏或凸透镜的滑座上，用于测量成像屏到凸透镜之间的距离数据信息。

4.根据权利要求3所述的光具座实验仪，其中，所述信号传输部为多个传输单元，所述传输单元分别设置在光源、凸透镜和成像屏底部的滑座内，均包括单片机，所述单片机的模拟信号输入接口，用于通过模拟信号放大处理单元接收对应元件上的传感器的数据信号；单片机的数据通信接口连接有无线发射模块，用于将数据信号发送给上位机。

5.根据权利要求4所述的光具座实验仪，其中，所述传输单元还包括计时模块，所述计时模块用于感知各个传感器的数值不再变化时长与设定时长一致时，单片机控制无线发射模块将数据信息发送给上位机。

6.根据权利要求5所述的光具座实验仪，其特征是，所述第一测距传感器和第二测距传感器为激光测距模块或红外测距模块。

Images