CN113436510B - 一种用于数学互动教学的演示平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数学互动教学的演示平台，属于教学教具领域。一种用于数学互动教学的演示平台的使用方法，包括以下步骤：S1、将具有多个输出端口的演示平台置于工作台上；S2、准备多个相同属性值的输入元素；S3、测试演示平台多个输出端口的结果值，并调节各个结果值趋于平均；S4、将所有输入元素投入演示平台内，运行演示平台，逐个释放输入元素，记录输入元素在演示平台中表达的输出端口；S5、待所有输入元素释放完毕后，记录演示平台的各个输出端口的结果值，得出概率值；前序的输入元素在表达后自动启动后序的输入元素的输入，且启动通过机器设备操控，无人为因素干扰，提高结果概率的准确性。

Description

一种用于数学互动教学的演示平台

技术领域

本发明属于教学教具领域，更具体地说，涉及一种用于数学互动教学的演示平台。

背景技术

概率是人们根据随机事件发生的规律定义的概念。概率论是数学的一个分支，它研究随机现象的数量规律。一方面，它有自己独特的概念和方法，另一方面，它与其他数学分支又有紧密的联系，它是现代数学的重要组成部分。概率论的广泛应用几乎遍及所有的科学技术领域，例如天气预报，地震预报，产品的抽样调查；工农业生产和国民经济的各个部门，在通讯工程中可用以提高信号的抗干扰性，分辨率等等。

在大学高等数学中，授课老师为使学生更直观的学习到概率方面的知识，往往通过一些实际的概率演示实验，如抛硬币实验、抛小球实验等等。

现有的概率论实验教学设备，都采用人工启动设备，并且每个事件的发生均通过人来启动设备而产生，这种方法虽然抵消了一部分人力带来的主观影响，但仍然存在潜在的影响因素。因为人的肌肉存在潜意识记忆，人对时间的判定是存在主观感知，概率论实验教学设备需要重复多次启动设备，使事件发生，在相邻两个事件之间的时间间隔的把控和启动设备施加的外力，仍然是由人来决定的，在多次重复启动设备后，无论人如何刻意使时间间隔变得不同，无论人如何对设备施加的外力变得不同，在长期的肌肉记忆下，会不自觉的使某一时间间隔出现的次数更多，某一牛顿的力出现的次数更多，这依然使实验结果具备一定的主观因素，非常影响实验结果的准确性。

同时，设备的固体硬件和静态硬件是随着时间和使用次数而磨损的，在长期使用的情况下，实验初期和实验后期得到的结果是存在设备因素干扰的，不是客观准确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于数学互动教学的演示平台，它可以实现前序的输入元素在表达后自动启动后序的输入元素的输入，且启动通过机器设备操控，无人为因素干扰，提高结果概率的准确性。

本发明的一种用于数学互动教学的演示平台的使用方法，包括以下步骤：

S1、将具有多个输出端口的演示平台置于工作台上。

S2、准备多个相同属性值的输入元素。

S3、测试演示平台多个输出端口的结果值，并调节各个结果值趋于平均。

S4、将所有输入元素投入演示平台内，运行演示平台，逐个释放输入元素，记录输入元素在演示平台中表达的输出端口。其中，输入元素的行动路径完全是通过机械设备的选择而随机决定的。行动路径的不同决定了表达的具体输出端口。输入元素的在表达时的行动是在水中的。

S5、待所有输入元素释放完毕后，记录演示平台的各个输出端口的结果值，得出概率值。其中前序的输入元素在得出输出的结果值后，后序的输入元素才开始输入。相邻两序的输入操作由机械设备自行连续。

作为本发明的进一步改进，演示平台包括输入模块、路径模块、选择模块、表达模块、动力模块、控制***和小球。

输入模块内储备多个小球，输入模块包括输出阀，输出阀的启闭控制小球从输入模块输出。

路径模块包括导向电机和导向臂，导向臂与导向电机输出端固定连接，导向电机启动后，导向臂绕导向电机输出端转动，导向臂为倾斜设置。输入模块的输出端始终与导向臂的转动端点相对应，使小球从输入模块输出后，运动至导向臂上。导向臂位于选择模块上侧，小球与导向臂滚动连接，使小球沿导向臂切线方向滚落至选择模块内。

选择模块包括水箱，水箱内设有水，水的密度大于小球。水箱周侧均匀开设有多个开口，水位线总位于开口范围内，使水不断从水箱流出。开口口径均大于小球直径，使小球可随水流出。

表达模块包括多个水管，多个水管分别与对应的水箱的开口连通，使小球从水管中排出。每个水管的输出端均设有对应的蓄球箱，蓄球箱下端均设有测重器，可测量蓄球箱内小球的总重量。水管内均设有压力触点，可感应小球通过水管。

动力模块包括输水泵机，输水泵机输出端位于水箱的底端中心，为水箱源源不断输送水，使水箱内的水位线高度保持不变。

控制***与输出阀电性连接。控制***与压力触点电性连接。控制***与测重器电性连接。压力触点感应小球通过水管后，控制***控制输出阀开启，使下一个小球输出。测重器将计算的小球总重量数值反馈至控制***，控制***根据预设的小球的密度计算各个蓄球箱内的小球数量，得出概率值。

作为本发明的进一步改进，导向臂顶端与导向电机输出端固定连接。导向臂上端面开设有凹槽，凹槽宽度及深度均与小球直径相同，使小球从导向臂顶端落入凹槽内后，仅沿导向臂方向滚动。

作为本发明的进一步改进，导向电机输出端位于水箱的轴心上，水箱为笔直的圆筒形。导向臂的尾端位于水箱内，并与水箱内壁保持距离。

作为本发明的进一步改进，输水泵机的输出端泵出的水收敛呈柱形，使水面的水从中心向四周均匀发散。

作为本发明的进一步改进，水管的高度位置，从水管的输入端至输出端始终下降。

作为本发明的进一步改进，水管为L型管，水管的高度位置先水平不变，后向下降低。

作为本发明的进一步改进，蓄球箱侧壁设有放水口，放水口的启闭可调。

作为本发明的进一步改进，控制***可选择测重器的测重模式。测重模式包括测水模式和测球模式。测水模式下测重器测量蓄球箱内水的重量，测水模式下放水口封闭。测球模式下测量蓄球箱内小球的重量。测球模式下放水口开启。

作为本发明的进一步改进，放水口内设有滤网，滤网的网眼直径小于小球直径，使放水口在开启的情况下可对小球和水进行区分，更好的测量小球的净重，排出水对小球测重的干扰，同时又可在调试开口大小时使用。

作为本发明的进一步改进，水箱的各个开口均是可调节的，水箱的开口下端为伸缩板，伸缩板与水箱侧壁滑动连接并保持动密封。当水箱的各个开口在无小球干扰的情况下，流出的水量不同，可通过伸缩板的伸缩长度，来调节各个开口流出的水量大小，直至各个开口的水量大小均一致。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明设置的导向电机是持续转动的，导向臂持续绕水箱的轴心转动，当输出阀开启后，小球从输入模块中输出后，通过导向臂滚至水箱中，这时，小球掉落进水箱中的位置是未知的，是取决于导向臂的转动位置的，完全是通过设备操控的，脱离了人的主管意志，有效保证小球输入至水箱中的位置属性的客观性。

2、本发明设置的输水泵机在水箱底部中心持续输水，水箱内的水位线总是位于开口范围内，水箱内的水面的水不断由中心处向四周均匀扩散，直至通过开口流出，小球滚落至水箱内后，漂浮在水面上，会被水的流动而带动，直至随水流出开口，小球从各个开口流出的概率是相同的，降低了外力对小球运动轨迹的干扰，使实验结果更准确。

3、本发明设置的水箱的开口大小是可调整的，在小球进入水箱内之前，先通过测量各个开口在单位时间内通过的水量大小，来判断设备的可行性，并通过对开口大小的调整，使各个开口在单位时间内通过的水量大小趋于一致，有效保证实验设备和实验方法的可行性和实验结果的准确性。

4、本发明设置的压力触点可感应小球流出开口，控制***接收到压力触点的反馈信息后，控制输出阀开启，使下一个小球输入至水箱内，确保水箱内始终仅有一个小球运动，有效避免的多个小球同时运动造成互相干扰的问题，有效提高了实验结果的准确性，有效提高了实验过程的可观察性。

5、本发明设置的蓄球箱的放水口，是可调整启闭的，当设备在前期调试时，关闭放水口，使开口处流出的水可储存在蓄球箱内，并被测重器测量水的重量，最终由控制***来判断调试结果，当设备在实验过程中，开启放水口，使开口处流出的水和小球可进行筛选，排除在测量小球净重时水对测量结果的干扰，有效保证实验结果的准确性，同时提高设备的可使用功能。

6、本发明小球在被投入水箱中后，通过水流从开口流出实现输出，在表达期间与硬件结构没有接触，与现有技术不同的是，在长期试验后，不会因为小球对硬件部件的摩擦，产生结果偏向，既确保了设备的使用寿命，又保证了实验结果的准确性。

附图说明

图1为本发明的具体实施例一的教学方法流程示意图；

图2为本发明的具体实施例一的教学平台的平面结构示意图；

图3为本发明的具体实施例一的小球从输入模块至路径模块的路径示意图；

图4为本发明的具体实施例一的导向臂的立体结构示意图；

图5为本发明的具体实施例一的小球从路径模块至选择模块的路径示意图；

图6为本发明的具体实施例一的小球从选择模块至表达模块的路径示意图；

图7为本发明的具体实施例一的小球在表达模块中的路径示意图；

图8为本发明的具体实施例一的蓄水箱的平面结构示意图；

图9为本发明的具体实施例一的教学平台的操作过程示意图；

图10为本发明的具体实施例二的教学平台的平面结构示意图。

图中标号说明：

包括输入模块1、储备箱101、输出阀102、路径模块2、导向电机201、导向臂202、选择模块3、表达模块4、水管401、蓄球箱402、放水口402-1、测重器403、压力触点404、动力模块5、控制***6、小球7。

具体实施方式

具体实施例一：请参阅图1-9的一种用于数学互动教学的演示平台的使用方法，包括以下步骤：

S1、将具有多个输出端口的演示平台置于工作台上。

S2、准备多个相同属性值的输入元素。

S3、测试演示平台多个输出端口的结果值，并调节各个结果值趋于平均。

S4、将所有输入元素投入演示平台内，运行演示平台，逐个释放输入元素，记录输入元素在演示平台中表达的输出端口。其中，输入元素的行动路径完全是通过机械设备的选择而随机决定的。行动路径的不同决定了表达的具体输出端口。

S5、待所有输入元素释放完毕后，记录演示平台的各个输出端口的结果值，得出概率值。其中前序的输入元素在得出输出的结果值后，后序的输入元素才开始输入。相邻两序的输入操作由机械设备自行连续。

演示平台包括输入模块1、路径模块2、选择模块3、表达模块4、动力模块5、控制***6和小球7。

输入模块1包括储备箱101和输出阀102，储备箱101内储备多个小球7，输出阀102的启闭控制小球7从输入模块1输出。

路径模块2包括导向电机201和导向臂202，导向臂202顶端与导向电机201输出端固定连接。导向电机201启动后，导向臂202绕导向电机201输出端转动，导向臂202为倾斜设置。输入模块1的输出端始终与导向臂202的转动端点相对应，使小球7从输入模块1输出后，运动至导向臂202上。导向臂202位于选择模块3上侧，导向臂202上端面开设有凹槽，凹槽宽度及深度均与小球7直径相同，使小球7从导向臂202顶端落入凹槽内后，仅沿导向臂202方向滚动。导向电机201输出端位于选择模块3的轴心上。

选择模块3包括水箱，水箱内设有水，水的密度大于小球7。水箱为笔直的圆筒形。导向臂202的尾端位于水箱内，并与水箱内壁保持距离。由于导向电机201是持续转动的，导向臂202持续绕水箱的轴心转动，当输出阀102开启后，小球7从储备箱101中输出后，通过导向臂202滚至水箱中，这时，小球7掉落进水箱中的位置是未知的，是取决于导向臂202的转动位置的，完全是通过设备操控的，脱离了人的主管意志，有效保证小球7输入至水箱中的位置属性的客观性。

水箱周侧均匀开设有多个开口，水位线总位于开口范围内，使水不断从水箱流出。开口口径均大于小球7直径，使小球7可随水流出。水箱的各个开口均是可调节的，水箱的开口下端为伸缩板，伸缩板与水箱侧壁滑动连接并保持动密封。当水箱的各个开口在无小球7干扰的情况下，流出的水量不同，可通过伸缩板的伸缩长度，来调节各个开口流出的水量大小，直至各个开口的水量大小均一致。水箱的开口大小是可调整的，在小球7进入水箱内之前，先通过测量各个开口在单位时间内通过的水量大小，来判断设备的可行性，并通过对开口大小的调整，使各个开口在单位时间内通过的水量大小趋于一致，有效保证实验设备和实验方法的可行性和实验结果的准确性。

表达模块4包括多个水管401，多个水管401分别与对应的水箱的开口连通，使小球7从水管401中排出。水管401为L型管，水管401的高度位置先水平不变，后向下降低。每个水管401的输出端均设有对应的蓄球箱402，蓄球箱402下端均设有测重器403，可测量蓄球箱402内小球的总重量。水管401内均设有压力触点404，当小球7经过压力触点404后，对压力触点404产生压力，压力触点404可感应小球7通过水管401。

蓄球箱402侧壁设有放水口402-1，放水口402-1的启闭可调。放水口402-1内设有滤网，滤网的网眼直径小于小球7直径，使放水口402-1在开启的情况下可对小球7和水进行区分，更好的测量小球7的净重，排出水对小球7测重的干扰，同时又可在调试开口大小时使用。

动力模块5包括输水泵机，输水泵机输出端位于水箱的底端中心，为水箱源源不断输送水，使水箱内的水位线高度保持不变。输水泵机的输出端泵出的水收敛呈柱形，使水面的水从中心向四周均匀发散。使小球7滚落至水箱内后，漂浮在水面上，会被水的流动而带动，直至随水流出开口，小球7从各个开口流出的概率是相同的，降低了外力对小球7运动轨迹的干扰，使实验结果更准确。

控制***6与输出阀102电性连接。控制***6与压力触点404电性连接。控制***6与测重器403电性连接。压力触点404感应小球7通过水管401后，控制***6控制输出阀102开启，使下一个小球7输出。确保水箱内始终仅有一个小球7运动，有效避免的多个小球7同时运动造成互相干扰的问题，有效提高了实验结果的准确性，有效提高了实验过程的可观察性。

测重器403将计算的小球总重量数值反馈至控制***6。控制***6可选择测重器403的测重模式。测重模式包括测水模式和测球模式。测水模式下测重器403测量蓄球箱402内水的重量，测水模式下放水口402-1封闭。测球模式下测量蓄球箱402内小球7的重量。测球模式下放水口402-1开启。储备箱101内的小球全部输出完毕后，控制***6根据预设的小球7的密度计算各个蓄球箱402内的小球7数量，得出概率值。

演示平台的具体操作方法，包括以下步骤：

S1、启动输水泵机，持续均匀地从水箱底部中心处向水箱内泵水，使水箱内的水持续从各个开口中流出。启动导向电机201，使导向臂202持续稳定地在水箱上侧摆动。

S2、测试水箱中各个开口处，在单位时间内水流失的流量。并调整开口大小至测试值相同。

S3、启动输出阀102，释放单个的小球7滚落至导向臂202上端，小球7沿导向臂202滚至水箱内，小球7滚至水箱内的位置由导向臂202的导向方向决定。

S4、小球7从水箱的某一开口随水流出后，压力触点404感应小球7流出水箱，反馈至控制器6。

S5、控制器6控制输出阀102启动，再次释放单个的小球7。直至实验用的小球7完全释放完毕。

S6、各个测重器403测量所在蓄球箱402内的小球总重量，并将重量值反馈至控制器6。控制器6根据小球7的密度计算各个方向流出的小球7数量，获得小球7流向的概率。

具体实施例二：在具体实施例一的基础上，演示平台还包括外框架。储备箱101盒导向电机201均固设于外框架上内壁。水箱和控制***6均固设于外框架前内壁。蓄球箱402、输水泵机和测重器403均固设于外框架下内壁。便于教学平台的摆放和移动。

具体实施例三：在具体实施例一的基础上，通过放水口402-1流出的水排放至输水泵机的输入端，重复利用，减少水资源的消耗。

Claims (6)

1.一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：演示平台包括输入模块（1）、路径模块（2）、选择模块（3）、表达模块（4）、动力模块（5）、控制***（6）和小球（7）；

输入模块（1）内储备多个小球（7），输入模块（1）包括输出阀（102），输出阀（102）的启闭控制小球（7）从输入模块（1）输出；

路径模块（2）包括导向电机（201）和导向臂（202），导向臂（202）与导向电机（201）输出端固定连接，导向电机（201）启动后，导向臂（202）绕导向电机（201）输出端转动，导向臂（202）为倾斜设置；输入模块（1）的输出端始终与导向臂（202）的转动端点相对应，使小球（7）从输入模块（1）输出后，运动至导向臂（202）上；导向臂（202）位于选择模块（3）上侧，小球（7）与导向臂（202）滚动连接，使小球（7）沿导向臂（202）切线方向滚落至选择模块（3）内；

选择模块（3）包括水箱，水箱内设有水，水的密度大于小球（7）；水箱周侧均匀开设有多个开口，水位线总位于开口范围内，使水不断从水箱流出；开口口径均大于小球（7）直径，使小球（7）可随水流出；

表达模块（4）包括多个水管（401），多个水管（401）分别与对应的水箱的开口连通，使小球（7）从水管（401）中排出；每个水管（401）的输出端均设有对应的蓄球箱（402），蓄球箱（402）下端均设有测重器（403），可测量蓄球箱（402）内小球的总重量；测重器（403）与控制***（6）电性连接；水管（401）内均设有压力触点（404），可感应小球（7）通过水管（401），压力触点（404）与控制***（6）电性连接；

动力模块（5）包括输水泵机，输水泵机输出端位于水箱的底端中心，为水箱源源不断输送水，使水箱内的水位线高度保持不变；输水泵机的输出端泵出的水收敛呈柱形，使水面的水从中心向四周均匀发散；

控制***（6）与输出阀（102）电性连接；控制***（6）与压力触点（404）电性连接；控制***（6）与测重器（403）电性连接；压力触点（404）感应小球（7）通过水管（401）后，控制***（6）控制输出阀（102）开启，使下一个小球（7）输出；测重器（403）将计算的小球总重量数值反馈至控制***（6），控制***（6）根据预设的小球（7）的密度计算各个蓄球箱（402）内的小球（7）数量，得出概率值。

2.根据权利要求1所述的一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：导向臂（202）顶端与导向电机（201）输出端固定连接；导向臂（202）上端面开设有凹槽，凹槽宽度及深度均与小球（7）直径相同，使小球（7）从导向臂（202）顶端落入凹槽内后，仅沿导向臂（202）方向滚动。

3.根据权利要求2所述的一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：导向电机（201）输出端位于水箱的轴心上，水箱为笔直的圆筒形；导向臂（202）的尾端位于水箱内，并与水箱内壁保持距离。

4.根据权利要求1所述的一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：水管（401）为L型管，水管（401）的高度位置先水平不变，后向下降低。

5.根据权利要求1所述的一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：蓄球箱（402）侧壁设有放水口（402-1），放水口（402-1）的启闭可调。

6.根据权利要求5所述的一种用于数学互动教学的演示平台，其特征在于：控制***（6）可选择测重器（403）的测重模式；测重模式包括测水模式和测球模式；测水模式下测重器（403）测量蓄球箱（402）内水的重量，测水模式下放水口（402-1）封闭；测球模式下测量蓄球箱（402）内小球（7）的重量；测球模式下放水口（402-1）开启。

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