一种数学模拟演示教具的制作方法

本发明涉及数学教具领域，更具体的是涉及一种数学模拟演示教具。

背景技术：

目前在进行概率相关的教学中，教师通常采用实验的方式来阐述概率的概念，而抛硬币实验往往是通过一人手抛硬币，另一人旁边计数的方式进行实验，然而，由于需要实验的次数之多，因而在课堂中耗费大量的人力物力去做实验，而且因为手动抛硬币的力道不同，不符合实验的条件，且因为教室面积狭小，抛出的硬币掉落在地面，同学们翻身寻会加长实验时间，也会影响课堂纪律；掉落的高度不一也会让同学们对概率实验的条件插身误解；而且每人做的实验次数不足，而做多次实验会影响课程数学概念的教学时间。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题的至少一方面，本发明提供了如下解决方案。

一种数学模拟演示教具，包括底板、支撑柱、抛币装置、吸币装置、控制开关、识别装置和网络模块。所述抛币装置包括撑物板、弹簧、支点和固定装置；所述吸币装置包括电磁铁；所述控制开关包括单片机和开关，所述开关分别连接所述固定装置和所述单片机；所述识别装置为图像传感器模块；所述网络模块包括云平台、app和nbiot通讯装置；所述单片机连接所述抛币装置、所述吸币装置、所述开关、所述识别装置和所述网络模块。通过单片机来控制各个装置，将抛币结果数字化通过nbiot通讯装置传输记录在云平台，通过app下载数据，省去了人工记录的时间，并且因为云平台共享实验数据的原因，大量的实验数据更容易接近实验结果。

进一步地讲，所述弹簧和所述支点安装于所述底板上，所述撑物板位于所述弹簧上方，所述撑物板安装于所述支点上；所述抛币装置还包括挡板，所述挡板竖直安装于所述撑物板的左右两侧；所述固定装置的一端安装于底板上，另一端与撑物板相扣；所述固定装置、所述挡板、所述弹簧位于同一端。通过将固定装置、挡板和弹簧位于同一端，让抛币装置可以重复使用并且通过固定装置扣在撑物板上，解决了撑物板由于下方弹簧的弹力无法在不借助外力的情况下水平放置的问题。

进一步地讲，所述支撑柱为l型，所述支撑柱安装在底板上，所述支撑柱距离撑物板的高度为40cm。通过将支撑柱与撑物板的距离高度限定，让抛出硬币有足够的上升空间。

进一步地讲，所述电磁铁与单片机连接，所述电磁铁安装于支撑柱面向撑物板的一面，所述电磁铁位于所述两块挡板的正上方。通过单片机控制电磁铁的开关，减少人为控制的不准确影响了实验结果。

进一步地讲，所述图像传感器模块安装于所述底板，所处图像传感器位于所述撑物板的一侧。通过图像传感器模块来识别硬币正反面，方便了实验数据的记录，省去以往教具led或者数码管显示的繁琐，也缩小了教具的体积，方便了日常搬运。

进一步地讲，所述识别装置还包括显色药水，所述显色药水涂抹于实验的硬币表面。显色药水省去了图像传感器模块通过纹路识别硬币正反面的步骤，降低了能耗。

进一步地讲，所述nbiot通讯装置包括nbiot通讯节点和nbiot通讯模块，所述nbiot通讯节点连接所述云平台，所述nbiot通讯节点连接所述nbiot通讯模块，所述nbiot通讯模块与所述单片机连接，所述云平台与app连接。将nbiot通讯装置分为nbiot通讯节点和nbiot通讯模块减少了单个nbiot通讯模块通讯的能量消耗，通过使用云平台和app使本发明不需要加装显示装置来显示实验结果，减少了该数学模拟演示教具的重量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖视图。

图3是一种实施例的流程图。

附图标记：1-支撑柱；2-电磁铁；3-固定装置；4-挡板；5-撑物板；6-弹簧；7-支点；8-底板；9-图像传感器模块。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与a相应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其它信息确定b。

本发明是一种数学模拟演示教具，主要用于数学的抛币实验教学，通过多次投掷硬币来记录硬币最后的正反面，澄清学生一些错误的认知，通过将投掷力度和高度限制把抛币实验的实验条件理想化，更容易得到抛币实验的结论：抛币的结果是正反面各有一半可能。由于需要大量实验才能得到结果，故将数学模拟演示教具设计成单人使用，通过学生短时间内重复实验来达到实验规定的次数，让抛币实验中硬币正反面的概率更接近实验结论。

根据图1所示，在一个实施例中，该数学模拟演示教具包括抛币装置、吸币装置。

抛币装置

其中抛币装置包括撑物板5、弹簧6、支点7和固定装置3。

所述弹簧6安装于底板8上，所述撑物板5位于所述弹簧6上方，所述撑物板5安装于所述支点7上；所述抛币装置还包括挡板4，所述挡板4竖直安装于所述撑物板5的左右两侧；所述固定装置3的一端安装于底板8上，另一端与撑物板5相扣；所述固定装置3、所述挡板4、所述弹簧6位于同一端。由于弹簧6的弹力会将撑物板5弹起使撑物板5不能维持水平，无法平稳放置1元硬币用于实验，所述固定装置3用于固定撑物板5的一端，抵消撑物板5下方的弹簧6向上的弹力，让1元硬币可以平稳地放在撑物板5上。

尽管本发明中采用1元硬币作为被抛弃的物体，然而应当理解的是，采用其他双面不同的游戏币等作为替代仍然是可以的。

吸币装置

所述吸币装置为电磁铁2，安装于支撑柱1面向撑物板5的一面，电磁铁2位于所述两块挡板4的正上方，所述电磁铁2与单片机连接。通过单片机输出电平来控制电磁铁2开关，防止电磁铁2在硬币上升过程中过早开启导致硬币受到向上的磁吸力从而影响抛币实验的准确性。

典型地，支撑柱1可以是弯曲延伸的形状，从而可以将支持柱1的底部设置在远离两块挡板4的位置。

控制开关

所述控制开关包括单片机和开关，所述单片机和所述开关安装在所述底板8上，所述开关连接所述固定装置3，控制所述固定装置3的解锁撑物板5，使撑物板5能在实验中被弹簧6弹起，且在实验开始前可以通过固定装置3将所述撑物板5保持水平稳定。

识别装置

所述识别装置包括图像传感器模块9，所述图像传感器模块9安装于所述撑物板5的一侧，面向撑物柱。单片机与图像传感器模块9连接，图像传感器模块9通过比对1元硬币正反面的图像纹路密集程度来分辨正反面。例如，通过比较，1元硬币的正面“1元”明显比反面的“菊花”纹路密集程度要低。在实验前设置图像传感器模块9检测到整面的正面图案输出高电平信号“1”，检测到整面的反面图案输出低电平信号“0”，并设置图像传感器模块9检测条件：1元硬币的尺寸，检测到低于设定尺寸时，图像传感器模块9不输出电平信号。所述高低电平信号都会传输至单片机，所述单片机存储电平信号方便学生记录抛币实验的实验结果。

网络模块

所述网络模块包括云平台、nbiot通讯节点和nbiot通讯模块，所述云平台用于存储nbiot通讯节点上传的数据和发送数据至app，所述nbiot通讯节点用于收集nbiot通讯模块发送的数据，打包发送至所述云平台。设立nbiot通讯节点的作用是因为本数学模拟演示教具在课程实验中将发放至每一个同学手里，让每个同学都有机会亲自进行大量的抛币实验，同时因为教室内的同学人数在40～60之间，如果使用通讯模块直连云平台，不仅消耗大量能量导致nbiot通讯模块无法多次工作，而且多个模块直连云平台会导致云平台的信道拥堵，造成实验数据丢失、重发影响实验结果；而通过设立每十个nbiot通讯模块设立一个nbiot通讯节点，可以更高效的传输数据。

在另一个实施例中，支撑柱1为l型为了方便平时搬运教育的手持握，也方便了导线的走线，将电磁铁2与单片机通过连接。

在一个实施例中，支撑柱1距离撑物板5的高度为40cm，40cm的高度让硬币在被抛出后可以进行更多次的翻转，让实验结果更接近真实效果，避免了翻转次数过少导致实验结果固定，不符合抛币后，1元硬币正反面朝上的概率各占一半的公知知识。

如图2所示，在一个实施例中，所述电磁铁2位于所述两块挡板4的正上方是因为经过多次实验发现，抛币实验中在0-40cm的区间为笔直上升，因此在所述撑物板5上加装挡板4是为了固定硬币的抛出点，限定了两块挡板4之间的距离，让1元硬币可以固定地从一点抛出，也方便了电磁铁2通过磁力吸住硬币。这样避免了大量手动抛币实验中落点的不可控，影响实验结果以及课堂纪律，并且导致花费在模拟实验中的时间更多，没有办法高效地教学。

如图3所示，在一个实施例中，将1元硬币放置于挡板4之间，摁下单片机的开关，单片机输出指令解锁固定装置3，固定装置3松开撑物板5，弹簧6通过自身受压后恢复原本长度时的弹力将撑物板5的一端弹起，1元硬币笔直向上抛出，经过0.5秒后，单片机发送开启命令至电磁铁2，所述电磁铁2通电后成功吸住上升到电磁铁2附近的1元硬币，此时单片机发送指令开启图像传感器模块9，图像传感器模块9开始识别1元硬币面向撑物板5的一面，识别结束后将识别信息以0/1高低电平信号的形式发送给单片机，单片机在记录8次实验数据后发送至nbiot通讯模块，nbiot通讯节点接收并打包所有数据发送至云平台，学生或者教师可以通过app下载云平台的数据用于比对实验结果并进行相关统计计算。每次抛币实验结束后，学生手动将固定装置3恢复到原来的位置，并将1元硬币放置于挡板4之间，然后开始下次实验。

在另一个实施例中，将红色显色药水涂抹在1元硬币的一面，如此图像传感器模块9只用识别1元硬币的有大量红色的一面和是否低于设定尺寸便可分辨1元硬币的正反面，不需要比对硬币两面的纹路，这样会更减少工作能耗提高了工作效率。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。