關于黑板反光問題的分析與研究

王儷瑾 包頭市第九中學

十九世紀中期以來，黑板作為課堂教育必選用具，為世界教育事業(yè)的一步步發(fā)展，人類傳播知識文化，普及教育，立下汗馬功勞。但黑板的反光問題，也隨之困擾了一代又一代的莘莘學子。本課題對本校數(shù)百名同學進行了關于黑板反光問題的調(diào)查，其結(jié)果足以看出黑板反光問題對學生學習的影響與危害。本文從黑板反光的原因入手，剖析具體，并從黑板的材料、角度、色調(diào)、光線等方面提出不同方法以解決黑板的反光問題，再加以分析各個方案的利弊與可行性。對不同方案的分別進行實驗研究從而得出最為可行的方案。

1.黑板反光的具體原因

通過初中學習我們知道，黑板反射的原因是因為產(chǎn)生了鏡面反射。當一束平行光射到凹凸不平的物體上時，它的反射光線也是射向不同方向的，這樣我們才可以在不同的地方看到同一個物體，這稱為漫反射。同理，當一束平行光射到光滑的物體上時，我們只能在一個特定角度才能看到它，這稱為鏡面反射。當然，現(xiàn)實生活中并不可能存在完全光滑的物體，當進入我們眼睛鏡面反射光相對漫反射光更強時，這個表面就有可能被當做一個光滑鏡面看。通過查參考文獻1得圖2圖3，得到定理及數(shù)據(jù)，隨著入射角增大，反射光線的強度會變大，而折言論射光的強度會變?nèi)酢?/p>

（n為物質(zhì)折射率，一般材料折射率在1.3-2之間，縱軸為物質(zhì)反射率）從數(shù)據(jù)中可以看出，入射角50度小時，常見物體對光的反射率很小，但當入射角大于60度快速增加這說明當光線的的入射角非常大時，光線幾乎不會被反射物體吸收，而是大部分被反射。

如圖a所示，當入射光線與垂直線夾角大時，朝鏡面反射的光線比例相

對較大，又因為其入射角大，所以此時光的反射率非常高，此時我們就會在一些角度看黑板很刺眼了；而同理，圖b入射角小時，此時光線從四面八方射出，此時以漫反射為主。通過查資料與整合前面探究，我最終得出結(jié)論：教室的窗與門外的光線以非常大的角度入射到黑板上，此時鏡面反射方向的反射光比例增大，反射率也增大，結(jié)果便為鏡面反射方向的反射光強于其他漫反射光。再加上菲涅爾效應折射率的影響下才造成了黑板反光的結(jié)果。

2.調(diào)查研究

我經(jīng)過一周的調(diào)查，整理出兩份關于黑板反光的影響比例圖表，以及經(jīng)歷過黑板反光的人數(shù)比例圖表，結(jié)果如下：

圖4 黑板的反光對上課影響的調(diào)查結(jié)果

圖5 黑板的反光對上課影響的調(diào)查結(jié)果

從調(diào)查可以看出，黑板反光降低了學生的聽課效率，導致視覺疲勞；且絕大部分學生都經(jīng)歷過黑板反光的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對學生的學習，視力均造成比較大的影響，解決黑板反光問題對學生來說極為重要。

3.解決方法

3.1 改變光源特性

將外窗改為玻璃窗或磨砂玻璃窗，能夠有效阻止平行光線的進入，將強光減弱。黑板遇到減弱的強光會大大減小黑板鏡面反射的可能。

圖6 光照使用磨砂玻璃對黑板的影響

但是這種方法也有很大的弊端，磨砂玻璃會大大降低可利用光的利用程度，在陽光不刺眼時更會使室內(nèi)光線明顯變暗，而且使用磨砂玻璃難以看到窗外景象，不僅降低光照，還會影響學生的心理，使學習積極性大大降低。再一點，磨砂玻璃不易擦拭，且成本較高，不適宜大規(guī)模使用。但使用百葉窗也是一樣的原理，相比較而言卻更為合理，可操作性也更強。

3.2 改變光照角度

改變光照角度也會使黑板反光度降低。其主要分為兩種方法，分別為改變黑板上下傾斜角度，移動黑板以及使用弧度黑板。

首先說弧度黑板

圖7 a弧度黑板與b直面黑板對比圖

圖8 a弧度黑板與b直面黑板實物圖

從上圖對比可以看出，相較平面板而言，弧面黑板具有更好的性能。在預防黑板反光的問題上，弧面黑板可以更有效的散射平行光線，從而解決黑板反光的問題。

但是礙于環(huán)境的限制，黑板的弧度不能過大，這也就造成了弧面黑板弧度不足的問題。也就是說，弧度不足的弧面黑板在散射平行光線時，不能夠達到最好的效果，只能在一定程度上減少黑板反光的可能。從而我們發(fā)現(xiàn)，弧面黑板在改善黑板反光問題上還是有一定的效果的，但效果并不能完全保證，還受一定限制，弧度黑板并不能徹底的杜絕黑板反光問題。

黑板的移動傾斜.有經(jīng)驗豐富的老教師曾向我提出過一個解決方案，把黑板向下傾斜。這樣會在一定角度上改變光的折射路線，從而改善黑板的反光問題。但我經(jīng)過反復試驗與考慮也發(fā)現(xiàn)了這一舉措的不足之處。

首先，操作教師需要有一定的經(jīng)驗，以免改變黑板傾斜角度后沒有改善甚至加重反光。其次，改變黑板角度需要黑板可活動，但目前市面上以及學校大部分使用的是不可活動的固定黑板，那位老教師所說的黑板只是十幾年前所用的，現(xiàn)在都已經(jīng)淘汰。而且黑板較大，改變角度需要挪動黑板，這對一些女性教師以及年紀較大的老師操作也并不方便。所以這一措施的可操作性并不高。

3.3 改變黑板材質(zhì)

通過多方面調(diào)查，我對近幾十年的黑板材料一一做了分析從而找出最為合適的材料以改進黑板反光的現(xiàn)象。

3.3.1 水泥

在對長輩詢問過后，我發(fā)現(xiàn)中國最早開始普及的黑板是水泥和木板。這樣簡陋的黑板使用起來并不方便。有兩大問題，首先是粉筆灰嚴重，再其次就是反光。用水泥做成的黑板對粉塵的吸附能力差，只是寫字便粉塵四飛。尤其是前排的同學和教師，長期使用這樣的黑板都會對肺部造成不小的損傷。而且水泥是由混合的沙土建造而成，初始不會反光，但時間長久自會變得光滑，反光問題就更加嚴重了。

3.3.2 磨砂玻璃

磨砂玻璃黑板在外觀以及耐磨程度上都勝出水泥黑板一籌，寫字也更加省力。但是在粉塵量上并沒有太多的改善。而且它易碎，在學校教室這種地方便更容易損壞。在運輸方面，磨砂玻璃黑板也頗為不便，因此現(xiàn)在的磨砂玻璃黑板也淡出了市場。

3.3.3 彩涂鋼板

現(xiàn)在市面上的黑板解決了粉塵的問題。彩涂鋼板板面厚度多為0.3mm-0.4mm，耐磨不脫落，不褪色，書寫手感好，字跡清晰易寫，易擦拭，粉塵少。且可以使用磁性教學用具，比之前大有進步。但在反光方面也不能完全遏制，且使用時有時會打滑。壽命多為3-5年。彩涂鋼板的造價較高，重量大，因為是金屬受到撞擊容易變形，也就是說我們?nèi)绻诮淌液诎迳峡吹揭恍┌枷萏?，那么這多為彩涂鋼板所制造的黑板。

3.3.4 新型材料復合板

新型材料復合板是由高分子合金顆粒與環(huán)氧樹脂經(jīng)一次壓制成型的，也可以解決粉塵問題，其表面不用做任何處理，版面厚度3mm，書寫流暢，字跡永久清晰不打滑，難反光，擦后無殘留，可視效果極佳，壽命可達15年以上。復合材料板重量輕，便于運輸，造價低廉，但若不加入金屬板的話就不能使用磁性教學用具，同時它可燃，火災也是安全隱患。

經(jīng)過對多種材料的分析，我認為新型復合材料板更加適合當前市場，而且相對來說更不易發(fā)生黑板反光問題，只是在防火與磁性方面需要加以改進，例如背面噴涂防火材料，或是表面附著磁性顆粒等。

3.3.5 其他方面

在其他方面，我們也可以采用更為鮮明的米黃色粉筆，調(diào)整黑板角度或座位設置，改變室內(nèi)光照強度甚至是在做建筑設計時就考慮有關問題，采用梯形座位；上課前允許學生調(diào)整座位，做筆記時允許站起來筆記等……諸如此類，本表兼治，更可以杜絕黑板反光對學生學習的影響。

4.總結(jié)

本文對黑板反光問題進行研究，通過對初中30多名學生進行問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)“經(jīng)歷過且現(xiàn)在還存在“黑板反光問題的達60%”，認為黑板反光對上課有影響的達83%，主要從入射光（光源）、黑板面形狀（光照角度）、黑板材質(zhì)方面對黑板反光的問題，進了較系統(tǒng)地研究。研究發(fā)現(xiàn)，從光源的角度，黑板的側(cè)面玻璃采用磨砂玻璃；黑板面采用曲面；黑板材質(zhì)采用新型材料復合板等多種綜合優(yōu)化手段，可使黑板反光問題達到最大程度優(yōu)化。本研究對解決學生上課黑板反光的問題，具有一定的實踐應用價值。

5.研究體會

我的初中物理老師曾說過：“生活處處皆物理?！鄙钪械募毠?jié)值得我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)與深究，也許不經(jīng)意間的細節(jié)就蘊含著你所不知道的財富，知識只有在生活中運用才能夠得到提高，知識可以應用在我們生活的每一個角落，只要善于發(fā)現(xiàn)，勤于思考，我們也能夠發(fā)現(xiàn)細節(jié)中的奧妙，創(chuàng)造知識的財富。