一種基于電磁線圈控制的活頁教材設計

聶文斐 曹燕 資靈薇 王一歌

摘? 要：目前，由于學生的教材過多過重，導致學生隨身攜帶教材不便，加重書包負擔，同時，教材過厚會使學生翻閱教材不靈活，而現有的活頁教材大多靠使用者自己取出所需的教材部分，使用功能單一且受限。針對這種情況，本文提出一種基于電磁線圈控制的活頁教材的設計，由活頁書框裝置和活頁書芯裝置構成。書頁在打印后，經過合理配頁裝訂成多冊書芯，并在每冊書芯側面粘貼磁鐵片。因此，可將厚重的教材按需求分裝成多冊，并根據使用者需求自動彈出所需章節或相應頁，使用方便，也可大大減輕書包重量，具有較好的應用前景。

關鍵詞：電磁線圈控制;活頁教材;活頁書框;活頁書芯

中圖分類號：TM245? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0030-03

A Loose-Leaf Teaching Material Based on Electromagnetic Coil Control

NIE Wenfei，CAO Yan，ZI Lingwei，WANG Yige

（South China University of Technology，Guangzhou? 510641，China）

Abstract：At present，since teaching materials of students are too many and too heavy， it is inconvenient for students to carry them and they also increase the burden of schoolbags. Meanwhile，teaching materials are too thick and not flexible for? students to look through. Moreover，existing loose-leaf teaching materials mostly require users to take out the needed part of teaching materials，and their function is single and limited. Targeting at these problems，this paper presents a kind of loose-leaf teaching materials based on electromagnetic coil control，which is composed of loose-leaf book frame part and loose-leaf book core part. After pages are printed，they are properly arranged and bound into multiple volumes of book cores，and the side of each book core is affixed with magnetic sheet. This new design can divide the heavy teaching materials into several volumes，and automatically pop up the required chapters or corresponding pages according to the needs of users，which is convenient to use，can greatly reduce the weight of schoolbags，and has a good application prospect.

Keywords：electromagnetic coil control;loose-leaf teaching materials;loose-leaf book frame;loose-leaf book core

0? 引? 言

目前，在學生學習期間開設的課程中，有部分課程的教材是非常厚重的，且只有固定的翻閱方式。若學生每天要上4～5門課程，需要攜帶較多本教材上課，書包負擔沉重，但在實際上課過程中，學生每天只需要其中的幾頁或幾十頁教材。教材過重會導致學生隨身攜帶教材不便，加重書包負擔，長此以往容易造成頸部勞累;教材過厚則會使學生翻閱教材不靈活。而現有的大部分活頁教材需要使用者自己取出所需的部分，使用功能單一且受限。因此，我們需要一種較為智能化的活頁教材以解決上述問題。

1? 活頁教材的設計和發展

隨著教學改革和學生學習方式的變化，在教材裝訂和教材使用領域，近年來開始出現活頁教材。活頁教材的出現具有重要的意義[1]，但目前產業界對活頁教材的設計和生產是按照傳統的方式，比如2013年侯謙民提出了一種便于攜帶的活頁教材[2]，而2014年和2016年，張春雷和邢佳分別提出了一種活頁教材[3，4]。這些活頁教材雖然實現了教材靈活獲取和拼裝的功能，但它們有一個共同的缺點就是需要使用者自行取出所需的教材部分，這使得活頁教材的使用功能較為單一，因此在活頁教材的設計上其實還存在較大的提升空間。我們可以在現有活頁教材的基礎上，設計出靈活性更強、更加方便和智能的活頁教材。

2? 基于電磁線圈控制的活頁教材設計

2.1? 方案概述

為克服現有活頁教材所存在的不足，減輕學生書包負重，使得學生翻閱教材更加靈活，我們提出了一種結構簡單、使用方便，可以通過可通電電磁線圈產生的磁力自動彈出學生所需章節或相應頁的活頁教材。

基于電磁線圈控制的活頁教材在構成上主要包括活頁書框裝置和活頁書芯裝置。其中活頁書框裝置包括外殼、人機交互單元、電路控制單元、若干組電磁線圈和電源，而活頁書芯裝置包括若干書頁和若干磁鐵片。書頁在打印后，根據章節分類等裝訂成多冊書芯，在每冊書芯的側面貼有磁鐵片。

工作原理上，活頁書框的若干組電磁線圈，在電路控制單元的控制下工作，使其中的某組電磁線圈產生與活頁書芯側面的磁鐵片相同極性的磁力，同性相斥，使該書芯被彈出，方便使用者取出所需章節或相應頁，從而達到智能獲取所需活頁的目的。另外，電磁線圈設置在活頁書框內側，根據所分成的書芯冊數設置相應組數的線圈，每組電磁線圈的面積與相應書芯的側面面積一致。

與現有方式相比，基于電磁線圈控制的活頁教材具有以下優點：（1）從教材的裝訂過程開始就將較厚的教材根據需求制成拆分的活頁教材，并能自動將所需章節或相應頁彈出，對比之前的活頁教材設計更智能化、人性化，方便按需攜帶、使用和翻閱。（2）特別對于頁數龐大的教材或書籍實用性更高，而且對于教材頁面的大小無要求。（3）對于中小學生每天只用按需取出所需的幾頁或幾十頁教材，大大減輕其書包負擔。（4）該分類分裝方法也可以推廣到一些小型電子元件、小件物品的分類存放。

2.2? 具體結構

在這一節中，我們將介紹基于電磁線圈控制的活頁教材的具體結構。

圖1展示了基于電磁線圈控制的活頁教材中活頁書框和活頁書芯的整體結構框圖。活頁書框裝置如圖1所示，其除了外殼以外還包括人機交互單元、電路控制單元、若干組電磁線圈和電源。人機交互單元包括“0”至“9”數字觸摸按鍵、“確定”“取消”觸摸按鍵和電源開關“ON/OFF”，用于輸入所需章節數或單元數和控制電源開關。電路控制單元負責控制若干組電磁線圈中的某組電磁線圈工作。若干組電磁線圈設置在活頁書框裝置內側，根據所分成的書芯冊數設置相應組數的電磁線圈，如教材若被分為N本書芯，則有N組電磁線圈。電源負責為人機交互單元、電路控制單元、若干組電磁線圈供電。活頁書芯裝置包括若干書頁和若干磁鐵片，書頁在打印后，可根據章節分類等方法合理配頁，裝訂成多冊書芯，且在每冊書芯的側面貼有磁鐵片。

圖2—圖6展示了基于電磁線圈控制的活頁教材的裝置布置。

圖2是活頁教材的總體布置示意圖，左側為活頁書框裝置，外觀為一個向右開口的長方體盒，1為人機交互單元設置位置（活頁書框外側），2為電源和電路控制單元設置位置（活頁書框內側），3為若干組電磁線圈設置位置（活頁書框內側）。右側為活頁書芯裝置，4為若干磁鐵片設置位置（活頁書芯外側），使用時將多冊書芯的左側邊緣部分塞入活頁書框內。

圖3是活頁書框的俯視圖（外側），即人機交互單元設置位置，如圖所示，其包含“0”至“9”的數字觸摸按鍵、“確定”、“取消”觸摸按鍵和電源開關“ON/OFF”，通過數字觸摸按鍵輸入所需章節數或單元數，按“確定”或“取消”觸摸鍵來確認或取消輸入，撥動“ON/OFF”控制電源開關。

圖4展示的是活頁書芯的正視圖（內側），即電源和電路控制單元設置位置，電路控制單元為簡單的單片機電路，判斷人工按鍵后控制若干組電磁線圈中的某一組電磁線圈工作，右側方塊為可充電微型電池，為人機交互單元、電路控制單元、若干組電磁線圈供電。

圖5是活頁書框的左視圖（內側），即若干組電磁線圈設置位置，如圖其包含5組電磁線圈（每段斜紋代表一組），從上到下對應圖6中活頁書芯的第1冊到第5冊側面的磁鐵片。

圖6展示的是活頁書芯的左視圖（外側），即若干磁鐵片的設置位置，如圖所示，從上到下為活頁書芯的第1冊到第5冊，即教材的第1章到第5章，圖示花紋部分代表每冊書芯的側面貼有磁鐵片，使用時圖5和圖6是重合對應的。在人工按鍵后，電路控制單元判斷出所按的章節數或單元數為幾，就控制第幾組電磁線圈通電工作，通電后產生與書芯側面重合對應的磁鐵片相同極性的磁力，同性相斥，使貼有該磁鐵片的書芯被彈出。

2.3? 工作流程

本小節將介紹基于電磁線圈控制的活頁教材的總體工作流程，如圖7所示。首先，通過人機交互單元的人工按鍵按下所需章節數或單元數，假設所需章節數是第8章，按觸摸鍵數字“8”和“確認”觸摸鍵后，電路控制單元控制第8組電磁線圈通電工作。每冊書芯的側面都貼有磁鐵片，而僅有通電的第8組電磁線圈產生與書芯側面的磁鐵片相同極性的磁力，同性相斥，使第8章（第8冊書芯）被彈出，使用者取出，而其他書芯不發生變化。

3? 結? 論

本文提出了一種結構簡單、使用方便的，通過可通電電磁線圈產生的磁力自動彈出學生所需章節或相應頁的活頁教材，即基于電磁線圈控制的活頁教材。將打印后的書頁經過合理配頁裝訂成多冊書芯，并在側面粘貼磁鐵片，將厚重的教材按需求分裝成多冊，并可以根據使用者的需求自動彈出所需章節或相應頁，不僅使用方便，也可大大減輕書包重量。同時，這種分類分裝方法也可以推廣到一些小型電子元件、小件物品的分類存放。

參考文獻：

[1] 吳振東.試論“活頁教材+活頁筆記+功能插頁”三位一體自主思維模式的構建 [J].新課程研究（中旬刊），2018（9）：62-66.

[2] 侯謙民.一種便于攜帶的活頁教材，中國專利：CN2031 72193U [P].2013-09-04.

[3] 張春雷.一種活頁教材，中國專利：CN204054994U [P]. 2014-12-31.

[4] 邢佳.一種活頁教材，中國專利：CN205058911U [P]. 2016-03-02.

作者簡介：聶文斐（1964-），女，漢族，河南新鄉人，國家移動超聲探測工程技術研究中心副主任，本科，研究方向：信號檢測;通訊作者：曹燕（1980-），女，漢族，重慶人，副教授，博士，研究方向：聲信號處理。