創(chuàng)客教育材料漫談

陳染

談到電子創(chuàng)客，我們的第一印象往往是形形色色的傳感器和交互裝置。誠(chéng)然，它們最吸引眼球，也最有表現(xiàn)力，但我們常常忽略了電子創(chuàng)客作品的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)。如果沒(méi)有導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)，我們幾乎無(wú)法制作任何電子創(chuàng)客作品。這一期的創(chuàng)客教育材料漫談，我們就談?wù)勥@2種最基礎(chǔ)的電子元件怎樣成為了創(chuàng)客作品的主角。

我們都知道，導(dǎo)線是由銅或者鋁制成，用來(lái)傳遞電流；開(kāi)關(guān)是控制電路連通或斷開(kāi)的電子元件。但為什么導(dǎo)線能夠傳遞電流呢？單靠導(dǎo)體和絕緣體等概念的解釋是不夠的。作為創(chuàng)客教育教師，我們不僅要讓學(xué)生知道它能怎么用，還要讓學(xué)生知道它為什么能用，只有從本質(zhì)層面認(rèn)識(shí)材料，才能深入理解材料的特征，并靈活地創(chuàng)作出作品。

根據(jù)導(dǎo)電率的不同，物質(zhì)可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體3種，在微觀層面，導(dǎo)電率的表現(xiàn)是電荷移動(dòng)的能力。與非金屬不同，金屬原子的原子核對(duì)外層電子的束縛能力不強(qiáng)，電子傾向于脫離，形成自由電子。自由電子成為電流的載流子，為金屬帶來(lái)優(yōu)良的導(dǎo)電性。而在眾多金屬中，金、銀、銅等金屬導(dǎo)電性是最好的，通常我們用銅制作導(dǎo)線，在特殊情況下，我們還會(huì)使用銀甚至金制作導(dǎo)線。

宏觀現(xiàn)象能在微觀層面得到解釋，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，我們就能讓普普通通的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)在創(chuàng)客課堂中作出精彩表演。下面，我們通過(guò)幾個(gè)創(chuàng)客教育案例，看看低調(diào)的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)是怎樣成為電子創(chuàng)客作品主角的吧！

科技學(xué)堂創(chuàng)客教育作品“電流急急棒”把低調(diào)的導(dǎo)線變成游戲性的一部分。電流急急棒是一種游樂(lè)場(chǎng)常見(jiàn)的游戲設(shè)施，參與者將頭部有環(huán)的金屬棒套在金屬線上，從起點(diǎn)走到終點(diǎn)，期間金屬環(huán)不能碰觸到路線，否則挑戰(zhàn)失敗。隨著游戲的進(jìn)行，路線的難度會(huì)逐漸增加，對(duì)參與者的心理是一個(gè)很大的考驗(yàn)。電流急急棒由1枚1.5V的紐扣電池驅(qū)動(dòng)，串聯(lián)著1枚蜂鳴器。電路的一端連接著折繞復(fù)雜的銅絲，另一端用銅絲做成頭部帶著環(huán)的電流棒，并用絕緣膠布纏繞制成把手。參與者手持電流棒進(jìn)行游戲，若電流棒觸碰到銅絲，電路連通，蜂鳴器發(fā)出聲音，表示游戲結(jié)束。在這個(gè)制作中，手持的電流棒和銅絲是電路中的2根導(dǎo)線，而它們是否接觸則成了1個(gè)開(kāi)關(guān)。它們也能成為創(chuàng)客作品的主角。

導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)還可以以各種不同的方式出現(xiàn)在創(chuàng)客作品中，Mini Gear的作品“吞錢小怪獸”

（Robot FaceBankBOX）是一個(gè)有趣的存錢罐，當(dāng)你把硬幣放在小怪獸手上的盤子里時(shí)，小怪獸就會(huì)張開(kāi)嘴，把硬幣吞進(jìn)去。這個(gè)制作并沒(méi)有用到任何傳感器，而是巧妙地利用了硬幣的導(dǎo)電性。作者在小怪獸的體內(nèi)安裝了電池和小馬達(dá)，并用鐵絲做成往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈時(shí)，小怪獸的嘴巴完成1次開(kāi)合，同時(shí)手也會(huì)抬起。在小怪獸手上的盤子上粘貼了2片獨(dú)立的導(dǎo)電膠帶，分別連接到電源的正極和負(fù)極。當(dāng)使用者將硬幣放到盤子上時(shí)，電路連通，在馬達(dá)的帶動(dòng)下，小怪獸嘴部張開(kāi)，雙手同時(shí)上抬，將硬幣吞進(jìn)去。當(dāng)硬幣離開(kāi)盤子，電路斷開(kāi)，在重力的作用下，小怪獸嘴巴閉合，雙手放下，等待下一次投幣。

創(chuàng)客作品中的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)，不僅能夠增加作品的游戲性和交互性，還能夠展現(xiàn)特別的人文關(guān)懷。科技學(xué)堂的創(chuàng)客教育作品“中秋賀卡”就用開(kāi)關(guān)巧妙地表達(dá)了中秋團(tuán)圓的涵義。中秋賀卡由卡面和內(nèi)襯2部分組成，內(nèi)襯排布了電源和導(dǎo)電膠布，房子中藏著1顆LED燈，電路連通就會(huì)亮起。賀卡的左半邊有個(gè)手柄，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，月亮從一輪彎月變成中秋的圓月，房子的燈就亮了，家就團(tuán)圓了。

中秋賀卡的秘密就在月亮的背后，我們?cè)谠铝帘澈笳迟N了1塊鋁箔紙，當(dāng)手柄撥動(dòng)的時(shí)候，鋁箔紙接觸到連接著正負(fù)極的2塊導(dǎo)電膠布，電路連通，LED燈就亮了。

導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)不僅可以用金屬做成，用其他材料制成的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)往往會(huì)產(chǎn)生令人驚艷的交互效果?？萍紝W(xué)堂的作品“紙板吉他”是用創(chuàng)客教育硬件做成的。我們一手握住上方白色鱷魚(yú)夾，另一只手輕按吉他上紅色或黃色的點(diǎn)，就能演奏出好聽(tīng)的音樂(lè)了。我們用導(dǎo)電膠布在紙板吉他的表面粘貼出電路，不同的線路在按鍵處相匯而不相交，再用4個(gè)不同顏色的鱷魚(yú)夾連接不同的電路，鱷魚(yú)夾的另一端連著主控板和發(fā)音模塊。紙板吉他將人體作為導(dǎo)線，演奏時(shí)，電流穿過(guò)我們的身體，觸碰不同的按鍵，主控板收到不同的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的不同，發(fā)音模塊發(fā)出不同的音高。

有時(shí)候，導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)還可以做成簡(jiǎn)易的傳感器，前面我們已經(jīng)提到了基于離子的導(dǎo)電性原理設(shè)計(jì)的土壤濕度傳感器，這里我們?cè)俳榻B一個(gè)更加簡(jiǎn)單的傾側(cè)檢測(cè)傳感器——水銀開(kāi)關(guān)。水銀開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它由2根導(dǎo)線和1滴封裝在玻璃管中的水銀組成。我們可以將水銀開(kāi)關(guān)垂直安裝在創(chuàng)客作品中，一旦裝置傾倒，水銀就會(huì)滾動(dòng)到玻璃管一端，電路自動(dòng)連通，就可以傳遞裝置傾倒的信號(hào)了。另一種可以感測(cè)磁性的開(kāi)關(guān)是干簧管。干簧管由2片軟磁性材料制成，封裝在玻璃管中，2片軟磁性材料（稱為簧片）端部重疊，平時(shí)保持常開(kāi)或常閉的狀態(tài)。一旦感測(cè)到磁場(chǎng)，就會(huì)讓簧片閉合或打開(kāi)，形成通路或開(kāi)路，就能讓電路傳遞出磁場(chǎng)變化的信號(hào)了。

在更多的創(chuàng)客教育作品中，導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)是低調(diào)的角色，但低調(diào)不等于隨便選，接下來(lái)我們介紹一下幾種創(chuàng)客教育中常用的導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)。

如果你進(jìn)行的是比較基礎(chǔ)的創(chuàng)客教育，學(xué)生對(duì)電路不熟悉，就可以選擇用導(dǎo)電膠布或?qū)щ娔z帶制作紙電路。導(dǎo)電膠布易貼易撕，方便學(xué)生修改，前面介紹的幾個(gè)案例或多或少都用到了導(dǎo)電膠布，這里不再贅述。與導(dǎo)電膠布相比，膠帶黏性更好、更薄，也意味著不容易修改，適合制作電子賀卡。此外，我們還能用導(dǎo)電墨水畫(huà)出電路，讓創(chuàng)客教育變得更加方便快捷。

如果你使用開(kāi)源硬件設(shè)計(jì)創(chuàng)客作品，對(duì)杜邦線一定不陌生。杜邦線是由杜邦公司生產(chǎn)的一種排線，分為公母2種接線頭，可以很方便地將它插在開(kāi)發(fā)版的串口上。選擇杜邦線的時(shí)候，要注意導(dǎo)線是公對(duì)公、公對(duì)母，還是母對(duì)母，選錯(cuò)導(dǎo)線可就無(wú)法安裝了。

創(chuàng)客教育中用到較多的開(kāi)關(guān)有船形開(kāi)關(guān)、旋鈕開(kāi)關(guān)、自鎖開(kāi)關(guān)和無(wú)鎖開(kāi)關(guān)等幾類。船形開(kāi)關(guān)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的開(kāi)關(guān)類型，有單刀單擲、單刀雙擲、雙刀單擲和雙刀雙擲4種類型；旋鈕開(kāi)關(guān)是一種單刀多擲的開(kāi)關(guān)，常用于檔位調(diào)節(jié)；自鎖開(kāi)關(guān)和無(wú)鎖開(kāi)關(guān)通常是按鈕或按鍵，區(qū)別在于按下之后是否會(huì)自動(dòng)彈起。我們可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的開(kāi)關(guān)，制作出不同的創(chuàng)客作品。