创客教育材料漫谈

陈染

谈到电子创客，我们的第一印象往往是形形色色的传感器和交互装置。诚然，它们最吸引眼球，也最有表现力，但我们常常忽略了电子创客作品的导线和开关。如果没有导线和开关，我们几乎无法制作任何电子创客作品。这一期的创客教育材料漫谈，我们就谈谈这2种最基础的电子元件怎样成为了创客作品的主角。

我们都知道，导线是由铜或者铝制成，用来传递电流；开关是控制电路连通或断开的电子元件。但为什么导线能够传递电流呢？单靠导体和绝缘体等概念的解释是不够的。作为创客教育教师，我们不仅要让学生知道它能怎么用，还要让学生知道它为什么能用，只有从本质层面认识材料，才能深入理解材料的特征，并灵活地创作出作品。

根据导电率的不同，物质可分为导体、半导体和绝缘体3种，在微观层面，导电率的表现是电荷移动的能力。与非金属不同，金属原子的原子核对外层电子的束缚能力不强，电子倾向于脱离，形成自由电子。自由电子成为电流的载流子，为金属带来优良的导电性。而在众多金属中，金、银、铜等金属导电性是最好的，通常我们用铜制作导线，在特殊情况下，我们还会使用银甚至金制作导线。

宏观现象能在微观层面得到解释，运用科学知识，我们就能让普普通通的导线和开关在创客课堂中作出精彩表演。下面，我们通过几个创客教育案例，看看低调的导线和开关是怎样成为电子创客作品主角的吧！

科技学堂创客教育作品“电流急急棒”把低调的导线变成游戏性的一部分。电流急急棒是一种游乐场常见的游戏设施，参与者将头部有环的金属棒套在金属线上，从起点走到终点，期间金属环不能碰触到路线，否则挑战失败。随着游戏的进行，路线的难度会逐渐增加，对参与者的心理是一个很大的考验。电流急急棒由1枚1.5V的纽扣电池驱动，串联着1枚蜂鸣器。电路的一端连接着折绕复杂的铜丝，另一端用铜丝做成头部带着环的电流棒，并用绝缘胶布缠绕制成把手。参与者手持电流棒进行游戏，若电流棒触碰到铜丝，电路连通，蜂鸣器发出声音，表示游戏结束。在这个制作中，手持的电流棒和铜丝是电路中的2根导线，而它们是否接触则成了1个开关。它们也能成为创客作品的主角。

导线和开关还可以以各种不同的方式出现在创客作品中，Mini Gear的作品“吞钱小怪兽”

（Robot FaceBankBOX）是一个有趣的存钱罐，当你把硬币放在小怪兽手上的盘子里时，小怪兽就会张开嘴，把硬币吞进去。这个制作并没有用到任何传感器，而是巧妙地利用了硬币的导电性。作者在小怪兽的体内安装了电池和小马达，并用铁丝做成往复运动机构，当马达转动1圈时，小怪兽的嘴巴完成1次开合，同时手也会抬起。在小怪兽手上的盤子上粘贴了2片独立的导电胶带，分别连接到电源的正极和负极。当使用者将硬币放到盘子上时，电路连通，在马达的带动下，小怪兽嘴部张开，双手同时上抬，将硬币吞进去。当硬币离开盘子，电路断开，在重力的作用下，小怪兽嘴巴闭合，双手放下，等待下一次投币。

创客作品中的导线和开关，不仅能够增加作品的游戏性和交互性，还能够展现特别的人文关怀。科技学堂的创客教育作品“中秋贺卡”就用开关巧妙地表达了中秋团圆的涵义。中秋贺卡由卡面和内衬2部分组成，内衬排布了电源和导电胶布，房子中藏着1颗LED灯，电路连通就会亮起。贺卡的左半边有个手柄，转动手柄，月亮从一轮弯月变成中秋的圆月，房子的灯就亮了，家就团圆了。

中秋贺卡的秘密就在月亮的背后，我们在月亮背后粘贴了1块铝箔纸，当手柄拨动的时候，铝箔纸接触到连接着正负极的2块导电胶布，电路连通，LED灯就亮了。

导线和开关不仅可以用金属做成，用其他材料制成的导线和开关往往会产生令人惊艳的交互效果。科技学堂的作品“纸板吉他”是用创客教育硬件做成的。我们一手握住上方白色鳄鱼夹，另一只手轻按吉他上红色或黄色的点，就能演奏出好听的音乐了。我们用导电胶布在纸板吉他的表面粘贴出电路，不同的线路在按键处相汇而不相交，再用4个不同颜色的鳄鱼夹连接不同的电路，鳄鱼夹的另一端连着主控板和发音模块。纸板吉他将人体作为导线，演奏时，电流穿过我们的身体，触碰不同的按键，主控板收到不同的信号，根据信号的不同，发音模块发出不同的音高。

有时候，导线和开关还可以做成简易的传感器，前面我们已经提到了基于离子的导电性原理设计的土壤湿度传感器，这里我们再介绍一个更加简单的倾侧检测传感器——水银开关。水银开关的结构很简单，它由2根导线和1滴封装在玻璃管中的水银组成。我们可以将水银开关垂直安装在创客作品中，一旦装置倾倒，水银就会滚动到玻璃管一端，电路自动连通，就可以传递装置倾倒的信号了。另一种可以感测磁性的开关是干簧管。干簧管由2片软磁性材料制成，封装在玻璃管中，2片软磁性材料（称为簧片）端部重叠，平时保持常开或常闭的状态。一旦感测到磁场，就会让簧片闭合或打开，形成通路或开路，就能让电路传递出磁场变化的信号了。

在更多的创客教育作品中，导线和开关是低调的角色，但低调不等于随便选，接下来我们介绍一下几种创客教育中常用的导线和开关。

如果你进行的是比较基础的创客教育，学生对电路不熟悉，就可以选择用导电胶布或导电胶带制作纸电路。导电胶布易贴易撕，方便学生修改，前面介绍的几个案例或多或少都用到了导电胶布，这里不再赘述。与导电胶布相比，胶带黏性更好、更薄，也意味着不容易修改，适合制作电子贺卡。此外，我们还能用导电墨水画出电路，让创客教育变得更加方便快捷。

如果你使用开源硬件设计创客作品，对杜邦线一定不陌生。杜邦线是由杜邦公司生产的一种排线，分为公母2种接线头，可以很方便地将它插在开发版的串口上。选择杜邦线的时候，要注意导线是公对公、公对母，还是母对母，选错导线可就无法安装了。

创客教育中用到较多的开关有船形开关、旋钮开关、自锁开关和无锁开关等几类。船形开关是我们日常生活中最常见的开关类型，有单刀单掷、单刀双掷、双刀单掷和双刀双掷4种类型；旋钮开关是一种单刀多掷的开关，常用于档位调节；自锁开关和无锁开关通常是按钮或按键，区别在于按下之后是否会自动弹起。我们可以根据实际需要选择合适的开关，制作出不同的创客作品。