创客技术与科学课堂 | 导体与绝缘体(1)

前 言  

       教科版小学科学四年级下册教材的第一单元是《电》，第五节内容是《导体和绝缘体》；其中在探究身边的哪些物体是导体或者绝缘体时，需要做一个实验。这个实验如果结合创客技术来完成，将是一个很好的STEAM项目。

      本文主要从知识层面进行描述，忽略了团建、展示等环节。本项目共设计了六个活动，分三次发布。

活动一 制作简易电压计

       测试一个物体是否是导体，只要将其串联一个电池，然后测试电路两端是否有电压就可以判断。而创客器材中，电压检测模块是比较容易获得的传感器。所以，制作一个简易电压计是一个较理想的方案。制作好后，我们可以进行测试各种电池电压的实验。

（一）准备工作

（1）一台电脑，安装好Mind+ V1.62软件；

         软件下载网址：http://mindplus.cc/

（2）硬件材料：

Arduino Uno 主控板   1块

IO扩展板   1块

电压检测模块   1个

鳄鱼夹线   2根

USB连接线   1根

（3）知识学习

电压检测模块产品文档：

https://www.dfrobot.com.cn/goods-105.html

使用串口输出传感器的值：

https://mc.dfrobot.com.cn/thread-302146-1-1.html

（二）硬件搭建

（1）将主控板固定在一个绝缘体垫板上（以免静电或者短路损坏主控板，没有条件的可以使用干木板、瓦楞纸等）

（2）装上扩展板

（3）将鳄鱼夹线一头剪断，去皮，插入电压检测模块的接口。为了方便辨别，红色接入INPUT口（检测时接电路正极），绿色接入GND口（检测时接电路负极）。

（4）电压检测模块的数据线接到扩展板的A0引脚

（5）用USB线将主控板与电脑进行连接

（三）编写程序

（1）连接设备

         打开Mind+软件，切换为【上传模式】，在【连接设备】菜单下选择【COMx-Uno】进行连接。

（2）添加扩展模块

        单击左下方【扩展】按钮，在【主控板】中选择【Arduino Uno】,在【传感器】中选择【模拟电压检测模块】

（3）编写程序

       每隔0.5秒，让电压检测模块采集一次数据，并将数据输出到串口。

（4）上传程序

        单击右上方【上传到设备】按钮，将程序上传到主控板。

（四）性能测试

        由于采用了串口输出法显示数据，测试时USB线要一直插在电脑上，并且让主控板与Mind+软件一直处于连接状态。

（1）红色鳄鱼夹接触受测电池的正极，绿色鳄鱼夹接触受测电池的负极

（2）单击【打开串口】按钮，该按钮在黑色小窗口的左下方

（3）查看测试结果

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         从结果看，比较接近产品的标定输出电压值；说明电压计制作成功。

活动二  检测各种电池的电压

  

      制作好了电压计，我们可以利用它来检测常见的各种电池的电压值。

（一）准备工作

（1）准备一些常见的电池，尽量使类型多样、使用状态各异

（2）取出自制简易电压计，复习使用方法

（3）根据准备的电池数量及属性制作一个统计表

（二）检测电压实验

（1）启动简易电压计

        因为主控板已经保存了程序，不需要再重新编写或上传程序。将电压计连接电脑、打开Mind+软件、连接设备、打开串口后电压计即可开始工作。

（2）依次检测各个电池的电压，并记录结果

（三）实验结果分析

经过实验，我们可以得出一些结论：

（1）可充电电池的实测电压比标示的要高；（对电压要求高的电器慎用哦！）

（2）使用过的电池的电压比新的或充满电的电池要低；（玩具车跑着跑着会变慢就好理解了）

（3）......( 有待孩子们去发现)

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