了得網社會科學_科技小創客

編輯推薦

十堂科學創意課，十個創意小制作，看得懂，學得會，自己動手搞創作。北京市“高參小”繫列圖書，讓小學生走入大學，讓大學的老師走近小學。更有配套的套材，可以真正實現動手操作。不要滿堂灌，不要說教，不要作業，全彩圖文解析，真正讓小學生易懂易會的科技小制作，且有配套的套材，在家自己動手創作，讓自己滿足，讓爸媽驚訝，讓創新落地。

內容簡介

創客教育應該貫穿於每個人的不同發展階段，中小學階段尤為重要，因為這個時期他們處於智力開發階段，對於新知識*敏感，也*容易接受，而且對培養他們的科技素養，形成勤於探索、勤於專研、勤於思考、樂於創新的科學態度和習慣至關重要。如何在學校、校外活動場所和家庭開展創客教育，一直是熱議的話題，卻沒有更好的解決辦法。本書打破傳統的傳授式學習模式，由多位在大學教學、實驗一線的教師以及工科類專業研究生、本科生一起創造性地設計了10個涵蓋多學科的生動活潑的創客小制作類項目，將培養創新意識和提升學生科技素質、增強動手能力相結合，力求讓更多青少年、兒童朋友走入“創造”的世界，用自己的智慧和雙手呈現更多精彩的創新作品。

作者簡介

邢志強，北方工業大學電子信息工程學院副教授，物聯網與無線通信實驗室負責人。1977年生，畢業於哈爾濱工業大學信號與信息處理專業，獲工學博士學位。2010.9-2010.11英國中央蘭開夏大學訪問學者，北京市中青年骨干人纔。全國青少年電子信息科普創新聯盟顧問專家。2015年至今北京市*中學生開放實踐基地指導教師，市*“高參小”項目北方工業大學科技實踐類負責教師。
王偉賓，男，講師，畢業於哈爾濱工業大學計算機科學與技術專業，獲碩士學位，目前在北方工業大學電子信息工程學院主管學生工作，從事大學生思想政治教育和學生創新創業教育工作，目前取得高級職業技術指導師資格。工作至今，先後指導多個學生創業團隊開展產品孵化，取得一定成績，同時，牽頭與多個小學建立黨員教育實踐基地，開展科技共建活動，服務於中小學科技課程講授等。

奔跑吧兄弟：視覺殘留大體驗——動手制作一個神奇的動畫放映機••••••• 1魔鏡、魔鏡，誰是世界上漂亮的人？——動手制作一個可以看穿的魔鏡••••••• 13身擔重任的靈活機械——動手制作一個六足爬蟲•••••••••• 25四足怪獸的崛起——動手制作一個四足機器人••••••••• 35毫不畏懼的追風魔力賽車——動手制作一個逆風小車••••••• 47瘋狂的“振動”爬蟲——動手制作一個“振動”機器人••••••• 57逃脫劫匪的魔掌：神秘的摩爾斯手表——動手制作一個摩爾斯電碼手表••••••• 67黏人的機器貓——制作能跟蹤人手的貓咪機器人•••••• 79南腔北調的電子琴——動手制作一個可控制音調的電子琴•••••• 93智慧與力量的化身：智能足球機器人——動手制作一個智能的射門機器人••••• 107

在線試讀

奔跑吧兄弟—視覺殘留大體驗——動手創作一個神奇的動畫放映機大型綜藝節目《奔跑吧，兄弟》在電視臺播出以來，受到了全國億萬觀眾的喜歡，搞笑幽默的鄧超、智慧爆表的大黑牛李晨、具有獵豹速度的鄭愷、嬌小可愛的Angelababy，每一名隊員都給人們留下了深刻的印像。大電影《奔跑吧，兄弟》更是精彩，小朋友們看了一遍又一遍。今天，我們就來研究一下，電影是怎麼回事？怎麼就能讓一幅幅靜態的照片變成了主人公們連續的動作。實際上，電影以及動畫，是利用人眼的視覺殘留特性來實現的。接下來，我們利用視覺殘留原理，一起制作一個動畫放映機，讓我們的主人公-小胖奔跑起來吧。
學習目標：了解視覺殘留現像背後的物理學和生物學原理，學習電位器的工作原理，動手制作一個動畫放映機。材料清單：電機×1、5號干電池×2、電位器×1、旋鈕×1、電池盒×1、螺絲×4、螺母×8、導線×4、蝸杆×1、長軸×1、風扇扇葉×1、薄金屬片×2、動畫圖片×4、拼接木板套材×1所需工具：電烙鐵、焊錫絲、熱熔膠槍、熱熔膠棒、剪刀、剝線鉗、螺絲刀等。圖1 制作所需材料

視覺殘留原理

（1）什麼是視覺殘留呢？研究視覺殘留需要先研究人類視覺的產生原理。視覺實際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細胞感光，並且將光信號轉換為神經電流，傳回大腦引起人體視覺。人眼在觀察景物或者圖像時，光信號通過感光細胞感光，並傳人大腦神經，需經過一段短暫的時間，這樣就使得景物或者圖像消失後，所見的視覺圖像仍然會在大腦中停留0.1-0.4秒（相當於人快速眨眼一次的時間），這種現像就稱為“視覺殘留”，有的時候也成為“視覺暫留”。奔跑吧兄弟—視覺殘留大體驗——動手創作一個神奇的動畫放映機大型綜藝節目《奔跑吧，兄弟》在電視臺播出以來，受到了全國億萬觀眾的喜歡，搞笑幽默的鄧超、智慧爆表的大黑牛李晨、具有獵豹速度的鄭愷、嬌小可愛的Angelababy，每一名隊員都給人們留下了深刻的印像。大電影《奔跑吧，兄弟》更是精彩，小朋友們看了一遍又一遍。今天，我們就來研究一下，電影是怎麼回事？怎麼就能讓一幅幅靜態的照片變成了主人公們連續的動作。實際上，電影以及動畫，是利用人眼的視覺殘留特性來實現的。接下來，我們利用視覺殘留原理，一起制作一個動畫放映機，讓我們的主人公-小胖奔跑起來吧。
學習目標：了解視覺殘留現像背後的物理學和生物學原理，學習電位器的工作原理，動手制作一個動畫放映機。材料清單：電機×1、5號干電池×2、電位器×1、旋鈕×1、電池盒×1、螺絲×4、螺母×8、導線×4、蝸杆×1、長軸×1、風扇扇葉×1、薄金屬片×2、動畫圖片×4、拼接木板套材×1所需工具：電烙鐵、焊錫絲、熱熔膠槍、熱熔膠棒、剪刀、剝線鉗、螺絲刀等。圖1 制作所需材料

視覺殘留原理

（1）什麼是視覺殘留呢？研究視覺殘留需要先研究人類視覺的產生原理。視覺實際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細胞感光，並且將光信號轉換為神經電流，傳回大腦引起人體視覺。人眼在觀察景物或者圖像時，光信號通過感光細胞感光，並傳人大腦神經，需經過一段短暫的時間，這樣就使得景物或者圖像消失後，所見的視覺圖像仍然會在大腦中停留0.1-0.4秒（相當於人快速眨眼一次的時間），這種現像就稱為“視覺殘留”，有的時候也成為“視覺暫留”。
（2）視覺殘留在生活中都有哪些實例呢？視覺殘留現像在我們生活中非常常見，比如當我們凝視燈泡、太陽等高光物體一小段時間後，閉上眼睛，在我們的眼前仍然會存在黑色太陽或者發光體的影像。再比如，在深邃的夜空中繁星閃爍，偶然間你會看到流星劃過，拖著長長的尾巴，給夜空畫上一道亮麗的弧線；這裡流星的尾巴其實並不存在，而是因為流星運動的速度太快，人的眼睛來不及反應，由於視覺殘留，造成了長長尾巴的假像。（3）電影和動畫是怎麼回事呢？電影和動畫是視覺殘留經典的實例，其工作原理為：當播放膠片前一幅圖的時候，圖像在視網膜中留下了影像（視覺圖像會在大腦中停留0.1-0.4秒），播放後一幅圖的時候，視網膜上又留下了圖像。由於眼睛具有視覺殘留的特性，前後圖像在我們的腦子裡疊加起來，所以覺得圖像中的人物好像動了起來，這樣就形成了電影或者動畫。經過科學家們不斷實驗發現，當每秒鐘連續播放24幅或者更多幅圖片的時候，所觀察到的動畫效果已經非常接近人眼直接觀察到的動作效果，24也就成為了電影或者動畫領域的一個經典數字了。現代電影和動畫片除了一幅幅圖畫或者照片以外，又按照一定的速度，配上音樂和對白，使得播放過程變得更加精彩和有趣。  圖2 膠片示意圖

圖3 電路示意圖圖4 電路連接圖
動畫放映機內部電路為一典型的串聯電路。電路連接主要需要注意一下幾個環節：（1）電池盒已經和開關連接在一起。（2）電池盒電源正極（紅色導線部分）需要連接電位器的處於邊緣的一個管腳，電機的一根導線需要連接電位器中間的管腳。（3）電源的負極連接馬達電機的另一根導線。
圖5 電位器外形


設計好電路之後，我們下面開始按照步驟制作屬於我們自己的動畫放映機吧。
步驟一：馬達導線連接。將紅色、白色兩根導線剝去兩端的外皮，利用電烙鐵和焊錫絲將導線焊接到馬達的兩個接線銅片處，如圖6所示。。圖6 馬達導線焊接示意圖步驟二：電位器導線焊接。將兩根導線去除兩端的外皮，利用電烙鐵和焊錫絲將導線焊接到電位器的兩個管腳上，一個管腳選擇中間管腳，另一個選擇靠邊緣的管腳（兩個邊緣管腳任選其一），焊接效果如圖7所示。   圖7 電位器導線焊接過程步驟三：將圖1所示材料清單中的旋鈕帽套裝在電位器旋鈕上，如圖8所示。  圖8 旋鈕帽組裝示意圖步驟四：將材料清單中的木板2號和3號按照圖9中圖所示擺放到一起，並用四個長螺絲和四個螺母固定，如圖9所示。    圖9 銅絲導線焊接示意圖步驟五：將按照步驟一焊接好導線的馬達放置在步驟四完成的底板上方，注意需要將馬達身體平面部分與木板3號平行放置，如圖10所示。  圖10 馬達擺放示意圖步驟六：將木板1號放置在木板3號上方，注意需要將馬達穿過木板1號的方形孔，而且四個螺絲穿過木板1號的四個對應小圓孔中，確保木板1號放置平穩，馬達導線置於木板之外。安裝效果如圖11右圖所示。圖11 步驟六組裝示意圖步驟七：將4個螺母擰到步驟六完成作品的四個螺釘上，固定好木板1號，如圖12所示。圖12 步驟七裝配示意圖步驟八：將材料清單中的蝸杆套裝在馬達主軸上，並將長軸套裝在蝸杆的另一端。注意需要調整好馬達主軸和長鐵軸在蝸杆上的插入深度，確保兩者都可以安裝牢固。安裝後效果如圖13所示。圖13 步驟八組裝示意圖步驟九：將風扇扇葉安裝到長鐵軸的另一端，安裝後效果如圖14右圖所示。圖14 步驟九組裝示意圖步驟十：將步驟三完成的電位器使用熱熔膠槍和熱熔膠棒黏貼在電池盒遠離開關的另一端，安裝時盡量靠近外邊緣，安裝過程及效果如圖15所示。   圖15 步驟十組裝過程示意圖步驟十一：將步驟十黏好的電池盒放到步驟九完成的作品上方，具體放置位置為小方孔所在的一側，注意黏貼前擺放好導線，安裝過程如圖16所示。圖16 電池盒組裝方法示意圖步驟十二：將圖1所示材料清單中的薄金屬片按照圖17所示方法剪成四段，每段長度大概在3釐米左右，同時將一側彎成L形，完成效果如圖17右圖所示。   圖17 薄金屬片加工示意圖步驟十三：將步驟十二完成的薄金屬片用熱熔膠槍黏到步驟十一完成的作品上，需要四個金屬片處於平行對稱放置，安裝過程和安裝後的效果圖如圖18圖所示。   圖18 步驟十三安裝示意圖步驟十四：將圖1材料清單中的畫片按照動作順序標好序號（如圖19所示），並在背部相對應位置縱向站好雙面膠帶，如圖20所示。圖19 畫片排序示意圖
  圖20 畫片背面雙面膠帶粘貼方法
步驟十五：將步驟十四中粘好雙面膠帶的畫片，按照步驟十三中排好的順序按照順時針依次粘貼到四個金屬片上，安裝時保持畫片高度統一，如圖21所示。圖21 畫片安裝方法示意圖步驟十六：電路連接。將電池的正極導線與電位器紅色導線相連。將電位器的白色導線與馬達紅色導線相連，電源負極與馬達的白色導線相連，觀察馬達旋轉方向，當馬達逆時針旋轉時，保留當前連接；如果馬達為順時針旋轉，則將電位器的白色導線與馬達的白色導線相連，電源負極與馬達紅色導線相連，確保馬達逆時針方向旋轉。接線處需要使用絕緣膠帶纏繞。連接後效果如圖22所示。
圖22 電路連接示意圖
按照前十六個步驟，我們完成了動畫放映機的制作。同學們，現在你們可以用自己創作的動畫放映機去觀察小胖奔跑的動畫效果了！如果馬達速度過快或者過慢，小胖奔跑效果不理想，可以調整電位器旋鈕，改變馬達旋轉的速度，是不是很好玩呢？
圖23 動畫放映機完成效果圖

同學們，展開你們想像的翅膀，思考一下，使用本次課程所學習的視覺殘留原理和電位器調節馬達速度的電路，你還能做出哪些創意的設計呢？圖24是經過改造的動畫放映機，圖25是利用視覺殘留原理制作的立體動畫（費那奇鏡），看到它們，你想到了什麼呢？
圖24 Giphoscope動畫播放機圖25 立體費那奇鏡

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