学生可以使用编码和原型解决方案快速创建和学习

电子是当今的热门话题，许多孩子们也期望了解并掌握这个重要技术的基本原理。本文是一个面向孩子们的基础电子课程，将并以简单有趣的方式教他们基础知识，激发他们的兴趣。

如今的电子电路是可编程的

与往昔的电子电路不同，如今的电子电路增加了可编程性。例如，一个复杂的系统现在由自动装置、指示器和传感器组成，只需一个小型微控制器（MCU）即可创建，而在过去，则需要由数千个电子元器件组成的大型电路来实现。

因此，当下年轻人的逻辑能力非常接近自动系统的行为。

目前的学校为学生提供了许多学习新方法的时间，例如他们非常早就接触到了数字，为学习编码打下了基础。此外还有SAM Labs（参见图 1），这是一种独一无二的编码资源，是用于设计、构建和调整程序的实践课程工具包，包括尖端编码软件、简单的蓝牙连接硬件等。它易于使用和理解，对于那些对电子设备、工程学及技术等方面感兴趣的孩子而言是一个非常实用的启蒙工具。让学生提前对技术产生兴趣并促使他们提出与技术运作相关的问题。

学生可以使用SAM Studio基于模块的拖放编码来开发移动、点亮以及与环境交互的复杂系统。由于SAM模块通过蓝牙进行连接，新项目就可以移动、点亮和与环境交互。该方法使学生能够快速轻松地创建和学习，从早期引入概念，并提供编码和原型解决方案。学生可以使用编码和原型解决方案快速轻松地创建和学习。甚至孩子们不会意识到自己正在学习科学原理。例如，Maker专业课程使K-8教师能够支持他们的孩子进行基于活动的学习、探索和原型制作。

该公司提供了几种工具包，每种工具包都有特定的用途，专门用于一定程度的知识基础和难度。例如，儿童可以使用和编程交互式积木来执行某些任务，这些与乐高积木兼容的小型可编程积木，可通过蓝牙连接到用户的设备、计算机或平板电脑。带有微型 USB 连接器的可充电电池为每个模块供电。这些模块由橡胶外壳保护，并且具有极强的抗冲击性。这些模块是无线的，不需要触摸或用电线连接，不使用的模块会被关闭，以便课程持续大约一周。

儿童电子

很多孩子从六七岁开始就对电子产品产生了兴趣，他们先是被闪烁的灯光、旋转的电机和发声设备吸引，在玩了几分钟他们最喜欢的玩具后，他们就进入下一个有趣的阶段，即拆解，看看里面有什么。

这篇和后续的儿童电子系列文章将涵盖非常基本的电子技术主题，完全安全。

只需遵循理论或使用真实的电子元器件创建实际连接，就可以很容易地理解电路，所有这些都是现成的，此外孩子们也可以向大人寻求帮助。小而简单的实验可以在有趣和安全的操作中点燃激情。开始执行电子组装将需要工具和元器件（参见图 2）。以下是最重要的列表：

一些电子元器件——电阻器、发光二极管（LED）、灯泡、电容器、开关等。将在每次单独实验时有着不同的作用

单芯电缆，并配有鳄鱼夹，以便于连接

5V 扁平电池

一个简单的万用表

电路

为了理解电子学的一些基本元素，有必要探讨电路基础的最小理论。事实上，电流是一种电子流，它以无限涡流的形式从发电机的一极流向另一极。电路是发电机、电导体和负载之间的物理连接。为了保证电子循环通过，一些条件是必不可少的：

发电机必须产生足够数量的电子。

负载必须正常工作且不会中断。

电线必须是良好的电流导体，通常由金属（铜或铝）制成。

为了更好地理解电路的概念，可以将其与液压系统进行比较，如图3所示。事实上，将电流和水流进行比较，可以使控制这两个元素的概念和定律理解起来非常简单——它们非常相似。

图 3：电流和水流的相似之处

在图中可以看到：

电压发生器，使电路中的电子运动

耗电元件（灯、LED、电机）

限制电子通过的电阻器

电缆

这些元件中有任何一个断开，则不再有电子通过，电路开路。

点亮一个LED灯

LED是一种通过让特定数量的电子流过，进而产生光子（光）的器件。电流不是随意设定的，所有参数必须使用基本的数学程序确定。下面的实验是完全安全的，并解释了一些基本的电子概念：

电压的正确极性

限制电流

电路的连续性

因此需要以下材料：

4.5V 扁平电池

一个 180Ω 电阻器

一个红色 LED灯

三根带鳄鱼夹的连接电缆

如上图所示，建立了以下连接：

在电池正极和电阻（无极性）一端之间连接红色电缆。

在电阻的另一端和 LED 的阳极（可通过发光体底部的圆形部分识别）之间连接橙色电缆。

在 LED 的阴极（可通过发光体底部的扁平部分识别）和电池的负极之间连接黑色电缆。

如果连接正确完成，LED 会立即以正常亮度亮起。如果电池或 LED 的方向接反，则不会亮起。此时若拆下电阻并将两根松开的电线连接在一起，则会导致大量电子无限制地流向 LED，从而烧坏LED。

如何点亮两个 LED

下一步是点亮两个或多个 LED 的步骤。事实上，这是一个非常简单的操作，但要正确执行它，必须遵守几条规则。

这个方案会与点亮一个LED的方案有所不同，在下面的案例中，让我们来探索点亮两个LED的正确方法。

不考虑使用两个电池、两个电阻和两个LED的简单解决方案的话，以下是可行的替代方案：

将LED 并联

将LED串联

这两种方法决定了电流在电路中的传播方式，就像水网一样（参见图4中的两种解决方案）。让我们试着了解这两种方法是如何工作的。

图4： LED并联和LED串联。

这两种电路都可以点亮两个LED，但方式不同，让我们看看怎么做。

在左边的电路中（并联），电流随机地流过两条不同的路径：

一部分电流流过第一条路径，为电阻器R1和LED D1供电。

另一部分电流流过第二条路径，为电阻器R2和LED D2供电。

在经过LED之后，两部分电流会再次汇聚到相同的路径上，返回到电池并重复该过程。

在右侧的电路中（串联），从电池中流出的电子流依次通过电阻器R3、LED D3和LED D4。在这两个例子中，LED都能正常亮起，所不同的是电路的类型。

值得注意的是，在第一个示例中，电阻器R1和R2的值为180Ω，而在第二个示例中，电阻器R3的值仅为47Ω。

这就让我们了解到，电阻值越低，通过电路的电子流就越高。

现在必须了解的是电路中电子循环的重要性。具体来说：

如果电路中的所有元器件都正确连接，则它将正常工作并且存在“闭合电路”。

如果电路中至少有一个元器件断开或有缺陷，则它无法正常工作并且存在“开路”。

按照惯例，电子从正极到负极的方向移动，任何元器件中断都会中断这个过程，实际上，这个过程非常快，它们以大约 300，000 km/s的速度前进。大地（或地）的符号表示在这个电气分支上，有一个0V的电压。在并联电路中，两个分支是完全独立的。如果我们断开一个电阻器（例如R1）或一个二极管（例如D1），甚至通过将其倒置来反转其极性，另一个分支将继续工作而不会出现问题。然而，在串联电路中，情况并非如此。两个 LED 依赖于相同的电流，因此移除电阻 R3 或两个 LED（D3 或 D4）之一即可中断电路的运行。通常，照亮圣诞树的灯是串联的，一个灯泡烧坏就足以使整个电路无法使用。

练习

在成年人的帮助下，尝试创建红绿灯的原型，如图5所示。它是一个由三个LED组成的电路，每个支路分别并联180Ω电阻器。与之前的接线图不同，这张图显示了三个开关的存在，这样就能使每个LED独立打开和关闭。三个LED的颜色必须是红色、黄色和绿色。组装非常简单，最有趣的是，这些玩具可以在家里自己制作。

图5：交通灯电路图

小结

重要的是，不仅要仔细阅读这篇文章，还要通过尝试不同的电子电路将这些概念付诸实践，即使犯错误也要敢于再次尝试。

值得一提的使，尽管这些电子电路没有风险，但孩子们最好在成年人的帮助下进行实验。　　

      审核编辑：彭静