创客教育材料漫谈

陈染

早在19世纪，人们就发现苯酚与甲醛反应后，试管底部会出现一些黏糊糊的难以清洗的泡沫状固体。很长一段时间里，人们并没有找到这种固体的实用价值。直到20世纪初，经过对这种固体的反复试验，美国化学家里奥贝克兰德（Leo Baekeland）发明了一种名叫“贝克莱特”（Bakelite）的新型材料。这种材料经过压制能够变成透明的固体，被称为人造琥珀；它没有导电性，可以制成电子产品中的绝缘材料；它可塑性强，能够做成各种各样的形状，最重要的是，它制造成本低，很多家庭都可以用得起。

贝克莱特就是我们今天所知的酚醛树脂（PF），它是第一种人工合成的塑料。因此，里奥贝克兰德也被称为“塑料之父”。从20世纪以来，塑料成为了一项重要的材料革命。除了酚醛树脂，人们还制作出了多种不同类型的塑料，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯丙烯（Ps）、聚氯乙烯（PVC）、ABS树脂等。不同塑料的材料属性、实用情景各不相同，大大方便了现代生活。试一试环顾四周，我们很容易找到它们：笔套、尺子、塑料梳子、塑料杯子……如果没有塑料，我们今天的生活无法想象。

在改变我们生活的同时，大规模的塑料使用也带来了巨大的争议。有些高分子塑料难以自然分解，导致白色垃圾不断增加；有的塑料在焚烧处理的时候会产生大量有害气体，造成空气污染；一旦塑料进入海洋，会被海洋生物误食，造成窒息和中毒；在2002年英国《卫报》评选的“人类最糟糕的发明”中，塑料不幸地获得了这个称号。

在创客教育中，塑料常常被用作结构材料，不同类型的塑料为学生提供了多样化的选择。为了培养学生的环境保护意识，创客教育可以提倡用废旧塑料进行制作。接下来，我们就来认识不同类型的塑料，看看它们为创客教育带来了什么。

用塑料进行3D打印制作

塑料在创客教育中最有代表性的一个应用就是作为3D打印的材料。可用于3D打印的塑料有很多种，创客教育比较常用的是ABS树脂和PLA塑料。

ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物首字母的缩写，它被加工成细丝盘状，安装在3D打印机的上方。3D打印机工作时将ABS树脂加热到约105℃，这时候ABS树脂变软，从喷口喷出，就可以打印出各种物体。打印出来的ABS树脂快速冷却变硬，不会走形。它制作的作品强度高、韧性好，还可以打印出多种颜色，非常适合用于创客教育。

另一种常被用于3D打印的材料是PLA塑料，又叫聚乳酸。同样的，3D打印中的PLA塑料也被制成细丝盘状，打印过程和原理与ABS树脂相似，但它所需的打印温度比较低，打印过程中也不会像ABS树脂一样产生难闻的塑料味。PLA塑料的另一个特色就是环保，与多数源自石油的塑料不同，PLA塑料由可再生的淀粉和纤维素制成，废弃的PLA塑料在特定的环境下可以降解，对环境更加友好。

创客教育中常见的塑料板材

除了3D打印，创客教育还常常用到各种塑料板材。在这里我们介绍3种常见材料：亚克力板、KT板和雪弗板。

亚克力又称为有机玻璃，是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的商品名称。亚克力是一种重要的高分子材料，在创客教育中常常用它取代玻璃。与玻璃相比，亚克力板具有透光率高、轻盈、机械强度高、易于加工等优点，但在耐热性和化学稳定性方面不如玻璃，我们要根据具体需求选择合适的材料。

创客教育常用的塑料板材还有KT板和雪弗板，这2种板材的材料属性较为相似，常常可以互相替代。

KT板是一种聚苯乙烯（PS）发泡板，与瓦楞纸类似，KT板也是由3层板压制而成。KT板中间是由聚苯乙烯发泡制成的板芯，板芯两侧有光滑的贴面。常用的贴面材料有耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）、纸、背面胶等。KT板常用于印刷广告和建筑模型，也常用于STEAM项目完成后的展示中。由于采用了发泡的聚苯乙烯塑料，KT板的密度非常低，两侧的贴面为KT板提供了一定的机械强度，创客们利用这个特点可以制作出KT板遥控飞机。

与KT板相似，雪弗板的板芯是聚氯乙烯（PVC）发泡板，外侧用光滑的PVC贴面（也有部分雪弗板不做贴面），它的密度比KT板更大一些。由于采用了不同的材料，雪弗板的机械强度比KT板高，不用担心板芯被挤压变形。切割KT板或雪弗板的工具是电热丝，但雪弗板有掺杂阻燃剂，加工起来比KT板安全。当然，雪弗板的价格也比KT板更高，我们可以根据制作的实际需求选择KT板或雪弗板。

用回收塑料制作創客作品

塑料的大规模使用带来的环境污染问题已为公众所熟知，这里不再赘述。我们也应该将环保意识融入创客教育中，让学生认识我们的制作对环境的影响是什么。培养环保意识的做法有很多，为废品赋予新生命是一种比较常用的方法。接下来我们通过几个不同的案例，看看怎样用生活中常见的塑料垃圾制造出有趣的创客作品。

泡沫板又叫可发性聚苯乙烯板（EPS），是一种生活中常见的塑料制品。泡沫板常常用于电器包装的缓冲材料、冷冻食品的保温材料，以及制成某些一次性餐具。但泡沫板无法自然降解，回收处理成本过高，成为了白色污染的典型材料。而创客们巧用心思，将聚苯乙烯制成有趣的创客作品。“永不降落的泡沫板滑翔机”就是一个利用废弃的泡沫板制成飞行器的创客教育案例，它利用泡沫板密度极低的特点设计而成，还融合了伯努利原理、基本的电子学知识、设计配重、计算尺寸等要素，是一项优秀的STEM兼创客教育案例。

饮料瓶也是生活中常见的塑料废弃物品，大多数饮料瓶采用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）制成，尽管PET可回收利用，但我们还是需要在创客教育中强调对废弃物品的重复使用。塑料瓶吸尘器（见图1）是一个用水瓶制作出吸尘器的案例。塑料瓶吸尘器将小风扇作为吸尘器的动力装置，用废弃塑料瓶制成吸尘器的吸嘴和机身，并通过滤网将吸起的灰尘收集在一起。塑料瓶吸尘器用反向思维的方法，利用电风扇产生的负压，将灰尘吸入瓶子中。这个创客活动制作简单，但所涉及的知识和技能却很丰富，还培养了学生的创造意识和环保意识。

PVC管是一种常见的装修材料，常用于管道的制作。家居装修往往会剩余若干PVC管，不要把它们扔掉，创客们能够将它们变废为宝。PVC管有优良的机械强度，并且有不同的规格，我们还可以很容易地找到用于连接不同PVC管的转接口，这些特点都让PVC管成为创客制作的绝好结构材料（见题图，图片来源：navinkhambhala.COrn）。“PVC火星机器人”就是一个变废为宝的创客案例。作者用废弃的PVC管制作了与好奇号火星车相似的悬挂结构，并搭载遥控和动力系统，能够实现爬楼梯等跨越障碍功能。

作为20世纪以来的一项伟大而极具争议的发明，塑料不仅为创客教育提供了各式各样的结构材料，更为创客教育的开展提供了多种活动主题。更深入地认识塑料，你也能用它设计出更好的创客教育。

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案例来源

永不降落的泡沫滑翔机：https：//www.johnnosscience.com/walkalonggliders.html

塑料瓶吸尘器：https：//navinkhambhala.com/vacuum-cleaner

PVC火星机器人：https：//navinkhambhala.com/rocker-bogie-robot