小学科学项目：三个不用编程、不用焊接的比赛作品

这三个小学科学项目，4 到 6 年级的学生不用编程、不用焊接就做得完：迷你太阳能风扇、迷你交通灯，还有门口警报器。三个都跑在 4.5 V 或以下，接线只有两招 — 绞紧加胶布，或者把针脚插进洞里；而且每一个都答得出科学比赛评审真正会问的那道题：什么能量变成了什么能量。

需要大人动手的只有两类工作：切割和钻孔，还有剥线和绞线。如果孩子读的是中学 1 到 3 年级，而这是 RBT 课业，那我们的RBT 电子专题点子清单更适合。

为什么这三个项目适合科学比赛？

科学与创新比赛的评审只问两件事：里面到底发生了什么，还有这个学生是真的懂了吗。下面三个项目都建在同样的两个概念上，所以一个学生可以用同一套话把三个都讲清楚。

第一个概念：电路必须是完整的，而开关只不过是电路上一道我们能打开、能合上的缺口。电流要流动，就必须有一条闭合的路径，从电池的一端出发，经过元件，再回到另一端。在任何一点把这条路径切断，一切都会立刻停下来，不是慢慢弱下去，因为电子不会在电线里排队等 — 整条链要么一起动，要么完全不动。所以开关不是什么神奇的装置：它并没有向灯发出任何指令，它只是把那道缺口合拢或者拉开。电池盒上的 ON/OFF 开关、在几排灯之间搬来搬去的那根跳线、还有门一开就碰在一起的两片铝箔：三样其实是同一件东西，只是换了身衣服。

第二个概念：能量不会凭空冒出来，它只是换了形式。太阳能风扇把光 → 电 → 运动。交通灯和警报器把化学能（藏在 AA 电池里）→ 电 → 光或者声音。评审问“它是怎么运作的”，答案就是这条链。

电池盒列了两个，理由很实际：迷你交通灯和门口警报器各自需要自己的电源，这样两个项目才能同时活着摆在比赛桌上，什么都不必拔来拔去。太阳能风扇本身完全不用电池，只有阴天才用得上，那时候它可以向上面两个电池盒的任何一个借电。

项目 1：迷你太阳能风扇 — 光怎么变成风？

3 V 0.3 W 太阳能板和1.5–5 V 太阳能直流马达可以直接对接，中间什么都不必加。理由在数字里：0.3 W 配上 3 V，意思是这块板在全日照下供得起 0.1 A，也就是 100 mA — 而那个马达在 3 V 空载时只吃大约 12 mA。那是马达所需的八倍，而且这还是在装上扇叶之前。

装上扇叶以后电流会上升，因为马达得更用力地做工。太阳能板不会因为被拉得太用力而损坏，原因就在这种电池片产生电流的方式：每一颗被吸收的光粒子放出一个载流子，所以这块板每秒能给出多少电子，是由落在它身上的光有多少决定的，不是由马达拉得多用力决定的。要得比这个多，板的电压就会自己掉下来，直到需求重新对得上 — 风扇只是转得慢一点，什么都不会烧。这也是为什么演示的时候，一只手掌盖住板的一部分，就能立刻把风扇停下来。那块板上六条蓝色的电池条是串联的，所以同一个电流必须流过全部六条，最暗的那一条就替整块板定下了上限：把其中一条完全遮住，整块板的功率就几乎掉到零，而不是只少了六分之一。这件事本身就是一个很漂亮、可以做给评审看的实验。

两个零件出厂时都已经接好了红线和黑线，所以真正要做的只有：红对红，黑对黑，绞紧，再用电工胶布包好。

扇叶：用厚纸皮或者塑料瓶的瓶身剪一片两叶的螺旋桨，两边一样长；画两条对角线找出中心；然后钻一个比 2 mm 稍微紧一点的孔，再把它推上马达轴（直径 2 mm，长 7 mm）— 孔太松，转快了扇叶会飞出去。开电之前先测平衡：拿一根针把扇叶挂起来，如果每次都是同一边掉下来，就把那一边的尖端剪掉一点，直到扇叶停在随机的位置。不平衡的扇叶会抖，会让马达变吵，也会把那个孔重新磨松。切割和钻孔是大人的工作，转动中的扇叶要远离脸和眼睛。如果想要现成的扇叶，我们的太阳能风扇套件里有一整套。

比赛日之前必须搞懂马达的一个脾气：还没转起来的马达，吃的电流最大。只要还没开始转，它就还没产生那个平时会抑制自身电流的反向电压（back-EMF），所以那一瞬间限制电流的，只有线圈那点非常低的电阻。光线弱的时候太阳能板给不出这个启动电流，电压塌下去，于是电路明明是对的，风扇却只会抖，不转。解药不是加零件：用手指推扇叶一下，马达就会自己转下去，因为维持转动需要的电流，远远小于开始转动需要的电流。另外也把板倾斜到正对太阳，而不是平放。

阴天的保险是带上一个 3×AA 电池盒：三颗电池给 4.5 V，还在马达 1.5–5 V 的范围里，所以只要把太阳能板换成电池盒，风扇在礼堂里照样转。更好的做法是当着评审的面比较两个电源下的转速 — 那是一个实验，不只是展示。想了解更大的板以及它怎么给电池充电，看我们的太阳能板指南。

讲给评审听的稿：“这块板里面是硅电池片。太阳光照到它，电池片就把电子推出去，产生电流。电流流到马达，马达把它变成转动，扇叶推动空气 — 所以光变成了风。”

项目 2：迷你交通灯 — 一根跳线怎么点亮三盏灯？

3 LED 交通灯模块是一块窄窄的黑色薄板，上面竖着排了三颗大颗的圆头 LED — 红在上、黄在中、绿在下 — 板子下方有四根公针脚。每一颗 LED 旁边都已经在同一块板上配好一颗小电阻。这就是为什么这个模块可以直接接上 5 V 直流电源，也是为什么这个项目不需要另外买任何电阻。

看板子自己的丝印标签 — G、Y、R 和 GND — 不要凭记忆去数针脚的位置。GND 是三颗 LED 共用的脚；另外三根各自点亮一个颜色。

把四根针脚全部插进400 孔面包板。面包板里面，同一排的五个孔由藏在底下的金属夹连在一起，所以 R 针脚旁边那个孔，跟 R 针脚本身是同一个电气节点。电池的线则要先有个落脚点，因为它的线头是多股软线，不是针脚：把每一个线头尽量绞紧在一根公对公跳线的针脚上（做法看下面的接线那一节），然后把红针脚和黑针脚分别插进两排空的孔。用一根跳线从黑线那一排接到 GND 那一排，再用另一根跳线从红线那一排接到 R 那一排 — 第二根跳线就是学生要在 R、Y、G 三排之间搬来搬去的那一根。跳线每换一个位置，就有一条不同的电路变完整，一盏不同的灯亮起来。那就是开关 — 由学生的手做出来的，不是由代码。

在 4.5 V 而不是 5 V 下，三盏灯都会稍微暗一点，而这件事可以解释给评审听。每一颗 LED 自己会挡住一个固定的电压 — 像这个模块上这种普通的红、黄、绿圆头 LED，大约 2 V — 剩下的电压全部落在旁边那颗小电阻上。所以供电掉了 0.5 V，这 0.5 V 是整个从电阻那一份里扣掉的，不是从 LED 那一份，于是电流少了大约六分之一 — 还剩原来的六分之五左右。需要电压最高的那个颜色最先受影响，所以比赛日之前把三个都点一次，自己看看。摆在比赛桌上还是够亮的。

同样这块实体模块，以后可以交给 Arduino 来控制：我们的 Arduino 交通灯项目指南就是下一步。

讲给评审听的稿：“三颗 AA 电池把化学能变成电能。我把跳线放在红色那一排，我就只让红色那条电路变完整，所以只有红色 LED 亮。真正的交通灯做的是同一件事 — 只不过替它选灯的是定时电路，不是我的手。”

项目 3：门口警报器 — 纸皮和铝箔怎么变成开关？

SFM-20B 有源蜂鸣器是这份清单里最简单的零件：给它的红线和黑线送 3–24 V 直流电，它就直接响。“有源”的意思是振荡器已经做在那个黑色壳子里，所以一个平直的直流电压就足够发出声音 — 不需要脉冲信号，不需要代码。无源蜂鸣器不是这样的；有源和无源蜂鸣器的分别解释了原因。一个很实际的提醒：这个蜂鸣器很响，近距离大约 100 dB。不要一边测试一边把它拿在耳朵旁边；如果对封闭的礼堂来说太吵，用一小条胶布盖住它的出音孔就足够把音量压下来，电路完全不用改。

门开关则要自己做，而这正是评审最感兴趣的部分。把一块纸皮折成夹子的形状。在里面两个面都贴上铝箔。把电线接到铝箔上是最常失败的一步，因为铝箔用普通焊锡焊不上，而且它表面永远盖着一层会绝缘的薄氧化层。管用的做法是：先把剥好的线头放在铝箔底下，再把铝箔贴上去，让铝箔把电线压平在纸皮上，然后用胶布沿边缘锁住。如果有鳄鱼夹，夹住铝箔的边缘也很有效 — 正是夹子的齿刮穿了那层氧化层，让金属碰到金属。在两片之间塞一个小纸皮楔子，让两片铝箔碰不到，然后从楔子拉一条线绑到门把上。

门一打开，线就把楔子拉出来，纸皮自己合上，两片铝箔碰在一起，电路变完整 — 蜂鸣器就响。要确保铝箔表面平整、面积够大，因为皱起来的铝箔只会在几个小点上接触，警报器有时候就不响了。

讲给评审听的稿：“这个蜂鸣器只需要一条完整的电路就会响。门关着的时候，纸皮楔子把这条电路切断。开门就把楔子拉出来，两片铝箔碰在一起，电路完整，电能就变成了声能。”

每个项目怎么接线？

三个项目里，电池盒出来的都是线头裸露的多股软线（stranded）。那些细铜丝一插进面包板的孔就会散开，可能碰到旁边的孔。正确的做法是把线头尽量绞紧在一根跳线的公针脚上，再用胶布把接头包起来 — 这是大人的工作。鳄鱼夹线是学校专题的经典捷径；什么时候该用鳄鱼夹说明了它的限制。

项目	从哪里接	接到哪里	备注
太阳能风扇	太阳能板红 / 黑	马达红 / 黑	绞紧加胶布；接反了只是马达往相反方向转
太阳能风扇（阴天）	电池红 / 黑	马达红 / 黑	4.5 V，在马达 1.5–5 V 范围内
交通灯	电池黑线，经过两根跳线	正对 GND 针脚的那一排	三颗 LED 共用的脚
交通灯	电池红线，经过两根跳线	R、Y 或 G 那一排	搬动跳线就换灯
门口警报器	电池红线	铝箔 A	自制开关就在这里
门口警报器	铝箔 B	蜂鸣器红线	—
门口警报器	蜂鸣器黑线	电池黑线	让电路变完整

哪些部分必须由大人来做？

这些项目全部跑在 4.5 V 或以下，这个电压不可能透过干燥的皮肤电到人，而且没有任何一个碰到市电。真正的危险不在学生身上，而在电池：绝对不要让电池盒红线和黑线的裸露线头互相碰到。三颗 AA 电池能供出足够的电流，把电线烧到烫伤人，也会把电池本身弄坏。项目休息的时候就用电池盒上的 ON/OFF 开关，比赛结束后把电池取出来。还有一个小但真实的危险：纸皮扇叶每分钟转几千转，所以要在桌面上开机，眼睛离远一点，长头发绑起来。

步骤	谁来做
切割和钻孔：纸皮、塑料瓶和扇叶	大人
剥线、绞线和包胶布	大人
把电池装进电池盒	学生
把模块和跳线插进面包板	学生
贴铝箔、绑绳、测试，以及讲解给评审听	学生

我们常看到的错误

把电池线直接插进面包板。细铜丝散开，有一部分跑进旁边的孔，电路的表现就变得随机 — 看起来像是零件坏了。先把线头绞在跳线针脚上。

演示的时候用手掌盖住太阳能板。因为那六条电池条是串联的，一根手指只要横过其中一条，就足以让风扇变弱，评审看到的是一个“做不成”的项目。把板架在纸皮支架上，完全不要用手拿。

以为蜂鸣器可以靠水或者皮肤导通来响。水位探测和触摸感应的点子很受欢迎，但水和皮肤的电阻都很高，通过的电流远远小于蜂鸣器需要的量。这种电路需要一颗晶体管来放大那个很小的信号 — 所以它是中学的科学项目，不是小学的。

接反了极性，然后以为零件坏了。在 4.5 V 下，接反在这里不会弄坏任何东西：马达只是往相反方向转，LED 和蜂鸣器只是不出声。先把那两条线对调，再去换别的东西。

常见问题

最容易做的小学科学项目是哪一个？

太阳能风扇。它只有两个零件，两个都已经接好线，接法是红对红、黑对黑，而且一拿到太阳底下就会动。

电子项目真的可以完全不用焊接吗？

可以。这三个项目用的是三种免焊接的方法：绞紧加胶布、面包板，还有鳄鱼夹。只有当接点必须长期固定下来的时候，才真的需要焊接。

做完一个小学科学项目要多久？

每个项目大约一到两个小时，包括剪纸皮和测试。三个加起来，一个周末做得完。

小学科学项目和中学科学项目有什么分别？

在小学，评审看的是学生懂不懂电路里面在发生什么。中学的科学创新项目则被期待多加一个会做决定或者会放大信号的元件：晶体管、传感器，或者微控制器。

学校科学创新比赛的评审在找什么？

一条讲得清楚的能量转换链、一个项目真正想解决的现实问题，还有这确实是学生自己做的证据。会动但讲不清楚的模型，永远输给简单但讲得有信心的模型。

最后更新：2026 年 8 月。有问题？WhatsApp 联系我们。