無限夢幻鏡

章明干 浙江省臨海市大洋小學(xué)教育技術(shù)中心主任，臨海市優(yōu)秀教師，臨海市小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科帶頭人，臨海市教學(xué)能手。全國青少年創(chuàng)意編程與智能設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師，全國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)暨創(chuàng)客教育展評活動優(yōu)秀指導(dǎo)教師。輔導(dǎo)學(xué)生參加全國中小學(xué)電腦制作活動，7人分別獲全國一、二、三等獎，有近30篇文章發(fā)表在《無線電》《愛上機(jī)器人》等雜志。

教學(xué)背景

無限鏡又稱“隧道鏡”“無底鏡”，利用鏡面光學(xué)反射和電子LED技術(shù)產(chǎn)生虛擬的空間，充滿科技感，主要運(yùn)用于室內(nèi)裝潢、禮品飾品、美陳展覽等。現(xiàn)在市面上有許多現(xiàn)成的無限鏡產(chǎn)品，但這些無限鏡燈光顏色或是單一色的，或是固定的幾種顏色，使用者可以利用遙控器讓其顯示不同顏色的燈光，卻不能更改燈光顏色。本項(xiàng)目旨在引導(dǎo)學(xué)生自己動手制作一個無限鏡，通過開源硬件控制，使學(xué)生可以發(fā)揮創(chuàng)意，隨心所欲地設(shè)計(jì)無限鏡燈光顏色和顯示特效。

教學(xué)目標(biāo)

1.了解無限鏡的工作原理，學(xué)會組裝無限鏡。

2.了解炫彩WS2812 RGB LED可剪裁燈帶、按鈕及聲音傳感器的工作原理，學(xué)會利用Mind+軟件編寫程序來控制燈光顏色的變化。

3.通過無限鏡的設(shè)計(jì)制作，培養(yǎng)計(jì)算思維、創(chuàng)新精神。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 了解炫彩WS2812 RGB LED可剪裁燈帶、按鈕及聲音傳感器的工作原理，學(xué)會利用Mind+軟件編寫程序來控制燈光顏色的變化。

教學(xué)難點(diǎn) 燈帶、按鈕及聲音傳感器的組合使用，設(shè)計(jì)編寫相應(yīng)的程序。

教學(xué)準(zhǔn)備

DFRduino UNO R3主控板1個，IO傳感器擴(kuò)展板1個，模擬聲音傳感器1個，炫彩WS2812 RGB LED可剪裁燈帶2條，數(shù)字大按鈕模塊2個，半透鏡和單面鏡各1塊，電池盒、開關(guān)、杜邦線、激光切割結(jié)構(gòu)件等。

教學(xué)過程

一、課堂導(dǎo)入

教師先用PPT展示一系列無限鏡的效果圖片和視頻，再在課堂上演示自己事先制作好的無限夢幻鏡。

師：你們知道這些鏡子叫什么嗎？制作它需要哪些器材？為什么會產(chǎn)生這樣的效果？

學(xué)生小組討論交流。

教師向?qū)W生介紹無限鏡的工作原理：透過兩面鏡子的互相反射，使鏡中產(chǎn)生無限多的鏡像及無限大的空間。現(xiàn)有的無限鏡結(jié)構(gòu)利用平面鏡的反射原理，主要包括第一層玻璃、第二層玻璃及發(fā)光體。其中，第一層玻璃為透光及反射層，第二層玻璃為鏡面層，發(fā)光體則被安裝于第一層玻璃與第二層玻璃之間。當(dāng)發(fā)光體發(fā)光時，通過第一層玻璃與第二層玻璃兩者間光線的來回反射及穿透，可看到無限光源及空間的延伸，從而產(chǎn)生鏡像效果。

二、動手組裝

對小學(xué)生來說，設(shè)計(jì)無限夢幻鏡的外觀結(jié)構(gòu)部分比較困難，所以本項(xiàng)目教師需給學(xué)生提供設(shè)計(jì)并切割好的結(jié)構(gòu)件，讓學(xué)生動手組裝，以此培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生進(jìn)一步理解無限鏡的工作原理。

在動手組裝這一環(huán)節(jié)，教師要提供事先準(zhǔn)備好的組裝步驟說明文件，讓學(xué)生根據(jù)說明文件自行組裝。學(xué)生動手組裝之前，教師要先講明注意事項(xiàng)，比如熱熔膠槍、502膠水的使用要求，半透鏡和單面鏡安裝時的注意事項(xiàng)，等等。

首先，把三張側(cè)面板與其中一張隔層板組裝起來，用熱熔膠和502膠水固定;然后將相應(yīng)的木板組裝起來并固定好;再將LED燈帶貼在相應(yīng)的位置，最好從底部中間開始，這樣顯示效果會更好;隨后安裝上單面鏡，鏡面要朝向LED燈帶;安裝半透鏡，注意半透鏡的電鍍層很容易被擦拭掉，所以安裝時不要弄臟或擦拭電鍍層，也不要在電鍍層上留下手指印，電鍍層那面要朝內(nèi)安裝;安裝最后一塊側(cè)面板及中間的主控板固定板，并用熱熔膠固定好;在側(cè)面板的外圍安裝上LED燈帶;在側(cè)面板上安裝好兩個按鈕、聲音傳感器和開關(guān)，再把主控板及電池盒用熱熔膠固定在相應(yīng)位置;最后將各個傳感器、LED燈帶、電池盒等與主控板連接，如圖1。

三、線路連接

師：線路連接這一步非常關(guān)鍵，因?yàn)槲覀冊诰帉懗绦驎r要與之相對應(yīng)。本例中兩條燈帶和兩個按鈕模塊要接在數(shù)字引腳上，聲音傳感器要接在模擬引腳上。在連接線路的時候可以把各個傳感器所接的引腳記在紙上，方便編寫程序時查看。

教師出示接線示例圖供學(xué)生參考，學(xué)生自行連接線路，如圖2。

四、程序編寫

打開Mind+軟件，切換到“上傳模式”，接著點(diǎn)擊“擴(kuò)展”，添加“Arduino Uno”主控板及相應(yīng)的模塊。

編寫程序時先進(jìn)行LED燈帶的初始化及變量的定義，并給這些變量賦值，如圖3。

編寫兩個按鈕的程序，如圖4。這里使用中斷引腳是為了能隨時切換不同的顏色和顯示效果。2號中斷引腳上的程序是通過按相應(yīng)按鈕改變“顏色”變量的值，再根據(jù)“顏色”變量的值讓LED燈帶顯示相應(yīng)的顏色;3號中斷引腳上的程序是通過按相應(yīng)按鈕改變“功能”變量的值。

新建“跑馬燈1”等函數(shù)，并編寫相應(yīng)的程序，如圖5。這里的函數(shù)供主程序調(diào)用，作用是通過按下按鈕調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，從而讓LED燈帶顯示不同的效果。

編寫主程序，主要是讓其根據(jù)“功能”變量的值來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，可以讓LED燈帶顯示不同的效果，如圖6。

本例中各種燈光效果都采用函數(shù)的形式來編寫，這樣編寫程序時思路會比較清晰，后期也可以根據(jù)需要增加不同的函數(shù)來顯示不同的顏色，這樣就能讓LED燈帶的顯示效果千變?nèi)f化。

五、交流分享

教師邀請各小組的學(xué)生代表上臺演示本組制作的作品，說一說自己小組在制作過程遇到的問題及解決的方法，并談一談作品的亮點(diǎn)。最后投票評選出優(yōu)秀作品。

教學(xué)反思

本項(xiàng)目采用“扶”和“放”相結(jié)合的形式開展教學(xué)。結(jié)構(gòu)搭建部分主要采取“扶”的方法，因?yàn)椴牧霞敖Y(jié)構(gòu)件都是固定提供的，學(xué)生統(tǒng)一借助組裝步驟說明文件來進(jìn)行，必要時教師給予幫助;程序編寫部分主要采取“放”的方法，教師講解基本程序編寫的思路后，就放手讓學(xué)生自由發(fā)揮，最后學(xué)生做出來的燈光顯示效果各不相同。后續(xù)的教學(xué)中可以再用幾節(jié)課的時間讓學(xué)生自主去探究、去創(chuàng)造，相信學(xué)生會設(shè)計(jì)出更加絢麗的無限夢幻鏡作品。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）