无限梦幻镜

章明干 浙江省临海市大洋小学教育技术中心主任，临海市优秀教师，临海市小学信息技术学科带头人，临海市教学能手。全国青少年创意编程与智能设计大赛优秀指导教师，全国中小学机器人教学暨创客教育展评活动优秀指导教师。辅导学生参加全国中小学电脑制作活动，7人分别获全国一、二、三等奖，有近30篇文章发表在《无线电》《爱上机器人》等杂志。

教学背景

无限镜又称“隧道镜”“无底镜”，利用镜面光学反射和电子LED技术产生虚拟的空间，充满科技感，主要运用于室内装潢、礼品饰品、美陈展览等。现在市面上有许多现成的无限镜产品，但这些无限镜灯光颜色或是单一色的，或是固定的几种颜色，使用者可以利用遥控器让其显示不同颜色的灯光，却不能更改灯光颜色。本项目旨在引导学生自己动手制作一个无限镜，通过开源硬件控制，使学生可以发挥创意，随心所欲地设计无限镜灯光颜色和显示特效。

教学目标

1.了解无限镜的工作原理，学会组装无限镜。

2.了解炫彩WS2812 RGB LED可剪裁灯带、按钮及声音传感器的工作原理，学会利用Mind+软件编写程序来控制灯光颜色的变化。

3.通过无限镜的设计制作，培养计算思维、创新精神。

教学重点与难点

教学重点 了解炫彩WS2812 RGB LED可剪裁灯带、按钮及声音传感器的工作原理，学会利用Mind+软件编写程序来控制灯光颜色的变化。

教学难点 灯带、按钮及声音传感器的组合使用，设计编写相应的程序。

教学准备

DFRduino UNO R3主控板1个，IO传感器扩展板1个，模拟声音传感器1个，炫彩WS2812 RGB LED可剪裁灯带2条，数字大按钮模块2个，半透镜和单面镜各1块，电池盒、开关、杜邦线、激光切割结构件等。

教学过程

一、课堂导入

教师先用PPT展示一系列无限镜的效果图片和视频，再在课堂上演示自己事先制作好的无限梦幻镜。

师：你们知道这些镜子叫什么吗？制作它需要哪些器材？为什么会产生这样的效果？

学生小组讨论交流。

教师向学生介绍无限镜的工作原理：透过两面镜子的互相反射，使镜中产生无限多的镜像及无限大的空间。现有的无限镜结构利用平面镜的反射原理，主要包括第一层玻璃、第二层玻璃及发光体。其中，第一层玻璃为透光及反射层，第二层玻璃为镜面层，发光体则被安装于第一层玻璃与第二层玻璃之间。当发光体发光时，通过第一层玻璃与第二层玻璃两者间光线的来回反射及穿透，可看到无限光源及空间的延伸，从而产生镜像效果。

二、动手组装

对小学生来说，设计无限梦幻镜的外观结构部分比较困难，所以本项目教师需给学生提供设计并切割好的结构件，让学生动手组装，以此培养学生的动手能力，让学生进一步理解无限镜的工作原理。

在动手组装这一环节，教师要提供事先准备好的组装步骤说明文件，让学生根据说明文件自行组装。学生动手组装之前，教师要先讲明注意事项，比如热熔胶枪、502胶水的使用要求，半透镜和单面镜安装时的注意事项，等等。

首先，把三张侧面板与其中一张隔层板组装起来，用热熔胶和502胶水固定;然后将相应的木板组装起来并固定好;再将LED灯带贴在相应的位置，最好从底部中间开始，这样显示效果会更好;随后安装上单面镜，镜面要朝向LED灯带;安装半透镜，注意半透镜的电镀层很容易被擦拭掉，所以安装时不要弄脏或擦拭电镀层，也不要在电镀层上留下手指印，电镀层那面要朝内安装;安装最后一块侧面板及中间的主控板固定板，并用热熔胶固定好;在侧面板的外围安装上LED灯带;在侧面板上安装好两个按钮、声音传感器和开关，再把主控板及电池盒用热熔胶固定在相应位置;最后将各个传感器、LED灯带、电池盒等与主控板连接，如图1。

三、线路连接

师：线路连接这一步非常关键，因为我们在编写程序时要与之相对应。本例中两条灯带和两个按钮模块要接在数字引脚上，声音传感器要接在模拟引脚上。在连接线路的时候可以把各个传感器所接的引脚记在纸上，方便编写程序时查看。

教师出示接线示例图供学生参考，学生自行连接线路，如图2。

四、程序编写

打开Mind+软件，切换到“上传模式”，接着点击“扩展”，添加“Arduino Uno”主控板及相应的模块。

编写程序时先进行LED灯带的初始化及变量的定义，并给这些变量赋值，如图3。

编写两个按钮的程序，如图4。这里使用中断引脚是为了能随时切换不同的颜色和显示效果。2号中断引脚上的程序是通过按相应按钮改变“颜色”变量的值，再根据“颜色”变量的值让LED灯带显示相应的颜色;3号中断引脚上的程序是通过按相应按钮改变“功能”变量的值。

新建“跑马灯1”等函数，并编写相应的程序，如图5。这里的函数供主程序调用，作用是通过按下按钮调用相应的函数，从而让LED灯带显示不同的效果。

编写主程序，主要是让其根据“功能”变量的值来调用相应的函数，可以让LED灯带显示不同的效果，如图6。

本例中各种灯光效果都采用函数的形式来编写，这样编写程序时思路会比较清晰，后期也可以根据需要增加不同的函数来显示不同的颜色，这样就能让LED灯带的显示效果千变万化。

五、交流分享

教师邀请各小组的学生代表上台演示本组制作的作品，说一说自己小组在制作过程遇到的问题及解决的方法，并谈一谈作品的亮点。最后投票评选出优秀作品。

教学反思

本项目采用“扶”和“放”相结合的形式开展教学。结构搭建部分主要采取“扶”的方法，因为材料及结构件都是固定提供的，学生统一借助组装步骤说明文件来进行，必要时教师给予帮助;程序编写部分主要采取“放”的方法，教师讲解基本程序编写的思路后，就放手让学生自由发挥，最后学生做出来的灯光显示效果各不相同。后续的教学中可以再用几节课的时间让学生自主去探究、去創造，相信学生会设计出更加绚丽的无限梦幻镜作品。

（本课件由DF创客社区推荐）