敏捷反應測試器

◆北京大學附屬中學高二 馬嘉林

上體育課時，我發現老師使用秒表訓練同學們的手、眼、大腦之間的協調能力，且僅憑觀察判斷訓練效果。如果有一款產品能代替老師手中的計時器，直接反饋訓練效果，不僅可以提升訓練的效率，還能進行自我訓練。

我在觀察多個班級體育課上的日常訓練狀況時發現，教練大多采取加速折返跑、長跑、高抬腿等方式訓練敏捷反應程度。由于缺乏趣味性，往往課程過半學生便失去了積極性，訓練結果自然不盡如人意。

有沒有一種教具既能保證訓練質量，又能提高學生上課的積極性？我想設計一種敏捷反應測試器。

一、分析問題

（一）設計構思

我希望自己設計的敏捷反應測試器能與測試者進行簡單的互動。比如燈亮時，測試者立即做出拍擊動作，燈滅并繼續執行下一指令，即根據既定的順序依次亮燈。該測試器還能記錄從燈亮到將燈拍滅所需的時間，在一輪程序運行結束后，根據反應時間對測試者給出相應的評分。

選用Microbit 進行編程，結合不同的訓練項目確定燈亮的間隔時間，以及不同的評測標準。

（二）運用的知識

1.編程知識

（1）主要應用循環部分中重復運行的指令，以控制隨機亮燈的次數和間隔時間。

（2）其次是邏輯判斷指令，使用“If”語句判斷是否有人手接觸，當有人手接觸時，紅外傳感器讀取數值。當數值出現在某一區間時，Microbit控制燈滅，并停止計時。

（3）首先設置通信組，即將遙控器與4 個敏捷反應測試器編入同一個通信組，隨后即可發送數字燈信息。

2.數學運算

Microbit自帶的編程軟件只能滿足在一定條件下自動開始計時，不能自主判定何時停止計時。在本項目中，我使用兩個計時模塊——一個在敏捷反應器被激活時就開始計時，另一個則在紅外傳感器感應到人手時開始計時。隨后，通過計算時間差得出從燈亮到有人手接觸時所用的時間。

在顯示時，為了方便觀察，需將計時模塊默認的以毫秒為單位改為分別以分、秒為單位。所以，我在模塊中增加了時間單位轉化的程序。

（1）紅外檢測。該模塊可發射紅外線，也能接收反射回來的紅外線，并反饋前方是否有障礙物。在此處采用的是立式紅外傳感器，滿足對人手感應的需求。

（2）拓展板。通過拓展板可外接紅外傳感器、燈帶等其他元器件，同時也可外接5 伏電池，滿足裝置持續使用的要求。

該類相關知識我已通過自學掌握。再通過分析不同體育項目訓練的相關數據，總結出訓練項目的評測表以及燈亮的時間間隔，從而達到訓練目的。

圖1 原理圖

二、制作過程

（一）編程

1.主程序

負責控制4 個敏捷反應測試器的亮燈與開始計時的時間間隔?？赏ㄟ^調整時間間隔、同時亮燈的敏捷反應測試器的數量以及其擺放位置，滿足不同體育項目訓練的要求。

2.子程序

接收主程序發出的亮燈指令后亮燈，并記錄從亮燈至感應到人手觸碰敏捷反應測試器頂端所需的時間。之后再將時間傳回控制器進行運算。

（二）硬件制作

1.材料清單

表1 材料清單

2.制作過程

（1）建模。敏捷反應測試器外觀為多面體柱體，頂部設計成足球的花紋樣式。觸摸手感良好，有一定的耐擊打性。敏捷反應測試器整體分為兩層，上層裝燈帶以及紅外感應裝置，下層裝電池盒以及主板。

（2）組裝及表面處理。將4 個敏捷反應測試器連接，加裝按鍵式開關，并重新設計遙控板，讓敏捷反應測試器使用更便捷。每組敏捷反應測試的數據和評分將直接顯示在遙控板上。

圖2 敏捷反應測試器實物圖

三、測試

（一）足球

在足球比賽中，守門員要時刻防止對方球員射門，這就需要訓練守門員在球場上隨機應變的能力，如面對不同角度的來球，守門員能及時做出不同的撲球動作。這時，敏捷反應測試器便可用于輔助訓練。

在日常訓練中，可將敏捷反應測試器置于球筐的兩側。當教練發出指令后，其中一個敏捷反應測試器亮燈并開始計時，球員需以最快的速度先觸碰亮燈的敏捷反應測試器，再接住教練或其他球員傳來的球。

敏捷反應測試器還可用于足球繞桿訓練。這時，需先將所有的敏捷反應測試器亮燈，并調整紅外傳感器的感應范圍，隨后將敏捷反應感應器分別擺放在不同的點位。當足球沒有按照既定的規則運動，紅外傳感器未感應到球的存在時，便會滅燈。借此可練習踢足球的相關技巧。

（二）散打

在散打項目中，可借助敏捷反應測試器來訓練學生的出拳速度和精準度。此時，需將敏捷反應測試器嵌入備好的沙袋。當教練發出指令后，沙袋上的敏捷反應測試器便會按照一定的順序、一定的時間間隔亮燈，學生依次將沙袋上的燈拍滅，隨后程序綜合速度和精準度等數據，對測試者給出相應的分數。

需要注意的是，敏捷反應測試器亮燈的順序是參考組合拳的擊打順序而定的。其次，敏捷反應測試器雖然具有一定的抗擊打能力，但并不能承受反復且力度較大的擊打，故只適用于糾正動作和提升出拳速度，而非提升出拳力度。

四、進一步完善

改進外觀，改善視覺體驗。其次，加裝蜂鳴器，用于提高敏捷反應測試器的辨識度。

作者心聲

在本項目中，我體會到了將一個想法實物化是多么困難。從編寫程序到不斷調試，整個過程中大大小小的問題層出不窮。有時候因為一個很小的問題而停滯較長時間，讓人進退兩難。但我堅持完成了項目，并打算在下一個階段，對項目做出進一步的改善。

專家點評

敏捷反應測試器是一個具有發展潛力的創新作品。

體育與健康課程是中小學校育人的載體，是我國現代教育，特別是素質教育的重要組成部分。體育與健康課程不僅僅是為了鍛煉身體和心理教育，其自身的教育價值也貫穿學生的整個人生，好的身體素質以及心理素質才是一個人成就事業的基礎所在。通過體育與健康課程的學習，能使自身擁有強健的身體，具備一定的心理抗壓能力，從而更好地投入學習、工作。

想要獲得好的課程教學與學習效果，首要問題是將同學們的學習自主性激發出來，馬嘉林同學的這一選題具有實用性。這項作品的出現，體現了馬嘉林同學的兩個特點：第一，他創新意識強，思路開闊。能在學習過程中找到這個創新點，實屬不易；第二，他的技術應用能力強，特別是在人工智能、信息技術的應用能力方面挺有專長。希望馬嘉林同學不斷完善作品，創新成長，有所作為。