敏捷反应测试器

◆北京大学附属中学高二 马嘉林

上体育课时，我发现老师使用秒表训练同学们的手、眼、大脑之间的协调能力，且仅凭观察判断训练效果。如果有一款产品能代替老师手中的计时器，直接反馈训练效果，不仅可以提升训练的效率，还能进行自我训练。

我在观察多个班级体育课上的日常训练状况时发现，教练大多采取加速折返跑、长跑、高抬腿等方式训练敏捷反应程度。由于缺乏趣味性，往往课程过半学生便失去了积极性，训练结果自然不尽如人意。

有没有一种教具既能保证训练质量，又能提高学生上课的积极性？我想设计一种敏捷反应测试器。

一、分析问题

（一）设计构思

我希望自己设计的敏捷反应测试器能与测试者进行简单的互动。比如灯亮时，测试者立即做出拍击动作，灯灭并继续执行下一指令，即根据既定的顺序依次亮灯。该测试器还能记录从灯亮到将灯拍灭所需的时间，在一轮程序运行结束后，根据反应时间对测试者给出相应的评分。

选用Microbit 进行编程，结合不同的训练项目确定灯亮的间隔时间，以及不同的评测标准。

（二）运用的知识

1.编程知识

（1）主要应用循环部分中重复运行的指令，以控制随机亮灯的次数和间隔时间。

（2）其次是逻辑判断指令，使用“If”语句判断是否有人手接触，当有人手接触时，红外传感器读取数值。当数值出现在某一区间时，Microbit控制灯灭，并停止计时。

（3）首先设置通信组，即将遥控器与4 个敏捷反应测试器编入同一个通信组，随后即可发送数字灯信息。

2.数学运算

Microbit自带的编程软件只能满足在一定条件下自动开始计时，不能自主判定何时停止计时。在本项目中，我使用两个计时模块——一个在敏捷反应器被激活时就开始计时，另一个则在红外传感器感应到人手时开始计时。随后，通过计算时间差得出从灯亮到有人手接触时所用的时间。

在显示时，为了方便观察，需将计时模块默认的以毫秒为单位改为分别以分、秒为单位。所以，我在模块中增加了时间单位转化的程序。

（1）红外检测。该模块可发射红外线，也能接收反射回来的红外线，并反馈前方是否有障碍物。在此处采用的是立式红外传感器，满足对人手感应的需求。

（2）拓展板。通过拓展板可外接红外传感器、灯带等其他元器件，同时也可外接5 伏电池，满足装置持续使用的要求。

该类相关知识我已通过自学掌握。再通过分析不同体育项目训练的相关数据，总结出训练项目的评测表以及灯亮的时间间隔，从而达到训练目的。

图1 原理图

二、制作过程

（一）编程

1.主程序

负责控制4 个敏捷反应测试器的亮灯与开始计时的时间间隔。可通过调整时间间隔、同时亮灯的敏捷反应测试器的数量以及其摆放位置，满足不同体育项目训练的要求。

2.子程序

接收主程序发出的亮灯指令后亮灯，并记录从亮灯至感应到人手触碰敏捷反应测试器顶端所需的时间。之后再将时间传回控制器进行运算。

（二）硬件制作

1.材料清单

表1 材料清单

2.制作过程

（1）建模。敏捷反应测试器外观为多面体柱体，顶部设计成足球的花纹样式。触摸手感良好，有一定的耐击打性。敏捷反应测试器整体分为两层，上层装灯带以及红外感应装置，下层装电池盒以及主板。

（2）组装及表面处理。将4 个敏捷反应测试器连接，加装按键式开关，并重新设计遥控板，让敏捷反应测试器使用更便捷。每组敏捷反应测试的数据和评分将直接显示在遥控板上。

图2 敏捷反应测试器实物图

三、测试

（一）足球

在足球比赛中，守门员要时刻防止对方球员射门，这就需要训练守门员在球场上随机应变的能力，如面对不同角度的来球，守门员能及时做出不同的扑球动作。这时，敏捷反应测试器便可用于辅助训练。

在日常训练中，可将敏捷反应测试器置于球筐的两侧。当教练发出指令后，其中一个敏捷反应测试器亮灯并开始计时，球员需以最快的速度先触碰亮灯的敏捷反应测试器，再接住教练或其他球员传来的球。

敏捷反应测试器还可用于足球绕杆训练。这时，需先将所有的敏捷反应测试器亮灯，并调整红外传感器的感应范围，随后将敏捷反应感应器分别摆放在不同的点位。当足球没有按照既定的规则运动，红外传感器未感应到球的存在时，便会灭灯。借此可练习踢足球的相关技巧。

（二）散打

在散打项目中，可借助敏捷反应测试器来训练学生的出拳速度和精准度。此时，需将敏捷反应测试器嵌入备好的沙袋。当教练发出指令后，沙袋上的敏捷反应测试器便会按照一定的顺序、一定的时间间隔亮灯，学生依次将沙袋上的灯拍灭，随后程序综合速度和精准度等数据，对测试者给出相应的分数。

需要注意的是，敏捷反应测试器亮灯的顺序是参考组合拳的击打顺序而定的。其次，敏捷反应测试器虽然具有一定的抗击打能力，但并不能承受反复且力度较大的击打，故只适用于纠正动作和提升出拳速度，而非提升出拳力度。

四、进一步完善

改进外观，改善视觉体验。其次，加装蜂鸣器，用于提高敏捷反应测试器的辨识度。

作者心声

在本项目中，我体会到了将一个想法实物化是多么困难。从编写程序到不断调试，整个过程中大大小小的问题层出不穷。有时候因为一个很小的问题而停滞较长时间，让人进退两难。但我坚持完成了项目，并打算在下一个阶段，对项目做出进一步的改善。

专家点评

敏捷反应测试器是一个具有发展潜力的创新作品。

体育与健康课程是中小学校育人的载体，是我国现代教育，特别是素质教育的重要组成部分。体育与健康课程不仅仅是为了锻炼身体和心理教育，其自身的教育价值也贯穿学生的整个人生，好的身体素质以及心理素质才是一个人成就事业的基础所在。通过体育与健康课程的学习，能使自身拥有强健的身体，具备一定的心理抗压能力，从而更好地投入学习、工作。

想要获得好的课程教学与学习效果，首要问题是将同学们的学习自主性激发出来，马嘉林同学的这一选题具有实用性。这项作品的出现，体现了马嘉林同学的两个特点：第一，他创新意识强，思路开阔。能在学习过程中找到这个创新点，实属不易；第二，他的技术应用能力强，特别是在人工智能、信息技术的应用能力方面挺有专长。希望马嘉林同学不断完善作品，创新成长，有所作为。