提出課題

高抬腿運(yùn)動(dòng)是體育課中常見(jiàn)的訓(xùn)練項(xiàng)目，很多時(shí)候同學(xué)們做不到位，而老師難以顧及每位同學(xué)。我想，能不能設(shè)計(jì)一種設(shè)備幫助同學(xué)們進(jìn)行高抬腿運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，如果動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)到位，就會(huì)給出提示，激發(fā)同學(xué)們鍛煉的興趣。

我上網(wǎng)查詢，僅發(fā)現(xiàn)原地高抬腿動(dòng)作訓(xùn)練器這種產(chǎn)品，但該產(chǎn)品受場(chǎng)地限制較大，不利于推廣。我決定研究一款不受場(chǎng)地限制、攜帶方便且適用性強(qiáng)的高抬腿運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器。

研究計(jì)劃

我了解到高抬腿運(yùn)動(dòng)的主要作用是訓(xùn)練腿部爆發(fā)力，提高下肌肉群的蹬撐能力和持續(xù)的無(wú)氧運(yùn)動(dòng)能力。它主要分為原地高抬腿運(yùn)動(dòng)和行進(jìn)間高抬腿運(yùn)動(dòng)兩種。

高抬腿運(yùn)動(dòng)要想達(dá)到良好的效果，得在保持上身挺直的情況下，大腿向前上抬至水平位置。但是在體育課上，通常同學(xué)們將大腿抬高幅度小，沒(méi)有抬至水平位置。

我研究的高抬腿運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器不僅要適用于原地高抬腿運(yùn)動(dòng)，還要適用于行進(jìn)間高抬腿運(yùn)動(dòng)，幫助訓(xùn)練人自我監(jiān)測(cè)高抬腿運(yùn)動(dòng)時(shí)大腿是否抬至水平位置，給出提示與反饋，提高高抬腿運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與訓(xùn)練興趣。

方案設(shè)計(jì)

方案一

固定一根立桿，立桿上固定光電傳感器和計(jì)數(shù)器。根據(jù)訓(xùn)練人身高，通過(guò)調(diào)節(jié)立桿高度來(lái)調(diào)節(jié)光電傳感器的高度。

訓(xùn)練人站在立桿前，原地進(jìn)行左右交替高抬腿，大腿抬高至水平位置，遮擋光電傳感器。光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳至計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、計(jì)數(shù)功能。

不足：

只適用于原地高抬腿運(yùn)動(dòng)。

方案二

當(dāng)水平儀處于水平狀態(tài)時(shí)，氣泡會(huì)停留在條形玻璃管的中間位置。當(dāng)水平儀傾斜時(shí)，氣泡會(huì)偏離中間，向高的一側(cè)移動(dòng)。運(yùn)用這個(gè)原理，將水平儀綁在大腿一側(cè)，站立時(shí)，氣泡偏移至上端；當(dāng)大腿抬高至水平及以上位置時(shí)，氣泡向中間移動(dòng)。

將水平儀固定在光耦槽型光電開(kāi)關(guān)傳感器中間，光電開(kāi)關(guān)傳感器只要感應(yīng)到氣泡，就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，計(jì)數(shù)器接收電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。

存在的問(wèn)題：

我在制作過(guò)程中遇到了困難，難以繼續(xù)。同時(shí)，我發(fā)現(xiàn)：當(dāng)大腿抬高至水平及以上位置時(shí)，氣泡可能會(huì)經(jīng)過(guò)中間位置移至另一側(cè)；當(dāng)大腿放下，水平儀恢復(fù)垂直狀態(tài)時(shí)，氣泡再次經(jīng)過(guò)中間位置，回到這一側(cè)，這時(shí)光電開(kāi)關(guān)傳感器又產(chǎn)生電信號(hào)，即一次高抬腿動(dòng)作產(chǎn)生兩次電信號(hào)。

方案三

為了監(jiān)測(cè)左右腿交替抬高至水平位置，在腰部固定一個(gè)“L”形裝置。這種裝置由兩塊柔性連接的平板構(gòu)成，豎板綁于腰部，與之相連的橫板正常狀態(tài)為120°左右朝下、向外伸出，在豎板與橫板結(jié)合處的中間安裝一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

當(dāng)大腿抬高至水平位置時(shí)，大腿帶動(dòng)橫板向上旋轉(zhuǎn)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合，發(fā)出電信號(hào)，計(jì)數(shù)器接收到電信號(hào)后，進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)高抬腿動(dòng)作計(jì)數(shù)。如果大腿未抬高至水平位置，則橫板不會(huì)向上旋轉(zhuǎn)至開(kāi)關(guān)觸發(fā)位置，則沒(méi)有電信號(hào)發(fā)出，計(jì)數(shù)器不會(huì)計(jì)數(shù)。

其工作原理是通過(guò)感應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，首先將測(cè)量的變化（高抬腿至水平位置）轉(zhuǎn)換為信號(hào)的變化，然后通過(guò)感應(yīng)轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)，再由設(shè)備接收裝置進(jìn)行接收，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、計(jì)數(shù)等功能。

這種方案同時(shí)適用于原地高抬腿運(yùn)動(dòng)和行進(jìn)間高抬腿運(yùn)動(dòng)，故選擇這種方案。

制作與使用

我將豎板與橫板柔性連接成“L”形。選擇干簧管接近開(kāi)關(guān)作為傳感器。將主控模塊、語(yǔ)音模塊集成在電路板上，與干簧管模塊、數(shù)碼管、喇叭、電源集中安裝在一個(gè)盒子內(nèi)，這個(gè)盒子即訓(xùn)練器的控制盒。把干簧管的感應(yīng)頭固定在控制盒的下端，將控制盒固定在豎板的中央，再將圓形小磁鐵片固定在橫板的適當(dāng)位置。當(dāng)橫板向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓形小磁鐵片與干簧管感應(yīng)頭正對(duì)應(yīng)。

將訓(xùn)練器綁于腰部，按下開(kāi)始鍵，進(jìn)行高抬腿運(yùn)動(dòng)。1分鐘后，訓(xùn)練器顯示和播報(bào)已完成標(biāo)準(zhǔn)高抬腿動(dòng)作的次數(shù)。休息1分鐘后，再進(jìn)行高抬腿運(yùn)動(dòng)1分鐘，訓(xùn)練器顯示和播報(bào)已完成標(biāo)準(zhǔn)高抬腿動(dòng)作的次數(shù)，訓(xùn)練人可將兩次的次數(shù)進(jìn)行比較。

自己、家人和同學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明該訓(xùn)練器可以準(zhǔn)確靈敏地對(duì)高抬腿標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作進(jìn)行計(jì)數(shù)。大家提出了一些建議，我覺(jué)得很有幫助，將進(jìn)一步完善。

創(chuàng)新點(diǎn)

便攜式高抬腿運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于攜帶，無(wú)需其他配套裝置，無(wú)電源要求，無(wú)特殊場(chǎng)地要求，不僅適用于原地高抬腿運(yùn)動(dòng)，還適用于行進(jìn)間高抬腿運(yùn)動(dòng)，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣。

不僅有助于學(xué)生等訓(xùn)練人群自我提高高抬腿動(dòng)作質(zhì)量，這種訓(xùn)練器還能幫助老師或教練同時(shí)監(jiān)督多個(gè)學(xué)生進(jìn)行高抬腿運(yùn)動(dòng)，并客觀評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)效果。

完善設(shè)想

1.高抬腿運(yùn)動(dòng)要求訓(xùn)練人上身挺直，考慮增加感應(yīng)上身是否挺直的功能。訓(xùn)練人上身挺直，訓(xùn)練器正常計(jì)數(shù)；如果訓(xùn)練人上身彎曲超過(guò)一定弧度，訓(xùn)練器不予計(jì)數(shù)并發(fā)出警報(bào)，提醒訓(xùn)練人糾正動(dòng)作。當(dāng)訓(xùn)練人重新挺直上身后，訓(xùn)練器恢復(fù)正常計(jì)數(shù)。

2.采用輕質(zhì)材料制作豎板、橫板，在柔性連接處安裝彈簧鋼片，避免橫板因?yàn)閼T性上下晃動(dòng)。

3.在保證功能的前提下，進(jìn)一步集成控制部分的各功能模塊。改用輕質(zhì)塑料制作控制盒，減小盒子體積，減輕質(zhì)量。進(jìn)一步優(yōu)化橫板尺寸，使訓(xùn)練器更加緊湊、輕巧、美觀。（指導(dǎo)老師：曾雅莙" " 付慧慧）

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

徐奧祥同學(xué)的便攜式高抬腿運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器，是一件富有原創(chuàng)性的發(fā)明作品。高抬腿是一種常見(jiàn)而簡(jiǎn)單的有氧運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以在合適的地方隨時(shí)進(jìn)行，是有助于全民健身活動(dòng)開(kāi)展的好項(xiàng)目。徐奧祥同學(xué)從體育課堂分析獲得這樣的課題，并通過(guò)查找資料等方式確定其項(xiàng)目的發(fā)展方向，不僅為青少年體育課程學(xué)習(xí)提供了一款新穎的設(shè)備，也為全民健身活動(dòng)的有效開(kāi)展提供了新的技術(shù)支撐。

這件作品產(chǎn)生的過(guò)程，主要體現(xiàn)徐奧祥同學(xué)：其一，對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)具有濃厚的興趣，對(duì)本人研究的成果具有強(qiáng)烈的分享意愿，具有一定的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。其二，具備開(kāi)展科技創(chuàng)新實(shí)踐的基本素質(zhì)和能力，能夠理解作品相關(guān)的基本科學(xué)原理和概念，掌握了涉及項(xiàng)目?jī)?nèi)容的研究方法和關(guān)鍵技術(shù)。其三，對(duì)自己作品下一步的發(fā)展有較為理性的認(rèn)識(shí)?？傊鳛槌踔猩?，我們就是要通過(guò)這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，使自己的科研潛質(zhì)得以培養(yǎng)。