黎胡晗

中学生在校学习期间，经常要出操、跑步；日常生活中人们也经常进行长跑、短跑等运动项目的锻炼，促进了人们体能的增强，特别是人体腿部的体能。

但如何进行跑步训练使腿能发挥到最佳，为运动会寻找到优秀的运动员呢？

基于这一点，我发明了一种“基于跑步效率分析的腿能比较测试仪”。

一、研究目的和设计思路：

1.研究目的：

基于和谐社会人性化的理念，设计一种能自动显示测试人群跑步健身效率，以及运动员田赛腿能状况动态分析的系统装置。

2.基本思路：

①人们在跑步运动时，足跟对地的蹬力是不一样的，蹬力的大小与人的年龄、性别、健康状况、体能的正常发挥有很大关系。因此，在测试人的运动体能时，必须考虑人体足跟对地的蹬力大小变化，而监测此信号必须利用力传感器来完成。通过力传感器感知人体足跟对接触面的作用力的大小变化规律，通过显示器显示出来。

②对不同人群考虑个人质量差异，建立一个蹬力与人体质量比较，随时间变化的关系，从而获得一个测试者体能状态变化规律。

二、设计原理与技术方案：

（一）基本组成

本项目主要包括：人体运动测试平台→信息采集评分→收据比较分析输出部分。

（二）工作原理

1.整套装置原理方框图：

2.信息采集部分工作原理：

利用跑步机式的人体运动测试平台，力传感器置于脚跟蹬力位置将获得的力变化信号传输给数据采集器，将力的变化信号转化为数字信号，传给数据处理系统。

3.数据比较分析部分工作原理：

采用数据分析比较专用软件，在同一位座标系中，显示①测试者足跟蹬力随时间时间变化曲线；②测试者足跟蹬力与人体质量比值随时间变化曲线；③标准变化曲线（普通人标准曲线，运动员标准曲线）。

对比三条曲线，得出测试者人体腿能的比较分析图样，从而得出测试者腿能素质与标准腿能素质的样差。

依此样差可制定测试者的最佳锻炼方案或运动员选拔测试的依据。

（三）研究过程

1.发现与确定课题：

人们对健康越来越重视，生活和工作之余经常加强锻炼，如散步、跑步、到健身房健身等。

许多人通过锻炼后，感觉到体能明显增强，身体素质也提高了，但是按照怎样的标准进行锻炼才是最合适、最有益于健康的呢？

针对这种情况，我们调查了学校的体育老师，并且咨询了相关的医务工作者，联系生活实际，最后确定了此课题的研究。

2.确定测试者的参数：

衡量人们体育锻炼中体能状态的标准参数有哪些呢？有的说是呼吸，有的说是心跳，还有的说是身体的热度……根据我们的调查，认为人锻炼时脚跟对应的步频与蹬力（足跟对接触面的蹬地的力度）的参数，即腿能的相关参数，更能反映出人的体能素质。

3.方案讨论：

课题确定以后，老师对方案进行了指导，大体分为以下几个方面：

①用电子磅秤来测试人的足跟蹬力的大小，利用磅秤显示人对称台的作用力大小，但不能保留任何数据；

②利用健身房的跑步机进行测试，人体体能得到有效锻炼，但不能显示力度的变化；

③在物理课本中，有通过传感器对信息的采集，从而获得灵感，将力的传感器运用到类似跑步机的平台，从而获得连续的足跟对平台作用力的信息；

④对信息处理方式进行探讨。单独的蹬力信息曲线不能很直观地描述人体腿能素质的状态，通过对资料的查询，将标准信息比较，从而获得腿能标准样差。

对上述的方案确定后，设计制作了整套装置，多次对测试者进行测试，对装置进行调试、完善，从而完成了本装置的模型制作。

三、創新点：

1.设计了一种人体腿能状态即时测试显示的一种装置；

2.提出了一种基于跑步效率分析的腿能比较来检测人体能的一种新模式；一种新型的体育素质测评方案。

四、应用范围：

该课题的研究是为了满足全民健身的需要，人们在锻炼时可以依据自身的体质选择适当的方案；可以帮助选拔优秀的田径运动员；有利于学校对学生体育综合素质的测评。

五、完善设想：

1.改进装置，使测试更加准确。

2.对人体多项素质（如运动时的心率、肺活量等）综合测试比较，更全面地得出人的体能状态。

六、收获与体会：

1.创新来源于生活，生活中到处都充满着创新的课题。自己动脑设计方案，动手制作模型作品，增强了创造性思维，提升了动手能力。

2.发明是实验的女儿。解决生活中的问题需要综合运用各学科知识多次进行实验；创新需要大胆想象，有信心、有勇气对社会生活进行探讨、研究。作品研究成功后，得到周围人们的肯定，这对我来说是一个莫大的鼓舞。

3.通过参与课题研究，在社会做调查、与群众打交道，我真正体验了社会实践，体验了科学研究的全过程，增强了探究自然的兴趣与环保意识及社会责任感，找到了自己的价值体现。

4.在实验与制作过程中，才觉得书到用时方恨少。随着实验与研究的进展，我拓宽了视野，增长了知识。通过不懈的努力，克服了一个又一个的困难，突破了一个又一个的难题，项目最终获得了初步的成功，使我从中获得了成功的喜悦，体验到成就感。

（指导老师：卢 佳）