基于行空板 K10 的反应时间测试

一、设计目的

本作品旨在利用行空板 K10 平台，通过按钮反应计时与反应尺计时精确测量和记录用户对特定刺激的反应时间，帮助学生更好地理解和探究反应时间的影响因素，同时将物理学科中的时间、速度等概念融入其中，提升学生对物理知识的理解与应用能力，培养学生的科学思维和实践操作技能。

二、设计思路

基于行空板 K10 系统运行时间差来实现反应时间的测量。当RGB灯亮起与声音响起时，行空板 K10 开始计时，用户做出反应后停止计时，使用两种方案完成，①通过下落高度检测，用户接住尺子，基于下落距离计算反应时间，②通过再次按下按钮，停止计时，获取开始计时与停止计时的时间差得出反应时间。通过将两种方案多次测量取平均值等方式，提高测量的准确性和可靠性，并结合物理学科知识对数据进行分析和解释。

三、设计过程

1.硬件准备

行空板 K10 开发板

IO扩展板

按键模块

舵机

RGB灯带

连接线若干，用于各模块与行空板 K10 之间的连接

2.软件设计

①按钮反应时间设计

按钮第一次按下，屏幕提醒准备，等待随机之间之后，变量记录起始时间同时屏幕提醒开始，使用RGB与声音刺激开始，当用户再次按下按钮时，计算按下去系统运行时间与记录起始时间的差，计算出反应时间，同时在屏幕上进行显示，其相关提示信息关闭。

②基于下落高度设计

按钮按下，等待随机时间之后，舵机打开尺子，同时屏幕提醒开始，使用RGB与声音刺激开始，用户在指定位置接触尺子，根据下落高度结合自由落体运动相关计算公式进行计算。

③两种方式均可能产生误差，可通过两种方式的不同结果推算出用户的反应时间。

3.调试与优化

在实验中，发现一个问题，两种测试方案最终测试的反应时间不一致，按钮反应时间时间长，下落高度计算的反应时间段，对以上问题我进行了分析，存在最大的问题是舵机转动的延时，转动之前已经释放提示的刺激信息，人的反应会提前。

4.程序展示

5.外观设计

四、实现效果

1.功能完整性

能够准确地呈现刺激信号，并在用户做出反应后及时测量和记录反应时间。

多次测量后可计算出较为准确的平均反应时间，并能在显示屏上直观地显示结果。

具备一定的数据处理能力，可识别和排除异常数据，保证测量结果的可靠性。

2.用户体验

操作简单易懂，用户只需按照提示进行操作即可完成反应时间的测量。

显示屏界面清晰友好，信息展示明确，便于用户查看测量结果和相关提示信息。

3.性能表现

反应时间测量精度较高，能够满足一般实验和教学的需求。经过多次测试，误差范围控制在较小范围内。

系统运行稳定可靠，在长时间连续使用过程中未出现死机、卡顿或测量数据异常等情况。

五、作品预期

1.教育价值

作为一种创新的教学工具，应用于中学物理课堂教学中，帮助学生更直观地理解反应时间的概念及其影响因素，如人的生理状态、注意力集中程度、刺激强度等与反应时间的关系。

引导学生运用物理知识对反应时间的测量原理和数据分析方法进行深入探讨，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力。

激发学生对物理学的兴趣，提高学生参与课堂互动的积极性和主动性，增强学习效果。

2.应用场景拓展

可进一步开发和完善，应用于体育训练、驾驶模拟、游戏娱乐等领域，为相关领域的技能评估和训练提供客观的数据支持和技术手段。

与其他传感器或设备进行集成，扩展测量的物理量范围，如结合运动传感器测量人体在反应过程中的运动轨迹和速度变化等，实现更全面的生理和物理数据采集与分析。

六、计划同中学物理学科融合

1.理论讲解与实验演示相结合

在物理课堂上，教师先讲解反应时间的概念、影响因素以及相关的物理原理，如速度公式 v = s/t（其中 v 表示速度，s 表示路程，t 表示时间），让学生明白反应时间在物理世界中的重要性和应用。

然后使用本作品进行现场演示实验，向学生展示如何通过行空板 K10 测量反应时间，并引导学生观察实验现象和数据结果。在演示过程中，详细解释每个操作步骤所涉及的物理知识和原理，如定时器的工作原理、时间戳的获取与计算等，加深学生对理论知识的理解。

2.小组合作探究活动

将学生分成小组，每个小组发放一套作品材料（包括行空板 K10、按键模块、显示屏模块等硬件以及相应的软件程序代码）。

布置探究任务，如探究不同年龄段人群的反应时间差异、不同性别人群的反应时间差异、在不同环境条件下（如安静环境与嘈杂环境）人的反应时间变化等。

各小组利用课余时间进行实验数据的收集和整理，运用所学的物理知识和统计方法对数据进行分析处理，撰写探究报告，并在课堂上进行汇报交流。通过小组合作探究活动，培养学生的团队协作能力、自主学习能力和科学研究能力，同时也让学生在实践中更加深入地理解物理知识的应用价值。

3.课程设计与项目式学习

将基于行空板 K10 的反应时间测量项目融入到物理课程设计中，作为一个完整的教学单元。从项目的提出、方案设计、实施过程到结果评价，全程引导学生参与，让学生在解决实际问题的过程中掌握相关的物理知识和技能，体验完整的工程实践流程。

鼓励学生在项目实施过程中发挥创意，对作品进行改进和优化，如增加更多的刺激类型（如颜色变化、声音频率变化等）、改进数据显示方式（如制作动态图表、添加语音播报功能等），培养学生的创新意识和综合应用能力。