李 俊 史國生 蘇 陽

后信息時代智能化體育教學器材的實踐研究——以石鎖為例*

李 俊 史國生 蘇 陽

（南京體育學院，江蘇 南京 210014）

石鎖運動是優(yōu)秀的中華民族傳統(tǒng)體育項目，也是國家級體育非物質文化保護遺產，在民間深受廣大民眾的喜愛。傳統(tǒng)石鎖由于石材的特性，帶來了重量過重，場地制約等局限性。文章試圖通過智能石鎖和智能分析平臺的構想打破石鎖運動的發(fā)展壁壘，讓以石鎖為代表的中華民族傳統(tǒng)體育能夠在后信息時代涅槃重生，讓石鎖運動在高科技時代實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

后信息時代；體育教學器材；智能化；石鎖；石鎖運動

1 石鎖簡史與習練意義

石鎖是用堅硬的石料經過打磨、鑿刻成古代銅鎖的形狀[1]，習練者可以抓著石鎖的把手通過拋、接、抓、舉、擲等動作來達到練功、鍛煉目的的一種器械。石鎖運動是我國優(yōu)秀的民族傳統(tǒng)體育項目，是國家級體育非物質文化保護遺產，也是我國民間休閑體育的重要組成部分。相傳，石鎖起源于唐代軍營，士兵常用石鎖、石擔等器械鍛煉身體，以增強自身握力、腕力、臂力及腰、腿部力量。鄔代玉等提出：“最初石鎖運動的記載是以軍事手段而存在，曾被納入古代習武者必備的考試內容?！盵2]竇彥麗、竇彥雪提出“清朝道光年間，武考以舉石為主要考試項目之一，初步形成了基本套路?！盵3]由此可見，石鎖運動自唐代始便在軍營中盛行，在清代發(fā)展到了鼎盛。

王倩提出“石鎖運動的演變從‘個人練功’到‘展示表演’到‘按規(guī)則比賽’?！盵4]石鎖運動屬于有氧運動的范疇，它不僅可以達到最初提高個體力量素質、耐力素質、柔韌素質、靈敏素質，達到強身健體、鍛煉意志的目的，還形成了相應的套路和規(guī)范，為今后的競技比賽奠定了基礎。石鎖運動可以是單人運動，也可以多人運動，可以進行展示表演和競技比賽，動作通過不同的組合搭配，形成了不固定的套路，豐富的表演和比賽形式使其具備了表演價值與藝術觀賞性，增強了習練者之間的溝通交流與團結協(xié)作的能力，也讓健身愛好者在潛移默化中接受了中華民族傳統(tǒng)體育文化的熏陶，推動了社會精神文明，增強了民族與文化自信。

2 傳統(tǒng)石鎖發(fā)展的局限性

圖1 古代石鎖

從古代石鎖（見圖1）和現(xiàn)代石鎖（見圖2）可以看出：傳統(tǒng)石鎖由石材制成，具備了石材堅硬、粗糙、顏色單一的特性，習練石鎖的健身者時而被石鎖擦傷皮膚，甚至存在被砸傷的可能。郝曉光提到：“比賽時石鎖掉到地上砸壞場地[5]?！彼詾楸苊馐i砸壞場地，傳統(tǒng)石鎖運動通常在軟質的沙地或者草地上進行，并不適合在家中進行習練，習練場地的要求較高。徐誠堂指出，在120名石鎖參賽者中，女性僅有4人[6]，因為石鎖重量上基本為20市斤起，對習練者的肌肉力量要求較高，將眾多熱愛石鎖運動的女性攔在了門外。

圖2 現(xiàn)代石鎖

3 智能石鎖的研究方法及過程

本研究采取文獻資料法、訪談法、觀察法、實驗法、問卷調查與數(shù)理統(tǒng)計法、行動探究法等方法，通過線上線下查閱文獻；訪問智能石鎖設計者、石鎖運動愛好者、體育器材裝備設計人員等；觀察石鎖習練人群的運動行為、習練類型、石鎖拋接過程的空中運動軌跡、落地沖擊力等；反復觀察習練人群在拋接、抓握、落地沖擊力等數(shù)據(jù)記錄實時變化曲線；發(fā)放問卷表并運用統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析；創(chuàng)編石鎖健身操、石鎖游戲、線上網絡競賽，將石鎖引進大中小學校園、幼兒園。

4 智能石鎖的物理結構改造與數(shù)據(jù)采集處理

國家體育總局等14部委聯(lián)合印發(fā)《<武術產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019-2025年）>的通知》中指出，“應推動‘互聯(lián)網+武術’發(fā)展理念，充分運用移動互聯(lián)網、物聯(lián)網等新技術，構建‘智慧武術’服務網絡平臺，拓展‘互聯(lián)網+武術’新領域?！盵8]中表明武術應與“互聯(lián)網+”“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網”緊密結合，形成符合時代要求的智能石鎖。

由于傳統(tǒng)石鎖存在場地受限、力量要求高、易受傷的特質，習練的過程缺乏科學依據(jù)與智能分析，不能通過習練及時發(fā)現(xiàn)自身不足，不利于指導自身進行調整與改進等缺陷，劉斌瑞、于翠蘭等提出了對傳統(tǒng)石鎖進行了現(xiàn)代化改造，研制出智能石鎖器材，“智能石鎖顏色多樣，外層緩沖層材料為厚實的聚氨酯泡沫，內部鑄鐵的金屬塊控制石鎖重量，把手為增強尼龍注塑，把手外套采用了硅橡膠，改變了傳統(tǒng)石鎖的材質和結構，而且將最低重量下降到2公斤”[7]，解決了石鎖運動場地受限、磨手起繭、容易受傷、因手汗把手易濕滑等問題，降低了習練者的力量要求，大大拓展了不同年齡、不同體質、不同需求習練受眾的選擇度，使健身、娛樂、表演成為可能，也為石鎖運動的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。但是，這些僅僅只是在物理特性層面改造了傳統(tǒng)石鎖，對習練過程的科學依據(jù)與智能分析上仍沒有改善。

于翠蘭等提出了智能e石鎖的概念，在智能石鎖內嵌入三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器、數(shù)字信號處理器、數(shù)據(jù)處理器及藍牙傳輸設備[9]，通過智能傳感器的共同協(xié)作，實時記錄與傳輸傳感器捕獲的習練者拋接動作變化數(shù)據(jù)，演算習練者的能量消耗，從而實現(xiàn)健身過程的科學監(jiān)測和練習效果的及時反饋，以及新型石鎖智能化、科學化與可視化的需求。

圖3 智能石鎖鎖體與手柄

圖4 內嵌智能芯片的智能石鎖

5 智能石鎖的軟件設計

5.1 智能石鎖手機應用程序

智能手機智能石鎖應用程序是智能石鎖人機交互的平臺，采用當下流行的Java開發(fā)語言及Android Studio開發(fā)平臺完成安卓智能手機應用的輕量級程序開發(fā)，實現(xiàn)了在安卓智能手機上以圖表形式直觀呈現(xiàn)石鎖習練實時變化數(shù)據(jù)。

智能石鎖中內置了藍牙傳輸設備，在使用智能石鎖前，需要打開石鎖藍牙并在智能手機中找到該藍牙設備并配對，建立智能石鎖與智能手機雙方point to point(P2P)數(shù)據(jù)通道后，即可通過藍牙傳輸協(xié)議實現(xiàn)智能石鎖與智能手機的實時數(shù)據(jù)傳遞。藍牙技術最顯著的優(yōu)點是：（1）安全可靠防盜，通過點對點、設備對設備建立私有數(shù)據(jù)傳輸鏈路，帶來顯著的安全性和抗干擾能力；（2）無需電纜，通過無線就可以實現(xiàn)智能石鎖與智能手機的實時數(shù)據(jù)傳輸，目前藍牙傳輸協(xié)議支持10米至100米的數(shù)據(jù)傳輸距離，只要在合理鍛煉范圍內，智能石鎖的運動數(shù)據(jù)就能即時通過藍牙傳輸?shù)街悄苁謾C，提高了石鎖運動的范圍，讓健身者在數(shù)據(jù)傳輸無感知下進行石鎖運動；（3）傳輸速率快，相較于紅外線傳輸，藍牙傳輸帶寬比紅外線大，速度也比紅外線快，由于藍牙使用的是無線電波傳輸，而紅外線設備使用光波傳輸，所以藍牙基本沒有方向性要求且能穿透多數(shù)非金屬物體，紅外線有方向性且不能穿透非透明物體，因此藍牙傳輸比紅外線傳輸更適合智能石鎖。

智能手機智能石鎖應用程序接收到智能石鎖傳輸?shù)挠行н\動數(shù)據(jù)，再經過數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析算法得出石鎖使用者的各項運動指標，并通過圖表展示使用者使用的器械重量、完成次數(shù)、運動開始時間、運動持續(xù)時間、最大拋力、最大接力、平均拋力、平均接力、旋轉角度、拋接高度、消耗能量、動作智能打分等運動實時數(shù)據(jù)并實時上傳互聯(lián)網服務器，并能夠形成個人歷史數(shù)據(jù)對比，便于使用者發(fā)現(xiàn)不足、總結經驗。

圖5 智能手機石鎖運動數(shù)據(jù)效果

5.2 智能石鎖線上互動平臺

智能石鎖線上互動平臺的主要功能包括：個人運動數(shù)據(jù)查看與對比、石鎖教學訓練、健身鍛煉指導、線上比賽及休閑社交等?；贏SP.NET敏捷開發(fā)框架，使用C#開發(fā)語言，采用B/S、MVC架構，前端UI層基于DIV+CSS+jQuery+Ajax開發(fā)，后臺運用SQL Server數(shù)據(jù)庫，前后臺信息交換使用JASON數(shù)據(jù)接口，輕松搭建功能強大的智能石鎖互動平臺。基于智能傳感器組，對習練者習練過程數(shù)據(jù)的生成、采集、過濾所獲得的有效數(shù)據(jù)，評判習練者拋接石鎖的動作穩(wěn)定性、難易度、完成質量等，實現(xiàn)石鎖教學與互動、線上比賽、智能評分等功能，智能石鎖使用者能夠隨時、隨地、方便、快捷的開展石鎖運動，建立石鎖社交圈，融入石鎖文化。

在互動平臺個人空間板塊中，智能石鎖使用者能夠通過可視化、便捷化、直觀化的圖表看到個人石鎖運動的歷史數(shù)據(jù)對比，通過對比能夠顯而易見的看出個人運動數(shù)據(jù)的變化、趨勢，便于使用者了解運動情況，及時調整不足與訓練計劃。個人還可以向好友分享個人運動數(shù)據(jù)，發(fā)起線上比賽，比賽將通過智能石鎖采集的數(shù)據(jù)，通過動作穩(wěn)定性、頻率、質量、次數(shù)等依據(jù)自動進行打分評判。

在互動平臺教學訓練板塊中，智能石鎖使用者能夠在該板塊瀏覽石鎖歷史與文化、石鎖健身鍛煉的教學方法與視頻，教學內容通過初級、中級、高級等難度加以區(qū)分，針對石鎖運動中經常出現(xiàn)的錯誤動作、常見傷病及體能訓練方法給與一定的介紹與指導，圍繞石鎖健身鍛煉為核心，旨在更好的為石鎖健身者服務，營造石鎖文化。

圖6 智能石鎖線上互動平臺個人運動數(shù)據(jù)對比

6 智能石鎖實現(xiàn)的功能與效果

6.1 破除傳統(tǒng)石鎖的局限

智能石鎖外層使用了聚氨酯泡沫材料，內部使用不同重量的鑄鐵，把手也做了舒適性與防滑處理，由內而外改變了傳統(tǒng)石鎖的材質和結構，豐富了石鎖重量級別，解決了石鎖運動場地受限、磨手起繭、容易受傷、因手汗把手易濕滑等問題，降低了習練者的力量要求，擴大了女性、青少年等習練者人群，讓不同年齡層的石鎖愛好者實現(xiàn)了在家鍛煉的夢想。

6.2 開創(chuàng)石鎖鍛煉新格局

新型智能石鎖的到來開創(chuàng)了現(xiàn)代石鎖愛好者鍛煉的新格局。智能手機應用程序打破了以往人為判斷、人為干預、鍛煉缺乏科學性的局面，能夠讓健身者隨時、隨地、方便、快捷、實時了解自己的運動狀況與能量消耗，系統(tǒng)通過智能算法自動評估技術動作質量與穩(wěn)定性并提供可視化、直觀化的分析圖表，為健身者提供數(shù)據(jù)對比分析與指導建議；在線互動平臺打破了時間與空間的限制，為不同地域的石鎖人提供了教育教學、線上比賽、娛樂活動、社交溝通的交互平臺，增進了石鎖人的感情、激發(fā)了學習積極性、營造了石鎖文化、增強了民族傳統(tǒng)體育的自信心與自豪感。

7 結論與展望

7.1 結論

石鎖運動是一項集力量、技巧、藝術為一體、內外兼修的持械運動項目，當前我們對石鎖的材質、重量、物理結構等進行了重塑，在智能石鎖的鎖體內部增添了智能傳感芯片，開發(fā)了智能石鎖智能手機應用程序與線上互動平臺，讓智能石鎖初步滿足了信息時代發(fā)展的基本條件。在后信息時代，運用現(xiàn)代智能技術與理念打造智能石鎖，挖掘文化內涵，是石鎖文化未來的必然傳承與發(fā)展趨勢。面向未來，應充分發(fā)揮高校人才和學科優(yōu)勢，積極開展科學實證研究，是實現(xiàn)石鎖運動可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

7.2 展望

（1）應推進智能石鎖外觀的傳統(tǒng)化改造，智能石鎖雖然在材質與顏色多樣性上進行了重塑，但是相比于傳統(tǒng)石鎖仍感覺是當下時代的產物，應推進智能石鎖外觀的傳統(tǒng)化改造，使智能石鎖在外觀與手感上更接近于傳統(tǒng)石鎖，讓外表傳統(tǒng)、內在智能的石鎖得到進一步發(fā)展。

（2）應豐富智能石鎖的重量級別，特別是研發(fā)輕量級的智能石鎖，拓展智能石鎖使用者的年齡范圍，將石鎖引進幼兒園、大中小學校園，主動對接全民健身計劃、健康中國戰(zhàn)略。

（3）應加快智能石鎖在后信息時代的各領域融合，特別是與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網智能設備的技術融合，開展民族傳統(tǒng)文化教育，研發(fā)石鎖文化創(chuàng)意產品，推進石鎖文化的傳承與發(fā)展。

[1]于翠蘭,徐誠堂,劉斌瑞.全民健身視域下智能石鎖器材的研制[J].南京體育學院學報(自然科學版),2017,16(3):153-156.

[2]鄔代玉,于翠蘭.民族民間休閑體育——石鎖運動文獻綜述[J].中華武術(研究),2018,7(10):82-85.

[3]竇彥麗,竇彥雪.石鎖溯源及其流變[J].體育文化導刊,2012(9):149-151.

[4]王倩.民間石鎖運動的歷史淵源與變遷研究[J].四川體育科學,2019,38(1):99-102.

[5]郝曉光,劉定一.關于全國武術功力大賽器械的科學化設置研究[J].搏擊(武術科學),2009,6(10):28-29.

[5]徐誠堂,于翠蘭,孫永武.江蘇省石鎖運動現(xiàn)狀調查[J].體育科技,2011,32(2):86-88.

[6]劉斌瑞,于翠蘭.傳統(tǒng)石鎖的現(xiàn)代化改造初探[J].山東體育科技,2016,38(04):38-40.

[7]國家體育總局網站.體育總局等十四部委關于印發(fā)《武術產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019-2025年）》的通知[EB/OL]. http://www.sport.gov.cn/n316/n336/c919091/content.html.

[8]于翠蘭,張松年,徐誠堂.互聯(lián)網+視域下智能e石鎖的研制[J].南京體育學院學報(自然科學版),2017,16(4):147-150.

Practical Research on Teaching Equipment of Intelligent PE in Post-information Age--A Case Study on Stone Locks

LI Jun, etal.

(Nanjing Sports Institute, Nanjing 210014, Jiangsu, China)

江蘇省高校自然科學研究面上項目（編號：16KJD310002）；南京體育學院教改課題（編號：JG201908）。

李?。?989—），碩士，助理實驗員，研究方向：體育教育。

蘇陽（1987—），碩士，講師，研究方向：體育人文社會學。