后信息時代智能化體育教學(xué)器材的實(shí)踐研究——以石鎖為例*

李 俊 史國生 蘇 陽

后信息時代智能化體育教學(xué)器材的實(shí)踐研究——以石鎖為例*

李 俊 史國生 蘇 陽

（南京體育學(xué)院，江蘇 南京 210014）

石鎖運(yùn)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(zhì)文化保護(hù)遺產(chǎn)，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(gòu)想打破石鎖運(yùn)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(yùn)動在高科技時代實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

后信息時代；體育教學(xué)器材；智能化；石鎖；石鎖運(yùn)動

1 石鎖簡史與習(xí)練意義

石鎖是用堅硬的石料經(jīng)過打磨、鑿刻成古代銅鎖的形狀[1]，習(xí)練者可以抓著石鎖的把手通過拋、接、抓、舉、擲等動作來達(dá)到練功、鍛煉目的的一種器械。石鎖運(yùn)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(zhì)文化保護(hù)遺產(chǎn)，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(dān)等器械鍛煉身體，以增強(qiáng)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(yùn)動的記載是以軍事手段而存在，曾被納入古代習(xí)武者必備的考試內(nèi)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動屬于有氧運(yùn)動的范疇，它不僅可以達(dá)到最初提高個體力量素質(zhì)、耐力素質(zhì)、柔韌素質(zhì)、靈敏素質(zhì)，達(dá)到強(qiáng)身健體、鍛煉意志的目的，還形成了相應(yīng)的套路和規(guī)范，為今后的競技比賽奠定了基礎(chǔ)。石鎖運(yùn)動可以是單人運(yùn)動，也可以多人運(yùn)動，可以進(jìn)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(shù)觀賞性，增強(qiáng)了習(xí)練者之間的溝通交流與團(tuán)結(jié)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(qiáng)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(xí)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(yùn)動通常在軟質(zhì)的沙地或者草地上進(jìn)行，并不適合在家中進(jìn)行習(xí)練，習(xí)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(xí)練者的肌肉力量要求較高，將眾多熱愛石鎖運(yùn)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(xiàn)資料法、訪談法、觀察法、實(shí)驗法、問卷調(diào)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(xiàn)；訪問智能石鎖設(shè)計者、石鎖運(yùn)動愛好者、體育器材裝備設(shè)計人員等；觀察石鎖習(xí)練人群的運(yùn)動行為、習(xí)練類型、石鎖拋接過程的空中運(yùn)動軌跡、落地沖擊力等；反復(fù)觀察習(xí)練人群在拋接、抓握、落地沖擊力等數(shù)據(jù)記錄實(shí)時變化曲線；發(fā)放問卷表并運(yùn)用統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；創(chuàng)編石鎖健身操、石鎖游戲、線上網(wǎng)絡(luò)競賽，將石鎖引進(jìn)大中小學(xué)校園、幼兒園。

4 智能石鎖的物理結(jié)構(gòu)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(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2019-2025年）>的通知》中指出，“應(yīng)推動‘互聯(lián)網(wǎng)+武術(shù)’發(fā)展理念，充分運(yùn)用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，構(gòu)建‘智慧武術(shù)’服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺，拓展‘互聯(lián)網(wǎng)+武術(shù)’新領(lǐng)域。”[8]中表明武術(shù)應(yīng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”緊密結(jié)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(zhì)，習(xí)練的過程缺乏科學(xué)依據(jù)與智能分析，不能通過習(xí)練及時發(fā)現(xiàn)自身不足，不利于指導(dǎo)自身進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)等缺陷，劉斌瑞、于翠蘭等提出了對傳統(tǒng)石鎖進(jìn)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(shí)的聚氨酯泡沫，內(nèi)部鑄鐵的金屬塊控制石鎖重量，把手為增強(qiáng)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(zhì)和結(jié)構(gòu)，而且將最低重量下降到2公斤”[7]，解決了石鎖運(yùn)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(xí)練者的力量要求，大大拓展了不同年齡、不同體質(zhì)、不同需求習(xí)練受眾的選擇度，使健身、娛樂、表演成為可能，也為石鎖運(yùn)動的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。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(xí)練過程的科學(xué)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(nèi)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(lán)牙傳輸設(shè)備[9]，通過智能傳感器的共同協(xié)作，實(shí)時記錄與傳輸傳感器捕獲的習(xí)練者拋接動作變化數(shù)據(jù)，演算習(xí)練者的能量消耗，從而實(shí)現(xiàn)健身過程的科學(xué)監(jiān)測和練習(xí)效果的及時反饋，以及新型石鎖智能化、科學(xué)化與可視化的需求。

圖3 智能石鎖鎖體與手柄

圖4 內(nèi)嵌智能芯片的智能石鎖

5 智能石鎖的軟件設(shè)計

5.1 智能石鎖手機(jī)應(yīng)用程序

智能手機(jī)智能石鎖應(yīng)用程序是智能石鎖人機(jī)交互的平臺，采用當(dāng)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(jī)應(yīng)用的輕量級程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了在安卓智能手機(jī)上以圖表形式直觀呈現(xiàn)石鎖習(xí)練實(shí)時變化數(shù)據(jù)。

智能石鎖中內(nèi)置了藍(lán)牙傳輸設(shè)備，在使用智能石鎖前，需要打開石鎖藍(lán)牙并在智能手機(jī)中找到該藍(lán)牙設(shè)備并配對，建立智能石鎖與智能手機(jī)雙方point to point(P2P)數(shù)據(jù)通道后，即可通過藍(lán)牙傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能石鎖與智能手機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)傳遞。藍(lán)牙技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是：（1）安全可靠防盜，通過點(diǎn)對點(diǎn)、設(shè)備對設(shè)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(shí)現(xiàn)智能石鎖與智能手機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，目前藍(lán)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(nèi)，智能石鎖的運(yùn)動數(shù)據(jù)就能即時通過藍(lán)牙傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，提高了石鎖運(yùn)動的范圍，讓健身者在數(shù)據(jù)傳輸無感知下進(jìn)行石鎖運(yùn)動；（3）傳輸速率快，相較于紅外線傳輸，藍(lán)牙傳輸帶寬比紅外線大，速度也比紅外線快，由于藍(lán)牙使用的是無線電波傳輸，而紅外線設(shè)備使用光波傳輸，所以藍(lán)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(lán)牙傳輸比紅外線傳輸更適合智能石鎖。

智能手機(jī)智能石鎖應(yīng)用程序接收到智能石鎖傳輸?shù)挠行н\(yùn)動數(shù)據(jù)，再經(jīng)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(yùn)動指標(biāo)，并通過圖表展示使用者使用的器械重量、完成次數(shù)、運(yùn)動開始時間、運(yùn)動持續(xù)時間、最大拋力、最大接力、平均拋力、平均接力、旋轉(zhuǎn)角度、拋接高度、消耗能量、動作智能打分等運(yùn)動實(shí)時數(shù)據(jù)并實(shí)時上傳互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)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(jié)經(jīng)驗。

圖5 智能手機(jī)石鎖運(yùn)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(yùn)動數(shù)據(jù)查看與對比、石鎖教學(xué)訓(xùn)練、健身鍛煉指導(dǎo)、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(gòu)，前端UI層基于DIV+CSS+jQuery+Ajax開發(fā)，后臺運(yùn)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(qiáng)大的智能石鎖互動平臺?；谥悄軅鞲衅鹘M，對習(xí)練者習(xí)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(xí)練者拋接石鎖的動作穩(wěn)定性、難易度、完成質(zhì)量等，實(shí)現(xiàn)石鎖教學(xué)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動數(shù)據(jù)的變化、趨勢，便于使用者了解運(yùn)動情況，及時調(diào)整不足與訓(xùn)練計劃。個人還可以向好友分享個人運(yùn)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(zhì)量、次數(shù)等依據(jù)自動進(jìn)行打分評判。

在互動平臺教學(xué)訓(xùn)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(xué)方法與視頻，教學(xué)內(nèi)容通過初級、中級、高級等難度加以區(qū)分，針對石鎖運(yùn)動中經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤動作、常見傷病及體能訓(xùn)練方法給與一定的介紹與指導(dǎo)，圍繞石鎖健身鍛煉為核心，旨在更好的為石鎖健身者服務(wù)，營造石鎖文化。

圖6 智能石鎖線上互動平臺個人運(yùn)動數(shù)據(jù)對比

6 智能石鎖實(shí)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(nèi)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(nèi)而外改變了傳統(tǒng)石鎖的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，豐富了石鎖重量級別，解決了石鎖運(yùn)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(xí)練者的力量要求，擴(kuò)大了女性、青少年等習(xí)練者人群，讓不同年齡層的石鎖愛好者實(shí)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(jī)應(yīng)用程序打破了以往人為判斷、人為干預(yù)、鍛煉缺乏科學(xué)性的局面，能夠讓健身者隨時、隨地、方便、快捷、實(shí)時了解自己的運(yùn)動狀況與能量消耗，系統(tǒng)通過智能算法自動評估技術(shù)動作質(zhì)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(dǎo)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(xué)、線上比賽、娛樂活動、社交溝通的交互平臺，增進(jìn)了石鎖人的感情、激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性、營造了石鎖文化、增強(qiáng)了民族傳統(tǒng)體育的自信心與自豪感。

7 結(jié)論與展望

7.1 結(jié)論

石鎖運(yùn)動是一項集力量、技巧、藝術(shù)為一體、內(nèi)外兼修的持械運(yùn)動項目，當(dāng)前我們對石鎖的材質(zhì)、重量、物理結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了重塑，在智能石鎖的鎖體內(nèi)部增添了智能傳感芯片，開發(fā)了智能石鎖智能手機(jī)應(yīng)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(yùn)用現(xiàn)代智能技術(shù)與理念打造智能石鎖，挖掘文化內(nèi)涵，是石鎖文化未來的必然傳承與發(fā)展趨勢。面向未來，應(yīng)充分發(fā)揮高校人才和學(xué)科優(yōu)勢，積極開展科學(xué)實(shí)證研究，是實(shí)現(xiàn)石鎖運(yùn)動可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

7.2 展望

（1）應(yīng)推進(jìn)智能石鎖外觀的傳統(tǒng)化改造，智能石鎖雖然在材質(zhì)與顏色多樣性上進(jìn)行了重塑，但是相比于傳統(tǒng)石鎖仍感覺是當(dāng)下時代的產(chǎn)物，應(yīng)推進(jìn)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(nèi)在智能的石鎖得到進(jìn)一步發(fā)展。

（2）應(yīng)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(jìn)幼兒園、大中小學(xué)校園，主動對接全民健身計劃、健康中國戰(zhàn)略。

（3）應(yīng)加快智能石鎖在后信息時代的各領(lǐng)域融合，特別是與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的技術(shù)融合，開展民族傳統(tǒng)文化教育，研發(fā)石鎖文化創(chuàng)意產(chǎn)品，推進(jìn)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(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,16(3):153-156.

[2]鄔代玉,于翠蘭.民族民間休閑體育——石鎖運(yùn)動文獻(xiàn)綜述[J].中華武術(shù)(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(dǎo)刊,2012(9):149-151.

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

[5]郝曉光,劉定一.關(guān)于全國武術(shù)功力大賽器械的科學(xué)化設(shè)置研究[J].搏擊(武術(shù)科學(xué)),2009,6(10):28-29.

[5]徐誠堂,于翠蘭,孫永武.江蘇省石鎖運(yùn)動現(xiàn)狀調(diào)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(wǎng)站.體育總局等十四部委關(guān)于印發(fā)《武術(shù)產(chǎn)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(wǎng)+視域下智能e石鎖的研制[J].南京體育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)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(xué)研究面上項目（編號：16KJD310002）；南京體育學(xué)院教改課題（編號：JG201908）。

李?。?989—），碩士，助理實(shí)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(xué)。