動作發(fā)展視角下兒童體育器材的設計研究

文/盧娟娟 李春光 劉文軒 田曉雪 張心怡

3～6歲是兒童動作發(fā)展的關鍵期，也是基本運動技能形成的最佳階段。根據(jù)2010年與2014年《國民體質(zhì)監(jiān)測公報》數(shù)據(jù)對比顯示，學前兒童身體素質(zhì)中的平衡能力、上肢力量與腰腹肌肉力量、靈敏素質(zhì)測驗成績較差，學前兒童的運動能力發(fā)展仍處于滯后水平[1]。2012年發(fā)布的《3～6歲兒童學習與發(fā)展指南》（以下簡稱《指南》）首次將動作發(fā)展列為健康領域的目標內(nèi)容，對不同年齡段兒童的力量與耐力、平衡能力以及手部協(xié)調(diào)動作能力提出了明確要求[2]。體育器材作為兒童動作發(fā)展的重要載體，在設計層級上大部分呈現(xiàn)成人化、競技化、年齡階段劃分模糊特征，3～6歲兒童采用大致相同尺寸的體育器材存在很大不適性。兒童體育器械制造技術標準的滯后和兒童動作發(fā)展沒有實現(xiàn)協(xié)同進行，體育器材在發(fā)展中缺乏創(chuàng)新基礎。遵循“以人為本”“量體裁衣”的研發(fā)導向，兒童體育器材設計應具有合理的運動引導性、安全的運動控制約束、運動數(shù)據(jù)的互動與適度樂趣性等功能。

一、動作發(fā)展視角下兒童體育器材設計原則

（一）安全性原則

《指南》中明確提出，安全是幼兒參加體育活動的先決條件，幼兒園應優(yōu)先確保兒童的生命安全和身體健康。目前幼兒園使用的器材以塑鐵混合、硬性塑料和鐵質(zhì)為主，存在較大的安全隱患[3]。為避免兒童跌倒撞傷，體育器材表面應消除粗糙，過于分明的各個邊緣尖端棱角需進行圓滑處理，不應留有危險的突出物。另外選材方面選取牢固性、實用性、韌性、彈性、安全性更高的塑料、橡膠等柔軟材質(zhì)材料，選擇的材料必須通過國家檢測標準。

（二）階躍性原則

《指南》對兒童動作發(fā)展程度提出了較為明確的數(shù)字界定，3～4歲幼兒單腿連續(xù)地向前跳躍2米，4～5歲幼兒單腿連續(xù)跳躍5米，5～6歲的幼兒單腳連續(xù)地向前跳躍8米，不同年齡段的動作程度反映出兒童動作發(fā)展的階躍性。體育器材的發(fā)展本身隱含著從較低層次向較高層次的階躍性原則，在實際設計中要遵循動作發(fā)展循序漸進、由易到難的相關規(guī)律[4]。體育器材應該更加細致地滿足不同年齡階段的需求，配置跑、跳、攀爬、平衡、柔韌等方面都有相應階段的系統(tǒng)以及模塊化體育器材。

（三）動作引導原則

體育器材是四肢的延伸，以引導基本動作技能學習、動作技能發(fā)展為主，依次引導兒童做出規(guī)范的動作。整個動作引導以圍繞兒童動作發(fā)展為中心，全方位訓練動作的延續(xù)性、整體性和高效性，在相互作用條件下逐漸增強兒童運動能力和運用能力[5]。

（四）操作反饋原則

體育器材操作本就是反饋互動過程，反饋在體育器材操作中既是信息輸出與輸入的媒介，也是正確判斷認知信息的核心所在。不同運動項目的最佳反饋頻率不同，體育器材操作頻率結(jié)合項目特點和兒童動作發(fā)展水平，設計合理動作反饋頻率[6]。通過反饋可有效地發(fā)現(xiàn)問題并針對性改正，明確與練習目的之間的差距。

（五）個性化原則

兒童性別、年齡和身體的健康狀態(tài)不同，所設定的運動計劃和運動量亦有所差異，在遵循自定義基礎上設定個性化體驗產(chǎn)品，根據(jù)器材數(shù)據(jù)記錄儲存并提供個性化的運動指導；組合搭配多種可供選擇的訓練規(guī)劃，避免過度運動給身體帶來傷害；根據(jù)儲存的身體健康值作為基準，隨時對個性體驗進行計劃調(diào)整和動作調(diào)整，以便為兒童提供精確的運動規(guī)劃。

二、動作發(fā)展視角下兒童體育器材設計理念

（一) 基于“綠色軟式化”材料的設計理念

“綠色軟式化”材料聚焦三種基本屬性。一是衛(wèi)生安全，在生態(tài)環(huán)?！熬G色”的本質(zhì)訴求下，選擇和研發(fā)無毒化材料。負離子功能性纖維能夠構成一層負離子空氣層，讓體內(nèi)的氧自由基無毒化，所制成的鞋襪或者貼身衣褲以及毛巾，在運動中可以有效地預防外界污染物對身體的危害，保持皮膚的清潔。二是質(zhì)量輕，選取厚度最薄、阻尼性能好的材料，可降低球拍、球桿等對動力性有需求的器材帶來的阻力。石墨烯技術可降低高爾夫球桿10%～40%的重量，可減緩震顫，緩解手腕疲勞；另外，碳纖維具有更好的抗沖擊、減震能力，相同規(guī)格下制成的網(wǎng)球拍在減輕球拍重量的同時能有效緩解手腕壓力，降低運動損傷幾率。三是力學性能，利用材料的密度、彈性和柔韌性等物理性能大幅提升體育器材的硬度和拉伸性能。碳纖維材料在自行車座位支架、車身框架等方面，可增強車身的抗震性和剛硬性；三維紡織復合材料良好的沖擊性、蓬松效果在制作運動護具中可帶來良好的透氣性與緩沖性能。

（二）基于“系統(tǒng)適齡化”的配套設計理念

3～4歲是兒童的聽覺肢體動作、被動動作、周期性動作與精細動作協(xié)調(diào)發(fā)展的時期；4～5歲是兒童上肢動作、姿勢平衡動作、自主性動作和可操作性動作協(xié)調(diào)發(fā)展的時期；5～6歲是兒童的手、眼、上下肢的協(xié)調(diào)發(fā)展的突增期[7]。基于人體工程學和人體測量學，從動作發(fā)展角度設計連接性到系統(tǒng)性的縱深系列配套器材，參考人體尺度參數(shù)和肌能特征，采集兒童主要身體尺寸、體重、體表面積、比重、重心、不同身體姿態(tài)運動部位等身體結(jié)構特征參數(shù)，以及身體各部分肌肉的發(fā)力范圍、實際空間、動作速度、重心變化等動態(tài)參數(shù)，以此細分不同年齡階段所使用的器材規(guī)格。

（三）基于“視覺效果與質(zhì)感”的設計理念

體育器材視覺效果功能由形態(tài)、色彩、材質(zhì)方面的使用范疇決定。首先，形態(tài)角度。體育器材形態(tài)是由點線面體、色彩、質(zhì)感要素構成，通過對兒童球類運動器材的圖形選擇的研究，發(fā)現(xiàn)中、大班幼兒更傾向于分散色塊比較柔和的流線型設計的復合圖形。其次，色彩角度。兒童產(chǎn)品總體上以單色、高明色彩為主，傾向于黃-藍搭配，而青—紅組合對幼兒的吸引力更大；此外，男生傾向于黃—藍組合、青—紅組合，而女生則傾向于深紅—綠組合，顏色偏好表現(xiàn)出明顯的性別差異。最后，材質(zhì)角度?？紤]承重能力、材料本身的質(zhì)感、重量在使用過程中存在的安全隱患等問題。探索材料的結(jié)構特性與幼兒動作發(fā)展特性的關系，開發(fā)和投放低結(jié)構的運動器材，是兒童體育器材設計理念的必然要求。

三、動作發(fā)展視角下兒童體育器材創(chuàng)新路徑

基于VR技術背景下實現(xiàn)兒童動作發(fā)展與虛擬環(huán)境的人機交互，置身于數(shù)字仿真的動態(tài)場景系統(tǒng)中獲取三維運動信息，建立人體內(nèi)部結(jié)構模型引導兒童動作發(fā)展。借助VR技術構建出足球、網(wǎng)球、射擊、皮劃艇等虛擬技術訓練場景，克服場地條件、天氣變化等因素的影響，無需抵達運動場就可操作，體驗真實的運動感受，極大程度降低兒童運動損傷的風險；5G通訊網(wǎng)絡技術促使排球、羽毛球、網(wǎng)球等隔空對抗項目成為可能，模擬對抗對手的戰(zhàn)術訓練模型。動作發(fā)展方面，更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對于自身動作存在的不足有針對性地進行提高；身體素質(zhì)評估方面，利用VR全景視頻、AI算法、動作識別庫等技術，對兒童身體素質(zhì)狀況進行分析與預估，從而為制定有針對性的改進計劃提供幫助。兒童動作發(fā)展中遇到身體協(xié)調(diào)性差、核心力量不足、動作單一等問題可借助VR技術調(diào)整運動部位和節(jié)奏、設計練習方案、開發(fā)模擬輔助教材等系列對策優(yōu)化動作發(fā)展。