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

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）

石鎖運動是優秀的中華民族傳統體育項目，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展壁壘，讓以石鎖為代表的中華民族傳統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可持續發展。

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。石鎖運動是我國優秀的民族傳統體育項目，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 傳統石鎖發展的局限性

圖1 古代石鎖

從古代石鎖（見圖1）和現代石鎖（見圖2）可以看出：傳統石鎖由石材制成，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、問卷調查與數理統計法、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、落地沖擊力等數據記錄實時變化曲線；發放問卷表并運用統計軟件進行數據分析；創編石鎖健身操、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據采集處理

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

由于傳統石鎖存在場地受限、力量要求高、易受傷的特質，習練的過程缺乏科學依據與智能分析，不能通過習練及時發現自身不足，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石鎖進行了現代化改造，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發展奠定了基礎。但是，這些僅僅只是在物理特性層面改造了傳統石鎖，對習練過程的科學依據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、數字信號處理器、數據處理器及藍牙傳輸設備[9]，通過智能傳感器的共同協作，實時記錄與傳輸傳感器捕獲的習練者拋接動作變化數據，演算習練者的能量消耗，從而實現健身過程的科學監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開發語言及Android Studio開發平臺完成安卓智能手機應用的輕量級程序開發，實現了在安卓智能手機上以圖表形式直觀呈現石鎖習練實時變化數據。

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)數據通道后，即可通過藍牙傳輸協議實現智能石鎖與智能手機的實時數據傳遞。藍牙技術最顯著的優點是：（1）安全可靠防盜，通過點對點、設備對設備建立私有數據傳輸鏈路，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智能石鎖與智能手機的實時數據傳輸，目前藍牙傳輸協議支持10米至100米的數據傳輸距離，只要在合理鍛煉范圍內，智能石鎖的運動數據就能即時通過藍牙傳輸到智能手機，提高了石鎖運動的范圍，讓健身者在數據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的有效運動數據，再經過數據建模、數據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、運動開始時間、運動持續時間、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據并實時上傳互聯網服務器，并能夠形成個人歷史數據對比，便于使用者發現不足、總結經驗。

圖5 智能手機石鎖運動數據效果

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：個人運動數據查看與對比、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敏捷開發框架，使用C#開發語言，采用B/S、MVC架構，前端UI層基于DIV+CSS+jQuery+Ajax開發，后臺運用SQL Server數據庫，前后臺信息交換使用JASON數據接口，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據的生成、采集、過濾所獲得的有效數據，評判習練者拋接石鎖的動作穩定性、難易度、完成質量等，實現石鎖教學與互動、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據對比，通過對比能夠顯而易見的看出個人運動數據的變化、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據，發起線上比賽，比賽將通過智能石鎖采集的數據，通過動作穩定性、頻率、質量、次數等依據自動進行打分評判。

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、高級等難度加以區分，針對石鎖運動中經常出現的錯誤動作、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據對比

6 智能石鎖實現的功能與效果

6.1 破除傳統石鎖的局限

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了在家鍛煉的夢想。

6.2 開創石鎖鍛煉新格局

新型智能石鎖的到來開創了現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，系統通過智能算法自動評估技術動作質量與穩定性并提供可視化、直觀化的分析圖表，為健身者提供數據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、激發了學習積極性、營造了石鎖文化、增強了民族傳統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展的基本條件。在后信息時代，運用現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展趨勢。面向未來，應充分發揮高校人才和學科優勢，積極開展科學實證研究，是實現石鎖運動可持續發展的必由之路。

7.2 展望

（1）應推進智能石鎖外觀的傳統化改造，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化改造，使智能石鎖在外觀與手感上更接近于傳統石鎖，讓外表傳統、內在智能的石鎖得到進一步發展。

（2）應豐富智能石鎖的重量級別，特別是研發輕量級的智能石鎖，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，特別是與大數據、物聯網智能設備的技術融合，開展民族傳統文化教育，研發石鎖文化創意產品，推進石鎖文化的傳承與發展。

[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.江蘇省石鎖運動現狀調查[J].體育科技,2011,32(2):86-88.

[6]劉斌瑞,于翠蘭.傳統石鎖的現代化改造初探[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《武術產業發展規劃（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。