后信息时代智能化体育教学器材的实践研究——以石锁为例*

李 俊 史国生 苏 阳

后信息时代智能化体育教学器材的实践研究——以石锁为例*

李 俊 史国生 苏 阳

（南京体育学院，江苏 南京 210014）

石锁运动是优秀的中华民族传统体育项目，也是国家级体育非物质文化保护遗产，在民间深受广大民众的喜爱。传统石锁由于石材的特性，带来了重量过重，场地制约等局限性。文章试图通过智能石锁和智能分析平台的构想打破石锁运动的发展壁垒，让以石锁为代表的中华民族传统体育能够在后信息时代涅槃重生，让石锁运动在高科技时代实现可持续发展。

后信息时代；体育教学器材；智能化；石锁；石锁运动

1 石锁简史与习练意义

石锁是用坚硬的石料经过打磨、凿刻成古代铜锁的形状[1]，习练者可以抓着石锁的把手通过抛、接、抓、举、掷等动作来达到练功、锻炼目的的一种器械。石锁运动是我国优秀的民族传统体育项目，是国家级体育非物质文化保护遗产，也是我国民间休闲体育的重要组成部分。相传，石锁起源于唐代军营，士兵常用石锁、石担等器械锻炼身体，以增强自身握力、腕力、臂力及腰、腿部力量。邬代玉等提出：“最初石锁运动的记载是以军事手段而存在，曾被纳入古代习武者必备的考试内容。”[2]窦彦丽、窦彦雪提出“清朝道光年间，武考以举石为主要考试项目之一，初步形成了基本套路。”[3]由此可见，石锁运动自唐代始便在军营中盛行，在清代发展到了鼎盛。

王倩提出“石锁运动的演变从‘个人练功’到‘展示表演’到‘按规则比赛’。”[4]石锁运动属于有氧运动的范畴，它不仅可以达到最初提高个体力量素质、耐力素质、柔韧素质、灵敏素质，达到强身健体、锻炼意志的目的，还形成了相应的套路和规范，为今后的竞技比赛奠定了基础。石锁运动可以是单人运动，也可以多人运动，可以进行展示表演和竞技比赛，动作通过不同的组合搭配，形成了不固定的套路，丰富的表演和比赛形式使其具备了表演价值与艺术观赏性，增强了习练者之间的沟通交流与团结协作的能力，也让健身爱好者在潜移默化中接受了中华民族传统体育文化的熏陶，推动了社会精神文明，增强了民族与文化自信。

2 传统石锁发展的局限性

图1 古代石锁

从古代石锁（见图1）和现代石锁（见图2）可以看出：传统石锁由石材制成，具备了石材坚硬、粗糙、颜色单一的特性，习练石锁的健身者时而被石锁擦伤皮肤，甚至存在被砸伤的可能。郝晓光提到：“比赛时石锁掉到地上砸坏场地[5]。”所以为避免石锁砸坏场地，传统石锁运动通常在软质的沙地或者草地上进行，并不适合在家中进行习练，习练场地的要求较高。徐诚堂指出，在120名石锁参赛者中，女性仅有4人[6]，因为石锁重量上基本为20市斤起，对习练者的肌肉力量要求较高，将众多热爱石锁运动的女性拦在了门外。

图2 现代石锁

3 智能石锁的研究方法及过程

本研究采取文献资料法、访谈法、观察法、实验法、问卷调查与数理统计法、行动探究法等方法，通过线上线下查阅文献；访问智能石锁设计者、石锁运动爱好者、体育器材装备设计人员等；观察石锁习练人群的运动行为、习练类型、石锁抛接过程的空中运动轨迹、落地冲击力等；反复观察习练人群在抛接、抓握、落地冲击力等数据记录实时变化曲线；发放问卷表并运用统计软件进行数据分析；创编石锁健身操、石锁游戏、线上网络竞赛，将石锁引进大中小学校园、幼儿园。

4 智能石锁的物理结构改造与数据采集处理

国家体育总局等14部委联合印发《<武术产业发展规划（2019-2025年）>的通知》中指出，“应推动‘互联网+武术’发展理念，充分运用移动互联网、物联网等新技术，构建‘智慧武术’服务网络平台，拓展‘互联网+武术’新领域。”[8]中表明武术应与“互联网+”“大数据”“物联网”紧密结合，形成符合时代要求的智能石锁。

由于传统石锁存在场地受限、力量要求高、易受伤的特质，习练的过程缺乏科学依据与智能分析，不能通过习练及时发现自身不足，不利于指导自身进行调整与改进等缺陷，刘斌瑞、于翠兰等提出了对传统石锁进行了现代化改造，研制出智能石锁器材，“智能石锁颜色多样，外层缓冲层材料为厚实的聚氨酯泡沫，内部铸铁的金属块控制石锁重量，把手为增强尼龙注塑，把手外套采用了硅橡胶，改变了传统石锁的材质和结构，而且将最低重量下降到2公斤”[7]，解决了石锁运动场地受限、磨手起茧、容易受伤、因手汗把手易湿滑等问题，降低了习练者的力量要求，大大拓展了不同年龄、不同体质、不同需求习练受众的选择度，使健身、娱乐、表演成为可能，也为石锁运动的可持续发展奠定了基础。但是，这些仅仅只是在物理特性层面改造了传统石锁，对习练过程的科学依据与智能分析上仍没有改善。

于翠兰等提出了智能e石锁的概念，在智能石锁内嵌入三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、数字信号处理器、数据处理器及蓝牙传输设备[9]，通过智能传感器的共同协作，实时记录与传输传感器捕获的习练者抛接动作变化数据，演算习练者的能量消耗，从而实现健身过程的科学监测和练习效果的及时反馈，以及新型石锁智能化、科学化与可视化的需求。

图3 智能石锁锁体与手柄

图4 内嵌智能芯片的智能石锁

5 智能石锁的软件设计

5.1 智能石锁手机应用程序

智能手机智能石锁应用程序是智能石锁人机交互的平台，采用当下流行的Java开发语言及Android Studio开发平台完成安卓智能手机应用的轻量级程序开发，实现了在安卓智能手机上以图表形式直观呈现石锁习练实时变化数据。

智能石锁中内置了蓝牙传输设备，在使用智能石锁前，需要打开石锁蓝牙并在智能手机中找到该蓝牙设备并配对，建立智能石锁与智能手机双方point to point(P2P)数据通道后，即可通过蓝牙传输协议实现智能石锁与智能手机的实时数据传递。蓝牙技术最显著的优点是：（1）安全可靠防盗，通过点对点、设备对设备建立私有数据传输链路，带来显著的安全性和抗干扰能力；（2）无需电缆，通过无线就可以实现智能石锁与智能手机的实时数据传输，目前蓝牙传输协议支持10米至100米的数据传输距离，只要在合理锻炼范围内，智能石锁的运动数据就能即时通过蓝牙传输到智能手机，提高了石锁运动的范围，让健身者在数据传输无感知下进行石锁运动；（3）传输速率快，相较于红外线传输，蓝牙传输带宽比红外线大，速度也比红外线快，由于蓝牙使用的是无线电波传输，而红外线设备使用光波传输，所以蓝牙基本没有方向性要求且能穿透多数非金属物体，红外线有方向性且不能穿透非透明物体，因此蓝牙传输比红外线传输更适合智能石锁。

智能手机智能石锁应用程序接收到智能石锁传输的有效运动数据，再经过数据建模、数据分析算法得出石锁使用者的各项运动指标，并通过图表展示使用者使用的器械重量、完成次数、运动开始时间、运动持续时间、最大抛力、最大接力、平均抛力、平均接力、旋转角度、抛接高度、消耗能量、动作智能打分等运动实时数据并实时上传互联网服务器，并能够形成个人历史数据对比，便于使用者发现不足、总结经验。

图5 智能手机石锁运动数据效果

5.2 智能石锁线上互动平台

智能石锁线上互动平台的主要功能包括：个人运动数据查看与对比、石锁教学训练、健身锻炼指导、线上比赛及休闲社交等。基于ASP.NET敏捷开发框架，使用C#开发语言，采用B/S、MVC架构，前端UI层基于DIV+CSS+jQuery+Ajax开发，后台运用SQL Server数据库，前后台信息交换使用JASON数据接口，轻松搭建功能强大的智能石锁互动平台。基于智能传感器组，对习练者习练过程数据的生成、采集、过滤所获得的有效数据，评判习练者抛接石锁的动作稳定性、难易度、完成质量等，实现石锁教学与互动、线上比赛、智能评分等功能，智能石锁使用者能够随时、随地、方便、快捷的开展石锁运动，建立石锁社交圈，融入石锁文化。

在互动平台个人空间板块中，智能石锁使用者能够通过可视化、便捷化、直观化的图表看到个人石锁运动的历史数据对比，通过对比能够显而易见的看出个人运动数据的变化、趋势，便于使用者了解运动情况，及时调整不足与训练计划。个人还可以向好友分享个人运动数据，发起线上比赛，比赛将通过智能石锁采集的数据，通过动作稳定性、频率、质量、次数等依据自动进行打分评判。

在互动平台教学训练板块中，智能石锁使用者能够在该板块浏览石锁历史与文化、石锁健身锻炼的教学方法与视频，教学内容通过初级、中级、高级等难度加以区分，针对石锁运动中经常出现的错误动作、常见伤病及体能训练方法给与一定的介绍与指导，围绕石锁健身锻炼为核心，旨在更好的为石锁健身者服务，营造石锁文化。

图6 智能石锁线上互动平台个人运动数据对比

6 智能石锁实现的功能与效果

6.1 破除传统石锁的局限

智能石锁外层使用了聚氨酯泡沫材料，内部使用不同重量的铸铁，把手也做了舒适性与防滑处理，由内而外改变了传统石锁的材质和结构，丰富了石锁重量级别，解决了石锁运动场地受限、磨手起茧、容易受伤、因手汗把手易湿滑等问题，降低了习练者的力量要求，扩大了女性、青少年等习练者人群，让不同年龄层的石锁爱好者实现了在家锻炼的梦想。

6.2 开创石锁锻炼新格局

新型智能石锁的到来开创了现代石锁爱好者锻炼的新格局。智能手机应用程序打破了以往人为判断、人为干预、锻炼缺乏科学性的局面，能够让健身者随时、随地、方便、快捷、实时了解自己的运动状况与能量消耗，系统通过智能算法自动评估技术动作质量与稳定性并提供可视化、直观化的分析图表，为健身者提供数据对比分析与指导建议；在线互动平台打破了时间与空间的限制，为不同地域的石锁人提供了教育教学、线上比赛、娱乐活动、社交沟通的交互平台，增进了石锁人的感情、激发了学习积极性、营造了石锁文化、增强了民族传统体育的自信心与自豪感。

7 结论与展望

7.1 结论

石锁运动是一项集力量、技巧、艺术为一体、内外兼修的持械运动项目，当前我们对石锁的材质、重量、物理结构等进行了重塑，在智能石锁的锁体内部增添了智能传感芯片，开发了智能石锁智能手机应用程序与线上互动平台，让智能石锁初步满足了信息时代发展的基本条件。在后信息时代，运用现代智能技术与理念打造智能石锁，挖掘文化内涵，是石锁文化未来的必然传承与发展趋势。面向未来，应充分发挥高校人才和学科优势，积极开展科学实证研究，是实现石锁运动可持续发展的必由之路。

7.2 展望

（1）应推进智能石锁外观的传统化改造，智能石锁虽然在材质与颜色多样性上进行了重塑，但是相比于传统石锁仍感觉是当下时代的产物，应推进智能石锁外观的传统化改造，使智能石锁在外观与手感上更接近于传统石锁，让外表传统、内在智能的石锁得到进一步发展。

（2）应丰富智能石锁的重量级别，特别是研发轻量级的智能石锁，拓展智能石锁使用者的年龄范围，将石锁引进幼儿园、大中小学校园，主动对接全民健身计划、健康中国战略。

（3）应加快智能石锁在后信息时代的各领域融合，特别是与大数据、物联网智能设备的技术融合，开展民族传统文化教育，研发石锁文化创意产品，推进石锁文化的传承与发展。

[1]于翠兰,徐诚堂,刘斌瑞.全民健身视域下智能石锁器材的研制[J].南京体育学院学报(自然科学版),2017,16(3):153-156.

[2]邬代玉,于翠兰.民族民间休闲体育——石锁运动文献综述[J].中华武术(研究),2018,7(10):82-85.

[3]窦彦丽,窦彦雪.石锁溯源及其流变[J].体育文化导刊,2012(9):149-151.

[4]王倩.民间石锁运动的历史渊源与变迁研究[J].四川体育科学,2019,38(1):99-102.

[5]郝晓光,刘定一.关于全国武术功力大赛器械的科学化设置研究[J].搏击(武术科学),2009,6(10):28-29.

[5]徐诚堂,于翠兰,孙永武.江苏省石锁运动现状调查[J].体育科技,2011,32(2):86-88.

[6]刘斌瑞,于翠兰.传统石锁的现代化改造初探[J].山东体育科技,2016,38(04):38-40.

[7]国家体育总局网站.体育总局等十四部委关于印发《武术产业发展规划（2019-2025年）》的通知[EB/OL]. http://www.sport.gov.cn/n316/n336/c919091/content.html.

[8]于翠兰,张松年,徐诚堂.互联网+视域下智能e石锁的研制[J].南京体育学院学报(自然科学版),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)

江苏省高校自然科学研究面上项目（编号：16KJD310002）；南京体育学院教改课题（编号：JG201908）。

李俊（1989—），硕士，助理实验员，研究方向：体育教育。

苏阳（1987—），硕士，讲师，研究方向：体育人文社会学。