運動技術的生物力學原理范文

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網球是一項技術性很強的體育項目，它不僅需要大肌肉群的參與，而且還需要諸多小肌肉群的參與以及全身各部位的協調配合，所以只有掌握科學的技術指導才能有效、高質的學好網球。正手擊球是最常用的網球基本技術，球場上80%的擊球全部都是由正手擊球來完成的。正手擊球一般分為準備姿勢、后擺引拍、擊球以及隨揮四部分。本文將從生物力學的角度出發，通過運用生物力學的規律，根據人體協調鏈的原理對正手擊球過程中觸球環節的動作進行研究，希望能夠有效地幫助網球練習者分析錯誤動作產生的原因，從而提出科學的指導依據。

二、網球運動的生物力學原理

網球運動中所蘊含的生物力學原理主要包括平衡、慣性、作用力與反作用力、動量定理、彈性能和協調鏈等幾方面。

（一）平衡。平衡是指身體保持靜態（一種穩定狀態）或動態均衡的能力，可分為靜態平衡和動態平衡。網球的每一擊球都是在動態條件下完成的，所以它對動態平衡有著特殊的要求，因此在所有擊球動作中頭部和上體必須保持穩定，髖、軀干部分和肩部保持在一條直線對于保持動態平衡是至關重要的。

（二）慣性。在受到某種外力作用之前，人體將一直處于靜止或原來的運動狀態。網球場上的快速啟動、改變方向以及急停等，首先需要克服的是慣性的阻礙，所以在對來球做出反應時，我們需要降低重心和蹬地來克服靜止的慣性。

（三）作用力與反作用力。在網球運動中，基本姿勢是雙腿分開和降低重心，目的均是為了在啟動和擊球時能屈膝蹬地，從而獲得地面傳來的反作用力，這樣就能更好的完成技術動作。

（四）動量。動量是物體速度與質量的乘積，包括線動量和角動量兩種，網球絕大部分的技術動作都需要較高的速度和一定的角度，這就需要更多的身體移動以及腰部、肩部的轉動，從而獲得更大的動量，從而高質量的完成擊球。

（五）彈性能。肌有彈性，收縮的肌有巨大的能量，彈性能就是由肌纖維的牽張而產生的，所以在擊球前的準備活動具有重要的意義，這將有助于在擊球過程中能有效的獲得更多的能力。此外，肌有可塑性，所以擊球結束后的放松也很重要。

（六）協調鏈。網球的擊球過程中，高質量、優美的擊球動作是由大肌肉群和小肌肉群協調配合一起來完成的，不只是單單靠手臂的力量，還必須借助于全身的協調用力才能擊出理想的球。有效地利用身體的協調鏈，在克服慣性后達到的動態平衡中，充分利用反作用力、動量和彈性能，把握好擊球時機和節奏，從而打出一記高質量的回球。人體協調鏈是指“體節的作用就像由一個環或身體的一部分產生的力量轉換成一環套一環的鏈條系統”（格羅佩爾，1984）。通過屈膝蹬地、轉腰轉肩、鞭打，將地面的反作用力全部傳遞到球拍，球拍將用全部累積的力對來球做最大限度地加速。人體協調鏈是擊出漂亮回球的基礎，它能使人體產生最大的爆發力、增強控球能力、延緩疲勞以及預防損傷。

三、觸球時錯誤動作的生物力學分析

網球正手擊球技術中，腿部、髖部、上體、頭肩和拍面五個主要環節的相互協調，構成了觸球時的關鍵因素，把握好這幾個技術環節就可以擊出漂亮的球。

（一）上體的動作技術分析

1.正確利用身體的各部分。根據生物力學、人體協調鏈原理，通過蹬地、轉腰轉肩、盯球、鞭打才能擊出漂亮的回球。不少人在擊球的過程中只是用力掄臂去擊球，不能擊出理想的回球，就是因為沒有使用全身的力量。另外一個是轉動慣量，其大小與轉動體所繞的轉軸有關。根據正手擊球動作的特點，在擊球的過程中髖部要與肩關節在一條直線上，這樣才能將地面的反作用更好的向上傳遞；其次是手臂的伸展，不能太過早伸直，要在擊球前在伸直，否知會影響肢體擺動的速度；最后是肘關節的角度，在擺動的啟動階段肢體不應過分伸展，肘關節角度保持在 120左右為宜，隨著肢體擺動的速度加快，肘關節角度逐漸減小到60左右，若啟示階段角度太小不會很好的蓄力，而在擊球階段，角度太大會將多余的力量消耗，不能集中于擊球上。

2.觸球時手腕保持適度緊張。很多人在擊球的時候拍面會失去控制，致使回球下網或出界，主要原因是握拍的手腕用力不當。擊球時手腕應鎖緊，便于發力的同時既可以保證爆發力全部傳到球體上，又使手腕不易松動。但是在非擊球階段，手腕可以適當放松，這樣可以使得在下次擊球時能很好的用力。

3.觸球時腋部適度夾緊。從生物力學角度講，觸球時球拍盡量靠近身體，這樣才能將全身蓄的力全部傳到球拍，有效的擊球，避免力的白白浪費。一種參考標準是在擊球前將一個網球夾與腋下，在擊球結束后網球落地。

（二）頭肩的動作分析

1.頭肩保持一條直線。觸球時眼睛必須注視來球，頭肩保持在一條直線上。這樣才能保持身體的穩定性，擊球漂亮的回球。同時也可以更為準確的測定球與身體的距離和位置，保證每次的擊球效果。

2.肩部帶動手臂轉動。在擊球時，擊球的力量是由下肢通過蹬地、轉腰轉肩傳遞到上肢，最后由肩部帶動手臂轉動產生“鞭打”，形成一定的擊球速度將球擊出。

（三）髖部的動作技術

在擊球的過程中，髖部充當著較為重要的角色，來自地面的反作用力是通過髖部向上傳遞，最后到達手臂將球擊出。所以要保證髖關節和肩關節是要在一條直線上，這樣在才能保證力量的順利和高質量的傳遞。

（四）腿部的動作技術

網球是一項全身的運動，在身體各個環節中，腿部又是最為重要的一個環節。很多網球愛好者在擊球過程中，不能打出較高質量的球，這都是因為他們在擊球的過程中，沒有將膝關節彎曲，沒有獲得較大的反作用力，只是通過自己的手臂的力量將球擊出的，所以告誡一些網球愛好者，在擊球的過程中要將自己的膝關節適度彎曲，這樣將會獲得較大的反作用力，才可打出較有力量的回球。

（五）拍面的角度

許多網球朋友在擊球過程中，擊出的球不是過高就是下網，這是因為拍面沒有打開合理的角度。球飛的過高是因為拍面打開的大多，不能很好地包裹球；而球下網，是因為拍面打開的太前傾，不能將球很好的推打，所以在擊球的過程中要將拍面打開適度的角度，這樣才能擊出理想的回球。

四、總結

綜上所述，本文從生物力學的角度對網球正手擊球的每個技術環節進行了較為全面的分析，只有科學的運用身體部位才能擊出漂亮的球，又不損害身體健康。所以在擊球的過程中一定要充分利用人體的協調鏈，即屈膝蹬地轉腰轉肩盯球手臂伸直擊球，身體部位要有序用力，克服慣性，保持身體平衡，利用作用力與反作用力，最后擊出自己理想的球。（作者單位：杭州師范大學體育與健康學院）

參考文獻：

[1]米格爾﹒ 克雷斯波，戴維﹒米勒.國際網球聯合會高級教練員手冊[C].中國網球協會審定.2003.3.

[2]全國體育學院教材委員會.運動生物力學[M ].北京：人民體育出版社.2005.6.

[3]馬艷輝.網球正手擊球過程中觸球動作的生物力學分析[J]，競技﹒ 論壇，2011，（ 3）：24 - 26.

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關鍵詞：運動生物力學理論 學校體操教學 學生能力 教學質量

運動生物力學是研究體育運動技術力學規律的科學，它通過對學校體操各單項運動技術的生物力學分析，提出必要的理論數據，建立標準運動技術的模式，使教練員和運動員明確什么樣的動作是正確的運動技術，什么樣的動作是錯誤的運動技術。教練員明確了運動技術的原理，便可通過一定的手段對運動員進行技術診斷，找出技術改進措施，尋求最佳運動技術，以提高訓練的科學性。體操技術動作常常是在反正常姿態下完成的，有較強的時空感，完成動作的時間短，學生學習有一定的難度。對體操動作進行正確的技術分析，能幫助教師更深入地理解教材，合理地安排教材內容和運用教學方法，幫助學生正確地理解動作，建立準確的動作概念，加速動作技能的形成，提高學生分析和解決問題的能力，為今后從事教學工作打下良好的基礎。

根據運動學和動力學特征將體操動作分門別類，使教學安排科學化。人認知的遷移規律表明，學習者對一些新運動技能的掌握往往受到早先形成的運動技術定勢的影響。這種影響表現為正、負兩方面，正遷移能促進新技能的形成和發展，而負遷移干擾新技能的形成和發展。體操教師只有對技術動作力學分析，并歸納出各項體操動作力學特征的相同點和不同處，才能在教學中正確地運用遷移規律。筆者在體操教學中依據動作的力學特征，把教材分成幾個板塊進行教學。例如，技巧中的前滾翻、魚躍前滾翻，縱箱中的前滾翻，雙杠中的分腿坐前滾翻成分腿坐等等，均屬前滾翻類動作，作為一個動作板塊;雙杠中的掛臂撐屈伸上和杠端跳起經屈體懸垂擺動屈伸上，單杠中的經直角懸垂擺動屈伸上，動作特征相同，也歸為一個動作板塊，等等。這樣，按動作板塊安排教學，教師運用同結構教學法，能起到學生學一個會一串的作用，學生會產生學了前一個動作對后一個動作有躍躍一試的念頭和欲望，達到提高學生學習體操動作的興趣和主動性。同時，由于動作結構相同，學生也容易建立動作的時空感，掌握正確的用力時機，大大地縮短了學習動作的時間。總之，對體操技術動作進行生物力學分析，掌握其力學特征，都可為體操教師選擇教學方法、合理地安排教學內容提供科學的依據，有利于學生理解并掌握技術動作。

體操教師運用生物力學原理分析體操技術動作，能幫助學生區分正確動作與錯誤動作，明確動作完成程序，使動作規范化。在體操教學中，筆者常常發現學生自認為已掌握了動作，其實所完成的動作是錯誤的或已改變了動作性質。及時幫助學生分析錯誤動作的根源并糾正錯誤是掌握正確技術動作的關鍵。教師運用運動生物力學分析正確動作和錯誤動作的區別所在，能強化學生對正確動作的理解，明白動作為什么要這樣做，從而及時糾正自己錯誤動作。例如，技巧項目的頭手翻動作，人體重心位置的控制是決定該動作能否順利完成和動作質量高低的關鍵所在。不少學生往往對此技術關鍵沒引起充分的認識，因而練習過程不是重心沒有移出便開始伸髖，就是重心前移過多而完成不了動作。教師對人體重心未移出、移出適中和移出過多等3種情況所產生的運動力學結果進行分析，學生明白了道理，練習中就會有意識地控制自身重心位置。同時根據自己完成的情況，判斷自己錯誤動作所在，從而有效地糾正錯誤，建立正確的動作概念，并達到規范化。

提高學生保護與幫助的能力。教師對體操技術動作的生物力學分析，向學生講明動作動力學和運動學特征，學生領會了該動作的力學原理，對動作有了正確的認識，在此基礎上，再指導互相保護與幫助的方法，學生便很容易接受，就能對動作不同類型采用不同的方法，在最需要助力或阻力時給予施力;動作在何處最容易出危險，應站在何處進行保護與幫助。這樣，通過一定時間的練習，學生就能較熟練地掌握保護與幫助的方法，從而有效地提高學生保護與幫助的能力;提高學生分析和解決問題的能力。教師在指導分析技術動作的基礎上，選擇一些較簡單的動作讓學生獨立思考分析，掌握運用生物力學原理分析動作的方法，既學會了動作，又掌握了技術動作方法，從而達到提高分析問題、解決問題的能力。

總之，體操技術教學廣泛地運用生物力學原理對技術動作進行分析，能加速學生對技術動作的理解，加速技術動作的完成，提高學生的能力，使教學科學化。

參考文獻

［1］運動生物力學編寫組.運動生物學［M］.人民體育出版社，1979.

［2］運動生物力學.高等教育出版社，2000.

［3］體操編寫組.體操 ［M］.人民體育出版社，2001.

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《運動生物力學》是研究體育運動過程中人體機械運動規律的科學，其主要任務是研究體育運動過程中人體所進行的各種運動，以及不同條件下人體產生運動和運動狀態改變的力學和生物學原因。因此，運動生物力學研究應以體育動作為核心，運用技能解剖學、運動生理學和力學的理論與方法，研究人體運動器系的力學特征和人體運動規律，并根據影響人體運動的內部和外部條件尋求人體運動技術的合理性和最佳化，進而為提出有效的訓練手段和發展人體運動能力提供理論依據?！哆\動生物力學》是一門以實驗為基礎的學科。由于受到人體運動形式復雜性和實驗條件的制約，《運動生物力學》教學中運用視覺傳達技術對運動虛擬環境進行模擬顯得尤為重要。

1視覺傳達和視覺傳達設計的概念

【1】視覺傳達是人與人之間利用“看”的形式所進行的交流，是通過視覺語言進行表達傳播的方式。不同的地域、膚色、年齡、性別、說不同語言的人們，通過視覺及媒介進行信息的傳達、情感的溝通、文化的交流，視覺的觀察及體驗可以跨越彼此語言不通的障礙，可以消除文字不同的阻隔，憑借對“圖”――圖像、圖形、圖案、圖畫、圖法、圖式的視覺共識獲得理解與互動。視覺傳達設計（簡稱VISUAL DESIGN）是指“具有視覺傳達功能的設計”.簡稱為視覺設計。它們把有關內容傳達給眼睛，從而進行造形性的表現性設計。

2制作《運動生物力學》課件時要整體設計，統籌安排

《運動生物力學》課件制作時，經常要通過圖像、文字、表格等形式講述體育動作。在體育科學研究中，體育統計圖有條形圖、線圖、直方圖和圓形圖等，統計表也有單單項統計表、多項統計表和專項統計表，由于用到的表達形式較多，所以圖像的形狀、顏色、文字、表格等要素上下關聯，互為補充，相得益彰。各要素前后順序要統籌規劃、整體考慮。對于設計的內容，則可能有多種表達形式，但要嚴格按照內容需要，不能一味追求形式而影響了整體效果，在課件設計時，具體運用哪種或者同時運用哪幾種表達形式，要統籌考慮。

3 色彩搭配要有層次感

授課過程實際是向學生傳達信息的過程，課件中不同的顏色搭配體現不同的意境。課件制作時將不同的顏色按照背景或主題的不同進行合理搭配，既顯得生動活潑，提高學生的興趣，有提高課件的美感。但要注意，色彩再好也是形式，是要為內容服務的，所以，色彩體現的風格應與課件主題相關，即要達到內容與形式的統一。具體到課堂應用時，不同的圖形可采用不同的顏色，形成成鮮明的對比，文字的表達可以用不同的填充色并配以相應的字體顏色，突出內容的重點部分。

4 合理編排文字

在《運動生物力學》多媒體課件中，文字的主要功能是向學生傳達教學內容以及各種輔助信息。教學內容主要信息是靠文字體現的，是非常重要的視覺要素。但在具體課件制作中盡量不要整版都是密密麻麻文字，同時文字也要適當通過變化字體或改變襯底背景顏色來提高美感，避免出現視覺疲勞。一般來說，在同一張PPT中，可以運用不同的字體和色彩，但文字的種類和顏色盡量不要超過三種，盡量不用太草的字體，否則版面顯得雜亂，喧賓奪主，影響教學效果。

5 巧妙運用設計模板

在《運動生物力學》課件設計中，必須以突出表現內容為依據，從而靈活運用版式設計。根據不同的體育項目，選擇不同的模板。配以生動的競賽圖片、鮮艷的文字，創造一個虛擬的體育環境，提高學生學習的直觀性和興趣。在一堂課中，適當選取不同的模板，盡量避免始終使用一個模板，那樣顯得單調。但模板畢竟是表達內容的外在形式，所以模板選取上既要防止呆板單一，又要防止一版一式，過度花哨。

6 善于運用“超級鏈接”

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1、正確技術與合理技術區別統一

在教學訓練中，什么是正確的技術呢?可能有人會說，世界冠軍選手的技術動作最正確，其實不然。從運動技能學和運動生物學的觀點來看，絕對正確的技術是不存在的，只有合理技術(或動作)。所謂合理技術，就其動作結構首先要符合力學原理，其次是要符合其自身解剖學特征，換言之，就是要符合每個運動員的自身特點。因為，每個運動員的身體形態，結構比例不同，骨杠桿所產生的力學效應也不同。那種不考慮自身的特點而一味去模仿他人的技術動作顯然是不可取的。美國著名短跑選手劉易斯的教練湯姆•雷特茲博士曾說過：“對劉易斯進行科學的指導即把生物力學原理應用于他的訓練，教給他適合他身體條件的動作和符合力學原理的姿勢?！庇纱?，我們可以看出，在教學訓練中應教會學生掌握合理的技術動作，而不是所謂的模仿他人的“正確”技術。在合理掌握動作的基礎上，盡量使學生結合自身的身體形態、機能和運動素質的特點去改進和掌握技術動作。對于那些跑得快、跳得遠而動作不規范的學生運動員，不必過分地強調動作的規范程度，而應讓他保持自身的動作結構。因為在某種程度上講，需要改進的只是那些受力不合理的動作。

2、運用生物力學的原理講解分析技術動作，指導訓練

講解的目的是使學生了解技術動作及構成動作的內在因素。因此，在講解中僅對技術動作做外在的描述，不利于運動員理解和掌握動作，無法分析技術動作的優劣，要講清動作結構的實質，分析技術動作的內在因素，必須從力學原理去分析描述技術動作。恰當的分析講解有助于學生理解和掌握動作的本質屬性，使之知道我為什么要這樣做。如在短跑教學訓練中，對影響跑速二因素的講解，當今大多數短跑研究指出，對于短距離跑(50-200m)步頻和步幅的提高主要在著地階段。因此，步頻和步幅的提高關鍵是處理好著力腳的著地點與身體重心投影點之間的距離。如果腳的著力點與身體重心投影點的距離大，雖然可以增大步長，但支撐腿的運動范圍大，則著力時間就長，人體受前支撐反作用力的平阻力就大。從而產生減速現象，使步頻降低。反之，如果腳的著地點與身體重心投影點的距離適中，前支撐反作用力的水平阻力就小，腳著地時間就短，使身體重心向前運動的沖量增加，從而達到在不影響步頻的基礎上，增大步長的目的。這樣的講解分析，使運動員理解了那種為增大步長而采取踢小腿的跑法是不可取的，同時也加深了運動員對“擺髖”和“積極扒地”技術的理解。又如在跨欄跑教學中，我們對跨欄技術的講解：跨欄實質是短跑，只不過在跑進過程中要越過障礙而已。因此，怎樣才能在保持跑速的情況下，順利地越過欄架呢?關鍵是跨欄步技術。上欄時，擺動腿大小腿充分折疊高抬前擺，可以縮短擺動半徑，減少阻力，加快上欄速度，提高起跨腿的支撐反作用力，增加起跨力量，過欄時起跨腿大小腿充分折疊又能小跨腿繞髖關節的轉動半徑，從而減少轉動慣性，提高角速度：加快起跨腿的向前提位。下欄時，擺動腿積極主動快速下壓上體迅速抬起，可促使起跨腿的向前提拉(相向運動)，更主要的是縮短擺動腳著力點與身體投影點之間的距離，減少落地制動力，加快人體重心快速向前移動，很快而自然地轉入欄間跑。

在跳遠教學訓練中，發現有的隊員跳挺身式還沒有跳蹲距式效果好。通過分析原因，我教學的對象大都是12―14歲的少年選手，他們的身體素質各方面都還未達到跳挺身式的要求，所以在教學中我利用生物力學原理力求抓好蹲距式跳遠技術中的關鍵環節，注重擺動腿的快速大幅度前擺。一方面可克服蹲距式跳遠中空中上體前旋。另外，通過屈膝擺動動作可使擺動環節的質量向上移動，因而使人體總質心的相對位置升高。提高重心相對高度(其升高的數值的點起跳后人體重心騰起高度的25%左右)，通過擺動可增加起跳力(當擺環節質心做豎直向上加速運動時，必然對施力部位產生反作用力，通過起跳腿的肌肉用力作用于地面，從而增大了直跳力，進一步推動人體重心飛得更遠)。

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關鍵詞：網球運動 正手擊球 技術動作 運動動作形式

中圖分類號：G845 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0218-02

1 正手技術的特點

正手技術是運用最多的一種擊球技術，是比賽中進攻得分的主要方式，是網球技術的基礎。根據網球的正手技術動作的結構，可分為準備姿勢，引拍，向前揮拍，觸球、隨揮五部分。正手技術動作要根據人體動作的基本運動特征和規律，需要各肌群合理的協調運用，充分利用好人體的協調鏈。即身體的協調配合，嚴格按照肌肉的發力順序來完成正手技術動作，利用好人體協調鏈的體節轉換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關節的發力順序來完成正手技術動作。正手威脅巨大，適用于各種戰術，可以打出強烈的上旋球和快速的平擊球。戰術執行也更多的借助正手來穩定的完成。在底線的對峙中，正手擊球范圍大，能更快的移動到位，適合不同的來球，是最有效的進攻和防守方式，側身正拍的經常使用就能說明正拍技術是首選。正拍擊球直接反映出你的技術水平的高低，對比賽的結果產生深遠的影響，因此，要更好的運用正手技術來掌握主動權。

2 正手技術動作的肌肉工作原理

網球正手技術動作是協調連貫的全身性的運動。任何一個動作都是許多肌肉在神經系統的支配下共同參與、相互協作完成的。肌肉的收縮會產生能量，工作原理是大關節帶動小關節和大肌群帶動小肌群，人體肌肉的對稱性，完成每一個動作都有不同的肌肉工作形式。正手擊球的動作結構涉及到人體上肢、軀干和下肢等關節的運動及肌肉的工作。擊球過程中，大肌肉群的發力與小肌肉群的控制相互配合，不僅依靠手臂力量，而且必須借助下肢充分蹬轉產生的力量，全身的協調用力以獲得最大的爆發力，進而擊出理想的球。其力量來源是下肢的蹬伸，軀干的轉動，上肢的鞭打傳導到拍頭而產生力量。擊球時，動作要符合大肌肉群優先的原則，各相關肌肉在拉長的條件下，首先是下肢、軀干等大肌肉的用力，然后才是各關節的小肌肉群加速用力，其順序是下肢蹬伸―軀干側轉―伸肩―伸肘―前臂內旋―上臂轉動―手腕屈。

3 正手技術動作的力學原理

3.1 正手技術動作的運動學原理

動作的運動學特征或外貌特征，包含了時間特征、空間特征、時空特征。正手擊球的運動學特征表現在擊球點上，擊球點是否合適，影響著運動員擊球的力量、速度、角度、弧度，將決定著擊球質量的好壞。所以擊球時要從時間節奏、空間位移和軌跡、時空上的快慢來調整動作。所謂擊球點是運動員擊球時球拍與球相接觸那一點的時間、空間位置。擊球點包括了三個方面的內容：第一，球拍和球的接觸點距地面的高度；第二，接觸點距身體的前后距離；第三，距身體的左右距離。尤其是在移動中擊球、面對不同的來球時，更需要從運動學的時間、空間、時空來調整動作。

3.2 正手技術動作的動力學原理

力是物體間的相互作用，人體動作的實現是內外力共同作用的結果，內力主要是肌肉力，外力表現在外部介質的作用。人體運動只有受到外力的作用下才會改變運動狀態，正手擊球的主要外力有重力、支撐反作用力、彈性力、摩擦力、流體作用力、向心力。

動量用以描述一定質量的物體在一定狀態下運動量的物理量。相同質量的物體，運動速度越大動量就越大。運動中增加沖量可以增加人體或物體的運動速度，增加沖量通常是加大施力工作距離來實現。其力學機制是：一方面使原動肌充分拉長和旋外，以提高肌肉的爆發式收縮力和旋內的向心力，如正手擊球時加大引拍；另一方面可延長最后用力的工作距離，則要以最快的速度完成這段工作距離，以達到提高擊球速度的目的，如觸球時，要延長球和球拍向前運行的距離，因為球拍觸球時，球的速度是先減速再加速的過程，此過程的完成需要一段距離。但是要在最快的時間里完成這段距離以提高擊球速度。

慣性是物體在不受外力作用時，保持其原有運動狀態不變的性質。物體質量越大，慣性越大。轉動慣量是度量轉動物體慣性的物理量，轉動慣量的大小與物體質點系到轉軸距離的平方成正比。轉動慣量與轉動速度是相互變化的，增大轉動慣量就會減小轉動速度，增大轉動速度就會減小轉動慣量。如正手擊球時，以肩為軸，直臂擊球時的轉動慣量大，但轉動速度小；屈臂擊球時轉動速度快，但轉動慣量小，所以正手技術動作要保持一定的夾角，既要利用轉動慣量也要利用轉動速度。

綜上，增加沖量可以增加擊球的速度，增加轉動慣量和轉動速度可以增加擊球速度。所以正手擊球時，要保持正確的姿勢，利用好動力及力的轉化，加大內外力，加大作用距離，加大沖量，加大轉動慣量同時也要加大轉動速度來增加正手擊球的動力速度。

3.3 正手技術動作的運動生物力學原理

網球技術動作的生物力學原理主要包括平衡、慣性、反作用力、動量、彈性能和協調鏈這幾方面。動量就是人體產生的力量（質量乘速度）。動量有兩種類型：線動量和角動量。線動量，即直線型運動，是簡單的將身體重心移向你正在擊球的方向。角動量，即在一圓周運動中的動量，則產生于髖部和上體的轉動。人體協調鏈是指“體節的作用就像由一個環或身體的一部分產生的力量轉換成一環套一環的鏈條系統”（格羅佩爾，1984）。這些體節的最佳協調（時機）將允許從一個體節移至另一體節，有效地轉換為全身的加速度，先前的人體部分的速度補充至下一體節，該體節將自身的速度補充至累積的總速度，如此連續進行直至體節順序的最后部分，此時，球拍用全部積累的速度對著來球最大限度地加速[1]。要遵循大關節帶小關節的順序性原理，才能產生良好的用力環節，產生最后的速度力量。由于人體的下肢力量大并支撐著身體，所以擊球時人體各環節按照踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕的順序進行活動。

4 正手技術動作分析

4.1 準備姿勢和引拍

下肢腿部分開并保持平衡，引拍動作開始于髖部和肩部次序的向后轉動，肩部的轉動帶動手臂引拍。低重心可以獲得啟動的更大慣性，蹬地產生反作用力，重力線落在支撐面中心身體最穩定。若是快速移動，則重力線應落在最可能發生運動的方向的支撐面邊緣。若是運動方向無法確定，一般將重力線移至支撐面的前方邊緣，這樣能為任何方向的快速移動做好準備。開放式站位可以產生更快的轉動動量和更快的回擊球。

軀干和上體的向后轉動，可以提前牽張腹部和胸部的大肌組，以便產生能量。肩部轉動幅度大于髖部，這對拉長肌肉組織具有一定的作用，可以增大腿部力量的傳遞，產生轉動效應。

上肢肩部的轉動帶動手臂引拍，球拍和手臂離身體越近向后引拍越容易，因為減小了轉動慣量增大了轉動速度。能量儲存在肩關節、肘關節和腕關節。通過動體鏈的這些部分逐漸加大力量。

4.2 向前揮拍

下肢蹬地向前轉髖轉體，軀干和上體向前移動。此過程主要是為線動量轉化為角動量而獲得力量，因為網球的主流擊球方式主要是以身體軸為中心，靠轉軸點來形成角動量。此時身體重心與根基邊緣的距離變寬更穩定，蹬地伸膝就產生線動量， 當雙腿和雙腳停止向前移動，用力蹬地促使上體轉動，線動量就轉換為角動量，從而增加了角動量產生擊球的力量。根據協調鏈，髖部把下肢的力量傳導至上肢到拍頭，起著中樞軸的作用，所以蹬地后要轉髖，產生力量的傳導。地面反作用力可以用來克服身體自然的慣性，否則身體將繼續向前移動。

軀干和上體向前移動，腹部肌肉、手臂肌肉收縮旋內，產生爆發式收縮力增加擊球沖量，屈臂增大轉動的速度，提高線動量轉化為角動量。體重越大越平穩，但移動和停止移動則更難，重心離根基邊緣越近越難以保持平衡。

上肢手臂的動作要稍晚于髖和下肢動作，頭和肩部保持平衡和相對靜止，這樣更易于保持平衡。頭部靜止，肩部放松對保持平衡很重要。

4.3 觸球

下肢的蹬伸，軀干的轉動，上肢的鞭打，利用好人體協調鏈的體節轉換，踝、膝、髖、軀干、肩、肘、腕等關節的發力順序，按照下肢蹬伸―軀干側轉―伸肩―伸肘―前臂內旋―上臂轉動―手腕屈的發力順序來完成正手技術動作。

身體軸穩定，適度的屈膝、屈臂屈肘產生的沖量和轉動速度，促使更大角動量的形成，蹬地動作產生的離心力通常會使你離開地面。

軀干和上體的身體動作是，正確利用身體各部分，適度握緊球拍防止擊球點偏離，手腕后屈防止擊球瞬間的晃動。掌握好時機，利用身體的協調鏈，拍頭產生的速度作為角動量。

頭和肩部必須保持在一條直線上以保持平衡，肩部帶動手臂動作。因為擊球最快的揮拍速度來源于肩部向內轉動。

4.4 隨揮

下肢蹬轉，軀干轉動，手臂鞭打保持擊球加速度的距離，隨后再隨慣性揮拍貼近身體。鞋和地面的摩擦，摩擦力從線動量轉移至角動量。正確的利用協調鏈可加快拍頭速度，產生角動量是提高拍頭速度的根本。球拍和手臂隨慣性減速，肌肉放松，能量釋放，就形成了任何力量的轉動力矩。球拍和手臂貼近身體，正確的把握使用身體各個部分的時機。

5 結語

網球正手技術是網球運動基礎，要想打出有效果的正手，需要對正手技術動作力學原理有一個完整的認識。動作各環節都處于一個協調鏈中，要按照協調鏈的順序來完成擊球動作；肌肉的牽張收縮和旋內的向心運動產生力量；增加擊球沖量、增加轉動慣量、增加轉動速度，促使線動量和角動量的轉換形成。全身協調有序地用力，線動量和角動量完美結合，把體節的累積速度和全身的力量連貫地傳導至球拍上，在恰當的擊球點擊出一記好球。

參考文獻

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[2] 全國體育學院教材委員會.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，2008.

[3] 馬艷輝.網球正手擊球過程中觸球動作的生物力學分析[J].競技論壇，2011，（3）：24-26.

篇6

【關鍵詞】運動生物力學 投籃 命中率 動作

籃球運動其實就是在統一的規則限制下，兩方隊員通過對球的爭奪和配合，想方設法阻止對方進球得分，并努力把球投進對方嚴密防守下的籃筐，以投中次數多者為勝的一種同場競技對抗運動。無論是身體素質多好，配合多么精妙，而最終的目的都以快速而精準的投籃來結束這一次攻與守。由此可見，投籃是籃球運動中的十分重要技術之一，是得分的唯一的手段。隨著籃球運動的不斷發展以及籃球比賽中對抗強度的增加，投籃技術也朝著快、高、遠、變、全、準的方向不斷發展。 因此，從運動生物力學角度分析投籃的技術動作以及如何提高投籃命中率具有現實意義，能夠有效地指導籃球運動訓練。

1投籃技術動作的運動生物力學分析

1.1肘關節、肩關節、腕關節和指關節的技術動作

無論何種投籃方式，投籃時都必須有肘關節、肩關節、腕關節和指關節的參與來完成。假若投籃方式出現差異，主要是肘、腕和指關節的變化所導致。

1.1.1提肘與伸臂

投籃時腿蹬伸和膝蓋挺直的同時伴隨著肘部上提的動作，提肘這一動作既關系著全身的協調用力還直接影響著球出手角度的大小。因此投籃的距離越近，提肘方向就應越接近于垂直位置；而在中遠距離投籃時，就要更加充分的向前上方抬肘。提肘動作也直接影響著腕、指關節的活動軌跡，這是因為提肘的同時肘關節外展和內收可能會影響腕、指關節的用力的方向和大小從而影響著球出手后的飛行軌跡。

投籃動作要求有力但柔和，有效地伸直投籃臂就相應增大了力的作用距離和時間，對于更加有效地對球的控制起著十分重要的作用，從而避免了投籃用力過猛而使球撞擊籃筐或籃板的力量過大。依據杠桿原理可知，通過放松、自然地伸直投籃臂能夠給予球一個較大的出手速度，也有利于投籃全身的協調用力，從而避免腕、指的過早發力以及出現將球甩出去的錯誤動作。同時，還可以有效提高出手點，提升球的飛行弧度。最后應當注意投籃臂伸直后保持一段時間再放下，以此保證用力的柔和與協調。

1.1.2 腕關節、指關節的發力

投籃動作最終是球在腕指關節的有效控制下離開手指的，腕、指關節動作質量的高低直接影響著出手角度、方向和命中率。兩外還需要手給予球兩個力的作用，一個是使球向前上方勻速運動的力，另一個就是使球產生后旋的力。投籃時手腕要放松的向后張開，投籃臂伸直后順著前臂向前的方向壓手腕撥手指，這樣可以對球施加一種沿球切線方向運動的分力從而使球產生有效地旋轉。壓手腕動作應放松、柔和，球出手后保持壓腕動作直至球到達籃筐。

1.2 上升力的作用

投籃時應充分利用一種上升力來幫助投籃動作的完成。上升力的產生有兩種：一是投籃時通過屈踝、挺膝、伸髖、伸脊柱的同時腳蹬地給地面一個作用力，這樣就會相應產生一個大小相等、方向相反的反作用力，通過身體軀干和上肢依次快速的傳遞給球。二是投籃時雙手持球上舉至投籃動作完成的整個過程，此過程要求迅速、穩定且運動軌跡正確。充分利用這兩種方式產生的上升力可以有效地提高投籃的距離、高度。另外一種上升力的說法是在流體力學上，指的是球在出手向前上方飛行的過程中會受到空氣阻力的影響，加上手指手腕的撥球使球后旋能使球有足夠的上升力，以此來保證球的拋物線高度。

1.3 球出手的角度、速度與高度對入籃角度的影響

根據物理學、生物力學角度研究得知，在一定的投籃距離，出手點越高則要相應減小出手角和出手速度來保證合適的入籃的角度。另外，出手速度隨著投籃距離的增大而相應增大，而出手的角度則要適當減小以此來增大球運行的水平速度，加之球體受氣流影響所產生的上升力來保證球的入籃角度和命中率。

入籃角度是直接影響著球是否能準確到達籃筐上方，適當的入籃角度就會大大提高投籃的命中率。也就是說入籃角度越是接近90度，球就越容易進入籃筐。但入籃角度允許的誤差范圍也是比較大的，投籃的拋物線越低，入籃的角度也相應減小，投籃命中率就會逐漸下降。通過已知籃球的半徑r=12～13.5cm（取中間值），籃框的半徑R=22.5cm，設立A為投籃命中的最小入籃角，則r，R有關系式：sinA=r/R=32.39度。也就是說，球入籃角度低于32.39度時是不允許再有誤差了，否則球不可能直接進入籃筐。因此，入籃角度的允許范圍是在32.39度――90度之間，命中率才會隨入籃角度的增加而相應的增加。

2 運動生物力學角度下如何提高投籃命中率

2.1 身體各關節的協調、連貫

投籃盡量保持身體的平衡，兩腳開立與肩同寬，兩腳前后站立，投籃手同側的腳在前。同時膝蓋稍微彎曲，含胸收腹，身體的重心落在兩腳之間的前腳掌，上體微前傾，雙手十指張開持球放于胸前位置，成持球基本站立姿態。投籃時在腿部充分蹬伸的同時伴隨著肩、肘、腕、指關節的活動，腿部和投籃臂將要伸直時抖動手腕，撥手指。

2.2肘關節、肩關節、腕關節和指關節的發力動作規范

上肢關節，尤其是投籃側上肢關節的發力動作必須規范，在此基礎上發力順序應正確，投籃結束后不要急于放下投籃臂。

2.3 充分利用由下肢蹬伸、舉球提肘和球飛行受氣流影響所產生的兩種類型的上升力

只有充分利用這兩種不同類型的上升力才能使投籃力量更加充分，球體的拋物線才會越高，相應的入籃角度就會增大，命中率也會提高。

2.4 投籃時注意入籃角度

日常訓練和比賽過程中的投籃應時刻注意投籃的入籃的角度問題，入籃角度不能過低。

2.5 注意瞄籃點的位置選擇和球的旋轉

投籃時瞄籃點的選擇也會影響命中率，瞄籃點不能過于靠前也不能過于靠后，選擇籃筐中心點上方最為合適。加之給予球的后旋力，球在合適的角度、合適的力度以及準確的瞄籃位置下就更加容易進入籃筐。

3結論與建議

投籃技術動作復雜，參與的關節、肌肉較多，加上外界客觀條件的影響，命中率的提高難度較大。運動員需在掌握正確地投籃姿勢和投籃動作的同時勤加練習，練習中注意各關節的發力順序、出手的角度、入籃角度、球的旋轉等制約因素，重視各個環節技術的功能作用與協調關系。練習時可根據自身實際情況，保證投籃動作規范的同時逐漸增加投籃的距離，以適應籃球場上不斷變化的投籃時機、距離和角度等。投籃動作的改善和命中率的提高是個循序漸進的過程，切不可急于求成。

參考文獻：

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[4]任曉靜.單手肩上投籃穩定性的生物力學分析[J].安徽體育科技，2002，（03）.

篇7

關鍵詞：跳馬；落地穩定性；計算機仿真；速度

中圖分類號： 文獻標識碼： A 文章編號：

Simulation Research on Effect of Landing Velocity and Angle on the Landing Stability of Horse-vaulting

WU Chengliang， XIANG Jiajun， XU Bo， LI Xuhong， XIAO Xiaofei， LIU Jianyu， LIU Zheng， SHI Donglin

Abstract： Objective： To make modeling and simulation experiment researches on landing movements in horse-vaulting of two high-level gymnasts around the world， to explore the relation between landing velocity & angle and landing stability of vault from the perspectives of landing velocity & angle， and to provide scientific basis for landing stability of horse-vaulting. Methods： Firstly， 3D motion analysis is made for the vaulting movement of “Movement-round-off with 1/2 Twist and Forward Handspring and Salto Stretched with 1/2 Twist” completed by the two gymnasts. Then a model of 19 segments of human body is developed by adopting MSC.ADAMS /LifeMod software. The vaulting apparatus， including the jump platform （horse） and a landing mat are all established in the MSC. ADAMS/ LifeMod software. The model is endowed with 3D motion coordinates of human body. Later， the influence of horizontal velocity and human body gesture angle on landing stability at the moment when the simulation model fell to the ground is observed by changing horizontal velocity and vertical velocity of pushing the mode off the jump platform （horse）. Results： When horizontal velocity of pushing the mode off the horse is increased， the horizontal velocity of landing increases correspondingly and the human body gesture angle increases at first and then decreases. When vertical velocity of pushing the mode off the horse is increased， the horizontal velocity of landing do not increase and the change of human body gesture angle do not present any rule. When horizontal velocity and vertical velocity of pushing the mode off the horse are increased at the same time， both horizontal velocity of landing and the human body gesture angle increase correspondingly. Conclusions： If horizontal velocity of the gravity center of human body when pushed off the horse is not reduced and its vertical velocity is increased， the human body will have more time and space to complete the second vault. The body has to stretch to some extent before landing， so as to reduce angular velocity of landing and enhance landing stability.

Key words： horse-vaulting； landing stability； computer simulation； velocity

收稿日期：2014-12-22

基金項目： 國家自然科學基金（10972062）；國家體育總局科教司項目（2014B036）；重慶三峽學院青年基金項目（14QN16）

作者簡介：吳成亮（1984-），男，湖北人，碩士，講師，研究方向為運動生物力學；向家?。?965-），男，重慶人，本科，教授，研究方向為體育專業教育；徐波 （1965- ），男， 四川樂山人，博士，教授，研究方向學校體育。

作者單位： 1.重慶三峽學院，重慶 404100；2.浙江體育科學研究所，浙江杭州 310004；3.山東工商學院，山東煙臺 264005；4.河北體育科學研究所，河北石家莊 050011

1. Chongqing Three Gorges University， Chongqing 404100， China； 2. Zhejiang Institute of Sport Science， Hangzhou， Zhejiang 310004， China； 3.Shandong Institute of Business and Technology， Yantai， Shandong 264005， China； 4. Shijiazhuang Institute of Sport Science， Shijiazhuang， Hebei 050011， China.

體操是我國的優勢項目，但從倫敦奧運會和近幾屆世錦賽成績來看，這個優勢在逐漸縮小，與世界強隊的差距正在擴大。體操落地技術是影響比賽成績的關鍵因素，它不同于其他項目（如跳高、跳遠） 的落地動作，它要求落地站穩不動。國際體聯會（FIG）在2009年體操落地的評分規則中規定[1]，落地時腳移動一步將導致0.1～0.5的扣分；落地摔倒直接扣1分，而且還存在難度分認定不全風險。在當今的重大國際比賽中，運動員落地能否站穩不動，已成為能否奪冠和取得好成績的決定性因素之一。跳馬落地難度較大，也具有典型性，因此，研究跳馬落地穩定性是體育科學工作者們關注的熱點問題，并受到廣大教練員和運動員的重視。跳馬一般由8個動作階段組成，包括助跑、趨步、踺子、踺子踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空和落地[2]。如今跳馬不斷地朝多軸的復合翻轉方向發展，這無疑加大了落地穩定性的難度。黃強等[3]對27屆奧運會我國男子體操選手落地穩定性進行統計與分析，結果表明落地動作完成較差，落地穩定的僅占43.19%。北京奧運會女子跳馬落地穩定性也不樂觀，在決賽16次試跳中，無一人能站穩，大部分選手落地會有一小步或中步移動，有4名運動員落地失敗。可見，跳馬落地穩定與否成為制約跳馬成績的關鍵因素。

目前，對跳馬落地穩定性影響的研究主要集中在跳馬落地技術與落地方式、肌肉組織的剛度和力量、心理調控能力等。嚴波濤等[4]對30人次的跳馬落地進行分析，建立跳馬落地的運動方程，指出落地的穩定性需要高質量的空中動作，旋翻轉體周數盡量提前完成，留有充足的空間和時間展體收臂準備著地。姚吉慶[5]對體操跳馬落地技術穩定性中分析指出，第二騰空階段技術好壞直接影響著落地技術的穩定性；良好的空間、時間知覺和訓練比賽中情緒變化也會影響到落地技術的穩定性。楊繼美等[6]對體操運動員進行核心力量訓練，提高其落地的穩定性。李旭鴻等[7]從人體肌肉骨骼系統具有緩沖減震的功能、落地墊的剛度和阻尼探討落地的穩定性及下肢損傷風險。魏書濤[8]從人體下肢剛度及落地高度據探討了落地緩沖特征。Hsiang等[9]研究認為有效地控制股四頭肌和小腿肌可以提高落地的穩定性。Khaleghi等[10]對15名健康人進行起跳-落地研究，發現股四頭肌的峰值力矩對落地穩定性影響最大。Pedro等[11]對6種落地墊進行研究，發現墊子的力學特性對人體落地穩定性影響較大。這其中大多數研究是運用生物力學原理對落地穩定性進行定性分析，鮮有實驗數據作為支撐，且推理過程往往較為繁瑣。所以本文在不考慮其它因素的提前下，旨在通過計算機建模與仿真技術，從速度和角度2個方面來分析跳馬落地的穩定性。

1研究對象與方法

1.1研究對象

程某，中國體操跳馬前世界冠軍，1988年出生，身高1.52 m，體重41 kg。

洪某，朝鮮體操跳馬前奧運冠軍，1986年出生，身高1.54 m，體重42 kg。

1.2研究方法

1.2.1三維運動學分析

對程某和洪某完成的“踺子轉體180°前手翻接直體前空翻轉體180°”跳馬動作，進行三維運動學分析。使用Troubleshooter高速攝像機拍攝，2臺攝像機同在跑道一側，夾角約70°，拍攝頻率為250幀/s。采用SIMI Motion軟件進行解析，獲得人體運動軌跡坐標、速度等運動學數據。

1.2.2計算機仿真技術

基于MSC.ADAMS/ LifeMod運動仿真軟件，輸入受試對象的性別、年齡、身高和體重等人體形態參數，根據人體模型數據庫 GEBOD（Generator of Body Data）中的回歸方程計算得到環節長度、圍度和人體慣性參數等，建立19環節的人體模型，各環節之間由不同自由度的鉸鏈連接，共有52個自由度 [12]。在此人體模型基礎上，對各環節的關節鉸鏈賦予約束，并調整人體模型的初始姿態，使它更接近實際的運動狀態；然后進行平衡分析，即將運動學解析得到的2人跳馬動作中人體各個關節的三維坐標賦予三維人體模型，其目的是為了使人體模型的關節中心和實際人體關節運動坐標點相匹配。再按國標[13]建立（GB/T 23124-2008）跳馬的落地環境，即與人體相接觸的體操落地墊，并完成與人體模型的接觸。通過逆向動力學分析，記錄人體運動軌跡和各個關節力及力矩，再進行正向動力學分析，在關節力及力矩的驅動下，實現跳馬運動員落地過程中的人體運動仿真。最后將人在推離馬瞬間，身體重心的水平速度（Vx）和垂直速度（Vy）作為輸入條件變量，改變該變量值，以100%、105%及110%人體重心水平速度（Vx）和垂直速度（Vy）組合輸入，進行仿真實驗，如圖 1所示。

計算機仿真軟件MSC.ADAMS/ LifeMod基于帶乘子的拉格朗日方程，并根據人體模型最終建立如下方程[14]：

其中，M為廣義質量矩陣，Q為廣義外力矩陣，r，p為廣義位移矩陣，Γ為廣義角動量矩陣。最后需要輸出的仿真實驗結果為：落地瞬間人體的姿態角和人體重心的水平速度，如圖2所示。

2 結果

表1為在推離馬時將人體重心的水平速度（Vx）和垂直速度（Vy）作為變量輸入仿真模型，通過計算機仿真實驗后，得到落地瞬間人體的姿態角和人體重心的水平速度。從表1可以看出，當只增加推離馬的水平速度（Vx）時，落地時的水平速度也相應增加，但是人體落地姿態角是先增加后下降的。當只增加推離馬的垂直速度（Vy）時，落地時的水平速度沒有增加，人體落地姿態角變化暫不顯示規律性。當推離馬的水平速度（Vx）和垂直速度（Vy）同時增加時，落地時的水平速度和人體落地姿態角都相應增加了。

圖3程某推離馬時重心不同垂直速度，人體盆骨中心高度-時間變化曲線（左），身體水平位移及第二騰空時間（右）

如圖3所示，僅改變程某推離馬時身體重心垂直速度，左圖的實線表示該動作的實際速度（2.64 m/s，高速攝影解析得到的速度在這里稱為實際速度），虛線“- -”表示105%實際速度（2.80 m/s），隔點虛線“-?-”表示110%的實際速度（2.94 m/s）；右圖黑色方塊和斜線方塊分別代表在這3種重心垂直速度下第二騰空所用時間和人體重心水平位移，3條曲線可以明顯地看到程某第二騰空階段盆骨中心的高度隨時間的變化情況，身體重心垂直速度越大，人體盆骨中心越高；從柱形圖來看，身體重心垂直速度的增加，也帶來人體的水平位移和第二騰空所用時間的增加。

圖4程某推離馬時重心不同水平速度，人體盆骨中心高度-時間變化曲線（左），身體水平位移及第二騰空時間（右）

如圖4所示，僅改變程某推離馬時身體重心水平速度，左圖實線表示該動作的實際速度（3.17 m/s），虛線表示105%的實際速度（3.33 m/s）；右圖黑色方塊和斜線方塊分別代表在這2種重心水平速度下第二騰空所用時間和人體重心水平位移。從曲線圖可以看到，2條實線和虛線完全重合，看起來只有一條曲線，所以，身體重心水平速度的改變，對于骨盆中心高度沒有變化。從柱形圖上看，當身體重心水平速度增加了，人體的水平位移也會增加，但第二騰空所用時間沒有增加。圖5為程某（左）和洪某（右）跳馬第二騰空及落地動作仿真圖。

3分析與討論

體操技術發展迅速，跳馬空中動作越來越驚險、復雜，它既要表現出“高飄”，又要表現出舒展大方，最后落地要穩定，給人以美的享受。跳馬落地瞬間，通常是決定成敗的關鍵。隨著跳馬難度增加，落地的穩定性相對下降，如果不注意落地中的技術問題，還容易造成關節損傷，尤其是膝、踝關節[15]。人體運動的計算機仿真是運動生物力學理論方法中較高層次的研究內容[16]，它可以實現人體運動的計算機仿真實驗及結果的可視化[17]，為揭示運動技術特點提供直觀的素材，為教練員指導跳馬訓練提供科學的理論依據。

3.1跳馬落地技術分析

落地技術是指跳馬動作技術環節中，從腳接觸體操落地墊，再經過緩沖到身體起立站穩階段的技術[18]。落地技術穩定性實際上是指運動員根據不同的下法動作充分調整身體姿勢，抵消傾倒力矩能力的穩定性。落地技術它包括相互聯系的2個階段：準備階段、落地緩沖階段。

準備階段中，人體在空中完成各種動作難度后，兩腳在還未觸墊前，身體處于準備落地姿態。這一階段對落地的穩定性有直接影響，跳馬第二騰空動作一般以繞人體橫軸較多。根據轉動慣量原理：I=MR2 （其中M為人體的質量，R為人體的回轉半徑）。M不變，I與R2成正比，即R增大到原來的2倍，I就增大到原來的4倍。此外，I與角速度ω成反比（人在騰空之后，只受重力作用，根據動量矩守恒：Iω=常量），所以當R增大時，I隨增大，而ω減小，即當人體轉動的半徑增大時，其轉動速度相應減小。因此，在人體完成空翻動作后，身體要做一定的伸展，以減小落地時的角速度，增加落地的穩定性。另外，這樣做同時增加肌肉的初長度，使落地時肌肉發揮更大的力量，有助于落地站穩。

落地緩沖階段，此階段又包括一個較短的沖擊階段和一個較長的平衡穩定階段[19] 。在沖擊階段，腳-落地墊間存在較大的地面反作用力（GRF），其峰值隨著推離馬高度（第二騰空高度）增加而增大，大約是運動員自身體重（BW）的8～14倍，而在較長的平衡穩定階段，其GRF 約為1BW[20]。落地緩沖技術是穩定的關鍵，其生物力學特點是落地瞬間的水平分力及翻轉力矩，通過合理緩沖使之消失，垂直分力逐漸趨近體重，即人體所受的合外力、合外力矩為零。在緩沖制動過程中，動力矩M主動）必須始終大于破壞平衡的傾倒力矩M傾倒。當制動結束時M主動=M傾倒，此時人體站立不動。所以人體受到的合外力、合外力矩為零，是站穩不動的必要和充分的條件。沖擊階段雙腿肌肉用力特點是由積極主動的退讓性工作過渡到克制性工作；落地方式由腳尖落地過渡到全腳掌，原因在于足尖落地時足弓等部位較好的變形和緩沖、踝關節處肌肉的預激活等大大降低了腳跟的負荷[11]。雙臂需要適度擺動，以保持平衡。

3.2跳馬計算機仿真模型的落地速度及角度分析

跳馬從推離馬之后，人體重心運行的軌跡基本上是一個曲率不同的拋物線，而重心的速度無論從數值大小和方向都時刻在變化，到接觸地面的瞬間達到最大值。落地的垂直速度與第二騰空高度有關，對落地發生傾倒的影響不大。落地的水平速度對落地穩定性影響較大，較高或較低的落地水平速度，落地時有可能向前或向后傾倒。在分析跳馬落地時，人體與體操墊接觸符合動量定理：

F=M（Vt-V0）/t

其中F為沖力（即地面給人體作用力的合力），M為人體質量，Vt為瞬時末速度，V0為瞬時初速度，t為人體接觸地面緩沖時間。人體質量M一般短時間內不會改變，人體接觸地面緩沖時間t越長，F會越小，落地會越穩定，但t與落地高度、動作控制、下肢神經肌內的控制和協調能力、肌肉組織的剛度和力量、落地方式和落地墊的力學特性等因素都有關[18]，相互關系較為復雜，不作詳細討論。本文假定t不變，只探討落地的速度和角度對跳馬落地穩定性的影響。落地瞬時末速度Vt 一般為零，所以當落地瞬時初速度V0越大時，F越大，人要落地站穩越難。落地垂直速度是由落地高度決定的，落地高度越高，第二騰空的時間越長，運動員有足夠的時間完成翻騰和/或轉體動作，這就越有利于跳馬動作的完成，所以不應該以犧牲落地垂直速度為代價，影響落地高度。因此，減小落地時的水平速度，是增加落地穩定性的很好選擇。但是過小的水平速度，可能引起落地階段的遠度不足，造成完成分（E分）被扣[1]。所以，在跳馬的計算機仿真實驗中，為了不影響落地穩定性，在不減小落地水平速度的情況下，應增加推離馬的垂直速度，來增加第二騰空高度，這有利于跳馬動作的完成。

本研究通過計算機仿真實驗，只增加推離馬的垂直速度，對于落地姿態角影響不大，在53～76°內呈不規則變化（見表1）。只增加推離馬的水平速度時，落地姿態角先增加后減小，姿態角的減小是為了降低水平速度的增加對落地穩定性的影響。設人體落地時主矢和主矩不為零，主矢量與地面有夾角為 （如圖2所示），則相對A點產生動量矩MA，其大小MA=mvrsin（θ- ）（順時針方向），其中v為O點瞬間線速度（以A為支點，OA為半徑r的轉動）；重力相對A點產生重力矩M重=mgrcosθ（逆時針方向）。當MA=M重，人體落地站立不動，這是理想結果。當MA>M重或MA

若MA=M重，即mvrsin（θ- ）=mgrcosθ，

那么

在不考慮跳馬落地失敗的情況，由表1可知，人體落地姿態角θ范圍在53°～76°，為銳角，又因為 ≤θ，則

假設當角 =0，即v正好等于人體落地水平速度，則

所以， v=g*cotθ

假設當 =90 °， v為人體落地垂直速度，此時落地無水平速度，落地的穩定性更多與人體落地緩沖能力有關。

通常情況下，運動員跳馬落地是既有水平速度又有垂直速度。人體垂直速度給落地帶來的不穩定因素更多與運動員的緩沖能力有關，本文不做討論。而對于跳馬中人體落地水平速度與落地姿態角應更多的考慮v=g*cotθ的函數關系，通過計算機仿真獲知，人體落地姿態角θ范圍在53°～76°，函數在該區間為減函數。所以，人體水平速度與落地姿態角應該呈負相關，即當水平速度增加時，落地姿態角必須減小才能滿足落地的穩定性。但是落地姿態角減少，將使人在落地時控制平衡的難度增大，使落地穩定的風險增加。當推離馬的水平速度和垂直速度同時增加時，落地姿態角和水平速度都會增加，MA將進一步增加，人體向后傾倒趨勢增加，造成落地穩定的難度更大。

本文還對計算機仿真實驗結果，進行了理論驗證。根據拋物線運動原理，跳馬第二騰空到落地過程，屬于落地點在拋出點下的拋物線運動。設 為推離馬瞬間身體重心速度， 為 與水平夾角，則有，推離馬瞬間身體重心水平速度：Vx= ，垂直速度：Vy= 。

所以，⑤、⑦式分別說明在拋物線運動中，物體飛行時間和高度由初速度的垂直分量決定，而不受初速度水平分量的影響（不計空氣阻力）。如圖3所示，身體重心的垂直速度增加了，第二騰空高度和所用時間都會增加，有更多的時間和空間完成第二騰空動作，提高伸展身體，增加落地的穩定性。而在圖4中，只改變了身體重心的水平速度，垂直速度沒有改變，所以第二騰空高度和所用時間都沒有發生改變，而落地的水平距離增加，這樣就增加了落地穩定的難度。以上采用計算機仿真實驗所得出的仿真結果，與拋物線運動原理相吻合，這就從拋物線運動原理對本研究中計算機仿真實驗結果進行了理論驗證。

4結論

本文利用高速攝影這一運動生物力學較為成熟的技術手段，獲得人體運動三維坐標，再基于MSC.ADAMS/LifeMod多體動力學仿真軟件，對跳馬落地進行仿真實驗。以跳馬推離馬時的水平速度和垂直速度作為變量，獲得不同條件下的落地水平速度和落地姿態角，并分析它們對落地穩定性的影響。結果表明：在跳馬落地的最佳策略為，在保持推離馬時人體重心水平速度不減小的情況下，增加其垂直速度，能產生更多的時間和空間完成第二騰空動作，并為落地作積極準備；而在即將落地前，身體要做一定的伸展，以減小落地時的角速度，增大落地時的轉動慣量，從而增加落地的穩定性。

誠然，本研究僅從落地速度和角度來評判落地穩定性，不可避免地存在一些局限性。本文將人體簡化為多剛體模型，忽略了肌肉和軟組織對運動的影響，本身會帶來一定誤差。盡管如此，但我們可以通過模型評估出很難在人體上測量的結果，從而確定最佳的運動模式。今后的研究方向需要將模型的效度不斷提高，將肌肉和軟組織引入。綜上所述，計算機仿真技術也必將在運動訓練指導及運動損傷預防上擁有廣泛的應用前景。

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篇8

關鍵詞：影像解析法運動生物力學分析旋風腳轉體7200接馬步

空中擊響階段

中圖分類號：G85 文獻標識碼：A 文章編號：1004―5643（2013）05―0060―04

1 前言

競技武術套路在競賽規則的導向作用下歷經巨變，目前隨著國際、國內的競技武術套路水平的不斷提高，處在同一層次的運動員在技術動作層面上的差距已日趨縮小，第一名和第二名之間有可能只有零點零幾分的差距。統計發現“難度動作”和“連接難度”與比賽成績以及名次的排定有著高度的正相關Ⅲ，因此，如何高質量地完成難度動作，以及怎樣進行科學訓練，提高動作完成的成功率，是擺在教練員和運動員面前的一個亟需解決的難題。為此本研究選擇在武術套路比賽中出現率及失誤率較高的旋風腳轉體7200接馬步技術運作，運用美國進口的motion影像解析系統對該技術動作進行全面的運動生物力學的分析與研究，為廣大教練員和運動員掌握該技術動作特點，提高成功率，進行科學訓練提供理論依據，同時也能為其它難度動作的分析，提供方法與結果上的借鑒。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

上海市武術隊、上海體育學院武術隊武英級運動員6名。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

通過手工、光盤及網絡檢索，查閱與本文有關的文獻數據，查閱過程中主要圍繞以下兩個主題進行：一方面是有關競技武術難度動作的研究，另一方面是有關生物力學方面的研究特別是有關武術動作的生物力學研究。

2.2.2 專家訪談法

咨詢相關專家與學者，確定本次實驗測試的程序，并指導現場測試。

2.2.3 生物力學實驗測試與分析法

本次實驗采用三維高速攝像的方法，在實驗過程使用四臺紅外線高速攝像機（拍攝頻率為120幅/秒），對測試對象所完成的技術動作進行分析與研究，每個動作均運用三維影像分析系統（Motion Analysis svstem）進行解析，各關節點原始數據經數字濾波平滑處理，截止頻率為8Hz。

3 研究結果與分析

3.1 擊響時機

對于旋風腳轉體720°接馬步動作中的騰空里合腿的擊響時機，從目前所查閱的文獻資料來看前人對此沒有進行過深入的研究，但前人曾對旋風腳轉體360°技術動作的擊響時機作了一定的分析與研究，曾提出過在人體騰空轉體270°時進行騰空里合腿的擊響動作，在訓練實踐中也有人曾提出過在騰空的最高點進行騰空里合腿的擊響動作，但始終沒有形成定論。因此本研究試圖分別從理論與實踐兩個方面對旋風腳轉體720°接馬步動作中的騰空里合腿的擊響時機進行分析與研究。

（注：擊響時髖軸已轉過角度是指右腳最后一步著地瞬間至騰空里合腿擊響瞬間兩髖關節的聯機在水平面內所轉動的角度擊響時肩軸已轉過角度是指右腳最后一步著地瞬間至騰空里合腿擊響瞬間兩肩關節的聯機在水平面內所轉動的角度）

首先，從理論上來進行分析，根據里合腿動作的技術要求，運動員的右腿從體側踢起向內作扇面擺動落下，做這樣的一個扇面擺動的動作必然會引起右下肢遠離人體旋轉縱軸。根據力學中轉動慣量和動量矩守恒的原理（轉動慣量的大小僅與物體的質量有關，還與質量分布及轉軸的位置有關，質量愈大、質量分布離軸愈遠，轉動慣量也就愈大；動量矩守恒定律I1ω1=12ω2=常量，在動量矩一定時，轉動慣量與角速度成反比）可知，如果運動員在身體總重心處于騰空后的最高點時再進行騰空里合腿的擊響動作，則勢必會造成在人體騰空后身體總重心在上升至最高點的全過程及下降之初時人體正在進行騰空里合腿的起腿和收腿的動作，這必然會使右腿遠離軀干中軸，致使人體繞縱軸旋轉的轉動慣量增大，旋轉角速度減小，從而有可能會導致運動員沒有足夠的時間去完成騰空后的后續轉體動作；同時根據力學原理在斜拋運動中人體總重心騰起的高度是由踏跳時的初速度和騰起角所決定，跟在騰起后是否進行身體的其它動作無關，因此如果在身體的總重心到達最高點之前完成騰空里合腿的擊響動作將會使運動員有比較充分的時間完成空中轉體約620°的技術要求。因此從理論上來講，在身體總重心到達最高點之前進行騰空里合腿的擊響動作，將有助于該技術動作的順利完成。

其次，從本次測試的結果來進行分析，本研究分別從騰空里合腿擊響動作完成的時間和完成騰空里合腿時身體髖關節的轉動角速度兩個方面對擊響時機進行研究與分析。第一，從上表1及表2中可以看出，三名運動員在完成騰空里合腿的動作時，平均在0.275秒內髖關節轉動了137.79°，從而可以看出三名運動員在進行騰空里合腿時身體繞縱軸旋轉的角速度不大，如果按照這樣的角速度要完成轉體620°則需要1.237秒，而運動員的騰空時間平均為0.685秒。因此，如果運動員的身體總重心在到達最高點處才進行騰空里合腿的擊響動作，則可能導致運動員在整個身體總重心的上升階段及下落階段之初的身體繞縱軸旋轉的角速度不大，從而有可能會導致轉體720°技術要求的不能順利完成；第二，從上表1及表2中可以看出，三名運動員在完成旋風腳轉體720°接馬步動作過程中身體的騰空時間分別分楊××0.742秒、林××0.664秒、張××0.650秒，總體平均為0.685秒，為了便于分析與研究，把整個人體的運動看作為一個質點的運動，根據力學中斜拋運動的理論，在斜拋運動中質點到達最高點的時間同質點由最高點到著地的時間相等，因此三名運動員身體總重心到達最點的時間是身體騰空時間的1/2時，也即是離地后的0.371秒、0.332秒和0.325秒，平均為0.343秒時，而三名運動員的騰空里合腿的擊響動作分別發生在離地后的0.308秒、0.292秒和0.225秒，平均為0.275秒時，平均是在身體重心到達最高點前0.068秒時進行騰空里合腿的擊響動作；第三，從上表2中可以看出，本次研究中三名運動員在完成騰空里合腿的擊響動作時髖關節所轉動的角度分別是楊××232.39°、林××237.51°、張××244.81°，總體平均為238.24°，要小于前人所提出的在轉體達270°時進行擊響動作，如果按照前人所提出的在轉體達270°時進行騰空里合腿的擊響動作，三名運動員在髖關節轉動達270°時，身體騰空后的時間分別為0.383秒、0.342秒、0.325秒，平均為0.350秒，也即在騰空后身體總重心從最高點開始下落之初，根據前文中的論述這顯然不利于騰空轉體720°技術的順利完成。

終上所述，本研究認為旋風腳轉體720°的騰空里合腿的擊響技術動作應有別于“二起腳”的技術動作（二起腳的擊響動作發生在身體總重心騰空最高點后0.055S時），在踏跳騰空后人體總重心尚未達到最高點處即進行騰空里合腿的擊響動作將對于整個旋風腳轉體720°接馬步動作的成功完成能取到積極、有利的作用。同時從本次實驗研究的結果來看前人所提出的在空中轉體270°時進行騰空里合腿的擊響動作有可能是針對旋風腳轉體360°而言，不適宜于旋風腳轉體720°接馬步動作。

3.2 擊響時身體姿勢

（注：軀干與三個軸的夾角是指軀干與三個軸的正方向之間的夾角，右腿與軀干的夾角是指右側髖關節與膝關節的聯機與軀干之間的夾角，膝角是指同側髖、膝、踝三點構成的夾角，髖角是指同側肩、髖、膝三點構成的夾角）

在本研究中擊響時身體的姿勢，主要包括擊響時軀干與三個軸之間的夾角、擊響時右腿與軀干的夾角以及左側下肢關節的各角度等，本研究認為擊響時身體的姿勢對空中轉體時繞縱軸旋轉的角速度的大小能產生較大的影響，因此擊響時身體姿勢對于空中轉體技術的順利完成有著十分重要的作用。

從表3可以看出三名運動員在騰空里合腿擊響時右腿與軀干的夾角分別是53.51°、39.65°、42.21°，總體平均為45.12°，三名運動員之間存在著一定的差異，本研究認為騰空里合腿擊響時右腿與軀干的夾角主要由運動員個人的身體柔韌所決定，夾角的大小在一定程度上反映了運動員個體柔韌素質的差異，但另一方面騰空里合腿擊響時右腿與軀干的夾角在一定程度上還決定著空中轉體時的轉動慣量的大小，夾角越大右腿離軀干越遠，則轉動慣量越大，轉動角速度則越小，越不利于身體在空中的旋轉，直接有礙轉體720°的順利完成。

同時從上表3可以看出三名運動員在騰空里合腿擊響時軀干與z軸的夾角分別是6.57°、20.5°、18.18°，平均為15.08°；與x軸的夾角分別是94.42°、108.99°、72.8°平均為92.07°；與y軸的夾角分別為95.21°、82.57°、90.17°平均為89.32°，說明三名運動員在擊響時軀干沒有保持直立，都在一定程度上存在著后仰或傾斜，旋轉時如果身體不保持直立必然會增大轉動時的轉動慣量，影響旋轉的角速度，不利于空中轉體720°的完成。

理論上來講，騰空里合腿擊響時右腿與軀干的夾角越小，軀干與z軸的夾角越接近0°；與x、y的夾角越接近90°，越能使轉動慣量減小到最小，這樣就會使旋轉角速度盡可能的增大，越有利于空中轉體的完成。因此本研究認為，教練員在日常訓練中，首先要著實提高運動員的身體柔韌素質，盡量減小運動員騰空里合腿擊響動作時右腿與軀干的夾角，根據本次實驗的解析結果，運動員在空中擊響時右腿與軀干的夾角在53。左右也能順利地完成該技術動作；其次要通過專門性的訓練來提高運動員的空中本體感覺，盡量使運動員在完成空中擊響及轉體動作時身體保持正直，盡量減小身體繞縱軸轉動時的轉動慣量，增加轉動角速度。

3.3 擊響后兩腿夾角的變化

注：兩腿夾角是指人體腰骶連結與兩膝關節所構成的三點角，頂點為人體腰骶連結。

在對影片進行解析的過程中發現，運動員在騰空里合腿擊響動作完成后至兩腳著地前，兩腿有著一個先夾攏后分開技術動作，本研究認為運動員在擊響后完成一個兩腿的夾攏的技術動作，可以加快身體繞縱軸的轉動，因為根據動量矩守恒的定律可知，當轉動慣量減少時，可增大轉動角速度，而運動員的兩腿夾攏就可以使轉動慣量減小，增大轉動角速度，從而可以在一定程度上保證轉體720的順利完成。

競賽新規則中要求運動員在落地時必須保持平衡不能出現跳動，根據運動生物力學的原理，人體承受縱向壓縮負荷的能力要遠遠高于其它各類的轉動負荷，而運動員著地前的積極的分腿恰恰就能增大身體繞縱軸旋轉的轉動慣量，以減小旋轉角速度，從而可以達到減小落地時的轉動負荷，因此本研究對著地前的分腿時機進行了一定的研究與分析。

在本次數據解析過程中不僅對三名運動員成功的動作進行了分析與研究，同時對林××的一次失誤動作也進行了數據解析，發現林××在著地前兩腿分開的時機與成功完成動作時大相徑庭（見圖1），從圖1中我們可以看出三名運動員成功完成動作時的曲線都較平滑，而林××失誤時的兩腿角度變化曲線在放大后存在著一個明顯的波峰與波谷，說明林××在騰空里合腿擊響動作完成后，兩腿夾角存在著一個收攏又略打開緊接著又有一個收攏的過程，尤其是第二收攏過程中兩腿之間的夾角最小值僅為13.14°，當然這樣較小的兩腿夾角有助于身體繞縱軸的旋轉，有利于轉體720°的順利完成，但通過解析發現林××在距著地前0.15S時兩腿夾角開始出現第二次逐漸減小，并減小到13.14°，然后從著地前0.0667S開始從該角度逐漸增大直止兩腳著地，本研究認為正是林××有了這樣一個畫蛇添足的過分夾腿過程才導致了他在落地時身體繞縱軸的旋轉速度仍較大，致使落地時身體出現晃動，平衡不易控制，而同時反觀三名運動員在成功完成動作時，他們分別在距著地前0.25S左右時開始分腿，從而有目的地使身體繞縱軸旋轉的轉動慣量增大，減小旋轉角速度，因此在著地時身體的平衡易受控制，落地的穩定性得到了極大加強。

綜上所述，本研究認為騰空里合腿擊響動作完成后運動員進行一個兩腿先夾攏后分開的技術動作，一方面有利于轉體720°技術要求的順利完成；另一方面有利于提高落地時的穩定性。

3.4 擊響后兩臂位置的變化

通過對數據的觀察發現三名運動員在騰空里合腿的擊響動作完成后，兩手臂的移動軌跡存在著一定的規律性，即左右兩肘在擊響后都有一個向內同時向下的一個收攏的過程，左肘關節平均最下收至左肩下284mm處，右肘關節平均最下收至右肩下210mm處，本研究認為這樣一個收肘的過程，可以加快空中轉體動作的完成，因為根據動量矩守恒的定理，以及茹可夫轉椅實驗可知，當兩臂張開時人體的轉動慣量增大，減小人體繞縱軸轉動的角速度，相反地，如果將兩臂收至胸前，則可以使人體繞縱軸旋轉的轉動慣量減小，從而增大旋轉的角速度，有利于空中轉體動作的完成。而在落地前的兩手臂的打開動作，也正是利用了動量矩守恒的定理，兩手臂的打開可以增大身體繞縱軸旋轉的轉動慣量，從而減小身體的轉動角速度，一方面可以減少落地后身體繞縱軸旋轉的角速度，有利于落地的穩定性的提高，另一方面也可以減小落地后由于身體仍具有一定的旋轉速度而對膝、踝關節產生一定的扭壓力，可以在一定程度上預防落地時的膝、踝關節的受傷情況的發生。

4 結論與建議

旋風腳轉體720接馬步動作的空中擊響階段，要掌握以下三個關鍵點：

“早”――騰空里合腿的擊響要早，在人體的總重心到達最高點之前（人體髖關節轉動約238.24左右時）進行騰空里合腿的擊響動作；

篇9

關鍵詞:跳板跳水;運動學分析;跨跳步;控膝擺髖

中圖分類號:G804.66文獻標識碼:A文章編 號:1007-3612(2009)05-0058-04

A Kinematics Analysis on the Swinging Limbs in the Stride Step o f Springboard

LIU Weiguo1, CHEN Xiaoguang2, LI Xin3, SONG gang1, LI U Hui4

(1.Sports school,Guangxi Normal University,Guilin541004 ,Guangxi China;2.Sports school,Henan Normal University,Xinxiang453007,Henan Chi na;4. Pilot College of Beijing University of Technology, Beijing101101, Chin a;3. Beijing Sport University, Beijing100084, China)

Abstract:10 elite springboard divers from national team are taken as research o bjects, and the paper does a kinematic analysis on their characteristics of swin ging limbs based on proper time phase of stride step. The results show that exce llent sank arms with straight elbows and raising arms with bendy elbows are prop er way of swinging arms; that in stridejump, swinging the thigh with a perfectfixed knee can increase the pressure on the springboard; that “rapid arm ascend i ng" and “high leg lifting" are good for pressing springboard and increasing theflight height. At the same time, the concrete kinetic parameter on both the harm ony between swinging the free bodies and stretching the sustaining leg and the t echnique of the swinging the thigh with fixed knee are gained.

Key words: springboard diving; kinematics analysis; stride step; Swingin g the thigh with fixed knee

擺動肢體的諧和運動是指人體自由肢體為了達到整體某一運動效果所進行的相對整個軀體的 局部運動[1-2]。自由肢體的擺動是跳板跳水跨跳步技術的重要組成部分,它的主 要任務有三:一是通過變換自由肢體的位置來改變人體重心的相對位置[3-5];二 是利用人體局部 加 速運動以改變人板間力的作用效果[5-8];三是調節身體平衡和維持動作穩定流暢 [9-11]。 跨跳步自由肢體的擺動運動往往有其一般規律,但因動作組別和技術風格不同而存在個體差 異,所以在完成動作時擺動方式的合理選擇、擺動幅度的有效控制和擺動節奏準確調整是跨 跳步的基本技術,也是整個助跑技術“合板”的前提條件。可見,自由肢體擺動技術的熟練 掌握是跳板跳水助跑的基本技術要求,掌握好擺動技術是運動員在訓練比賽中取得優異成績 的重要保證,對跨跳步擺動肢體運動特征進行研究,有利于促進跳板跳水運動技術的完善和 發展。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象本研究以國家隊奧運陣容中10名優秀男子跳板跳水運動員為研究對象。受試者身高158～178cm不等,體重從52～70 kg不等,其中國際健將8人,健將2人。

1.2 研究方法

1.2.1 方案設計 一方面由于跳板跳水是難美型運動,本實驗的技術難點是對運動員動作完成質量的評定和篩 選。為了提高各項技術參數指標的研究效度,本實驗對所獲資料進行篩選時,采用的評價標 準結合了專家評定與動作得分,所有文中選取的動作都是比賽和訓練中專家認為完成較好, 且得分均在8分以上的動作。另一方面,由于運動員完成簡單動作更有利于反映運動的內在 規律,所以本研究有意識地選取簡單的103b動作來揭示其助跑的一般特征。

1.2.2 二維圖像分析 采用一臺型號為HDR-HC5E型號的攝像機對10名運動員103b動作進行定點常速拍攝,機位 距離走板運動畫面垂直距離18 m,機頭高出平衡狀態下跳板平面1.1 m,主光軸垂直于運動 平面并指向運動畫面的中心。對拍攝的運動圖像,通過北京體育大學生物力學教研室開發研 制的視訊解析系統進行解析,采集頻率為50場/s,利用扎齊奧爾斯基人體模型,所得數據 進行數字化濾波法平滑,截斷頻率為10。

1.2.3 數理統計 根據統計學原理,利用SPSS軟件系統對測定的數據進行常規統計。*表示差異有顯著性,** 表示差異非常有顯著性。

2 結果與分析

跨跳步是從跨跳擺動腿著板到雙腳著板的助跑步伐,是跳板跳水助跑向起跳過渡的關鍵環節 ,跨跳步完成質量直接 影響后續的起跳。其最終任務是 在維持身體平衡和穩定的條件下,獲 得盡可能高的騰空,為雙腳起跳創造盡可能大的下落沖量。

跨跳步擺動環節的運動是很復雜的,主要包括上肢運動和擺動腿運動,本文定義上肢從后向 前擺到體側的運動狀態叫零擺動,那么上肢運動可分為沉臂(指從跨步最大后擺到零擺動的 運動過程)、升臂(指從零擺動到最大上擺的運動過程)和伸臂(主要指騰空中手臂向上伸 直的調整運動);而擺動腿運動分為控腿(指擺腿前膝關節變小,而髖角變大的調整過程) 、擺腿(指膝關節相對身體由體后向體前擺動過程)、提腿(指膝關節相對身體由體前向上 運動過程)和并腿(指膝關節相對身體由上向下運動過程)(圖1)。

2.1 上肢的運動學特征整個沉臂過程保持直肘(圖2),且肩關節角速度持續增大(圖3);而升臂是屈肘(圖2) ,后階段肩關節角速度減小(圖3),遠端擺動環節相對重心垂直向上,線速度先急劇 增大,而后快速減小(圖4),且最大線速度對應肩角為70°;升臂結束后,有一較小( 肩關節增大9°)幅度的伸臂,起跳沉臂前有一較大幅度(肩關節增大17°)的伸臂(如圖5 )。

擺臂方式不同(直肘沉臂而屈肘升臂)是擺臂各階段目標各異的結果。沉臂的目的是通過改 變重心相對位置來增大緩沖過程中重心的落差,所以采用直肘沉臂來增大擺動環節對人板系 統的能量貢獻。而升臂前階段是通過增大擺動環節相對重心的向上加速度來增大壓板力量, 所以運動員在沉臂末獲得一個較大的擺動角速度基礎上,繼續積極升臂,通過提高(或保持 )擺動角速度來增大(保持)擺動環節向心加速度在垂直方向上的分量。同時做積極屈肘動 作,正是對積極升臂的保障。從肌肉解剖學角度分析,一方面,積極屈肘是積極屈肩引起上 肢多關節肌相同作用的結果(相同作用是指多關節肌收縮時使兩個相鄰環節作同一方向運動 的肌肉工作形式);另一方面,一定程度的屈肘有利于增大肘關節屈肌力矩,確保積極升臂 過程中前臂上擺動力。升臂后階段(肩關節上擺70°,此時遠端擺動環節相對重心垂直向上 線速度最大(圖4),肩關節角速度逐漸減小接近于零(圖3),且肘關節還有一定的伸 展,其目的是為了提高騰空前重心的相對高度。

升臂結束后兩次明顯的伸臂動作,十個人有同樣的結果(圖5),實際上是運動員對身體平 衡調整的結果。跳板是一種大彈性的器械,增加了運動中的許多不穩定性因素,為了維持身 體平衡,即使是最優秀的運動員也必須不斷做出調整身體的動作。跨跳步的控制調整技術是 走板起跳的關鍵技術,其中跨跳騰空后的兩次伸臂是對整個身體的“剛化”過程,以增大人 體對額狀軸的轉動慣量而減小制動引起的上體前傾。

2.2 擺動腿的運動學特征參見圖6、表1,跨跳腿著板后,進入控腿階段,擺動腿髖關節增大而膝關節減小(髖關節增 到177°,而膝角減為89°);向前擺腿時,擺動腿髖關節大幅前屈(角度177°～106°, 角速度為351°/s)而膝角幾乎不變(角度98°～93°,角速度為34°/s),即采用控膝擺 髖;向上提腿時,擺動腿髖關節進一步變小(角度106°～87°,角速度118°/s)且膝角大 幅屈曲(角度83°～42°,角速度為208°/s);并腿階段,擺動腿大幅、快速伸展(髖角8 7°～168°,膝角42°～171°,且膝關節達到下肢擺動角速度之最451°/s)。

擺動腿擺動的各階段都有其各自的任務,控腿的目的是使擺動腿處于最佳的擺動姿勢,擺腿 可通過增大擺動腿相對髖關節的向心加速度而增大壓板力量;提腿的目的是使騰空前重心相 對位置升高,從而提高騰空后重心的絕對高度,并腿的作用與伸臂一樣,有利于控制上體的 前傾。

運動員采用控膝擺髖技術是為了增大擺動腿的向心加速度。

首先擺動腿前擺是擺動腿繞髖關節的轉動,如果前擺過程中前屈肌群的力矩作用效果一定( 即產生的角動量大小不變),擺動肢體的轉動半徑越小,擺動腿對髖關節的向心加速度越大 。而擺腿前的控腿實質上有兩個效果:一方面增大了髖角,可能是通過擴大髖關節肌力矩的 作用空間來增大擺動腿的擺動角動量;另一方面,通過減小膝角而減小了擺動腿的擺動半徑 。所以控腿是通過預先增大髖角和減小膝角來調整擺動姿勢的,而后采用控膝擺髖增大向心 加速度來增大擺腿時的壓板力量。

那么,運動員在控腿時,為什么膝角并沒有減到最小呢?其中原因有兩種可能性,一種可能 ,擺動腿前擺轉為上提時,由于慣性小腿會有強烈前踢趨勢,應有較強的屈膝力量以維持動 作的穩定,所以控腿時,膝角只能減小到屈膝力矩較大的特定角度;另一可能是由于髖關節 大幅后伸在膝關節處股四頭肌出現伸展被動不足和股后肌群發生收縮主動不足,膝角不能進 一步減小。如果是后者,運動員在訓練膝關節伸肌力量以增大蹬伸力量時,就應有針對性地 加強伸展肌群的柔韌性練習和屈膝肌群力量訓練,以緩解這種被動不足和主動不足以增大屈 膝力矩。

2.3 擺動肢體與蹬伸肢體的時相特征參考表2,緩沖、控腿和沉臂幾乎同時結束;上肢向上加速壓板于板最低點前結束,而下肢 擺動壓板在板最低點后完成;蹬伸、升臂和提腿同時完成,無“早升臂” 和“早提腿”的 現象;并腿在人體上升到最高點前4幀結束,且差異有顯著性,即存在“早并腿”現象。

前面已經闡述過,擺腿和早期升臂的根本任務就是增大壓板力量。有效的擺腿和升臂都將產 生強大的反作用力,只有擺腿和升臂在蹬伸階段進行,才能使擺動的反作用力與向下蹬板的 作用力有效疊加,有利于“合板”以增大壓板力量。所以運動員蹬伸前的緩沖與控腿、沉臂 同時結束是“合板”的體現。

關于“早升臂”(過去資料的“早上手”)的論述較多[11-14],早期的資料將其 作為一項 基本技術,認為在踏跳的最后階段當膝關節尚未完全蹬直的情況下手臂就應迅速上擺到兩耳 旁,也就是說在踏跳時沉臂完后的上擺動作要比支撐腿膝關節蹬直的動作早。并且要求每一 個運動員在入門時都要練好這一技術,在跳任何動作時都應發揮其優勢。但是,從理論上分 析升臂的任務前期(實驗結果為肩角70°前)是增加踏跳力量,而后期(肩角70°后)是提 高身體重心的相對位置。那么運動員只須升臂與蹬伸同步開始,在前期盡可能地加速上擺, 而后期于離板前結束,就可以達到理想的升臂效果,尤其是跳水踝關節蹬伸的末加速延遲了 人體離板,也為運動員升臂落后膝關節蹬伸提供了可能。可以說“升臂”的關鍵并不在其結 束時相的早,更重要的應突出升臂前期向上加速的快。所以跳水跨跳步“早升臂”并不是踏 跳技術的動作要領,而“快升臂”才是踏跳技術的基本要求。

提腿在動作結構上是向前擺腿的延續,出現在跳板回彈階段。與在硬性支撐面上踏跳不同, 跨跳步提腿動作的目的不在于增大人板間的作用力(以增大人板間作用力而增大沉板幅度為 主要任務的是跨跳步擺腿),也不要求運動員在膝角蹬伸階段完成提腿。與在硬性支撐面上 踏跳相同的是,跨跳步提腿動作的主要作用是提高人體重心的相對位置和調整身體姿勢以完 成后續動作,所以運動員只須在離板前完成提腿動作,就可以達到增大離板后人體騰空絕對 高度的運動效果,而且跳板跳水踝關節蹬伸的末加速延遲了人體離板,這也為跨跳步提腿落 后于膝角蹬伸提供了可能?？梢?提腿的要領并不在其結束時相的早,更重要應強調向上提 腿幅度的大,為了增大騰空后的絕對高度,“高提腿”才是跨跳步擺動腿的技術關鍵。

并腿與伸臂有同樣的物理作用就是“剛化”身體,使整個人體的轉動慣量增大,所以運動員 應盡早并腿,以減小水平制動產生的前翻運動。并腿還有與提腿相反物理作用,可降低人體 重心的相對高度,如果在離板前并腿就會降低騰空后的絕對高度,但如果上升到最高點前完 成并腿,則能通過降低重心相對位置而實現在外觀上增加騰空高度,所以本文的“早并腿” 強調并腿于離板后開始,于最高點前結束。

3 結論與建議

1) 跨跳步擺動環節的運動是很復雜的。上肢運動可分為沉臂、升臂和伸臂,擺動腿運動分 為控腿、擺腿、提腿和并腿,運動空間與時相交織有序。

2) 跳板跳水只有蹬擺協調配合,才能有效“合板”?？缣綉谥瓮染彌_階段完成控腿 和沉臂,在支撐腿蹬伸時同步積極擺腿和升臂以增加壓板力量。

3) 擺臂方式的合理選擇是“合板”的重要保證。跨跳步直肘沉臂有利于增大緩沖階段人體 的重心落差,而升臂屈肘為上肢遠端環節積極上擺提供了動力保障。

4) 控膝擺髖是跳板跳水特有增大人體壓板力量的技術動作,要求膝角控制為(89°±3°) ,髖關節前擺從177°到101°。但跨跳步的控膝要求在伸髖的條件下大幅屈膝,股后肌群主 動不足和股前肌群被動不足可能是此項技術的限制因素,所以運動員應有針對性地加強股四 頭肌的柔韌性練習和股后肌群的力量訓練。

5) 跨跳步未出現“早升臂”(即過去資料的“早上手”)與“早提腿”的現象,優秀運動 員常常利用“快升臂”和“高提腿”來增大有效壓板和騰空高度,并通過“早并腿”和伸臂 調整身體姿勢以減小身體前傾。

參考文獻:

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篇10

[關鍵詞]現代科學技術；運動訓練；作用；教練員；運動成績

[中圖分類號]G808.1[文獻標識碼]A

1研究目的

現代科學技術伴隨著人類文明不斷進步，為人們認識和改造世界帶來了極大的便利，在物質層面支持著運動技戰術水平的提高。隨著科學技術的不斷進步，運動訓練的科學研究水平也取得了較大的發展，促進了體育運動向著更高更快更強的方向發展，帶動了運動訓練方法、測試手段、預測選材等各方面水平的提高。因此，有人說，今后奧運會上的競爭，從一定意義上來說是當代科學技術的競爭。本文對現代科學技術對運動訓練的作用進行研究，歸納總結出這些作用的主要表現，結合教練員在訓練中應該注意的各個方面，力求使更多的教練員在運動訓練中得到現代科學技術的支持，尋找提高運動成績的途徑，以促進我國體育運動科學、健康發展。

2研究方法

2.1文獻資料法

通過閱讀大量與運動訓練相關的文獻，對現代科學技術與運動訓練之間的關系及影響現狀進行研究，詳細剖析兩者之間的關系。

2.2邏輯分析法

根據研究目的及研究內容，進行歸納、演繹等邏輯分析法，對科學技術與運動訓練的影響進行深入研究，得出相關結論。

3結果與分析

現代科技對運動訓練的作用主要表現在以下幾個方面：

3.1能幫助教練員提高運動員選才成功率

“運動員選才選對了，就成功了一半”。選才為什么如此重要呢？現代研究表明：人的運動機能中有60%來源于遺傳因素，40%受制于后天外界因素的影響，通過合理的科學訓練可以在身體發育敏感期內激發身體內的潛能，因此，教練員把那些遺傳因素優越的少年兒童選之后進行科學訓練，能打造出未來的奧運冠軍、世界冠軍。近些年來，我國也非常重視選才研究，許多專家采用大量先進儀器和科學方法，針對我國一些項目特點，對運動員的第二性征、骨齡以及發育期持續時間等相關指標的研究，制定出了田徑、游泳、體操、排球、足球優秀運動員的身體形態、素質、機能、心理方面的選才評定標準，可以在科學預測的基礎上挑選出有培養前途的青少年，提高了選材的成功率。

3.2能幫助教練員對運動員的運動成績進行科學預測

現代運動訓練中對運動技術的發展進行科學預測是訓練科學化的重要組成部分，它伴隨著現代科學技術的發展而不斷進步。對運動技術進行科學預測，主要目的是為了研究運動技術的未來給運動水平提高帶來的影響，以便為下一步制訂運動員的技術發展規劃以及訓練計劃提供信息，以確定研究運動最佳化規劃。深入研究運動技術的發展規律，有助于提高運動技術預測的準確性。在體育領域進行科學預測開展時間盡管不長，但發展速度很快。國外通過運用先進的預測科學理論和方法在運動成績預測方面，已獲得較大成果。進入新世紀以來，一些體育發達國家利用收集到的運動員的各類身體素質數據結合運動項目特點，編制出對應的預測軟件，能夠有針對性地預測出運動員的訓練及比賽成績區間，為下一步的訓練比賽提供了決策依據。科學的預測是建立在科學技術發展基礎之上的，只有運用決策學、統計學、計算機等綜合科學技術，才能提高科學預測的準確性，才能對制定符合比賽規律的決策部署和規劃提供高效的科學依據。具體到每場比賽中，教練員需要在賽前對對手的技戰術水平有充分的了解的基礎上才能做出正確的預測，并根據比賽的時間、場地、觀眾以及裁判員等各種因素，科學合理地制定有針對性的對策，這樣才能有備無患，掌握主動，贏得比賽。

3.3能在訓練過程中盡快了解運動負荷和戰術的傳遞與反饋

反饋又稱回饋，是現代科學技術的基本概念之一。一般來講，控制論中的反饋概念，指將系統的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程，即將輸出量通過恰當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程[1]。反饋可分為負反饋和正反饋。在運動訓練學中，運動訓練中的信息反饋主要是指運動員完成一個技術動作后從各個方面得到的有關其動作完成情況的信息。它可分為兩種類型：即自身反饋和外部反饋。自身反饋是運動員在完成動作過程中通過視覺、聽覺、觸覺及本體運動感覺等渠道得到信息。而在這其中，視覺和本體運動感覺的作用尤為重要。運動員可以通過它得知自身肌肉的活動狀況、收縮速度、關節角度以及肢置等[2]。運動員在學習掌握運動技術時，就不會按既定目標筆直地走，往往會產生錯誤動作，出現失誤。既有錯誤動作，就有個糾正的問題，這就是反饋。實際上，沒有一個運動員在學習掌握運動技術時，不會出現這樣或那樣的錯誤動作，僅憑教練員的經驗是遠遠不夠的。在越來越強調科學化訓練的今天，教練員就是要在訓練和比賽中充分研究運動員學習掌握最佳技戰術的“捷徑”，利用現代科學技術手段對運動員技戰術掌握情況進行研究，并在訓練中和賽后對運動員各項生理指標進行測定，并將測定的結果反饋給教練員、運動員，以便下一步讓教練員根據運動員狀況制定科學的訓練計劃，精確控制運動負荷和強度。

近些年來，由于大量的信息科學技術被廣泛運用在運動訓練之中，在一定程度上促進了運動訓練信息的傳遞與反饋的效率，從而能夠對運動訓練相關單位和人員及時提供可靠的價值信息。以訓練中采集處理生物力學的信息為例，開始階段是用高速攝影機根據不同需要以每秒64到10 000格的速度拍攝技術動作的三維圖像，然后用電腦控制的解析裝置對膠片上的畫面進行分析，得出動作的速度、加速度、方向、角度等信息。最近國外還出現了一種自控耐力訓練器，只要把運動員的有關信息及教練員的指令性信息輸入電腦，就能自動監督運動員的訓練負荷。負荷不足或過頭時，訓練器便自動發出信息，便于教練員及時調整訓練負荷。

目前，在一些體育發達國家，有條件的教練員會在訓練過程中運用儀器設備對運動員的訓練進行全方位的監控。這樣教練員不但能立即掌握運動員訓練中出現的各種情況，并且可以通過網絡手段檢索出運動員以往訓練比賽的信息，以及可以進行有效對比的相關國內外運動員的資料。此外教練員還可向電腦討教主意，幫助確定下一步訓練內容，大大提高了訓練的質量。

3.4能幫助教練員制定科學訓練計劃提高運動訓練效果

3.4.1能提高對運動員身體機能的科學診斷水平

運動訓練的目的，從一定意義上講，就是通過合理的手段使運動員身體的各項機能得到提高，以便在比賽中能發揮到最佳狀態，取得優異成績。從運動訓練學角度看，每個高水平運動員的每一次成績的大幅度提高，都會承受極大的負荷。訓練中運動員的高負荷會與其本身機能間產生不平衡，據此會對運動員的身體造成局部機能功能紊亂，嚴重的可能導致全身機能紊亂。因此，教練員需要在日常訓練過程中對運動員的身體機能進行科學的跟蹤診斷，而不能簡單依靠運動員自身感受或者教練員的經驗去做判斷。

隨著現代科學技術的不斷進步，為教練員提供了很多先進的儀器設備，可用于對運動員的健康狀況、身體各項機能變化進行即時、科學的診斷。教練員可以在訓練過程中運用電子遙測技術，包括遙測心率儀、遙測心電儀、遙測肌電儀、在運動生理學、生物化學的理論指導下，對運動員訓練中乳酸、尿蛋白、酶、新陳代謝產物等各類指標進行測定等。對運動員進行訓練中、比賽前后機能檢查測定，通過采集的數據差異，來分析運動員運動機能的變化，并通過調整更為合理的訓練計劃以達到最佳訓練效果。

3.4.2能對運動員的運動技術進行科學診斷

在運動技術訓練中，教練員需要對運動員的技術進行診斷。一些技巧性較強的運動項目中，教練員需要對隊員的動作動力學特征進行分析，并且力圖在同次訓練課上加以改進解決，使運動員能掌握自身力的信息。因此，教練員除了需要有專業的戰術基礎之外，還需要借助專業的儀器設備以及科學的測試手段，自己或通過專業技術團隊將測量出的數據運用生物力學理論科學分析，對運動員的動作進行科學診斷。對運動員的運動技術進行科學診斷一般包括三個方面的內容：一是對運動員在劇烈運動中的參數進行客觀測定。在日常的訓練中，教練員通過目測或者用秒表對運動員的速度和動作進行記錄，這只能表現出運動員的表象，而不能反映出運動員體內肌肉發力的狀況。現代訓練中教練員采用運動生物力學原理，借助現代化的電子測量和視頻采集技術，通過對運動員運動過程中的各個分解動作進行分析得到數據，并將這些數據利用計算機進行分析處理，之后再運用到訓練中去，對提高訓練效果幫助很大。對運動員身體數據采集的越早、越多，對訓練的指導價值越高。二是可以對運動員的運動技術進行最佳化的模擬。教練員運用統計學原理通過篩選采集到的各類信息中能對運動技術起到決定性因素的數據，對那些關鍵技術進行模擬，以起到最佳訓練效果?，F代訓練中，教練員多數還采用高速攝影機等技術手段將運動員的運動過程拍攝下來，并運用電腦對運動過程進行模擬，以方便從各類數據中得到最佳運動訓練參數。由于人們對運動訓練的最佳化認識不同及運動員個體差異，所以教練員在訓練中要根據運動員個體特點進行模擬，以期達到訓練的最佳效果。三是教練員在進行技戰術訓練中也可以運用現代科學技術手段對技戰術進行模擬，能最大限度提高運動員的技戰術水平。

4結論與建議

4.1教練員要善于運用最新科技成果指導訓練，確定最佳訓練目標，提高運動成績

隨著現代科技的快速發展和運動訓練水平越來越高，對運動員適應高水平訓練中符合能力的要求也越來越高。因此，教練員要在訓練中盡力去引導運動員達到自身的生物極限，而這就需要教練員在訓練中采用更為合理的現代方法。教練員要采用科學方法達到訓練目標，以使運動訓練最佳化。教練員根據比賽的需要和運動員身體狀態，設定系統定量的最佳目標，按照系統論原理科學劃分出訓練的各個階段，使訓練的整體結果服務于訓練總體部署。訓練中，教練員需要借助電腦等現代科技成果，設定出最佳的選材、訓練負荷、技術、恢復以及運動員營養等各方面的最佳方案，并在訓練中應用實踐。這種方案應該是定性與定量相結合的方案，可以用數學模型精確描述訓練狀態和規律的。運動訓練最佳化在目前雖是新的課題，需進行新的探索，但是，在一些體育強國已取得了驚人的成就。

4.2教練員要緊跟科技發展步伐，加快知識更新力度

隨著納米技術、仿生學、高速攝像技術等在訓練中越來越多地運用，教練組成員中也相應增加了一些非體育專業的科研人員，這對運動員訓練周期的安排、訓練負荷以及賽后恢復等方面提供了智力支持。在這種情況下，教練員如若還采用傳統的訓練模式和方法，肯定不能適應培養高水平運動員的需求。因此，需要教練員和科研人員緊跟時展步伐，掌握盡可能多的現代科學知識和技術，不僅只懂得運動訓練學，而且要掌握運動醫學、運動生物化學、運動生物力學等方面的知識。教練員的知識積累對運動員的訓練效果最佳化將會起到至關重要的影響。運動訓練科學化，是現代體育運動發展的趨勢，是運動水平迅速提高的重要前提?？梢灶A見，隨著科學技術的飛躍發展，特別是電子計算機技術滲透到運動訓練中的各個環節，誰要想在奧運會或世界重大比賽中獲勝，就要看誰能在運動訓練科學化上占優勢。

參考文獻：

[1]反饋-科普技術-地理百科-中國地理網，http：//.