運(yùn)動生物力學(xué)在體育教學(xué)與運(yùn)動訓(xùn)練中的應(yīng)用

李強(qiáng)

[摘要]本研究從運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等方面對運(yùn)動生物力學(xué)測試方法在體育教學(xué)與運(yùn)動訓(xùn)練中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，旨在說明此方法在教學(xué)及訓(xùn)練中的重要性，以期為體育教師和教練員在教學(xué)與訓(xùn)練中提供有價(jià)值的參考。

[關(guān)鍵詞]測試方法 運(yùn)動學(xué) 動力學(xué) 應(yīng)用

[中圖分類號]G804.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）02-0143-02

運(yùn)動生物力學(xué)是研究人類從事體育運(yùn)動技術(shù)力學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科。它應(yīng)用力學(xué)、數(shù)學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)以及體育運(yùn)動技術(shù)理論來研究各項(xiàng)運(yùn)動技術(shù)的特點(diǎn)和規(guī)律，是廣大體育教師、教練員、運(yùn)動員必須掌握的一門基礎(chǔ)理論科學(xué)。

一、運(yùn)動生物力學(xué)的研究內(nèi)容

（一）基礎(chǔ)理論研究

通過基礎(chǔ)理論研究，總結(jié)運(yùn)動生物力學(xué)中帶普遍性、規(guī)律性的理論，包括運(yùn)動生物力學(xué)的定理、公理等。

（二）人體運(yùn)動器官力學(xué)特性的研究

更好地揭示和掌握人體運(yùn)動器官的力學(xué)特性，更科學(xué)有效地進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)動技術(shù)的生物力學(xué)研究以及為防止運(yùn)動創(chuàng)傷等提供理論依據(jù)。

（三）各項(xiàng)運(yùn)動技術(shù)的生物力學(xué)研究

揭示運(yùn)動技術(shù)實(shí)質(zhì)，驗(yàn)證動作技術(shù)的科學(xué)性、先進(jìn)性和合理性。為探索和創(chuàng)新動作，為最優(yōu)化的訓(xùn)練方案、最有效的訓(xùn)練手段，包括選才和預(yù)測運(yùn)動成績提供理論依據(jù)。

（四）研究運(yùn)動器械的力學(xué)特性

對跑道、運(yùn)動裝備、投擲器械的力學(xué)特性的研究特別是隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，改進(jìn)和研制各種新型器械和裝備，直接為提高運(yùn)動技術(shù)服務(wù)。

（五）運(yùn)動生物力學(xué)研究方法和測試手段的研究

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的日新月異，不斷為運(yùn)動生物力學(xué)研究提供新技術(shù)、新手段，固而必須重視方法學(xué)的研究。各項(xiàng)體育運(yùn)動成績不斷提高，運(yùn)動技術(shù)的不斷更新，為運(yùn)動生物力學(xué)的研究和發(fā)展開辟了廣闊的前景，運(yùn)動生物力學(xué)的發(fā)展又促進(jìn)了各項(xiàng)體育運(yùn)動攀登新的高峰。

二、生物力學(xué)測試方法在體育教學(xué)中的應(yīng)用

體育教學(xué)涉及了田徑、球類、體育舞蹈等多種項(xiàng)目，以田徑為例進(jìn)行闡述。例如跑步時(shí)腿向后下方用力蹬地，腿部的肌肉力量作用在地面上，地面同時(shí)給人體以反作用力，這個(gè)力對身體來說就是外力，正是這種外力推動身體向前運(yùn)動；我們在體育教學(xué)中運(yùn)用高速攝像機(jī)等設(shè)備對學(xué)生的運(yùn)動技術(shù)動作（跑、跳、投等）進(jìn)行現(xiàn)場拍攝，并運(yùn)用專門的生物力學(xué)軟件對其進(jìn)行生物力學(xué)分析，就會了解哪些動作是正確的，是符合力學(xué)原理的，哪些動作是錯(cuò)誤的，是違背力學(xué)原理的。

人體的運(yùn)動必須符合力學(xué)規(guī)律，但又不能千篇一律地去套用力學(xué)公式，人體具有物所具有的屬性但又不同于物體，人體是有生命運(yùn)動的有機(jī)體，人與人之間存在生理上和心理上的個(gè)體差異，因而必須根據(jù)人體的生物學(xué)特征具體分析研究，這些就是運(yùn)動生物力學(xué)所要研究和解決的問題。

體育教師運(yùn)用運(yùn)動生物力學(xué)知識對運(yùn)動技術(shù)進(jìn)行生物力學(xué)分析，能加深對教材的理解，在教學(xué)中結(jié)合力學(xué)知識來講解動作要領(lǐng)能收到事半功倍的教學(xué)效果。特別是給大學(xué)、中學(xué)的學(xué)生上體育課，他們具有一定的物理力學(xué)知識，既能幫助學(xué)生加深對田徑技術(shù)要領(lǐng)的理解和掌握，又能豐富和鞏固學(xué)生的力學(xué)知識。

三、生物力學(xué)測試方法在運(yùn)動訓(xùn)練中的應(yīng)用

過去長期的運(yùn)動訓(xùn)練工作中，教練員們運(yùn)用視覺手段和憑經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)訓(xùn)練方法，這種訓(xùn)練方法對教授運(yùn)動技術(shù)和提高運(yùn)動成績是非常寶貴的、不可缺少的。但在現(xiàn)今各項(xiàng)運(yùn)動技術(shù)水平趨于極限，又非極限的高水平情況下，傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法有很大的局限性，已不能適應(yīng)運(yùn)動技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，如果在訓(xùn)練工作中借助于迅速發(fā)展起來的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的測試、分析手段取得科學(xué)的理論依據(jù)，對指導(dǎo)運(yùn)動訓(xùn)練和提高運(yùn)動成績是非常重要的。

（一）靜力學(xué)分析

靜力學(xué)分析，是研究人體在靜止?fàn)顟B(tài)下，身體平衡的條件、肌肉工作的條件，身體受哪些外力和力系之間的關(guān)系等。人體處于靜止?fàn)顟B(tài)下在力學(xué)上必須符合兩個(gè)條件，即合外力等于零合外力矩等于零。例如對起跑動作應(yīng)用靜力學(xué)知識進(jìn)行分析研究，起跑動作是人體由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài)的準(zhǔn)備動作，這個(gè)準(zhǔn)備動作能幫助人體迅速實(shí)現(xiàn)運(yùn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，特別是在短距離項(xiàng)目的比賽中起跑動作占有很重要的位置。

（二）運(yùn)動學(xué)分析

運(yùn)動技術(shù)的運(yùn)動學(xué)分析就是研究運(yùn)動員的身體或各環(huán)節(jié)的運(yùn)動狀態(tài)的變化，利用各種測試方法測出運(yùn)動員身體或各環(huán)節(jié)的速度、加速度、角速度、角加速度等各種運(yùn)動學(xué)參數(shù)，并研究它們的規(guī)律。

例如在田徑運(yùn)動中，除了起跑動作（站立式起跑、蹲踞式起跑）以外，所有的項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)動生物力學(xué)分析時(shí)，都要運(yùn)用運(yùn)動學(xué)方面的原理，分析運(yùn)動員身體和投擲器械的運(yùn)動特征、運(yùn)動狀態(tài)的改變以及它們的內(nèi)在規(guī)律等。

如徑賽中的60米、100米、100米欄、110米欄，運(yùn)動員的身體是做直線的位移運(yùn)動，200米以上項(xiàng)目運(yùn)動員的身體除了做直線（直道）運(yùn)動外，還要做曲線（彎道）運(yùn)動。田賽中的跳遠(yuǎn)、三級跳遠(yuǎn)項(xiàng)目，運(yùn)動員身體要騰越一定的遠(yuǎn)度，即做斜拋運(yùn)動，為了騰越得越高越遠(yuǎn)，起跳前運(yùn)動員必須助跑，助跑時(shí)身體做直線運(yùn)動，個(gè)別項(xiàng)目如背越式跳高，運(yùn)動員做曲線運(yùn)動。投擲項(xiàng)目是為了把投擲器械投得更遠(yuǎn)，推鉛球、投標(biāo)槍助跑時(shí)身體主要做直線運(yùn)動，投鐵餅和鏈球時(shí)身體主要做旋轉(zhuǎn)及水平直線移動的復(fù)合運(yùn)動。投擲器械都做斜拋運(yùn)動。由于器械形狀的不同，飛行的軌跡也各異，鉛球和鏈球飛行軌跡的曲率半徑較大、鐵餅和標(biāo)槍飛行軌跡的曲率半徑較小，趨于平直。

除了研究田徑項(xiàng)目運(yùn)動形式特征外，還要研究運(yùn)動員身體和投擲器械運(yùn)動狀態(tài)變化的特點(diǎn)。可以利用高速攝影、錄像等方法，測出運(yùn)動員身體和投擲器械的速度、加速度，身體轉(zhuǎn)動時(shí)的角速度、角加速度、線速度、重心速度等。根據(jù)人體形態(tài)的解剖特點(diǎn)，在任何田徑運(yùn)動項(xiàng)目中臂、手、腿、腳相對于身體的運(yùn)動都是轉(zhuǎn)動，相對于地面的運(yùn)動都是曲線運(yùn)動。

對任何一個(gè)運(yùn)動項(xiàng)目，只要運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變，就能測出或計(jì)算出它的速度和加速度，每一項(xiàng)運(yùn)動過程中速度、加速度的改變必須符合力學(xué)的客觀規(guī)律。因而我們可以根據(jù)力學(xué)原理分析哪些技術(shù)是正確的，是科學(xué)的，哪些技術(shù)是錯(cuò)誤的，是違背科學(xué)道理的。也可以用國內(nèi)外優(yōu)秀運(yùn)動員的速度、加速度等數(shù)據(jù)對比，在對比中發(fā)現(xiàn)運(yùn)動員技術(shù)上的優(yōu)缺點(diǎn)，找出提高運(yùn)動成績的途徑。

（三）動力學(xué)分析

運(yùn)動中的動力學(xué)分析，是研究運(yùn)動員運(yùn)動狀態(tài)改變的原因，測出各種力的大小、方向及變化情況，并研究它們的規(guī)律。

根據(jù)力學(xué)理論，任何物體產(chǎn)生運(yùn)動或運(yùn)動速度發(fā)生變化，都是在力的作用下實(shí)現(xiàn)的。如鉛球、鐵餅等投擲器械在空中飛行，是運(yùn)動員的力量作用在投擲器械上的緣故。運(yùn)動員的身體由靜止到運(yùn)動，運(yùn)動速度發(fā)生改變，都是力量作用的結(jié)果。如運(yùn)動員跑步時(shí)，腿的力量向后下方蹬出，地面同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)向前上方的力，推動身體向前運(yùn)動。

在田徑技術(shù)的動力學(xué)分析中只測出力量的大小是不夠的，還必須測出或計(jì)算出用力的方向和隨時(shí)間變化的情況。只有測出用力的大小、方向，時(shí)間和變化情況才能分析出運(yùn)動技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。如跳高運(yùn)動員的跳高技術(shù)，就必須測出或計(jì)算出踏跳力量的大小、踏跳角度的大小、踏跳腿用力的時(shí)間及踏跳力量的變化情況等。推動身體運(yùn)動的力在許多情況下不是一個(gè)力作用的結(jié)果，而是兩個(gè)或兩個(gè)以上的力作用的結(jié)果。如運(yùn)動員跑步時(shí)，既有地面彈力的作用，又有地面摩擦力的作用，它們對身體作用的大小和方向都是不同的。如何才能更有效地發(fā)揮地面彈力和地面摩擦力的作用，這就是動力學(xué)分析的內(nèi)容。

國外許多科學(xué)技術(shù)先進(jìn)的國家同時(shí)又是體育發(fā)達(dá)的國家，就是因?yàn)樗麄儼迅黜?xiàng)科學(xué)技術(shù)成果及時(shí)應(yīng)用于體育領(lǐng)域。當(dāng)今奧運(yùn)會等世界大賽的金牌之爭也是科學(xué)技術(shù)之爭，是科學(xué)家之爭。當(dāng)然在運(yùn)動場上科學(xué)技術(shù)代替不了運(yùn)動員的拼搏，但事實(shí)已充分證明科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代體育運(yùn)動技術(shù)有著不可分割的關(guān)系。

四、小結(jié)

在體育教學(xué)和運(yùn)動訓(xùn)練中，經(jīng)常需要應(yīng)用運(yùn)動生物力學(xué)的理論知識和它的分析方法，如應(yīng)用生物力學(xué)知識講解運(yùn)動技術(shù)要領(lǐng)，繪制運(yùn)動技術(shù)力學(xué)分析圖和力學(xué)模型教具等，對運(yùn)動技術(shù)進(jìn)行生物力學(xué)分析以及運(yùn)動技術(shù)最優(yōu)化的研究，對新技術(shù)的科學(xué)論證、設(shè)計(jì)和建立運(yùn)動技術(shù)的數(shù)學(xué)模型等。在科學(xué)迅猛發(fā)展的今天，體育教師與教練員只有掌握有關(guān)的科學(xué)知識，運(yùn)用科學(xué)的訓(xùn)練方法，才能使學(xué)生更快更好地掌握技術(shù)動作，運(yùn)動員才能更好地提高運(yùn)動技術(shù)水平。

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責(zé)任編輯：張麗