跳遠(yuǎn)踏跳中下肢運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)特征變量對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)影響的關(guān)聯(lián)度分析

李風(fēng)雷，張勝年，成萬(wàn)祥，陳玉霞

(1. 上海體育學(xué)院，體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海 200438； 2. 東華理工大學(xué)，體育學(xué)院，江西 南昌 330013； 3. 河南省體育科學(xué)研究所，河南 鄭州 450044)

起跳是決定跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)[1]。已有研究表明，起跳階段，起跳腿的工作能力及運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生較大影響[2]。早有國(guó)外學(xué)者對(duì)起跳腿的工作性質(zhì)進(jìn)行研究，研究集中在起跳過(guò)程地面反作用力(Ground Reaction Force, GRF)、起跳角度和時(shí)間等方面[4-9]，但是，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于跳遠(yuǎn)起跳各因素對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)影響的實(shí)驗(yàn)研究尚未見報(bào)道。

灰色系統(tǒng)理論是處理少數(shù)據(jù)、不確定性問(wèn)題的理論，灰色關(guān)聯(lián)分析能夠?qū)κ挛镏g相互關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行定量分析，根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似(異)程度衡量因素之間關(guān)聯(lián)度的方法[3]。該方法能夠彌補(bǔ)多元線性回歸分析需要大樣本量和具備典型概率分布的不足，彌補(bǔ)了相關(guān)(相似)系數(shù)因數(shù)據(jù)少而難以找出統(tǒng)計(jì)規(guī)律的遺憾，適用于對(duì)小樣本結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。跳遠(yuǎn)成績(jī)水平受許多因素的影響，諸因素的影響程度尚不清楚，為一灰色系統(tǒng)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法確定成績(jī)序列和若干個(gè)比較序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，尋求系統(tǒng)中各個(gè)因素間的主要關(guān)系，可以得出較為客觀和科學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

本研究從踏板起跳環(huán)節(jié)起跳腿的生物力學(xué)參數(shù)入手，探索起跳腿對(duì)跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響。統(tǒng)計(jì)優(yōu)秀和普通運(yùn)動(dòng)員起跳腿在起跳過(guò)程下肢關(guān)節(jié)的受力情況、關(guān)節(jié)角度及起跳時(shí)間，試圖對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響因素進(jìn)行重要性排序，為指導(dǎo)跳遠(yuǎn)科學(xué)訓(xùn)練提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

以15名專業(yè)跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，8名優(yōu)秀跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員(6名健將級(jí)，2名國(guó)家一級(jí))和7名國(guó)家二級(jí)跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員。測(cè)試對(duì)象基本情況見表1。

表1 運(yùn)動(dòng)員基本信息

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行充分熱身后，全力完成6次標(biāo)準(zhǔn)跳遠(yuǎn)，取有效成績(jī)最優(yōu)的2次測(cè)試數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行踏板起跳過(guò)程分析。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

跳遠(yuǎn)起跳動(dòng)作進(jìn)行二維錄像拍攝，采用美國(guó)IDT公司生產(chǎn)的Motionprox - 4型黑白高速攝像機(jī)，采集起跳過(guò)程圖像。攝像機(jī)架設(shè)于距離運(yùn)動(dòng)平面中心軸25m處，主光軸對(duì)準(zhǔn)起跳板前1 m處且與運(yùn)動(dòng)平面垂直，架機(jī)高度為1.2 m，拍攝頻率為250 Hz。應(yīng)用SbcasII運(yùn)動(dòng)學(xué)分析系統(tǒng)進(jìn)行圖像解析，獲取起跳過(guò)程下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。踏板下方放置一臺(tái)三維測(cè)力臺(tái)(型號(hào)：ZKJP10060，產(chǎn)地：合肥)，測(cè)力臺(tái)以500 Hz的采樣頻率記錄運(yùn)動(dòng)員踏跳的三維力量-時(shí)間曲線，對(duì)獲取的三維曲線進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

1.2.2 選取指標(biāo)

將跳遠(yuǎn)起跳過(guò)程定義為落地踏板瞬間(助跑結(jié)束，起跳腿腳觸地的第一幀)至離地瞬間(起跳腿腳離開地面前一幀)。對(duì)起跳動(dòng)作的生物力學(xué)分析及集中在下肢關(guān)節(jié)的矢狀面。(1)力：下肢關(guān)節(jié)經(jīng)體重標(biāo)準(zhǔn)化后的最大垂直地面反作用力峰值 (GRFmax)和第二峰值，單位為：體重(BW)；(2)角度：踏板觸地時(shí)刻、最大沖擊力時(shí)刻、緩沖最低點(diǎn)時(shí)刻和離地時(shí)刻下肢髖膝踝三關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度；著地角(起跳腿踏板觸地時(shí)刻，身體重心與起跳腳著板點(diǎn)的連線和水平面形成的夾角；蹬地角(起跳離地時(shí)刻身體重心與起跳腳著板點(diǎn)的連線和地面的夾角)；騰起角(起跳結(jié)束，離地騰起時(shí)，身體重心的騰越方向與水平線的夾角)；(3)時(shí)間：踏板起跳時(shí)間和屈膝時(shí)間占起跳時(shí)間的百分比(%)。

1.2.3 分析方法

本研究采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)踏板起跳過(guò)程中起跳腿下肢髖膝踝三關(guān)節(jié)的GRFmax、角度和時(shí)間等指標(biāo)與跳遠(yuǎn)距離的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，按各因素對(duì)跳遠(yuǎn)距離的影響程度進(jìn)行排序。

表2 運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程起跳腿下肢測(cè)試數(shù)據(jù)一覽

在灰色關(guān)聯(lián)度分析中x為比較數(shù)列(xi)，y為參考數(shù)列(y0)。本研究中設(shè)定跳遠(yuǎn)成績(jī)?yōu)閰⒖夹蛄校溆嘀笖?shù)為比較數(shù)列。關(guān)聯(lián)分析的基本思想是通過(guò)分析比較數(shù)列指標(biāo)對(duì)參考數(shù)列指標(biāo)的影響來(lái)判斷其關(guān)聯(lián)程度。

2 關(guān)聯(lián)度計(jì)算

2.1 確定參考序列和比較序列

設(shè)Y0(k)為參考序列，代表跳遠(yuǎn)成績(jī)。X1(k)，X2(k)…，X19(k)為19個(gè)比較序列，依次代表運(yùn)動(dòng)員的GRFmax、GRFmax第二峰值、著地角和蹬地角等19項(xiàng)指標(biāo)。序列k=1-15依次代表15名運(yùn)動(dòng)員，用均值化對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理后得到的均值化數(shù)列見表3。

表3 原始數(shù)據(jù)均值化處理一覽

2.2 計(jì)算參考序列和比較序列的絕對(duì)差

計(jì)算參考序列和比較序列的絕對(duì)差(表4)，找出兩極最小絕對(duì)差值min 0.0003 和兩極最大絕對(duì)差值max 0.6552。

表4 參考序列和比較序列絕對(duì)差一覽

2.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

依據(jù)公式：x0i(K)=(Δmin+ρ×Δmax)/(Δ0i+ρ×Δmax)，分辨系數(shù)ρ=0.5。

2.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度和權(quán)重

3 研究結(jié)果

表5和表6為關(guān)聯(lián)系數(shù)比較及影響因素關(guān)聯(lián)度和權(quán)重比較。結(jié)果顯示對(duì)運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響程度大小依次為：踏板時(shí)刻膝關(guān)節(jié)角度>最大沖擊力膝關(guān)節(jié)角度>踏板時(shí)刻踝關(guān)節(jié)角度>最大沖擊力踝關(guān)節(jié)角度>蹬地角>踏板時(shí)刻髖關(guān)節(jié)角度>最大沖擊力髖關(guān)節(jié)角度>緩沖最低點(diǎn)髖關(guān)節(jié)角度>著地角>緩沖最低點(diǎn)膝關(guān)節(jié)角度>離板時(shí)刻髖關(guān)節(jié)角度>離板時(shí)刻踝關(guān)節(jié)角度>緩沖最低點(diǎn)踝關(guān)節(jié)角度>離板時(shí)刻膝關(guān)節(jié)角度>騰起角>屈膝時(shí)間/踏板起跳時(shí)間>踏板起跳時(shí)間>GRF第二峰值>GRF。

表5 運(yùn)動(dòng)員各指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)

表6 跳遠(yuǎn)成績(jī)影響因素關(guān)聯(lián)度、權(quán)重

4 分析與討論

4.1 關(guān)聯(lián)排序?qū)Ρ确治?/h3>

本研究選取起跳腿下肢關(guān)節(jié)的GRFmax，踏板時(shí)刻、最大沖擊力時(shí)刻、緩沖最低點(diǎn)時(shí)刻、離板時(shí)刻下肢關(guān)節(jié)角度以及踏板起跳時(shí)間、起跳過(guò)程屈膝時(shí)間占踏板起跳總時(shí)間的百分比來(lái)探討這些因素對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響。結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)角度的影響占了排序結(jié)果的前15位,屈膝時(shí)間/踏板起跳時(shí)間和踏板起跳時(shí)間分別排第16和17；最后是GRFmax第二峰值和GRFmax。以上結(jié)果表明動(dòng)作姿態(tài)對(duì)成績(jī)影響最大；其次是屈膝時(shí)間占起跳總時(shí)間的百分比以及踏板起跳時(shí)間；最后是下肢關(guān)節(jié)所受的GRF。

4.2 起跳腿下肢關(guān)節(jié)角度對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)影響的關(guān)聯(lián)度分析

Hay[17]將跳遠(yuǎn)起跳劃分為三個(gè)階段：最初階段(有描述為等速階段)-膝關(guān)節(jié)角度實(shí)際上沒(méi)有變化[10, 11]；中間階段(有描述離心或屈曲階段)-膝關(guān)節(jié)角度減小；最后階段(有描述向心或者克服階段)-膝關(guān)節(jié)角度增加。

踏板-起跳是人體一個(gè)典型的離心-向心收縮的過(guò)程。最初階段，膝關(guān)節(jié)角度不變，踏板時(shí)刻踝、膝、髖關(guān)節(jié)的伸展程度以及身體重心與起跳腳著地點(diǎn)連線與水平方向形成的著地角，很大程度地影響了跳遠(yuǎn)成績(jī)。離心階段，隨著身體重心的前移，膝、踝的角度開始減小、但髖關(guān)節(jié)的角度繼續(xù)增加。起跳腿下肢關(guān)節(jié)緩沖地面最大沖擊直至到達(dá)落地緩沖最低點(diǎn)，膝關(guān)節(jié)角度減小到最小值。本研究中灰色關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果踏板時(shí)刻和最大沖擊力時(shí)刻髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度及緩沖最低點(diǎn)時(shí)刻髖、膝關(guān)節(jié)角度對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)起重要影響作用。起跳向心階段(膝關(guān)節(jié)角度開始增大，蹬地階段)，此階段起跳腿踝關(guān)節(jié)主動(dòng)充分蹬地，節(jié)省起跳時(shí)間，提高蹬伸利用率，起跳效果將更好。

4.3 起跳時(shí)間對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)影響的關(guān)聯(lián)度分析

本研究發(fā)現(xiàn)，踏板起跳時(shí)間、屈膝時(shí)間占起跳時(shí)間的百分比對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響也高度相關(guān)。踏板起跳環(huán)節(jié)要求快速蹬地，減小起跳時(shí)間，從而減小起跳過(guò)程的動(dòng)量損失，以獲得較大的起跳速度(動(dòng)量定理：ft=mΔv)。有研究顯示優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員在踏板落地瞬間多采用主動(dòng)踏板[17, 18-20]。主動(dòng)踏板降低了足向前沖擊的水平速度，誘發(fā)一個(gè)向后的制動(dòng)反應(yīng)，有助于降低起跳過(guò)程水平速度的損耗，進(jìn)而獲得更遠(yuǎn)的騰空距離[17]。有研究指出，正確熟練的起跳姿勢(shì)能使運(yùn)動(dòng)員快速起跳，減少踏板過(guò)程中的能量損耗[17]。Klissouras等人[11]的研究也指出起跳時(shí)間越短，蹬伸利用率越大，跳遠(yuǎn)距離越遠(yuǎn)。本研究的結(jié)果也與前人研究結(jié)論[8,11,17,20]相一致。

4.4 起跳腿下肢關(guān)節(jié)GRFmax對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的關(guān)聯(lián)度分析

本研究中，優(yōu)秀跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的GRF為體重的6.74-7.71倍體重，普通組為5.13-5.27倍；下肢關(guān)節(jié)起跳過(guò)程中受到的GRF對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響并不明顯。國(guó)外的的研究顯示跳遠(yuǎn)時(shí)GRF為體重的2.9-11.7倍[7,8,12-16]，且被認(rèn)為對(duì)于起跳有重要作用。本研究顯示GRF對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)結(jié)果影響的灰色關(guān)聯(lián)度分析排序較低。這可能是分析方法的差異性導(dǎo)致。不過(guò)，較大的GRF能為運(yùn)動(dòng)員的踏板起跳提供更大沖量，有助于運(yùn)動(dòng)員獲取更大的起跳速度。

5 結(jié)論與建議

本研究的灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn)，跳遠(yuǎn)的動(dòng)作姿勢(shì)對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響起著至關(guān)重要的作用，踏板時(shí)刻、最大沖擊力時(shí)刻下肢動(dòng)力鏈的伸展程度對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)的影響最大，其次是緩沖最低點(diǎn)和離板時(shí)刻下肢動(dòng)力鏈角度、著地角度、騰起角度，再次是屈膝時(shí)間與起跳總時(shí)間的百分比、起跳時(shí)間，最后起跳腿下肢承受的地面反作用力對(duì)跳遠(yuǎn)成績(jī)都產(chǎn)生重要影響。

在日常訓(xùn)練比賽中，起跳過(guò)程必須強(qiáng)化合理正確的起跳姿勢(shì)，起跳環(huán)節(jié)觸地時(shí)下肢關(guān)節(jié)盡可能伸展，主動(dòng)踏板；同時(shí)要盡可能減少踏板起跳時(shí)間，加強(qiáng)起跳腿下肢力量，提高起跳腿的控制力。