科技為體育插上翅膀（之三）

王　芳

僅僅靠運(yùn)動員和教練員的汗水取得優(yōu)異成績的時代已經(jīng)過去，以科技手段促進(jìn)成績進(jìn)步，標(biāo)志科技體育時代的到來。各種現(xiàn)代科技理論，如系統(tǒng)論、信息論和控制論廣泛應(yīng)用到運(yùn)動訓(xùn)練中。據(jù)俄羅斯學(xué)者統(tǒng)計，有150多項指標(biāo)影響運(yùn)動員成績，分屬遺傳學(xué)、醫(yī)學(xué)、形態(tài)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、解剖學(xué)、生化學(xué)、生物力學(xué)、組織學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)等不同學(xué)科。激光技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等高科技的尖端技術(shù)在運(yùn)動訓(xùn)練中得到廣泛運(yùn)用，從運(yùn)動員選材到?jīng)_刺世界紀(jì)錄無一不留下高科技的烙印。

世界紀(jì)景因姿勢而改變

人類對運(yùn)動極限的突破有時僅僅是改變一下運(yùn)動姿勢的結(jié)果！可千萬不要小看了這些小小的改變，變化雖小，里面可包含了人體動力學(xué)、生物力學(xué)、運(yùn)動仿生學(xué)等“多多”的深奧理論呢！

1896年4月10日是第一屆奧運(yùn)會男子百米賽跑決賽的日子，當(dāng)時的短跑比賽并未規(guī)定統(tǒng)一的起跑姿勢，因此起跑線上的5位選手各自拉開架勢，準(zhǔn)備出發(fā)。選手中，第四道，美國選手伯克的起跑姿勢最為引人注目：他雙手手心向下按在地上，兩腿前后分開，兩腳的地方挖了兩個小坑，俯身弓腰，臀部高高抬起，觀眾對伯克標(biāo)新立異的起跑姿勢感到非常好奇，他們議論紛紛，哄笑不已，甚至有人認(rèn)為照這樣蹲著起跑非摔跤不可!但之后的事情讓人們大跌眼鏡：只見伯克第一個從起跑線飛出，最終以12秒奪得了冠軍!

生物力學(xué)知識能給出伯克“蹲踞式”起跑姿勢合理的科學(xué)解釋。通過對蹲踞式起跑姿勢和站立式起跑姿勢的生物力學(xué)對比分析發(fā)現(xiàn)：蹲踞式起跑姿勢和站立式起跑姿勢中肌肉用力順序是不相同的，蹲踞式起跑中水平支撐反作用力明顯大于站立式起跑時的水平支撐反作用力，蹲踞式起跑時獲得的水平后蹬力遠(yuǎn)大于站立式起跑所獲得水平后蹬力，將使加速過程增快，能在較短的時間內(nèi)達(dá)到最大速度。

伯克取得的巨大成功證實(shí)了蹲踞式起跑姿勢的優(yōu)越性和科學(xué)性，推動了這項技術(shù)的傳播和普及，后來，經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，蹲踞式起跑方法成為現(xiàn)代田徑運(yùn)動中短跑項目的統(tǒng)一起跑方法，人類的短跑世界紀(jì)錄也在這種起跑的幫助下不斷提高。

另一個因動作姿勢改變而不斷創(chuàng)造新紀(jì)錄的經(jīng)典事例發(fā)生在跳高項目中。從運(yùn)動成績的角度看，一部現(xiàn)代跳高運(yùn)動史其實(shí)也是一部跳高姿勢的演化史，跳高成績的每一次飛躍都與運(yùn)動員尋求更加科學(xué)的跳高姿勢密切相關(guān)：1876年英國運(yùn)動員布魯克斯采用跨越式跳高姿勢首先突破1.83米大關(guān)：1887年，美國選手佩基以改良過的剪式跳高姿勢成功越過1.93米的高度；1895年，美國選手斯文尼斯以東方滾式跳高姿勢創(chuàng)造出1.97米的世界記錄；1912年，美國選手赫瑞尼采用西方滾式的跳高姿勢成為世界上第一個跳過2米高度的人；1941年，美國選手斯蒂爾以俯臥式跳高姿勢跳過2.11米……

1968年墨西哥奧運(yùn)會上，在那個俯臥式姿勢還占統(tǒng)治地位的時代，美國運(yùn)動員理查德·福斯伯憑借自己創(chuàng)造的背越式姿勢一舉躍過了2.24米的高度，它距當(dāng)時2.25米的世界紀(jì)錄僅差1厘米。背躍式跳高姿勢自然地利用了人體高度與彈跳的關(guān)系，只要腳有足夠的力量和借助跑步的飛躍，人的頭部能先越過去的地方，全身也能飛躍過去。這個符合人體工程學(xué)和人體力學(xué)原理的創(chuàng)新姿勢使人類跳高的極限在此后幾十年間上升了20厘米，達(dá)到2.45米。

結(jié)合運(yùn)動力學(xué)和人體工程學(xué)原理的游泳姿勢的改變使人類游得更快。早期的奧運(yùn)會游泳比賽并不是像和今天一樣按照不同泳姿分項比賽，而是只按比賽的長度來分項的，當(dāng)時運(yùn)動員以側(cè)泳泳姿為主。在1912年斯德哥爾摩奧運(yùn)會上，來自夏威夷的美國選手杜克·卡哈納莫庫首次采用了自由泳泳姿，結(jié)果他將100米泳的世界紀(jì)錄整整提高了5秒。這個成績在當(dāng)時簡直令人難以置信，賽后裁判們把他的游泳距離反復(fù)測算了4遍才承認(rèn)成績有效。從此以后，自由泳泳姿在全球普及開來。

讓看慣了固定姿勢運(yùn)動的人接受新的姿勢真不是件容易的事，但誰又能擔(dān)保未來一個又一個有著科學(xué)依據(jù)的“怪異”姿勢不會一次又一次地讓人類的運(yùn)動成績更高、更快呢?

世界紀(jì)錄高原制造

上世紀(jì)60年代，非洲的肯尼亞、坦桑尼亞等國的運(yùn)動員開始了對國際長跑比賽的長期統(tǒng)治，由于他們居住和訓(xùn)練地都在東非高原，因此引發(fā)了人們對海拔高度與人體及運(yùn)動成績關(guān)系的關(guān)注。

正當(dāng)人們紛紛推測在一定海拔高度進(jìn)行訓(xùn)練將可能會有助于提高耐力運(yùn)動成績時，1963年，國際奧委會決定，第19屆奧運(yùn)會將于1968年在海拔高度為2240米的墨西哥城舉行。高海拔使人們對生活在平原地區(qū)的運(yùn)動員能否適應(yīng)自然環(huán)境，能否發(fā)揮出最佳競技狀態(tài)表現(xiàn)出很大的憂慮。

不出人們所料，在墨西哥城奧運(yùn)會上，果真有一部分運(yùn)動員因不適應(yīng)這里的高原環(huán)境而導(dǎo)致運(yùn)動成績不理想，然而令人難以置信的是，這屆本不被人們“看好”的奧運(yùn)會竟然“集中”誕生了一批“高齡”世界紀(jì)錄：美國選手海因斯以9秒9打破男子100米世界紀(jì)錄，這一紀(jì)錄保持了15年之久；男子200米決賽中，美國選手托姆·史密斯以19秒8首破20秒大關(guān)，這一紀(jì)錄保持的時間是11年：男子400米跑世界紀(jì)錄被美國選手李·伊萬斯打破，成績是43秒86，它在10年之后才得以被改寫：男子跳遠(yuǎn)比賽中，美國著名選手鮑勃·比蒙跳出“世紀(jì)一跳”——8米90，超出當(dāng)時世界紀(jì)錄整整55厘米，這項驚人紀(jì)錄保持了23年，成為田徑世界紀(jì)錄中有數(shù)的幾個“老資格”紀(jì)錄之一，直到1991年才被美國名將鮑威爾打破。

在輝煌成績之外，在奧運(yùn)會結(jié)束后更發(fā)生了一些令人迷惑的事情：很多在奧運(yùn)會時狀態(tài)不佳的運(yùn)動員，他們在回到平原地區(qū)后不久，竟然紛紛達(dá)到了本人的最佳競技狀態(tài)!

因?yàn)檫@些奇怪現(xiàn)象的發(fā)生，高原環(huán)境與運(yùn)動成績間的關(guān)系引起了人們深入的思考，人們由此發(fā)現(xiàn)了自然環(huán)境對運(yùn)動成績的影響以及如何利用高原環(huán)境對運(yùn)動員進(jìn)行特殊訓(xùn)練的新型訓(xùn)練手段。

物理學(xué)知識告訴我們，重力隨高度上升而減小，高度每上升1000米，加速度每秒可提高0.3厘米。這樣，從理論上分析，一些運(yùn)動項目如果在高原上比賽，運(yùn)動能力的發(fā)揮可能要更高一些。比如，根據(jù)彈道學(xué)計算原理，在相當(dāng)于墨西哥城的海拔高度推鉛球時成績可提高6厘米，鏈球可提高53厘米，標(biāo)槍69厘米，鐵餅62厘米。另一方面，隨著高度的增加，空氣逐漸稀薄，空氣阻力也隨之減小。經(jīng)測算，在1829米的高度，空氣密度將減低19.9％：在2398米高度，空氣密度將減低25.7％?？諝庾枇Φ臏p小對于短

跑、跳遠(yuǎn)等項目有著“意想不到”的好處。

1984年，意大利體育記者吉奧·阿普雷里諾在一家體育雜志上發(fā)表了一項新穎獨(dú)特的見解，認(rèn)為在今后所有的大型比賽上，要將成績、風(fēng)速、體育場地海拔高度以及空氣的溫度、濕度和壓力準(zhǔn)確記錄在案，然后研究制訂出各項常數(shù)，以此來對選手的成績進(jìn)行換算，把那些有助于或妨礙運(yùn)動員出成績的各種因素除掉或加上。他的觀點(diǎn)得到了一些物理學(xué)家和地理學(xué)家的支持，也引起了國際業(yè)余田徑聯(lián)合會的重視。1987年，在意大利羅馬召開的國際業(yè)余田聯(lián)成立75周年大會上，當(dāng)時的國際業(yè)余田聯(lián)主席內(nèi)比奧羅將阿普雷里諾的這一建議提交大會進(jìn)行了討論。

現(xiàn)在，人們根據(jù)物理學(xué)知識，可以很容易地計算出影響田徑運(yùn)動員比賽成績的各種天氣、地理因素，并揭示出他們之間的關(guān)系。只要將比賽時的風(fēng)速情況按照順風(fēng)、逆風(fēng)分列開來，再列出比賽時的空氣濕度、溫度及比賽場地的海拔高度等影響比賽成績的因素，將其與運(yùn)動成績的關(guān)系進(jìn)行換算，就可以制成換算表格。按照這一方法，在任何時間和地點(diǎn)，在任何氣候條件下創(chuàng)造的運(yùn)動成績，只要查對一下?lián)Q算表，就可以知道其在外部極端標(biāo)準(zhǔn)下的真正成績。如果把比蒙在創(chuàng)造“世界一跳”時的環(huán)境因素考慮進(jìn)去，按照阿普雷里諾換算方法換算的話，那么比蒙這一跳的實(shí)際成績應(yīng)該修正為8.58米!

如果從地理學(xué)和人體科學(xué)的角度分析，利用高原環(huán)境進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練也有著充分的科學(xué)依據(jù)。高原自然環(huán)境總的特點(diǎn)是低氣壓、低氧、風(fēng)沙大、日照時間長、日夜溫差大、太陽輻射量和紫外線輻射量及宇宙射線輻射量高。人體生理學(xué)研究表明，在海拔2000米左右的高原地帶，運(yùn)動員即使在沒有訓(xùn)練負(fù)荷的情況下，有氧代謝系統(tǒng)仍要承受著一定的負(fù)荷，這樣，經(jīng)過一段時期，運(yùn)動員的機(jī)體就會發(fā)生適應(yīng)性變化，再加上進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，運(yùn)動員機(jī)體內(nèi)的血紅蛋白、白細(xì)胞和血球容積等將大大增加，人體耐酸能力也因此得到相應(yīng)提高，從而可以在短時期內(nèi)迅速提高運(yùn)動員的訓(xùn)練水平。

今天，高原訓(xùn)練的方法已經(jīng)被廣泛采用在備戰(zhàn)奧運(yùn)會的訓(xùn)練中。1992年巴塞羅那奧運(yùn)會游泳比賽有一半以上共計93塊獎牌的獲得者都在美國海拔高度2134米的弗拉格斯塔高原訓(xùn)練基地訓(xùn)練過，1996年亞特蘭大奧運(yùn)會，金牌總數(shù)排在前八位的美國、俄羅斯、德國、中國等國家均在不同程度上派遣運(yùn)動員在奧運(yùn)會前進(jìn)行了高原訓(xùn)練。

計算機(jī)“算”出來的冠軍

體育科學(xué)研究者們普遍認(rèn)為有兩個變量能夠幫助優(yōu)秀運(yùn)動員不斷創(chuàng)造佳績：一個是體育運(yùn)動器材。另一個就是人類自己的身體。在傳統(tǒng)的體育訓(xùn)練中，運(yùn)動員運(yùn)動技巧的改進(jìn)主要是依靠教練員和運(yùn)動員的自身經(jīng)驗(yàn)，而當(dāng)先進(jìn)的計算機(jī)、高速攝影機(jī)、電子傳感器等高科技設(shè)備進(jìn)入體育領(lǐng)域之后，這種被動的局面發(fā)生了革命性的改變。

計算機(jī)在體育訓(xùn)練領(lǐng)域大顯身手的第一個產(chǎn)物是對運(yùn)動員的動作技術(shù)分析。20世紀(jì)70年代末，開風(fēng)氣之先的美國研制出一種指導(dǎo)投擲運(yùn)動員進(jìn)行訓(xùn)練的計算機(jī)系統(tǒng)，此系統(tǒng)能用高速攝像機(jī)拍攝下運(yùn)動員的連續(xù)運(yùn)動過程，并迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用圖像反映出投擲物(標(biāo)槍、鐵餅)出手后幾秒內(nèi)的運(yùn)動軌跡和狀態(tài)，顯示出加速度、速度、角度、角速度等各種運(yùn)動參數(shù)，還能將實(shí)際參數(shù)與計算機(jī)的優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，指導(dǎo)運(yùn)動員及時改進(jìn)動作，進(jìn)而提高成績。

這套近乎“完美”的系統(tǒng)在實(shí)踐中取得了極大的成功。美國鐵餅運(yùn)動員馬克·威爾金斯在1976年奧運(yùn)會前的最好成績是66.78米，此后計算機(jī)專家和田徑教練員利用這套系統(tǒng)對他的技術(shù)動作進(jìn)行了“會診”。計算分析后發(fā)現(xiàn)，威爾金斯的技術(shù)動作中有兩處不合理，一是旋轉(zhuǎn)時鞋與地面摩擦系數(shù)過大，消耗了一部分能量：二是膝關(guān)節(jié)支撐技術(shù)有點(diǎn)小毛病。專家們認(rèn)為，如果這兩條都能有所改進(jìn)的話，威爾金斯保持的世界紀(jì)錄還將能提高3米!之后，威爾金斯根據(jù)專家建議的方法進(jìn)行訓(xùn)練，真的將自己保持的世界紀(jì)錄由66.78米提高到70.86米!這個實(shí)例鼓舞了很多人，并由此產(chǎn)生了一個意氣風(fēng)發(fā)的口號“我們設(shè)計成績”!

長期以來，選材的依據(jù)是教練員的眼光。而通常說來，眼光這東西富于經(jīng)驗(yàn)性，缺乏科學(xué)性，或者說缺乏由科學(xué)性所支撐的預(yù)見性，難以判斷那些不大起眼的男孩與女孩，日后哪一個會出落成翱翔藍(lán)天的天鵝，因此，在奧運(yùn)會歷史中不乏“丑小鴨”的故事。

當(dāng)計算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練領(lǐng)域后，單靠眼光和經(jīng)驗(yàn)挑苗子的做法已經(jīng)落伍了。從運(yùn)動訓(xùn)練學(xué)角度來看，選材的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標(biāo)做出預(yù)測，面對大面積選材來說，被調(diào)查對象成百上千，原始數(shù)據(jù)動輒上萬，若用人工統(tǒng)計，工程量浩繁，而如果用計算機(jī)程序，在輸入原始數(shù)據(jù)后，很快就能得到結(jié)果。計算機(jī)選材系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粶y者進(jìn)行各種生理和心理的測試，為選擇運(yùn)動員提供攝氧量、神經(jīng)類型、身高趨勢、營養(yǎng)狀況等科學(xué)指標(biāo)，通過對各項指標(biāo)的綜合判定，決定取舍。

80年代末期，日本內(nèi)海運(yùn)動電腦公司在順天堂大學(xué)體力測定研究室、運(yùn)動生理學(xué)研究室、田徑研究室等各研究室和東京大學(xué)醫(yī)務(wù)電子研究室的指導(dǎo)下，研制出一種可以提供運(yùn)動適用性診斷和訓(xùn)練處方的計算機(jī)。為了尋求運(yùn)動的“適應(yīng)度”、“可塑度”，研制中輸入了曾參與東京和莫斯科奧運(yùn)會的大約4000名運(yùn)動員的體型和體能資料。使用者將自己的年齡、性別、身高、體重、胸圍、反復(fù)橫跳、垂直跳等12項資料輸入計算機(jī)，屏幕上就會出現(xiàn)最適合你的運(yùn)動項目是什么，其次是什么，再其次是什么的答復(fù)。

這家公司曾用這套系統(tǒng)對優(yōu)秀馬拉松運(yùn)動員宗茂做了診斷。當(dāng)時輸入的資料是：身高178厘米，體重6l千克，胸圍87厘米。反復(fù)橫跳44次，垂直跳54厘米，背肌140千克，握力49千克，俯臥上體抬起56厘米，站立前屈11厘米，肺活量5320毫升。結(jié)果，屏幕上顯示宗茂對28個項目的適應(yīng)度和可塑度，而馬拉松在28個項目中顯出最高值，其次是競走。說明宗茂如果選擇競走，也有可能成為優(yōu)秀運(yùn)動員。這種“選材計算機(jī)”在漢城奧運(yùn)會上大受歡迎。

當(dāng)然，真正的計算機(jī)選材決不像這個系統(tǒng)這么簡單，它主要還是通過對被測試者的各種心理、生理指標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)內(nèi)定的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計規(guī)律決定取舍或給出結(jié)論。(文章代碼：0818)

[責(zé)任編輯]常汝先