對(duì)排球跨步墊球上肢各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

曾盛譽(yù)　趙小平　周文

摘 要：排球跨步墊球及以其為基礎(chǔ)的各種低姿勢(shì)墊球是排球比賽過(guò)程中使用頻率較高的墊球技術(shù)動(dòng)作。本文采用文獻(xiàn)資料法、專家訪談法、實(shí)驗(yàn)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、理論分析法等方法，利用三維高清攝影圖像解析技術(shù)，運(yùn)用生物力學(xué)原理和方法，對(duì)排球跨步墊球技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析，尋求跨步墊球動(dòng)作各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特征，并在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)原理綜合分析，對(duì)受試者動(dòng)作技術(shù)做出診斷、分析與評(píng)價(jià)，豐富排球教學(xué)理論，補(bǔ)充和完善排球墊球的生物力學(xué)研究，旨在為排球技術(shù)評(píng)價(jià)、教學(xué)與訓(xùn)練提供理論參考，促進(jìn)我國(guó)排球技術(shù)水平提高和排球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：排球；跨步墊球；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

一、前言

向前或向側(cè)跨一步墊球的動(dòng)作叫跨步墊球?？绮綁|球是當(dāng)來(lái)球離身體前方或斜前方較遠(yuǎn)而低，隊(duì)員來(lái)不及移動(dòng)正對(duì)球時(shí)采用，在接發(fā)球和防守中運(yùn)用較多，它又是各種低姿墊球動(dòng)作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代排球教材對(duì)跨步墊球的概述、對(duì)動(dòng)作技術(shù)的路線方向進(jìn)行一個(gè)大體的概括，缺乏對(duì)其技術(shù)動(dòng)作科學(xué)化的描寫和分析，導(dǎo)致在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，教學(xué)效果也不是很理想。本文采用三維高速攝影解析技術(shù)對(duì)跨步墊球技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，旨在探尋跨步墊球技術(shù)的動(dòng)作結(jié)構(gòu)特征，豐富和完善排球技術(shù)教學(xué)和教材理論，給動(dòng)作技術(shù)教學(xué)、訓(xùn)練、評(píng)價(jià)、診斷提供客觀的理論依據(jù)。

從目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)有的對(duì)于排球跨步墊球技術(shù)的研究有了一定的探索和成果，但是從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，還有很多的問(wèn)題和不足。排球跨步墊球是排球墊球中的基本技術(shù)動(dòng)作，大力加強(qiáng)排球技術(shù)動(dòng)作的研究力度，推動(dòng)排球技術(shù)水平的提高勢(shì)在必然。本文將利用三維高速攝影圖像解析技術(shù)，運(yùn)用生物力學(xué)原理和方法，對(duì)排球跨步墊球技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析，尋求跨步墊球動(dòng)作各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特征，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的綜合分析，對(duì)受試者動(dòng)作技術(shù)做出診斷、分析與評(píng)價(jià)，豐富排球教學(xué)理論，補(bǔ)充和完善排球墊球的生物力學(xué)研究，旨在為排球技術(shù)評(píng)價(jià)、教學(xué)與訓(xùn)練提供理論參考，促進(jìn)我國(guó)排球技術(shù)水平提高和排球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

二、研究對(duì)象與方法

1.研究對(duì)象

研究對(duì)象為湖南師范大學(xué)男子排球隊(duì)的3名主力運(yùn)動(dòng)員和女子排球隊(duì)的1名主力運(yùn)動(dòng)員，共計(jì)4名優(yōu)秀大學(xué)生排球運(yùn)動(dòng)員（運(yùn)動(dòng)員基本情況見表2-1）。研究?jī)?nèi)容為排球跨步墊球技術(shù)。

2.研究方法

本課題的研究方法主要采用實(shí)驗(yàn)法，運(yùn)用三維高清攝像解析系統(tǒng)對(duì)優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員的排球跨步墊球技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究。

（1）文獻(xiàn)資料法。通過(guò)人工及網(wǎng)絡(luò)搜索，查閱了中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)里面近二十年來(lái)關(guān)于排球墊球技術(shù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)及相關(guān)研究的文獻(xiàn)資料，以及其它期刊中相關(guān)論文和著作。對(duì)排球技術(shù)的研究情況和生物力學(xué)的研究進(jìn)展，有了較全面的了解，并形成了文獻(xiàn)綜述，為本研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（2）專家訪談法。咨詢有關(guān)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究專家和教師，向其請(qǐng)教論文實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理和分析等方面的問(wèn)題。

（3）實(shí)驗(yàn)法。采用三維高清攝影圖像解析技術(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行拍攝并后期進(jìn)行分析。

（4）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。利用QToolS軟件和Excel軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。

3.測(cè)試程序

模擬比賽情況，受試者進(jìn)行充分的準(zhǔn)備活動(dòng)后，按實(shí)驗(yàn)要求，在專家的指導(dǎo)下在測(cè)試范圍內(nèi)作跨步墊球動(dòng)作，每名測(cè)試對(duì)象完成兩次跨步墊球，按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拍攝（以右側(cè)跨步動(dòng)作為例）。由現(xiàn)場(chǎng)專家選定效果較好、技術(shù)較規(guī)范的兩名運(yùn)動(dòng)員的跨步墊球動(dòng)作為分析對(duì)象，然后計(jì)算數(shù)據(jù)的平均值。

4.測(cè)試方法

采用三維定點(diǎn)攝像的方法，用兩部高清攝影機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象的跨步墊球技術(shù)進(jìn)行三維定點(diǎn)拍攝，運(yùn)用相應(yīng)的解析系統(tǒng)對(duì)其動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行解析，得出測(cè)試指標(biāo)參數(shù)。一部置于運(yùn)動(dòng)員的右側(cè)，一部置于運(yùn)動(dòng)員的前方，兩部攝像機(jī)主光軸約成 90度，拍攝頻率為50Hz。高清錄像拍攝，頻率25幀/秒，經(jīng)奇偶場(chǎng)分離后頻率相當(dāng)于50場(chǎng)/秒。采用2臺(tái)sony FX-2000E高清攝像機(jī)拍攝視頻。

標(biāo)定框架采用國(guó)家體一育總局體育科學(xué)研究所的PEAK輻射式三維標(biāo)定框架，標(biāo)定精度高。選擇被分析的動(dòng)作時(shí)，選擇的整個(gè)動(dòng)作位于框架標(biāo)定范圍內(nèi)。

使用SIMI motion視頻解析系統(tǒng)對(duì)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行解析，采用扎齊奧爾斯基人體模型，人體模型取系統(tǒng)軟件自帶的人體模型，分析數(shù)據(jù)包括身體重心、軀干、各關(guān)節(jié)點(diǎn)位移速度以及各關(guān)節(jié)和軀干的角度和各時(shí)段的時(shí)間等數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)采用數(shù)字化濾波法進(jìn)行平滑處理，截?cái)囝l率為10，用EXCEL 2000對(duì)視訊系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，并編輯公式計(jì)算人體基本平面方程系數(shù)以及關(guān)節(jié)點(diǎn)在各個(gè)平面的投影坐標(biāo)，再用Q-Tools計(jì)算關(guān)節(jié)角度。用Origin7.0做三維坐標(biāo)圖。對(duì)解析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析與研究，并做參數(shù)間的相關(guān)分析，運(yùn)用相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)描述動(dòng)作過(guò)程，建立整個(gè)動(dòng)作結(jié)構(gòu)相關(guān)環(huán)節(jié)間夾角、角速度、角加速度、速度、身體重心等量化指標(biāo)和參數(shù)，揭示動(dòng)作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)和規(guī)律。

三、動(dòng)作階段的劃分

動(dòng)作階段劃分是研究技術(shù)動(dòng)作的重要環(huán)節(jié)。排球運(yùn)動(dòng)員跨步墊球技術(shù)是由準(zhǔn)備姿勢(shì)、跨步、墊球、隨后動(dòng)作四個(gè)環(huán)節(jié)組成，而對(duì)擊球效果起決定作用的是跨步和墊球兩個(gè)環(huán)節(jié)。為了確定動(dòng)作結(jié)構(gòu)和時(shí)相劃分方便，本文首先確定了不同動(dòng)作階段的臨界點(diǎn)，它可表征各動(dòng)作階段基本力學(xué)特征與動(dòng)作質(zhì)量。我們依照排球跨步墊球動(dòng)作的順序把跨步墊球動(dòng)作分為跨步階段、擊球階段、隨后階段。

1.跨步階段

準(zhǔn)備姿勢(shì)→跨步結(jié)束。該階段對(duì)應(yīng)的時(shí)間為1.4s-3.3s。

2.擊球階段

跨步結(jié)束→擊球瞬間。該階段對(duì)應(yīng)的時(shí)間為3.3s-4.1s。

3.隨后階段

擊球瞬間→擊球結(jié)束。該階段對(duì)應(yīng)的時(shí)間為4.1s-5.2s。

四、研究結(jié)果與分析

1.排球跨步墊球技術(shù)上肢各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

（1）肩關(guān)節(jié)的角度特征。由圖1可看出兩肩關(guān)節(jié)在擊球過(guò)程中的角度隨時(shí)間的變化，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員左右肩關(guān)節(jié)角度在跨步墊球各個(gè)階段都非常接近。左右肩關(guān)節(jié)角在整個(gè)擊球過(guò)程中變化的趨勢(shì)是一致的，而且兩條曲線幾乎重合。在跨步階段，兩手臂合攏同時(shí)向前下方運(yùn)動(dòng)，插入球的底部，為擊球做好準(zhǔn)備，此階段兩肩關(guān)節(jié)角變化不大。在擊球階段，雙臂上抬同時(shí)雙腳蹬地帶動(dòng)身體平穩(wěn)向上運(yùn)動(dòng)迎擊來(lái)球，兩肩關(guān)節(jié)角處于不斷增大過(guò)程中。當(dāng)擊中球后，兩肩則保持擊球時(shí)的角度，主要由下肢帶動(dòng)上體運(yùn)動(dòng)完成擊球后的隨后動(dòng)作。

（2）肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。圖2是左右肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化曲線。從上圖中可以看出在整個(gè)動(dòng)作中左右肘關(guān)節(jié)幾乎一直保持在伸展的狀態(tài)，擊球時(shí)肘關(guān)節(jié)達(dá)到最大伸展，接近180°。在抬臂擊球過(guò)程中雙手肩、肘、腕三個(gè)關(guān)節(jié)的連線盡可能的形成一條直線，在擊球時(shí)以一個(gè)較大、較平的接觸面迎擊球，左右肘關(guān)節(jié)是否夾緊伸直是擊球是否平穩(wěn)的關(guān)鍵。

（3）腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。圖3是腕關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的曲線。由圖7可知，在整個(gè)擊球過(guò)程中腕關(guān)節(jié)的變化不大，在135°～170°之間，這是因?yàn)橥箨P(guān)節(jié)活動(dòng)情況和擊球時(shí)腕關(guān)節(jié)姿勢(shì)主要影響球的方向，在跨步階段時(shí)，擊球手型就已經(jīng)固定，在擊球時(shí)要求手腕下壓，使前臂隨之外展，從而前臂的近腕關(guān)節(jié)端形成一個(gè)較大的接觸面。在與球接觸時(shí)增大了擊球面，也就達(dá)到了更穩(wěn)定的擊球效果，同時(shí)擊球結(jié)束后保持擊球時(shí)的手型。完成擊球后的隨后動(dòng)作使球墊擊后達(dá)到平穩(wěn)的運(yùn)行效果。

（4）各環(huán)節(jié)的速度特征?？绮綁|球動(dòng)作在排球運(yùn)動(dòng)中是一項(xiàng)基本技術(shù)，在比賽中主要用于接發(fā)球、接扣球、接攔回球等，要求接球后，球的運(yùn)行速度較慢而且平穩(wěn)飛行，以便于接球后組織進(jìn)攻。由圖4中我們可以看出，在擊球階段肘關(guān)節(jié)和手腕關(guān)節(jié)的速度是上升的過(guò)程，因?yàn)樵谠撾A段手臂以肩關(guān)節(jié)為軸向上抬臂，以減小擊球前全身運(yùn)動(dòng)的幅度，保證擊球的穩(wěn)定性。跨步墊球動(dòng)作上肢各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)是依次加速和制動(dòng)的，肘、腕的速度在擊球前幾乎同時(shí)達(dá)到最大值。肩關(guān)節(jié)在2.94s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.40m/s，肘關(guān)節(jié)在3.76s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.55m/s，腕關(guān)節(jié)在3.96s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.68m/s。上肢各環(huán)節(jié)在跨步階段速度都很小，隨著跨步結(jié)束，雙腳蹬地、提肩、壓腕、抬臂，肩關(guān)節(jié)作為環(huán)節(jié)鏈的起點(diǎn)首先加速，緊接著雙臂以肩關(guān)節(jié)為軸向上加速。手臂成直線向上擊球，肘、腕環(huán)節(jié)的速度變化趨勢(shì)相同，但腕關(guān)節(jié)處于環(huán)節(jié)鏈的最遠(yuǎn)端，因此，腕關(guān)節(jié)的速度高于肘關(guān)節(jié)的速度。

2.排球跨步墊球技術(shù)軀干運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。肩髖與水平面的夾角，反映上體的傾斜程度。由圖5可知，上體的傾斜度在55°～72°之間，而且在整個(gè)擊球過(guò)程中變化的幅度非常小?？绮綁|球要求軀干保持直立稍前傾，這樣有利于移動(dòng)，同時(shí)給手臂的運(yùn)動(dòng)有恰當(dāng)?shù)目臻g。在跨步階段，隨著雙臂向前下方運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備擊球，肩髖與水平面的夾角處于緩慢下降的過(guò)程。在擊球階段，隨著雙腳蹬地手臂上抬擊球，肩髖與水平面的夾角則處于平穩(wěn)上升的過(guò)程。

五、結(jié)論

1.跨步墊球技術(shù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)的分類

本研究對(duì)排球跨步墊球技術(shù)的嘗試性劃分是對(duì)目前排球跨步墊球技術(shù)劃分理論的大膽嘗試。筆者根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中關(guān)于技術(shù)動(dòng)作的階段劃分原理，根據(jù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)與動(dòng)作任務(wù)的不同，把排球跨步墊球術(shù)分為跨步階段、擊球階段和擊球后的隨后階段。

2.跨步墊球技術(shù)上肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

上肢各環(huán)節(jié)活動(dòng)順序?yàn)椋很|干—肩關(guān)節(jié)—肘關(guān)節(jié)—腕關(guān)節(jié)，并符合鞭打類技術(shù)動(dòng)作生物力學(xué)原理。肩關(guān)節(jié)在2.94s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.40m/s，肘關(guān)節(jié)在3.76s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.55m/s，腕關(guān)節(jié)在3.96s時(shí)出現(xiàn)最大速度為0.68m/s。上肢各環(huán)節(jié)在跨步階段速度都很小，隨著跨步結(jié)束，雙腳蹬地、提肩、壓腕、抬臂、肩關(guān)節(jié)作為環(huán)節(jié)鏈的起點(diǎn)首先加速，緊接著雙臂以肩關(guān)節(jié)為軸向上加速。手臂成直線向上擊球，肘、腕環(huán)節(jié)的速度變化趨勢(shì)相同，但腕關(guān)節(jié)處于環(huán)節(jié)鏈的最遠(yuǎn)端，因此，腕關(guān)節(jié)的速度高于肘關(guān)節(jié)的速度。上肢各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的速度變化表現(xiàn)為從上臂到手的依次加速與制動(dòng)，速度從近體運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)到末端運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)依次遞增，并使末端運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)在擊球前表現(xiàn)出最大運(yùn)動(dòng)速度。

3.跨步墊球技術(shù)軀干的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

本研究用肩髖與X軸的夾角反映上體的傾斜程度，該角度在55°～72°之間，而且在整個(gè)擊球過(guò)程中變化的幅度非常小。在跨步階段，隨著雙臂向前下方運(yùn)動(dòng)，肩髖與X軸的夾角處于緩慢下降的過(guò)程。而在擊球階段，隨著雙腳蹬地手臂上抬擊球，肩髖與X軸的夾角則處于平穩(wěn)上升的過(guò)程。

六、結(jié)語(yǔ)

跨步墊球技術(shù)在比賽中與其他墊球技術(shù)相比應(yīng)用廣泛，技術(shù)結(jié)構(gòu)較為合理。采用跨步，身體重心位于兩支撐腳之間，支撐比較穩(wěn)定?？绮綁|球有利于肌肉用力的控制，也就可以較好地控制來(lái)球。

三維攝影技術(shù)是先進(jìn)的、可行的研究排球技術(shù)動(dòng)作的方法，它可對(duì)排球技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可得出身體各個(gè)環(huán)節(jié)在空間位置的各種變化情況。但今后應(yīng)結(jié)合三維動(dòng)力學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，通過(guò)同步裝置，對(duì)跨步墊球進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的同步分析，只有這樣才能更全面地分析跨步墊球的技術(shù)特征和內(nèi)在規(guī)律。

隨著社會(huì)的發(fā)展，排球運(yùn)動(dòng)將得以更廣泛的普及和更科學(xué)化的發(fā)展，排球運(yùn)動(dòng)的技術(shù)原理、動(dòng)作、科學(xué)的教學(xué)訓(xùn)練理論與方法等課題還有待于深入研究，揭示其科學(xué)的本質(zhì)和內(nèi)在的規(guī)律，將有助于推動(dòng)其科學(xué)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃漢升.球類運(yùn)動(dòng)——排球[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]桑迎春.排球正面墊球的教法分析[J].集思廣益，2004（4）：30.

[3]鄒靈通.談排球教學(xué)中墊球的三個(gè)問(wèn)題[J].學(xué)術(shù)論壇，2009（3）：287.

[4]陳新禎.排球墊球技術(shù)的練習(xí)及在比賽中的運(yùn)用[J].泰安師專學(xué)報(bào)，2001，23（3）：83-85.

[5]林森.對(duì)排球墊球技術(shù)在比賽中運(yùn)用狀況的理論分析[J].沈陽(yáng)體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23（1）：98-99，104.

[6]葉永延，等.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1998.

[7]邵偉德，等.論現(xiàn)代體育科學(xué)研究方法論的幾個(gè)特征[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（4）：454-456.

[8]羅建新.論現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究方法的基本特征[J].成都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（1）：104-106.

[9]洪友廉.國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究發(fā)展的現(xiàn)狀和前景[J].體育科研，2009（2）：54-60.

[10]楊慧馨，楊雷.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在武術(shù)動(dòng)作技術(shù)分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J].哈爾濱體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（5）：145-147.

注：本論文為2012年湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)為12C1035。

作者簡(jiǎn)介：曾盛譽(yù)（1982— ），女，湖南益陽(yáng)人，碩士研究生，講師，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。