對現(xiàn)代短跑技術若干問題的重新審視

姜自立 李慶 曹人天

摘 要：基于短跑生物力學的最新研究成果，并結合多年的短跑訓練經驗，對現(xiàn)代短跑技術中存在爭議的若干問題進行了重新審視，得出如下結論：起跑時，“左前右后”的蹲踞方式可以提高運動員的反應速度，雙腳同時蹬離起跑器能比單腳蹬離起跑器產生更大的動作沖量；在純加速階段，增大步長比增加步頻更有利于提高跑的經濟性，“搖擺型”步態(tài)比“直線型”步態(tài)更有利于提高加速度；在途中跑階段，“非對稱反彈技術”比“彈簧-質點技術”產生更大的地反力，“五分法”比“四分法”更為準確地反映出短跑運動的技術特征和優(yōu)化全程速度節(jié)奏。

關 鍵 詞：訓練與競賽；現(xiàn)代短跑技術；反應時間；動作沖量；加速度；步寬；速度節(jié)奏

中圖分類號：G822.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2016）04-0006-06

Reexamination of several issues about modern sprint techniques

JIANG Zi-li1，LI Qing1，CAO Ren-tian2

（1.Department of Physical Education，，Tsinghua University，Beijing 100084，China；

2.Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Abstract： Based on latest research achievements in sprint biomechanics， and coupled with several years of experience in sprint training， the authors reexamined several controversial issues about modern sprint techniques， and drew the following conclusions： at starting， the “l(fā)eft foot front and right foot rear” squatting manner can improve athletes reaction speed， hitting the starting blocks with both feet can produce more action momentum than hitting the starting block with one foot； at the pure acceleration stage， increasing stride length is more conducive to enhancing running economy than increasing stride frequency； “swaying” type running is more conducive to increasing acceleration than “straight line” type running； at the midway running stage， the “asymmetrical rebounding technique” produces a ground rebounding force greater than that produced by the “spring-mass technique”； the “5-stage dividing method” can reflect print technical characteristics and optimize full course speed rhythm in a way more accurate than the “4-stage dividing method”.

Key words： competition and training；modern sprint technique；reaction time；action momentum；acceleration；stride width；speed rhythm

短跑是競技體育中重要的基礎性項目，短跑成績的突破可帶動其他運動項目的發(fā)展。在運動訓練中，運動表現(xiàn)的突破主要依賴于運動員身體形態(tài)的改變、生理機能的提高和運動技術的完善3個方面。但是，隨著人類體能逐漸逼近極限，尤其是對于成年運動員而言，身體形態(tài)將維持在一個相對穩(wěn)定的水平上，能量代謝的可塑空間也將受到限制，因此，運動成績的提高就主要依賴于運動技術的進一步完善[1]。近年來，隨著短跑生物力學研究的不斷深入，訓練界對短跑技術的認識在很多方面已經達成了一致。然而，在當前的短跑訓練實踐中，關于“起跑時如何選擇擺動腿、如何蹬離起跑器，加速跑時如何調整步長和步頻、如何控制步態(tài)特征，途中跑時如何優(yōu)化力量輸出效率、如何調整全程速度節(jié)奏”等技術環(huán)節(jié)的認識仍然存在較大爭議，且這些爭議和分歧在一定程度上影響到了短跑運動水平的進一步提高。鑒于此，本研究基于短跑技術的最新研究成果，并結合多年的短跑訓練經驗，對上述具有爭議和分歧的技術環(huán)節(jié)進行了重新審視，以期為短跑訓練實踐提供參考。

1 起跑技術

1.1 “個人習慣”與“左前右后”

在田徑比賽中，反應時是指槍響后到力量出現(xiàn)變化之初的時距。在當今世界級男子100 m比賽中，比賽勝負往往在毫秒之間，而運動員的起跑反應時間約占比賽總時間的5%，更為重要的是，反應速度的快慢還會影響到運動員的全程節(jié)奏[2]。

對于短跑運動而言，運動員的雙腿是同等重要的。因此，大多數(shù)短跑教練員在訓練實踐中主張運動員在起跑時根據(jù)個人偏好或習慣選擇“擺動腿”。在神經傳導速度既定的條件下，運動員的反應速度主要取決于運動條件反射的鞏固程度，即起跑技術的熟練程度[2]。然而，也有不少教練認為，就蹲踞式起跑技術而言，運動員雙腿的作用是非對稱的。因為蹲踞式起跑的技術特征決定了運動員的雙腿需前后放置，擺動腿或后置腿在槍響后需率先做出反應，并在隨后進行相對運動[3]。而在人體內，肢體主要受對側大腦半球的控制，即右側大腦控制左側肢體，左側大腦控制右側肢體[5]。由于右腦具有更強的空間和口令處理能力（對信號的察覺能力）[6]，而左腦則具有更強的執(zhí)行肌肉力量的能力[7-8]。因此，從理論上看，“左前右后”的蹲踞方式可以使運動員獲得更快的反應速度和動作速度。這一假設也得到Eikenberry等[4]的證實，他們的研究表明，右腳在后比左腳在后的反應時間快80 ms，而右腳在后比左腳在后的動作時間快104 ms。因此，當右腳在后時，運動員能得到近80 ms的反應時間優(yōu)勢和104 ms的動作時間優(yōu)勢。本研究對近5屆世界田徑錦標錦男子100 m決賽的視頻進行分析后發(fā)現(xiàn)，約93%的運動員采用“左前右后”的蹲踞方式。其中，黃種人最快紀錄保持者蘇炳添在將“右前左后”的蹲踞方式改為“左前右后”的蹲踞方式后，100 m成績也由10.04 s提高到了9.99 s。

因此，反應速度不僅取決于運動員的個人偏好或訓練習慣（起跑技術的熟練程度），還取決于大腦組織的特定功能。因此，對于青少年運動員而言，應從小養(yǎng)成“左前右后”的起跑習慣；而對于尚未形成“左前右后”起跑習慣的成年運動員而言，蹲踞方式的改變或許是運動成績再次取得突破的重要途徑。值得注意的是，起跑技術的改進一般應安排在過渡期或一般準備期內進行，只有這樣才能使運動員有足夠的時間來改進和適應新技術。

1.2 單腳蹬離起跑器與雙腳蹬離起跑器

在短跑比賽中，起跑的主要目的是讓運動員獲得一個盡可能大的動作沖量和初速度，以使身體迅速地擺脫靜止狀態(tài)。為了達到此目的，運動員在蹬離起跑器時必須產生足夠大的垂直力量以克服地球引力的作用。同時，運動員也必須產生盡可能大的水平力量以推動身體向前位移[3]。

在當前的短跑訓練實踐中，運動員普遍采用“單腳蹬離起跑器”技術，即在聽到發(fā)令槍響后，運動員以前置腿為支撐，迅速邁出擺動腿。其基本原理是，通過支撐腿的積極蹬伸和擴大擺動腿的擺動幅度來增加運動員的動作沖量和初速度。然而，我們通過對短跑訓練和比賽的長期觀察發(fā)現(xiàn)，“單腳蹬離起跑器技術”容易導致運動員起跑后的第1步過大、身體重心的過早抬起和產生過大的垂直分量，進而導致“起跑-加速”技術銜接的脫節(jié)，最終導致運動表現(xiàn)的降低。為了避免“單腳蹬離起跑器技術”的缺陷，近年來世界級的短跑運動員開始采用“雙腳蹬離起跑器技術”，即在聽到發(fā)令槍響后，運動員雙腳同時用力蹬離起跑器，并順勢邁出擺動腿。由于“雙腳蹬離起跑器技術”減少了擺動腿的擺動幅度，因而可以防止運動員身體重心的過早抬起和避免產生過大的垂直分量。另一方面，“雙腳同時蹬離起跑器”可以比“單腳蹬離起跑器”產生更大的動作沖量。2011年，美國著名生物力學專家Mann等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，相對于普通組短跑運動員（10.10～10.35 s），精英組短跑運動員（9.83～10.0 s）在起跑時有一個明顯的“雙腳同時蹬離起跑器”的動作，而普通組短跑運動員卻沒有掌握此技術環(huán)節(jié)。精英短跑運動員單腳蹬離起跑器時產生的水平分量和垂直力量分別為900 N和1 200 N，而雙腳同時蹬離起跑器時產生的水平分量和垂直分量分別可達到1 200 N和1 400 N[9]，即兩者之間的水平和垂直力量分別相差約300和200 N。顯然，300 N的水平力量優(yōu)勢和200 N的垂直力量優(yōu)勢對于一個爆炸性起跑的意義是非常重大的。

因此，“雙腳蹬離起跑器技術”能比“單腳蹬離起跑器技術”產生更大的動作沖量，并能有效地避免身體重心的過早抬起，增加運動員的初速度和跑動時的向前性。但值得注意的是，一個流暢的蹬離技術同樣也是獲得最佳動作沖量和初速度的必要條件。因此，如何使運動員掌握“雙腳蹬離起跑器技術”也是教練員必須重視的問題。在短跑訓練實踐中，“雙腳蹬離起跑器技術”的常用輔助練習主要包括雙腳半蹲式前拋實心球、后拋實心球、立定跳遠等末端釋放訓練[10-12]。

2 加速跑技術

2.1 增大步長與增加步頻

步長與步頻是影響跑速的兩個基礎變量，兩者的合理組合是變換節(jié)奏、節(jié)省能量和提高跑步經濟性的重要途徑。在短跑訓練實踐中，運動員在蹬離起跑器后應該先通過加快步頻來提高加速度，還是應該先通過增加步長來提高加速度，一直是短跑技術領域中具有較大爭議的問題。有的教練員認為，起跑后迅速增加步頻有利于獲得更大的加速度；但也有教練員認為，起跑后先增加步長有利于節(jié)省能量、優(yōu)化節(jié)奏和提高全程表現(xiàn)。

從100 m跑的專項特征來看，加速跑的主要目的有兩個：一是獲得盡可能大的水平加速度，為運動員在隨后的比賽中達到最大速度做準備；二是節(jié)省能量，為運動員保持最大速度作儲備。前期研究表明，在世界級的100 m比賽中，當跑速低于9 m/s時，步長的增加比步頻增加更加有利于運動員獲得更大的動作加速度[13]，而優(yōu)秀運動員在純加速階段（0～20 m）的最大速度一般都在低于9 m/s，因此，步長是該階段速度增加的主導變量；另有研究表明，在周期性運動中肌肉收縮的能量消耗與肌肉的收縮速度成立方比，即肌肉的收縮速度每增加1倍，其耗氧量就會增加7倍[14]。因此，從能量代謝的角度來看，在加速階段通過增加步長提高加速度比通過加快步頻提高加速度更具經濟性[15]。此外，運動員的最大速度取決于神經-肌肉系統(tǒng)的協(xié)調和放松能力，若運動員在蹬離起跑器后急于增加步頻，必然會導致神經-肌肉系統(tǒng)的過度緊張，這不利于中樞神經系統(tǒng)快速發(fā)放神經沖動，也不利于ATP的重新合成，從而對全程節(jié)奏和運動成績產生不利影響。Ito等[16]對優(yōu)秀組短跑運動員（10.12～10.32 s，n=9人）和普通組短跑運動員（10.40～10.90 s，n=9）加速階段的步長和步頻變化特征進行了對比研究。結果顯示，在純加速階段（0～8步），優(yōu)秀組短跑運動員的步長明顯大于普通組，同時，優(yōu)秀組短跑運動員的步頻又明顯小于普通組，這一結論也得到了Mann等[9]著名短跑生物力學專家的支持。

因此，在100 m比賽的加速階段，步長的增加比步頻的增加更有利于運動員提高水平加速度和跑的經濟性，進而提高整體運動表現(xiàn)。值得注意的是，運動員在蹬離起跑器后第1步和第2步的步長不宜過大，否則會導致運動員的身體重心過早抬起，不利于加速。研究表明，世界級短跑運動員（9.83～10.00 s）的起跑后第1步和第2步的步長分別為1.13 m和1.30 m，優(yōu)秀短跑運動員（10.10～10.35 s）分別為1.17 m和1.40 m，一般短跑運動員（10.50～11.00 s）分別為1.21 m和1.50 m[9]。在短跑訓練實踐中，為了防止運動員在起跑后過早增大步長，教練員可以通過“跑格”的方式來限制運動員在加速階段的步長。必須強調的是，步長的調整不能一蹴而就，而應循序漸進，如從每步增加或縮短2～3 cm開始，逐漸使運動員在加速階段達到理想的步長，否則將會破壞運動員的整體技術動作結構和全程節(jié)奏。

2.2 “直線型”步態(tài)與“搖擺型”步態(tài)

步寬是指運動員在跑動過程中雙腳觸地點之間的平行距離[17]。在短跑比賽中，運動員在蹬離起跑器后應該采用什么樣的步態(tài)模式也一直是短跑技術中具有爭議的問題。在短跑訓練實踐中，有的教練員主張運動員在蹬離起跑器后使用觸地點接近身體重心、步寬較小的“直線型”步態(tài)；也有的教練員則主張運動員使用觸地點遠離身體重心、步寬較大的“搖擺型”步態(tài)（圖1）。

通過“倒立彈簧擺”理論模型分析可知，相對于直線型步態(tài)，搖擺型步態(tài)更有助于運動員獲得更大的加速度。如圖2所示，腳的觸地點與身體軸線方向的分開角度為α，觸地階段產生的小轉角為β，轉動方向如圖2中所示方向，繞軸順時針轉動，其中L1為質心到觸地點的距離，即腿的長度，L2為質心到轉動軸的距離，令I1為直線型步態(tài)轉動時的轉動慣量，I2為搖擺型步態(tài)的轉動慣量，由此可以得出如下關系：

其中，E1為直線型步態(tài)的轉動動能，E2為搖擺型步態(tài)的轉動動能，ω1為直線型步態(tài)的轉動角速度，ω2為搖擺型步態(tài)的轉動角速度。由公式（2）、（3）可知，若想達到相同的角速度，相對于直線型步態(tài)，搖擺型步態(tài)所需的轉動動能更小，那么在前一次蹬擺中獲得的水平動能則能較少地轉化為轉動動能，從而有利于節(jié)省更多的能量消耗；又由轉動慣量公式可知，若兩種步態(tài)特征轉過的角度相同，在小角度轉動中，轉動慣量較小的搖擺型步態(tài)在轉過相同角度時的角速度會比直線型步態(tài)更快，即搖擺型步態(tài)比直線型步態(tài)能獲得更大的加速度，從而更有利于運動員在加速階段達到迅速擺脫靜止狀態(tài)的目的。

進入到途中跑階段后，運動員已經獲得了較大的動作慣性和水平加速度，因此，此階段的主要目的也就變成了“達到和保持最大速度”。由于搖擺型步態(tài)的步寬較大，跑動時向兩側損失的地反力分量也就比直線型步態(tài)大，這不利于運動員將所產生的地反力轉化成水平速度；而“直線型”步態(tài)因步寬較小，蹬地時向兩側損失的地反力分量也相對較小，因此，更有利于將運動員所產生地反力轉化成水平速度，推動身體向前位移，以達到和保持最大速度。在世界短跑名將中，采用“搖擺型”步態(tài)的典型代表有尤塞恩·博爾特、約翰·布雷克、泰森·蓋伊等，而采用“直線型”步態(tài)的典型代表只有阿塞法·鮑威爾。另外，Ito等[16]研究表明，優(yōu)秀短跑運動員（10.12～10.32 s，n=9）在蹬離起跑器后0～7步的步寬在28～38 cm之間，但隨著比賽的推進，運動員會逐漸將步寬縮小，當進入到途中跑階段后，步寬縮小到了17 cm左右，變成了直線型步態(tài)。

因此，在純加速階段，步寬較大的“搖擺型”步態(tài)更有利于運動員迅速地擺脫靜止狀態(tài)，獲更大的加速度；而進入到途中跑階段后，步寬較小的“直線型”步態(tài)則有利于減少運動員觸地時地反力分量的損失，將所有地反力轉化成水平位移，以達到和保持最大速度。

3 途中跑技術

3.1 “彈簧-質點技術”與“非對稱反彈技術”

“彈簧-質點”理論最早形成于20世紀80年代，也正是從那時起，世界短跑技術的發(fā)展就一直受到“彈簧-質點”理論的影響，即在觸地時的制動階段，當?shù)匦囊瓌舆\動員身體重心下沉時，肢體被壓縮的同時將肌肉中的彈性成分拉長，儲存彈性勢能，并在觸地時的驅動階段通過彈性回縮釋放彈性勢能，提升身體重心，推動身體向前位移[18]。迄今為止，仍有不少訓練學專家和教練認為，運動員在跑步過程中的每次觸地都是通過“類似于彈簧的方式”來優(yōu)化力量輸出、提高跑的經濟性和整體表現(xiàn)。在“彈簧-質點”理論的影響下，教練員們在短跑訓練實踐中會特別重視通過大量的杠鈴深蹲練習和超等長練習來提高運動員的髖部伸肌的力量和地反力。毋庸置疑，杠鈴深蹲和超等長練習都是提高短跑運動表現(xiàn)的有效手段。但也有不少學者認為，“彈簧-質點”理論并不能合理地解釋精英短跑運動員為什么比普通運動員跑得更快這一現(xiàn)象。

2014年，Clark等[19]通過不同水平運動員跑步時的地反力參數(shù)進行了對比研究。結果顯示，精英短跑運動員與一般運動員觸地時的地反力波形曲線存在明顯差異，即普通運動員觸地時的地反力波形曲線與“彈簧-質點”模型的地反力波形曲線基本一致，但精英短跑運動員觸地時的地反力波形曲線卻與“彈簧-質點”模型的地反力波形曲線不符，即精英短跑運動員在觸地時制動階段的地反力波形曲線出現(xiàn)了明顯的向左偏移。這說明，精英短跑運動員之所以能比普通短跑運動員跑得更快，在于他們獨特的肢體動力學特征。從技術結構的層面而言，普通運動員在觸地時僅被動地利用了腿部的“地反力”來推動身體向前位移，而精英短跑運動員會在觸地前盡量抬高膝蓋，并在最初觸地后將膝和踝關節(jié)的角速度降低2%，同時使踝關節(jié)保持僵硬，以降低小腿的擺動或晃動，并最終通過阻止小腿的晃動來提高腳對地面的沖擊力。由此可見，相對于普通運動員而言，精英短跑運動員掌握了一種獨特的“鞭打和力量傳送”技術，而普通運動員卻沒有掌握這種技術。由于精英短跑運動員在觸地時力量的輸出和傳遞過程存在著明顯的非對稱性，因此，可將這種獨特的力量輸出和傳輸過程稱之為“非對稱反彈技術”?！胺菍ΨQ反彈技術”是在“彈簧-質點技術”的基礎上更加強調運動員觸地時的“趴地”或“鞭打”動作，因此這種技術對運動員髖關節(jié)的靈活性和柔韌性、髖部屈肌以及股后肌群的力量也提出了更高的要求。在短跑訓練實踐中，彈力帶屈髖練習、負重弓箭步、跨步跳等輔助練習在生物力學特征上與“非對稱反彈技術”相近，因此，有助于運動員掌握“非對稱反彈技術”。

3.2 “四分法”與“五分法”

全程速度節(jié)奏既是短跑技術的一個重要組成部分，也是教練員制定比賽策略、診斷專項能力、設計訓練方法和手段的重要依據(jù)[20]。

在過去的研究和訓練實踐中，訓練學專家和教練員們根據(jù)世界高水平短跑運動員比賽中的“速度曲線變化特征”，將100 m跑的全程節(jié)奏劃分為起跑、加速跑（0～30 m）、途中跑（30～80 m）和沖刺跑（80～100 m）4個階段[21-22]（簡稱“四分法”），并以此為依據(jù)安排和設計短跑訓練。然而，由公式“速度=步長×步頻”可知，以速度曲線的變化特征為依據(jù)對100 m全程節(jié)奏進行劃分并不能準確地反映出短跑項目的技術特點，因此，以此為依據(jù)設計的訓練方法和手段也就不能有效地發(fā)展短跑運動員的專項能力或掌握合理的短跑技術。本研究認為，應以運動員比賽中“步長與步頻的變化特征”為依據(jù)對100 m跑的全程節(jié)奏重新進行劃分。在100 m跑全程中，世界優(yōu)秀短跑運動員的步長一直保持著穩(wěn)步增加的趨勢，但步頻會出現(xiàn)多次明顯的波動。在0～20 m，運動員的步頻為4.1～4.2 Hz；但在20～40 m，步頻則由4.1 Hz急劇增加到了4.8 Hz；并在40～80 m和80～100 m，步頻兩次出現(xiàn)明顯的下降。在短跑訓練實踐中，教練員一般將20～40 m運動員步頻急劇增加的階段稱之為“轉換階段”。這就是說，根據(jù)運動員步長和步頻的變化特征可將100 m跑重新劃分為起跑、純加速（0～20 m）、轉換（20～40 m）、最大速度（40～80 m）和降速（80～100 m）5個階段（簡稱“五分法”）。由圖3可知，“五分法”是在“四分法”的基礎上將“加速跑階段”進一步細分為“純加速階段”和“轉換階段”。

另外，從100 m跑中運動員腿部肌電活性的變化特征來看，加速跑和途中跑是短跑運動中兩個不同的專項階段，即在加速跑階段，觸地時間相對較長，運動員有相對充分的時間來完成蹬伸動作，因此，運動員在此階段主要以髖部伸?。ㄍ未蠹。┖屯炔壳叭荷旒。ü芍奔?、股外肌、腓腸肌）的最大收縮為主；但當進入到途中跑階段后，觸地時間相對較短，運動員已經沒有足夠的時間來進行蹬伸，這將導致腿部前群肌肉參與收縮的比重逐漸下降，髖部屈肌和股后肌群肌肉參與收縮的比重逐漸上升[23]。因此，為了實現(xiàn)兩個專項階段的順利過渡，也需要一個特殊的銜接階段，即轉換階段。

“轉換階段”的技術特點是，充分利用“純加速階段”獲得的速度慣性，在穩(wěn)定步長的同時通過“順勢跑”將步頻增加至最大。在“順勢跑”時，運動員不需100%用力，肌肉處于相對放松的狀態(tài)，這一方面有助于節(jié)省能量的消耗和加速ATP-CP的再合成[24]，為達到和保持最大速度儲備能量；另一方面，放松的肌肉狀態(tài)是中樞神經系統(tǒng)快速發(fā)放神經沖動、獲得最大步頻，進而達到最大速度的基本前提[25]。在短跑訓練實踐中，教練員可通過變速跑（20 m快+20 m慢+20 m快+20 m慢）、阻力跑和助力跑等手段來幫助運動員掌握由“純加速階段”向“途中跑段”過渡的“轉換技術”。

運動技術的不斷改進和完善是短跑運動成績不斷取得突破的重要因素，但合理短跑技術的掌握并非一日之功。因此，從青少年運動員接觸短跑專項訓練伊始，教練員就應該向其灌輸正確的短跑技術理念，使其掌握科學合理的短跑技術，因為錯誤的技術動作結構一旦定型，就難以糾正。對于成年運動員而言，即使當運動成績遇到瓶頸，不得不對運動技術進行改造時，也切忌大刀闊斧地進行，而只能在原有技術動作的基礎上進行微調，否則將會破壞整個技術動作結構系統(tǒng)，導致運動成績的急劇下降。必須強調的是，科學訓練的基本前提是區(qū)別對待，聰明的教練員不應將所謂“完美的短跑技術”強加于任何運動員，而是應在其理解正確短跑技術原理的基礎上，結合運動員的個人特點，選擇合適的訓練方法和手段，形成獨具風格的短跑技術。

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