擺臂影響縱跳成績(jī)的作用機(jī)制與理論假說(shuō)

趙西堂

擺臂影響縱跳成績(jī)的作用機(jī)制與理論假說(shuō)

趙西堂

擺臂能有效地提高縱跳成績(jī)這一現(xiàn)象已為人所共知，為解釋這一現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者提出了一系列的理論假說(shuō)，包括力的傳遞說(shuō)、蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)、動(dòng)量增加說(shuō)、拖拽說(shuō)、關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)，這些理論假說(shuō)分別從不同的角度對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)這一現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，對(duì)人們深入地認(rèn)識(shí)擺臂影響縱跳成績(jī)的科學(xué)機(jī)制具有一定意義和價(jià)值。但從大量文獻(xiàn)研究結(jié)果的一致性較差可以看出，這些理論假說(shuō)的解釋力明顯較弱，甚至還存在一些明顯的不足和缺陷，可以結(jié)合這些理論假說(shuō)的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更加深入地展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步推進(jìn)擺臂影響縱跳成績(jī)的科學(xué)機(jī)制理論發(fā)展。

擺臂；縱跳；影響機(jī)制；理論假說(shuō)

縱跳是體育運(yùn)動(dòng)的基本動(dòng)作之一，是人體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，依靠身體各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，發(fā)揮下肢肌群最大爆發(fā)力，以達(dá)到最佳縱向起跳效果并有效落地的技術(shù)動(dòng)作。由于縱跳測(cè)試方法簡(jiǎn)單方便且與多項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，常常用來(lái)評(píng)估人體下肢的肌肉力量和功率或用來(lái)預(yù)測(cè)許多項(xiàng)目(排球、田徑、足球、籃球等)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)潛力[8]。在很多體育項(xiàng)目中，快速擺臂是影響縱跳成績(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，相關(guān)的理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均證明了擺臂對(duì)縱跳成績(jī)具有重要意義，從已有的文獻(xiàn)可以看出，專門(mén)對(duì)擺臂是如何影響縱跳成績(jī)的這一問(wèn)題進(jìn)行研究的文獻(xiàn)研究已有50多年的歷史，相關(guān)研究文獻(xiàn)較多，但是研究觀點(diǎn)分歧較大，以至于人們難以解釋擺臂是如何影響縱跳成績(jī)這一基本問(wèn)題。

理論假說(shuō)是人類認(rèn)識(shí)世界的重要思維形式，也是科學(xué)研究活動(dòng)的重要內(nèi)容，它依據(jù)已有的科學(xué)知識(shí)和原理對(duì)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)做出試探性的解釋與預(yù)測(cè)，并通過(guò)驗(yàn)證對(duì)預(yù)測(cè)不斷進(jìn)行修改、補(bǔ)充和更新，達(dá)到更準(zhǔn)確地反映客觀世界的目的，理論假說(shuō)對(duì)每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都有著重要意義[1]。通過(guò)對(duì)已有擺臂影響縱跳的生物力學(xué)相關(guān)研究和基本力學(xué)原理進(jìn)行整理與分析，歸納總結(jié)出擺臂影響縱跳的基本規(guī)律，有利于深入地認(rèn)識(shí)擺臂影響縱跳成績(jī)的生物力學(xué)機(jī)制，在認(rèn)識(shí)和把握規(guī)律的基礎(chǔ)上更直接有效地提高縱跳成績(jī)。

20世紀(jì)50～60年代，學(xué)者們開(kāi)始研究縱跳相關(guān)問(wèn)題，擺臂作為影響縱跳成績(jī)的一個(gè)重要因素，自然也成了研究的重要內(nèi)容，自此，人們開(kāi)始探索擺臂影響縱跳成績(jī)的生物力學(xué)依據(jù)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的解讀和爭(zhēng)論，主要提出了解釋“擺臂是如何提高縱跳成績(jī)”的5個(gè)假說(shuō)：力的傳遞說(shuō)、蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)、動(dòng)量增加說(shuō)、拖拽說(shuō)和關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)。

1 影響縱跳成績(jī)的其他因素

對(duì)于縱跳成績(jī)的影響因素前人做了諸多研究，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，本文對(duì)影響縱跳成績(jī)的其他因素總結(jié)如下：1)疲勞影響縱跳高度，疲勞前后縱跳成績(jī)相差6 cm，右腳跖屈肌肌電峰值降低至少35%，腘繩肌減少20%[10]；2)不同(項(xiàng)目)的訓(xùn)練背景縱跳成績(jī)也不盡相同。有研究表明，相對(duì)于排球、手球、籃球和體育教育系學(xué)生，田徑項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員縱跳成績(jī)最好，主成份分析表明，縱跳成績(jī)的主要影響因素是蹬伸力量和時(shí)間；縱跳成績(jī)與下肢肌肉活性和由近及遠(yuǎn)的能量協(xié)調(diào)傳遞有關(guān)系，與下肢肌肉力量有關(guān)，但是最終發(fā)現(xiàn)，身體的最大功率才是影響縱跳高度的最重要影響因素[26]。也有研究持有不同的觀點(diǎn)，認(rèn)為個(gè)人項(xiàng)目女子運(yùn)動(dòng)員和集體項(xiàng)目女子運(yùn)動(dòng)員在身體素質(zhì)方面存在著差異，集體項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員下肢爆發(fā)力、靈敏性和上肢力量相對(duì)較好[27]；3)縱跳高度與肌纖維類型有關(guān)，快肌纖維多的運(yùn)動(dòng)員會(huì)更好地運(yùn)用超等長(zhǎng)收縮，膝關(guān)節(jié)移動(dòng)幅度較少。慢肌纖維多者需要較慢的蹬伸速度和較大的膝關(guān)節(jié)角度來(lái)募集更大的力量[17]；4)6周的超等長(zhǎng)收縮訓(xùn)練能有效地提高排球運(yùn)動(dòng)員的縱跳成績(jī)[18]；5)不同的測(cè)試(縱跳離地瞬間速度、最大質(zhì)心速度、摸高、運(yùn)用錄像數(shù)據(jù)估計(jì)離地時(shí)質(zhì)心速度和離地前重心高度、運(yùn)用測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)估計(jì)離地時(shí)重心速度和離地前質(zhì)心高度)方法對(duì)縱跳成績(jī)也會(huì)有一定的影響，并指出前兩種測(cè)試方法誤差相對(duì)較大(與運(yùn)用3D測(cè)試重心高度的方法相比)[8]；相似的研究也表明不同測(cè)試方法測(cè)試誤差大小不同[22]；6)指出計(jì)算縱跳高度不宜利用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法(騰空時(shí)間)計(jì)算,而利用動(dòng)力學(xué)方法(沖量)計(jì)算更準(zhǔn)確[2]；7)年齡也會(huì)影響到縱跳成績(jī)，13～15歲的女子排球運(yùn)動(dòng)員縱跳成績(jī)13歲的最差，14與15歲之間差距不具有顯著性[14]；8)對(duì)100多名女子運(yùn)動(dòng)員的測(cè)試表明：縱跳高度與體重存在低度負(fù)相關(guān)(R=-0.26,P=0.001)，但與廋體重(r=-0.11)和身高(r=0.04)的相關(guān)不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[26]；9)口頭提示(如“盡力高跳快跳”)影響最大轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而影響縱跳高度[4]。

綜上所述，除縱跳動(dòng)作自身的因素外，疲勞、訓(xùn)練、肌肉類型、肌肉力量、年齡、性別、身高、體重、測(cè)試方法以及語(yǔ)言提示等都是縱跳成績(jī)的影響因素。

2 擺臂影響縱跳成績(jī)的作用機(jī)制

對(duì)于擺臂對(duì)縱跳成績(jī)的影響研究，較為常用的研究范式是：1)受試者以半蹲姿勢(shì)作為開(kāi)始姿勢(shì)，對(duì)抱頭縱跳(或掐腰縱跳)與擺臂縱跳進(jìn)行比較分析；2)受試者以直立姿勢(shì)開(kāi)始，經(jīng)下蹲一定角度后起跳，采用抱頭(或掐腰)縱跳的方法與擺臂縱跳進(jìn)行比較。第1種方法主要是為了排除下蹲緩沖對(duì)縱跳的影響而設(shè)計(jì)，限制了下蹲過(guò)程，這樣可以對(duì)擺臂的作用進(jìn)行研究，在競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中也會(huì)出現(xiàn)這種情況；但是在許多情況下，下蹲和擺臂動(dòng)作會(huì)同時(shí)運(yùn)用，因此，采用第2個(gè)范式對(duì)擺臂的貢獻(xiàn)進(jìn)行研究應(yīng)用范圍會(huì)更廣泛。另外，無(wú)論是雙手抱頭還是雙手掐腰縱跳，都是為了限制擺臂，但是相對(duì)而言，抱頭縱跳可能更有利于減小起跳前的重心相對(duì)位置，因?yàn)樯现旁谳^高的位置會(huì)提高重心的高度，這一動(dòng)作更接近于擺臂對(duì)起跳前重心的影響，因此，如果單純地研究(拋開(kāi)項(xiàng)目自身的特點(diǎn))擺臂對(duì)縱跳成績(jī)的影響，抱頭縱跳比掐腰縱跳的動(dòng)作方式效果會(huì)更好。

研究范式不同和限制擺臂的方法不同也會(huì)影響到研究結(jié)果，這無(wú)疑是諸多研究結(jié)果存在較大差別的重要原因之一；另外，不同的擺臂方式影響縱跳成績(jī)、蹬伸時(shí)間特征[25]和騰空初速度[28]；擺臂速度[5]、幅度[24]也是影響縱跳成績(jī)的因素。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)理論研究，擺臂對(duì)縱跳成績(jī)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面(圖1)：1)提高了騰起瞬間的重心高度；2)提高了凈騰空高度。

圖 1 縱跳高度影響因素示意圖Figure 1. Influencing Factors of the Vertical Jump Adapted from Feltner (依據(jù)Feltner，等改編)

有研究對(duì)足球守門(mén)員擺臂縱跳成績(jī)和不擺臂縱跳成績(jī)進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明，擺臂提高縱跳高度5.01 cm，擺臂提高縱跳高度約11.1%[29]；這一研究結(jié)果與Domire基本一致，他的研究指出，擺臂提高了縱跳成績(jī)5 cm，但擺臂提高的縱跳高度約18.5%[13]。劉衛(wèi)國(guó)等的研究結(jié)果表明，擺臂對(duì)實(shí)測(cè)高度貢獻(xiàn)率僅為6%[2]，Payne研究指出，擺臂提高了5%(7.6 cm)的縱跳高度；另有研究結(jié)果顯示，擺臂提高縱跳成績(jī)13 cm，提高了27.08%[6]。朱國(guó)生研究指出，擺臂相對(duì)于下肢蹬伸速度影響縱跳的貢獻(xiàn)率，他認(rèn)為：當(dāng)手臂向上擺動(dòng)的速度與蹬地腿向上初速度的倍數(shù)關(guān)系為1、1.5、2倍時(shí),那么,擺臂對(duì)縱跳高度貢獻(xiàn)分別為12%、23.5%、35.3%[5]。

Harman等研究表明，擺臂提高自由縱跳高度11 cm，提高了27%，指出擺臂提高縱跳成績(jī)的原因是提高了起跳前重心高度4.7 cm和騰空高度6 cm。并指出，無(wú)論是半蹲縱跳還是自由縱跳，擺臂提高縱跳高度10～11cm貢獻(xiàn)率分別為14%和27%[17]。

Michael及其同事通過(guò)對(duì)不擺臂的半蹲縱跳和擺臂的半蹲縱跳進(jìn)行比較得出：擺臂提高縱跳高度14.3 cm；其中，提高起跳前重心高度6.1 cm，對(duì)提高縱跳成績(jī)的貢獻(xiàn)率為43%，提高凈騰空高度8.2 cm，對(duì)提高縱跳成績(jī)的貢獻(xiàn)率為57%[23]；另有研究指出：擺臂提高縱跳高度8.6 cm；擺臂提高自由縱跳起跳前瞬間重心高度2.4 cm，對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)的貢獻(xiàn)率為28%，提高凈騰空高度6.2 cm，對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)的貢獻(xiàn)率為72%[7]。擺臂提高縱跳成績(jī)13 cm，起跳前重心提高6 cm，對(duì)總高度的貢獻(xiàn)率為46.2%，提高騰空高度7 cm,對(duì)總高度的貢獻(xiàn)率為53.8%，下蹲最低點(diǎn)較不擺臂縱跳高8 cm[6]。

有學(xué)者同時(shí)對(duì)擺臂對(duì)半蹲縱跳和自由縱跳的作用進(jìn)行研究，結(jié)果表明：擺臂提高半蹲跳騰空前重心高度3.8 cm，提高了26.2%，擺臂提高半蹲縱跳騰空高度8.1 cm，提高了18%(擺臂提高縱跳高度12.9 cm)；擺臂提高自由縱跳騰空前重心高度3.4 cm，提高了19.2%，擺臂提高自由縱跳成績(jī)8.7 cm，提高了17.6%(擺臂提高縱跳高度12.1 cm)[15]。

有研究者利用機(jī)械模型模仿沒(méi)有擺臂的半蹲縱跳和擺臂半蹲縱跳，排除了受試者縱跳熟練程度差異難以控制的干擾因素，結(jié)果表明：擺臂提高縱跳成績(jī)12.5 cm，提高離地瞬間身體重心高度3.4 cm，對(duì)總成績(jī)的貢獻(xiàn)率為38%，提高凈騰空高度9.1 cm，對(duì)總成績(jī)的貢獻(xiàn)率為62%[11]。

研究者所能檢索到文獻(xiàn)可以看出，擺臂提高縱跳成績(jī)?cè)?～15 cm之間，對(duì)縱跳成績(jī)的貢獻(xiàn)率在5%～35.3%之間，擺臂提高重心高度和提高凈騰空高度之間的比例大致在3∶7至5∶5之間，擺臂縱跳下蹲最低點(diǎn)較不擺臂縱跳高3～8 cm。

造成研究結(jié)果差距較大的原因，除前文所述的研究范式等因素外，不同的高度計(jì)算方法[8](縱跳離地瞬間速度、最大質(zhì)心速度、摸高高度、運(yùn)用錄像數(shù)據(jù)計(jì)量離地時(shí)質(zhì)心速度和離地前重心高度、運(yùn)用測(cè)力臺(tái)騰空時(shí)間估計(jì)離地時(shí)重心速度和采用髖關(guān)節(jié)高度計(jì)量高度)誤差的大小不同，這當(dāng)然也會(huì)對(duì)縱跳成績(jī)產(chǎn)生影響，這也是研究結(jié)果存在較大差別的又一重要原因。

總之，無(wú)論是采用半蹲縱跳還是自由縱跳，無(wú)論是采用人體實(shí)驗(yàn)還是機(jī)械模仿，也不論采用哪種方法來(lái)計(jì)算高度，在體育學(xué)界，擺臂能有效地提高縱跳成績(jī)已是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，并且對(duì)于擺臂提高騰空前重心高度這一觀點(diǎn)也得到了一致的認(rèn)可，其理論機(jī)制主要是從上肢的位置變化引起重心位置的相對(duì)變化來(lái)解釋，這一點(diǎn)已達(dá)成了共識(shí)；對(duì)于擺臂提高縱跳騰空高度的機(jī)制或者原理這方面的闡述尚且未有定論。自20世紀(jì)50～60年代以來(lái),許多國(guó)內(nèi)、外學(xué)者前赴后繼地對(duì)擺臂提高凈騰空高度的機(jī)理進(jìn)行了廣泛的關(guān)注、解讀與爭(zhēng)論，至今也未有定論，歸納總結(jié)前人的理論觀點(diǎn)，前人對(duì)擺臂提高凈縱跳的機(jī)制研究主要提出了以下5個(gè)假說(shuō)，即力的傳遞說(shuō)、蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)、動(dòng)量增加說(shuō)、拖拽說(shuō)和關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)。

3 擺臂影響凈騰空高度的理論假說(shuō)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)

3.1 假說(shuō)一：力的傳遞說(shuō)

3.1.1 依據(jù)

Payne等認(rèn)為，加速向上擺臂，得益于肩關(guān)節(jié)、肘、腕關(guān)節(jié)向上的力，根據(jù)力的相互作用原理，這一向上擺臂的作用力會(huì)在肩關(guān)節(jié)部位產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力通過(guò)肩部作用于軀干，并通過(guò)髖、膝、踝連續(xù)向下傳遞，最終傳遞到地面(或者測(cè)力臺(tái))增大了蹬伸力量，進(jìn)而提高了縱跳高度；首次提出了力的傳遞說(shuō)。

Harman及其同事們(1990)認(rèn)為，加速向上擺臂勢(shì)必增大地面反作用力，并指出，在髖膝關(guān)節(jié)周?chē)∪馓幱谧罴寻l(fā)力位置時(shí)，向上的加速擺臂通過(guò)肩關(guān)節(jié)給人體施加了向下的力量，這使股四頭肌和臀部肌肉處在一個(gè)能產(chǎn)生較大力量的位置卻減緩了其收縮速度。也有研究從肢體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理闡釋了肢體間力的傳遞：部分肢體的升高可以通過(guò)降低另一部分肢體來(lái)實(shí)現(xiàn)；部分肢體旋轉(zhuǎn)加快可以通過(guò)降低另一部分肢體的旋轉(zhuǎn)速度實(shí)現(xiàn)[17]。推出了擺臂會(huì)增加地面反作用力，進(jìn)而提高了運(yùn)動(dòng)員縱跳高度[12]，這些均為力的傳遞說(shuō)提供了間接證據(jù)。

有研究表明，擺臂提高了最大蹬伸力量且提高幅度較大，Dapena1993年的研究表明：根據(jù)肌肉收縮過(guò)程中力的速度曲線，減緩下肢肌肉收縮速度會(huì)增加肌肉張力而獲得更大的蹬伸力量；肩部發(fā)力獲得了較大的向上擺臂加速度，同時(shí)軀體在C1、C2階段獲得向下的力，減緩了軀干的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，兩個(gè)研究均證實(shí)了力傳遞現(xiàn)象的存在[23]，為力的傳遞說(shuō)提供直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

當(dāng)髖膝關(guān)節(jié)部位的肌肉處于最佳發(fā)力階段，加速擺臂產(chǎn)生的向下的力導(dǎo)致股四頭肌和臀部肌群蹬伸速度減慢，這有利于這些肌肉產(chǎn)生更大的力，進(jìn)而提高了縱向沖量；并指出在擺臂制動(dòng)階段對(duì)軀干的拉伸作用使得髖部周?chē)∪馍焖偌涌觳焕诩∪饩奂α浚?dāng)然，這發(fā)生在髖膝關(guān)節(jié)幾近完全蹬伸階段，這些關(guān)節(jié)周?chē)募∪庖膊辉谧罴涯技派炝α康姆秶鶾6]，論述了在擺臂的前期階段增大下肢力量而最后階段并沒(méi)有增大下肢力量的原因，是對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)機(jī)制的進(jìn)一步探索。

3.1.2 爭(zhēng)鳴

即便是較為成熟理論，也會(huì)有人持有不同的觀點(diǎn)。對(duì)25名優(yōu)秀足球守門(mén)員的研究表明，擺臂提高了縱跳高度，擺臂縱跳蹬伸階段最大力量(2 210.00±307.39 N)有增大的趨勢(shì)，但是，與不擺臂縱跳蹬伸最大力(2 173.48±187.49 N)相比并不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因可能是運(yùn)動(dòng)員體重(最大98.4 kg，最小75.7 kg)懸殊較大所致[29]。另有研究指出，雖然擺臂增大了蹬伸力量，但是，最大蹬伸力與縱跳高度不存在線性相關(guān)關(guān)系(r=0.34,P=0.16)[4]；Miller認(rèn)為，擺臂不是增大而是限制了最大蹬伸力量，擺臂導(dǎo)致了最小蹬伸力量增大，總體上增加了縱跳高度[18]；這充分說(shuō)明，蹬伸力的峰值最大者,其縱跳高度并不一定最高,優(yōu)秀縱跳者較大的力峰值可能是必要條件,但不是充分條件。

另外的實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試肩關(guān)節(jié)部位的受力得出了肩關(guān)節(jié)的受力并沒(méi)有因?yàn)閿[臂而增加的結(jié)論[7]；擺臂縱跳動(dòng)作中下肢各關(guān)節(jié)肌肉確實(shí)做了較少的功，擺臂增加的縱跳高度應(yīng)歸功于肩部肌肉組織的做功，并指出肩部做功是提高擺臂縱跳高度的關(guān)鍵點(diǎn)，而不是其他原因[13]；類似的研究還指出，地面反作用力與肩部產(chǎn)生的擺臂力量并沒(méi)有直接的聯(lián)系[11]。這些研究結(jié)果并不支持力的傳遞說(shuō)。

3.2 假說(shuō)二：蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)

3.2.1 依據(jù)

蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)認(rèn)為，身體部分肢體的反向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了下肢蹬伸速度減慢，整個(gè)蹬伸過(guò)程延長(zhǎng)，蹬伸作用時(shí)間的延長(zhǎng)為下肢力量的充分發(fā)揮提供了條件，進(jìn)而導(dǎo)致了縱跳高度的增加。該學(xué)說(shuō)與蹬伸力量增大說(shuō)較為接近，試圖從蹬伸力的時(shí)間曲線來(lái)解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的原因。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，擺臂延長(zhǎng)了整個(gè)縱跳過(guò)程中的總蹬伸時(shí)間(擺臂縱跳0.96±0.14 s，不擺臂縱跳0.86±0.14 s)且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；并指出擺臂縱跳中在縱跳總時(shí)間的78%～95%階段，下肢三關(guān)節(jié)均體現(xiàn)出較小的角速度[19]；另有研究也得出相似的結(jié)果，擺臂顯著地提高半蹲跳的蹬伸時(shí)間(擺臂0.35±0.11 s，不擺臂0.31±0.07 s)，在大約蹬伸的2/3時(shí)間段，肩部運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了髖關(guān)節(jié)伸展的加速度降低，延長(zhǎng)了蹬伸時(shí)間[13]；為蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)、蹬伸過(guò)程放慢學(xué)說(shuō)提供了直接的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

也有研究從運(yùn)動(dòng)學(xué)方面進(jìn)行闡釋，擺臂使軀干前傾角度增加5°，增加了髖關(guān)節(jié)工作范圍[7]，這從另一個(gè)方面為蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)提供了必要的依據(jù)。

3.2.2 爭(zhēng)鳴

擺臂對(duì)蹬伸過(guò)程的各個(gè)時(shí)間階段影響不大，擺臂縱跳蹬伸時(shí)間(從重心最低點(diǎn)到離地瞬間)為0.32±0.04 s，不擺臂縱跳蹬伸時(shí)間為0.33±0.04 s，兩者之間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此，凈沖量的增加主要是因?yàn)榭v向作用力的增加所致[23]。也有研究認(rèn)為，擺臂縱跳確實(shí)增加了蹬伸后半段時(shí)間，但是，縱跳的總蹬伸時(shí)間(不擺臂1.14±0.14 s，擺臂0.96±0.16 s)卻明顯地減少，主要原因是由于擺臂縱跳明顯縮短了緩沖時(shí)間和蹬伸前段時(shí)間[4]。相似的研究指出，縱跳成績(jī)可以通過(guò)增加起跳功率和縮短踏跳時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)[19]。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)的反例，對(duì)蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)提出了挑戰(zhàn)，但也為后續(xù)研究提供了新的思路，即在討論蹬伸時(shí)間特征時(shí)要注意劃分時(shí)間階段，這樣或許更有利于探討擺臂對(duì)縱跳的影響機(jī)制。

3.3 假說(shuō)三：動(dòng)量增大說(shuō)

3.3.1 依據(jù)

該理論假說(shuō)認(rèn)為，擺臂通過(guò)肩、肘、腕關(guān)節(jié)周?chē)∪獾淖龉μ岣吡松现臄[動(dòng)速度，增加了上肢動(dòng)量，在騰空之前部分肢體動(dòng)量增加會(huì)導(dǎo)致整體動(dòng)量增大；同時(shí)，擺臂通過(guò)延長(zhǎng)縱跳時(shí)間，為下肢肌肉募集肌肉產(chǎn)生更大力量提供了條件，減緩擺臂縱跳的髖關(guān)節(jié)最大角速度，增加了縱跳的沖量(I=Ft)，有利于縱跳成績(jī)的提高。

直接的證據(jù)：部分肢體對(duì)縱跳起跳速度的貢獻(xiàn)主要是因?yàn)槠湓诘派爝^(guò)程中產(chǎn)生了正向沖量所致，擺臂對(duì)正向動(dòng)量的貢獻(xiàn)率為12.7%[20]；相似的研究還有：擺臂縱跳提高了離地瞬間身體重心移動(dòng)速度12.7%[23]；擺臂縱跳重心速度明顯提高，擺臂縱跳離地速度為2.75±0.3 m/s，不擺臂縱跳則為2.44±0.23 m/s[23]；與不擺臂縱跳2.65±0.1 m/s相比，擺臂縱跳2.84±0.09 m/s離地時(shí)重心速度提高7.17%[6]；擺臂提高離地時(shí)髖關(guān)節(jié)速度10.7%[3]，縱跳成績(jī)提高的60%是由于起跳速度的提高造成的[7]?？v跳成績(jī)最重要影響因素是離地瞬間重心速度，兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.842[6]。騰空高度主要是由于起跳前凈縱向沖量增加導(dǎo)致起跳速度的增大所致[6,17]，而起跳的沖量大小對(duì)騰空高度具有決定作用[6]。

另有證據(jù)表明，加速度分析表明，在縱跳2/3時(shí)間處肩部力矩導(dǎo)致了髖關(guān)節(jié)彎曲，肩部運(yùn)動(dòng)有利于膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)在縱跳最后階段的伸展。最后擺臂的相對(duì)(肩部)速度足以增加身體的動(dòng)能，這也是提高縱跳高度的原因[13]。擺臂延長(zhǎng)了縱跳時(shí)間，這有利于下肢肌肉集聚力量，有研究指出，擺臂縱跳的蹬伸后半段蹬伸力量明顯增加[17]，加之后半段蹬伸時(shí)間的延長(zhǎng)[4]，兩方面原因共同導(dǎo)致沖量增加，并因此提高了縱跳成績(jī)。

3.3.2 爭(zhēng)鳴

有研究表明，擺臂縱跳導(dǎo)致沖量的提高(擺臂縱跳233.61±21.35 Ns，不擺臂縱跳218.95±19.02 Ns)不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，沖量與最大高度之間相關(guān)系數(shù)也不高，僅為0.483[6]；相似的研究表明，凈沖量并不是預(yù)測(cè)縱跳高度的最佳指標(biāo)，較大的沖量并不能很好地預(yù)測(cè)縱跳高度，因?yàn)榭v跳沖量的大小還與身體質(zhì)量大小有關(guān)[4，17]。但是，擺臂導(dǎo)致的沖量增加相對(duì)于個(gè)人而言，無(wú)疑將會(huì)提高離地時(shí)重心的速度，也一定會(huì)提高縱跳成績(jī)。

出現(xiàn)上述反例的原因可以通過(guò)沖量的計(jì)算公式來(lái)推導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，多數(shù)研究采用的是I=Ft積分的方法得到縱跳的沖量；在分析沖量與縱跳高度的關(guān)系時(shí)卻采用I=M(V1-V0)來(lái)解釋，認(rèn)為沖量越大離地瞬間速度也越大(一般情況下V0=0)，騰空初速度越大縱跳成績(jī)?cè)胶谩Ｔ趯?duì)一個(gè)群體進(jìn)行分析時(shí)，仍采用這一推理方法，忽視了群體中人體質(zhì)量差異的存在，導(dǎo)致相關(guān)分析結(jié)果顯示縱跳成績(jī)與沖量大小相關(guān)不顯著或相關(guān)程度不高。分析時(shí)如果將I=Ft積分?jǐn)?shù)據(jù)剔除人體自身體重的影響，縱跳成績(jī)與沖量大小的相關(guān)分析結(jié)果肯定會(huì)讓人滿意。不可否認(rèn)的是，該學(xué)說(shuō)給出的解釋是從力的時(shí)間曲線的角度出發(fā)，通過(guò)增大作用和/或延長(zhǎng)力的作用時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，從兩個(gè)方面來(lái)分析擺臂提高縱跳成績(jī)的原因，也是一種進(jìn)步。3.4 假說(shuō)四：拖拽說(shuō)

3.4.1 依據(jù)

Harman等在1990年較早地提出拖拽說(shuō)，該假說(shuō)認(rèn)為，在擺臂縱跳的最后階段，快速上擺時(shí)上肢突然減速會(huì)對(duì)軀體以及下肢各環(huán)節(jié)產(chǎn)生拖拽，加快了股四頭肌和臀部肌肉的收縮速度，并導(dǎo)致了擺臂縱跳成績(jī)的提高。

Lees等豐富并發(fā)展了該假說(shuō)并給出了直接的證據(jù)，他們通過(guò)對(duì)肩關(guān)節(jié)受力分析表明：當(dāng)擺臂前擺至水平高度的時(shí)候，肩關(guān)節(jié)部位確實(shí)有一個(gè)向上拖拽軀干的拉力，這個(gè)力減少擺臂的動(dòng)能，增加了身體其他部位的動(dòng)能。起跳瞬間擺臂相對(duì)于肩部有一個(gè)垂直向上的速度，這一運(yùn)動(dòng)對(duì)整體縱向動(dòng)能有一定貢獻(xiàn)，進(jìn)而提高了縱跳高度。起跳前擺臂相對(duì)(身體)速度為2.68±0.90 m/s，貢獻(xiàn)41.9±23.9 J的能量，這足以提高縱跳4.7 cm[7]。類似的研究得出了相似的結(jié)論，即擺臂最后階段的相對(duì)于上體的速度增加了上體的動(dòng)能，這必然會(huì)導(dǎo)致縱跳成績(jī)的提高[5]。Lees等另一篇研究論文將擺臂的作用分為3個(gè)部分，即抬高上肢、集聚下肢能量、對(duì)身體產(chǎn)生拖拽，并指出隨著縱跳高度的增加，擺臂對(duì)身體的拖拽作用越大[21]；Lees等的研究將擺臂提高縱跳成績(jī)的機(jī)制研究提高至一個(gè)新的臺(tái)階。

另有研究從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度指出，擺臂縱跳下肢關(guān)節(jié)整體運(yùn)動(dòng)幅度減少[3]，這為拖拽說(shuō)提供了一定的數(shù)據(jù)支持。

3.4.2 爭(zhēng)鳴

機(jī)械模型研究表明，肩關(guān)節(jié)所產(chǎn)生的縱向力主要是通過(guò)地面?zhèn)鬟f的，也就是說(shuō)上肢上擺的力大都是軀體提供[11]；另有研究證實(shí)，擺臂促使縱跳成績(jī)的增加主要是由于擺臂促使了下肢做功量增加所致[16]。根據(jù)動(dòng)量守恒定理，對(duì)于整個(gè)人體來(lái)說(shuō)，部分肢體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不能改變整個(gè)身體的動(dòng)量，擺臂對(duì)縱跳成績(jī)的作用必然要通過(guò)下肢作用力的增加所致，因此，單純地?cái)[臂難以提高整個(gè)身體的凈騰空高度。

3.5 假說(shuō)五：關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)(做功說(shuō))

3.5.1 依據(jù)

關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)于20世紀(jì)末由Feltner提出，該學(xué)說(shuō)試圖從各環(huán)節(jié)做功的角度來(lái)解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的機(jī)理，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為，軀干因擺臂動(dòng)作而產(chǎn)生的反作用力減慢了髖、膝、踝三關(guān)節(jié)的伸展速度，優(yōu)化了相關(guān)肌肉的力量速度曲線和關(guān)節(jié)力臂等生理?xiàng)l件，為上述三關(guān)節(jié)的肌肉產(chǎn)生較大的作用力提供了條件，加之良好的關(guān)節(jié)角度更有利于縱跳蹬伸力做功，下肢肌肉做功增大導(dǎo)致縱跳高度增加。

Feltner和他的同事們于1999提出該學(xué)說(shuō)時(shí)，便提供了直接的證據(jù)，他們認(rèn)為，擺臂促使縱跳蹬伸階段髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩增加是縱跳成績(jī)提高的關(guān)鍵。擺臂促使髖關(guān)節(jié)伸肌群處于良好的生理狀態(tài)，即有利于募集較大肌肉力量和良好的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩；在蹬伸的前1/3階段(從0到重心最大速度階段)，不擺臂縱跳髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩較大，之后擺臂縱跳通過(guò)降低軀干伸展的比率、使髖關(guān)節(jié)伸肌向心收縮減慢以便于產(chǎn)生較大的力和力距來(lái)增加髖關(guān)節(jié)伸肌轉(zhuǎn)矩，在蹬伸的前2/3階段，擺臂還將膝關(guān)節(jié)伸肌力矩增加28%，但是具體原因尚不明確[23]。

另有研究表明，擺臂(半蹲跳)顯著地提高了髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)做功(而不是膝關(guān)節(jié))，下肢做功增加了31.4 J是上肢做功16.3 J的近兩倍，因此，擺臂促使縱跳成績(jī)的增加主要是由于擺臂促使了下肢做功量增加[16]；還有研究對(duì)不同時(shí)間階段髖關(guān)節(jié)做功進(jìn)行了研究，認(rèn)為髖關(guān)節(jié)扭矩在蹬伸中間階段兩類擺臂縱跳都相對(duì)較大，并指出下蹲增加了開(kāi)始階段髖關(guān)節(jié)扭矩，而擺臂增加隨后階段髖關(guān)節(jié)扭矩，兩者共同提高了自由擺臂縱跳的高度，擺臂對(duì)膝關(guān)節(jié)扭矩的作用影響不大。踝關(guān)節(jié)扭矩在整個(gè)蹬伸階段兩類擺臂縱跳都相對(duì)較大，擺臂增加了整個(gè)蹬伸過(guò)程中踝關(guān)節(jié)的做功[15]。

還有機(jī)械模型研究表明，擺臂縱跳促使髖關(guān)節(jié)力矩增加了47%，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)力矩卻分別減少了18%和7%，而擺臂縱跳總功的增加量，有一半的貢獻(xiàn)由肩關(guān)節(jié)做功產(chǎn)生[11]。

雖然上述研究結(jié)果并不完全一致，但最終結(jié)論無(wú)論是下肢那些環(huán)節(jié)做功的增加，均為下肢做功增大說(shuō)提供必要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

還有研究通過(guò)推理得出擺臂促使下肢多做功而提高了縱跳高度這一結(jié)論。例如有研究指出，擺臂縱跳做功8.13 J/kg，而沒(méi)有擺臂的縱跳做功7.31 J/kg[7]，擺臂明顯提高總做功量，而做功是半蹲縱跳成績(jī)最主要的預(yù)測(cè)變量[9]；另有研究指出，向上加速擺臂導(dǎo)致髖、膝、踝關(guān)節(jié)蹬伸速度減緩有利于下肢各關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大的力，擺臂使軀干前傾角度增加5°，增加了髖關(guān)節(jié)工作范圍[7]，由此兩個(gè)方面可以推知這將加大下肢各關(guān)節(jié)的做功。

3.5.2 爭(zhēng)鳴

研究認(rèn)為，擺臂縱跳中下肢肌肉確實(shí)做了較少的功，擺臂增加的縱跳高度取決于肩部肌肉組織。因此，肩部做功是提高擺臂縱跳高度的關(guān)鍵點(diǎn)，而不是其他機(jī)制造成的縱跳成績(jī)?cè)黾覽13]。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，擺臂改變了下肢肌肉的力-速度曲線，但是并沒(méi)有增加關(guān)節(jié)力矩，在80%～90%蹬伸時(shí)間階段關(guān)節(jié)力矩較大，角速度較低導(dǎo)致了關(guān)節(jié)功率降低并降低了該階段的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，認(rèn)為關(guān)節(jié)力矩的增大主要作用應(yīng)是儲(chǔ)備相應(yīng)的能量備用。因此，關(guān)節(jié)力矩的增大主要與能量的儲(chǔ)存有關(guān)，為后續(xù)的利用該能量打下基礎(chǔ)，儲(chǔ)備能量的釋放最終提高了縱跳成績(jī)，而關(guān)節(jié)力矩的增大并不直接導(dǎo)致的縱跳成績(jī)提高[7]；相似的研究也得出了蹬伸的最后階段，擺臂縱跳和不擺臂縱跳的髖膝關(guān)節(jié)伸肌力矩均有所減少，并指出這是為后繼肌肉的快速收縮做準(zhǔn)備[23]。

Lees等認(rèn)為，擺臂使軀干前傾角度加大，使髖關(guān)節(jié)周?chē)∪饽苣技蟮牧α亢洼^長(zhǎng)時(shí)間做功，該研究指出，擺臂縱跳髖關(guān)節(jié)伸展較早且速度較快，但是髖關(guān)節(jié)(0.4 J/kg)做功并沒(méi)有增加上體的能量而是轉(zhuǎn)移給了上肢增加了擺臂的能量[7]。

由此可見(jiàn)，上述研究結(jié)果并未支持關(guān)節(jié)力矩增大這一假說(shuō)。

4 現(xiàn)有理論假說(shuō)存在的不足

國(guó)內(nèi)、外學(xué)者為了科學(xué)地解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的現(xiàn)象已經(jīng)提出了諸多理論假說(shuō)，本文根據(jù)不同的研究視角討論并歸納了有關(guān)擺臂提高縱跳成績(jī)機(jī)制的5個(gè)理論假說(shuō)，即力的傳遞說(shuō)、蹬伸時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)、動(dòng)量增加說(shuō)、拖拽說(shuō)、關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)；體育學(xué)界采用不同的研究范式和不同的數(shù)據(jù)采集方法對(duì)這些假說(shuō)進(jìn)行了實(shí)證檢驗(yàn)。盡管上述假說(shuō)分別從不同角度對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)的現(xiàn)象作出了一定的解釋，但這些理論的解釋力仍顯有限，甚至存在如下所述的一些比較明顯的不足和缺陷。

1.理論假說(shuō)還不夠完善，5個(gè)理論假說(shuō)都不能全面地解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的機(jī)制。其中有些假設(shè)很不完善甚至不切實(shí)際，如前3個(gè)學(xué)說(shuō)，試圖通過(guò)力學(xué)公式I=Ft=M(V1-V0)的某一方面來(lái)解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的機(jī)理：如假說(shuō)一認(rèn)識(shí)到力的峰值增大能夠提高縱跳高度，但是不可否認(rèn)，相關(guān)證據(jù)表明單純地蹬伸力量的較大并不是提高縱跳成績(jī)的關(guān)鍵，該學(xué)說(shuō)忽視了縱跳過(guò)程中力的作用是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程；假說(shuō)二認(rèn)為通過(guò)延長(zhǎng)力的作用時(shí)間可以提高縱跳高度，忽視了時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)超等長(zhǎng)收縮并非有利這一現(xiàn)象，另外，諸多反例也表明這一解釋過(guò)于簡(jiǎn)單，也難以給擺臂提高縱跳成績(jī)的機(jī)制一個(gè)合理的解釋；假說(shuō)三綜合了上述兩個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為縱跳高度的增加是由于蹬伸沖量的增大造成的，能較全面地解釋擺臂提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的原因，具有一定的進(jìn)步意義，最終也不能完全解釋擺臂提高縱跳成績(jī)的原因；再如，關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)對(duì)上肢肌肉做功的影響因素考慮明顯不足。

2.理論假說(shuō)對(duì)擺臂提高縱跳的生物力學(xué)機(jī)制分析不夠深入，雖然5個(gè)假說(shuō)都有直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)支持各自的理論假說(shuō)，但是對(duì)產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因分析尚不夠深入，也缺乏更深入的實(shí)證研究支持。如拖拽說(shuō)認(rèn)為擺臂在最后制動(dòng)階段對(duì)上體具有拖拽作用，并沒(méi)有給出是什么原因?qū)е逻@一拖拽現(xiàn)象的存在。

3.對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)這一現(xiàn)象的機(jī)制進(jìn)行研究，大多實(shí)驗(yàn)研究的注視點(diǎn)似乎都在下肢蹬伸方面，并沒(méi)有對(duì)擺臂的階段進(jìn)行合理的劃分，而這可能恰恰是分析擺臂影響縱跳成績(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)。如關(guān)節(jié)力矩增大說(shuō)主要針對(duì)的是下肢蹬伸肌群而對(duì)上肢肌肉做功的影響因素考慮明顯不足；雖然有些研究對(duì)蹬伸不同階段進(jìn)行了劃分，如將蹬伸過(guò)程等分為3～4個(gè)階段，或?qū)⒌派爝^(guò)程等分為前后兩個(gè)階段等，這些劃分體現(xiàn)了較多的人為因素，劃分缺乏必要的理論依據(jù)。

4.研究范式的不同以及數(shù)據(jù)采集方法的不同也會(huì)導(dǎo)致不同的研究結(jié)果(見(jiàn)前文)。

5.過(guò)于強(qiáng)調(diào)研究結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而忽略了研究結(jié)果的現(xiàn)實(shí)意義。

5 啟示

對(duì)擺臂提高縱跳成績(jī)的生物力學(xué)機(jī)制進(jìn)行探索，要注意考慮擺臂處于不同的階段可能對(duì)縱跳的作用不同，因此，在研究過(guò)程中應(yīng)考慮在相關(guān)理論指導(dǎo)下對(duì)擺臂的階段進(jìn)行科學(xué)地劃分，深入探索分析不同階段擺臂的作用與意義，并提供必要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，這可能是研究擺臂影響縱跳成績(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在探討擺臂影響縱跳成績(jī)的科學(xué)機(jī)制時(shí)，不宜僅從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度指出擺臂提高了哪些生物力學(xué)因素，而應(yīng)深入探究這些因素發(fā)生改變的內(nèi)在原因。例如，采用環(huán)節(jié)做功的方式來(lái)探討擺臂提高縱跳成績(jī)的原因，不應(yīng)僅停留各環(huán)節(jié)做功的大小和比例上，還應(yīng)考慮是什么原因?qū)е铝藘深惪v跳下肢各環(huán)節(jié)做功的差異等。

在探討擺臂影響縱跳成績(jī)的機(jī)制時(shí)，不應(yīng)只對(duì)下肢各環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，還應(yīng)深入談?wù)摂[臂動(dòng)作本身的變化及意義。如縱跳擺臂的最后階段前臂的快速上擺，由水平狀態(tài)突然擺至垂直狀態(tài)，這一狀態(tài)與立定跳遠(yuǎn)的擺臂動(dòng)作肯定存在著差異，深入分析擺臂動(dòng)作本身可能會(huì)為擺臂對(duì)縱跳、跳遠(yuǎn)等各類跳躍動(dòng)作的影響都具有重要的意義，但是鮮見(jiàn)此類研究。

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The Mechanism Theories of Arms-swing in Vertical Jump

ZHAO Xi-tang

As everyone knows that arms-swing can effectively enhance the vertical jump performance.In order to explain this phenomenon,a number of theoretical hypothesis have been developed by many scholars both at home and abroad,many of them concentrating on force transfer theory,time extension theory,momentum increased theory,dragging theory and torque improvement theory.Those theories have explained how arms-swing increases vertical jump performance from different viewpoints,which have certain significance and value to understand the scientific mechanism of how arms-swing improves vertical jump performance.However,empirical tests reveal mixed results.Although no single hypothesis has received overwhelming empirical support,the usefulness of these theories in explaining the mechanism of arms-swing in vertical jump cannot be ignored,all of them can be learned to further promote the mechanism theory of how arms-swing improves vertical jump performance.

arms-swing;verticaljump;influencingmechanism;theoreticalhypothesis

1002-9826(2016)02-0115-07

10.16470/j.csst.201602017

2015-09-01；

2016-01-15

廣東省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目(GD14TY01)；廣東省教育廳青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目(2014WQNCX157)。

趙西堂(1980-)，男，河南蘭考人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)轶w能訓(xùn)練理論與方法，排球運(yùn)動(dòng)教學(xué)與訓(xùn)練，E-mail：xitangzhao@163.com。

肇慶學(xué)院 體育與健康學(xué)院，廣東 肇慶 526061 Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China.

G808.1

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