生物力學(xué)原理在立定跳遠教學(xué)中的探索研究

摘 要 本研究采用文獻資料法、訪談法、行動研究法等研究方法，在我院學(xué)生體質(zhì)測試前的教學(xué)中，對立定跳遠動作實施生物力學(xué)原理分析，結(jié)合立定跳遠的動作要點，探索合理有效的練習(xí)手段。研究表明立定跳遠的預(yù)擺、起跳、騰空和落地四個環(huán)節(jié)都符合生物力學(xué)原理。

【關(guān)鍵詞】立定跳遠；生物力學(xué)原理；研究

1 選題依據(jù)

1.1 現(xiàn)實依據(jù)

立定跳遠作為一項身體素質(zhì)考核項目，是中招體育加試，高考體育專業(yè)考試和大、中、小學(xué)生體質(zhì)測試中的必選項目。在練習(xí)過程中，會出現(xiàn)各種各樣的錯誤，枯燥無味，成績很難提高，導(dǎo)致同學(xué)們練習(xí)的信心不足。在體育課上，采用探究式教學(xué)方法，把運動生物力學(xué)的原理引入到立定跳遠的教學(xué)中，讓同學(xué)們帶著問題去學(xué)習(xí)，不僅能培養(yǎng)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力，而且能理論聯(lián)系實踐，提高成績，事半功倍。

1.2 理論依據(jù)

完整的立定跳遠動作由預(yù)擺、起跳、騰空、落地四個部分組成。每個環(huán)節(jié)都與力學(xué)有著密切的聯(lián)系，同學(xué)們在中學(xué)物理課上已經(jīng)學(xué)習(xí)了力學(xué)，因此，要學(xué)以致用，理論聯(lián)系實踐。大家就會發(fā)現(xiàn)立定跳遠可以用斜上拋運動、牛頓第二定律、牛頓第三定律、動量定律等力學(xué)原理去解釋。用力學(xué)原理去解決體育方面的問題值得我們大家去認真探究。

2 研究目的

田徑是其他體育項目的基礎(chǔ)，立定跳遠作為一個田徑項目是身體素質(zhì)的重中之重，立定跳遠成績通常被作為評定學(xué)生身體素質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo)，同時它也經(jīng)常作為運動員選材的一個重要依據(jù)。我們可以運用已經(jīng)學(xué)過的力學(xué)原理來分析立定跳遠各個階段的動作技術(shù)，找出提高立定跳遠成績的最佳途徑，針對性的去練習(xí)。也就是從運動生物力學(xué)角度來分析立定跳遠應(yīng)該怎么跳？為什么要這么跳？如何提高立定跳遠成績呢？這些就是本研究要解決的立定跳遠教學(xué)過程中存在的現(xiàn)實問題。本研究通過探究性學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，找到問題的關(guān)鍵所在，最后尋找最佳的立定跳遠動作，提高學(xué)生成績，并把成功案例進一步推廣。

3 研究方法

3.1 文獻資料法

根據(jù)本研究的需要在我院圖書館、中國知網(wǎng)等查閱大量相關(guān)資料，了解本研究的現(xiàn)狀，并從中查找問題和不足，找出解決問題的最佳方案。

3.2 訪談法

根據(jù)本研究的需要，以面談或者問卷的形式對學(xué)院在校生進行訪談?wù){(diào)查，了解探究教學(xué)法實施之后的體育教學(xué)狀況。

3.3 行動研究法

通過成立研究小組，發(fā)現(xiàn)問題并進行研討，對立定跳遠中可能出現(xiàn)的問題從力學(xué)角度加以分析。再由教師在課上進行啟發(fā)性的指導(dǎo)，達到學(xué)以致用，探討最佳的、科學(xué)合理的立定跳遠技術(shù)動作，再普及給全體學(xué)生。

4 立定跳遠的生物力學(xué)原理

4.1 起跳前的站位必須與肩同寬，腳尖向前。

在我們立定跳遠站位時要符合人體正常的站立姿勢，比肩寬和比肩窄站位，都會不同程度地使支撐反作用力產(chǎn)生分力，降低了反作用力的實效，與肩同寬則不會產(chǎn)生分力，符合牛頓第三定律 F=-F′。站位腳尖向前最合理，內(nèi)八字和外八字站立時，兩腳蹬地產(chǎn)生的反作用力不能充分作用于起跳，會產(chǎn)生向內(nèi)和向外的分力，練習(xí)時一定要腳尖向前，保持正確的站位姿勢。

4.2 預(yù)擺和預(yù)蹲時兩臂要自然協(xié)調(diào)、不停頓、次數(shù)1-2次，預(yù)蹲時上體成微蹲。

雙臂預(yù)擺與雙腿預(yù)蹲是同時進行且運動方向完全相反。預(yù)擺時停頓會帶來靜力性動作，容易使肌體產(chǎn)生疲勞。預(yù)擺預(yù)蹲1-2次為宜，多次的重復(fù)預(yù)擺預(yù)蹲不利于充分利用肌肉的彈性，產(chǎn)生最大收縮力。從生物力學(xué)的角度分析，雙臂及雙腿的上擺產(chǎn)生向下的慣性力，它和蹬地一起作用于支點，增加了支撐反作用力，即增加了身體騰空的推力。當(dāng)臂與腿上擺到極限時，受到了拉長的對抗肌群的制動產(chǎn)生了反作用力，它給身體以一定的動量矩貯備，當(dāng)擺動腿與擺動臂的角速度逐漸變低，其產(chǎn)生的角動量立即傳遞轉(zhuǎn)移給整個身體，為跳得更遠做出充分的準(zhǔn)備。 因此我們在教學(xué)中要注意學(xué)生全身協(xié)調(diào)性的訓(xùn)練。

4.3 起跳快速，兩腿蹬伸充分。

當(dāng)人跳離地面時做斜上拋運動，可以看成是豎直上拋運動和水平方向的勻速直線運動的合成運動。符合如下公式：S=1/2at2，a=2S/t2；初速度V=at=2S/ t2×t=2S/t。很顯然，要獲得較高的起跳速度，一方面盡量減少蹬地時間，另一方面要增大蹬伸中身體重心在垂直方向的位移。我們想跳得遠必須減少起跳時間，才能獲得水平方向的最大初速度。也涉及到我們學(xué)習(xí)過的沖量定理，符合如下公式It=p=mv，因為人體在跳離地面瞬間只受到重力作用，人的質(zhì)量是一定的，所以人體這時要獲得最大的初速度，必須減少起跳時間，快速跳離地面。因為初速度是影響遠度的主要因素，所以，在教學(xué)和訓(xùn)練時，如何減少蹬地時間，同時增大蹬伸中身體重心在垂直方向的位移，是教學(xué)中的一個關(guān)鍵點和難點。更要注意學(xué)生下肢肌群的訓(xùn)練，特別是下肢爆發(fā)力的訓(xùn)練。

4.4 騰空之后人體做拋物線運動，蹬地角度為15°≤α≤25°時比較合適。

根據(jù)遠度公式：S=V 2sin2α/g可知，α= 45°時，跳的最遠，但是影響立定跳遠的因素很多，很難達到45°。立定跳遠是斜向蹬地的，蹬地時的支撐反作用力F會分解成水平分力Fx和垂直分力Fy，由水平分力Fx=Fcosa可知，蹬地角度愈小，水平分力愈大，成績越好。在教學(xué)實踐運用中，蹬地角也不能太小，因為水平分力Fx實際是地面對人體的摩擦力，蹬地角度的大小也受到地面靜摩擦系數(shù)u的影響，即要求Fx≤uFy。根據(jù)三角函數(shù)公式tga=Fy/Fx≥1/u可知，如果靜摩擦系數(shù)u較小時，蹬地角不能太小。專家多年教學(xué)實踐研究提出：根據(jù)人體結(jié)構(gòu)特點、教學(xué)實際和學(xué)生身體素質(zhì)、體型、身高，蹬地角不能太大或太小， 在15°≤α≤25°這個范圍比較合適。因此，在訓(xùn)練時要注意蹬地的合適角度，采用不同的教學(xué)手段，變換練習(xí)方式，來提高立定跳遠成績。

4.5 落地是立定跳遠的最后一個環(huán)節(jié)，身體過最高點后，要屈膝、收腹，使小腿前伸，做好落地準(zhǔn)備。

起跳后遵循慣性定律，人體在落地之前產(chǎn)生很大的慣性。根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量公式J= m R2 可知：要減少轉(zhuǎn)動慣量I，必須要減少人體繞髖軸轉(zhuǎn)動的半徑R。所以，起跳時充分蹬伸踝、膝、髖使人體成為一直線后，要屈膝（減小半徑R）。即身體過最高點后，要主動向前壓軀干，使著地前的雙腿前伸，這樣，既能延長騰空時間，也在人體不改變重心拋物線軌跡前提下，提高成績。所以在教學(xué)和訓(xùn)練時，屈膝、收腹、伸小腿與軀干前壓要默契配合，這是教學(xué)中另外一個關(guān)鍵點和難點。

5 影響立定跳遠成績的因素

5.1 力量因素

對下肢肌群的爆發(fā)力和踝關(guān)節(jié)的力量要求較高。立定跳遠的最后用力點是在前腳掌，甚至是腳尖，需要踝關(guān)節(jié)的跖屈用力有相當(dāng)大的強度。

5.2 協(xié)調(diào)用力的能力

指骨盆肌群與下肢肌群協(xié)調(diào)用力的能力（包括踝關(guān)節(jié)）。協(xié)調(diào)用力正確的標(biāo)志是，髖、膝、踝三關(guān)節(jié)能迅速有力地蹬直，上肢能做出協(xié)調(diào)的擺動，起到帶、領(lǐng)、提拉的作用。

5.3 擺臂的作用

必須直臂擺動，擺幅越大，帶、領(lǐng)、提拉力量越大。屈臂擺動，容易造成上體的波浪動作，從而影響遠度。

5.4 能量的轉(zhuǎn)換

從站立狀態(tài)到下蹲狀態(tài)，勢能轉(zhuǎn)化為動能，這就相當(dāng)于有一定的助跑，從而可以更有效地提高初速度，增加立定跳遠的遠度。

6 研究結(jié)論

研究表明，立定跳遠的預(yù)擺、起跳、騰空和落地四個環(huán)節(jié)都符合生物力學(xué)原理。

7 研究反思

經(jīng)過我們研究小組的密切合作，研究順利完成，研究表明，探究式教學(xué)法在立定跳遠教學(xué)過程中得到驗證，它是一種科學(xué)有效的體育教學(xué)方法。在探究學(xué)習(xí)的過程中，運用物理學(xué)的知識分析立定跳遠技術(shù)動作的問題這一研究成果得到了實證研究。但是怎樣做到“以點帶面”發(fā)動全體學(xué)生采用所學(xué)物理知識去分析立定跳遠技術(shù)動作，做到學(xué)以致用，惠及全體學(xué)生，是一個亟待解決的重要課題，我們科研小組將在下一步將這個成功案例得以貫徹和落實，理論聯(lián)系實踐，讓這些思維活躍、創(chuàng)造力強的青年學(xué)生把自己學(xué)到的物理學(xué)知識科學(xué)合理的運用到體育鍛煉之中去。

參考文獻

[1]田麥久.運動訓(xùn)練學(xué)[M].北京：人民體育出版社，2005.

[2]李鴻江.田徑[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者簡介

續(xù)延軍（1976-）男，漢族，河南省南陽市人。碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向為體育教學(xué)理論與實踐。

作者單位

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省鶴壁市 458030