30年來有關(guān)健美操技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究綜述

邵妮娜 牛健壯 于雪梅 高妮娜 張承意

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是體育科學(xué)中一門重要的理論學(xué)科，對(duì)我國(guó)體育事業(yè)的發(fā)展，特別是在各個(gè)體育項(xiàng)目中的技術(shù)分析、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、設(shè)計(jì)和改進(jìn)運(yùn)動(dòng)器材、裝備和設(shè)備、預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷等發(fā)揮著重要作用[1]。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的運(yùn)用對(duì)競(jìng)技健美操技術(shù)動(dòng)作分析更加客觀化、具體化，對(duì)未來健美操事業(yè)以及運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練水平與運(yùn)動(dòng)成績(jī)都有較大的影響。本文主要搜集近30年來有關(guān)健美操技術(shù)動(dòng)作在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的相關(guān)理論研究?jī)?nèi)容，為未來的健美操發(fā)展提供理論依據(jù)。

1. 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與方法研究

1.1 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是體育科學(xué)學(xué)科體系的重要組成部分，研究人體運(yùn)動(dòng)器系的生物力學(xué)特性、人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的力學(xué)規(guī)律以及運(yùn)動(dòng)器械機(jī)械力學(xué)規(guī)律的科學(xué)。通過生物力學(xué)方法對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行測(cè)試研究，提高動(dòng)作技術(shù)效率，提高運(yùn)動(dòng)技術(shù)水平[2]。本人通過知網(wǎng)查閱近30年(1986年-2016年)有關(guān)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的相關(guān)文章，共計(jì)1258篇。1986年出現(xiàn)第一個(gè)研究高峰，發(fā)表58篇論文；1987-2001年進(jìn)入發(fā)展平緩期；2002年-2009年出現(xiàn)第二個(gè)研究高峰，2009年發(fā)表文章數(shù)量為81篇；2010年-2016年研究數(shù)量逐年遞減。黃巖等人在“第23屆國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)年會(huì)所錄用的論文評(píng)述”中指出：論文從選題范圍看，應(yīng)用生物力學(xué)的理論與實(shí)踐和競(jìng)技運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析是大會(huì)的主流，二者占據(jù)了所有論文的40%左右，矯形及損傷康復(fù)也以15.3%的份額占據(jù)了第3位。目前世界上的生物力學(xué)研究趨勢(shì)已經(jīng)向應(yīng)用生物力學(xué)的理論與實(shí)踐及矯形康復(fù)治療傾斜；從研究分類看，運(yùn)動(dòng)技術(shù)類仍占生物力學(xué)的研究主流，其中以田徑和球類項(xiàng)目為主，共計(jì)75篇(球類38篇)，占運(yùn)動(dòng)技術(shù)類生物力學(xué)研究的47.5%，占總比例的29.9%。體操、健美操篇數(shù)為6篇，占運(yùn)動(dòng)技術(shù)類生物力學(xué)研究的3.8%。從比例分配可以明顯看出，健美操在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的研究較少[3]。

1.2 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的方法及測(cè)試手段研究

1.2.1 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的方法研究

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的技術(shù)分析和研究水平有賴于研究?jī)x器的發(fā)展，需要向同步化、計(jì)算機(jī)化和動(dòng)作技術(shù)最佳化等方面發(fā)展。而運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究方法與測(cè)試儀器的合理運(yùn)用對(duì)該學(xué)科探尋人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，闡明各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理，改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作與方法，預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷等方面有重要影響意義。劉海斌對(duì)生物力學(xué)研究方法分類上做了詳細(xì)劃分：從研究的形式上，可分為理論研究和實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)研究方法又分實(shí)驗(yàn)室測(cè)量法和運(yùn)動(dòng)測(cè)量法。從研究的領(lǐng)域上，可分為物理學(xué)研究、生物學(xué)研究和系統(tǒng)研究法。從研究材料的來源上可分為原始資料數(shù)據(jù)的采集整理和資料分析法。研究運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目主要以運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究為主，生物學(xué)的研究為輔[4]。

1.2.2 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的測(cè)試手段研究

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的測(cè)試主要以三個(gè)方面為主：運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的攝影分析；動(dòng)力學(xué)方面的測(cè)力系統(tǒng)；生物學(xué)方面的肌電研究。

手段特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)采用錄像及數(shù)字化處理；攝像分析由平面到立體、由一維到三維，并以三維為主；攝像由低速到高速，甚至用紅外攝像分析。通過攝影錄像記錄比賽中運(yùn)動(dòng)員的姿態(tài)信息，其優(yōu)點(diǎn)是信息反饋快、反饋信息量大和成本低等。在不影響運(yùn)動(dòng)員正常比賽訓(xùn)練情況下，獲取運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)，準(zhǔn)確地分析技術(shù)動(dòng)作，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。動(dòng)力學(xué)三維測(cè)力平臺(tái)、等速測(cè)試儀、足底壓力測(cè)試足底壓力測(cè)試系統(tǒng)可測(cè)出運(yùn)動(dòng)員足底的受力情況，得出運(yùn)動(dòng)時(shí)足底受力作用的時(shí)間特點(diǎn)，力隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，力的分布特點(diǎn)等。生物學(xué)肌電測(cè)試系統(tǒng)主要通過肌電測(cè)試探索神經(jīng)肌肉的活動(dòng)狀況客觀分析技術(shù)動(dòng)作的肌肉作用情況和作用大小，以及難度動(dòng)作用力的合理性。

2. 健美操在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的發(fā)展現(xiàn)狀研究

20世紀(jì)60年代，健美操也被稱為“有氧健美操”，以有氧訓(xùn)練為主，鍛煉心肺功能為主要目的。1985年，美國(guó)將健美操發(fā)展為競(jìng)技性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。如今，競(jìng)技健美操進(jìn)入國(guó)際體育競(jìng)賽項(xiàng)目已有三十余年，隨著規(guī)則的變化和競(jìng)技健美操在世界范圍的普及，我們需要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)不斷地對(duì)動(dòng)作進(jìn)行研究，使健美操項(xiàng)目得到更好地發(fā)展。

2.1 從時(shí)間上分析健美操在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的研究

表1 1989—2016年有關(guān)健美操運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究論文發(fā)表數(shù)量一覽表

(注：未提及的年份發(fā)表數(shù)量為“0”)

本人通過知網(wǎng)查詢相關(guān)文獻(xiàn)，以“健美操運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)”為篇名進(jìn)行搜索，共有43篇研究論文。 據(jù)表1 可看出1989年-2004年健美操在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的研究緩慢發(fā)展；從2005-2009年，隨著全國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)的開展(包括2006年第十一屆以及2008年第十二屆)，相關(guān)健美操運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究方向引起了重視，文章數(shù)量明顯增加；而從2010年-2016年，從研究論文數(shù)量看相對(duì)波動(dòng)，在2014年出現(xiàn)的一個(gè)小高峰也是與同年第十七屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)的開展息息相關(guān)。

2.2 從技術(shù)動(dòng)作分析健美操在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的研究

競(jìng)技健美操難度動(dòng)作是運(yùn)動(dòng)員利用身體內(nèi)在力量改變身體各個(gè)部位的相對(duì)位置，保證身體重心沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)而完成的不同復(fù)雜程度的技術(shù)動(dòng)作。難度動(dòng)作是成套的價(jià)值基礎(chǔ)，也是健美操運(yùn)動(dòng)員綜合實(shí)力的體現(xiàn)[6]。

表2 有關(guān)健美操技術(shù)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)論文具體研究?jī)?nèi)容一覽表

FIG2005-2008年競(jìng)技健美操競(jìng)賽規(guī)則將收錄的321個(gè)難度動(dòng)作劃分為四類：A 類(俯臥撐、倒地、旋腿與分切)，B類(支撐與水平)，C類(跳與躍)，D類(平衡與柔韌)[7]。從表2可以直觀地看出，有關(guān)健美操技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)分析相關(guān)文章研究較少(在此之前體操、游泳、田徑等項(xiàng)目運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試方法居多)，其中單獨(dú)從運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、生物肌電三方面分別開展研究的較多，但三個(gè)參數(shù)結(jié)合研究健美操技術(shù)動(dòng)作的是少之又少，運(yùn)用生物力學(xué)研究健美操技術(shù)動(dòng)作也主要以分析健美操C類動(dòng)作為主。

3. 健美操四類難度動(dòng)作在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)領(lǐng)域中的分析

3.1 健美操A組技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

健美操A組難度動(dòng)作屬于動(dòng)力性力量類，主要包括俯臥撐、提臀起、分切、托馬斯等技術(shù)動(dòng)作，是運(yùn)動(dòng)員上肢力量及技術(shù)水平實(shí)力的展現(xiàn)，上肢力量的強(qiáng)弱關(guān)系到運(yùn)動(dòng)員成套動(dòng)作的過渡連接、技巧類的動(dòng)作編排水平，同時(shí)也是難度加分的重要部分[9]。李旭龍等人對(duì)“托馬斯”全旋動(dòng)作進(jìn)行生物力學(xué)分析后得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)員在完成“托馬斯”全旋動(dòng)作時(shí)，應(yīng)注意在動(dòng)作開始階段增大分腿角度以增加轉(zhuǎn)動(dòng)速度；在單手支撐階段保持分腿角度增大動(dòng)作幅度。加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員肌肉力量的同時(shí)提高髖、腿的柔韌性并進(jìn)行并腿全旋等輔助練習(xí)對(duì)運(yùn)動(dòng)員快速準(zhǔn)確掌握該動(dòng)作有積極的意義[10]。

3.2 健美操B組技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

健美操B組難度動(dòng)作屬于靜力性力量類，主要包括分腿、并腿直角支撐、水平支撐等技術(shù)動(dòng)作，規(guī)則要求該類動(dòng)作無論在開始或結(jié)束位置，還是在支撐轉(zhuǎn)體中，整個(gè)過程必須保持2s以上；要求身體以各種姿勢(shì)完全支撐在單手或雙手上，雙腳或臀部不允許接觸地面，并且支撐時(shí)手掌平整撐于地面，主要發(fā)展上肢及腹、髖、腰肌力量為主。周敏對(duì)分腿水平支撐動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)以及生物力學(xué)分析，結(jié)果顯示：運(yùn)動(dòng)員在完成分腿水平支撐動(dòng)作時(shí)，肩關(guān)節(jié)角度應(yīng)控制在70°左右，同時(shí)髖關(guān)節(jié)的角度越大，即軀干與下肢的角度越小，越接近動(dòng)作規(guī)格[11]。

3.3 健美操C組技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

健美操C組難度動(dòng)作屬于跳與躍，這類動(dòng)作主要發(fā)展下肢腿部力量，以爆發(fā)力的腿部力量為主，包括直跳、團(tuán)身跳、屈體分腿跳等技術(shù)動(dòng)作。跳躍類難度動(dòng)作在競(jìng)技健美操規(guī)則難度表中占比重最大[12]。戴立平對(duì)C426轉(zhuǎn)體180°屈體分腿跳成俯撐動(dòng)作和C144自由倒地轉(zhuǎn)體180°成俯撐動(dòng)作進(jìn)行分析后表明：在完成自由倒地類和屈體分腿類動(dòng)作時(shí)需要注意三個(gè)方面，第一，高質(zhì)量的起跳。對(duì)于屈體分腿類動(dòng)作，起跳時(shí)身體質(zhì)心與垂直分力之間距離應(yīng)較小，從而增加向上的分力以獲得更多的騰空時(shí)間；其次，保持身體姿態(tài)。在直體騰空階段則要保持身體處于伸展的標(biāo)準(zhǔn)位置，骨盆處于固定位置。最后，穩(wěn)定的落地。由于膝關(guān)節(jié)不能彎曲，肩、肘、腕關(guān)節(jié)起到了主要的緩沖作用。日常訓(xùn)練應(yīng)加強(qiáng)上肢及腰腹力量的練習(xí)，同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的安全[13]。

3.4 健美操D組技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

健美操D組難度動(dòng)作屬于平衡與柔韌，以發(fā)展身體柔韌性及平衡感為主，包括轉(zhuǎn)體、劈腿、依柳辛等技術(shù)動(dòng)作。D組難度綜合要求較高，在較好柔韌的前提下也需要有一定的爆發(fā)力，劈腿的角度和用力的方向是完成難度動(dòng)作的主要特征。陸曉煒對(duì)D266難度：依柳辛成垂地劈腿動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)將D266難度動(dòng)作分為兩個(gè)階段進(jìn)行研究，包括依柳辛階段和垂地劈腿結(jié)束階段。實(shí)驗(yàn)表明：依柳辛階段，運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)體速度的快慢與腳尖的轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān)，其次髖關(guān)節(jié)的柔韌性在D組技術(shù)動(dòng)作中相當(dāng)重要，垂地劈腿結(jié)束階段的完成質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)員的展髖幅度有關(guān)[14]。

4. 結(jié)語

4.1 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是一門邊緣性學(xué)科，同時(shí)也是一門快速發(fā)展中的學(xué)科。現(xiàn)如今的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)不僅廣泛地應(yīng)用于競(jìng)技體育技術(shù)分析，同時(shí)也應(yīng)用于人體健康研究，包括健康生活、運(yùn)動(dòng)損傷、運(yùn)動(dòng)鞋的力學(xué)功效評(píng)價(jià)等方面?？v觀運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，在很多競(jìng)技體育項(xiàng)目中都有較大的發(fā)展空間，而健美操的發(fā)展前景研究有待進(jìn)一步加深。

4.2 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是體育科學(xué)學(xué)科體系中的一門交叉學(xué)科，其研究手段與方法較為多樣、靈活，對(duì)健美操4類不同技術(shù)動(dòng)作都有特定的分析，但大多數(shù)的技術(shù)動(dòng)作都以運(yùn)動(dòng)學(xué)分析為主，將動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)兩個(gè)參數(shù)結(jié)合起來共同分析技術(shù)動(dòng)作的手段幾乎沒有，結(jié)合三個(gè)參數(shù)分析其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性與邏輯性對(duì)健美操以及其他各項(xiàng)競(jìng)技項(xiàng)目的技術(shù)分析都將是一個(gè)大的突破。

4.3 健美操競(jìng)技動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析的相關(guān)實(shí)驗(yàn)通常選取的研究對(duì)象都是特定的，測(cè)量環(huán)境也是特定的，靈活的環(huán)境和手段在運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)可以通過攝像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，但動(dòng)力學(xué)與肌電測(cè)量系統(tǒng)很難應(yīng)用于日常訓(xùn)練或比賽中，具有一定的局限性。如何突破這一發(fā)展局限，也是未來思考的方向。

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