運動生物力學(xué)在課余田徑運動訓(xùn)練中的應(yīng)用

張愉 胡龍威 張彥龍

(牡丹江師范學(xué)院 黑龍江牡丹江 157000)

1 研究目的

田徑比賽分為徑賽項目和田賽項目，其中在校園訓(xùn)練中，短跑、跳遠是常見項目[1]。不同訓(xùn)練階段有不同的訓(xùn)練目標，訓(xùn)練初期主要是培養(yǎng)興趣，該文主要研究的是大學(xué)期間課余體育訓(xùn)練中短跑、跳遠的生物力學(xué)的應(yīng)用，通過研究，總結(jié)出田徑訓(xùn)練中涉及的生物力學(xué)知識，在課余訓(xùn)練中運用生物力學(xué)知識促進學(xué)生對田徑運動技術(shù)動作的理解，從而提高成績。

2 研究方法

通過知網(wǎng)、書籍查閱有關(guān)體育訓(xùn)練和教學(xué)中運用到的生物力學(xué)知識。

3 結(jié)果與分析

3.1 課余訓(xùn)練中生物力學(xué)應(yīng)用的重要性

運動生物力學(xué)的應(yīng)用貫穿于學(xué)生體育活動中的每個動作，對身體的鍛煉、體育訓(xùn)練和體育教學(xué)有重要作用。體育教師應(yīng)熟練掌握有關(guān)訓(xùn)練的知識，不能只會運動項目的技術(shù)動作，要熟悉運動生物力學(xué)的概念、原理、生物力學(xué)和人體運動的相互關(guān)系，以及對人體運動時關(guān)節(jié)的受力和肌肉伸展、收縮狀態(tài)等的理解。只有教師了解動作要領(lǐng)、原理、訓(xùn)練的相關(guān)知識及訓(xùn)練中可能出現(xiàn)的問題，才能在學(xué)生訓(xùn)練時發(fā)現(xiàn)問題，從而解決訓(xùn)練過程中遇到的難題，進而提高運動成績。在田徑訓(xùn)練過程中結(jié)合運動生物力學(xué)的知識，不僅能夠增強學(xué)生的體質(zhì)，提高理解思考能力，塑造良好身體形態(tài)、還能使教學(xué)過程更為豐富，讓學(xué)生能夠?qū)夹g(shù)掌握得更快。因此，運動生物力學(xué)在體育教學(xué)和體育訓(xùn)練中起到了不可替代的作用[2]。

3.2 短跑訓(xùn)練中生物力學(xué)的應(yīng)用

短跑是學(xué)校運動會比賽的熱門項目，比賽前很多教師會根據(jù)參賽者的體型來判斷參賽者是否跑得快，認為大腿肌肉發(fā)達的人更有力量，會跑得更快，在鍛煉時也著重訓(xùn)練大腿的肌肉群，但比賽的成績并不理想。很多學(xué)者根據(jù)肌肉的不同形態(tài)和功能以及肌肉力量和速度的關(guān)系，研究出短跑速度快的理論機制。在奔跑時可將人體看作是有支點的無實體軸轉(zhuǎn)動，奔跑的速率為步頻和步速的乘積，要想提高成績，可以加大步長，提高步頻。不要以定向思維認為身高矮的學(xué)生奔跑速度較慢，若其掌握了技巧也可使成績很快提高。

3.2.1 起跑前準備活動

無論進行何種運動，訓(xùn)練前的準備活動一定要組織好。在短跑訓(xùn)練中，不僅要進行基礎(chǔ)的準備活動，還要進行短跑訓(xùn)練的專門性準備活動，如壓腿牽拉腿部肌肉、腳尖點地轉(zhuǎn)動足部、雙手叉腰轉(zhuǎn)動腰部等。這樣才能在短跑訓(xùn)練中減少肌肉拉傷等風(fēng)險，也有利于訓(xùn)練效果的提升。肌肉拉伸運動可以在很大程度上避免運動損傷，加速周身的血液循環(huán)，提高呼吸系統(tǒng)在大強度訓(xùn)練前的適應(yīng)能力，增加肌肉牽拉力，還可以使訓(xùn)練時的動作更規(guī)范，同時也能緩解運動訓(xùn)練后肌肉的酸痛感[3]，緩解運動后的疲勞。若不進行準備活動，較為安靜的身體突然進行大量的活動，會使心臟、肌肉、骨骼受到損傷，久而久之會使身體機能下降。

3.2.2 起跑姿勢訓(xùn)練的生物力學(xué)應(yīng)用

在比賽中可以看到，在奔跑的準備階段有人處于下蹲姿勢（雙腳分別一前一后踩后面的踏板，雙手撐在兩邊，而另一部分人則是弓步站立的姿勢，在大型比賽如奧運會中，短跑、跨欄等起步姿勢都是下蹲姿勢。蹲式起跑能夠使身體快速擺脫靜止的狀態(tài)，不僅是向前沖的一瞬間有很大的速度，而且也為起跑后的加速提供有利幫助。在后腿蹬離起跑器并結(jié)束前擺后，上身盡量下壓靠近地面，為騰空的一瞬間儲存勢能。短跑運動員的后腳與起跑器之間處于適當角度（60°～40°）可增大加速度[4]，前腿邁出時，著地點應(yīng)盡可能地靠近身體重心的投影點，使腳著地后馬上進入后蹬階段。如果第一步太靠前，重心還在后面，要移動到前面需要很大的力量，會減慢起跑速度；如果太靠后，剛起身的一瞬間身體還有較大慣性，如果第一步靠后，雙腳間距太短，穩(wěn)定性減小，會有摔倒的危險。前腿在離開跑器后，迅速以最大力屈膝向前。

3.2.3 擺動腿訓(xùn)練的生物力學(xué)應(yīng)用

用力騰空后，身體開始直立，支撐腿從屈曲狀態(tài)脫離，膝關(guān)節(jié)從屈曲狀態(tài)開始伸直，人體重心則會以很快的速度向上方移動。擺動腿要隨著支撐腿的運動而運動，如果單靠擺動腿的力量向前擺動，則達不到較好的效果，要充分、合理地利用地面對支撐腿的反作用力，利用膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)靈活性的特點，使擺動腿擺動到最大程度。在擺動時要注意以下問題。第一，在保持高頻率步頻的前提下，擺動腿需要做最大幅度的轉(zhuǎn)動。這樣既可以保證步頻，又可以保證步長；第二，最大限度增加擺動半徑，目的在于提高轉(zhuǎn)動慣量，使支撐腿在后蹬階段時能有較大的力量發(fā)力蹬地；增加擺動半徑就是髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)盡量伸展，有學(xué)生在跑步過程中為了單純追求速度，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)伸展不充分，很容易累，成績還不理想；第三，擺動時擺動腿膝關(guān)節(jié)應(yīng)優(yōu)先擺動，用足夠大的力量向正前上方盡力抬高，使大腿和地面保持平行。大腿的抬高能增加擺動腿向下擺動時的勢能，腳落地時又能增加較大的反作用力和彈力，后蹬更有力量；第四，身體上部分保持與地面垂直的狀態(tài)，可以給髖關(guān)節(jié)以足夠的運動空間，還能保持胸廓不受擠壓，使呼吸能夠暢快，為身體持續(xù)、快速供氧。同時兩臂前后擺動，轉(zhuǎn)動慣量的增加，會使向前的力量增大。且兩只腳的著地點要在一條直線上，能夠減小髖關(guān)節(jié)不必要的外展，使髖關(guān)節(jié)的力量集中在向前的發(fā)力上；第五，因膝關(guān)節(jié)最先做主動動作與發(fā)力，髖關(guān)節(jié)有一定的緩沖，能夠使髂腰肌在近端固定下快速收縮，如果單靠大腿肌肉發(fā)力，力量較小，與膝關(guān)節(jié)發(fā)力相結(jié)合能夠加快大腿向前的擺動速度[5]。

綜上所述，要想獲得較快的向前水平移動速度，必須擁有合理的向前水平推力，即支撐腿在蹬離地面時，地面對人的反作用力。擺動腿的擺動是否合理在很大程度上決定后蹬效果, 因此擺動腿的擺動技術(shù)對速度有著非常重要的作用[6]。

3.3 跳遠訓(xùn)練的生物力學(xué)應(yīng)用

跳遠又名急行跳遠，屬于田徑運動跳躍類項目，由助跑、起跳、騰空和落地等動作組合構(gòu)成。在訓(xùn)練跳遠時，不要單一訓(xùn)練起跳，其他各部分內(nèi)容也要訓(xùn)練，跳遠選手沿直線助跑一段距離后，在起跳板前沿線后起跳，經(jīng)騰空階段后，將雙足在沙坑落下的第一個腳印作為最遠點，通過測量起跳點到落腳點的距離來決定名次。之前人們認為身高高的選手跳得遠，因為腿比較長，可能會增加距離，但實則不然，跳遠看的是起跳的一瞬間所做的動作是否有利于遠跳。

3.3.1 起跳前動作中的生物力學(xué)的應(yīng)用

研究方法，起跳時的起跳初速度和起跳的角度是影響運動成績的重要因素, 在訓(xùn)練時要著重訓(xùn)練這兩部分內(nèi)容，讓身體形成記憶，這兩個因素是跳遠的起跳階段中最重要的因素。助跑可以增加整個身體的速度，速度越快，才能在起跳時更好地增加速度。當助跑結(jié)束后，起跳腳在支撐點時突然受到制動, 此時人體就會繞制動點的軸而發(fā)生轉(zhuǎn)動，雙腳著地不動，踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)都開始發(fā)生轉(zhuǎn)動。人體繞制動點轉(zhuǎn)動效果的好壞，與雙腳著地時的穩(wěn)定性密切相關(guān)。如果穩(wěn)定性差，很可能會因為助跑時慣性過大而發(fā)生摔倒，甚至扭傷。人體的踝關(guān)節(jié)是由上下兩塊骨組成的梯形活動結(jié)構(gòu)，直立時上下兩塊骨相互契合，踮腳尖時兩塊骨中間會有縫隙，穩(wěn)定性減小，容易扭傷。為了提高著板時的穩(wěn)定度, 運動員著板時需要腳跟首先接觸地面并迅速轉(zhuǎn)動，這樣就增大了腳和地面的接觸面積，減小了慣性帶來沖撞力，從而減小腳部的損傷[7]。

3.3.2 起跳時擺動姿勢的生物力學(xué)特性

在助跑后起跳點制動，身體獲得較大能量，但能量遠遠不夠，還需要雙臂的擺動。擺動動作在跳遠中有很重要的作用，起跳時的擺動動作能明顯提高重心的相對高度及垂直速度，增加起跳力和起跳速度，在起跳階段中擺動腿及擺動臂的擺動角速度大致經(jīng)歷增加—最大—減小3個階段[8]。當起跳腿進行踏跳動作時，身體的擺動環(huán)節(jié)將進行加速擺動，擺動環(huán)節(jié)的豎直加速度呈規(guī)律性變化。以腳為支點，雙臂的擺動也能加大身體的轉(zhuǎn)動慣量，使身體在起跳時有更大的力量。在起跳緩沖階段，加速度值急劇增加，并在最大緩沖時刻能夠達到最大值，踏跳蹬伸階段，擺動環(huán)節(jié)的加速度值開始減少。雙腳離開地面時向上跳躍有一個騰起角，理論上的要求是騰起角在45°時，能夠獲得最佳的跳遠成績。在訓(xùn)練時，有意訓(xùn)練學(xué)生的騰起角，可以通過參照物的方法讓學(xué)生不斷試驗，逐步找到感覺，形成肌肉記憶。

綜上所述，要想取得跳遠的好成績，必須要有合理的起跳力、起跳角度和擺動動作相互配合。如果嘗試沒有擺動動作起跳，可以明顯看到跳遠的距離很短，如果起跳時身體過高或過低也不會有好的成績。

3.4 投擲訓(xùn)練的生物力學(xué)應(yīng)用

鉛球是一項重器械投擲項目，是速度與力量的考驗。優(yōu)秀的成績主要取決于推球的最后用力階段。出手速度、出手角度和出手高度是影響鉛球運動成績的三要素[9]。鉛球的出手速度越大，鉛球的運動距離就相應(yīng)越大，出手之前需要有向前滑步的動作，滑步動作可增大鉛球的出手的初速度。出手角度理論上為45°，但也要因人而異。優(yōu)秀運動員出手高度最大可達2.20m，這與運動員的身高、體重、臂長、肌肉募集等有關(guān)。在鉛球運動中，合理利用慣性可以發(fā)揮出更好的優(yōu)勢。左腳接觸地面用力瞬間運動員右腳立即用力蹬轉(zhuǎn)，同時需要完成屈膝向投擲方向蹬轉(zhuǎn)。此過程中，運動員身體、鉛球和運動方向的一致，可最大發(fā)揮所有肌肉的募集作用。

擲鐵餅同樣也是機械投擲項目，對力量與速度有要求，對速度的要求主要為角速度，旋轉(zhuǎn)效果是影響鐵餅投擲成績的主要因素[10]。在旋轉(zhuǎn)半徑固定的情況下，角動量越大，出手速度越快，投擲越遠。在投擲規(guī)程中，需要穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)手臂，以防速度流失[11]。

4 結(jié)語

在田徑運動訓(xùn)練中，運用生物力學(xué)知識進行訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點與不足如下。

（1）運動生物力學(xué)能夠使體育教學(xué)過程中動作理論化，使運動技術(shù)技巧在教學(xué)過程中更容易被理解。教師在教學(xué)過程中，通過對生物力學(xué)原理的講解，再在實踐中教會學(xué)生如何發(fā)力，提高學(xué)生的訓(xùn)練效果，使學(xué)生能快速掌握動作要領(lǐng)。在跑步時，大腿帶動小腿跑步，應(yīng)用角動量傳遞原理，可提高奔跑速度。

（2）在訓(xùn)練時，通過生物力學(xué)知識的講解，以討論的方式讓學(xué)生思考鉛球如何扔得遠、跳遠如何跳得遠等，在討論后進行實踐，學(xué)生更容易掌握動作要領(lǐng)和發(fā)力方法。

（3）許多學(xué)生的跑步姿勢已較為固定，要更改發(fā)力部位及發(fā)力姿勢有很大難度，雖然教師有明確講解，但在練習(xí)時，學(xué)生很容易忽略，依然按原來的方式奔跑。

在課間運動訓(xùn)練中, 非常需要運動生物力學(xué)的有關(guān)理論知識和分析方法來促進學(xué)生學(xué)習(xí)運動技術(shù)技巧，提高成績。根據(jù)運動學(xué)與動力學(xué)的相關(guān)知識，結(jié)合人體解剖學(xué)、生理學(xué)等，分析優(yōu)秀運動員運動時的生物力學(xué)特性，總結(jié)出提高成績的訓(xùn)練方法。將運動生物力學(xué)的知識應(yīng)用到體育教學(xué)與運動訓(xùn)練的實踐中, 不僅可以使學(xué)生在長期訓(xùn)練中逐步摸索出一套適合自身身體機能的運動技巧和訓(xùn)練方法, 還可以使體育教師自身綜合素質(zhì)得到提升。