基于運(yùn)動生物力學(xué)的中小學(xué)立定跳遠(yuǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

劉程林 劉玉潔 郭丞

摘? 要：立定跳遠(yuǎn)成績是評價兒童青少年身體素質(zhì)的重要指標(biāo)，是我國中小學(xué)體育教學(xué)的重點(diǎn)和基礎(chǔ)內(nèi)容，具有一定代表性。目前，立定跳遠(yuǎn)教學(xué)多停留在強(qiáng)調(diào)對學(xué)生運(yùn)動技巧的教授和訓(xùn)練，而忽略了學(xué)生身體素質(zhì)尤其是肌肉力量、肌肉爆發(fā)力的訓(xùn)練。本研究通過運(yùn)動生物力學(xué)分析闡釋了髖膝踝關(guān)節(jié)的力傳遞過程，結(jié)合“學(xué)、練、賽、評”設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，從肌群發(fā)力角度對現(xiàn)有的教學(xué)方案進(jìn)行優(yōu)化，提出了高抬腿、跳障礙、蛙跳、仰臥舉腿、空中蹬車、觸膝卷腹等立定跳遠(yuǎn)相關(guān)肌群的力量訓(xùn)練方法。

關(guān)鍵詞：立定跳遠(yuǎn)；力量訓(xùn)練；運(yùn)動生物力學(xué)分析；教學(xué)方案設(shè)計(jì)

中圖分類號：G623.8? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1005-2410（2023）09-0030-03

一、兒童青少年立定跳遠(yuǎn)存在的問題

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)及多媒體的快速發(fā)展，相關(guān)娛樂方式正在取代傳統(tǒng)體育活動成為兒童青少年最主要的課余活動及愛好。由此導(dǎo)致的兒童青少年體質(zhì)健康問題不容樂觀，主要表現(xiàn)在肥胖率逐年增加，力量、速度、爆發(fā)力等身體素質(zhì)逐年下降。立定跳遠(yuǎn)作為評價學(xué)生身體素質(zhì)的重要指標(biāo)之一，可以反映包括彈跳力、爆發(fā)力在內(nèi)的下肢力量以及身體協(xié)調(diào)控制能力，是我國中小學(xué)體育教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是中小學(xué)階段學(xué)生體質(zhì)測試的基礎(chǔ)項(xiàng)目，提高立定跳遠(yuǎn)成績對兒童青少年身體素質(zhì)提升有重要意義。近年來，中小學(xué)體育課程改革越發(fā)受到重視，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的中小學(xué)體育課程教學(xué)中主要強(qiáng)調(diào)對學(xué)生運(yùn)動技巧的教授和訓(xùn)練，往往忽略了學(xué)生身體素質(zhì)尤其是肌肉力量、肌肉爆發(fā)力的訓(xùn)練。因此，當(dāng)前急需在課程教學(xué)和練習(xí)方案設(shè)計(jì)中采取科學(xué)合理的教學(xué)與訓(xùn)練方法，增加相關(guān)肌肉力量的專項(xiàng)訓(xùn)練內(nèi)容。本研究基于立定跳遠(yuǎn)的運(yùn)動生物力學(xué)特征，分析立定跳遠(yuǎn)成績的決定因素，并重點(diǎn)針對“學(xué)、練、賽、評”提出適用于快速提高立定跳遠(yuǎn)成績的練習(xí)動作，優(yōu)化教學(xué)方案。

二、立定跳遠(yuǎn)的運(yùn)動生物力學(xué)特征分析

（一）研究對象與研究方法

選取5名高校田徑專項(xiàng)大學(xué)生作為受試者。受試者自述一月內(nèi)沒有疾病或運(yùn)動損傷，在實(shí)驗(yàn)測試前24小時未進(jìn)行任何與測試無關(guān)的運(yùn)動。測試前，受試者被告知研究目的，并簽署了充分了解測試程序的知情同意書。

測試采用兩個Kistler三維測力臺獲取地面反作用力，并使用紅外動作捕捉系統(tǒng)獲取三維軌跡。測試前，受試者進(jìn)行了10分鐘的熱身運(yùn)動，以確保動作以標(biāo)準(zhǔn)方式完成。隨后測試人員將反光標(biāo)記粘貼在受試者身上，受試者雙腳各踩在一個力平臺上，按照測試人員要求完成立定跳遠(yuǎn)動作?？偣策M(jìn)行七次跳躍，選擇成績最好的一次進(jìn)行分析。

動作捕捉系統(tǒng)收集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)用以判斷膝關(guān)節(jié)屈曲程度，三維測力臺的地面反作用力數(shù)值用以判斷雙腳與地面作用過程（地面反作用力小于10N認(rèn)為雙腳離開地面）。運(yùn)動生物力學(xué)分析中采用Opensim軟件建立肌肉骨骼模型，并進(jìn)行模擬分析。本研究中使用的全身骨骼肌模型是由Gait2354_Simbody修改獲得的，包括92個下肢肌肉致動器，共有37個自由度。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

完整的立定跳遠(yuǎn)的技術(shù)動作可以分為三個環(huán)節(jié)：起跳環(huán)節(jié)、飛行環(huán)節(jié)、著陸環(huán)節(jié)，其中起跳環(huán)節(jié)是影響跳遠(yuǎn)成績的主要階段，因?yàn)樘龅木嚯x取決于起跳的初始速度及起跳角度。而起跳時刻的速度和角度與髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)參與運(yùn)動的情況密切相關(guān)，包括運(yùn)動幅度、蹬伸速度以及關(guān)節(jié)間的協(xié)調(diào)運(yùn)動等。立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果如圖1所示，起跳環(huán)節(jié)首先是髖膝踝三個關(guān)節(jié)在屈肌帶動下由直立狀態(tài)變?yōu)榍鸂顟B(tài)進(jìn)行蓄力，隨后關(guān)節(jié)伸肌肌群發(fā)力完成起跳動作。

依據(jù)大關(guān)節(jié)首先運(yùn)動原理，當(dāng)需要克服大阻力或者需要較大的運(yùn)動速度時，運(yùn)動鏈中的大關(guān)節(jié)總是首先產(chǎn)生動作，然后依次為中、小關(guān)節(jié)，充分發(fā)揮三個關(guān)節(jié)的肌肉力量，獲得較大的蹬伸力，從而獲得較大的加速度。圖1（a）表明下肢三個關(guān)節(jié)按照髖膝踝的順序屈曲至最大，該運(yùn)動學(xué)結(jié)果與前面分析結(jié)果一致。即在下蹲階段，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度變化快于踝關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)最先達(dá)到其峰值屈曲角度。踝關(guān)節(jié)作為起跳動作的支撐點(diǎn)，變化較小，在蹬伸階段末期有較大的變化速度。

在深蹲和蹬伸過程中，膝關(guān)節(jié)力矩首先顯著增加，然后迅速下降，這證明了深蹲和蹬伸過程中膝關(guān)節(jié)主導(dǎo)了能量儲存和釋放的過程。在深蹲和蹬伸的早期，髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動與膝關(guān)節(jié)相似，但它們的關(guān)節(jié)力矩不同。這可能是因?yàn)?，在這個階段，髖關(guān)節(jié)被動屈曲，以配合膝關(guān)節(jié)的主動屈曲。在蹬伸階段末期，膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)力矩迅速下降，髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)力矩增加，這是因?yàn)樽詈蟮牡派祀A段需要有一個較大的加速度帶動身體起飛，人體通過調(diào)整軀干的相對位置來調(diào)整重心。離地騰空后即將進(jìn)入飛行階段，飛行階段主要是髖關(guān)節(jié)帶動腿部相對于軀干的轉(zhuǎn)動，因此髖關(guān)節(jié)力矩出現(xiàn)較大幅度的上升，并為主導(dǎo)立定跳遠(yuǎn)第二階段的飛行環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。

膝關(guān)節(jié)在起跳環(huán)節(jié)中較短的時間內(nèi)完成屈膝下蹲以及展膝蹬伸的動作，膝關(guān)節(jié)肌群肌肉力量首先顯著增加，然后迅速下降，完成了能量儲存和釋放的過程。伸膝肌群在起跳環(huán)節(jié)是一個典型的離心—向心收縮的復(fù)合運(yùn)動形式，屈曲至最大過程中，伸膝肌群被動拉長做離心收縮，肌力逐漸增大，膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩也隨之增大并在屈曲達(dá)到最大的時刻t1達(dá)到峰值；被拉伸的肌肉在下蹲過程儲存了大量的彈性勢能，還具備了一定的初始長度，為后續(xù)蹬伸階段的向心收縮做良好的準(zhǔn)備。

髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動受到核心肌肉群和腿部肌肉群的協(xié)調(diào)控制。核心肌群在下蹲過程中主要保持較低的激活程度，在蹬伸階段末期才會迅速激活，配合腿部肌群完成髖關(guān)節(jié)快速伸展和軀干姿態(tài)調(diào)整。與髖膝關(guān)節(jié)相比，踝關(guān)節(jié)屬于小關(guān)節(jié)，是動作的支撐點(diǎn)，在運(yùn)動過程中首先背屈配合完成屈膝動作，再跖屈配合完成整個蹬伸動作，這需要較大的關(guān)節(jié)力量和較高的靈活度。盡管關(guān)節(jié)力矩相對膝關(guān)節(jié)較小，踝關(guān)節(jié)仍然承擔(dān)了完成結(jié)束動作，對方向進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，直接影響動作質(zhì)量的好壞的重要作用。根據(jù)以上運(yùn)動生物力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，下肢髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)協(xié)同用力形成的運(yùn)動鏈?zhǔn)菦Q定立定跳遠(yuǎn)起跳初速度的關(guān)鍵因素。在整個下肢兩足三關(guān)節(jié)系統(tǒng)中，髖膝踝三個關(guān)節(jié)的肌肉力量通過影響關(guān)節(jié)各自的做功情況影響著整個下肢運(yùn)動系統(tǒng)的表現(xiàn)，良好的下肢肌肉力量素質(zhì)是取得優(yōu)異運(yùn)動成績的基礎(chǔ)。因此，提高髖、膝、踝三關(guān)節(jié)的肌肉力量和協(xié)調(diào)發(fā)力是提高立定跳遠(yuǎn)成績的關(guān)鍵因素。

當(dāng)前中小學(xué)體育教學(xué)中更多關(guān)注的是運(yùn)動技術(shù)的教授，而對于下肢肌肉力量、爆發(fā)力、協(xié)調(diào)發(fā)力技術(shù)等方面的訓(xùn)練較少。本研究結(jié)果提示立定跳遠(yuǎn)的教學(xué)改革應(yīng)該注重下肢力量和協(xié)調(diào)用力能力來設(shè)計(jì)訓(xùn)練方法和手段。本研究也為中小學(xué)體育教育課程改革提出另一個思路，即中小學(xué)體育課程建設(shè)應(yīng)該注重體能和力量素質(zhì)訓(xùn)練為主的課程體系建設(shè)。

三、“學(xué)、練、賽、評”背景下發(fā)展立定跳遠(yuǎn)能力的教學(xué)設(shè)計(jì)

2021年4月，教育部辦公廳發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)中小學(xué)生體質(zhì)健康管理工作的通知》指出，中小學(xué)校要聚焦“教會、勤練、常賽”，逐步完善“健康知識+基本運(yùn)動技能+專項(xiàng)運(yùn)動技能”的學(xué)校體育教學(xué)模式，要求通過深化體育教學(xué)改革，將“教會、勤練、常賽”成為常態(tài)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化的教學(xué)組織模式，使學(xué)生在知行方面得到全面提升。本文結(jié)合立定跳遠(yuǎn)的運(yùn)動生物力學(xué)特征分析，提出“學(xué)、練、賽、評”背景下發(fā)展立定跳遠(yuǎn)能力的教學(xué)設(shè)計(jì)，為體育教師提供一些參考。

（一）明確過程，“學(xué)”得透徹

以往的中小學(xué)體育教學(xué)多通過教師或教練的主觀感受或定性描述運(yùn)動過程中各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生難以對立定跳遠(yuǎn)過程中人體各環(huán)節(jié)的發(fā)力情況有清晰的認(rèn)知。建議結(jié)合本研究結(jié)果，在課堂上增加對立定跳遠(yuǎn)起跳環(huán)節(jié)下肢髖膝踝三個關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)變化過程的闡釋。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)髖、膝、踝在起跳環(huán)節(jié)的作用及發(fā)力順序?qū)μh(yuǎn)成績的重要性，從而使學(xué)生能夠從深層的運(yùn)動生物力學(xué)機(jī)制層面理解運(yùn)動過程，把控關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)要點(diǎn)。

（二）針對目的，精準(zhǔn)“練”習(xí)

想要發(fā)展力量、靈敏等素質(zhì)或掌握運(yùn)動技術(shù)，就需要在反復(fù)的練習(xí)中達(dá)到從量變到質(zhì)變的累積效應(yīng)。從前面的分析中可以看出，下肢髖膝踝關(guān)節(jié)周圍肌肉力量是獲得更大的起跳速度，從而取得更好運(yùn)動成績的重要基礎(chǔ)，本文關(guān)注的重點(diǎn)在結(jié)合運(yùn)動生物力學(xué)分析結(jié)果，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)要領(lǐng)，提出相應(yīng)的肌肉力量練習(xí)動作，提高教學(xué)經(jīng)濟(jì)性。

1.下肢力量和協(xié)調(diào)用力的練習(xí)

立定跳遠(yuǎn)起跳環(huán)節(jié)的下肢運(yùn)動是髖膝踝三個關(guān)節(jié)在肌肉的帶動下完成的，對力量有較高的要求。同時，立定跳遠(yuǎn)起跳過程中的下蹲、蹬伸甚至落地環(huán)節(jié)的姿勢控制都需要下肢關(guān)節(jié)的高度協(xié)調(diào)。想要提高立定跳遠(yuǎn)的成績，就要加強(qiáng)對于下肢肌肉尤其是股四頭肌和小腿三頭肌的力量以及下肢協(xié)調(diào)性的練習(xí)。下面將介紹幾個針對下肢力量和協(xié)調(diào)性的練習(xí)（圖2）。

（1） 跳障礙：根據(jù)運(yùn)動生物力學(xué)分析結(jié)果，立定跳遠(yuǎn)中踝關(guān)節(jié)需要較大的關(guān)節(jié)力量和較高的靈活度。障礙跳能夠充分調(diào)動踝關(guān)節(jié)周圍肌群的力量，并能夠評測出踝關(guān)節(jié)靈活度。動作要領(lǐng)：一排跨欄或小的障礙物間隔放置，在第一個跨欄前站立，兩腳分開，與肩同寬，雙腳同時起跳，在跳躍時擺動雙臂，落地時屈雙膝，接著跳躍直到越過所有跨欄。

（2） 蛙跳：該項(xiàng)目與立定跳遠(yuǎn)動作模式非常接近，根據(jù)前面運(yùn)動生物力學(xué)分析，建議蛙跳練習(xí)中應(yīng)重點(diǎn)控制伸髖肌群發(fā)力時機(jī)，盡量在蹬伸末期發(fā)力。動作要領(lǐng)：雙腳站立與肩同寬，擺臂收起，重心從后跟過渡到前腳掌，45度起跳，建議后腳跟先落地。

（3） 收腹跳：根據(jù)運(yùn)動生物力學(xué)分析，下肢與核心肌群協(xié)調(diào)配合是立定跳遠(yuǎn)的關(guān)鍵，收腹跳要求控制核心與下肢肌群協(xié)同發(fā)力。動作要領(lǐng)：兩腳開啟與肩同寬，原地起跳，起跳騰空后上身向前縮腹，人體呈蜷起型。

（4） 半蹲跳：根據(jù)運(yùn)動生物力學(xué)分析，立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目中伸髖肌群主要在髖關(guān)節(jié)伸展角度較大時發(fā)力更有利于成績提高，半蹲跳主要是鍛煉在髖關(guān)節(jié)120度以上時刻伸髖發(fā)力能力。動作要領(lǐng)：從直立開始屈膝半蹲，腳尖與膝蓋保持同一方向，膝蓋不要超過腳尖，落地時前腳掌先著地然后迅速過渡到全腳掌。

（5） 單腳跳：與半蹲跳類似，單腿跳可以著重鍛煉髖關(guān)節(jié)在較大伸展角度時的發(fā)力技術(shù)。動作要領(lǐng)：單腿站立，另一個腿彎曲，起跳腿屈膝，發(fā)力跳起然后屈膝落地。

（6） 高抬腿：根據(jù)力學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，在立定跳遠(yuǎn)蹬伸階段需要膝關(guān)節(jié)快速蹬伸，快速高抬腿練習(xí)可以提升伸膝肌群快速力量。動作要領(lǐng)：上身挺直、目視正前方，雙腳直立，先抬右腳使大腿與小腿成直角，然后右腳下蹬左腳抬起，左腳大腿與小腿亦成直角，依此姿勢兩腳交替在原地跑步。

2.腰腹力量練習(xí)

盡管大腿部分肌肉和核心肌群都能控制髖關(guān)節(jié)運(yùn)動，正確的發(fā)力方式仍然是以核心肌群為主要發(fā)力肌肉，帶動髖關(guān)節(jié)運(yùn)動，從而帶動腿部，與下肢力量疊加形成合力作用于地面，完成穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、流暢的動作。立定跳遠(yuǎn)起跳環(huán)節(jié)要求發(fā)展髖部力量也就是要求發(fā)展腰腹核心肌群的力量。

腹部肌肉包括腹直肌和腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌等，腹部肌群的主要功能是屈髖收腹，在立定跳遠(yuǎn)起跳和落地環(huán)節(jié)穩(wěn)定姿勢以及騰空階段調(diào)整腿部相對于軀干的相對位置中起到了重要作用，其中腹直肌是主要肌肉，需要加強(qiáng)鍛煉。下面列舉一些練習(xí)腰腹力量的動作（圖3）。

（1） 仰臥舉腿：無負(fù)載下的伸髖技術(shù)訓(xùn)練，可以深度刺激腹直肌下部，提升核心穩(wěn)定性，以更好發(fā)力和避免損傷。動作要領(lǐng)：身體仰臥，手臂緊貼身體兩側(cè)，下腹縮緊，雙腿舉起至與地面垂直，要求保持垂直狀態(tài)5秒，緩慢落下。

（2） 登山跑：針對立定跳遠(yuǎn)對髖膝踝協(xié)調(diào)發(fā)力的要求，通過登山跑可以鍛煉踝關(guān)節(jié)的靈活性和快速發(fā)力能力，同時提升髖、膝關(guān)節(jié)的快速屈伸發(fā)力能力。動作要領(lǐng)：身體趴在地上，手掌和腳尖撐地，身體和地面盡量保持平行。用膝蓋去靠近胸部，恢復(fù)到準(zhǔn)備姿勢，然后另一條腿做反復(fù)運(yùn)動。

（三）注重應(yīng)用，“賽”中實(shí)踐

運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)與掌握需要在實(shí)際應(yīng)用中檢驗(yàn)，課堂中可以針對前文提出的練習(xí)動作或是立定跳遠(yuǎn)設(shè)計(jì)形式多樣的趣味競賽，讓學(xué)生以個人或小組形式參與競賽。在競爭中激發(fā)斗志，培養(yǎng)斗爭精神，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)。立定跳遠(yuǎn)作為中小學(xué)生體測的項(xiàng)目，反映了力量、靈敏、協(xié)調(diào)等多方面的素質(zhì)，通過設(shè)計(jì)課堂上的競賽，可以提高學(xué)生的積極性，提升學(xué)生培養(yǎng)綜合素質(zhì)的意識。

（四）及時反饋，“評”教結(jié)合

運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)過程是通過不斷評價反饋并及時調(diào)整的過程，教師評價環(huán)節(jié)更是“學(xué)、練、賽”環(huán)節(jié)的測評與把控，四個環(huán)節(jié)互相影響、緊密相扣，共同促進(jìn)學(xué)生對立定跳遠(yuǎn)尤其是起跳環(huán)節(jié)的掌握。教師應(yīng)針對“學(xué)、練、賽”的不同環(huán)節(jié)提出不同的評價方案，及時觀察和反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)的立定跳遠(yuǎn)課程教學(xué)主要強(qiáng)調(diào)對學(xué)生運(yùn)動技巧的教授和訓(xùn)練，缺少對立定跳遠(yuǎn)起跳階段運(yùn)動生物力學(xué)本質(zhì)即下肢髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)發(fā)力過程過程的理解和講授。本研究通過對立定跳遠(yuǎn)的起跳階段運(yùn)動生物力學(xué)分析，得出了決定立定跳遠(yuǎn)成績的關(guān)鍵腿部肌群和腰腹肌群的發(fā)力特征，即下肢伸膝肌群最先發(fā)力，伸髖肌群和核心肌群在蹬伸末期發(fā)力。本研究為提升中小學(xué)生立定跳遠(yuǎn)這一核心素質(zhì)的教與學(xué)提供了理論分析基礎(chǔ)，并為相關(guān)肌肉力量、爆發(fā)力訓(xùn)練課程方案設(shè)計(jì)提供了參考方案，同時也提出了當(dāng)前中小學(xué)體育課程建設(shè)應(yīng)該注重體能和力量素質(zhì)訓(xùn)練為主的課程體系建設(shè)的發(fā)展建議。