生物力學(xué)視角下應(yīng)用科技助力啦啦操轉(zhuǎn)體動作研究

陳靜怡（華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院 廣東 廣州 510006）

1、啦啦操轉(zhuǎn)體技術(shù)動作分析的現(xiàn)實需要

1.1、轉(zhuǎn)體技術(shù)在啦啦操中扮演著關(guān)鍵角色

啦啦操中的轉(zhuǎn)體難度動作要求圍繞身體的重心或軸進(jìn)行圓周或類似圓周的運動，同時一條腿保持在90°的角度擺動或者固定在膝關(guān)節(jié)處，以某種形式完成旋轉(zhuǎn)動作。這類動作是花球啦啦操套路中最具代表性的部分，也是評價運動員平衡控制力和協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)。陳子桐學(xué)者（2019）對2018年世界啦啦操錦標(biāo)賽中各隊伍的難度動作進(jìn)行了分析。得出結(jié)論稱，在彈跳、旋轉(zhuǎn)、柔韌與翻騰四類難度中，旋轉(zhuǎn)類難度是被選用最頻繁的。而在其他類別的動作使用數(shù)量上，參賽隊伍之間的差異并不顯著，這表明轉(zhuǎn)體類動作在啦啦操套路中具有象征性的重要作用。

還有學(xué)者對近3 年啦啦操世錦賽花球項目各國轉(zhuǎn)體類動作完成質(zhì)量的評價進(jìn)行分析，主要涉及轉(zhuǎn)體姿態(tài)、轉(zhuǎn)體速度和一致性三個評價指標(biāo)。研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)體類難度中的轉(zhuǎn)體姿態(tài)完成質(zhì)量對整體評價和最終名次有較大影響。轉(zhuǎn)體速度能夠反映隊伍的實力水平。而一致性在轉(zhuǎn)體類難度動作完成質(zhì)量中具有決定性的作用，直接影響著隊伍在競賽中的成績排名。

1.2、國內(nèi)啦啦操的發(fā)展相對滯后

國內(nèi)啦啦操的發(fā)展表明，我國主要將研究重點放在校園推廣上，包括套路的編排，以及對比不同參賽隊伍之間的隊形和風(fēng)格變化等方面。然而，在對我國轉(zhuǎn)體類難度技術(shù)的分析研究方面，卻非常有限，且更多地側(cè)重于訓(xùn)練干預(yù)方面。在難度動作的運用上存在著明顯不足，缺乏創(chuàng)新性，往往只是單一地進(jìn)行轉(zhuǎn)體練習(xí)，而忽略了對轉(zhuǎn)體難度動作的復(fù)合型練習(xí)和實踐的重視。

此外，通過觀察國內(nèi)各大賽事參賽隊伍的轉(zhuǎn)體類動作展示，可以發(fā)現(xiàn)一些共性問題，例如立踝較低、身體重心偏移、腳下位移明顯、擺動腿角度不足以及上下移動幅度過大等。這些問題嚴(yán)重影響了運動員自身動作完成的質(zhì)量以及整體隊伍的視覺效果。

在2021 年世界啦啦操錦標(biāo)賽上，我國普洱學(xué)院啦啦操隊表現(xiàn)出色，獲得了集體花球項目的第三名。這是我國在世錦賽上取得的最好成績。然而，與第一名和第二名相比，在成績方面仍然存在一定的差距，特別是在轉(zhuǎn)體難度動作的完成方面。

2、生物力學(xué)在體育運動中的應(yīng)用潛力

2.1、生物力學(xué)概述

生物力學(xué)（biomechanics）是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對生物體中的力學(xué)問題定量研究的生物物理學(xué)分支。運動生物力學(xué)則是生物力學(xué)的一個重要分支，主要包括運動學(xué)和動力學(xué)兩個方面的基本原理，它專注于研究生物體在運動過程中的結(jié)構(gòu)和功能。通過分析運動生物力學(xué)，可以揭示生物體的力學(xué)性質(zhì)，解釋運動過程中的生物力學(xué)現(xiàn)象，并為優(yōu)化運動性能、預(yù)防運動損傷以及設(shè)計運動裝備等提供科學(xué)依據(jù)。

（1）運動學(xué)。

運動學(xué)是研究生物體運動的幾何和時間特性，主要包括位置、速度、加速度等物理量的描述。在生物力學(xué)中，運動學(xué)幫助我們理解生物體的運動路徑、速度變化以及位置與時間的關(guān)系。通過運動學(xué)分析，可以量化生物體運動的軌跡和速度，從而深入了解運動過程中的基本特征。

（2）動力學(xué)。

動力學(xué)是研究生物體運動的力學(xué)原理，主要關(guān)注力、質(zhì)量和運動之間的關(guān)系。在生物力學(xué)中，動力學(xué)幫助我們理解生物體受到的力量、產(chǎn)生的加速度以及這些力量如何影響生物體的運動。通過動力學(xué)分析，可以研究生物體運動的原因和機制，以及力量的大小和方向?qū)\動的影響。

生物力學(xué)的研究對于理解生物體的運動機制、優(yōu)化運動表現(xiàn)、改善運動技能等方面具有重要意義。它不僅應(yīng)用于運動醫(yī)學(xué)、運動康復(fù)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于運動訓(xùn)練、體育科學(xué)、生物工程等領(lǐng)域。

2.2、生物力學(xué)在體育運動中的應(yīng)用

（1）運動技術(shù)優(yōu)化。

生物力學(xué)可以幫助教練和運動員理解并優(yōu)化運動技術(shù)。通過分析運動員的動作、姿勢、力量施加和關(guān)節(jié)角度等參數(shù)，可以確定最有效的運動技術(shù)，提高運動員的運動效率和表現(xiàn)。陳軍儒等人（2023）將肌肉骨骼模型應(yīng)用于蝶泳劃臂技術(shù)分析，探究其運動表現(xiàn)與肌骨系統(tǒng)的相互作用，闡明蝶泳上肢運動規(guī)律以及推進(jìn)力產(chǎn)生機制，為運動員改進(jìn)蝶泳動作和預(yù)防運動損傷提供理論依據(jù)。

（2）運動裝備設(shè)計。

生物力學(xué)可以用于設(shè)計和改進(jìn)運動裝備，包括鞋子、服裝、器械等。通過分析人體和裝備之間的力學(xué)相互作用，可以設(shè)計出更符合人體工程學(xué)原理的裝備，提高運動員的舒適度和性能。例如，有研究探究了在訓(xùn)練和比賽中使用踝關(guān)節(jié)護(hù)具作為預(yù)防踝關(guān)節(jié)損傷的常見方法的效果，并系統(tǒng)評估了不同類型踝關(guān)節(jié)護(hù)具對下肢各個關(guān)節(jié)的運動學(xué)、動力學(xué)以及神經(jīng)肌肉控制的影響。

（3）運動損傷預(yù)防。

生物力學(xué)可以幫助識別和預(yù)防運動損傷。通過分析運動員的運動技術(shù)和身體姿勢，可以發(fā)現(xiàn)潛在的運動損傷風(fēng)險因素，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施，降低運動損傷的發(fā)生概率。運用捕捉算法提取運動員訓(xùn)練時的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷特征；基于生物力學(xué)基本理論，獲取運動員膝關(guān)節(jié)運動學(xué)、動力學(xué)損傷差異；調(diào)整評估模型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，設(shè)置評估模型損傷程度的劃分等級，并根據(jù)劃分結(jié)果選擇具有針對性的康復(fù)訓(xùn)練內(nèi)容。

（4）運動訓(xùn)練監(jiān)測。

生物力學(xué)可以用于監(jiān)測運動員的訓(xùn)練進(jìn)展和技術(shù)改進(jìn)。通過運動生物力學(xué)分析系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測運動員的運動狀態(tài)和參數(shù)，提供反饋和指導(dǎo)，幫助運動員更好地進(jìn)行訓(xùn)練和調(diào)整。鞏立姣等人（2023）對自己在第32 屆夏季奧運會備戰(zhàn)周期內(nèi)的重要比賽中的試投，采用運動生物力學(xué)測試法、生物力學(xué)解析法對投擲技術(shù)影響因素與成績進(jìn)行相關(guān)性分析研究。

（5）競技規(guī)則和裁判標(biāo)準(zhǔn)制定。

生物力學(xué)可以提供客觀的數(shù)據(jù)和分析，用于制定競技規(guī)則和裁判標(biāo)準(zhǔn)。通過對運動員的運動行為和動作進(jìn)行生物力學(xué)分析，可以確定何種動作是有效的、規(guī)范的，從而為競技體育的規(guī)則制定提供科學(xué)依據(jù)。例如，對于蛙泳的腿部動作，生物力學(xué)分析可以評估腿部蹬水的角度、速度和力量對推進(jìn)的影響。同時，還可以分析蛙泳的呼吸技術(shù)對游泳員體能消耗和速度的影響?；谶@些分析結(jié)果，可以確定最有效的蛙泳動作方式，并為競技規(guī)則制定提供科學(xué)依據(jù)，以確保比賽的公平性和規(guī)范性。

2.3、生物力學(xué)在啦啦操運動中的研究現(xiàn)狀

目前，在啦啦操運動中的生物力學(xué)研究仍處于相對較初級的階段，但已經(jīng)逐漸引起了研究者的關(guān)注。生物力學(xué)可以幫助研究者分析啦啦操運動員的動作技術(shù)，包括身體姿勢、運動軌跡、關(guān)節(jié)角度等；有助于了解啦啦操動作的執(zhí)行方式，以及優(yōu)化運動員的技術(shù)表現(xiàn)。周慧子（2022）對2 名舞蹈啦啦操運動員的阿拉C 杠難度技術(shù)動作進(jìn)行生物力學(xué)分析，為啦啦操中阿拉C 杠難度訓(xùn)練提供科學(xué)的理論依據(jù)。

此外，生物力學(xué)研究可以幫助識別和預(yù)防啦啦操運動中可能發(fā)生的損傷。通過分析運動員的動作和姿勢，可以發(fā)現(xiàn)潛在的損傷風(fēng)險因素，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以降低運動損傷的發(fā)生概率。

生物力學(xué)分析也可以用于設(shè)計和改進(jìn)啦啦操運動員的服裝和鞋子等裝備。通過研究裝備與運動員之間的力學(xué)相互作用，可以設(shè)計出更符合人體工程學(xué)原理的裝備，提高運動員的舒適度和性能。Johnson（2020）研究了大學(xué)啦啦操隊員在穿著“舊”和“新”啦啦操鞋進(jìn)行平衡測試和下臺階任務(wù)時表現(xiàn)出的生物力學(xué)差異。

3、啦啦操轉(zhuǎn)體技術(shù)動作的生物力學(xué)分析

啦啦操轉(zhuǎn)體技術(shù)動作的生物力學(xué)分析涉及身體力學(xué)、力的作用以及身體各個部位之間的協(xié)調(diào)。例如，通過測量運動員在轉(zhuǎn)體動作中各個關(guān)節(jié)的角度變化和施加力量，可以了解關(guān)節(jié)運動的范圍、角度變化規(guī)律以及肌肉力量的分布情況。以及借助生物力學(xué)模型，對轉(zhuǎn)體動作的運動過程進(jìn)行建模和仿真分析，以深入理解動作執(zhí)行過程中的力學(xué)特性和影響因素。盡管目前在啦啦操運動中的生物力學(xué)研究還比較有限，但隨著對運動科學(xué)的不斷深入和技術(shù)的不斷發(fā)展，相信生物力學(xué)在啦啦操轉(zhuǎn)體技術(shù)動作研究中將發(fā)揮越來越重要的作用，為運動員提供更科學(xué)的訓(xùn)練和指導(dǎo)。

3.1、轉(zhuǎn)體技術(shù)動作的關(guān)鍵要素

（1）核心力量。

轉(zhuǎn)體技術(shù)需要良好的核心力量來提供穩(wěn)定性和控制。強健的腹部、腰部和背部肌肉可以幫助保持身體平衡和姿勢。

（2）身體柔韌性。

良好的身體柔韌性可以增加身體的運動范圍，使轉(zhuǎn)體動作更加流暢和自然。定期進(jìn)行拉伸和柔韌性訓(xùn)練對于提高轉(zhuǎn)體技術(shù)至關(guān)重要。

（3）動作協(xié)調(diào)性。

轉(zhuǎn)體技術(shù)需要良好的身體協(xié)調(diào)性，以確保各個身體部位在動作過程中的協(xié)調(diào)配合。練習(xí)和反復(fù)訓(xùn)練可以提高動作的協(xié)調(diào)性。

（4）準(zhǔn)確的技術(shù)動作。

掌握正確的技術(shù)動作是關(guān)鍵，包括手臂的位置、腿部的動作、頭部的姿勢等。通過模仿專業(yè)教練或者參考規(guī)則來學(xué)習(xí)正確的技術(shù)動作。

（5）視覺焦點。

在轉(zhuǎn)體過程中保持視覺焦點，可以幫助身體保持平衡和穩(wěn)定。將視線投向旋轉(zhuǎn)的方向，可以幫助身體更好地控制動作。

（6）適當(dāng)?shù)钠鹗甲藙荨?/p>

起始姿勢的正確性對于轉(zhuǎn)體技術(shù)至關(guān)重要。良好的起始姿勢可以為后續(xù)的動作提供良好的基礎(chǔ)和動力。

3.2、關(guān)節(jié)角度分析

在啦啦操中，關(guān)節(jié)角度分析對于評估動作的規(guī)范性、優(yōu)化運動技術(shù)以及預(yù)防運動損傷都非常重要。肩關(guān)節(jié)在啦啦操中扮演著支撐和穩(wěn)定身體的重要角色。肩關(guān)節(jié)的屈曲（前擺）、伸展（后擺）、外旋和內(nèi)旋等角度變化，不僅影響動作的完成度，還關(guān)系到運動員的肩部穩(wěn)定性和防止受傷的重要性。髖關(guān)節(jié)的力量和靈活性對于跳躍、旋轉(zhuǎn)和平衡動作的穩(wěn)定性和活動范圍有著決定性因素。膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)在啦啦操中承受著較大的沖擊和負(fù)荷，也是較易受傷的關(guān)節(jié)，需要提供支撐、穩(wěn)定性和靈活性，以便進(jìn)行各種動作和技巧。

通過對這些關(guān)節(jié)角度進(jìn)行分析，可以更好地了解啦啦操運動中的關(guān)鍵動作，評估運動員的技術(shù)水平，發(fā)現(xiàn)潛在的運動損傷風(fēng)險，并為訓(xùn)練提供針對性的建議和指導(dǎo)，以確保運動員的安全和表現(xiàn)水平。

3.3、力的應(yīng)用分析

啦啦操中力的應(yīng)用主要涉及向心力、離心力以及肌肉力量。向心力是指物體在進(jìn)行圓周運動時由于向圓心方向的加速度而產(chǎn)生的力。當(dāng)啦啦操隊員進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動作時，身體會受到向內(nèi)的向心力作用，這使得身體向旋轉(zhuǎn)中心靠攏，從而維持動作的圓周運動。在進(jìn)行踏步、轉(zhuǎn)體和跳躍等動作時，向心力也會影響著身體的穩(wěn)定性和動作的完成度。離心力是指物體在進(jìn)行圓周運動時由于慣性而產(chǎn)生的向遠(yuǎn)離圓心方向的力。當(dāng)啦啦操隊員完成旋轉(zhuǎn)動作時，身體會產(chǎn)生離心力，使得身體向遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的方向移動。這對于保持動作的平衡和完成后續(xù)動作具有重要意義。

啦啦操運動需要維持一系列的動作姿勢和動作流暢性，需要運動員具備足夠的肌肉力量來支撐和控制身體的運動。肌肉力量在啦啦操中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對身體的穩(wěn)定性、支撐力和動作控制力上。例如，腹部、背部和下肢的肌肉力量可以幫助維持身體的平衡和姿勢穩(wěn)定，臂部和肩部的肌肉力量可以支撐和控制手臂的動作。

通過對向心力、離心力和肌肉力量的應(yīng)用分析，可以更好地理解啦啦操運動中力的作用機制，為訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)，幫助提高運動員的技術(shù)水平和表現(xiàn)能力。

3.4、重心與平衡分析

啦啦操涉及許多動作和技巧，其中平衡和重心控制是至關(guān)重要的。在進(jìn)行啦啦操運動時，身體的重心位置會隨著不同的動作和姿勢而變化。例如，站立時重心較為穩(wěn)定，而在跳躍、轉(zhuǎn)體或傾斜時，重心會發(fā)生變化?？刂粕眢w的重心是保持平衡和穩(wěn)定的關(guān)鍵。通過調(diào)整身體的姿勢、姿態(tài)和動作，可以控制重心的位置，以確保身體保持穩(wěn)定。在分析身體重心變化的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步分析運動員在啦啦操動作中的平衡控制能力。通過比較身體重心位置與支撐基點（通常是腳底或支撐表面）的相對位置，評估運動員的平衡狀態(tài)。如果身體重心偏離支撐基點過遠(yuǎn)，可能會導(dǎo)致失衡或摔倒。此外，還可以分析身體各個關(guān)節(jié)的運動范圍和穩(wěn)定性，以及肌肉力量的分布情況，從而評估平衡控制的整體效能。

通過以上分析，可以全面了解啦啦操運動員在動作執(zhí)行過程中身體重心的變化情況以及其平衡控制能力，為運動員提供針對性的訓(xùn)練建議，并優(yōu)化動作執(zhí)行，提高表現(xiàn)水平。

4、結(jié)語

轉(zhuǎn)體技術(shù)動作的完成受到多種生物力學(xué)因素的影響，包括核心力量、身體柔韌性、動作協(xié)調(diào)性等。這些因素相互作用，共同決定了轉(zhuǎn)體技術(shù)動作的穩(wěn)定性和效果。生物力學(xué)視角為我們深入理解啦啦操轉(zhuǎn)體技術(shù)動作提供了重要的分析框架。未來的研究可以進(jìn)一步探討不同轉(zhuǎn)體技術(shù)動作之間的生物力學(xué)差異，以及如何通過生物力學(xué)原理來優(yōu)化啦啦操的訓(xùn)練和技術(shù)指導(dǎo)，為提升運動員的技術(shù)水平、改善動作質(zhì)量以及提高整體隊伍在比賽中的競爭力提供科學(xué)依據(jù)，逐一攻克轉(zhuǎn)體技術(shù)難點。