百米賽跑全程速度差異的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

摘 要：以“百米賽跑全程速度差異的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析”為例，闡述了以真實(shí)問(wèn)題為導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目圍繞核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題展開(kāi)，將任務(wù)逐級(jí)分解，設(shè)計(jì)問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目實(shí)施。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目的實(shí)施提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，養(yǎng)成了科學(xué)探究意識(shí)，增強(qiáng)了科學(xué)思維能力，提高了在真實(shí)環(huán)境中運(yùn)用物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力，從而提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；真實(shí)問(wèn)題；百米賽跑；速度測(cè)量

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）11-0016-5

今年我校高一新生首次招收田徑類體育特長(zhǎng)生，競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)備受關(guān)注。因此，我們就如何提高我校運(yùn)動(dòng)員百米賽跑成績(jī)開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)探索。通過(guò)從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析我校運(yùn)動(dòng)員和我國(guó)“飛人”蘇炳添的百米賽跑數(shù)據(jù)，得出在百米賽跑速度變化上兩位運(yùn)動(dòng)員的差距，進(jìn)而得出影響運(yùn)動(dòng)員成績(jī)差異的原因，提出具有指導(dǎo)性、可行性的建議，以期助力我校特長(zhǎng)生百米賽跑成績(jī)的提升。

1 背景和意義

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，在教師的幫助下，學(xué)生面對(duì)來(lái)自真實(shí)世界的挑戰(zhàn)性項(xiàng)目任務(wù)，開(kāi)展一定周期的探究、合作，完成項(xiàng)目成果，獲得知識(shí)、能力、素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展［1］。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生能夠完整地經(jīng)歷制訂目標(biāo)—組建團(tuán)隊(duì)—確立核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題—項(xiàng)目實(shí)施—形成成果—展示評(píng)估的過(guò)程，進(jìn)而獲得知識(shí)與技能，養(yǎng)成探究意識(shí)，增強(qiáng)思維能力，提升問(wèn)題解決能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。

項(xiàng)目以“百米賽跑全程速度差異的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析”為內(nèi)容，組織學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。旨在通過(guò)多元化思維學(xué)會(huì)速度的測(cè)量方法，體會(huì)極限思想，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，為我校運(yùn)動(dòng)員今后的訓(xùn)練提供理論參考。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)是指將一個(gè)理念或想法轉(zhuǎn)化為可行性的、可實(shí)施的方案或計(jì)劃的過(guò)程。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)包括：項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目?jī)?nèi)容、核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題與分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、項(xiàng)目實(shí)施等系列活動(dòng)。

2.1 項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目基于生活真實(shí)情境，以高中物理學(xué)科知識(shí)為載體，借助體育、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科知識(shí)交叉呈現(xiàn)項(xiàng)目化成果。通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握學(xué)科知識(shí)，了解競(jìng)技賽的相關(guān)規(guī)則，培養(yǎng)協(xié)作、探究意識(shí)，提升觀察能力、分析概括能力、應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。項(xiàng)目目標(biāo)如表1所示。

2.2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

項(xiàng)目以“百米賽跑全程速度差異的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析”為內(nèi)容，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行測(cè)量、記錄、分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)探究，養(yǎng)成學(xué)科核心素養(yǎng)。項(xiàng)目基本信息如表2所示。

2.3 核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題與分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

教師拋出核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目討論與組建，引導(dǎo)學(xué)生基于核心驅(qū)動(dòng)問(wèn)題自主分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題的能力。任務(wù)分解如表3所示。

2.4 ?; 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

2.4.1 入項(xiàng)活動(dòng)

如何提高我校運(yùn)動(dòng)員百米賽跑成績(jī)？

持續(xù)時(shí)間：1課時(shí)。

教學(xué)活動(dòng)：

教師展示蘇炳添的百米賽跑視頻。隨機(jī)采訪研究團(tuán)隊(duì)學(xué)生的百米賽跑成績(jī)，讓他們放松下來(lái)。

組織學(xué)生討論，百米賽跑的成績(jī)好壞取決于什么指標(biāo)？

學(xué)生思考交流，得出時(shí)間短，速度大。

教師繼續(xù)組織學(xué)生討論，百米賽跑是勻速直線運(yùn)動(dòng)嗎？各階段速度有什么變化？如何提升各階段的速度？

宣布項(xiàng)目目標(biāo)，我們將對(duì)我校運(yùn)動(dòng)員與蘇炳添百米賽跑全程速度差異進(jìn)行分析，找出差距，提出我校運(yùn)動(dòng)員提升百米賽跑成績(jī)可行的建議。

設(shè)計(jì)解析：通過(guò)交流讓學(xué)生知道從測(cè)速度入手分析問(wèn)題，鎖定下一個(gè)階段重點(diǎn)探究的方向。

2.4.2 分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題1

百米賽跑的測(cè)速原理是怎樣的？

持續(xù)時(shí)間：1課時(shí)。

教學(xué)活動(dòng)：

教師展示教學(xué)材料，呈現(xiàn)蘇炳添百米賽跑的視頻資料。

引導(dǎo)學(xué)生討論一般測(cè)量速度的方法有哪些？分別是如何實(shí)現(xiàn)的？不同方案遵循的原理是否相同？

學(xué)生分小組交流討論后匯報(bào)成果?？偨Y(jié)如下：①利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度。紙帶上的點(diǎn)跡記錄了小車的運(yùn)動(dòng)情況，要計(jì)算某一瞬時(shí)速度，用相鄰兩點(diǎn)間的平均速度來(lái)代替。②利用光電門測(cè)速。小車通過(guò)光電門的瞬時(shí)速度用遮光片的寬度與遮光時(shí)間的比值來(lái)確定。③頻閃照相測(cè)速。設(shè)定閃光頻率，可以確定曝光周期，通過(guò)讀取合成照片中某一位置兩側(cè)小球的位置坐標(biāo)，用求平均速度的原理來(lái)確定這一位置的瞬時(shí)速度，與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理相同。④三種測(cè)量方案遵循的原理是一樣的，都是運(yùn)用極限的思想，用微小時(shí)間內(nèi)的平均速度來(lái)代替這一時(shí)刻的瞬時(shí)速度。

教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)討論，上述測(cè)量方案能用于百米賽跑的測(cè)速嗎？困難點(diǎn)在哪里？如何解決？

學(xué)生的探究熱情被點(diǎn)燃，時(shí)而思索，時(shí)而質(zhì)疑，天馬行空的想法都冒出來(lái)了。有學(xué)生提議自制一組大型光電門，記錄各個(gè)位置的瞬時(shí)速度。有學(xué)生補(bǔ)充，可以用手電筒光，人體擋光時(shí)間可以錄制視頻，通過(guò)慢放鏡頭的方法找到遮光前后的兩個(gè)時(shí)刻。又有學(xué)生說(shuō)，白天手電筒擋光看不清楚，更拍不到，不如在地上劃線。另一位學(xué)生搶答，劃線不行，時(shí)間太短測(cè)不出來(lái)，畫(huà)雙線，相當(dāng)于遮光板……最后統(tǒng)一的結(jié)果是：百米跑道上，每隔10 m畫(huà)一條1 m寬的雙線，再用手機(jī)攝像功能“跟拍”錄制我校運(yùn)動(dòng)員百米賽跑全程的視頻，在畫(huà)雙線處逐幀分析，測(cè)出運(yùn)動(dòng)員通過(guò)雙線的時(shí)間，從而求出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度。

設(shè)計(jì)解析：教師引導(dǎo)學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)視頻，探究速度測(cè)量的方法，既鞏固了學(xué)科知識(shí)，又運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決了真實(shí)問(wèn)題，讓學(xué)生體驗(yàn)如何將一個(gè)實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為研究項(xiàng)目，尤其是如何合理地分解項(xiàng)目并學(xué)會(huì)提出問(wèn)題很關(guān)鍵。在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用意識(shí)。

2.4.3 分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題2

蘇炳添百米賽跑是如何測(cè)速的？

持續(xù)時(shí)間：3天。

教學(xué)活動(dòng)：

（1）教師分發(fā)資料包，包括蘇炳添百米賽跑視頻；與百米賽跑相關(guān)的研究資料。

（2）學(xué)生利用周末時(shí)間自主學(xué)習(xí)教師分發(fā)的資料包，并查找相關(guān)資料，分析蘇炳添百米賽跑是如何測(cè)速的，下周分小組交流成果，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)展進(jìn)行跟蹤和引導(dǎo)。

優(yōu)勝小組的成果展示如下：

小組1：通過(guò)查找資料發(fā)現(xiàn)，謝慧松在百米分段速度的研究中，將百米全程分為四個(gè)階段：起跑加速階段（0～30 m）、途中跑加速階段（30 m～50 m）、最大速度階段（50 m～80 m）、速度下降階段（80 m～100 m）［2］。我們從百米跑整體觀入手，分四個(gè)階段進(jìn)行研究。通過(guò)視頻慢放發(fā)現(xiàn)，測(cè)量蘇炳添每10 m處的瞬時(shí)速度存在困難，用跨一步的長(zhǎng)度除以對(duì)應(yīng)時(shí)間，由于時(shí)間太短，逐幀播放畫(huà)面變化不明顯，導(dǎo)致跨步時(shí)間測(cè)量誤差過(guò)大。多數(shù)文獻(xiàn)資料顯示，按照10 m取平均速度更符合真實(shí)情境。

數(shù)據(jù)采集及處理：將蘇炳添2015年國(guó)際田聯(lián)鉆石賽尤金站9秒99季軍視頻導(dǎo)入CourseMaker軟件進(jìn)行裁剪，只保留研究分析所需要的片段。對(duì)保留的視頻進(jìn)行降幀慢放，數(shù)出百米賽跑的總步數(shù)，按照每10 m取平均速度，我們用作為每10 m的分界線，記錄時(shí)間節(jié)點(diǎn)。平均速度=。將提取的數(shù)據(jù)計(jì)入Excel表格中（表4），插入帶直線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散點(diǎn)圖，繪制平均速度關(guān)于距離的圖像（圖1）。

小組2：我們引入“步長(zhǎng)”和“步頻”等概念來(lái)比較我校運(yùn)動(dòng)員和蘇炳添的成績(jī)差異（表5），平均步長(zhǎng)=，平均步頻=，步長(zhǎng)指數(shù)=，步頻指數(shù)=步頻×身高，余步參考終點(diǎn)線寬計(jì)算。步長(zhǎng)和步頻是現(xiàn)代短跑技術(shù)的核心，也是構(gòu)成跑速的主要因素。步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)可以更加客觀、準(zhǔn)確地證實(shí)步長(zhǎng)、步頻與跑速之間的內(nèi)在聯(lián)系。此外，還有步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（步長(zhǎng)指數(shù)：男子≥1.2，女子≥1.15；步頻指數(shù)：男子≥8，女子≥7.5）［3］。

設(shè)計(jì)解析：本階段是基于真實(shí)問(wèn)題解決的科學(xué)探究過(guò)程。學(xué)生通過(guò)給定的參考資料，自主收集有用信息，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)前期方案可行性產(chǎn)生質(zhì)疑，對(duì)實(shí)驗(yàn)作出修正，再實(shí)驗(yàn)，再收集數(shù)據(jù)，學(xué)生在一次次探究過(guò)程中更能理性、辯證性地思考問(wèn)題，大大提升了學(xué)生解決問(wèn)題的能力、科學(xué)思維能力和質(zhì)疑創(chuàng)新精神。

2.4.4 分解驅(qū)動(dòng)問(wèn)題3

我校運(yùn)動(dòng)員和蘇炳添運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)差異在哪里？

持續(xù)時(shí)間：1周。

教學(xué)活動(dòng)：

（1）利用學(xué)校體訓(xùn)隊(duì)訓(xùn)練時(shí)間，組織小組成員對(duì)百米賽跑的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行成績(jī)測(cè)試并進(jìn)行全程錄像。

（2）對(duì)視頻進(jìn)行裁剪，逐幀慢放，提取每10 m的時(shí)間間隔，從而求出平均速度，列表（表6），作圖（圖2）。

（3）將兩人的v-x圖像進(jìn)行對(duì)比分析，找出差異，提出優(yōu)化我校運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的可行性方案。

（4）撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告“從運(yùn)動(dòng)學(xué)分析百米賽跑全程速度差異”，在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)課進(jìn)行匯報(bào)。

成果展示：

數(shù)據(jù)分析：選手的全程速度分配情況將直接影響到百米賽跑成績(jī)。以運(yùn)動(dòng)員加速跑到全程的最大值——峰值為參考，按照謝慧松的速度分段模式將全程劃分為起跑加速、途中跑加速、最大速度和速度下降四個(gè)階段。

（1）加速階段：蘇炳添起跑開(kāi)始劇烈提速，跑到30 m處速度達(dá)到峰值，之后稍有回落，在50 m處再次出現(xiàn)速度高峰；學(xué)生運(yùn)動(dòng)員起跑加速也很明顯，但加速距離短，在20 m處速度開(kāi)始有明顯回落，在30 m處速度最低，之后速度迅速提升至最高值。

（2）最大速度階段：蘇炳添在50 m～80 m區(qū)間在峰值附近維持相對(duì)穩(wěn)定略有回落；學(xué)生運(yùn)動(dòng)員速度峰值保持距離短，在50 m后速度有明顯下滑，維持在相對(duì)較低的速度奔跑。

（3）速度下降階段：蘇炳添在最后20 m速度穩(wěn)中有降；學(xué)生運(yùn)動(dòng)員在90 m處有明顯的提速，之后又明顯下降。

（4）從整體來(lái)看，無(wú)論是速度峰值，還是各階段的穩(wěn)定性、耐力，學(xué)生運(yùn)動(dòng)員與蘇炳添還存在很大差距。

結(jié)論：學(xué)生運(yùn)動(dòng)員起跑反應(yīng)迅速，起跑速度達(dá)到了5.36 m/s，達(dá)到專業(yè)水平。在100 m全程速度分配不合理，速度峰值仍有很大的提升空間，峰值維持距離短，最大速度階段呈現(xiàn)波浪形變化，后期需要進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，加強(qiáng)體能、耐力、負(fù)重等方面的訓(xùn)練。

數(shù)據(jù)分析：如表7所示，學(xué)生運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)、步頻與蘇炳添存在較大差距，步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)也未達(dá)標(biāo)。（步長(zhǎng)指數(shù)：男子≥1.2，女子≥1.15；步頻指數(shù)：男子≥8，女子≥7.5）。

結(jié)論：決定運(yùn)動(dòng)員百米賽跑速度的主要因素是步長(zhǎng)和步頻。一般來(lái)講，要想提高步長(zhǎng)，必須提高后蹬和擺動(dòng)效果。后蹬要力量大、速度快、動(dòng)作充分，同時(shí)要掌握好后蹬的方向和角度。因此，在平時(shí)的訓(xùn)練中，應(yīng)注意后蹬和蹬擺配合技術(shù)的練習(xí)，同時(shí)增加一些負(fù)重的訓(xùn)練。提高步頻應(yīng)盡可能縮短每一單步的支撐時(shí)間和騰空時(shí)間。但是，步長(zhǎng)和步頻兩者是相互依存、相互制約、辯證統(tǒng)一的，在步長(zhǎng)一定的情況下，增加步頻則可以使跑速增大，或者步頻一定的情況下，增大步長(zhǎng)，也可以提高跑速。但在訓(xùn)練過(guò)程中，過(guò)分加大步長(zhǎng)會(huì)延長(zhǎng)每一單步的時(shí)間致使步頻降低，而過(guò)分加快步頻也會(huì)影響每一單步的受力效果而導(dǎo)致步長(zhǎng)減小。因此，只有了解影響步長(zhǎng)和步頻的各種因素及兩者之間的制約關(guān)系，通過(guò)日常科學(xué)系統(tǒng)的訓(xùn)練，才能夠有效提高跑速。

3 項(xiàng)目反思

3.1 項(xiàng)目收獲

在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，學(xué)生能夠沉浸式與真實(shí)問(wèn)題相鏈接，以小組合作的形式，通過(guò)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題來(lái)促進(jìn)自身的學(xué)習(xí)與發(fā)展。學(xué)生的主體地位得到了充分體現(xiàn)，真實(shí)生活情境中的問(wèn)題往往都是復(fù)雜、繁瑣的，教師引領(lǐng)學(xué)生用科學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生在活動(dòng)過(guò)程中學(xué)會(huì)了自主、有針對(duì)性地檢索資料，在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷有新問(wèn)題出現(xiàn)，需要跨學(xué)科的知識(shí)，需要設(shè)計(jì)方案、評(píng)估方案的可行性，學(xué)生在解決這些繁瑣問(wèn)題的過(guò)程中養(yǎng)成了探究意識(shí)，提升了批判性思維能力，加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，增強(qiáng)了綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提升了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.2 不足與困惑

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開(kāi)展過(guò)程中，教師的知識(shí)儲(chǔ)備和技術(shù)要不斷適應(yīng)解決真實(shí)問(wèn)題的需求；實(shí)驗(yàn)中的可變因素過(guò)多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施提出多方面的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種行之有效的探究式學(xué)習(xí)方式，能夠幫助學(xué)生建立學(xué)科與學(xué)科之間、學(xué)科與真實(shí)問(wèn)題之間的聯(lián)系，不僅使學(xué)生能夠通過(guò)對(duì)信息的篩選、分析、加工、應(yīng)用達(dá)到解決真實(shí)問(wèn)題能力的階段性目標(biāo)，又能夠使學(xué)生在潛移默化中促進(jìn)交流與合作，增強(qiáng)科學(xué)探究的真實(shí)性，凝練科學(xué)思維方式和科學(xué)探究方法，激發(fā)并提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)與研究的興趣，促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展，達(dá)成正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力的終極目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］桑國(guó)元，葉碧欣，王翔.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教師手冊(cè)［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2023：31.

［2］謝慧松.中外優(yōu)秀男子百米分段速度的研究［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，28（3）：407-409.

［3］易文娟，詹曉梅，王雙，等.蘇炳添、張培萌與博爾特百米技術(shù)差異分析［J］.山東體育科技，2015，37（2）：63-65.

（欄目編輯 趙保鋼）