竞技武术套路自选项目Ｃ级跳跃难度起跳阶段人体重心 运动学特征的生物力学对比研究

高　丽

（鲁东大学体育学院，山东 烟台 264025）

摘 要：高难度323C起跳技术是影响该难度动作高质量完成的关键环节，其动作人体重心的运动学基本特征与要素是重要的评价依据之一。运用运动生物力手段对起跳阶段人体重心的运动学特征进行比较研究发现：助跑结束时获得的水平速度并不是越大越好，而缓冲时段水平速度的损失也不是越小越好。一级运动员右腿摆动慢，上步不积极，左腿蹬摆不充分，左臂摆幅小是导致左脚离地时刻水平速度增长小的关键所在。右脚离地时刻水平速度的损失率与垂直速度呈显著正相关，武英级起跳时左腿加速摆动与右腿快速蹬伸的协调配合是起跳离地时获得较大垂直速度的最重要原因。蹬伸时段重心水平位移与左脚离地时刻水平速度和垂直速度之间呈显著性相关；缓冲时段一级运动员没有武英级身体重心下降低，但用时还长，然而蹬伸时间没有显著差异，这是一级运动员没有武英级完成动作好的最根本所在。

关键词：竞技武术；高难度323C；起跳；人体重心；运动生物力学

中图分类号：G852.3文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)12-1715-05

A Comparative Biomechanical Analysis on Kinematic Characteristics of Human Body Gravity Center inTake瞣ff Phase of Selective Program C in Competitive Wushu Routine

——Taking high瞕ifficulty 323C in Selective Long Boxing as an Example

GAO Li

(College of Physical Education, Ludong University, Yantai 264025, Shandong China)

Abstract:Take瞣ff technique in high瞕ifficulty 323C is the key to high瞦uality

completion of this movement; the kinematical basic feature of body gravity center is important to evaluation. This paper does a comparative analysis the biomechanical features of human body's gravity center. It discovers that when the run瞮p is finished, the horizontal speed that is got is not the higher the better; while the reduced horizontal speed in buffering phase is not the less the better. The fact that Band1 athlete swings right leg slowly and does not step forward

actively, his left leg does not stretch adequately, the swing range of left arm is small, which is the key to the small increased horizontal speed for the left foot in the phase of leaving ground. And when the right leg is taking off the ground, the loss of horizontal velocity is positively correlated with the vertical

velocity. In the process of take瞣ff, the proper negotiation of left leg's swing at the increased speed and right leg's quick stretch is essential to that the elite athlete receives more vertical speed in the process of take瞣ff and leaving ground. There is significant correlation between horizontal displacement of gravity center in the stage of stretch, and horizontal velocity of gravity center and vertical velocity of gravity center in the left leg when taking off the ground. The height of gravity center of body of Band1 athlete is higher than that of elite athlete, and Band1 athlete is longer than elite athlete in the buffering stage of jumping, but there is no significant difference at the time of stretch.

Key words: competitive Wushu; high瞕ifficulty 323C; take off; center of body gravity; sport biomechanics

武术套路从1957年被列为正式比赛项目起至今50余年，经过众多专家、学者和武术界同仁的共同努力，已基本形成了完整的技术体系和较稳定的评判标准，技术的发展在60年代追求“难度大、质量高、形象美”，后来遵循“突出竞技特色、提高艺术水平，鼓励发展创新”的指导思想，现在提出“高、难、美、新"的技术发展方向，使竞技武术套路运动从内容到形式、从技术到水平沿着其自身的规律向前迈进了一大步。^[1]进入21世纪的今天，在面临武术项目国际化、全球化趋势的大环境下，为进一步突出其竞技化属性，向国际竞赛项目接轨，2003年，国家体育总局武术运动管理中心新出台了《武术套路竞赛规则》。新规则重点突出难度动作，并对难度动作进行量化，确定难度等级，大幅度增加了难度动作分值比例^[2]，这在很大程度上促使技术动作向高规格化和难美化的方向发展，也提高了竞技武术套路的可比性及裁判员评分的可操作性。

高难度323C（旋风脚转体720°）是新规则自选长拳中难度等级最高（C级难度）的跳跃动作之一，高质量的完成此难度动作，不仅能增强套路演练的节奏和气势，而且是拉开比分差距，决定运动员最后成绩优劣的重要因素。高难度323C起跳技术是完整技术中技术成分较高、动作细节较复杂的环节，其动作人体重心的运动学基本特征与要素是重要的评价依据之一^[3]。对此，本文拟运用美国“ARIEL”三维图像解析系统对四川省武术队8名优秀男子武术套路运动员（其中武英级4名，国家一级4名）高难度323C动作进行三维摄像解析，重点对起跳阶段人体重心的运动学特征进行深入的对比分析与研究，揭示不同等级运动员技术动作差别的运动学特征，旨为广大教练员和运动员掌握该技术动作特点，提高成功率，进行科学训练提供可靠的理论依据和实践参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 四川省武术队8名优秀男子套路运动员。群体的基本情况见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法 查阅了竞技武术套路难美动作的相关文献，了解当前竞技武术长拳自选套路难度技术的研究现状及相关理论，为本论文的设计和实施提供理论依据。

1.3.2 三维摄像解析法

采用两台JVC GR-DVL9800摄像机同步定点拍摄高难度323C动作。拍摄时，左机置于起跳方向的左侧，其主光轴对准动作阶段中心，拍摄距离12 m。右机也置于起跳方向的左侧，并与左机主光轴成82°夹角，其主光轴对准动作阶段中心，拍摄距离12.5 m。两台摄像机采用外时标（发光二极管）作为同步标记。拍摄速度为50场/s。拍摄前对放置在起跳点的爱捷004-A0三维辐射框架进行标定。根据对录像带的观察和拍摄时武术专家对该难度动作的现场评分（表1），对运动员完成的最好的一次技术实验的录像画面采用艾立尔运动图像测量解析系统进行解析，选用日本松井秀治人体模型，所得数据采用数字化滤波进行平滑处理，截断频率6Hz。

1.3.3 数理统计法

通过对所测得数据进行分析与筛选，所获得运动学参数用SPSS11.0统计软件进行处理，得到各项指标的平均数、标准差、相关系数及相关程度的显著性检验结果。组间样本采用独立样本t检验，P<0.05为具有显著性差异，用*表示；P<0.01为具有非常显著性差异，用**表示。

2 结果与分析

旋风脚转体720°起跳阶段是指从助跑最后一步左脚着地时刻开始到右脚离地时刻结束。为了分析动作的方便和需要，将起跳动作分为2个时段。即缓冲时段（左脚着地时刻到身体重心最低点时刻）；蹬伸时段（身体重心最低点时刻到右脚离地时刻，其中经过了右脚着地时刻、左脚离地时刻）。

旋风脚转体720°起跳动作有其自身的特点，左脚着地时，右臂向上向后摆臂至头部后上方，左臂随之摆臂并收至右胸前。右腿随即上步，脚尖内扣，左臂由上往前下摆臂，右臂随之回落，上体向左旋转前俯。紧接着右腿拧转蹬伸，左腿快速向外蹬摆，左臂向外加速抡摆，右臂向上摆动，重心投影点逐渐移向起跳方向，以期获得转体力矩。左脚离地后，伴随着两臂的制动，左腿加速向外向上摆动，右腿迅速蹬伸来完成起跳动作。为了更深入分析起跳阶段人体重心运动学特征的差异，根据起跳技术特点和动作顺序，把特征画面时相确定为：“左脚着地”，“身体重心最低”，“右脚着地”，“左脚离地”和“右脚离地”共5幅特征画面。这些特征画面，即不同动作时刻，可表征动作时段基本力学特征与动作质量^[4]。本文主要对上述2个时段5个时相进行生物力学对比分析和讨论。

2.1 起跳阶段人体重心速度特征对比研究

旋风脚转体720°起跳阶段的主要任务是充分利用人体在助跑前所获得的水平初速度，创造尽可能大的腾起速度和合理的腾起角，为后续腾空转体动作的完成创造条件。起跳过程中，人体重心水平速度的损失和垂直速度的获得是影响起跳效果对立统一的两个方面^[5]。为了研究人体重心速度特征对起跳效果的影响，我们绘出了人体重心速度变化规律曲线图（图1、图2），并罗列出起跳过程中相关的运动学参数（表2-表4）。

2.1.1人体重心水平速度特征对比 旋风脚转体720°起跳阶段，重心水平速度变化均是从大到小，又到大再到小（图1）。由表2可知，左脚着地时刻，一级和武英级运动员水平速度分别为1.24 m/s、1.30 m/s，二者无显著差异（t=－0.20，p>0.05）；重心最低点时刻，一级运动员水平速度、水平速度损失值及损失率与武英级也无显著差异。（t=－0.20，p>0.05；t=0.15，p>0.05；t=－0.64，p>0.05；t=－0.71，p>0.05）。表明，缓冲时段一级运动员水平速度的损失值及损失率与武英级相比均无质的差别。对左脚着地时刻水平速度、缓冲时段水平速度的损失与右脚离地时刻垂直速度的相关分析结果（r=－0.01，P>0.05；r=0.10，P>0.05）表明，助跑结束时水平速度的获得并不是越大越好，缓冲时段水平速度的损失也不是越小越好，它们对后续起跳腾空动作的完成不产生决定性的影响。此时段，水平速度的下降主要是左脚着地时对地面产生的摩擦力而引起的制动与支撑反作用力在水平方向的分力造成的。这部分损失的水平速度将通过左腿的退让性收缩将其以肌肉弹性势能的形式储备起来，在开始蹬伸初期以动能的形式释放出来，为身体重心运动方向提早转变和垂直速度提早积累创造有利条件。这一点，从运动员水平速度的损失值与左脚离地时刻重心垂直速度之间存在显著性相关关系（r=0.85，P<0.01）中得以验证。右脚着地时刻，一级和武英级运动员水平速度分别为1.46 m/s、1.98 m/s，二者呈显著差异（t=－2.45，p<0.05），说明，一级运动员左腿支撑蹬伸过程中，右腿摆动慢，上步不积极，导致右脚上步起跳时水平速度较小。左脚离地时刻，一级和武英级运动员水平速度及增长值分别为1.79 m/s、2.43 m/s；0.93 m/s、1.60 m/s。上述指标均呈显著差异（t=－2.45，p<0.05；t=－2.67，p<0.05），表明，一级运动员左脚离地时刻水平速度的增长小于武英级，这是由于一级运动员左腿蹬摆不充分，左臂摆动幅度小所致。以上分析表明，助跑阶段人体获得的动能在起跳阶段中，主要是通过左腿的制动性支撑动作，使下肢伸肌群被动拉长，人体获得的动能转化为肌肉的弹性势能，然后下肢肌群快速收缩，为缩短下肢肌群蹬伸的时间和提高后续蹬伸动作的运动速度创造条件^[6]。可见，左脚着地至离地时刻，人体运动的实质是通过右腿的快速摆动加速左腿的蹬伸，使助跑获得的动能与肌肉弹性能之间进行快速转换，以获取较大的水平速度和适宜的垂直速度。左脚离地之后，左臂制动，摆速开始下降，动量发生传递和转移，这时，水平速度也开始下降。一级和武英级运动员右脚离地时刻水平速度分别为1.28 m/s、0.90 m/s；水平速度的损失及损失率分别为0.50 m/s、1.53 m/s；0.28、0.63。上述指标均呈显著差异（t=3.16，p<0.05；t=－4.28，p<0.01；t=－4.30，p<0.01），表明一级运动员起跳的水平速度损失小于武英级，其原因主要一级运动员左臂制动不及时，右下肢制动不充分。对水平速度的损失率与右脚离地时刻垂直速度的相关分析结果（r=0.95，p<0.01）说明，水平速度的损失率越大，右脚离地时刻获得的垂直速度就越大。因而旋风脚转体720°起跳宜尽可能加大水平速度的损失来获得较大的垂直速度和腾空高度。从技术上讲，就要求左臂及时制动、加速左腿的外摆及右腿的蹬伸。

综上所述，一级运动员缓冲结束后，左腿的蹬摆幅度小，左臂的摆动和右腿的前摆动作速度慢，影响了重心水平速度的增加，导致左脚离地时水平速度小。左脚离地后，左臂制动不及时，右下肢制动动作不充分是导致右脚离地时刻水平速度大的关键所在。

2.1.2 人体重心垂直速度特征对比

旋风脚转体720°起跳阶段，重心垂直速度变化均是从大到小，再到大（图2）。起跳过程垂直速度的变化特征与起跳时身体重心运动方向的变化关系极为密切。当助跑最后一步左腿处于最大缓冲时，重心高度下降至最低点，此时重心沿垂直轴的速度值最低（理论上为0）。而从缓冲结束之后到右脚蹬离地面结束，身体重心在垂直方向上是一个不断加速上升的过程，垂直速度随着身体重心的高度不断上升而增大至右脚蹬离地面瞬间达到最大值。从表3可知，左脚离地时刻，一级和武英级运动员垂直速度分别为1.67 m/s、1.98 m/s，二者呈显著差异（t=－2.51，p<0.05），说明，武英级助跑最后一步结束左脚着地时制动效果显著，助跑的动能更好地转化为左腿伸肌的弹性势能，使左腿在蹬伸时发挥更大的蹬伸力量，提高蹬伸动作的运动速度和右脚上步起跳时的动作速度，从而使右脚踏跳时右脚掌与地面形成及时的拧转蹬伸，致使重心水平速度向起跳的垂直速度上转化。而一级运动员左腿制动效果不明显，蹬伸不充分，右腿拧转蹬地不及时影响了左脚离地时刻垂直速度。当右腿蹬离地面瞬间，一级运动员垂直速度（3.08 m/s）小于武英级（3.61 m/s），二者呈显著差异（t=－5.00，p<0.01），说明，武英级起跳时右腿快速蹬伸能力较强，左腿摆速较大，有利于右脚离地瞬间产生最大的爆发功率，从而导致起跳时垂直速度急剧增大。

起跳的腾起角度（α）是顺利完成空中转体720°的重要条件。我们定义为起跳离地时刻腾起垂直速度和水平速度比值的反正切值。即：arctgα=Vy/Vx，一级运动员腾起角67.43°，而武英级76.03°，二者呈显著差异（t=－3.69，p<0.01）（表3）。其原因是一级运动员起跳腾起时水平速度损失率小于武英级。右腿的制动效果好，重心水平速度损失率大，对增大起跳垂直速度和腾起角度起重要作用。另外，从右脚离地时刻的垂直速度与人体重心腾空高度之间呈显著相关关系（r=0.98，p<0.01）中得知，起跳离地时刻垂直速度越大，重心腾空高度越高。

由此可见，左腿加速摆动和右腿快速蹬伸的协调配合是影响起跳离地时刻重心垂直速度的最重要因素。一级运动员在起跳过程中，起跳潜能没能得到充分发挥，起跳垂直速度、腾起角均小于武英级，影响了离地后的腾空高度和滞空时间，不利于空中击响和旋转动作的顺利完成。因此，一级运动员在起跳阶段应重点加强下肢专项爆发力和柔韧练习，注重蹬伸和摆动的协调结合。

2.2 起跳阶段人体重心位移特征对比研究

2.2.1 人体重心水平位移特征对比

旋风脚转体720°起跳阶段，人体重心水平位移呈明显的线性状态，两级别运动员重心水平移动速度较缓和，差异较小（图4）。从表4、图3分析可知，一级和武英级运动员缓冲时段身体重心水平位移分别为0.07 m、0.09 m（t=－1.41，p>0.05）；蹬伸时段重心水平位移分别为0.14 m、0.20 m（t=－2.42，p<0.05）这说明，两个级别运动员缓冲时段重心水平位移没有质的差别，而缓冲结束后，武英级左腿的支撑蹬伸能力、右腿的快速摆动能力以及左右腿蹬摆协调配合的能力强于一级运动员。经检验，蹬伸时段重心前移水平位移与左脚离地时刻水平速度、垂直速度呈显著性相关关系（r=0.95、p<0.01；r=0.78、p<0.05），表明，蹬伸过程中重心水平前移距离的减少会导致重心速度的降低。因此，笔者认为，若左腿支撑时蹬伸动作不积极，则会导致起跳时重心距离起跳点过远，不利于身体重心快速向起跳点移动，另一方面，支撑脚与地面不能形成一定的拧转蹬地过程，造成踏跳力量不足，影响蹬伸时垂直方向力的初步获得，从而进一步影响后续蹬伸过程中垂直方向加速度的获得。针对一级运动员来说，应在左腿有力的支撑下，积极快速蹬伸，推动身体重心前移至起跳方向，一则可使水平速度得到最大限度地提高，为后续右腿踏上起跳点及左腿的尽早摆动创造有利的条件。另外，可使右脚踏跳时右脚掌与地面形成良好的拧转蹬地，从而使右脚踏上起跳点后能迅速进行蹬伸，为重心垂直速度的初步积累和重心运动方向的顺利改变创造条件，也为后续蹬伸动作和腾空转体动作的顺利完成提供保障。

2.2.2 人体重心垂直位移特征对比

起跳阶段人体重心从助跑最后一步结束左脚着地时刻开始到右脚离地时刻结束是一个先下降后不断上升的过程（图5）。这是因为左脚着地时膝关节屈膝缓冲，加之上体拧腰下摆，两臂由上向体前抡摆，身体重心降到最低点。从表4可知，缓冲时段，一级和武英级运动员身体重心下降高度分别0.07 m、0.09 m，二者呈显著差异（t=－2.83，p<0.05），表明，缓冲时段武英级身体重心下降的高度较一级运动员大。即武英级缓冲动作结束时身体重心处于较低位置，为后续蹬伸动作创造更大的空间，有利于提高垂直速度。随着左腿的积极蹬伸，右腿快速前摆，前脚掌积极内扣，并与地面形成良好的拧转蹬地，使身体重心投影点快速移向起跳点，从而使右脚踏上起跳点后能通过及时的蹬伸动作将获得的蹬伸力量很好地通过身体重心，改变身体运动的方向。左脚着地时刻，两个级别运动员身体重心都有所上升。左脚离地后，右腿膝关节快速蹬伸、左腿加速向上摆动及上体充分伸展，使身体重心在右脚离地时达到最大值。从表4可知，蹬伸时段，一级运动员重心垂直位移为0.31 m，而武英级为0.36 m，二者呈显著差异（t=－3.54，p<0.05）表明，一级运动员起跳蹬伸时下肢专项柔韧素质和快速蹬伸能力不如武英级，造成蹬伸时人体重心的垂直位移小，腾起垂直速度小。经检验，起跳垂直速度与重心垂直位移之间存在显著性相关（r=0.89，p<0.01），说明，垂直蹬伸距离愈长，即人体向上加速的空间范围加大，就有可能腾空高。

2.3 起跳阶段时间特征对比研究

本文中起跳时间与起跳离地的垂直速度呈显著负相关（r=－0.92，p<0.01）说明，缩短起跳时间有利于获得较大的重心垂直速度。这与踏跳应当遵循起跳时间以短为宜的原则相一致^[7]。一级运动员起跳时间（0.40 s）大于武英级（0.35 s），二者呈显著差异（t=－2.83，p<0.05）（表5），表明，一级运动员起跳时间较长，影响了起跳蹬地力量和起跳效果。然而，起跳时间毕竟只是反映起跳蹬离动作完成快慢的，而不是反映动作完成质量效果的。对此，我们对起跳时间的组成成分进行分析发现，一级和武英级运动员缓冲时间分别为0.17 s和0.11 s，二者呈显著差异（t=5.66，p<0.01）说明，一级运动员缓冲时间较长，而重心下降的高度还比武英级少（前已述），即用时较多，位移较短，不利于迅速过渡到后续蹬伸动作，影响完成动作的速度。而两个级别运动员蹬伸时间无显著差异（t=1.41，p>0.05）表明，在蹬伸时间差异较小的情况下，缩短缓冲时间，加大蹬伸距离可提高起跳垂直速度。因此，运动员在完成旋风脚转体720°起跳动作时既要使身体重心处于较低位置，同时缩短完成动作的时间，这主要取决于左腿离心收缩能力和右腿蹬伸肌群的快速爆发能力及身体各环节的相互协调配合。要做到这一点，合理的方法是人体在缓冲时，加大两臂的摆动幅度，右腿快速前摆及蹬伸，使人体重心快速移向起跳点，确保起跳动作连贯统一、一气呵成。武英级运动员这点做的比一级运动员好，也是武英级能更好完成动作的最关键所在，需特别重视。

3 结论与建议

3.1 结论

1) 助跑最后一步结束左脚着地时刻水平速度、缓冲时段水平速度的损失与右脚离地时刻垂直速度均无相关关系（r=－0.01，P>0.05；r=0.10，P>0.05）。说明，助跑结束时获得的水平速度并不是越大越好，而缓冲时段水平速度的损失也不是越小越好。

2) 一级运动员右脚着地时刻、左脚离地时刻的水平速度与武英级相比均具有显著性差异（t=－2.45，p<0.05；t=－2.45，p<0.05）。一级运动员右腿摆动慢，上步不积极，右脚着地之后，左腿蹬摆不充分，左臂摆幅小是导致左脚离地时刻水平速度增长小的关键所在。

3) 右脚离地时刻，水平速度的损失率与垂直速度呈显著相关（r=0.95，p<0.01）。

武英级起跳过程中，左腿加速摆动与右腿快速蹬伸的协调配合及左臂及时制动是起跳离地时获得较大垂直速度的重要原因。

4) 一级运动员起跳离地时刻的垂直速度、腾起角度小于武英级，影响了离地后的腾空高度和滞空时间，不利于空中击响和旋转动作的顺利完成。

5) 蹬伸时段重心水平位移与左脚离地时刻水平速度、垂直速度呈显著性相关（r=0.95，p<0.01；r=0.78，p<0.05）。一级运动员在此时段重心水平位移（0.14 m）比武英级（0.20 m）小，主要是左腿蹬伸动作不积极，送髋不主动所致。

6) 缓冲时段，一级和武英级运动员身体重心下降高度分别为0.07 m和0.09 m，二者呈显著性差异（t=－2.83，p<0.05），但一级运动员还比武英级用时长（分别为0.17 s和0.11 s），然而两个级别的蹬伸时间无显著性差异（t=1.41，p>0.05），这是一级运动员没在武级英完成动作好的关键所在。

3.2 建议

1) 运动员需根据自身训练水平，助跑的技术，发挥速度的快慢等特点，在平时训练中努力寻找速度与力量之间的最佳结合，使助跑速度与自身的专项力量素质相匹配，在保证左腿能够快速充分蹬伸的前提下，尽量发挥助跑速度。

2) 提高左腿的支撑蹬伸、摆动能力和右腿的摆动、拧转蹬伸能力的协调配合是一级运动员今后训练的重点。

3) 重点加强下肢专项力量和柔韧练习，特别是左腿的退让性工作能力与右腿的快速蹬伸能力，注重动作的蹬摆结合与制动，应是在较短时间内提高起跳垂直速度与腾起角度的有效手段之一。

总之，影响旋风脚转体720°的因素较为复杂，起跳技术的每一环节都对其后续技术动作的完成产生直接影响。教练员一方面要根据新规则的指导，对难度动作进行针对性的研究，把难度动作的关键技术作为训练的突破口，严格按照技术原理和动作结构特点发展和改进技术动作。另一方面，要充分考虑到运动员专项素质、运动技能、神经类型等方面存在的个体差异，在难度动作的训练方法与手段的选择上因人而异、因材施教。

参考文献：

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