2015年全国大学生田径锦标赛甲B组男子跳高技术生物力学研究

2017-04-14梁铁怀姚辉洲李锋薛伟佳韦东远阳

山东体育学院学报 2017年2期

梁铁怀+姚辉洲+李锋+薛伟佳+韦东远+阳亚

摘要：采用两台索尼摄像机对第15届全国大学生田径锦标赛男子甲B组跳高决赛6名运动员助跑最后两步和起跳阶段的技术动作进行拍摄，用视讯解析系统对拍摄视频进行解析以获得相关参数。研究表明：运动员身材较高、体重偏重和竞技水平一般；运动员成绩中H1所占比例较小，H2所占的比例稍大，H3所占比例小；运动员所采用的“助跑最后阶段降低身体重心的方式”涵盖三种方式，以第一种方式（起跳前2～3步降低身体重心，助跑最后一步平稳前移）居多；运动员起跳脚着地瞬间水平速度较小，起跳脚蹬伸离地瞬间水平速度较大，水平速度在起跳过程中的变化较小，起跳离地瞬间垂直速度较小，腾起角较小，机械能变化较大；运动员最后两步助跑、起跳过程中身体前后倾和内外倾表现出一定的趋势。

关键词：跳高；助跑；起跳；生物力学；大学生田径锦标赛；男子

中图分类号：G823.1 文献标识码：A文章编号：1006-2076（2017）02-0086-06

Abstract：Two Sony cameras were used to shot the last two steps and take-off stage technical action of 6 athletes in the 15th National College Students' Track and Field Championship and then video analysis system was adopted to obtain the relevant parameters. The study shows that the athletes have moderate competitive ability with higher body length and body weight. The proportion of H1 in high jump achievements is small ， the proportion of H2 is slightly larger， and the proportion of H3 is smaller； there are three ways to lower the body centre-of-gravity in run-up final stage and the majority took the first way （i.e.， to lower body centre-of-gravity before 2～3 jump steps with the last step stable forward"）； Athletes jump foot instantaneous horizontal velocity is smaller， the take-off moment horizontal velocity is large， small changes in level speed in the process of jumping， the take-off vertical velocity is small， flight angle is small， the mechanical energy changes greatly； the last two steps in run-up， the body front and back tilt， introversion and extroversion tilt showed a certain trend.

Key words：high jump； run-up； take-off； biomechanics； college students； Track and Field Championship； men's

对第1届至第9届全国大学生运动会（1982年～2012年）男子跳高成绩的统计分析表明[1]，我国大学生男子跳高成绩30年总体上呈波浪上升趋势；历届最好成绩提高了15 cm（2.12 m～2.27 m），历届最好前8名平均成绩仅提高了7 cm（2.05 m～2.12 m）。与竞技体育发达国家的大学生跳高水平相比，水平相对较低，表明我国大学生男子跳高运动的发展速度和发展水平不尽如人意。究其原因，我们认为与对项目特性的科学研究滞后不无关系。对跳高比赛中的技术动作要素进行测量与评价，是探讨跳高技术动作、进而探究跳高制胜规律的科学方法，唯有如此，方能为跳高教学训练提供科学的参考依据。因此，采用生物力学方法测量与评价跳高技术动作，具有非常重要的价值。

仅有极少的关于大学生男子跳高技术动作生物力学特征方面的研究。如马有保、朱旭红和张卫平等人，对浙江工业大学2003年运动会上7名成绩在1.97 m～2.07 m男子跳高运动员的助跑倒2步速度与步长、起跳时起跳腿膝角与起跳速度、起跳过程中着地、缓冲和蹬伸三个阶段时间、摆动腿大腿角度等助跑与起跳技术生物力学进行了分析[2]。因此，本研究对第15届全国大学生田径锦标赛甲B组男子跳高决赛运动员助跑最后两步和起跳阶段的技术动作进行拍摄，并通过解析软件来获取其关键技术的生物力学参数。与德国科隆体育大学田径研究所布吕格曼教授所组织领导的第6届世界田径锦标赛生物力学研究类似[3]，本研究的目的也是充实优秀大学生跳高运动员生物力学参数的数据库，为高校教练员和运动员提供不同技术动作的定量化参数，进一步增加对大学生运动员跳高技术影响因素的理解。

1 研究对象与方法

1.1 研究對象

以2015年第15届全国大学生田径锦标赛甲B组6名男子跳高决赛的运动技术生物力学特征为研究对象。本研究的生物力学参数均来自对运动员决赛最好成绩的解析。甲B组的大学生运动员是按照普通高等学校招收高水平运动员办法录取的学生以及体育大学（学院）、师范院校（含普通院校）的体育专业学生，在中国田径协会注册的运动员，代表了当今大学生的最高水平。

1.2 研究方法

1.2.1 数据采集方法

采用两台SONY摄像机以50 fps的速度拍摄其最后两步助跑、起跳和过杆的技术动作。拍摄位置严格按照生物力学研究要求设定，摄像机拍摄机位高1.2 m，侧面摄像机平行横杆，距离起跳点附近12 m；正面摄像机垂直于横杆，距离起跳点附近12 m。对拍摄的运动图像，通过北京体育大学运动生物力学教研室开发研制的视讯解析系统进行解析，采集频率为50场/S，利用扎齐奥尔斯基人体模型，所得数据进行数字化滤波法平滑，截断频率为10。

1.2.2 数理统计方法

由于数据不呈正态分布，因此选用统计量中的中位数（Md）表示集中趋势[4]。中位数是反映同质对象观察值的平均水平与集中趋势的统计量，它适用于定序变量、定距变量和定比变量，适用于严重偏态分布的数据。用极差值（G）表示离散程度。用SPSS软件系统对测定的数据进行常规统计。

2 结果与分析

为了定性地对研究对象的统计量进行评价，本研究以国内优秀运动员的相应的统计量作为标准并进行比较分析。[5-6]

2.1 一般特征和比赛成绩

参加2015年第15届全国大学生田径锦标赛甲B组男子跳高决赛运动员共有7人，1人因伤病弃权。决赛的起跳高度是1.95 m，6名运动员均跳过2.05 m的高度，其中最好成绩是2.16 m。由于甲B组属于高水平运动员组，因此本次比赛成绩基本上反映当前我国大学生男子跳高水平。

运动员一般特征和比赛成绩（见表1）反映该受试群体的几个特征：1）身材较高。该受试身高范围在1.85 m～1.92 m，极差（G）为0.13 m。2）体重偏重。克托莱指数中位数（Md）约为378.58。3）竞技水平一般。运动成绩中位数在2.08 m，虽然达到一级，但从运动员的高度差（运动员跳过自身身高的绝对数值）的中位数仅为接近20 cm，与国内优秀运动员比较差距较大（国内优秀运动员的高度差为32 cm）。

2.2 高度参数

按照美国著名运动技术生物力学家詹姆斯·海的分析框架[7]，运动员在跳高中越过的高度（H）可视为三个高度之和：（起跳）腾起瞬间身体重心的高度（H1）、腾空中重心升起的高度（H2）、重心达到最大高度（Hb）与横杆高度之差（H3）。

本次研究高度参数的情况见表2。把高度参数转化为百分比，可以看到有如下特征：1）H1所占比例较小，其范围在56.6%～62.1%，占身高的60.4%～70.8%。；2）H2所占的比例稍大，其范围在39.5%～46.4%，这从H2的绝对值（0.83 m～0.95 m）可以看出，表明运动员腾起能力相对还是比较强的；3）H3所占比例小，其范围在1.185%～4.167%，绝对值的中位数在0.06 m左右，因为H3越小，过杆效率越高，大学生达到此种水平，完全出乎意料。

2.3 最后两步助跑和起跳的重心轨迹

表3是运动员助跑最后两步与起跳过程中着地瞬间、最大缓冲和蹬离瞬间的身体重心参数。从中位数的数据情况来看，运动员倒二步着地、缓冲和蹬离瞬间的身体重心高度的数值几乎一样（0.928 m→0.923 m→0.926 m），并处于相对较高的位置；倒一步着地、缓冲、蹬离瞬间身体重心的高度（0.892 m→0.859 m→0.874 m），至起跳阶段着地、缓冲（0.846 m→0.861 m），清楚地表明运动员从倒二步开始直至起跳脚着地，身体重心呈现出不断地降低的趋势。到起跳脚蹬离地面瞬间，身体重心达到1.224 m高度，因此，在最后两步助跑中，通过降低重心准备起跳，运动员获得了0.363 m的垂直运动距离。

图1是将表3数字转换成曲线图。按照达佩纳1988年的研究中对“助跑最后阶段降低身体重心的方式”的区分标准[8]，从图1中我们可以看到，每名运动员助跑最后阶段降低身体重心的方式：第一种方式是“起跳前2～3步降低身体重心，助跑最后一步平稳前移”，除程凯威和高书严外，均属这种类型。在这种类型中的大部分（3人）的身体重心在倒一步或倒二步或起跳着地中均有不同程度的微小起伏。这种方式的另一个共性特征是，起跳缓冲阶段开始重心上升，持续到起跳离地。第二种方式是以“较高的身体重心保持到助跑结束”。属于这种类型的运动员是程凯威，他从倒二步着地到起跳脚着地，身体重心保持在0.913 m～0.935 m范围内，起伏仅仅在0.022 m之间，身体重心一直都比较平稳，表明没有做降低身体重心、准备起跳的动作，但起跳蹬离地面瞬间身体重心较高（1.310 m）。第三种方式，“与第一种方式基本相同，只是在最后一步摆动腿蹬离地面后，身体重心又升高”。有点类似这种方式的运动员是高书严，他在倒二步蹬伸时降低身体重心，在起跳脚着地时身体重心开始上升直至离地。

背越式跳高从开始助跑，通过加大步长、加快步频达到获得较快速的水平速度，以便运动员在起跳阶段增大对地面的垂直作用力。助跑的最后2～3步降低身体重心，目的是尽量增加运动员对地面产生垂[LL]直作用力的作用时间，因此重心就需要在起跳阶段的垂直方向有较长的运动距离[8]。因此，研究最后两步助跑和起跳的重心轨迹，可以通过最后两步助跑与起跳阶段支撑脚的着地、缓冲和离地阶段的身体重心的垂直位置，来判断起跳阶段的垂直方向的运动距离。世界级优秀运动员的垂直加速距离往往都比较大，达到41.7 cm～46.0 cm[3]。大学生运动员这方面的差距可能除了专项身体能力外，应该是“助跑最后阶段降低重心”意识和方式（技术）问题。达佩纳的研究表明[8]，“较高的身体重心保持到助跑结束”方式，在起跳开始瞬间都有一个较大的、方向向下的垂直速度，这对获得随后方向向上的垂直速度、最终对提高成绩是非常不利的；“起跳前2～3步降低身體重心，助跑最后一步平稳前移”方式，在起跳开始瞬间有一个适中的、方向向下的垂直速度；“起跳前2～3步降低身体重心，助跑最后一步平稳前移，只是助跑最后一步摆动腿蹬离地面后重心又升高”方式，在起跳开始瞬间都有一个较小的、方向向下的垂直速度。从“适宜”一词来看，当然是第一种方式较好。因此，大学生在提高专项身体训练水平之外，还应该提高“助跑最后阶段降低重心”意识，掌握正确的技术方式。

2.4 起跳水平/垂直速度、腾起角和机械能

表4是运动员起跳速度、腾起角和机械能情况。总体情况是“两大四小”：1）起跳脚着地瞬间水平速度（VHTD）较小（中位数为6.331 m·s-1）；2）起跳脚蹬伸离地瞬间水平速度（VHTO）较大（中位数为3.89 m·s-1）；3）水平速度在起跳过程中的变化（VHCH）较小（中位数为2.313 m·s-1）；4）起跳离地瞬间垂直速度（VZTO）较小（中位数为3.926 m·s-1）；5）腾起角（α）较小（中位数为46°）；6）机械能变化（ECH）较大（中位数为-24.01%）。

起跳脚着地瞬间水平速度代表着助跑所达到的水平速度。如前所述，较快速的助跑水平速度，可以使运动员在起跳阶段增大对地面的垂直作用力。起跳脚蹬离地面瞬间水平速度，一方面反映水平速度在起跳过程中的变化，虽然在表面上看这种变化似乎损失了水平速度，但却是垂直速度获得的必要前提条件；另一方面，它与起跳离地瞬间垂直速度的对比关系决定了腾

起角，是决定腾起高度和腾起方向的重要因素之一。

大学生跳高运动员主要存在的问题似乎是“两大四小”，但它们之间存在着必然的相互关系：第一，水平速度在起跳过程中的变化较小，势必导致起跳脚蹬伸离地瞬间水平速度较大。第二，机械能变化较大，势必导致起跳离地瞬间垂直速度较小，因为机械能变化是指在助跑中获得的总机械能和在起跳蹬离地面时所具有的机械能在起跳过程中减少，机械能损失越少其获得的腾起初速度就越大。间接提示我们能量损失越小起跳腿的力量越强。第三，正是起跳脚蹬伸离地瞬间水平速度较大，而起跳离地瞬间垂直速度较小，导致腾起角较小。

2.5 起跳过程中身体前后倾斜、左右（内外）倾斜

表5为助跑最后两步和起跳过程中的着地瞬间、最大缓冲和蹬离瞬间的身体前、后倾斜角度。从中位数的情况来看，运动员身体前、后倾总体上表现出这样一种趋势：1）从倒二步着地到倒一步最大缓冲，身体由后倾逐渐转向正直；从倒一步蹬离地面开始后倾，转为起跳着地、直至蹬离瞬间持续的、小幅度的前倾；2）着地、缓冲和蹬离三个阶段的身体前、后倾的特征是：倒二步是“前倾、后倾、前倾”；倒一步是“后倾、前倾、前倾”；起跳是“后倾、前倾、前倾”。

图2是助跑最后两步与起跳的着地瞬间、最大缓冲和蹬离瞬间的身体前、后倾斜曲线图。中位数曲线显示的趋势是：倒二步缓冲到最大程度后，身体前倾加大；倒一步缓冲到最大程度后，身体前倾加大；起跳着地，前倾加大，起跳离地，身体接近正直程度。[LL]

表6为助跑最后两步和起跳过程中的着地瞬间、最大缓冲和蹬离瞬间的身体内（向助跑圆心方向）、外（向横杆方向）倾斜角度。从中位数的情况来看，运动员身体前、后倾总体上表现出这样一种趋势：1）从倒二步着地到倒一步最大缓冲，身体由内倾逐渐稍微转向外倾；从倒一步蹬离地面又开始幅度较大（将近10°）内倾，转为起跳着地、直至蹬离瞬间持续的、大幅度的外倾。2）着地、缓冲和蹬离三个阶段的身体内、外倾的特征是：倒二步是“内倾、外倾、内倾”；倒一步是“外倾、内倾、外倾”；起跳是“外倾、外倾、外倾”。

图3是助跑最后两步与起跳阶段（着地、缓冲和蹬离）身体内、外（左、右）倾斜曲线图。观察图中总的趋势是：倒二步着地，身体外倾稍有加大，缓冲后内倾稍有加大，蹬离地面后明显外倾；倒一步缓冲，身体内倾明显加大；起跳脚着地，外倾明显加大，直至起跳离地，身体超过正直程度。

研究表明，一般来说，跳高运动员在起跳开始的瞬间，身体都会向后倾斜，随后身体向前移动，在起跳结束瞬间，身体通常会接近或略超过垂直面；由于助跑最后一段距离是弧线，因此，在起跳开始瞬间，运动员会向弧线助跑的圆心方向一侧倾斜，在起跳的过程中，身体会向横杆方向转动，在起跳结束时，身体一般会略超过垂直面[8] 。1987年世界室内田径锦标赛男子跳高运动员起跳着地身体后倾范围在68°～80°，起跳离地身体前倾在83°～93°，起跳着地身体内倾范围在73°～80°，起跳离地身体外倾在90°～104°[8]。1997年世界田径锦标赛男子跳高运动员助跑倒一步着地身体内倾范围在68°～84°，蹬伸离地身体外倾在60°～73°；起跳着地身体内倾范围在86°～90°，起跳离地身体外倾在90°～ 94°[3]。

在蹬伸后的腾起至起跳脚着地的过程中，身体由内向外（横杆方向）转动，起跳着地瞬间到离地瞬间，在已经获得向外（横杆方向）的转动情况下，身体仅有很小的转动幅度（90°～94°），似乎可以认为运动员在起跳过程中形成了正心用力的技术。

大学生跳高运动员表现出起跳着地瞬间后倾大、离地瞬间仍处在后倾；起跳着地瞬间内倾大，离地瞬间外倾也大，表明起跳过程中由内倾转为外倾的幅度大。这种情况会导致起跳过程中的正心作用力减小，导致腾起抛物线相对低平、起跳-落地距离增加，影响向上跳跃水平的发挥，从而最终影响成绩。

3 结论与建议

3.1 结论

3.1.1 运动员身材较高，体重偏重，竞技水平一般。

3.1.2 与国内优秀运动员相比，大学生运动员成绩中H1所占比例较小，H2所占的比例稍大，H3所占比例小。

3.1.3 运动员所采用的“助跑最后阶段降低身体重心的方式”三种方式均有，以第一种方式（起跳前2～3步降低身体重心，助跑最后一步平稳前移）居多。

3.1.4 运动员起跳脚着地瞬间水平速度较小，起跳脚蹬伸离地瞬间水平速度较大，水平速度在起跳过程中的变化较小，起跳离地瞬间垂直速度较小，騰起角较小，机械能变化较大。

3.1.5 运动员最后两步助跑、起跳过程中身体前、后倾总趋势是：从倒二步着地到倒一步最大缓冲，身体由后倾逐渐转向正直；从倒一步蹬离地面开始后倾，转为起跳着地直至蹬离瞬间持续的、小幅度的前倾。着地、缓冲和蹬离三个阶段的身体前、后倾的特征是：倒二步是“前倾、后倾、前倾”；倒一步是“后倾、前倾、前倾”；起跳是“后倾、前倾、前倾”。

3.1.6 运动员最后两步助跑、起跳过程中身体左（内）、右（外）倾总趋势是：从倒二步着地到倒一步最大缓冲，身体由内倾逐渐稍微转向外倾；从倒一步蹬离地面又开始幅度较大内倾，转为起跳着地、直至蹬离瞬间持续的、大幅度的外倾；着地、缓冲和蹬离三个阶段的身体内、外倾的特征是：倒二步是“内倾、外倾、内倾”；倒一步是“外倾、内倾、外倾”；起跳是“外倾、外倾、外倾”。

3.2 建议

3.2.1 运动员H1与身高的比率（66.135%）与世界优秀运动员的值（73.232%）[9] 相差较大，应着重加强蹬地速度力量的训练，并加强快速起跳技术的训练，从而相应地提高H1与H2比例。

3.2.2 運动员助跑最后阶段降低身体重心以“起跳前2～3步降低身体重心，助跑最后一步平稳前移”的方式居多，与世界优秀运动员有相同之处，应提倡和保留。

3.2.3 助跑和起跳阶段机械能的变化应尽可能小，因此要进一步强化全身整体特别是起跳腿的速度力量训练，并提高助跑与起跳衔接技术水平。

参考文献：

[1]张猛. 历届全国大运会跳高项目成绩对比分析[J]. 当代体育科技，2013，3（5）：123-124.

[2]马有保，朱旭红，张卫平，等.高校一级水平跳高运动员助跑与起跳技术运动学分析[J].浙江体育科学，2004，26（5）：78-81.

[3]布吕格曼，等.第六届世锦赛生物力学研究报告[J]. 艾康伟，林宾芳，张铭，等译. 田径，1998（6）：18-24.

[4]权德庆. 体育统计学[M]. 北京：人民体育出版社，2011：32.

[5]黄毅，刘学贞，袁作生.我国优秀青年男子跳高运动员助跑最后阶段与起跳技术分析[J].北京体育大学学报，2007，30（3）：423-425.

[6]潘树金.我国优秀男子跳高运动员技术特征的生物力学分析[J].山东体育学院学报，2011，27（6）：56-60.

[7]詹姆斯·海. 运动技术生物力学[M].孙成敏，译，苏品，卢德明，李良彪，审校. 北京：北京体育学院编译室出版，1980：277.