高尔夫挥杆练习方法动作的生物力学研究

潘景文，危小焰，姜芹先

（1.上海体育学院，上海200438；2.潍坊医学院，山东潍坊261000）

高尔夫挥杆练习方法动作的生物力学研究

潘景文1，危小焰1，姜芹先2

（1.上海体育学院，上海200438；2.潍坊医学院，山东潍坊261000）

目的：探究空挥杆练习和挥杆击打室内练习球两种高尔夫挥杆练习方法动作与真实挥杆击球动作之间的生物力学差异，分析造成差异的原因，为合理选择高尔夫练习方法提供理论依据。方法：运用三维运动学与肌电图同步的方法，对10名高尔夫专项的男性大学生在空挥杆练习、真实挥杆击球和挥杆击打室内练习球的条件下进行挥杆动作技术测试，采用单因素重复测量方差分析分别对比空挥杆练习和击打室内练习球与真实挥杆击球的差异。结果：空挥杆练习下杆阶段挥杆时长显著小于真实挥杆击球的（P＜0.01），此阶段左侧竖脊肌和左右两侧背阔肌肌电RMS值均显著小于真实挥杆击球时的（分别为P＜0.05和P＜0.01），且空挥杆练习的杆头速度显著小于真实挥杆击球的（P＜0.01）；击打室内练习球的各项指标则与真实挥杆击球的均无显著性差异。结论：空挥杆练习比真实挥杆击球的击球效果差，但所动员的肌肉活动特点相近，新手可用来熟悉技术动作，以及相关肌肉的针对性训练；击打室内练习球时的杆头速度和肌肉活动模式、活动程度与真实挥杆击球动都十分接近，此练习方法可在熟悉动作后用于提高运动成绩的室内训练。

高尔夫挥杆；杆头速度；表面肌电

高尔夫是一项既亲近自然又促进健康的运动，其发展在全球范围内得到广泛关注，并日渐流行，吸引了不同年龄阶段、不同性别及不同体能状态的人群参与其中［1］。20世纪初高尔夫运动被引入中国，并得到迅速发展，高尔夫俱乐部不断涌现，许多高校（如上海体育学院、沈阳体育学院、深圳大学、暨南大学等）相继开设了高尔夫专业［2］。

然而高尔夫相关设施建设尤其是场地建设并不能满足日益增长的专业球手和爱好者们的需要。一些开展了高尔夫专业的高校都没有合适的训练球场，学生下场练习的机会不多，在校内的练习以打笼和室内练习打垫为主［3］。也有一些高校采用了环屏高尔夫模拟分析系统，用于高尔夫的辅助教学和辅助训练，学生在模拟球场内用球杆击打室内练习球，系统会采集球飞行的相关参数和球杆轨迹的相关参数。高尔夫室内练习球与一般的高尔夫球大小一致，但质量很小，不到10 g，又因其泡沫的材质、彩色的外观，常被称为泡沫球、彩虹球。爱好者们也可以在家中利用微软kinetic感应器之类的设备进行高尔夫游戏的模拟游戏，这是一种利用游戏设备进行类似空挥杆练习。

在高尔夫比赛和训练中，球手常常采用空挥杆（Air Swing）作为热身方式［4］。甚至在职业球手的比赛过程中，当球手对自己的表现不够满意时也常常采用空挥杆练习找回“手感”以提高挥杆击球的效果［5］。空挥杆练习被普遍认为是一种提高技术水平的手段［6］。因为高尔夫这项运动对外界场地、环境及天气有较高的要求，所以一些爱好者甚至高水平球手会在外界环境不允许的情况下在室内空挥杆练习或击打室内练习球。对于这两种常见的练习、训练方式，何者具有更接近于真实挥杆击球的效果，在完成挥杆的过程中，何者发力肌群的活动更接近于真实挥杆击球？然而，关于高尔夫空挥杆练习的生物力学研究并不多见，关于击打室内练习球的研究更为鲜见。本研究旨在根据这两种练习方式与真实挥杆击球的运动学和肌电图学差异，来判断哪种练习方式与真实挥杆击球更接近，击球效果更好，并为高尔夫练习方法提供实验依据。

1 研究方法

1.1 研究对象

于上海体育学院招募10名高尔夫专项的男大学生作为研究对象。10名受试者均为右手球手，其基本信息如下：年龄（20.2±1.23）y，身高（171.8±4.96）cm，体重（62.45±6.36）kg，运动年限均为2.5 y。

1.2 测试过程

运用Vicon三维运动捕捉系统与Delsys表面肌电采集分析系统同步的测试方法进行测试。

测试前要求受试者充分热身后，在受试者体表粘贴表面肌电传感器，并在受试者所使用的球杆杆头、杆身中部和上部各粘贴1枚mark球。表面肌电传感器粘贴于左右两侧腹外斜肌、竖脊肌、背阔肌共6块肌肉处。运动员按照先空挥杆练习，再真实挥杆击球，最后击打室内练习球的测试顺序，要求受试者使用自己的7号铁杆在每种情况下都尽全力完成挥杆动作，并且相邻两次挥杆之间有足够的休息时间。测试时每种挥杆情况均采集20次有效数据，实验结束后由专业高尔夫教练和科研人员共同选取10次完成较好的挥杆数据，取10次数据的平均值。

主要实验仪器包括：Vicon三维运动捕捉系统（英国，Vicon公司），12台MXT40摄像头，采样频率为120 Hz，软件版本为Vicon Nexus 1.7.1，Delsys表面肌电采集分析系统（美国，Delsys公司），采样频率为4000 Hz。其他材料包括：直径为14 mm的反光mark球若干，高尔夫室内拦截网［长×宽×高：（3× 2.4×2）m］，人工草皮［长×宽：（2×0.8）m］，普通高尔夫球［直径（42±5）mm，重量（46±1）g］，高尔夫室内练习球（白色，与高尔夫球外观基本一致，直径（42±5）mm，重量（8.9±0.2）g，比普通高尔夫球质量小很多）。

1.3 数据处理

运动学数据使用Butterworth数字滤波器进行低通滤波，截止频率设定为13 Hz。表面肌电数据经过Butterworth数字滤波器带通滤波后计算所需结果，截止频率设定为10～400 Hz。

1.4 运动阶段的划分与参数的定义

图1中的5个时刻分别表示：1）准备阶段的结束时刻，2）上杆到达顶点的时刻，3）下杆到达水平位的时刻，4）下杆到达击球点的时刻，5）随挥到达水平位的时刻。高尔夫全挥杆过程的运动阶段划分为：准备阶段（Set-Up，图1中的1及其之前的阶段）、上杆阶段（Backswing，图1中的1－2）、下杆阶段（Downswing，图1中的2－4）和随挥阶段（Follow-Through，图1中4及其以后的阶段）［9］；此外，下杆阶段又分为前挥阶段（Forward Phase，图1中的2－3）和加速阶段（Acceleration Phase，图1中的3－4）这两个阶段［10］。本研究主要分析上杆阶段和下杆阶段这两个阶段，并规定（对于右手球员）左侧为引导侧（Lead），右侧为跟随侧（Trail）。

图1 挥杆动作划分

1.5 统计分析

应用SPSS 17.0统计软件对相关数据进行单因素重复测量方差分析法（One-way ANOVA with repeated measures）分别将无球和室内练习球时的挥杆与真实挥杆击球进行比较，结果以P≤0.05表示具有显著性差异，P≤0.01表示具有非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 杆头速度的比较

分别选取真实挥杆击球、击打室内练习球击球时刻的杆头速度，以及空挥杆练习时杆头在竖直方向最低点的杆头速度，这3种情况下挥杆的杆头速度进行比较。从表1可知，10名受试者空挥杆练习时的杆头速度平均值非常显著小于真实挥杆击球时的（P＜0.01），两者相差约9.9%；而击打室内练习球时的杆头速度虽然有小于真实挥杆击球时的趋势，但两者并不具有显著性差异。

表1 杆头速度的比较（n＝10）

2.2 挥杆时长的比较

上杆阶段和下杆阶段挥杆时长如图2所示：上杆阶段，空挥杆击球与真实挥杆击球相比，以及击打室内练习球与真实挥杆击球相比，经历的时长都十分接近，其差异都不具有显著性（P＞0.05）。空挥杆练习时的下杆阶段时长大于真实挥杆击球时的时长，且差异非常显著（P＜0.01），但击打室内练习球和真实挥杆击球相比，下杆阶段经历的时长十分接近，其差异不具有显著性（P＞0.05）。

图2 挥杆时长的比较（n＝10）

2.3 表面肌电到达峰值时间的比较

计算时找出每个时段内表面肌电振幅值到达其峰值的时刻，减去该阶段开始的时刻（上杆阶段即为上杆起始点时刻，下杆阶段亦然）得到到达其峰值的时间，再除以该段时间长度得到达到峰值时间的百分比（表2、表3）。上杆阶段表面肌电到达峰值时间如表2所示：空挥杆练习与真实挥杆击球相比，以及击打室内练习球与真实挥杆击球相比，表面肌电到达峰值时间都十分接近，其差异都不具有显著性（P＞0.05）。

下杆阶段表面肌电到达峰值时间如表3所示：空挥杆击球与真实挥杆击球相比，以及击打室内练习球与真实挥杆击球相比，表面肌电到达峰值时间都十分接近，差异都不具有显著性（P＞0.05）。

表2 上杆阶段表面肌电到达峰值时间的比较（n＝10）

表3 下杆阶段表面肌电到达峰值时间的比较（n＝10）

2.4 表面肌电RMS值的比较

表4显示了上杆阶段各肌肉表面肌电均方根（RMS）值。空挥杆练习时和击打室内练习球时的所有6块肌肉RMS值与真实挥杆击球时的相比都没有显著性差异（P＞0.05）。

表4 上杆阶段表面肌电RMS值的比较（n＝10）

表5显示了在下杆阶段各肌肉表面肌电RMS值。左右两侧背阔肌在空挥杆练习的情况下的肌电RMS值都非常显著小于真实挥杆击球时的（P＜0.01）；左侧竖脊肌在空挥杆练习的情况下的肌电RMS值显著小于真实挥杆击球时的（P＜0.05）；而左右两侧腹外斜肌和右侧竖脊肌尽管在空挥杆练习的情况下的肌电RMS值都具有小于真实挥杆击球时的趋势，但差异不具有显著性（P＞0.05）。而击打室内练习球时的所有6块肌肉RMS值与真实挥杆击球时的相比都没有表现出显著性差异（P＞0.05）。

表5 下杆阶段表面肌电RMS值的比较（n＝10）

3 分析与讨论

3.1 挥杆表现

3.1.1 杆头速度 评价击球效果的指标通常包括直接指标（包括球的飞行距离、击球的准确性等）和间接指标（包括杆头速度、杆面角度等）［9］。由于在空挥杆练习的情况下没有击球，并且击球后球的初速度等于杆头速度乘以球杆质量和球的质量之比［1］，故本研究选用击球时刻的杆头速度（空挥杆练习时则选取杆头在竖直方向最低点时的杆头速度）来代表击球的效果是一种较好的选择。

本研究结果显示，空挥杆练习时的杆头速度显著性小于真实挥杆击球时的，而击打室内练习球时的杆头速度和真实挥杆击球时相比没有显著性差异。由于杆头速度的大小可以反映球手水平的高低［10］，杆头速度也与差点值呈负相关关系［11］（“差点”是衡量高尔夫球员在标准难度球场打球时潜在打球能力的指数，是一个国际通用的技术标准），即杆头速度越大差点值越低，球手水平越高，因此较小的杆头速度则代表了空挥杆练习时较差的击球效果，而击打室内练习球时的击球效果与真实挥杆击球时的是十分接近的。刘宇的研究认为［12］，在网球这类运动中，拍头的最大速度出现在球拍碰撞到球之前，这有助于运动员增大碰撞时的动量。高尔夫中的下杆阶段与之类似，杆头速度最大值也应该出现在击球时刻之前不久的时刻。真实挥杆击球和击打室内练习球的过程相似，两者的击球效果也十分相似，杆头速度都应该在撞击到球之前达到最大值。而空挥杆练习时没有击球，球手在杆头到达击球点之前可能进行了较明显的制动，以防止过快的杆头速度和躯干旋转速度带来运动损伤，这可能是空挥杆练习下杆阶段杆头速度较小的原因。

3.1.2 挥杆时长 Healy等人的研究表明，水平越高的球手下杆阶段的时间越短［13］。对于顶尖球手，上杆阶段时长约为0.82 s，下杆阶段时长约为0.23 s［14］。在本研究所有条件下的挥杆中，上杆阶段都为1.1 s左右，下杆阶段都超过0.3 s，这可能是由其所选受试者水平高于本研究受试者水平造成。在上杆阶段3种挥杆动作经历的时间相似，可以推测3种挥杆在这一阶段是十分相似的；而在下杆阶段，空挥杆练习时的时长较长是一种“较差”的挥杆方式，而击打室内练习球与真实挥杆击球动作相似。这也和本研究中杆头速度的差异相一致。其原因可能与上述相同，即球手在知道没有球的情况下，会在下杆阶段减小挥杆的力度，降低挥杆的速度。空挥杆练习与真实挥杆击球动作在下杆阶段相差32 ms，大约为下杆总时长的8.4%；而击打室内练习球与与真实挥杆击球动作在下杆阶段十分接近。

3.2 表面肌电

3.2.1 到达峰值时间 针对高尔夫挥杆的表面肌电研究主要关注身体的4个部分：躯干、肩、前臂和下肢［7］。在挥杆过程中，躯干部位的肌肉对维持躯干稳定和帮助躯干旋转发挥着重要的作用，同时该区域也是容易受到损伤的部位［19］。因此本研究选取了左右两侧腹外斜肌、竖脊肌、背阔肌这6块腰背部浅层的并和挥杆动作密切相关的肌肉作为主要的研究对象。在本研究中所得EMG相关数据出现了较大的标准差，但根据以往的研究结果这是很常见的［16］。达到峰值的时间（Time to Peak）是表面肌电计算中的一种时间参数，也是一种容易计算的指标［15］。它指的是从特定时刻（一般是指开始激活的时刻）开始到肌电振幅值到达其峰值的时间。但是关于表面肌电时间参数的研究非常少，未来的研究应利用时间参数（如激活时间，达到峰值的时间）进行研究［7］。

本研究结果显示，空挥杆练习、击打室内练习球和真实挥杆击球相比，所有6块肌肉的这一指标都没有显著性差异。这表明，在完成这3种条件下的挥杆动作时，所选的腰背部肌肉都有相似的活动模式：到达最大程度激活的时间都是十分相似的。这表明，尽管空挥杆练习和击打室内练习球与真实挥杆击球动作相比，击球效果较差，特别是空挥杆练习与其有显著性差异，但在完成动作的过程中，肌肉的动员模式是类似的。在学习高尔夫挥杆的早期，对高尔夫挥杆动作还不是很熟悉的时候，可以尽量多利用空挥杆空挥杆练习完成对动作的学习，在反复空挥杆练习的过程中形成一定的“手感”，使得运动技能得到巩固和发展，使得动作出现自动化［17］。而在熟练掌握动作以后，尽管完成空挥杆练习动作时肌肉活动的模式与真实挥杆击球动作的相似，但由于击球效果较差，利用击打室内练习球作为训练手段显然更为合理。

3.2.2 肌电RMS值 上杆阶段的作用是保证在下杆过程的准确性和力度，为下杆过程提供基础，并且能够使肌肉拉长、关节伸展，为下杆过程的发力提供帮助［18］。在这一过程中，主要由腰背部的肌肉带动躯干旋转，具体表现为肩轴顺时针方向旋转而髋轴逆时针旋转。此时两侧背阔肌先于下方的腹外斜肌和竖脊肌激活，并且以右侧背阔肌发力为主。在完成三种条件下的挥杆动作时，所有6块肌肉表面肌电均方根（RMS）值都没有表现出显著的差异。尽管之前的结果已经表明，空挥杆练习的击球效果较差，但此阶段距离击球的时刻尚远，三者完成这部分的动作时间也很接近，肌肉活动度也较小，因此腰背部肌肉活动度是十分接近的。

在下杆过程中，引导侧手臂起到控制球杆杆面方向的作用，跟随侧手臂负责之后动作的发力。而下杆动作的目的是为了让杆头能够有效的击球，并产生最大的速度和准度。这是一个快速而激烈的过程，相关肌肉会产生较大程度的动员。在本研究中，同一肌肉在下杆阶段的表面肌电RMS值明显高于上杆阶段的。Pink［19］选取了左右两侧的腹斜肌和竖脊肌，发现在上杆阶段其激活程度较低（低于最大值的30%），而在下杆阶段则较高（高于最大值的30%），这也与本研究的结果基本一致。

背阔肌在下杆过程（尤其是加速阶段）中会表现出其最高的活动水平［19］，对动作的完成以及球杆的加速起到重要作用［21］。背阔肌在这一阶段内主要负责肱骨的内收、内旋动作。空挥杆练习时出现的明显较低的背阔肌活动程度，可能是造成较低杆头速度的主要原因。竖脊肌位于下腰部，对于维持身体的稳定起到重要的作用，也对下杆阶段躯干的逆时针方向旋转和身体的侧屈起到重要作用。在本研究中，左侧竖脊肌在空挥杆练习时显著小于真实挥杆击球时的。由于右侧竖脊肌在前挥阶段表现出较高的活动水平，而左侧竖脊肌则在加速阶段活动水平更高［18］，因此在空挥杆练习的情况下，下杆阶段左侧竖脊肌活动水平较低，可能会在加速阶段给球杆的加速起到负面的作用。在下杆阶段，右侧的腹斜肌表现出中等水平的活动程度，而左侧的腹斜肌在前挥阶段表现出中等的活动程度，在挥杆的其他阶段表现出较低的活动程度［22］。这似乎表明，下杆时左右两侧的腹斜肌都未对挥杆动作产生较大的“贡献”。由于左右两侧的腹外斜肌并不起主导性作用，在两种挥杆的情况下没有表现出明显的差异也是合理的。在完成击打室内练习球动作时，这6块肌肉RMS值与真实挥杆击球时的没有显著性差异，这表明击打室内练习球的训练是十分接近于真实挥杆击球的，两者的肌肉活动程度是相似的。

4 结论与建议

4.1 结论

1）空挥杆练习比真实挥杆击球的击球效果差，挥杆时杆头速度明显较小，腰背部肌肉活动度也显著较小。同时在完成空挥杆动作时，肌肉活动模式与真实挥杆击球类似，在练习过程中可以到达训练相关肌肉的目的。

2）击打室内练习球与真实挥杆击球动作的击球效果十分相似，腰背部肌肉活动模式、活动程度都十分相似，是一种与真实挥杆十分接近的练习方法。

4.2 建议

1）新手在刚开始学习挥杆动作时可利用空挥杆练习熟悉动作，锻炼相关肌肉。

2）球手在熟练掌握挥杆动作后，又有在室内进行练习的需要时，应利用击打室内练习球更有效地提高运动表现。

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责任编辑：刘红霞

Biomechanical Study on the Technique of Practice M ethods in Golf

PAN Jingwen1，WEIXiaoyan1，JIANG Qinxian2
（1.Shanghai University of Sport，Shanghai200438，China；2.Weifang Medical University，Weifang 261000，Shandong，China）

Objective：This research aimed to exam ine whether there were biomechanical differences between practice sw ing and sw ing w ith indoor practice ball both of which were commonly employed among golferswhen they practice.Themechanism was also explored to better golf training.Methods：10 studentsmajoring in golf were instructed to execute sw ings. The technique of practice sw ing，sw ing w ith indoor practice ball and real sw ing were recorded by kinematic tests and EMG tests synchronously.One-way ANOVA w ith repeated measures was used to compare the differences between practice sw ing，sw ing w ith indoor practice ball and real sw ing respectively.Results：The club head speed of practice sw ing was significantly lower than real sw ing（P＜0.01）.The duration for downsw ing of practice sw ing was significantly greater than real sw ing（P＜0.01），when the RMS values of left erector spinae and bilateral latissimus dorsiwere significantly lower than real sw ing（P＜0.05 and P＜0.01 respectively）.Parameters of sw ing w ith indoor practice ballwere not significantly different from real sw ing.Conclusion：Though practice sw ing showed a lower club head speed than real sw ing，practice sw ing and real sw ing sharedmuscle activity patterns.Thus，practice sw ing should be employed in the first stagewhen players begin to learn how to sw ing.Since sw ing w ith indoor practice ball showed no significant differences compared w ith real sw ing，itwas thought to dom inate indoor practicing when players proficient in sw ing to better their performance.

golf sw ing；club head speed；EMG

G804.6

A

1004－0560（2017）01－0081－05

2016-12-01；

2017-01-20

上海体育学院国（境）外访学计划（项目编号：STFX20150208）。

潘景文（1990—），男，硕士，主要研究方向为运动技术分析。

危小焰（1962—），男，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为运动生物力学，E－mail：showyan＠msn.com。