生物力学原理在立定跳远教学中的探索研究

摘 要 本研究采用文献资料法、访谈法、行动研究法等研究方法，在我院学生体质测试前的教学中，对立定跳远动作实施生物力学原理分析，结合立定跳远的动作要点，探索合理有效的练习手段。研究表明立定跳远的预摆、起跳、腾空和落地四个环节都符合生物力学原理。

【关键词】立定跳远；生物力学原理；研究

1 选题依据

1.1 现实依据

立定跳远作为一项身体素质考核项目，是中招体育加试，高考体育专业考试和大、中、小学生体质测试中的必选项目。在练习过程中，会出现各种各样的错误，枯燥无味，成绩很难提高，导致同学们练习的信心不足。在体育课上，采用探究式教学方法，把运动生物力学的原理引入到立定跳远的教学中，让同学们带着问题去学习，不仅能培养同学们的学习兴趣和创新思维能力，而且能理论联系实践，提高成绩，事半功倍。

1.2 理论依据

完整的立定跳远动作由预摆、起跳、腾空、落地四个部分组成。每个环节都与力学有着密切的联系，同学们在中学物理课上已经学习了力学，因此，要学以致用，理论联系实践。大家就会发现立定跳远可以用斜上抛运动、牛顿第二定律、牛顿第三定律、动量定律等力学原理去解释。用力学原理去解决体育方面的问题值得我们大家去认真探究。

2 研究目的

田径是其他体育项目的基础，立定跳远作为一个田径项目是身体素质的重中之重，立定跳远成绩通常被作为评定学生身体素质好坏的一个重要指标，同时它也经常作为运动员选材的一个重要依据。我们可以运用已经学过的力学原理来分析立定跳远各个阶段的动作技术，找出提高立定跳远成绩的最佳途径，针对性的去练习。也就是从运动生物力学角度来分析立定跳远应该怎么跳？为什么要这么跳？如何提高立定跳远成绩呢？这些就是本研究要解决的立定跳远教学过程中存在的现实问题。本研究通过探究性学习，发现问题，分析问题，找到问题的关键所在，最后寻找最佳的立定跳远动作，提高学生成绩，并把成功案例进一步推广。

3 研究方法

3.1 文献资料法

根据本研究的需要在我院图书馆、中国知网等查阅大量相关资料，了解本研究的现状，并从中查找问题和不足，找出解决问题的最佳方案。

3.2 访谈法

根据本研究的需要，以面谈或者问卷的形式对学院在校生进行访谈调查，了解探究教学法实施之后的体育教学状况。

3.3 行动研究法

通过成立研究小组，发现问题并进行研讨，对立定跳远中可能出现的问题从力学角度加以分析。再由教师在课上进行启发性的指导，达到学以致用，探讨最佳的、科学合理的立定跳远技术动作，再普及给全体学生。

4 立定跳远的生物力学原理

4.1 起跳前的站位必须与肩同宽，脚尖向前。

在我们立定跳远站位时要符合人体正常的站立姿势，比肩宽和比肩窄站位，都会不同程度地使支撑反作用力产生分力，降低了反作用力的实效，与肩同宽则不会产生分力，符合牛顿第三定律 F=-F′。站位脚尖向前最合理，内八字和外八字站立时，两脚蹬地产生的反作用力不能充分作用于起跳，会产生向内和向外的分力，练习时一定要脚尖向前，保持正确的站位姿势。

4.2 预摆和预蹲时两臂要自然协调、不停顿、次数1-2次，预蹲时上体成微蹲。

双臂预摆与双腿预蹲是同时进行且运动方向完全相反。预摆时停顿会带来静力性动作，容易使肌体产生疲劳。预摆预蹲1-2次为宜，多次的重复预摆预蹲不利于充分利用肌肉的弹性，产生最大收缩力。从生物力学的角度分析，双臂及双腿的上摆产生向下的惯性力，它和蹬地一起作用于支点，增加了支撑反作用力，即增加了身体腾空的推力。当臂与腿上摆到极限时，受到了拉长的对抗肌群的制动产生了反作用力，它给身体以一定的动量矩贮备，当摆动腿与摆动臂的角速度逐渐变低，其产生的角动量立即传递转移给整个身体，为跳得更远做出充分的准备。 因此我们在教学中要注意学生全身协调性的训练。

4.3 起跳快速，两腿蹬伸充分。

当人跳离地面时做斜上抛运动，可以看成是竖直上抛运动和水平方向的匀速直线运动的合成运动。符合如下公式：S=1/2at2，a=2S/t2；初速度V=at=2S/ t2×t=2S/t。很显然，要获得较高的起跳速度，一方面尽量减少蹬地时间，另一方面要增大蹬伸中身体重心在垂直方向的位移。我们想跳得远必须减少起跳时间，才能获得水平方向的最大初速度。也涉及到我们学习过的冲量定理，符合如下公式It=p=mv，因为人体在跳离地面瞬间只受到重力作用，人的质量是一定的，所以人体这时要获得最大的初速度，必须减少起跳时间，快速跳离地面。因为初速度是影响远度的主要因素，所以，在教学和训练时，如何减少蹬地时间，同时增大蹬伸中身体重心在垂直方向的位移，是教学中的一个关键点和难点。更要注意学生下肢肌群的训练，特别是下肢爆发力的训练。

4.4 腾空之后人体做抛物线运动，蹬地角度为15°≤α≤25°时比较合适。

根据远度公式：S=V 2sin2α/g可知，α= 45°时，跳的最远，但是影响立定跳远的因素很多，很難达到45°。立定跳远是斜向蹬地的，蹬地时的支撑反作用力F会分解成水平分力Fx和垂直分力Fy，由水平分力Fx=Fcosa可知，蹬地角度愈小，水平分力愈大，成绩越好。在教学实践运用中，蹬地角也不能太小，因为水平分力Fx实际是地面对人体的摩擦力，蹬地角度的大小也受到地面静摩擦系数u的影响，即要求Fx≤uFy。根据三角函数公式tga=Fy/Fx≥1/u可知，如果静摩擦系数u较小时，蹬地角不能太小。专家多年教学实践研究提出：根据人体结构特点、教学实际和学生身体素质、体型、身高，蹬地角不能太大或太小， 在15°≤α≤25°这个范围比较合适。因此，在训练时要注意蹬地的合适角度，采用不同的教学手段，变换练习方式，来提高立定跳远成绩。

4.5 落地是立定跳远的最后一个环节，身体过最高点后，要屈膝、收腹，使小腿前伸，做好落地准备。

起跳后遵循惯性定律，人体在落地之前产生很大的惯性。根据转动惯量公式J= m R2 可知：要减少转动惯量I，必须要减少人体绕髋轴转动的半径R。所以，起跳时充分蹬伸踝、膝、髋使人体成为一直线后，要屈膝（减小半径R）。即身体过最高点后，要主动向前压躯干，使着地前的双腿前伸，这样，既能延长腾空时间，也在人体不改变重心抛物线轨迹前提下，提高成绩。所以在教学和训练时，屈膝、收腹、伸小腿与躯干前压要默契配合，这是教学中另外一个关键点和难点。

5 影响立定跳远成绩的因素

5.1 力量因素

对下肢肌群的爆发力和踝关节的力量要求较高。立定跳远的最后用力点是在前脚掌，甚至是脚尖，需要踝关节的跖屈用力有相当大的强度。

5.2 协调用力的能力

指骨盆肌群与下肢肌群协调用力的能力（包括踝关节）。协调用力正确的标志是，髋、膝、踝三关节能迅速有力地蹬直，上肢能做出协调的摆动，起到带、领、提拉的作用。

5.3 摆臂的作用

必须直臂摆动，摆幅越大，带、领、提拉力量越大。屈臂摆动，容易造成上体的波浪动作，从而影响远度。

5.4 能量的转换

从站立状态到下蹲状态，势能转化为动能，这就相当于有一定的助跑，从而可以更有效地提高初速度，增加立定跳远的远度。

6 研究结论

研究表明，立定跳远的预摆、起跳、腾空和落地四个环节都符合生物力学原理。

7 研究反思

经过我们研究小组的密切合作，研究顺利完成，研究表明，探究式教学法在立定跳远教学过程中得到验证，它是一种科学有效的体育教学方法。在探究学习的过程中，运用物理学的知识分析立定跳远技术动作的问题这一研究成果得到了实证研究。但是怎样做到“以点带面”发动全体学生采用所学物理知识去分析立定跳远技术动作，做到学以致用，惠及全体学生，是一个亟待解决的重要课题，我们科研小组将在下一步将这个成功案例得以贯彻和落实，理论联系实践，让这些思维活跃、创造力强的青年学生把自己学到的物理学知识科学合理的运用到体育锻炼之中去。

参考文献

[1]田麦久.运动训练学[M].北京：人民体育出版社，2005.

[2]李鴻江.田径[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者简介

续延军（1976-）男，汉族，河南省南阳市人。硕士研究生学历。现为鹤壁职业技术学院讲师。研究方向为体育教学理论与实践。

作者单位

鹤壁职业技术学院 河南省鹤壁市 458030