30年来有关健美操技术动作的运动生物力学研究综述

邵妮娜 牛健壮 于雪梅 高妮娜 张承意

运动生物力学是体育科学中一门重要的理论学科，对我国体育事业的发展，特别是在各个体育项目中的技术分析、运动训练、设计和改进运动器材、装备和设备、预防运动损伤等发挥着重要作用[1]。运动生物力学的运用对竞技健美操技术动作分析更加客观化、具体化，对未来健美操事业以及运动员的训练水平与运动成绩都有较大的影响。本文主要搜集近30年来有关健美操技术动作在运动生物力学中的相关理论研究内容，为未来的健美操发展提供理论依据。

1. 运动生物力学的发展现状与方法研究

1.1 运动生物力学的发展现状

运动生物力学是体育科学学科体系的重要组成部分，研究人体运动器系的生物力学特性、人体运动动作的力学规律以及运动器械机械力学规律的科学。通过生物力学方法对运动技术动作进行测试研究，提高动作技术效率，提高运动技术水平[2]。本人通过知网查阅近30年(1986年-2016年)有关运动生物力学的相关文章，共计1258篇。1986年出现第一个研究高峰，发表58篇论文；1987-2001年进入发展平缓期；2002年-2009年出现第二个研究高峰，2009年发表文章数量为81篇；2010年-2016年研究数量逐年递减。黄岩等人在“第23届国际运动生物力学年会所录用的论文评述”中指出：论文从选题范围看，应用生物力学的理论与实践和竞技运动技术分析是大会的主流，二者占据了所有论文的40%左右，矫形及损伤康复也以15.3%的份额占据了第3位。目前世界上的生物力学研究趋势已经向应用生物力学的理论与实践及矫形康复治疗倾斜；从研究分类看，运动技术类仍占生物力学的研究主流，其中以田径和球类项目为主，共计75篇(球类38篇)，占运动技术类生物力学研究的47.5%，占总比例的29.9%。体操、健美操篇数为6篇，占运动技术类生物力学研究的3.8%。从比例分配可以明显看出，健美操在运动生物力学中的研究较少[3]。

1.2 运动生物力学的方法及测试手段研究

1.2.1 运动生物力学的方法研究

运动生物力学的技术分析和研究水平有赖于研究仪器的发展，需要向同步化、计算机化和动作技术最佳化等方面发展。而运动生物力学研究方法与测试仪器的合理运用对该学科探寻人体运动规律，阐明各项运动力学原理，改进技术动作与方法，预防运动损伤等方面有重要影响意义。刘海斌对生物力学研究方法分类上做了详细划分：从研究的形式上，可分为理论研究和实验研究，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究、生物学研究和系统研究法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究为主，生物学的研究为辅[4]。

1.2.2 运动生物力学的测试手段研究

运动生物力学的测试主要以三个方面为主：运动学方面的摄影分析；动力学方面的测力系统；生物学方面的肌电研究。

手段特点运动学采用录像及数字化处理；摄像分析由平面到立体、由一维到三维，并以三维为主；摄像由低速到高速，甚至用红外摄像分析。通过摄影录像记录比赛中运动员的姿态信息，其优点是信息反馈快、反馈信息量大和成本低等。在不影响运动员正常比赛训练情况下，获取运动员的运动技术参数，准确地分析技术动作，提高运动成绩。动力学三维测力平台、等速测试仪、足底压力测试足底压力测试系统可测出运动员足底的受力情况，得出运动时足底受力作用的时间特点，力随时间变化的特点，力的分布特点等。生物学肌电测试系统主要通过肌电测试探索神经肌肉的活动状况客观分析技术动作的肌肉作用情况和作用大小，以及难度动作用力的合理性。

2. 健美操在运动生物力学中的发展现状研究

20世纪60年代，健美操也被称为“有氧健美操”，以有氧训练为主，锻炼心肺功能为主要目的。1985年，美国将健美操发展为竞技性运动项目。如今，竞技健美操进入国际体育竞赛项目已有三十余年，随着规则的变化和竞技健美操在世界范围的普及，我们需要运用运动生物力学不断地对动作进行研究，使健美操项目得到更好地发展。

2.1 从时间上分析健美操在运动生物力学中的研究

表1 1989—2016年有关健美操运动生物力学研究论文发表数量一览表

(注：未提及的年份发表数量为“0”)

本人通过知网查询相关文献，以“健美操运动生物力学”为篇名进行搜索，共有43篇研究论文。 据表1 可看出1989年-2004年健美操在运动生物力学中的研究缓慢发展；从2005-2009年，随着全国运动生物力学学术交流大会的开展(包括2006年第十一届以及2008年第十二届)，相关健美操运动生物力学的研究方向引起了重视，文章数量明显增加；而从2010年-2016年，从研究论文数量看相对波动，在2014年出现的一个小高峰也是与同年第十七届全国运动生物力学学术交流大会的开展息息相关。

2.2 从技术动作分析健美操在运动生物力学中的研究

竞技健美操难度动作是运动员利用身体内在力量改变身体各个部位的相对位置，保证身体重心沿着一定的轨迹运动而完成的不同复杂程度的技术动作。难度动作是成套的价值基础，也是健美操运动员综合实力的体现[6]。

表2 有关健美操技术动作运动生物力学论文具体研究内容一览表

FIG2005-2008年竞技健美操竞赛规则将收录的321个难度动作划分为四类：A 类(俯卧撑、倒地、旋腿与分切)，B类(支撑与水平)，C类(跳与跃)，D类(平衡与柔韧)[7]。从表2可以直观地看出，有关健美操技术动作的生物力学分析相关文章研究较少(在此之前体操、游泳、田径等项目运用运动生物力学测试方法居多)，其中单独从运动学、动力学、生物肌电三方面分别开展研究的较多，但三个参数结合研究健美操技术动作的是少之又少，运用生物力学研究健美操技术动作也主要以分析健美操C类动作为主。

3. 健美操四类难度动作在运动生物力学领域中的分析

3.1 健美操A组技术动作的运动生物力学研究

健美操A组难度动作属于动力性力量类，主要包括俯卧撑、提臀起、分切、托马斯等技术动作，是运动员上肢力量及技术水平实力的展现，上肢力量的强弱关系到运动员成套动作的过渡连接、技巧类的动作编排水平，同时也是难度加分的重要部分[9]。李旭龙等人对“托马斯”全旋动作进行生物力学分析后得出结论：运动员在完成“托马斯”全旋动作时，应注意在动作开始阶段增大分腿角度以增加转动速度；在单手支撑阶段保持分腿角度增大动作幅度。加强运动员肌肉力量的同时提高髋、腿的柔韧性并进行并腿全旋等辅助练习对运动员快速准确掌握该动作有积极的意义[10]。

3.2 健美操B组技术动作的运动生物力学研究

健美操B组难度动作属于静力性力量类，主要包括分腿、并腿直角支撑、水平支撑等技术动作，规则要求该类动作无论在开始或结束位置，还是在支撑转体中，整个过程必须保持2s以上；要求身体以各种姿势完全支撑在单手或双手上，双脚或臀部不允许接触地面，并且支撑时手掌平整撑于地面，主要发展上肢及腹、髋、腰肌力量为主。周敏对分腿水平支撑动作进行运动学以及生物力学分析，结果显示：运动员在完成分腿水平支撑动作时，肩关节角度应控制在70°左右，同时髋关节的角度越大，即躯干与下肢的角度越小，越接近动作规格[11]。

3.3 健美操C组技术动作的运动生物力学研究

健美操C组难度动作属于跳与跃，这类动作主要发展下肢腿部力量，以爆发力的腿部力量为主，包括直跳、团身跳、屈体分腿跳等技术动作。跳跃类难度动作在竞技健美操规则难度表中占比重最大[12]。戴立平对C426转体180°屈体分腿跳成俯撑动作和C144自由倒地转体180°成俯撑动作进行分析后表明：在完成自由倒地类和屈体分腿类动作时需要注意三个方面，第一，高质量的起跳。对于屈体分腿类动作，起跳时身体质心与垂直分力之间距离应较小，从而增加向上的分力以获得更多的腾空时间；其次，保持身体姿态。在直体腾空阶段则要保持身体处于伸展的标准位置，骨盆处于固定位置。最后，稳定的落地。由于膝关节不能弯曲，肩、肘、腕关节起到了主要的缓冲作用。日常训练应加强上肢及腰腹力量的练习，同时保证运动场地的安全[13]。

3.4 健美操D组技术动作的运动生物力学研究

健美操D组难度动作属于平衡与柔韧，以发展身体柔韧性及平衡感为主，包括转体、劈腿、依柳辛等技术动作。D组难度综合要求较高，在较好柔韧的前提下也需要有一定的爆发力，劈腿的角度和用力的方向是完成难度动作的主要特征。陆晓炜对D266难度：依柳辛成垂地劈腿动作进行运动学分析，实验将D266难度动作分为两个阶段进行研究，包括依柳辛阶段和垂地劈腿结束阶段。实验表明：依柳辛阶段，运动员转体速度的快慢与脚尖的转动速度有关，其次髋关节的柔韧性在D组技术动作中相当重要，垂地劈腿结束阶段的完成质量与运动员的展髋幅度有关[14]。

4. 结语

4.1 运动生物力学是一门边缘性学科，同时也是一门快速发展中的学科。现如今的运动生物力学不仅广泛地应用于竞技体育技术分析，同时也应用于人体健康研究，包括健康生活、运动损伤、运动鞋的力学功效评价等方面。纵观运动生物力学的发展趋势，在很多竞技体育项目中都有较大的发展空间，而健美操的发展前景研究有待进一步加深。

4.2 运动生物力学是体育科学学科体系中的一门交叉学科，其研究手段与方法较为多样、灵活，对健美操4类不同技术动作都有特定的分析，但大多数的技术动作都以运动学分析为主，将动力学和生物学两个参数结合起来共同分析技术动作的手段几乎没有，结合三个参数分析其内在的关联性与逻辑性对健美操以及其他各项竞技项目的技术分析都将是一个大的突破。

4.3 健美操竞技动作的运动生物力学分析的相关实验通常选取的研究对象都是特定的，测量环境也是特定的，灵活的环境和手段在运动学领域内可以通过摄像进行数据采集分析，但动力学与肌电测量系统很难应用于日常训练或比赛中，具有一定的局限性。如何突破这一发展局限，也是未来思考的方向。

参考文献：

[1] 张美琪，马鸿韬. 竞技健美操难度动作的运动生物力学研究进展[J]. 中国学校体育(高等教育)，2016，(12):80-84+88.

[2] 赵焕彬，李建设. 运动生物力学[M]. 北京:高等教育出版社，2008.03(第三版):2-3.

[3] 黄岩，赵焕彬，刘颖等. 国际运动生物力学研究现状及发展趋势—第23届国际运动生物力学年会论文评述[J]. 中国体育科技，2006(6):74-76.

[4] 刘海斌，刘晓明. 从三维体育观看运动生物力学研究[J]. 吉林体育学院学报，2004，(02):74-75.

[5] 牛健壮，吕向明等. 测力系统在竞技体操吊环5个动作中的应用[J]. 体育科学2000，(05):77-81.

[6] 匡小红. 健美操[M]. 北京:高等教育出版社，2011.09.

[7] 王秀香. 第9届世界健美操锦标赛女单项目难度动作技术分析[J]. 辽宁体育科技，2008，(01):54-55.

[8] 由文华，郑雪玲，饶思瑞. 陕西体育文化产业核心竞争力类型及发展方向研究[J]. 西安体育学院学报，2015，32(05):567-570.

[9] 王帅，张乐嘉，王建. 竞技健美操A类难度动作体能训练方法研究[J]. 运动，2014，(23):39-40.

[10] 李旭龙. 对竞技健美操“托马斯”全旋难度动作的运动生物力学分析[A]. 中国体育科学学会运动生物力学分会. 第十三届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C]. 中国体育科学学会运动生物力学分会，2009:2.

[11] 周敏. 对竞技健美操B组水平支撑类难度动作的生物力学分析[D]. 西安体育学院，2009.

[12] 国际体操联合会. 竞技健美操竞赛规则2013-2016 [S]. 中国健美操协会印制，2012.

[13] 戴立平. 竞技健美操跳跃类典型难度动作的运动生物力学分析[J]. 福建体育科技，2012，(03):27-30.

[14] 陆晓炜. 江西师范大学男子竞技健美操运动员C346和D266难度动作的三维技术分析[D]. 江西师范大学，2014.