简述运动生物力学技术动作分析的步骤

2019-01-30张健李悦首都体育学院北京100191

文体用品与科技 2019年3期

□ 张健李悦（首都体育学院北京 100191）

1、体育运动的动作划分

分析研究动作技术时，首要的工作是划分动作技术的阶段，确定动作技术的特征画面。

1.1、划分动作技术的范围

确定了动作技术的开始与结束瞬间，就把动作技术的范围确定下来了。如跳远的起跳动作，起跳脚着地瞬间是起跳动作的开始，起跳脚离地瞬间是起跳动作的结束。如推铅球的过程，从运动员锁骨窝持球开始，到铅球推出离手结束。又跑步是周期性动作，因此当其一只脚着地，经过支撑与腾空至另一脚着地与腾空，为一个跑步周期。

1.2、划分动作阶段

当动作范围确定后，划分动作的不同阶段，为分析研究提供方便。如跑步动作周期由一个单步组成，而一个单步又可分为支撑与腾空两个时期组成。

在支撑时期，依据蹬地水平力的作用性质，又可分为前蹬与后蹬两个动作阶段。如果依据支撑腿的膝关节的活动形式，又可分为缓冲与蹬伸两个动作阶段。

动作阶段划分的依据：一个完整的复杂的动作是由不同形式的简单的基本动作组成的。把它们相互区分开来，有利于对完整的动作进行分析研究。由于动作的各组成部分的具体情况不同，可参照下述条件对动作进行阶段划分。

（1）肌肉工作形式等解剖学条件。如跳高起跳时，腿的膝关节屈曲的动作过程称起跳动作的缓冲阶段。膝关节伸展的动作过程称起跳动作的蹬伸阶段；

（2）作用力的性质。如在跑步时，当人体重心投影点处于支撑点后方，蹬地力的水平反作用力的方向与人体运动方向相反，称跑步的阻力作用阶段。当人体重心投影点处于支撑点的前方时，水平支撑反作用力方向与人体运动方向一致，称跑步的动力作用阶段；

（3）动作方向。如跑步时臂相对于人体向前摆动，称臂的前摆。跳高时摆动腿相对于地面主要是向上摆动，称摆动腿的向上摆动；

（4）动作的任务与性质。如投掷铁饼时的预摆，最后用力的动作阶段的划分，是依据该动作的具体任务而命名的。如跳远的助跑、起跳、腾空、落地等动作阶段，是依据其动作性质的不同确定的；

（5）人体工作环境。依据人体或其某些环节活动时与周围环境的关系，区分为支撑、腾空、着地等动作阶段与时相。

比如抓举动作技术的阶段划分：根据抓举动作的运动学特征及其目的和任务，将抓举动作技术分为预备提铃、伸膝提铃、引膝提铃、发力、下蹲支撑和起立六个阶段，其中下蹲支撑阶段根据杠铃的运动情况又进一步分为惯性上升和下降定铃两个阶段。

升膝提铃阶段：从杠铃离地时刻开始到第一次升膝最大时刻结束；引膝提铃阶段：从第一次升膝最大时刻开始到引膝最大（膝角最小）时刻结束，引膝动作阶段膝角由大变小膝关节表现为回屈，使腿部和臀部的肌肉被拉长，在下一步发力时可产生更大的肌力；发力阶段：从引膝最大时刻开始到杠铃垂直速度达到最大时刻结束，发力是提铃过程中的最后用力，其作用是把杠铃提拉到下蹲支撑所需要的高度和达到必要的速度；惯性上升阶段：从杠铃垂直速度最大时刻开始到杠铃达到最高点结束（此时杠铃垂直速度为零），此阶段是发力后借杠铃惯性上升的机会，使身体迅速向杠下屈膝蹲低以缩短上举杠铃的距离；下降定铃阶段：从杠铃到达最高点开始到身体重心降到最低点结束；起立阶段：从下蹲中起立，起立的任务在于使身体由深蹲直臂持铃状态中平稳地站起来，以便最后完成抓举的动作。

棒球肩上投球技术动作阶段的划分：按照棒球投球运动学的特征，将棒球肩上投球技术动作划分为5个阶段：提膝转轴阶段、前导脚伸踏阶段、上肢后摆阶段、手臂加速阶段、手臂减速阶段亦手臂随挥阶段。

提膝转轴阶段：从前导脚离地瞬间开始到伸踏腿抬腿阶段，此阶段中，不同运动员有着不同的准备方式，如握球方式，但是无论是哪种方式，前导脚落地之前，身体要避免向前方移动或者向一垒方向倾斜，以保持身体的平衡，伸踏腿高抬和轴心脚的高度稳定是保持较高重心加速度的必要条件。前导脚伸踏阶段：从伸踏腿抬腿的最大屈膝身体重心前倒瞬间开始到前导脚触及投手坡瞬间结束阶段，此阶段将由提膝转轴阶段的平衡转为向前蹬伸，具体动作为膝关节抬至最高点后，伸踏腿开始下放，身体重心前移，朝本垒方向做跨步动作，重心下降，形成稳固的左侧支撑，为下一阶段的做准备，与此同时投掷手和手套分离，投掷手向下、向后、向上，肩关节做外展动作。上肢后摆阶段：从前导脚触及投手坡瞬间到肩关节的最大外旋结束。上一阶段的前导脚伸踏，重心下移，形成左侧稳固支撑，正因为稳固支撑，才开始了本阶段身体的扭转，上肢体以及髋关节开始向着投球方向扭转，重心继续前移，肩关节外旋，直至到最大角度时，上肢后摆阶段结束。上半身、髋关节、肩关节的转动为下一阶段的投球加速创造了转动力矩的良好的条件。手臂加速阶段：从肩关节最大外旋到球出手瞬间，躯干姿势由原来背弓伸展到弯曲状态，手和手臂加速挥臂直到球出手，手臂加速阶段结束。手臂减速阶段（手臂随挥阶段）：从球出手瞬间到肩关节最大内旋阶段，球出手之后，手臂向着斜下方减速，落到前导脚外侧。

步行动作阶段的划分：步行周期是指一侧下肢足跟着地到该侧足跟再次着地的时间过程。正常的步行周期分为支撑相和摆动相两个阶段。支撑相是指一侧足跟首次触地到该测足趾尖离地的过程，摆动相是从一侧足趾尖离地到该侧足跟再次着地的过程，支撑阶段：一侧足跟首次触地，重心由足跟向全足转移，而另一侧足处于摆动相，此时是单足支撑全部重力的时相。摆动阶段其具体动作过程如下：一侧足趾尖离地后下肢摆动到身体正下方，然后两足对齐。继续摆动到胫骨与地面垂直，直到足跟再次着地之前。在整个步行周期中，支撑阶段多于摆动阶段，支撑时相约占整个周期的60%，摆动时约占整个周期的40%，支撑相大部分时间是单足支撑。步行与跑步的关键差别在于步行有双足支撑的时间，称为双支撑相，相当于支撑足首次触地及承重反应期或对侧足的减重反应和足离地时间。双支撑相的时间与步行速度成反比。步行障碍时往往首先表现为双支撑相时间延长，以增加步行稳定性。

投铅球的投掷准备阶段阶段划分：当右脚由开始位置，移动到投掷准备位时，顺着投掷方向尽力转动右脚，转动约90°位置，甚至是9点钟方向，便进入投掷准备阶段，这一阶段分为有蓄力准备阶段与加速推球阶段。蓄力准备阶段：滑步结束，左脚一旦落地，右脚朝着投掷方向继续转动，同时积极蹬伸，由于有左脚的支撑，骨盆围绕着身体做转动，顺势将力量传送到髋部，使右髋向前上方移动，由于髋的带动，左臂也顺势转动，但是肩轴落后于髋轴，运动员身体形成“侧弓状”，工作肌被拉长，并且身体重心在两腿之间，为用力推球做准备。加速推球阶段：运动员身体形成“侧弓状”之后，由于下肢力量的传导，运动员的胸部将会对准投掷方向，躯干绕右髋水平轴做“鞭打”动作，在推球前，运动员重心由两脚之间，转移到左脚上，同时左腿积极有力的蹬伸，形成牢固的支撑作用，帮助重心上移，增加铅球出手高度，同时加长手臂向前用力距离，加强“鞭打”效果，增加铅球出手速度，在“鞭打”动作达到最高峰时，右臂肘关节处做有力的伸展，手腕内旋屈腕，手指拨动球体，使铅球沿着上方推出。

跑步动作技术阶段划分：人体在跑步时是一个单步技术，包括了支撑与腾空两个技术阶段。在支撑阶段中根据跑步时人体重心与支撑点的位置关系分为前支撑时期，垂直支撑时期和后支撑时期。跑步动作的支撑是动作技术的主要阶段，是人体跳动中获得加速度的技术阶段。在支撑腿动作的同时，人体的其他运动环节都在进行着相应的摆动，以配合支撑腿的动作,形成协调的蹬摆动作技术。跑步动作技术的腾空阶段，人体重心运动状态的变化遵循物体斜抛运动的规律。

旋转的动作技术阶段划分：旋转动作是自由滑冰的主要环节，决定着自由滑冰成绩的好坏。

以直立转为例，旋转动作技术的阶段分为：助滑阶段、缓冲阶段、起转与制动阶段、旋转阶段、结束阶段。助滑阶段：一般情况下，助滑速度快，则动力大，但是仍然要以动作稳定、优美、流畅为前提。助滑的最后一部曲线大多用后内刃滑行，要避免后齿刮冰，防止身体出现不平衡现象。缓冲阶段：缓冲阶段是为了下一步的起转动作创造更大的力矩做准备，这一阶段是指从助滑最后一步准备曲线的右后内蹬冰开始，到左足落冰滑出，身体重心降至最低点为止。在缓冲过程中肩髋的横轴垂直于滑行曲线的切线方向，滑足下屈，重心下降，上体直立获得暂时的相对静止，维持身体的平衡。起转和制动阶段：这一阶段动作从绕圆心的圆运动，改变为绕制动点的转动。制动是快速改变身体方向和旋转圆心的有利方法，可快速形成转轴，身体由绕大圆转动变为绕小圆旋转，半径的改变带来转速的加快。在速度一定的情况下，半径变小，角速度增加。旋转阶段：旋转是绕小圆做滑圆的动作，并不是绕一个点拧动，由于滑圆的半径小，所以会形成快速的旋转，在滑圆的动作中，运动方向与冰刀纵轴的方向一致，并且身体重心投影处于滑圆的面积内，这样能保证身体的稳定状态。结束阶段：用旋转缓冲和垂直缓冲来结束旋转动作，旋转缓冲动作方式为用展开四肢，远离转轴，制止旋转，垂直缓冲的动作方式用髋、膝、踝的下屈完成。

乒乓球反手台内侧拧动作技术阶段划分：准备及开始引拍瞬间(此时球拍移动速度最小)、引拍结束或开始挥拍瞬间(此时球拍迎球挥动速度最小)、击球瞬间(此时球拍与球接触)、顺势挥拍结束(此刻球拍速度减小到最小)、还原到准备姿势瞬间(此刻球拍速度最小)。乒乓球反手台内侧拧动作技术特征画面：选位引拍阶段、迎球挥拍阶段、顺势挥拍阶段、放松还原阶段。

跆拳道下劈动作阶段的划分（以摆动腿为例）：启动阶段、提膝阶段、击靶阶段。启动阶段：运动员摆动腿从后脚跟开始准备启动到运动员摆动腿前脚尖离地；提膝阶段：摆动腿前脚尖离地后大腿抬起提膝，而后又屈膝再伸膝的过程，包括膝关节的屈膝阶段和伸膝阶段，膝关节从摆动腿前脚尖离地有到膝关节角度最小值有变化到最大值的过程。屈膝阶段就是摆动腿前脚尖离地瞬间到膝关节角度最小值的阶段，伸膝阶段就是膝关节角度最小值到膝关节角度最大值阶段。击靶阶段：从运动员摆动腿膝关节角度最大值到运动员脚面击中脚靶瞬间。

跆拳道后踢动作右踢腿的动作阶段划分：准备阶段、转体与踢击腿折叠、踢击阶段、收腿阶段。准备阶段：在提膝转体前，两腿直立分开做准备；转体与踢击腿折叠：右腿转动转体，并抬高大腿小腿，进行折叠蓄势；踢击阶段：伸髋伸膝进行踢击，踢击完成；收腿阶段：完成踢击，右脚下落触地。

1.3、确定动作技术的特征画面

不同动作阶段的临界点画面，称为动作技术的特征画面。如图1，抓举技术的升膝最大时刻、引膝最大（膝角最小）时刻、以及杠铃垂直速度达到最大时刻等等。这些特征画面可表征各动作阶段基本力学特征与动作质量。如杠铃垂直速度在整个提铃过程中，应保持持续上升的趋势，尽量避免因引膝而造成短暂的速度下降。跑步时膝关节最大缓冲角度时刻，以及最大后蹬角度角度时刻。乒乓球反手台内侧拧动作技术中的选位引拍阶段、迎球挥拍阶段、顺势挥拍阶段、放松还原阶段。跳跃项目中起跳瞬间时刻，与身体重心达到最高点时刻，这些重要时刻的身体重心的速度、角度、高度、缓冲与蹬伸时间、各关节角度的变化，决定着跳跃的远度或高度。游泳运动中，出发蹬离瞬间，入水瞬间等。因此动作的特征画面可以作为动作技术诊断和划分动作阶段的重要依据。

图1 抓举技术的特征画面

1.4、明确各动作阶段的相互影响及其作用

虽然组成完整动作的不同阶段，其基本动作的形式、任务及其性质不同，但它们都同属于一个完整动作的不可缺少的有机组成部分，都是为完成完整动作的任务服务的。因此，它们之间存在着必然的联系与因果关系。如跑步时蹬地腿的缓冲与蹬伸动作，虽然是人体基本活动的屈与伸的基本解剖学条件决定的，但从生物力学角度来看，它们之间在生物力学特征方面存在着必然联系与因果关系。跑步的蹬伸动作是缓冲动作的继续，而缓冲程度影响后蹬角的大小及蹬伸动作的幅度与时间。而后蹬时膝关节伸直程度，又影响动作的频率。

2、明确动作技术本身所要达到的目的

明确动作技术本身所要达到的目的任务是非常重要的，这是进行动作技术分析的评价依据与立足点。

赛跑运动员的成功，取决于其跑步的平均速度，而跑的速度又取决于平均步长与平均步频。因此，跑步技术本身的目的是力求达到尽可能大的步长和步频，或是两者合理的配合。

跳高、跳远的目的是使人体达到最大的起跳高度或远度。由分析可知，起跳结束时人体腾起速度的水平分量主要是通过助跑获得的，起跳只能使水平速度减小，而腾起速度垂直分量是通过起跳垂直力冲量的作用产生的。因此，不论是跳高或是跳远的起跳任务，都是如何获得身体垂直方向上的腾起速度（但水平速度的损失应保持在合理的范围内）。

投掷铅球的目的是使铅球达到最大的投掷远度。为了达到之一目的，需要通过最大的出手速度，与恰当的出手角度，或是两者的合理分配。

短跑是用最快的速度跑完规定的距离，如何提高短跑速度速度很显然是影响短跑成绩的一个重要因素。可把它分为起跑和起跑后的加速跑、途中跑及终点跑三部分。跑可以分为扒蹬阶段（支撑阶段L1和L3）和腾空阶段（L2），步长和步频的合理分配。