材料学方向的应用研究与高校体育工程学建设

刘和军

摘要：高校体育工程学建设不仅是国际体育竞争的需求，还是体育产业与经济发展的需求，同时也是高校体育学科突破困境，长远发展的必然需求，因此，实现高校体育工程学建设具有十分重要的现实意义。而材料学方向的应用研究对于体育工程领域而言，发挥着重要性作用。其中，纳米材料早已实现了在体育工程中的广泛应用，并在很大程度上为竞技水平提升，以及体育行业长远发展带来了全新的机遇。对此，在充分共享纳米材料带来的发展机遇的同时，还应注重并强化对纳米材料生物效益探究。文章主要对材料学方向的应用研究与高校体育工程学建设进行了详深入探究。

关键词：材料学方向;应用研究;高校;体育工程学;建设

中图分类号：TQ050.4+3

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2019）08-0073-03

體育工程学起步较晚，仅有20余年，在此期间，体育工程学相关研究活动逐渐成熟与多元化，促使此学科的国际地位逐渐稳定，专业人才培养模式也不断完善。在2008年奥运会成功举办的影响下，我国体育工程学学术与教育界开始呈现了对于体育工程学建设的重视与兴趣。但是，通过对近年来学术期刊网络中体育工程文献的检索，虽然文章也比较少，然而基于学科建设与专业发展的相关研究文献也相对偏少，对于体育工程专业教育的对比分析研究更是少之又少。对此，基于国内外体育工程学发展现状分析，探究体育工程学建设中存在的主要问题，以便于促使我国体育工程专业教育长远发展，全面提高体育工程学科国际竞争力[1]。

1 加强高校体育工程学科建设

1.1 体育工程学科建设

因为体育工程学融合了体育学与工程学，以及多门交叉学科的相关知识与特性，是基于工程技术在体育装备器材设计、测试、监控等各个方面广泛应用，有机结合计算机模拟等构成的综合型交叉学科。就国外体育工程学科建设的成功经验来看，各大高校应就自身实际情况，以及国内体育领域多元化需求，切实结合重点课题申报与研究，构成科学合理且相对完善的体育工程研究体系，促使产业与机构对体育工程形成明确认知与需求。在构成体育工程学科研究领域之后，面对社会发展需要，设置相应的专业实现人才培养，才能够形成科学合理的学术研究队伍，构成稳定研究方向的师资队伍，从而更加有效地提升人才培养效率与质量。

1.2 健全的工程专业教育机制

构建健全的专业教育体系应基于四大角度着手，即人才培养目标、培养方式、教学体系、课程设置。体育工程学属于工程技术、计算机模拟、器材设计与测试、运动员监控等一体化的综合性交叉应用型学科，体育工程师与体育工程科研人员是体育工程专业人才培养的最终目标，所以，体育工程专业所培养的应是工程技术能力良好，且体育运动基本原理知识熟练地复合型人才。在强化体育工程专业人才培养时，积极培养体育工程学高学历人才，促使体育工程学建设层次逐渐提升。在教学体系上，各大院校应就现代化体育工程学科发展特性、人才培养目标，以及相关模式，适度更新体育工程学专业教学体系，实时调整课程设置，科学优化教学内容，强化理论与实践的密切结合，增强实践教学环节。

1.3 构建科学合理的人才培养模式

在我国产学研三维一体综合性人才培养与实践应用、管理有机结合的政府、高校、企业关系逐渐融合的趋势下，充分合理利用产学研机制，构成学生学习、研究、就业一体化的人才培养模式，已经是体育工程学建设发展的必然途径。当前，我国体育产品制造企业规模不断扩大，已经发展成了世界上最大的体育产品制造国家，同时也是全世界可独立生产多种类型体育产品的国家。而体育工程学专业人才的作用就是为体育产品制造企业服务，还有一些人才则是为运动队伍发展提供辅助。所以，在高校培养体育工程学专业人才，与相关单位密切结合，是体育工程学建设的必经阶段[2-3]。

2 体育工程中材料学方向的应用

以纳米材料为例，对其在高校体育工程中的应用进行详细分析。

2.1 体育场馆

体育场馆是学生运动训练、竞赛，或者锻炼身体的专业场所，也是体育活动开展的重要载体。在高校体育场馆建设过程中，就墙面、地面、玻璃、吸音板等部分都应用了纳米材料，其中地面与墙面铺设纳米膜面积最大。石材地面表层铺设的厚度是隐性纳米膜，在石材毛细孔内壁上相互反应生成薄膜，薄膜非常低的表层张力能够防止渗入液态水，使得石材清洗难度降低。而且此薄膜还保留了石材自身的质感与呼吸性，石材内部湿气能够自由呼吸，防止湿气长时间积累，避免锈斑与白华现象发生，从而延长收石材的使用寿命。而还有少数体育场馆玻璃顶利用的是根据玻璃幕墙研发的纳米Ti02防护液，雨水可以从玻璃表层快速滑落，并带走灰尘，确保玻璃始终干净整洁。在体育场馆墙面上利用的纳米涂料主要有两种，即纳米内墙涂料与纳米外墙涂料。而内墙涂料则是通过光催化技术分解，并消解空气甲醛与氨气等各种有毒有害气体，保持室内空气质量，并且抗菌抗污染能力非常强大。纳米外墙涂料主要是通过纳米材料二元协同的荷叶双疏机制，通过表层张力较低，黏附能力强大，硬度高等特性，从而强化外墙的自洁能力，并提高抗粉尘与抗灰尘黏附能力，以及抗紫外线能力等。

2.2 运动草坪

在现代化体育运动快速发展的趋势下，人造草坪已经全面取代了天然草坪。在高强度运动状态下，草坪纤维作为人造草坪的重要组成部分，其明显在强度与柔韧性等方面相对不足。对此，通过自制硅烷偶联剂与超分散剂对纳米CaC03进行干法表层处理，通过熔融纺丝方法制备改性线性密度较低的聚乙烯运动草坪纤维。通过添加自制硅烷偶联剂与超分散剂融合进行纳米CaC03处理，其纤维性能最佳，断裂伸长率明显提高，干热收缩率则显著降低，而纤维结晶度在CaC03填充量逐渐增加的趋势下有所上升，纳米Ca-C03粒子在纤维中获得了良好分散效果。这就代表填充纳米CaC03的纤维具备良好的拉断力、断裂伸长率、干热收缩等力学性能，表明其在运动草坪中的应用前景十分广阔。

2.3 径赛跑道

纳米跑到是基于传统塑胶跑道材料，即聚氨酯，从中添加适当的纳米粉体，通过一定程度加工，生产纳米聚氨酯，打造耐磨性、阻燃性、防霉性、节能性、环保性等高于普通聚氨酯塑胶跑道的纳米材料制跑道。纳米材料制跑道具有其自身的独特优势，即强度较高、弹性良好、耐磨性较高、抗老化水平较好、硬度适度、耐用性较强等，并且抗张强度与断裂伸长率都明显超出了普通聚氨酯材料很多倍，耐磨性、阻燃性以及防霉性等性能最为突出，使用寿命也比较长，特别是较好的回弹值与压缩复原性，更加有助于体育运动员创造更加良好的成绩。

2.4 体育器材

在球拍制造中，网球拍、羽毛球拍、乒乓球拍等都引用了纳米技术，其在减轻球拍重量的同时，加强了球拍的弹性、耐用性以及手感的舒适性等等。目前，一些知名网球拍已经在碳纤维复合材料孔洞中添加了纳米级的SiQ2，以此完善并均匀材料整体结构，提高强度与耐性。目前，日本SRI体育运动公司已经生产了一系列硬式网球拍，质量大约是空气的3倍，而强度却是自重的4000倍。此外，YONEX也成功把直径0.7μm的纳米材料粒子融人到了碳原子缝隙中去，球拍的耐冲击强度明显提高了大约30%，耐用性也提高了大约10%，反弹性能提高了大约5%，而稳定性大约提高了2倍左右，手感舒适度也显著提升，从而备受运动员青睐。

2.5 体育服装

纳米材料的高比表面积，在很大程度上为纳米颗粒吸附于纺织品表层提供了帮助，并且纳米材料涂层不会对纺织品的透气性、手感舒适性造成影响。在上海世博会上，有物理化学研究所研发出了纳米防水布料，备受关注。此布料主要是由聚酯纤维所制成的，上表层涂抹的是40nm直径的针状硅丝，纳米硅丝涂层能够有效避免雨水浸湿并渗透到下层聚酯纤维中去。而且硅丝还可以在彼此间构成一层永久性空气层，保证水绝对不会与聚酯纤维之间相互接触。此纳米布料尽管浸湿在水中长达60d，也能够依旧保持干燥状态，可谓是最好的防水布料。而且此不良在水中移动的时候，可以直接减少大约20%的阻力，从而为新型运动健身泳衣的研发提供了新思路与方向。

2.6 运动营养补剂

运动营养补剂大部分都是通过口服摄入的，口服在胃肠道上皮细胞与肝中的酶发生生物代谢首过效应的影响下，很多补剂即多肽与蛋白质等很大部分作用都受到了首过效应影响，导致并未获取预期效果。纳米材料可以通过靶向给药，提高利用率。作为生物的抗氧化剂，辅酶010能够以及时清除体内由于运动生成的过氧自由基，增强血清中的SOD活性，并大大降低血清MDA含量，缓解疲劳，以利于体育运动之后快速消除疲劳。通过研究结果证明，基于纳米脂质体作为传输系统，增加肝脏的被动靶向性，提高辅酶Q10在肝脏中的蓄积量。所以，辅酶Q10纳米脂质体增强的运动型饮料可以增强体质，延长负重游泳时间，并保持肝糖既有状态水平，有效抑制蛋白质分解，直接降低血乳酸的含量，抗疲劳作用十分突出[4-5]。

3 结语

综上所述，随着国际体育工程学的快速稳定发展，我国高校体育工程学学科建设依旧处于发展初始环节，其中依旧存在学科体系不健全、高水平人才匮乏、专业人才培养质量亟待提升、人才就业难等各种不良现象。另外，在体育工程专业教育中，教育模式、学科壁垒、生源文化理论基础都是阻碍体育工程教育稳定发展的关键因素。对此，在体育工程专业发展中，强化国际交往，实现人才培养国际化发展，与竞技体育、体育产业有机结合，从而为竞技体育发展提供一定的理论依据，构成产学研有机结合的发展模式，进而推动体育工程學建设实现预期目标。

参考文献

[1]李春艳，刘星亮，肖艳芬，纳米材料在体育工程中的应用及其生物安全性研究[J].浙江体育科学，2011，33（5）：99-102.

[2]曲明洋，李廷取，韩丹丹，等，地方应用型本科材料科学与工程专业毕业生能力培养目标的探讨[J].吉林化工学院学报，2015，32（10）：39-41.

[3]徐碧鸿.国内外高校体育工程学科建设与专业教育比较分析[J].山东体育学院学报，2012，28（5）：109-114.

[4]郭玉波，应用技术型本科高校材料科学与工程专业实验室建设与管理研究[J].中国教育技术装备，2018，432（6）：31-33.

[5]屈萍，郑伟涛，石清，等.体育工程学在运动医学方向的应用研究现状与展望[J].武汉体育学院学报，2010，44（2）：76-80.