我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段关键技术的运动学分析

2019-12-12张晓东曲淑华

山东体育学院学报 2019年5期

张晓东曲淑华

摘要：为改进和完善我国男子标枪运动员投掷技术，并缩小与世界优秀运动员的差距，运用文献资料法、访谈法、录像分析法、数理统计法及对比分析法，对2018年全国田径锦标赛男子标枪前8名运动员最后用力阶段投掷技术进行分析。通过定量与定性分析最后用力阶段关键技术指标，采用单一样本T检验对比分析国内外优秀男子标枪运动员技术差异，进一步讨论我国男子标枪运动员技术的合理性与不足。结论：出手速度是影响掷标枪投掷远度最重要的出手参数，最后用力阶段标枪加速效果及身体制动效果对出手速度影响较大。2018年全国田径锦标赛男子标枪前8名运动员出手速度与投掷成绩呈显著正相关关系，但与世界水平相比差距较大，出手速度较慢是我国男子标枪成绩落后的一个重要原因;我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿着地时躯干后倾角对投掷成绩影响较大，与世界水平相比差异不大，但肩髋扭转角及投掷臂肘关节角度与国外优秀运动员相比均有较大差异;我国优秀男子标枪运动员整体上存在上肢提前发力的现象，不利于动量的有效传递，且不同水平运动员之间各环节用力状态及发力时机有较大差异，成绩好者各环节之间动量传递更合理有效;我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿制动效果不理想，屈膝缓冲较大，且屈膝缓冲后的积极蹬伸不充分，减弱了最后用力效果。

关键词：男子标枪;最后用力阶段;出手速度;关键技术;运动学

尽管我国男子标枪曾出现过申毛毛、张连标、李荣祥、赵庆刚等优秀运动员，并多次取得过亚运会冠军、打破亚洲记录，但在奥运会、世锦赛等世界大赛上未取得过优异成绩;当前，我国男子标枪成绩有所衰退，2018年亚运会上我国男子标枪运动员刘启臻获得银牌，成绩为82.22 m，与冠军相差近6 m，我国男子标枪项目甚至失去了亚洲霸主地位。相对于我国女子标枪项目而言，我国男子标枪项目与世界水平差距更大，与之相关的研究较少。

标枪作为体能主导类快速力量性项目，运动员专项素质是其获得较好投掷成绩的基础，如何将下肢、躯干及上肢的速度、力量衔接，并协调作用到标枪的纵轴，这取决于合理有效的技术，因此合理有效的技术是充分发挥运动员专项素质的保障;有较多研究指出，运动员投掷成绩与出手速度呈高度正相关关系，出手速度是提高投掷成绩的关键因素[1-3]，而运动员70%以上的出手速度是依靠最后用力阶段获得的[4]。因此，本研究对2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛前8名运动员最后用力阶段投掷技术进行分析，探究当前我国男子标枪运动员投掷技术特征，并通过与国外优秀男子标枪运动员投掷技术对比，分析其合理性与不足，为我国男子标枪运动员投掷技术的改进和完善提供客观参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛前8名运动员（见表1）最后用力阶段投掷技术为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法以“男子标枪”“技术”“生物力学”“javelin”“Biomechanics”“throwing technique”为关键词对中国知网、web of science、EBSCO相关文献进行查找，就有关中外男子标枪运动员最后用力投掷技术的文献进行重点阅读;通过北京体育大学图书馆、国际田联官网、中国田径协会官网查阅相关信息，为本研究提供了丰富的理论参考。

1.2.2 访谈法针对男子标枪运动员投掷技术，主要对吕钢、孙福海、丁鹏林、徐德妹等标枪教练员进行访谈，并通过咨询运动生物力学专家，获取投掷技术三维录像解析相关信息。

1.2.3 录像分析法采用两台JVC高速摄像机对2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛前8名运动员最后用力阶段进行拍摄，其中一台摄像机位于助跑道右前方，另一台摄像机位于助跑道侧后方，两台摄像机主光轴夹角在60°～120°之间，拍摄频率为60帧/s，快门速度为1/1 000 s;应用悬挂式三维标定框架对拍摄空间进行标定，并设5个地坐标建立大地坐标系，摄像机摆放位置、三维标定空间及大地坐标如图1、图2所示。

根据本研究需要，主要对2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛前8名运动员最后用力阶段技术进行分析，即最后一步左脚着地瞬间至出手瞬间，借助北京体育大学运动生物力学实验室视讯运动图像解析系统对其进行解析，对获得的坐标数据进行低通滤波平滑处理，截断频率为10 Hz。

1.2.4 数理统计法运用Qualisys Track Manager、Excel对获得的坐标数据进行统计计算，获得技术指标数据;应用SPSS20.0对我国优秀女子标枪运动员技术指标进行统计学分析。

1.2.5 对比分析法通过查阅文献获取国外优秀男子标枪运动员最后用力阶段技术指标，对比分析2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛前8名运动员最后用力阶段技术指标，进一步探究我国男子标枪运动员技术的合理性与不足。

2 结果与分析

2.1 最后用力阶段特征时刻的界定以及技术动作的运动学界定

运动员投掷步最后一步左脚着地制动支撑标志着最后用力阶段的开始（研究对象均以右侧为优势侧），为了更好地对男子标枪运动员最后用力阶段进行定量研究，选取最后用力阶段左脚着地时刻（t1）、左膝关节最大缓冲时刻（t2）、出手时刻（t3）三个特征时刻（圖3），并对其相关技术指标进行分析。

最后用力阶段的主要目的是对标枪进行最后的加速，并获得最佳出手状态，该阶段的技术动作直接影响最终出手参数，即出手速度、出手高度和出手时的相关角度。标枪作为长投类项目，器械飞行轨迹类似抛物线，其投掷远度是由出手参数决定的，在理想条件下，投掷远度取决于出手速度、出手高度和出手角度，其关系如下公式所示;而在实际情况中，由于标枪器械本身及空气作用，标枪出手时的位置状态也会对投掷远度产生一定影响。

综观前人对标枪投掷技术的探究，始终围绕最终出手参数及其影响因素，其中，以运动员掷标枪出手速度及其相关技术指标研究最多。在诸多研究中，运动员出手速度被认为是影响投掷远度最重要的出手参数，有研究表明，运动员投掷成绩与其出手速度的相关性为0.89[3]，在一定条件下，出手速度每增加1 m/s，其投掷远度相应增加5 m[6];而最后用力阶段标枪器械的加速效果及身体制动效果对出手速度的影响较大，因此，本研究对出手速度、影响最后用力器械加速的技术指标及身体制动效果的技术指标着重分析，为更好地对运动员技术动作进行量化研究，对相关技术动作的运动学指标进行界定（图4）。

肩髋扭转角：是指肩轴与髋轴之间的夹角，通常以左肩关节点与右肩关节点的连线和左髋关节点与右髋关节点的连线之间的夹角表示（图4，A）。

躯干后倾角：是指肩轴中点与髋轴中点的连线与垂直面的夹角（图4，B）。

投掷臂肘关节角：是指右肩关节点与右肘关节点的连线和右肘关节点与右腕关节点的连线之间的夹角（图4，C）。

拉引角：是指投掷臂上臂与躯干之间形成的夹角，通常以右肘关节点与右肩关节点的连线和右肩关节点与右髋关节点的连线之间的夹角来表示[7]（图4，D）。

左膝关节角：左髋关节点与左膝关节点的连线和左膝关节点与左踝关节点的连线之间的夹角（图4，E）。

2.2 我国优秀男子标枪运动员出手速度分析

出手速度是指运动员掷标枪出手瞬间标枪重心的速度，出手速度一直被认为是影响投掷成绩的重要因素[8]。2018年全国田径锦标赛男子标枪前8名运动员成绩为（76.24±3.44）m（表2），出手速度为（25.86±1.54）m/s，其中，我国优秀男子标枪运动员马群出手速度最快，达到28.77 m/s，其投掷成绩为81.31 m，而第8名运动员孙建军的出手速度最慢，仅有24.15 m/s，前三名运动员的出手速度均在26 m/s以上，而其他运动员出手速度在24～26 m/s之间;经Pearson相关分析，我国优秀男子标枪运动员出手速度与其投掷成绩之间呈显著正相关关系（r=0.842，P=0.009），从投掷成绩、出手速度及其二者相关性来看，出手速度越快，其投掷成绩越好;国内有研究认为我国优秀男子标枪运动员出手速度与投掷成绩呈显著相关关系（r=07565，P<0.01）[9]，而国外相关研究也认为出手速度和投掷成绩之间有显著正相关关系[10-12]，本研究结果与国内外相关研究结果基本一致。

从诸多研究结果来看，投掷成绩与出手速度有明显正相关关系，运动员出手速度对投掷成绩影响较大，为进一步探究我国男子标枪运动员出手速度，在查阅国内外相关文献的基础上获得国外优秀男子标枪运动员投掷成绩及其出手速度参数，对国内外优秀男子标枪运动员出手速度进行单一样本T检验。本研究选取第7届世锦赛男子标枪比赛前7名运动员的出手速度[3]作为对比对象，第7届世锦赛男子标枪前7名运动员的平均成绩为（86.46±2.32）m，出手速度均值为（29.00±0.63）m/s（表3），经单一样本T检验，国内外优秀男子标枪运动员出手速度具有显著性差异（P

2.3 我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段器械加速效果影响因素探析

出手速度作为最重要的出手参数，是运动员通过一系列技术动作将动量衔接传递而获得的，分析运动员的出手速度，不能只着眼于出手速度本身的高低，也要探究运动员技术动作的合理性与有效性，有研究表明在最后用力阶段，国内优秀男子运动员标枪速度增加80%左右，而世界优秀运动员的标枪速度增加了90%以上[13]，在最后用力阶段，运动员对标枪的做功距离、动量的有效传递等都会对标枪的加速效果产生直接影响，进而影响出手速度。

2.3.1 最后用力阶段影响标枪加速距离的指标探析

从理论上讲，肩髋扭转角角度越大，有利于增加标枪最后用力做功距离[14-15]、加大力矩，同时拉伸运动员躯干肌群及投掷臂肌群，使躯干及投掷臂肌肉得到预先拉长，从而增加了肌肉的弹性势能，为最后用力阶段标枪的加速提供更大的作用力，最终增加出手速度，提高投掷成绩[5，16]。我国优秀男子标枪运动员肩髋扭转角t1（42.58±13.86）差异较大，最大值达到65.52°，而最小值仅有28.63°;经Pearson相关分析，我国优秀男子标枪运动员肩髋扭转角t1与投掷成绩没有显著相关关系（P>0.05，表4），这与前人研究有所差异;另外，我国优秀男子标枪运动员与国外优秀男子标枪运动员（（86.46±2.32）m，表5）的肩髋扭转角t1（（21.57±10.60）°） [3]具有显著性差异（P<0.01）。从统计结果来看，肩髋扭转角t1并不是越大，其投掷成绩就越好，原因可能是过大的肩髋扭转角导致最后用力时间延长，影响了动作的连贯性，同时对动量自下而上的有效传递产生不利影响，进而影响最后用力效果。

最后用力阶段过程中，一定范围内的躯干后倾角不仅体现出髋轴超越肩轴的程度，同时也反映出身体超越器械的程度及助跑速度的利用效率，适宜的躯干后倾角能延展肢体，加大最后用力的做功距离[7，12，18-19]，为标枪的最后发力提供良好条件，提高标枪出手速度[20-22]。經Pearson相关性分析，我国优秀男子标枪运动员躯干后倾角t1与其投掷成绩呈显著正相关关系（r=0.724，P=0.042，表4），有研究表明，最后用力阶段制动腿着地时，躯干后倾角应在（20～25）°左右，既不会延长其用力时间，又加大了最后用力距离[16]，这也与本研究结果基本一致;运用单一样本T检验对比分析国内外优秀男子标枪运动员躯干后倾角[7，17]，国内外优秀男子标枪运动员躯干后倾角均无显著性差异（P=0.586，P=0.159）。

投掷臂肘关节角度及拉引角的大小代表投掷臂伸展情况，也是衡量最后用力过程中“满弓”程度的重要指标[7，18，21]，若投掷臂肘关节角度较小，不仅缩短最后用力做功距离，同时投掷臂的屈肌始终处于紧张状态，容易导致投掷臂的提前用力，破坏动量传递的时序性[23]，对最后用力的做功距离产生影响。对我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿着地时投掷臂肘关节角及拉引角进行分析，投掷臂肘关节角（P=0.116）、拉引角（P=0.154）与其投掷成绩均无显著相关关系;通过单一样本T检验进一步对比分析国内外优秀男子标枪运动员投掷臂肘关节角及拉引角发现，国内外优秀男子标枪运动员投掷臂肘关节角具有显著性差异（P=0.012），国外优秀运动员投掷臂肘关节角明显大于国内运动员;而拉引角没有显著性差异（P=0351;P=0.377）。尽管本研究中运动员投掷臂肘关节角、拉引角与其成绩没有显著相关性，但较多研究认为二者对增加最后用力距离，进而提高出手速度具有重大意义[13-15]。

2.3.2 最后用力阶段投掷侧各关节速度指标探析

运动员获得的动量在制动腿制动下向上肢及器械有序传递，从而使器械有较高的出手速度，而动量的传递需要通过机体各个环节的协调用力来完成最后用力的“鞭打”，前一环节获得和产生的动量向上传递，下一环节在获得上一环节动量的基础上，自身收缩发力，将动量继续进一步传递，最终传递至标枪上，加快了标枪的出手速度，在这一阶段中，各个环节的用力状态及发力时机是动量有效传递的保障[9，13，23-26]。

我国优秀男子標枪运动员最后用力阶段t1、t2、t3时刻的右髋关节速度、右肩关节速度和右肘关节速度如表6所示，最后用力阶段左脚着地后右髋关节速度始终处于下降状态，且在t1-t2阶段下降幅度达到554%，一定程度上反映身体的制动效果，另外有较多研究认为，右脚着地后右腿屈膝缓冲，随后的快速蹬伸加快了右髋关节的速度，并使右髋关节速度在左脚着地前达到最大值，因此，左脚着地后运动员右髋关节速度呈下降趋势;在左脚着地时（t1），动量仍处于自下而上的传递过程，右肘关节速度应低于右肩关节速度，但结果显示，我国优秀男子标枪运动员右肘关节速度要高于右肩关节速度，表明我国优秀男子标枪运动员存在上肢提前发力的情况，可能原因在于投掷臂肘关节角度较小，投掷臂屈肌紧张造成提前发力，这不利于动量的有效传递，削弱了动量的累加效应。

为进一步探究我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段投掷侧各环节用力状态及发力时机，对2018年全国田径锦标赛男子标枪比赛第1名刘启臻及第8名孙建军的投掷侧各关节速度进行探讨。由图5可看出，刘启臻在右脚着地后右腿屈膝缓冲，右髋关节速度略有下降，随着右腿的快速蹬伸，右髋关节速度增大，并在左脚着地前达到最大值;另外，随着动量的传递，右肩关节速度在右髋关节速度达到最大值时开始增大，而右肘关节速度在右肩关节速度最大值时迅速增加，且右肘关节速度提升幅度较大，这与前人研究结果基本一致，即动量在各个环节之间有序传递，通过动量的有效传递及累加，最终获得较大的出手速度。而从图6可看出，孙建军在右脚着地后，右腿屈膝缓冲，右髋关节速度降低，随着右腿的蹬伸，右髋关节速度增加，但其右髋关节速度最大值出现在左脚着地时（t1），同时，其右肩关节加速时刻远早于右髋关节速度达到最大值的时刻，且其在左脚着地后一段时间内右肩关节加速停止;而其右肘关节在左脚着地后迅速加速，加速时机要早于右肩关节，这对于动量的传递和有效累加都产生不利影响，从两人右肘关节速度最大值可看出二者动量传递的差异，刘启臻右肘关节速度最大值超过16 m/s，而孙建军右肘关节速度最大值甚至低于12 m/s，充分体现出各个环节发力时机及动量有效传递对最后用力效果的影响。

2.4 我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段身体制动效果影响因素探析

运动员在助跑、投掷步、最后用力阶段获得的动量集中到标枪的纵轴上，才能获得更好的投掷效果，而最后用力阶段身体的制动对动量的有效传递及集中具有重要作用[12-13]，最后用力阶段身体的制动主要依靠左腿膝关节，左膝关节角度越大，身体制动效果越好。最后用力阶段制动腿的有力制动使上体和标枪加速向前，有效地把助跑的速度转化为标枪的出手速度，同时制动腿被动的屈膝缓冲将部分动能转化为肌肉的弹性势能，经制动腿的快速蹬伸后加快了标枪向上的垂直速度，从而提高了标枪的出手速度[14，17-18]，但这一阶段制动腿的屈膝缓冲不能太大，否则对出手速度会产生较大影响[18]。

经Pearson相关性分析，我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段左膝角度t1（P=0.477）、左膝角度t2（P=0.143）与成绩无显著相关性（P>0.05），而左膝角度t3（P=0.035）与投掷成绩有显著相关关系（P对国内外优秀男子标枪运动员最后用力阶段左膝角度进行单一样本T检验，其左膝角度t1（P=0.017）、左膝角度t2（P=0.006）、左膝角度t3（P=0.037）均有显著性差异（P<0.05），说明我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿制动效果不理想，屈膝缓冲较大，且屈膝缓冲后的积极蹬伸不充分，使最后用力效果大打折扣。

3 结论

出手速度是影响掷标枪投掷远度最重要的出手参数，最后用力阶段标枪加速效果及身体制动效果对出手速度影响较大。2018年全国田径锦标赛男子标枪前8名运动员出手速度与投掷成绩呈显著正相关关系，但与世界水平相比差距较大，出手速度较慢是我国男子标枪成绩落后的一个重要原因;我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿着地时躯干后倾角对投掷成绩影响较大，与世界水平相比差异不大，但肩髋扭转角及投掷臂肘关节角度与国外优秀运动员相比均有较大差异;我国优秀男子标枪运动员整体上存在上肢提前发力的现象，不利于动量的有效传递，而不同水平运动员之间各环节用力状态及发力时机有较大差异，成绩好者各环节之间动量传递更合理有效;我国优秀男子标枪运动员最后用力阶段制动腿制动效果不理想，屈膝缓冲较大，且屈膝缓冲后的积极蹬伸不充分，减弱了最后用力效果。

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