优秀女子铅球运动员最后用力及“延缓”动作特征的运动学研究

巩立姣，董海军，丁晨光，张 建，郝勇霞，丛玉珍

（1.河北省体育局，河北 石家庄 050011；2.河北体育学院，河北 石家庄 050041；3.河北中医药大学，河北 石家庄 050200；4.中国田径协会，北京 100763）

女子铅球是我国田径的传统优势项目，历史上曾涌现出李梅素、黄志红、隋新梅等一大批优秀运动员。近年来，我国女子铅球运动员运动水平快速发展，已经达到世界级水平，特别是巩立姣在东京奥运会上以20.58 m 的个人最好成绩获得了女子铅球的冠军，实现了我国投掷项目奥运会金牌零的突破。而与较高的运动水平相比，我国对滑步推铅球技术理论的研究较为滞后，特别是对世界级优秀运动员个性化技术的研究不足，且鲜有研究对优秀铅球运动员用力技术中的“延缓”用力技术特征进行分析和讨论。

我国学者通常将最后用力阶段界定为：从过渡阶段结束的左脚着地瞬间开始至器械出手瞬间。但多年高水平运动训练实践和研究发现，优秀铅球运动员在右脚着地后右腿已经开始向投掷方向蹬转用力，因此最后用力过程应包括过渡阶段。完整的最后用力技术主要由3 个技术瞬间构成2 个动作阶段：过渡阶段（右脚着地—左脚着地）和鞭打用力阶段（左脚着地瞬间—器械出手）（文超，2003）。为便于研究技术，基于文献资料分析，本研究将完整的最后用力技术动作分为过渡阶段（右脚着地—左脚着地）、“延缓”动作阶段（左脚着地—“满弓”形成）、鞭打用力阶段（“满弓”形成—器械出手），即4 个技术瞬间和3 个动作阶段（董海军 等，2009）。

研究发现，优秀投掷运动员最后用力中存在明显的“延缓”上肢用力时机的特征（伯尔纳，1998），也是世界级高水平运动员用力动作中的典型特征。所谓“延缓”动作特征，就是运动员在左脚着地后、“满弓”形成前控制上肢加速的用力时机，形成上肢相对于下肢加速的“延缓”。动作的目的是延迟上肢对器械的主动加速，主要涉及延迟右肩向投掷方向转动、左肩打开及回撤、投掷臂推球加速的时机，并通过加快下肢向投掷方向的运动，使上下肢之间扭紧幅度增加，为“满弓”动作的形成创造良好的条件（董海军 等，2007）。在“满弓”形成前的动作特征，对“满弓”和鞭打用力效果都有重要的影响。

为促进科技助力国家队运动员备战2024 年巴黎奥运会，更好推动铅球项目在我国的可持续发展，以我国优秀女子铅球运动员巩立姣、高阳、卞卡、郭甜茜、张林茹为研究对象，研究优秀运动员最后用力中特有的技术特征，分析运动员技术中存在的问题，探索适合的训练手段，以期更新推铅球最后用力技术理论。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以5 名我国女子铅球项目优秀运动员巩立姣、高阳、卞卡、郭甜茜和张林茹为研究对象，所有运动员均采用右手投掷和滑步推铅球的技术。巩立姣作为现役运动员，参加了4 届奥运会、9 届世锦赛，共获得了8 枚奖牌，其中1枚奥运会金牌和1枚银牌、2枚世锦赛金牌，在2017—2021年连续5 个赛季成绩排名世界第一（20.30、20.38、20.31、20.13、20.58 m）；高阳共参加了4 届奥运会，获得过世界军人运动会冠军；卞卡参加了2 届奥运会，获得过世界军人运动会银牌；张林茹在5 位运动员中年龄最小，已参加2 届世锦赛。所测试运动员的技术数据均在国内重要比赛中采集，研究成绩均为所采集场次比赛（表1）的个人最好成绩（拍摄了该场比赛运动员的6 次试投，选取了该场比赛最好成绩的技术进行分析），成绩强度达到了本人最好成绩的90%以上，可认为真实反映了运动员的个人技术特征。

表1 研究对象基本情况Table 1 Basic Information of Research Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 运动生物力学测试法

采用2 台DC-GH5S 高清摄像机（松下，日本），一台摄像机置于投掷圈右侧，一台位于投掷圈后侧，2 台摄像机主光轴夹角约90°，拍摄距离约10 m，机高约1.2 m，拍摄频率为100 帧/秒。在比赛前对三维框架进行一次拍摄标定，比赛后再进行一次框架的标定，以保证所拍比赛视频全部有效。为了保证人体运动方向的数据准确性，在拍摄框架的同时，对地坐标进行标定，保证地坐标点1 和地坐标点2 正对投掷方向，并和地坐标3 点之间形成90°夹角，位置位于投掷圈中线后沿（图1）。

图1 地坐标示意图Figure 1. Schematic Diagram of Coordinates

1.2.2 运动学解析法

采用APAS 运动录像分析系统（ARIEL，美国）对比赛技术视频进行裁剪，找到2 台摄像机拍摄的运动员技术中同步帧，并进行同步。解析中采用人体模型直接线性转换（direct linear transformation，DLT）引导图像测量系统，模型采用日本的松井秀治人体模型。首先使用DLT 方法和1 个有32 个标定点的标定框架对2 台高清录像机进行标定，框架的标定误差为（3.11±1.83）mm。然后将运动员比赛视频导入标定好的框架进行解析，并根据投掷项目的需求选取身体的20 个关节点，另外选取1 个附加点（器械），采取逐幅解析的方法对运动员技术视频进行标定，最后对解析数据进行低滤波平滑处理（平滑系数为8），采用傅里叶分析法对数据进行大范围平滑，并将局部平滑和大范围平滑相结合用以确定截级数据，最后通过解析系统获取所需参数的原始数据。

1.2.3 数理统计法

采用Excel 和SPSS 26.0 统计软件对所获得的技术参数数据进行相关性及单因素方差分析，并对比各组数据间的差异性。

2 结果与分析

2.1 我国优秀铅球运动员用力阶段时间特征分析

在过渡阶段，由表2 可知，我国运动员巩立姣过渡阶段的时间明显长于其他选手，存在偏长的问题，主要原因是左脚在过渡阶段着地位置偏远，身体重心前移幅度大，使身体重心在用力阶段偏离了支撑点。这也是最近几个赛季巩立姣技术完善的一个重要环节，要求在下肢保持对上肢超越的情况下，强调左脚的快速着地，适当缩短过渡阶段的时间。其他运动员过渡阶段的时间虽然都比较短，但在不同程度上存在上肢后倾幅度小的问题，有利于左脚着地但不利于增加用力幅度，特别是张林茹左、右脚几乎同时落地，造成了上肢过早参与用力的情况（董海军等，2022），这也是我国运动员过渡阶段普遍存在的一个问题。同时，从图2 的右脚着地瞬间投掷臂肘关节的位置可以发现，5 名运动员中只有巩立姣右肘有外展动作，其他运动员都出现了掉肘的情况，从侧面可以明显地看出部分运动员投掷臂有提前转动的迹象，这不利于“延缓”动作特征的出现（Landolsi et al.， 2018），对最后用力的效果也有一定影响。

表2 我国优秀女子铅球运动员最后用力时间情况Table 2 The Exertion Time of Chinese Elite Female Shot Putters s

图2 运动员右脚着地瞬间投掷臂肘关节位置图Figure 2. The Elbow Joint Position of the Athlete’s Throwing Arm when the Right Foot Touches the Ground

在“延缓”动作阶段，如表2 所示，高阳和卞卡的时间较长，高阳在左脚着地后缓冲时间较短，右侧下肢向投掷方向转动的也较为积极，但上肢也随着加速转动，造成“满弓”效果下降。卞卡在“延缓”动作阶段的上肢也存在转动时机过早的情况，并没有很好延迟上肢的转动时机，左腿缓冲过程中肩横轴就开始了转动。其他3 名运动员“延缓”时间在0.1 s 左右，其中巩立姣虽然“延缓”时间短，但上肢后倾幅度较大，且右侧下肢加速明显，转动幅度较其他选手小，“满弓”效果也更好；不足的是“满弓”形成过程中重心向左腿移动幅度偏大。郭甜茜也存在同样的问题，身体重心前移的幅度偏大，发力点不在两腿之间，远离支撑点，造成上肢主动加速用力。如果能适当地控制身体重心前移幅度，效果可能会更好。张林茹在“延缓”动作阶段身体重心主要在两腿之间，并没有过多向左腿移动，不足的是上肢转动时机偏早，不利于“满弓”姿势的形成。不难发现，我国选手“延缓”动作阶段普遍存在上肢转动时机早和转动幅度大的现象，不利于提高“满弓”效果。

2.2 我国优秀铅球运动员“延缓”动作阶段各环节加速特征分析

从右脚着地到器械出手瞬间，身体环节加速的时机和效果是影响用力效果的主要因素（Howard et al.，2017），也是评价用力技术合理性的重要标志，特别是右髋和右肩等大关节的加速时机和效果对用力效果影响较大（Łysoń-Uklańska et al.，2021）。过渡阶段由于左脚的着地，身体重心会进一步向投掷方向随着右脚的蹬转移动。但上肢主要环节右肩和右肘是不能转动加速的。在“满弓”形成前，会出现明显的“延缓”上肢加速的特征，有利于提高“满弓”和鞭打用力的效果（Błażkiewicz et al.，2016）。

由表3 可知，右脚着地瞬间只有高阳、郭甜茜身体重心位移速度比器械速度高，速度差（器械速度—身体重心位移速度）为负数，这是合理技术的要求，体现了身体带动器械加速的特点。而其他3 名运动员表现出了相反的特征，器械速度高于身体重心位移速度，身体重心位移加速存在一定的不合理性：左脚着地瞬间巩立姣、卞卡、郭甜茜身体重心位移速度出现了增加；从技术的分析结果看，巩立姣过渡阶段身体重心向投掷方向移动的幅度过大，左脚着地位置远，这也是其近几个赛季一直在主要攻克的问题。在“满弓”形成时刻，巩立姣等运动员身体重心位移的加速逐渐降低，但高阳身体重心位移速度反而达到了2.65 m/s，这一阶段向投掷方向移动速度较快。“满弓”瞬间所有选手器械速度都呈现出了增加趋势，幅度相差较大，郭甜茜、高阳和张林茹器械速度分别达到了5.33、5.13 和5.04 m/s（表3），增幅较大，而且速度差比较大，说明这3名选手在“延缓”动作阶段提前对器械加速，这是不合理现象。郭甜茜主要以水平加速为主，而高阳和张林茹转动加速较为严重，不利于“满弓”姿势的形成。巩立姣在“延缓”动作阶段虽然也出现器械加速现象，但主要还是以水平直线加速为主，转动加速并不严重，能进一步保持上、下肢的扭紧状态，这是其“延缓”动作阶段身体姿势保持较好的主要原因。

表3 我国优秀女子铅球运动员最后用力阶段重心器械速度加速情况Table 3 Speed Acceleration of Gravity Equipment in the Final Exertion Stage of Chinese Elite Female Shot Putters m/s

从身体环节加速情况来看（表4、5），巩立姣左脚着地瞬间右髋、右肩、左髋、左肩及右肘的速度分别为1.57、3.02、1.77、4.29、1.17 m/s，进一步表明巩立姣过渡阶段右髋加速时机早，左、右肩加速主要为水平方向，随身体重心位移加速，并不是转动加速。“延缓”动作阶段右肩的速度虽然在“满弓”形成瞬间有一定程度增加，但在“满弓”形成前有明显减速动作（图3 中红色箭头所指蓝线部分），而且在鞭打用力前器械速度也出现了一定的减速现象（图3 黑色箭头所指红色部分），进一步表明了巩立姣用力前存在明显的延迟上肢加速时机的特征，这也是评价优秀运动员用力动作优劣的重要标志。但右肘有掉肘现象（图3b），这也是最近几个赛季训练中重点改进的一个环节，通过强调控制右肘外展动作来延迟加速时机。而且器械速度在“延缓”动作的开始阶段并没有急速上升，变化较为平缓（图3），说明即使右肘出现掉肘现象，也没有对器械形成加速。整个用力阶段巩立姣身体各环节达到速度峰值的时机先后顺序为右髋、左肩、左髋、右肘、右肩（表4、5），右髋的加速时机虽然合理，但加速能力有待提高，环节用力中存在一定的不合理性，主要为左肩速度峰值时机过早这与左肩提前打开有直接关系（图3b）；右肘速度峰值出现时机比右肩早，违背了大环节带动小环节用力的生物力学原理，需要进一步完善环节的加速时机。

表4 我国优秀女子铅球运动员最后用力阶段右髋和右肩加速情况Table 4 Acceleration of Right Hip and Right Shoulder of Chinese Elite Female Shot Putters in the Final Exertion Stage

表5 我国优秀女子铅球运动员最后用力阶段右肘和左肩加速情况Table 5 Acceleration of Right Elbow and Left Shoulder of Chinese Elite Female Shot Putters in the Final Exertion Stage

如图4 所示，高阳左脚着地瞬间和右脚着地瞬间相比有一定程度变化，特别是左肩的速度达到了较高水平，整个过渡阶段左肩有领先加速现象，速度快于其他环节，从技术图像中可以清楚地看出左肩打开时机过早，有领先加速的情况。“延缓”阶段“满弓”形成瞬间右髋速度增加幅度较大，右肩和右肘速度分别达到了5.05、6.74 m/s，说明也存在转动加速的情况，特别是右肩的转动加速直接影响了“延缓”动作的效果，这是不合理的。“延缓”阶段左肩速度始终高于其他身体环节，而且右肩几乎没有出现延迟现象，速度呈提高趋势，在“满弓”形成前出现了速度波峰，和巩立姣“延缓”阶段右肩加速轨迹形成明显差异，这一阶段上肢主动加速较为严重，不利于“满弓”姿势的形成。同时右肘也有明显加速迹象，需要在训练中强调右肘的外展，控制和保持肘关节位置。右髋在满弓形成前有明显的加速，加速时机是合理的，不足的是上肢的加速现象较为明显，特别是右肩和右肘。高阳用力阶段身体主要环节达到峰值的时机顺序为：左肩、右髋、右肩、右肘、左髋，可以看出，左肩速度峰值出现最早，同时左髋加速时机最晚，基本出现在器械出手前，特别是左肩打开过早，有主动领先的情况，不符合“延缓”上肢用力的动作要求：左髋急速加速的时机应与右肩在同一时刻，或是略领先于右髋。

图4 高阳18.47 m最后用力阶段主要环节速度曲线图Figure 4. Acceleration Curve of 18.47 m in Final Force Stage of Gao Yang

如图5 所示，卞卡左脚着地瞬间右髋速度在过渡阶段呈降低趋势，但右肘的速度比右脚着地瞬间明显加快，说明其在过渡阶段右肘就开始加速，对后续“延缓”上肢用力不利。“满弓”形成瞬间右肩和右肘速度分别为3.76、4.98 m/s（表4），整个“延缓”阶段左肩的速度增加较为明显（图5），有领先转动现象，也就是训练中经常说的撤左肩问题，不利于下肢对上肢的扭紧。在鞭打用力阶段加速持续下降，一定程度上影响了用力的效果。“延缓”阶段右髋加速效果较好，身体环节加速曲线起伏幅度较小，不足的是左肩领先转动，削弱了上肢“延缓”动作的效果，右肩和右肘没有明显的延迟用力情况，影响了整个“满弓”效果。卞卡用力阶段身体主要环节达到峰值的时机顺序为：左肩、右肩、右肘、右髋和左髋，而且各环节的峰值和其他运动员相比存在一定的差距，在一定程度上说明了环节加速能力还有待进一步提高，特别是左、右肩的加速能力。左肩和右肩最先达到速度峰值，进一步说明了用力过程中上肢转动时机过早。右髋速度峰值时机过晚，违背了下肢领先上肢加速的环节用力原理，对整个“满弓”效果有直接影响。

图5 卞卡18.13 m最后用力阶段主要环节速度曲线图Figure 5. Acceleration Curve of 18.13 m in Final Force Stage of Bian Ka

由表4、5 可知，左脚着地瞬间，5 名运动员中郭甜茜的右髋速度最大（2.67 m/s），右肩、左髋、左肩和右肘速度分别为2.49、2.89、3.09 和2.20 m/s。右髋在过渡阶段加速较为明显，推动左脚快速着地，下肢向投掷方向运动积极，不足的是过渡阶段右肩有转动加速情况，上肢肩横轴随左脚着地进行了转动，存在领先加速情况（图6），左脚着地瞬间的器械速度也反映了这一问题，比右脚着地瞬间增加了1.03 m/s（表3）。“延缓”动作阶段初期各部位虽然都有一定程度加速，但幅度并不大。右髋加速明显，符合技术原理，也是形成“满弓”姿势的要求。右肩在这一阶段也得到了一定控制，整个“延缓”阶段左肩的加速保持了较高状态（图6），出现了明显加速波峰，这是不合理现象，需要在后续训练中控制左肩打开时机，避免左肩领先加速。右肘在“延缓”阶段加速比较明显，速度增加了3.09 m/s。“延缓”阶段右髋加速合理，上肢虽然加速不明显，但也没有做出明显“延缓”动作。右肩和器械的速度曲线没有明显下降，和肩横轴转动幅度过大有关，需要进一步控制右肩转动和左肩打开时机。郭甜茜用力阶段身体主要环节达到峰值的时机顺序为：右髋、左肩、右肩、右肘、左髋，右髋速度最先达到峰值，而且加速效果也比较好。此外，左肩速度达到峰值的时机明显偏早，应该在右肩完成加速后进行，左肩领先打开和加速直接影响了“延缓”动作和鞭打用力的效果。

图6 郭甜茜18.39 m最后用力阶段主要环节速度曲线图Figure 6. Acceleration Curve of 18.39 m in Final Force Stage of Guo Tianxi

如图7 所示，张林茹过渡阶段右髋没有明显加速，右肩出现了一定程度加速，左脚着地过程中右肩有明显转动现象，左肩速度明显高于右肩（表4、5），肩横轴提前转动加速，过渡阶段右肩控制能力有待加强。“满弓”姿势形成过程中右髋加速较为积极，加速时机也较为合理，不足的是右肩和右肘没有表现出明显的延迟用力（图7 红色箭头所指部分），肩横轴进一步转动，对“满弓”的形成不利，上下肢之间的扭紧效果也进一步降低。“延缓”动作阶段初期左肩处于加速领先状态（图7），速度曲线高于其他身体部位，右肘的速度在“满弓”阶段不但没有降低，反而始终处于加速状态，也是造成“满弓”效果不佳的一个主要原因。张林茹用力阶段身体主要环节达到峰值的时机顺序为：左肩、右髋、右肘、右肩、左髋，左肩速度峰值时机领先其他环节、右肘峰值时机早于右肩、左肩峰值时机晚于右肩均不符合环节用力的技术原理，右肩和右肘的加速在整个“延缓”动作阶段没有表现出明显降速、延迟用力（图7），导致了上下肢之间扭紧效果降低，进一步影响用力效果。

图7 张林茹18.05 m最后用力阶段主要环节速度曲线图Figure 7. Acceleration Curve of 18.05 m in Final Force Stage of Zhang Linru

综上，我国优秀女子铅球运动员“延缓”动作阶段右髋用力时机较早，下肢向投掷方向运动积极，较为合理，但普遍存在右肩和右肘提前加速的情况。除巩立姣外其他研究对象没有出现明显的延迟上肢加速时机的情况，肩横轴提前转动，需要在训练中进一步强调“满弓”阶段右肘外展，控制肩横轴转动的时机，提高“满弓”效果。此外，研究结果提示可以将是否明显延迟上肢用力时机作为评价优秀运动员用力技术的重要指标。

2.3 我国优秀铅球运动员用力阶段身体重心和器械位移距离分析

由表6 可知，5 名研究对象身体重心和器械在用力阶段的位移轨迹长度相差较大。过渡阶段巩立姣重心移动幅度过大，主要原因是左脚着地位置远。这也是需要重点增长其滑步距离的一个主要原因，通过改变滑步阶段右脚离地和着地方式，滑步距离由原来的0.65 m 增长到现在的0.83 m 左右。高阳、卞卡、郭甜茜3 名运动员在过渡阶段虽然能较好地控制住身体重心位移距离，但都存在上肢抬起幅度偏大和右肩提前转动问题，这是需要重点完善的技术环节。张林茹在过渡阶段双脚几乎同时落地，这也是不合理的，虽然能快速进入“延缓”阶段，但没有给右侧下肢充分加速时间，造成上肢过早参与用力。“延缓”动作阶段高阳和巩立姣重心位移幅度都比较大，表明两人右髋向投掷方向蹬转幅度较大，其他选手“延缓”动作阶段重心位移相差不大。从器械在过渡和“延缓”动作阶段的加速情况看，巩立姣在过渡阶段器械移动幅度过大，还需要进一步缩短，但“满弓”阶段明显降低了移动幅度，也是良好“满弓”姿势形成的必备条件，需要进一步增加对上肢和器械的超越效果，使用力阶段身体重心位置更靠近右侧支撑点。高阳在“延缓”动作阶段能较好地控制器械位移距离，为延迟对器械的加速创造了条件。其他3 名运动员“延缓”动作阶段器械位移距离都偏长，从技术分析中可以看出，主要原因在于右肩和右肘主动加速，对延迟器械加速时机不利。

表6 我国优秀铅球运动员最后用力阶段重心和器械位移情况Table 6 The Center of Gravity and the Displacement of Instruments of Elite Shot Putters in the Final Exertion Stage m

3 结论与建议

3.1 结论

1）过渡阶段我国优秀女子铅球运动员存在上肢提前转动对器械加速及后留幅度小、左肩打开时机早、右脚着地后右腿蹬转不积极等不合理现象，不利于延缓上肢用力时机。巩立姣过渡阶段主要存在过渡阶段时间偏长、左脚着地位置远、左肩打开时机过早、身体重心位移轨迹长、右肘降肘等不合理现象。

2）“延缓”动作阶段我国优秀女子铅球运动员存在“延缓”动作特征不明显的情况，对上肢和器械延迟加速的效果不佳，右髋向投掷方向加速幅度小，对“满弓”姿势的形成不利，降低了鞭打用力的幅度。巩立姣“延缓”动作阶段主要存在左肩翻肩偏早的不合理现象，但对器械延迟加速明显，“满弓”效果较好，为鞭打用力创造了良好的条件。

3）鞭打用力阶段我国优秀女子铅球运动员存在部分身体环节加速不合理现象，右肘加速时机过早，对器械加速的时机不合理，造成上肢主动对器械加速，违背了大环节带动小环节用力的生物力学技术原理。巩立姣主要存在左肩加速时机早，回撤幅度大，右髋持续加速能力低、左髋加速时间短等问题。

3.2 建议

1）适当延长我国优秀女子铅球运动员过渡阶段的时间，增加左脚着地距离和上肢后留幅度，为“延缓”用力动作创造条件。巩立姣需要加快左脚着地的时间，适当缩短过渡时间和左脚着地的距离，控制身体重心的位移距离，通过提高右侧下肢的蹬转效果缩短左脚着地距离和过渡阶段时间，通过强调过渡阶段右肘的外展幅度控制肩横轴的转动幅度。

2）“延缓”动作阶段我国优秀女子铅球运动员需要进一步提高右髋的用力效果，特别是控制右肩和右肘转动的时机、降低左肩带动加速幅度，从而提高上、下肢之间的扭紧效果，进一步延迟对器械加速时机。巩立姣需要提高“延缓”动作阶段右髋的持续加速能力，通过进一步延迟左肩翻转和右肩主动加速时机来提高“延缓”动作的效果。

3）鞭打用力阶段我国优秀女子铅球运动员需要进一步提高大环节带动小环节加速的能力，完善下肢主要环节的加速时机和提高加速能力，避免上肢环节对器械的主动用力。巩立姣需要延迟左肩回撤的时机，提高左、右髋关节持续用力的能力，通过下肢带动上肢环节完成对器械的最后加速，达到提高鞭打用力效果的目的。