运动生物力学方法在我国速度滑冰专项力量研究中的应用

华立君　蒙猛　杨春怀　马逸奎

摘要：当前运动生物力学方法和手段已经全方位的应用到速滑运动员专项力量训练和科研领域，从运动学、足底动力学、肌电学及肌肉力学的单方面研究，到各种生物力学研究方法和手段的综合应用，都有所体现。从基础力量测试到专项力量分析，基本技术、辅助训练手段的测试分析到专项力量训练器材的研发成果，都证明了运动生物力学在我国速度滑冰专项力量训练和研究中发挥着重要的作用。不足之处主要体现在高水平的科研成果数量不多，综合分析的深度不够，对专项力量训练理论的指导同训练实践结合的不够紧密，缺乏具体可操作化的建议，理论性过强不利于教练员和运动员理解。

关键词：运动生物力学；速度滑冰；专项力量；应用与进展

中图分类号：G862.1

文献标识码：A文章编号：1002ˉ3488（2013）02ˉ0010ˉ04

1引言

国内外运动生物力学的研究方法主要包括运动学、动力学和生物学研究方法，其中运动学研究方法主

要采用摄像及数字化处理来测量人体运动的时间特性、空间特性和时空特性，动力学主要采用测力法测定力和速度、加速度等力学参数生物学涉及神经肌肉活动的测量，主要是指对研究对象的肌力、肌电等生物学因素进行测量[1]。由于受试验条件所限，以往的运动生物力学研究多局限于单一方法的应用，但任何一项运动都包含着人体内部与外部各项参数的连续变化，随着科学技术的发展，同步测量获取人体内外各类信息，并进行综合分析已成为各个运动队的切实需要和体育科研发展的新趋势。

二十世纪八十年代速度滑冰研究的开创者Ingen Schenau[2]通过鞋底传感器的应用测得了速滑运动员的足底压力曲线和膝关节角度曲线，从能量的角度提出了速度滑冰的用力模型。Koning[3]将肌电测量的方法引入到速度滑冰的研究中，将探讨的视角转向肌体内部肌肉的工作状态。近年来，图像分析在速滑研究中也得到广泛应用，摄像技术帮助研究者从速滑运动员肢体运动中寻找规律[4]。当前最前沿的研究成果是：代表身体外部特征的足底压力、关节角度和动作视频，与代表身体内部特征的肌电信号在速度滑冰运动员专项试验中被同步测量进行研究[5]。多年来生物力学方法和手段在速度滑冰运动员的技术和专项力量训练中发挥了作用，通过对运动员速滑过程每个阶段技术动作和陆地模仿动作进行生物力学分析，可以准确定位专项力量的性质，评价陆地模仿训练方法和专项力量训练方法的科学性。

2 运动生物力学方法在我国速度滑冰专项力量训练中的应用

2.1运动学研究揭示了力量训练与技术之间的关系

速度滑冰运动员在不同负荷下膝关节伸展所用时间存在拐点，这为选择速度力量负荷大小提供了理论依据。目前的力量训练中对速度力量训练的负荷大小还存在模糊认识，使用的重量、每组的次数与测试的结果存在差异，大重量和多次数并不能提高速度力量，建议教练员运用先进的运动生物力学方法和手段提高训练的科学性与实效性。严力[6]研究结果表明，我国速滑运动员速度力量训练负荷的重量偏高，每组练习的次数偏多。我国国家队女子短距离选手在膝关节伸展速度、弯道倾倒角度和滑跑频率方面与国外选手存在较大差距，为此专门制定了力量测试方案，为我国优秀女子速滑运动员王曼丽制订了最佳速度下70 kg的负荷重量，改变了以往采用100～110 kg的负荷重量进行力量训练，严重影响膝关节的伸展速度的状况。在测试后通过对杠铃负荷的调整，训练一段时期后王曼利膝关节伸展速度有较大幅度的提高。该研究结果表明运动学分析手段可揭示技术和力量训练之间的关系。上述研究表明速度力量训练在速滑训练中十分重要，速滑运动员可以通过运动学研究掌握先进的专项力量训练方法，符合人体自身和运动项目的科学规律就能获得满意的训练效果。

2.2足底动力学研究为蹬冰力特征和陆上力量训练方法设计提供了参考和借鉴

通过对速滑运动员的滑跑动作进行足底动力学研究可以充分认识速滑蹬冰足部力量分布与传导特征，进一步了解蹬冰的力学特征，并在这种力学合理性分析的基础上优化运动技术。刘贵宝[7]利用德国Parotec鞋垫式压力分布测量系统对我国优秀速滑运动员500 m滑跑进行了全程足底动力学测试。通过对速滑运动员弯道滑跑特点与直道滑跑特点相比较，表明弯道速度的获得和弯道技术动作有关，技术动作使蹬动力转化为前进速度，技术动作的耐力水平是保持稳定竞技状态的关键，速滑弯道耐力特点既在一定程度上反映技术动作稳定性，又在力学素质上提示了绝对蹬动力量和步频的重复能力；速滑运动员的弯道蹬冰力量和步频的大小，与弯道耐力指数成正比。该研究提示教练员如果在训练中随意增加蹬冰力量或者步频的训练，可能会破坏运动员的耐力水平，甚至使运动员竞技状态的控制周期更加不稳定。

陈小平[8]等对我国国家队部分短距离速滑运动员的最大力量阈值及其下降率进行了动力学测试，研究结果表明我国男、女速滑运动员的最大阈值与深蹲最大力量的比率分别为：男子61.49%；女子59.06%。通过这一指标与国外优秀运动员对比分析表明我国优秀速滑运动员的快速力量能力并不弱于国外优秀选手，反映出我国运动员在短距离项目上具有一定的优势。但力量耐力的测试结果表明我国运动员均处于较低的水平，其中20次深蹲前5次与后5次冲量的平均落差男运动员为18.95%，女运动员为13.60%，这一结果说明我国速度滑冰运动员的力量素质发展不平衡，具有较好的快速力量能力，但在力量耐力能力上表现出明显的不足。为此提出我国短距离速滑运动员应该在保持最大力量和快速力量一定优势的基础上，优先发展力量耐力的建议。

王犇[9]运用足底压力分布测试系统比较滑冰直道技术与滑板辅助训练手段的F-t曲线特征、压力传导特征和压强分布特征等动力学参数，验证滑板辅助训练手段对提高滑冰直道技术水平的效果，为提高滑板辅助训练手段的有效性提供科学依据。

2.3肌电图研究为速滑教练员制定个性化力量训练方案提供理论依据

在速度滑冰专项力量研究中，采用肌电图分析方法可以分析主要发力肌肉的工作特点、发力大小、贡献率多少等情况，全面系统地剖专项动作时的肌肉收缩及协同特征规律，了解不同专项力量训练手段的实际效果，进而根据不同需要有针对性地设计具体肌肉的力量训练方法，提高速度滑冰力量训练的科学化水平。

为建立表面肌电与足底压力同步模型，从身体内部工作状态的角度讨论速度滑冰的一般规律，合理分析动作技术，设计专项力量的训练方法。林嘉等通过测量速滑运动肌电与足底压力以及视频信号，建立了速滑蹬冰单周期模型，将速度滑冰单步周期划分为6个阶段，直观地显示了蹬冰周期参数变化的全过程，为速度滑冰技术分析以及日常训练提供了理论依据，在此基础上提出将膝角120°时的下肢爆发力量素质作为提高速滑能力的重点训练项目和评估速滑运动员个人能力的一项测试指标[10]。陈小平等对速度滑冰运动员专项滑行时的多块肌肉进行肌电测试，从中筛选出4块对蹬冰动作起主要作用的肌肉，在对多名运动员4块肌肉的肌电模型进行“标准化”处理之后，得到了我国优秀速滑运动员蹬冰的肌肉用力模型[11]。该模型可以反映出速滑运动员腿部主要蹬伸肌肉在蹬冰周期各个阶段的工作特征以及它们之间的关系，为专项力量训练提供了训练目标和理论依据。

2.4等动测试的相关研究成果为速滑运动员专项力量训练提供定量数据

佟永典[12]为了分析我国速度滑冰优秀男运动员的下肢蹬冰有关肌肉群的做功情况，选择国内优秀速滑运动员刘洪波、黄勇为研究对象，利用Cybex6000等动肢体测力系统测量他们的膝、髋关节伸屈有关肌肉群高速收缩时的有关力学特征量。研究表明速度滑冰蹬冰输出功伸膝肌群起的作用大于伸髋肌群起的作用，提示在平时的力量训练中要特别重视伸膝肌群快速收缩能力的训练，尤其是角速度在400°/S以上的伸膝力量训练。由于应用负杠铃蹲起的训练方法是不能达到所要求的角速度，建议用模拟侧蹬冰快速跳来达到训练快伸膝肌群肌力的目的，并且要伸膝角速度达到400°/S以上。研究建议训练方法可采用等动训练法，这样就能明确知道所训练的肌群在指定速度下的功量输出，进而评定力量训练效果。

3运动生物力学在速度滑冰专项力量训练仪器开发中的应用

陈民盛[15]为达到通过控制速度变化的训练方法达到力量训练的目的，设计和研制了速滑蹬冰等动模拟训练器。该训练器由机械部分、测量显示部分、测力与位移传感部分、阻尼机构、台式微机的控制部分所组成。机械部分主要是由主体框架、滑板和限制体姿的高度框架组成。滑板左、右运行在两条光滑的滑道内，可左、右分别滑动达1.20 m。两块滑板具有互锁性，当一侧滑板滑动时，另一侧滑板则被锁死，避免产生双向滑动的现象。在框架的设计上，上盖部分采用可自由升降式，以保证所有练习者都能在基本姿势条件下完成动作，使陆上模拟手段更接近冰上动作。该训练器为了使运动员在不同的膝关节角度下都能获得最佳的训练效果，采用了在训练过程中改变阻力的大小的设计原理。

杨春怀[16]研制的速度滑冰专项力量多功能训练器是集电脑技术、传感技术与机械技术为一体的新型训练器械。该训练器特别是按照项目技术条件和实际比赛项目的技术动作程序（起跑、直道滑行、弯道滑行）、步频、蹬动力量、时间等进行强化模拟训练，可根据并负载量的要求调整外加阻力负荷。该训练器能够比较准确的测量运动员作模拟训练时的压力数值，并能以图像和数字的形式反馈给运动员。该器械的特点是训练器械随人体蹬动方向移动，因此它是一个活动式的测力装置，又是一种模拟性很强的专项力量训练器械。

高伟[17]为提高运动员的专项力量训练效率和专项运动能力，针对滑冰运动的腿部用力特点， 为了使得腿部力量训练与专项运动更接近，设计制作了一套用于该训练的腿部力量训练器。同传统的负重深蹲力量训练方式相比在腿部专项力量训练中具有更大的优势，该力量训练器的训练方式与滑冰专项特征更相近， 可以对腿部肌肉实现更加接近于专项运动的载荷刺激。

贺福滨[18]等依据速度滑冰的运动特点设计出一种速度滑冰陆地全相模拟场地与训练器械，运动员可利用其在陆地上按冰上实际比赛项目的距离进行起跑、直道横向滑行、弯道交叉蹬动技术的状态、步频、时间、力量进行循环训练。该仪器由中心定位盘、弯道弧度插接限定道、旋转的中心定位转盘、圆周运动负重扶车、弯道塑胶踏道、负重扶车配重块、塑料滑道等共同组成，研究结果表明利用该系统进行训练，可有效提高速滑运动员专项力量耐力能力。

4 当前运动生物力学在我国速度滑冰专项力量研究中存在的问题与展望

综合分析上述研究成果，表明当前运动生物力学方法和手段已经全方位的应用到速滑运动员专项力量训练和科研领域，从运动学、足底动力学、肌电学及肌肉力学的单方面研究到各种生物力学研究方法和手段的综合应用都有所体现。研究成果从基础力量测试到专项力量分析，从基本技术、辅助训练手段的测试分析到专项力量训练器材的研发和设计都证明了运动生物力学在我国速度滑冰专项力量训练和研究中发挥着重要的作用。

在取得上述研究成果的同时，当前运动生物力学方法手段在我国速度滑冰专项力量研究中还存在以下几个方面的问题亟待解决：第一，当前运动生物力学在我国速度滑冰项目中进行综合性研究和应用的成果不是很多，涉及的内容也有局限性，特别是通过生物力学测试对我国优秀速滑运动员专项技术及专项力量特征方面进行研究的高水平研究成果更为少见。第二，虽然速滑教练员、科研人员和训练学专家学者从训练方法手段、生物力学测试、训练仪器开发和应用等不同角度对我国速度滑冰运动员专项力量训练进行了研究，但还没有从本质认清速度滑冰力量训练的特点和规律，尤其在力量训练专项化方面缺乏领先国际的科研成果，定性的研究多于定量的研究。第三，由于研究者们对速滑运动员力量训练专项化的认识还存在误区和争议，高科技手段在专项力量训练中应用不够，国外先进的训练方法和手段借鉴远远不够，还没有形成适合我国运动员专项特点的专项力量训练方法体系来指导训练实践。第四，速度滑冰运动员力量训练仪器和辅助设备的研发和应用尽管取得了一定的成果，但在实践中应用还有待于对专项特征参数化描述、训练参数设定、运动员训练监控和反馈等问题进行更加深入的研究与完善，以不断促进力量训练仪器设备的专项化和实用化。第五，通过对研究成果分析表明，运动生物力学在我国速滑运动员专项力量训练领域发挥着重要的作用。不足之处是综合分析深度不够，都处于单兵作战状态；分析不够全面，对力量训练的理论指导没有同训练实践紧密结合；理论性过重不利于教练员实施，缺乏具体可操作的建议。

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责任编辑：田郁玫