国内、外优秀女子铁饼运动员掷铁饼技术的比较研究

林辉杰，梁海丹，严波涛，许崇高，张 勇

1 前言

女子铁饼历来是我国备战奥运会的一个重点项目。自从2011年大邱世界田径锦标赛我国运动员李艳凤在该项目中摘取桂冠后，对我国运动员在世界大赛上该项目中的表现又多了一份期待。对国内、外优秀女子铁饼运动员掷铁饼技术特征的比较，有助于掌握与克服我国与国外运动员技术的优势与劣势，为我国运动员备战世界大赛提供科学训练依据。目前，对于我国优秀女子铁饼运动员掷铁饼技术运动学特征的研究还是较多的，但是，由于条件的限制，对于国内、外优秀女子铁饼运动员技术直接比较的文献还未曾发现。在本研究中，将我国重点运动员李艳凤（2011年大邱世界锦标赛冠军）、谭建（2011年大邱世界锦标赛第6名）与多名国外优秀女子铁饼运动员技术的运动学特征进行比较，旨在探索我国运动员技术的优、缺点以及国外运动员的技术特点，从而揭示优秀女子铁饼运动员的一些重要技术特征，为我国女子铁饼运动员的科学训练提供参考。

2 研究对象与方法

2.1 测试对象

本研究选取了2名国内与5名国外优秀女子铁饼运动员作为研究样本，这些运动员个人最好成绩均在奥运会A标（62m）之上，本次测量成绩（2011年国际田径钻石联赛上海站）均在奥运会B标（59.5m）之上，基本上代表了目前世界女子铁饼项目的最高水平（表1）。

表1 本研究测试对象基本情况一览表Table 1 Basic Informations of Subjects

2.2 研究方法

2.2.1 时相的划分

本研究将铁饼技术分为5个时相，分别为第1双支撑阶段、第1单支撑阶段、腾空阶段、第2单支撑阶段（过渡阶段）以及第2双支撑阶段（最后用力阶段）。以右手持饼为例，第1双支撑阶段是指从预摆结束至右脚离地时刻；第1单支撑阶段是指从右脚离地至左脚离地时刻；腾空阶段是指从左脚离地至右脚着地时刻；第2单支撑阶段是指从右脚着地至左脚着地时刻；第2双支撑是指从左脚着地至铁饼出手时刻。

2.2.2 三维定点摄像

在2011年国际田径联合会钻石联赛上海站中，对女子铁饼运动员技术进行三维定点拍摄。采用2台casio fh25高速摄像机进行拍摄，其拍摄测量的有效性能够满足研究的需要［3］。图1显示，摄像机分别置于铁饼场地的正后方、右侧面（投掷方向为前），主光轴的夹角约为90°。摄像机的拍摄频率设置为120fps，架机高度约为1.2m左右，取景范围约为44m，机身置于约25m的距离；拍摄快门设置为1／1 500s。在比赛后，采用辐射式三维标定框架对拍摄空间进行标定，框架的型号为F－24。

图1 掷铁饼动作拍摄中摄像机位置示意图Figure1. Camera Locations in Measurement of Discus Throwing

2.2.3 录像解析

采用SIMI运动解析系统，对所拍摄的视频进行三维解析。选择左右侧手、肘、肩、髋、膝、踝、脚尖以及头、肩轴中点、髋轴中点以及铁饼点等20个点进行解析。人体以及环节重心等人体惯性参数依据dempster人体参数模型计算获得，采用数字滤波进行噪音处理，截止频率选择为8Hz。

2.2.4 技术指标

真空距离：铁饼飞行的真空距离是去除了流体的影响后铁饼在理论上飞行的距离，计算公式［9］如下：

公式中，SR为出手速度，hR为出手高度，θR为出手角度，g取9.8m／s2。

滑行距离：飞行距离（比赛成绩）与真空距离的差值；

出手速度：铁饼离手瞬间的速度；

出手角度：铁饼离手瞬间的速度与水平面的夹角；

出手高度：铁饼离手瞬间离地面的高度；

阶段时间：完成铁饼技术各阶段所需的时间；

阶段铁饼速度的变化量：阶段终点与起点时刻中铁饼速度的差值；

阶段人体重心速度的变化量：阶段终点与起点时刻中人体重心速度的差值；

阶段铁饼移动距离：阶段终点与起点时刻中铁饼移动的路程；

阶段人体重心移动距离：阶段终点与起点时刻中人体重心移动的路程。

2.2.5 数理统计

采用SPSS软件对指标数据进行描述性统计。采用单个样本均数检验的方法了解国内单个优秀运动员相关指标数值在国外运动员中所处的位置，这有利于更加明确我国运动员与国外运动员相关指标的差异程度。

3 结果

3.1 国内、外优秀女子铁饼运动员出手参数及成绩比较

图2显示，铁饼项目的运动成绩由铁饼的损失距离与飞行距离决定，飞行距离又由出手速度、出手角度、出手高度以及滑行距离决定。从理论上讲，出手速度与出手高度越高，滑行的距离越远，出手角度最佳化，铁饼飞行的距离也越远［9］。表2显示，李艳凤的出手速度为24.6m／s，明显高于国外5名优秀女子铁饼运动员的均值；谭建为23.72m／s，与国外优秀运动员的均值无显著性差异。这说明，我国这2名运动员在出手速度上不存在劣势。

表2显示，谭建的出手高度与出手角度分别为1.39m和33.92°，明显低于李艳凤（1.55m；35.26°）和国外优秀运动员的平均水平（1.56m；38.41°）。这显示，谭建的出手高度与出手角度偏低，这对铁饼飞行的距离会有一定程度的影响。谭建的出手速度相对较高，她在最后用力阶段过度注重发力，没有将出手角度和出手高度相关的技术完成好。这提示，在今后的训练中，需要优化出手速度、出手角度与出手高度的组合。

表2 本研究国内、外优秀女子铁饼运动员出手参数及成绩一览表Table 2 Release Parameters and Performances of Discus Throwing Technique in Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas

图2 铁饼技术比赛成绩决定因素示意图［9］Figure 2. Main Factors of Discus Throwing Technique

与第1名佩尔科维奇相比，李艳凤的出手速度与其（24.66m／s）基本相同，出手高度略高（1.55m∶1.49 m）。然而，佩尔科维奇的真空成绩（63.03m）要高出李艳凤（60.98m）2m多。这显示，李艳凤在出手角度的优化程度上不如佩尔科维奇。如果李艳凤具有佩尔科维奇的出手角度，那么，她的真空距离将增加至62.77m。然而，Viitasalo等（2007）认为，铁饼的出手速度与出手角度不是相互独立的，而是存在相互影响的，出手角度的增加有可能使出手速度降低。因此，需要对李艳凤的最佳出手角度进行评估，然后再做调整。Leigh等（2010）［11］的研究认为，优秀铁饼运动员具有个性化的最佳出手角度，它与铁饼出手速度与出手角度的个体化关系有关。要确定这个最佳值，就必须了解个体铁饼出手速度与出手角度之间的关系。

3.2 国内、外优秀女子铁饼运动员的阶段时间比较

铁饼技术的阶段时间在一定程度上能够反映技术效果。优秀运动员铁饼技术的阶段时间应该存在一个最佳值，适合自身动作节奏的需要，过长的阶段时间将会影响阶段动作之间衔接的效果［1］，过短的阶段时间将使人体不能充分完成阶段中的动作［1，2］。

表3显示，李艳凤在第1单支撑与第2单支撑中的时间为0.35s和0.12s，明显小于国外的平均水平（0.47s和0.19s）。这显示，李艳凤在两个单支撑阶段中用时较短。以往的研究［1，2］中也发现，李艳凤第1单支撑的时间明显偏少。在单支撑阶段中，较少的时间有助于阶段之间的高效衔接［5］。李艳凤在第1单支撑耗时少是她自身技术的一个特点。然而，Vassilios（2006）［13］认为，过渡与最后用力阶段时间基本上是等分的（49.5%与50.5%），这有助于运动员在过渡阶段中获得最后用力的最佳条件，从而产生较高的出手速度。李艳凤过渡阶段与最后用力阶段的时间比例为36%与64%，这显示出她在过渡阶段用时较短，将影响其最后用力阶段动作的完成质量。

表3 国内、外优秀女子铁饼运动员各技术阶段持续时间一览表Table 3 Time of Discus Throwing Technique Phases between Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas （s）

谭建在第2双支撑的绝对时间（0.15s）明显低于李艳凤（0.21s）和国外优秀运动员的平均水平（0.20s）。这显示，谭建在第2双支撑阶段的时间较少。在第2双支撑阶段中，人体从地面反作用力中获得的大部分能量向铁饼转移［8］，而且使铁饼具备一个最佳的出手角度与高度。在这个阶段中，适度较长的时间有利于充分完成相应的动作，促进能量的转移以及最佳出手角度与高度的形成。谭建在此阶段中用时较短，在一定程度上造成了其较低的出手高度与角度。

3.3 国内、外优秀女子铁饼运动员各阶段铁饼速度变化比较

图3显示，铁饼出手速度是运动成绩的一个非常重要的决定因素，它取决于各技术阶段中饼速的增量。图3显示，国内、外优秀女子铁饼运动员铁饼速度增量在各技术阶段中的均值分别为4.23m／s、2.91m／s、－0.49m／s、1.91m／s以及14.86m／s。Hay和 Yu（1995）［9］通过对15名优秀女子铁饼运动员各阶段速度增量与运动成绩进行相关分析发现，在腾空阶段铁饼速度的增量与运动成绩成较高程度的正相关（r＝0.76），在第2双支撑阶段具有中等程度的正相关（r＝0.49），在第2单支撑阶段呈现低度的负相关（r＝－0.31）。

图3 本研究国内、外优秀女子铁饼运动员各阶段铁饼速度增量比较示意图Figure 3. Increment of Discus Velocity of Discus Throwing Technique Phases between Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas

图3显示，在腾空阶段中李艳凤的铁饼速度增量为正值，而谭建与国外运动员的平均水平均为负值。这说明，李艳凤在腾空阶段中的技术较好，使铁饼的速度有所提高，而谭建在这个阶段的技术有待改善。在腾空阶段中，人体不再受到外力的作用，依靠通过改变人体的转动惯量，增加铁饼速度。在腾空开始前，手臂伸展，两脚分开，“人－饼”系统具有相对较大的转动惯量；在腾空结束前，两脚并拢，系统具有相对较小的转动惯量，这使此系统的转动速度增加［9］。

我国2名运动员（李艳凤：1.75m／s；谭建：4.06m／s）在第2单支撑阶段明显高于国外平均水平（－0.08m／s）。这显示，我国2名运动员在第2单支撑阶段饼速增量较多。这个阶段中，较大的铁饼速度增加量对铁饼的出手速度具有一定程度的负面作用。此时，较大的铁饼速度增量暗示着运动员有急于发力的现象，这将导致躯干与手臂未能充分的伸展，为高质量地完成最后用力阶段技术做好充分的准备。

在第2双支撑阶段中，我国运动员明显低于国外平均水平（李艳凤：14.43m／s；谭建：12.84m／s；国外：17.30 m／s）。这显示，我国运动员在第2双支撑阶段饼速增量较少，此阶段是获得铁饼速度的最主要阶段，大概占出手速度的70%［7］。此阶段中，较少的铁饼速度增加量将会使出手速度降低。在衔接阶段中，没有形成较好的最后用力技术的条件对此有一定程度的影响。

3.4 国内、外优秀女子铁饼运动员各阶段人体重心速度变化比较

铁饼速度的增加依靠人体的动量向铁饼的转移，这个转移的过程主要产生在第2双支撑阶段［4，8］。从力学原理上可知，人体重心速度的变化量在一定程度上可以体现动量传递的效果［4］。图4显示，在第2双支撑阶段，人体重心速度的变化量的均值为－0.81m／s，李艳凤为－0.61 m／s，国外优秀运动员平均水平为－0.98m／s，谭建为－0.85m／s，并且李艳凤的重心速度下降量明显低于国外优秀运动员平均水平。由此认为，国外优秀运动员在第2双支撑阶段，“人－饼”系统的动量传递程度要优于我国运动员，特别是李艳凤。这也体现了国外优秀运动员在这个阶段中较大的饼速增量与人体重心速度较大的下降幅度有一定程度的关联。传统观点认为，在最后用力阶段，国外优秀运动员饼速增加较大是由于她们较强的身体素质，特别是爆发力。在本研究中显示，在第2单支撑阶段为第2双支撑阶段动作的准备以及在第2双支撑阶段中人体动量的转移程度也是她们在此阶段中较高饼速增量的两个因素，这对于指导我国女子铁饼运动员的技术具有实际的意义。

图4 本研究国内、外优秀女子铁饼运动员各阶段人体重心速度增量比较示意图Figure 4. Increment of Whole Body Center of Gravity Velocity of Discus Throwing Technique Phases between Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas

第2双支撑阶段人体重心速度的下降量与之前阶段中人体重心的加速有关，在进入此阶段前具有较高的人体重心速度，有利于增加人体至铁饼的能量传递量。人体重心的加速主要是在第1双支撑与单支撑阶段［8］。图4显示，我国2名优秀运动员在第1单支撑阶段中人体重心速度的增加量明显小于国外平均水平，其中，李艳凤为1.25 m／s，国外平均水平为1.82m／s，谭建为0.90m／s。这显示，国外优秀运动员在第1单支撑阶段中人体重心较大程度的加速，使其在进入最后用力阶段时具备相对较高的人体重心速度，这促进其人体重心速度在最后用力阶段中较大程度的下降。Yu等（2002）［14］对优秀女子铁饼运动员掷铁饼动作中地面反作用力与运动成绩的关系的研究认为，在第1单支撑阶段中，人体受到的向前地面反作用力，通过提高“人－饼”系统的速度以及提供腾空阶段必须的垂直速度，提高运动成绩。从这个角度考虑，我国运动员应该适当加强第2单支撑技术的训练。

3.5 国内、外优秀女子铁饼运动员铁饼移动距离比较

表4显示，在第1双支撑阶段，我国2名优秀运动员铁饼的移动距离（李艳凤2.23m；谭建2.24m）明显高于国外的平均水平（1.72m）。这显示，我国运动员具有较长的铁饼移动距离。第1双支撑是获得铁饼速度的另一个重要阶段，大约25%的铁饼速度是在这个阶段中获得［7］。从力学理论上看，铁饼移动距离长有利于人体对铁饼做更多的功，使铁饼速度增加的幅度更大。在这些方面上，我国2名运动员优于国外优秀运动员。

表4显示，李艳凤与谭建在腾空阶段中，铁饼的移动距离分别为0.96m与0.88m，明显高于国外优秀运动员平均水平（0.60m）。这显示，我国运动员在腾空阶段具有大幅度摆饼的特点。以往的研究［2，5］中也发现，我国优秀运动员在腾空阶段铁饼移动的距离较大。在此阶段中，运动员大幅度的摆饼有利于在过渡阶段形成大幅度最后用力条件［5］。

表4 本研究国内、外优秀女子铁饼运动员铁饼移动距离一览表Table 4 Distance of Discus Displacement in Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas （m）

在第2双支撑阶段中谭建的铁饼速度增加量最低，而且显著性低于国外平均水平。表4显示，谭建在此阶段铁饼移动距离也是最低（2.67m），与国外平均水平（3.00 m）具有明显的差异。铁饼移动的距离越长，越有利于人体在铁饼上做更多的功，从而能够较大幅度地提高饼速。谭建在第2双支撑阶段较低的铁饼移动距离在一定程度上影响了该阶段铁饼速度的增加量。

3.6 国内、外优秀女子铁饼运动员的人体重心移动距离比较

在第1单支撑阶段，国外优秀运动员的人体重心速度增加量明显高于我国的2名优秀运动员。表5显示，国外优秀运动员在第1单支撑阶段中人体重心移动距离均值为0.63m，明显高于李艳凤（0.55m）与谭建（0.49m）。这提示，国外优秀运动员通过增加人体重心的移动距离，增加对人体重心的做功，提高人体重心速度的增加量。此外，旋转式投铁饼技术中铁饼的运动包括了其随人体的平动与转动。这显示出，国外运动员在第1单支撑时比较强调“人－饼”系统的平动。有研究表明，在第1单支撑阶段作用于左脚上的地面反作用力向前分量与运动成绩有较大的关联。

表5显示，我国2名优秀运动员在第2单支撑阶段中人体重心的移动距离（李艳凤0.25m；谭建0.35m）明显小于国外优秀运动员平均水平（0.45m）。在第2单支撑阶段，国外优秀运动员倾向于在右脚着地时身体前倾，适度的侧移，使左脚落于右脚的后方，为最后用力动作形成一个稳固的支撑。然而，我国运动员着重快速、稳健地过渡，身体重心移动较少。

表5 本研究国内、外优秀女子铁饼运动员人体重心移动距离一览表Table 5 Distance of Whole Body Center of Gravity Displacement in Domestic Women Elite Discus Thrower and Overseas （m）

在第2双支撑阶段中，谭建的铁饼移动距离较短，在一定程度上导致其在该阶段较低的铁饼速度增加量。然而，铁饼的移动距离由铁饼随人体的平动与转动的距离所决定。表5显示，谭建在该阶段的人体重心移动距离最低（0.28m），明显小于国外优秀运动员的平均水平（0.37 m）与李艳凤（0.42m）。这说明，谭建在此阶段中，铁饼移动距离较低，在一定程度上是由于人体重心移动距离较低所引起的，这限制了铁饼随人体平动的距离。

表5显示，在掷铁饼过程中，李艳凤与谭建人体重心的移动距离为1.85m和1.75m，均明显小于国外优秀运动员的平均水平（2.02m），并且差异主要体现在两个单支撑阶段，这显示出我国与国外优秀运动员不同的技术风格。在单支撑阶段中，人体只有一个支撑点，姿态稳定性是比较差的，这时，较少的身体重心的移动，容易控制人体的稳定性，有利于技术的顺利完成。然而，从另一个角度思考，这时人体受到外在的约束减少了，姿态的灵活性提高了，这样可以通过利用更多的肢体环节及更广范围上的运动来提高技术效果。我国2名优秀运动员的技术比较稳健，在单支撑阶段躯干等肢体的动作较少，控制了人体重心的移动距离，稳定的发挥自身的技术。然而，国外优秀运动员在单支撑阶段利用了更多的肢体环节以及更大范围的运动，尽可能获得最大的技术效果。

4 结论

1.我国2名优秀女子运动员在出手速度上不存在劣势，然而，在出手速度、出手角度与出手高度三者组合的优化程度上不如国外优秀运动员。建议在今后的训练中，对我国优秀运动员出手参数的个性化关系进行诊断，然后据此在训练中对其进行监控。

2.李艳凤显示出第1单支撑阶段时间较短的特点，有利于技术阶段间高效衔接，然而，在第2单支撑阶段时间较短，影响最后用力动作有利条件的形成。谭建在第2双支撑阶段的时间明显较短，这对此阶段中出手高度与角度等关键指标有一定程度的影响。

3.我国2名运动员在第2单支撑阶段铁饼增速较多，显示出提前发力的迹象，不利于较高出手速度的获得；在第2双支撑阶段铁饼增速较少，同样对出手速度也会产生负面的影响。

4.我国2名运动员在最后第2双支撑阶段人体重心速度降幅较少，这在一定程度上反映了我国运动员在这个阶段中“人－饼”系统的能量传递较少，从而在一定程度上导致了她们较低的铁饼速度增量；在第1双支撑阶段人体重心增量较少，这对第2双支撑阶段人体重心速度的下降量有一定程度的影响。

5.我国2名运动员在第1双支撑与腾空阶段中铁饼移动距离较长，体现了我国运动员铁饼摆幅较大，有利于铁饼出手速度的增加。谭建在第2双支撑阶段铁饼的移动距离偏低，这在一定程度上影响了其此阶段中铁饼速度的增加。

6.旋转式掷铁饼技术中铁饼的运动包括了其随人体的转动与平动，人体重心位移的变化反映了人体的平动情况。国外优秀运动员在掷铁饼动作中人体的平动范围较大，特别是在两个双支撑阶段，这有利于提高第1单支撑阶段的人体重心速度的增加，也有利于在第2双支撑阶段为最用力动作做好充分的准备。谭建在最后用力阶段较短的铁饼移动距离受到了此时较短的人体重心移动距离的影响。

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