运动生物力学在体育教学与运动训练中的应用

李强

[摘要]本研究从运动学、动力学等方面对运动生物力学测试方法在体育教学与运动训练中的应用进行阐述，旨在说明此方法在教学及训练中的重要性，以期为体育教师和教练员在教学与训练中提供有价值的参考。

[关键词]测试方法 运动学 动力学 应用

[中图分类号]G804.6 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）02-0143-02

运动生物力学是研究人类从事体育运动技术力学规律的一门学科。它应用力学、数学、解剖学、生理学以及体育运动技术理论来研究各项运动技术的特点和规律，是广大体育教师、教练员、运动员必须掌握的一门基础理论科学。

一、运动生物力学的研究内容

（一）基础理论研究

通过基础理论研究，总结运动生物力学中带普遍性、规律性的理论，包括运动生物力学的定理、公理等。

（二）人体运动器官力学特性的研究

更好地揭示和掌握人体运动器官的力学特性，更科学有效地进行各项运动技术的生物力学研究以及为防止运动创伤等提供理论依据。

（三）各项运动技术的生物力学研究

揭示运动技术实质，验证动作技术的科学性、先进性和合理性。为探索和创新动作，为最优化的训练方案、最有效的训练手段，包括选才和预测运动成绩提供理论依据。

（四）研究运动器械的力学特性

对跑道、运动装备、投掷器械的力学特性的研究特别是随着材料科学技术的发展，改进和研制各种新型器械和装备，直接为提高运动技术服务。

（五）运动生物力学研究方法和测试手段的研究

科学技术的飞速发展，尤其是电子技术的日新月异，不断为运动生物力学研究提供新技术、新手段，固而必须重视方法学的研究。各项体育运动成绩不断提高，运动技术的不断更新，为运动生物力学的研究和发展开辟了广阔的前景，运动生物力学的发展又促进了各项体育运动攀登新的高峰。

二、生物力学测试方法在体育教学中的应用

体育教学涉及了田径、球类、体育舞蹈等多种项目，以田径为例进行阐述。例如跑步时腿向后下方用力蹬地，腿部的肌肉力量作用在地面上，地面同时给人体以反作用力，这个力对身体来说就是外力，正是这种外力推动身体向前运动；我们在体育教学中运用高速摄像机等设备对学生的运动技术动作（跑、跳、投等）进行现场拍摄，并运用专门的生物力学软件对其进行生物力学分析，就会了解哪些动作是正确的，是符合力学原理的，哪些动作是错误的，是违背力学原理的。

人体的运动必须符合力学规律，但又不能千篇一律地去套用力学公式，人体具有物所具有的属性但又不同于物体，人体是有生命运动的有机体，人与人之间存在生理上和心理上的个体差异，因而必须根据人体的生物学特征具体分析研究，这些就是运动生物力学所要研究和解决的问题。

体育教师运用运动生物力学知识对运动技术进行生物力学分析，能加深对教材的理解，在教学中结合力学知识来讲解动作要领能收到事半功倍的教学效果。特别是给大学、中学的学生上体育课，他们具有一定的物理力学知识，既能帮助学生加深对田径技术要领的理解和掌握，又能丰富和巩固学生的力学知识。

三、生物力学测试方法在运动训练中的应用

过去长期的运动训练工作中，教练员们运用视觉手段和凭经验的传统训练方法，这种训练方法对教授运动技术和提高运动成绩是非常宝贵的、不可缺少的。但在现今各项运动技术水平趋于极限，又非极限的高水平情况下，传统的训练方法有很大的局限性，已不能适应运动技术的发展和技术水平的提高，如果在训练工作中借助于迅速发展起来的现代科学技术，运用先进的测试、分析手段取得科学的理论依据，对指导运动训练和提高运动成绩是非常重要的。

（一）静力学分析

静力学分析，是研究人体在静止状态下，身体平衡的条件、肌肉工作的条件，身体受哪些外力和力系之间的关系等。人体处于静止状态下在力学上必须符合两个条件，即合外力等于零合外力矩等于零。例如对起跑动作应用静力学知识进行分析研究，起跑动作是人体由静止状态转变为运动状态的准备动作，这个准备动作能帮助人体迅速实现运动状态的转变，特别是在短距离项目的比赛中起跑动作占有很重要的位置。

（二）运动学分析

运动技术的运动学分析就是研究运动员的身体或各环节的运动状态的变化，利用各种测试方法测出运动员身体或各环节的速度、加速度、角速度、角加速度等各种运动学参数，并研究它们的规律。

例如在田径运动中，除了起跑动作（站立式起跑、蹲踞式起跑）以外，所有的项目进行运动生物力学分析时，都要运用运动学方面的原理，分析运动员身体和投掷器械的运动特征、运动状态的改变以及它们的内在规律等。

如径赛中的60米、100米、100米栏、110米栏，运动员的身体是做直线的位移运动，200米以上项目运动员的身体除了做直线（直道）运动外，还要做曲线（弯道）运动。田赛中的跳远、三级跳远项目，运动员身体要腾越一定的远度，即做斜抛运动，为了腾越得越高越远，起跳前运动员必须助跑，助跑时身体做直线运动，个别项目如背越式跳高，运动员做曲线运动。投掷项目是为了把投掷器械投得更远，推铅球、投标枪助跑时身体主要做直线运动，投铁饼和链球时身体主要做旋转及水平直线移动的复合运动。投掷器械都做斜抛运动。由于器械形状的不同，飞行的轨迹也各异，铅球和链球飞行轨迹的曲率半径较大、铁饼和标枪飞行轨迹的曲率半径较小，趋于平直。

除了研究田径项目运动形式特征外，还要研究运动员身体和投掷器械运动状态变化的特点。可以利用高速摄影、录像等方法，测出运动员身体和投掷器械的速度、加速度，身体转动时的角速度、角加速度、线速度、重心速度等。根据人体形态的解剖特点，在任何田径运动项目中臂、手、腿、脚相对于身体的运动都是转动，相对于地面的运动都是曲线运动。

对任何一个运动项目，只要运动状态发生改变，就能测出或计算出它的速度和加速度，每一项运动过程中速度、加速度的改变必须符合力学的客观规律。因而我们可以根据力学原理分析哪些技术是正确的，是科学的，哪些技术是错误的，是违背科学道理的。也可以用国内外优秀运动员的速度、加速度等数据对比，在对比中发现运动员技术上的优缺点，找出提高运动成绩的途径。

（三）动力学分析

运动中的动力学分析，是研究运动员运动状态改变的原因，测出各种力的大小、方向及变化情况，并研究它们的规律。

根据力学理论，任何物体产生运动或运动速度发生变化，都是在力的作用下实现的。如铅球、铁饼等投掷器械在空中飞行，是运动员的力量作用在投掷器械上的缘故。运动员的身体由静止到运动，运动速度发生改变，都是力量作用的结果。如运动员跑步时，腿的力量向后下方蹬出，地面同时产生一个向前上方的力，推动身体向前运动。

在田径技术的动力学分析中只测出力量的大小是不够的，还必须测出或计算出用力的方向和随时间变化的情况。只有测出用力的大小、方向，时间和变化情况才能分析出运动技术的优缺点。如跳高运动员的跳高技术，就必须测出或计算出踏跳力量的大小、踏跳角度的大小、踏跳腿用力的时间及踏跳力量的变化情况等。推动身体运动的力在许多情况下不是一个力作用的结果，而是两个或两个以上的力作用的结果。如运动员跑步时，既有地面弹力的作用，又有地面摩擦力的作用，它们对身体作用的大小和方向都是不同的。如何才能更有效地发挥地面弹力和地面摩擦力的作用，这就是动力学分析的内容。

国外许多科学技术先进的国家同时又是体育发达的国家，就是因为他们把各项科学技术成果及时应用于体育领域。当今奥运会等世界大赛的金牌之争也是科学技术之争，是科学家之争。当然在运动场上科学技术代替不了运动员的拼搏，但事实已充分证明科学技术与现代体育运动技术有着不可分割的关系。

四、小结

在体育教学和运动训练中，经常需要应用运动生物力学的理论知识和它的分析方法，如应用生物力学知识讲解运动技术要领，绘制运动技术力学分析图和力学模型教具等，对运动技术进行生物力学分析以及运动技术最优化的研究，对新技术的科学论证、设计和建立运动技术的数学模型等。在科学迅猛发展的今天，体育教师与教练员只有掌握有关的科学知识，运用科学的训练方法，才能使学生更快更好地掌握技术动作，运动员才能更好地提高运动技术水平。

【参考文献】

[1]王新.运动生物力学方法在运动分析中的应用[J].沈阳体育学院学报，2004（01）.

[2]刘霞，曾志坚.运动生物力学在体育教学中的应用[J].湖南工业职业技术学院学报，2007（02）.

[3]谢莉.浅析体育教学与训练中运动生物力学的地位和作用[J].承德职业学院学报，2007（02）.

责任编辑：张丽