福建省运动生物力学学科发展研究报告*

黎明职业大学科协



福建省运动生物力学学科发展研究报告*

黎明职业大学科协

［摘要］本文阐述了运动生物力学学科内涵、发展历程及国内外研究热点，重点分析了运动生物力学的应用和发展趋势，提出了福建省运动生物力学学科面临的挑战、机遇、发展的目标、思路、任务、关键技术和战略对策。

［关键词］运动生物力学 学科发展 运动装备 福建省

1　概述

1.1运动生物力学学科内涵

运动生物力学是一门集力学、生物学及运动学等多学科为一体的边缘性学科，由于它的发展历史不长，其理论体系到近代才初步产生，而我国对运动生物力学的研究时间更短。目前比较通用的定义是：运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学，在我国也叫“人体运动力学”。

运动生物力学包含运动、生物和力学三个部分，其实质是力学。因此，要求将力学的研究方法和手段应用到生物体的运动中，才能准确描述生物体运动的力学特点。运动生物力学是通过测量力学参数来表现人体运动的力学本质，物理学测量技术是生物力学测量方法学的基础。

早期运动生物力学是以竞技运动和体育教学为应用对象，动作分析是其主要研究范围，并且一开始是以动物行为及动物步态分析，然后发展为人类的步态分析及简单的单一动作分析和复杂的全身动作分析，最后发展成为完整的运动技术分析，通过动作分析提高竞技运动成绩和减少运动伤害并能提供更有效率的体育教学。在探索动作优劣的内在原因过程中，运动生物力学开始进一步探索人体骨骼肌肉系统运作方式，结合康复、骨科等运动相关医学，探索人体内部的生物力学原理对运动造成的影响。随着科技的不断进步，一些科技产品如运动器材和装备也越来越多地应用于运动训练和竞技比赛上，影响原本的动作形态和竞技成绩，运动生物力学也逐步由动作分析、骨骼肌肉系统研究发展到与运动相关的器材和装备的研究。

1.2运动生物力学学科发展历程

在赵焕斌、李建设主编的《运动生物力学》教材和王清的《运动生物力学学科发展》（2006—2007体育科学学科发展报告），对运动生物力学学科发展概况进行了相关论述，大致可以总结出如下几点：

1.2.1萌芽阶段

15世纪末，意大利著名科学家列奥纳多·达·芬奇（Leonardo Da Vinci）在人体解剖的基础上，结合人体的各种姿态及运动，得出了人体运动符合力学的定律，标志着运动生物力萌芽阶段的形成。

1.2.2初级阶段

到了20世纪，随着体育学及医学的飞速发展，很多运动过程中的力学问题日益突出，而各类电子设备、精密测试仪器等工具的发明为解决这些难题创造了前提条件。传统学科中的力学、物理学、解剖学的研究方法在人体运动有着广泛的应用，这样一来使得运动生物力学这门边缘学科应运而生。

1.2.3发展阶段

1967年在苏黎世召开的第一届国际生物力学会议，标志着运动生物力学进入了全新的阶段。国际生物力学学会（International Society of Biomechanics， 简称ISB）是第一个与生物力学相关的国际学会，其涵盖的领域非常广泛，如运动力学、医学工程、生物流体力学及人因工程等。1973年8月，在美国宾夕法尼亚大学召开的第四届国际生物力学会议上，运动生物力学从生物力学中划分出来，成立了国际运动生物力学学会，这标志着运动生物力学正式成为一门独立的学科。国际运动生物力学学会（International Society of Biomechanics in Sports，简称ISBS），是另一个与生物力学相关的国际学会，其涵盖领域较专注于运动相关的生物力学，如运动技术分析、运动器材及装备科技、运动训练及运动伤害等。1982年6月20日，第一次国际运动生物力学会议在美国加利福尼亚召开，此后，全世界的运动生物力学进入到一个蓬勃发展的阶段，取得了很多具有应用价值的成果。

我国的运动生物力学发展阶段主要有两大标志：一是我国的运动生物力学学会于1980年成立，是中国体育科学学会的分会；二是我国于2005年在北京成功举办了第23届国际运动生物力学会议。

1.3我国运动生物力学学科教育概况

我国的运动生物力学学科教育是随着中国体育运动的发展和运动技术水平的提高而诞生和发展起来的，据有关文献，我国运动生物力学学科教育主要分为以下五个阶段：

（1）1949年解放前（空白阶段）。体育科学十分落后，全国没有一所专门的体育学院，只有几所大学设有体育系，其中只有个别体育系开设了人体机动学。

（2）1949年到1959年（起步的10年）。1958年，政府派出体育考察团考察前苏联体育学科教育，从前苏联带回顿斯科伊编著的《运动生物力学》一书，并根据此书的内容和参考美国、日本等国家的有关资料，逐步建立了我国运动生物力学学科。

（3）1960年到1980年（初步发展的20年）。这20年是我国运动生物力学学科教育的创建和初步发展阶段，由于缺乏专业人才、资料和仪器设备，学科教育的发展非常缓慢。到1980年，全国从事运动生物力学教学和科研人员只有30多人，少数几个体育院校把运动生物力学课程列入讲座或选修课程，教学质量差，效果不好。但是研究工作引起了教练员、运动员的兴趣，推动了学科教育的发展。

（4）1980年到2000年（全新发展的20年）。1980年，中国体育科学学会成立，下设5个分科学会，其中之一就有运动生物力学学会，学会的建立标志着学科的发展进入全新的发展时期。从1980年开始，国家体委和国家教委把运动生物力学课程确定为体育学院和体育系学生的必修科目。到1982年，培养了运动生物力学研究生、本科生毕业生40多人，有7个单位招收硕士研究生，并且具备一定数量的仪器设备，满足教学科研的要求。1985年，中国运动生物力学学会加入国际运动生物力学学会组织，参与国际学术交流。2000年，国家体委把运动生物力学、运动心理学列入重点发展学科，使我国运动生物力学向着广度、深度发展。

（5）2001年到2015年（高速发展的15年）。这一时期的运动生物力学发展得益于高敏度传感器和计算机信息采集、分析技术的发展，运动生物力学测量仪器和分析方法得到高速发展，推动了应用研究领域的不断扩展和深入。这一时期，运动生物力学突破了传统的体育教学学科，研究对象由传统的竞技体育教育普及到大众体育健康教育，研究人员也由传统的体育科技工作者普及到体育用品研发人员。而我国于2005年在北京成功举办了第23届国际运动生物力学会议，标志着我国运动生物力学学科教育完全融入到世界行列。

2　国内外运动生物力学的研究

运动生物力学研究从研究形式上看，可分为理论研究和实验测试研究两大类。

2.1运动生物力学的理论研究

学科的发展离不开理论研究，运动生物力学理论研究着眼于对人体运动机理和运动规律的探索，国内外运动生物力学理论研究主要包括以下几个方面：

2.1.1力学模型研究

力学模型主要是用于研究人体内部的运动器系和表现于外部的人体整体机械运动特征。为了便于开展研究，力学模型法的关键是建立人体运动模型。人体运动模型的建立方法大体有两种：第一种方法是人体系统仿真法，其代表人物是南非的力学专家Haze；第二种方法是运用多刚体系统动力学理论建立力学模型，代表人物是美国力学专家Kane。模型的建构是指采用数学力学分析所研究问题的模型建构，建构模型要求具备代表性、简单性和实效性三大特点，模型按其功能可分为描述性模型、解释性模型和预测性模型。

2.1.2数理统计研究

数理统计是与力学模型同时并存的一种理论研究方法，它是运用现代数学，对运动过程中的一些关键参数用数理统计的方法进行统计与分析，或采用模糊数学的方法进行多因子综合评估。这种方法是将人体运动视为非确定性问题，并且实验测试无法对运动的力学性和生物性两者同时兼顾。

2.1.3能量转换研究

人在运动过程中，人体内部提供的化学能保证人体进行各种有氧和无氧运动，其中一部分能量转换为热能，另一部分能量转换为运动所需的机械功（包括有效功和无效功）。人体运动的过程从能量角度来看，就是能量转换的过程。因此，可以从运动有效功与耗散总能量的比值判断运动的有效性。

2.1.4系统结构分析研究

伯恩斯坦基于神经控制论创立人体动作的系统结构分析，人体动作系和运动行为结构以及运动感觉反馈修正的理论已成为运动控制和运动协调研究的理论基础。

2.1.5神经网络研究

神经网络是一种模拟人脑工作的信息处理技术，是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。单个神经元的结构极其简单而且功能有限，但是由大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是非常丰富多彩的。神经网络的理论研究内容相当广泛，反映了多学科交叉技术领域的特点。

2.2运动生物力学的实验测试研究

实验测试是运动生物力学学科研究的重要组成部分，德国著名学者鲍曼认为，“运动生物力学研究以力学参数测量为基础，这些参数应能表征人体运动状态和特征。”根据测量参数的自然属性可将运动生物力学实验测试分为：人体惯性参数测试（生物学测试）、动力学参数测试和运动学参数测试。

2.2.1人体惯性参数测试

人体惯性参数测试是指对人体形态参数和质量分布参数的测定，具体包括人体各部分的质量、质心所处的位置以及各分体绕3个轴的转动惯量（人体的惯性张量），还涉及到人体骨骼的弹性模量、肌肉黏弹性系数、血液流变学参数等，因此它属于生物学测量的范畴，生物学测量又包括人体形态学测试、人体重心学测试和肌电测试等。

2.2.2动力学参数测试

动力学参数测试分为人体内力和外力测试两大类。随着电子技术和传感技术的进步，动力学参数实验测试方法得到极大的发展。人体内力测试主要是通过各种肌力测量系统测试人体肌肉收缩的力量，人体外力测试主要是通过测力平台和各种专用传感器实现。

2.2.3运动学参数测试

运动学参数测试（即人体运动参数测试）是运动生物力学实验测试的核心部分，主要是通过图数转换测试系统来完成参数测试。运动学参数来自人体运动研究的实际需要，而现代科学的发展又为该测试法提供了众多便利条件。

2.3运动生物力学的应用

研究运动生物力学的主要作用是提高人（运动员或运动障碍者）的运动成效，要实现这个目的，通常通过两种方式，一是通过人本身的运动技术分析与诊断的方式，优化运动技术，提高运动成效；二是借助物（测试仪器或运动装备）的性能来提高人（运动员或运动障碍者）的运动成效，这两种方式也构成运动生物力学的主要应用，具体来讲包括以下三个方面：

2.3.1运动技术分析与诊断系统

运动技术分析与诊断是以运动员人体运动为研究对象，以提高运动员的运动技术训练水平为目标，运用运动学理论基础和实验测试手段，进行分析和推断运动员运动技术的合理性，实现运动技术的最佳化。

运动员运动技术分析与诊断是运动生物力学重要的应用研究领域，运动技术分析诊断与运动员训练过程紧密相连，通常是由教练完成最原始的技术分析与诊断，其发展经历了3个阶段，分别是：（1）初期（19世纪初叶至20世纪70年代）：运动技术观察仪器和工具的研制。（2）中期（20世纪70年代至20世纪末期）：运动技术分析方法和分析仪器的发展。（3）现阶段（20世纪末至今）：运动技术分析与综合决策方法探讨。

运动技术分析与诊断过程是一个综合的科学研究过程，研究人员首先要熟悉项目特点、运用测量手段、掌握力学原理的前提下才能够进行运动技术分析，并且发现运动技术当中存在的问题，找到影响运动成绩的“症结”所在，并根据“症结”分析出诊断报告，这个过程构成运动技术分析与诊断的基本模式，如图1所示。运动技术分析与诊断的目的，就是根据诊断报告，实事求是、因人而异地制订科学的技术训练方案，促进运动员动作技术的改进与提高，同时，也可以揭示运动技术的生物力学原理，为建立具体的专项技术诊断系统提供基础素材。

图1　运动技术分析与诊断的基本模式

运动技术分析与诊断模式实质是一个作用于运动员的反馈控制系统，主要由两个部分构成：一是设备，即各种运动技术信息采集设备，包括各种类型的传感器、换能器、组合型的测量仪器、分析仪器、计算机等工具类硬件；二是人，包括运动技术信息采集者和设计、实现分析及诊断的研究者。如何提高运动急速分析与诊断系统的稳定性、处理和反馈速度等，将成为当前和今后一个时期运动技术分析及诊断方法学研究的主流。

运动技术分析与诊断系统，主要包括运动学信息采集、分析和诊断三个方面。

（1）运动学信息采集

运动学信息采集常采用的是反射性光信号技术，这类研究手段也称之为运动学方法，主要以摄影、摄像、光电反射（激光、红外光）设备为主。

运动学测试主要以影像拍摄与解析技术的发展为主要内容，运动学信息采集主要是通过人体运动图像获得运动信息，采用影像拍摄技术将实际的运动完整地用图像记录下来，需要的仪器主要有高速摄像机和确定几何量度比例的器材。

目前，应用于运动现场的实时高速摄像系统主要有两大类型：一是存储卡暂存式，常见的有美国Fastec公司高速摄像仪Troubleshooter和美国DRS公司的CN-001摄像机等。二是计算机内存—转存硬盘式。两类相比，存储卡暂存式的最大优点是轻便， 缺点是一次运动图像记录后，需要较长时间才能将图像存储卡腾空；计算机内存—转存硬盘式存储速度快，缺点是系统庞大，并且需要大容量电源支持。

（2）运动学信息分析

运动学信息分析主要是进行图像量化和数据处理分析，传统的运动学数据处理和分析方式的最大缺点是工作量大、速度慢和实效性差。有关这方面的软、硬件系统已相对完善，国外已开发出较成熟的产品， 如美国的APAS系统和PEAK系统、德国的Simi系统、瑞士的Dart Trainer系统、瑞典的TEAM系统等。这些系统几乎占领了体育、康复、医疗等研究和应用领域的全球市场。由于国内在此方面的基础研究、产品研发等相对落后， 因而国内主要的体育科研单位都是直接购买和使用上述国外系统。

人体运动学是研究人体或器械在空间的位置随时间变化的规律性，在运动学层面上，基本参数可确定动作技术的空间特征、时间特征和时空特征，即运动学特征。点在空间的位置和运动轨迹可反映空间特征，运动的开始和结束时刻、运动的持续时间、运动的频率、动作的节律等可反映时间特征；（角）速度、（角）加速度等可反映时空特征。在此基础上，可计算出动量、角动量、动能等派生参数。上述运动学参数的获取是进行运动技术诊断的基础工作。

目前，有关人体运动视频处理技术的研究已成为图像处理学科研究领域的新热点。

（3）运动学信息诊断

人体运动学是研究人体或器械在空间的位置随时间变化的规律，在运动学层面上，可以确定动作技术的空间特征、时间特征和时空特征即运动学特征。运动学诊断就是对人体运动的外部表现及运动学信息的采集（观察、记录）、信息的分析、评定（诊断）并给出改进建议的过程。通过解析软件对运动影像解析，根据选定的人体运动模型，获取每一时刻所对应的每一幅运动图像中所有关节特征点的二维坐标，通过一定的算法，由空间点在两幅图像中的二维像坐标得到空间点的三维坐标。通过解析软件解析后的原始数据，采用一定的方法进行数据平滑处理，可进一步计算各运动学指标的来源数据。

运动技术诊断常见的诊断方法有：①数学模型法。通过大样本研究和数据采集，采用适宜的统计学方法，考察影响因素对效果因素的促进、制约和依存关系，建立对应的数学模型。基于推理和演绎提出技术评价和诊断意见。②专家系统法。该方法立足于定量测量，定量和定性分析相结合的决策模式，是近年来发展最为迅速的技术分析方法。比如，比利时学者波森建立了游泳运动员的专家诊断系统，詹姆斯建立了跳远运动员的专家诊断系统。该方法是在优秀运动员的技术资料有一定的积累基础上进行的，主要是由仪器完成技术评定和诊断决策，属智能工程范畴。专家系统必须在获取研究项目大量数据信息基础上，建立各种运动项目的知识库。

2.3.2动力学测量与分析系统

运动生物力学中的动力学测量与分析是以动力学理论和测量方法为基础，主要是用来描述和研究生物体尤其是人体的运动。

动力学测量与分析系统主要由三维测力平台系统、足底压力分布测量系统和肌力测量系统构成。

（1）三维测力平台系统

一般由压电式感器和面板组成，测量时，首先力被转换为电信号，然后根据定量标定和“电—力”计算公式，输出为量化的力学指标。这种仪器具有精确度高，数据可靠，能测量前后、左右及垂直方向上的三维受力的优点。由于具有一定的电延迟性，因此不能进行动态、实时测量和评价，更不能精确测量足底压力分布。

目前，三维测力平台应用最广泛的是压电晶体与应力—应变（电阻式）式，代表性产品有瑞士Kislter和美国AMTI，其各自的性能特点及局限性取决于力传感器的技术特性。所有三维测力台基本动力学测量指标基本一致，主要包括X、Y、Z 三个方向的力和力矩以及力作用的时间；而派生指标则取决于软件功能，主要有冲量、动量变化、力（矩） 变化梯度平均力（矩）、功率和压力中心等。

（2）足底压力分布测量系统

足底压力是足底和支撑面之间的一对作用力与反作用力，足底压力分布是指足底压力的二维空间分布，它包含步行时的动力学（垂直支撑力）和运动学（位置、角度、步速、步长、步宽、步频和足底各区域触地时序）信息。目前，足底压力测量技术主要应用于步态分析、临床足疾诊疗、运动鞋设计三个研究领域。足底压力测量技术原理主要有两种：一种是“力—电”转换原理，另一种是“力—光”转换原理。目前，常用的测量及评价足底压力及压力分布生物仪器是测力台、测力平板及测力鞋垫系统，其中平板式和平台式两种足部压力测试仪器常用来准确测量“足—地”和“鞋—地”间面的受力；测力鞋垫通过采用将传感器安置在鞋垫中，由于鞋垫与足底贴服，因此测力鞋垫可以测定在“足—鞋”界面间压力的连续参数。

（3）肌力测量系统

肌肉力量是指人体神经肌肉系统工作时克服或对抗阻力的能力，是人体完成各种动作的动力来源。力量测量与训练在竞技体育运动中非常重要，它是决定运动成绩的体能要素之一，是正确掌握运动技术和提高运动成绩的基础。

国外学者Martin等人根据肌肉力量的收缩形式，将力量划分为最大力量、快速力量、反应力量和力量耐力四种。在实验室条件下，采用各种类型的测力计和先进的多功能肌力测量系统对关节肌群在静止状态进行定量测量。

①简单测力计：只能测量关节肌肉静力性力量，不能测量关节运动时的动力性力量，由于这类测力计不连接电脑，只能通过自带的显示屏直接读出所测力量的数值，不能记录力量时间曲线（F-t），一般用于测量在静力条件下的最大力量和力量耐力，常见仪器如握力计、背力计、腿力计等。

②多功能肌力测量系统：同电脑连接，能够记录力量时间曲线，由信息采集、信息传输和信息处理三个部分构成。常用的有T.K.K测力仪、A.K.M上肢肌力测量系统、B.K.M下肢肌力测量系统和等速肌力测量系统。

到目前为止，等速测量系统都是欧美国家生产，常见的有美国的Cybex系统，瑞士的 Con-TREX系统、德国的Isomed系统等，价格都非常昂贵。在我国也只是少数单位购买了等速肌力测试仪器，因而难以广泛普及应用。

目前，动力学测量与分析系统在肌肉力学特性及机理方面研究没有获得突破，但测量仪器和分析方法却得到高速发展，使得应用研究领域不断扩大和深入，未来动力学测量与分析系统将会在步态分析和运动员肌肉力量诊断方面有更大的突破和进展。

①步态分析。步态是人类步行的行为特征，任何环节的失调都可能影响步态，所以，步态分析适用范围非常广，在人体运动系统和神经系统的疾病诊断分析、运动装备及仪器的设计与使用效果评估、骨关节假体与义肢设计、步行障碍病人的行走功能重建等方面均有重要意义，已成为临床医学和运动装备及仪器研究中不可缺少的手段之一。而足底压力测量技术是人体步态分析的重要组成部分，步态分析将成为动力学测量研究的最重要领域。

图2　功能性运动装备产品研发过程

②肌肉力量诊断。在竞技体育运动中，肌肉力量是决定运动成绩的体能要素之一，是正确掌握运动技术和提高运动成绩的重要基础。因此，基于肌肉力量测量技术的肌肉力量诊断对运动员来讲就非常重要，未来肌肉力量诊断技术将在肌肉力量结果与运动员成绩紧密结合方面发挥重要的作用。

2.3.3功能性运动装备产品的研发

现代功能性运动装备从以前的简单保护人体到远离恶劣环境伤害，再发展到如今防护运动伤害、促进恢复疲劳、增强训练效果、提高运动成绩的高科技产品，已经受到越来越多的运动员、教练员和体育爱好者的青睐。功能性运动装备每一次技术进步都离不开运动生物力学的研究，功能性运动装备产品的结构设计和技术创新都必须遵循人体运动的生物力学原理。

功能性运动装备产品研发实质是对运动损伤机理与产品防护机理的优化过程，包括三个过程（见图2）。首先，建立专项运动的人体防护模型及相关评价参数，通过结合人体肌肉对关节的防护特点，对运动生物力学中的人体损伤机理进行剖析，建立运动基础防护模型，结合专项运动要求，对基础防护模型进行修正，得到专项运动的人体防护模型参数；然后，对产品结构性能和材料性能（包括材料组合工艺性能）进行各种人体动态测量实验，通过具体的实验数据对防护性能参数进行修正，得到产品防护性能参数；最后，对专项运动的人体模型参数和产品防护性能参数进行优化，选择对人体防护效果最优的产品结构及材料，完成功能性运动装备产品的研发，并对其进行防护性能评价，优化设计。

如何构建一套完整的包含生物力学、运动损伤理论知识、动态捕捉、运动装备产品材料测试以及功能性运动产品研发体系，是未来运动生物力学应用研究的重点领域。

3　运动生物力学发展趋势

3.1运动生物力学理论研究的发展趋势

从学科属性上看，运动生物力学是生物力学的分支，属于生物物理学，在理论上主要是研究人体运动的生物力学规律的科学。从理论研究内容是上看，主要有两大类内容：第一类研究人体内部运动器系运动与外部人体整体运动的力学特征；第二类研究人体内部运动器系与外部人体整体运动间的力学关系，把握人体运动行为的生物力学规律的本质。

目前，运动生物力学的理论研究大多数集中在第一类研究中，并且主要是研究人体内部运动器系和外部人体整体的机械运动规律。机械运动是人体运动中最简单和最低级的一种运动形式，而且，将人体运动简化处理为机械运动是有严格的约定条件。由于大多数力学系统的运动都受牛顿运动定律制约，因此基于牛顿力学理论，基本可以解决第一类研究。

采用经典力学分析与人体运动模型相结合的研究可对人体运动的深入研究提供理论基础，到目前为止，这类研究仍是一个颇有创造性的研究领域。经典力学分析与人体运动模型相结合的研究方法仍然是研究人体内部运动器系运动与外部人体整体运动的力学特征的主要方法，这一研究方法的发展趋势，主要集中在人体运动模型和力学计算分析两个方面。

人体运动模型功能在未来运动生物力学分析中的发展趋势是由描述模型向解释模型的方向发展。解释模型需要大量的数据进行支撑，对人体运动模型需要更高级的仿真系统和力学计算分析软件进行支撑，有关人体运动模型的仿真系统和力学计算分析软件将成为运动生物力学理论研究的主要趋势。

由于学科的特点和制约，运动生物力学在研究方法上基本沿用物理学和生物学的研究方法，对于活体研究，单一物理学方法的不完备性和生物学方法的不充分性的缺点暴露出来了，牛顿力学理论应用于活体有很大的机械局限性，生物材料的粘弹性理论对于人体运动器系建立方程还缺乏边界条件的可靠性，人体运动器系的力学特征必然涉及生物学研究范畴，因此，对于研究人体内部运动器系与外部人体整体运动间的力学关系，需要物理学方法和生物学方法相互渗透和融合的系统研究法。

随着运动科学与医学、康复科学的关联性越来越精密，运动生物力学也会与骨科生物力学、临床生物力学、康复生物力学以及生物工程中的生物力学等的关系越来越密切， 这些领域的生物力学也会成为运动生物力学的主要研究领域。随着运动生物力学研究层面的拓展，对运动生物力学的研究方法也会越来越多学科化，会由对人体整体运动的研究拓展到不同环节、不同结构的研究。因此，系统研究法也会拓展到运动时神经肌肉控制以及运动系统和感觉系统研究法，未来运动生物力学理论研究的系统研究法具有多学科化的发展趋势。

3.2运动生物力学测量技术的发展趋势

3.2.1运动学测量技术发展趋势

运动学测量技术主要从平面影像解析发展到普遍采用的三维影像解析技术，三维跟踪摄像技术将推广并得到普及，影像测量点识别、采集的自动化成为今后发展趋势。

3.2.2动力学测量技术发展趋势

动力学测量技术主要由三维测力平台分析为主，同时各种等速肌力测量系统对不同人群的测试分析与研究发展迅速，肌肉动力学测量技术（包括离体或在体肌肉动力学测量过程）成为今后发展重点。

3.2.3不同测量仪器之间的同步化

在运动生物力学研究中，单独进行运动学或动力学研究智能提供局部资料分析，为了进行综合分析且使分析更趋一致，将各种测量仪器联合操作和同步化是未来测试技术的显著特点。以摄像与测力系统的同步研究为主，如三维摄像系统、三维测力系统以及摄像、测力同步系统，使得对人体运动的外部力学状态的认识能在三维空间上建立清晰的图像，再加上肌力和肌电测量系统的同步，以类似“黑箱”方式建立肌电与肌力之间的关系，可探究人体行为内部机制与外部状态之间的联系。

（4）测量仪器便捷化

为了更方便快捷地测量各种运动项目，未来各种测量仪器趋向于测量过程遥测快速化、数据分析结果发射无线化、数据采集和发射装置小型化。

4　福建省运动生物力学学科发展面临的挑战和机遇

4.1福建省运动生物力学学科发展面临的挑战

4.1.1学科建设和人才培养薄弱

据谢树江提供的相关数据，截至2012年，福建省只有福建师范大学、厦门大学、集美大学和闽南师范大学等4所高校设有体育专业硕士点，并且福建师范大学是福建省唯一一家拥有一级学科体育学的本、硕、博培养体系的高校，福建师范大学和集美大学设有运动人体科学专业（学生主要从事学校体育教学、生物力学、体育保健工作）。2012年，福建省体育专业硕士招生人数为81人，目前硕士招生人数在120人左右），其中运动人体科学专业仅有福建师范大学每年招收了不到10位学生，50%以上的学生集中在体育教学训练学专业。查询近几年这4所学校的硕士毕业论文，运动生物力学研究方面的论文数量竟然为0，高校运动生物力学实验室建设水平有待提高。据调查，福建省开设体育学科的本科院校，如泉州师范学院、三明学院等，主要专业方向为体育教育学和社会体育学，主要培养中小学体育师资，开设运动人体科学方向的本科院校依然很少。

由此可见，对于一个拥有3600万常住人口和运动装备产业强省的福建省，无论是体育学科建设，还是专业人才培养，都相对薄弱，不能适应体育产业经济的发展。

4.1.2运动生物力学学科基础理论研究和大众体育研究薄弱

采用文献资料法，课题组在中国知网上以“体育人文社会学”、“体育教育训练学”、“民族传统体育学”和“运动人体科学”为查询专业，检索福建相关高校和企业近十年的论文，对其进行归纳、整理，发现与“运动学”、“动力学”相关的基础理论研究论文很少，尤其是在运动损伤方面的理论研究几乎没有，说明福建在运动生物力学基础理论研究方面非常薄弱。另外，论文选题大多数集中在优秀运动员的竞技运动项目训练方面，很少有人将普通大众作为研究对象。

究其根源，主要还是因为福建省体育学学科尤其是运动人体科学专业建设和人才培养能力薄弱，从事运动生物力学基础理论研究人员不足。另外，体育决策部门以竞技体育为导向，使相关科研部门加大了资助竞技体育科研课题的力度，而且大众体育涉及面广，样本数量众多，不容易发现有代表性的研究课题。

4.1.3运动生物力学学科与其他学科结合研究能力不足

运动生物力学本身是以运动为核心，以生物学和力学两大基础学科为支撑构建起来的交叉学科，必须将生物学和力学的知识融合到一起才能真正解决运动实践中的具体问题。

通过研究福建师范大学和福建医科大学等院校的相关科研文献发现，体育专业的研究人员由于自身对生物学和力学知识的欠缺，使得研究只从运动的表象、局部等方面着手，而不能从运行机制、整体等方面进行全方位考虑，使问题研究结论存在局限性和不确定性；而医学专业的科研人员往往从解剖学和生理学研究运动损伤诊断，不能从运动角度进行分析根源并提出相关运动诊断，使得研究脱离运动生物力学的核心；无论是体育专业和还是医学专业，研究人员都很少涉及运动力学的测量分析、运动仪器及装备的研发等方面的研究。

由于未能将运动生物力学学科与其他学科进行有效结合，尤其是没有很好地结合福建地区运动装备产品，使得运动生物力学研究缺乏区域产业应用价值，不利于福建省运动装备产业的发展。

4.2福建省运动生物力学学科发展面临的机遇

4.2.1全民健康运动意识的提高

在我国体育发展过程中，2008年北京奥运是新的里程碑。一是提出了体育发展新的战略目标——实现竞技体育和群众体育协调发展，努力推动我国由体育大国向体育强国迈进，指明了我国体育事业今后的发展方向；二是提高了全民健康运动意识，掀起了全民健康运动，全国各地都涌现出各种广场舞运动、户外运动、慢跑运动等运动形式，随着全民运动的普及，老百姓对预防运动损伤、增强运动效果等运动生物力学方面知识的需求也就越来越高。因此，福建省运动生物力学学科必须在更多层面上丰富和完善学科知识体系，逐渐扩大应用领域和范围，更好地服务全民健康运动。

4.2.2区域运动装备产品的升级

福建地区尤其是泉州的运动装备（运动鞋、服装）产业经过30多年的发展，已成为中国运动鞋之都和世界重要的运动装备产业基地。消费者对运动装备产品的要求，从以前的简单保护人体远离环境伤害的要求，升级为预防运动伤害、增强运动训练效果甚至是提高运动成绩的高科技产品，区域运动装备产品急需功能升级，才能适应未来全世界超过千亿美元（世界体育用品联合会发布的数据）规模的运动装备市场，并且随着全球化的发展和科技的进步，市场规模在不断扩大。

运动装备产品功能升级，无论是在功能材料的开发、选择应用，还是产品结构的优化处理上，都必须建立在运动学的运动技术诊断、动力学的性能测试的基础上。运动鞋、服作为未来功能性运动装备领域的前沿产业，在拥有广阔的市场前景的同时，也将成为运动生物力学技术应用领域的研究热点。

5　福建省运动生物力学学科发展思路和目标

5.1发展的基本思路

5.1.1建立多层次、多规格、多模式的学科人才培养体系

通过分析发现，目前福建省整个运动生物力学学科在学科层次、规格、培养模式和培养数量上都远远落后于运动装备产业的市场需求，为此，建立多层次、多规格、多模式的学科人才培养体系是运动生物力学学科发展迫在眉睫的问题，多出人才，出好人才始终是运动生物力学学科发展的战略重点。

5.1.2大力推进区域技术研究平台建设

运动生物力学是一门理论和实践性都非常强的学科，运动生物力学学科的发展是建立在实验仪器的基础上。运动生物力学仪器设备属于高科技产品，具有非常强的专业性，价格在数十万甚至几百万元，建立设备齐全的实验室对任何单位都很难承担。

针对高昂贵的购置成本，在同一区域内的单位应统筹安排，各单位将有限的资金购置其他单位所没有的仪器设备，避免重复浪费，各单位加强横向合作与交流，政府或行业协会牵头，建立区域性技术研究平台，不但有利于实现实验仪器设备的资源共享，更能提高研究水平。

5.1.3坚持以应用基础研究为导向

运动生物力学学科的知识体系是从运动实践研究过程中归纳总结而成的，人体运动的运动学、动力学，以及各种生物学指标参数是学科理论形成的重要基础。学科的发展离不开应用，基于应用基础的研究才能为学科发展提供重要的支撑理论。运动生物力学学科应坚持以应用基础研究作为学科发展的导向，科研人员要深入体育运动实践一线，避免为了研究而研究。

5.2发展的总体目标与阶段目标

5.2.1总体目标

把福建省运动生物力学发展成为学科层次齐全、人才培养模式多样化、多规格复合型人才培养，以应用基础研究为导向促进学科发展，实现竞技体育和群众体育协调发展，更好地服务我省运动装备产业，这是今后一段时间福建省运动生物力学学科发展的战略总目标。

5.2.2阶段目标

着力解决目前制约福建省运动生物力学发展的人才培养问题、科研能力和社会服务能力，优先发展与我省运动产业密切相关的二级学科运动人体科学专业，在稳定本科招生规模的前提下，扩大硕士生和博士生的招生规模，将学科发展与区域产业需求相结合，重点解决产业技术升级问题，促进我省运动生物力学学科的快速健康发展。

6　福建省运动生物力学学科发展的战略任务

6.1提高全民健康运动水平

我国国民尤其是青少年体质的某些指标近二十年来不升反降，与竞技体育整体水平节节攀升、佳绩频传、不断创造新的辉煌相比较，形成了鲜明的反差。在向体育强国迈进的道路上，如何提高大众参与体育运动的数量和质量，加快群众体育领域的发展，使其与竞技体育的发展协调一致，是当今群众体育发展所面临的最大问题。实现竞技体育和群众体育协调发展的目标，首先是要提高全民健康运动的水平，这项任务是运动生物力学发展的战略任务。

6.2促进运动装备产品技术升级，提高产品健康技术含量

福建地区作为中国运动鞋之都和世界重要的运动装备产业基地，区域运动装备产品只有功能升级，才能适应未来不断扩大的市场需求。学科的发展必须为区域产业经济服务，反过来才能更好地促进学科的发展，运动生物力学要以提高运动装备产品技术含量作为促进区域产业经济发展的主要途径。

7　福建省运动生物力学学科发展的关键技术

7.1计算机模拟运动诊断技术

计算机模拟人体运动是以人体运动的刚体力学模型为基础，采用实验数据结合逻辑演算的方式，通过编程软件解决运动规律和预测运动特征。计算机模拟运动诊断技术由于采用最新的智能、最优化、信息和图像处理等技术，使实现基础更牢靠，具有应用面宽、容易推广和快捷等优点，成为运动诊断的最佳技术。随着电子、计算机和视频图像处理等技术的飞速发展，计算机模拟运动诊断技术成为运动分析的核心技术，成为推动运动生物力学学科发展的关键技术。

7.2动力学测量与分析技术

通过高科技的动力学测量与分析技术，使得运动生物力学充分发挥自身的学科优势，为提高我国体育水平作出了巨大贡献，牢固树立了在体育学领域的重要地位。三维测力台、测力板、足底压力分布鞋垫、肌肉力量等速测试系统等高科技动力学测量与分析技术的应用，使得人们对研究人体动作的外部形态逐渐向结构与功能统一的研究方向发展，体育运动的研究逐渐由经验走向理性，推动了运动生物力学学科发展的深度与广度，极大地推动了运动生物力学学科的发展。

7.3表面肌电测试与分析技术

表面肌电（surface electromyography，sEMG）是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着关联性，可以反映电极所触及的多个运动单位生物电活动在时间和空间上的总和，适合于局部肌肉功能评价，常用于测量肌肉疲劳，可以在运动过程中间接测定肌肉力量，也可以进行运动技术分析。sEMG可以弥补足底压力技术不能反映对身体影响的不足，对足底压力测量技术进行补充。sEMG既可以测肌肉疲劳，又能测定肌肉力量，还能弥补足底压力测量的多功能性，集生物测量技术与动力测量技术为一体，使得它在体育科学研究中的作用越来越大，应用也越来越广，极大地推动了运动生物力学学科的研究领域和发展。

8　福建省运动生物力学学科发展的战略对策

8.1扩大学科发展规模，加强学科层次建设

目前，我省的体育学科高层次人才培养不足，行政部门要优先发展与我省运动产业密切相关的二级学科运动人体科学专业，在稳定本科招生规模的前提下，扩大硕士生和博士生的招生规模，着力解决人才培养的瓶颈问题。

8.2地方政府重视区域产业技术公共平台建设

目前，泉州地区的制鞋企业如安踏、特步、361°、贵人鸟、乔丹等很多公司都建有运动生物力学实验室，要通过政府或行业协会的力量进行整合，建设基于区域特色的产业技术公共平台，纳入政府统一管理，提高产业技术公共平台的技术和服务，提高产业技术的研发能力。

8.3行业协会组织企业技术培训与合作，实现技术攻关

运动生物力学涉及面很广，技术更新快，行业协会要组织相关企业定期开展技术培训，提高自身技术研发能力，组织产业的上下游企业进行技术联盟，如鞋服材料企业与鞋服生产企业之间进行联盟，实现技术联合攻关。

8.4重视校企合作，实现技术转化

校企之间要紧密合作，互利互惠，企业不但要与体育院校合作，还要与医学院校合作，对人体运动的研究本来就要兼顾运动的力学特征和生物特征，运动生物力学与运动医学的结合研究是本学科进一步发展的必然趋势。校企合作不但利于运动生物力学人才培养，更利于技术转化，共同提高学校和企业的科研能力与水平。

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课题组成员：

1. 彭飘林，黎明职业大学轻纺工程学院，讲师；

2. 陈敏，黎明职业大学轻纺工程学院，副教授；

3. 于海滨，泉州师范学院体育学院，讲师；

4. 卢建军，福州大学厦门工艺美术学院，讲师；

5. 张英，三明学院艺术学院，讲师；

6. 李家保，匹克（福建）体育用品有限公司，技术总监。

* 基金项目：福建省教育厅中青年教师教育科研项目（JAS14598，JA15826）；黎明职业大学科研团队建设项目（LMTD2014107），通讯作者：彭飘林。