生物力学视角下应用科技助力啦啦操转体动作研究

陈静怡（华南师范大学体育科学学院 广东 广州 510006）

1、啦啦操转体技术动作分析的现实需要

1.1、转体技术在啦啦操中扮演着关键角色

啦啦操中的转体难度动作要求围绕身体的重心或轴进行圆周或类似圆周的运动，同时一条腿保持在90°的角度摆动或者固定在膝关节处，以某种形式完成旋转动作。这类动作是花球啦啦操套路中最具代表性的部分，也是评价运动员平衡控制力和协调性的重要指标。陈子桐学者（2019）对2018年世界啦啦操锦标赛中各队伍的难度动作进行了分析。得出结论称，在弹跳、旋转、柔韧与翻腾四类难度中，旋转类难度是被选用最频繁的。而在其他类别的动作使用数量上，参赛队伍之间的差异并不显著，这表明转体类动作在啦啦操套路中具有象征性的重要作用。

还有学者对近3 年啦啦操世锦赛花球项目各国转体类动作完成质量的评价进行分析，主要涉及转体姿态、转体速度和一致性三个评价指标。研究结果显示，转体类难度中的转体姿态完成质量对整体评价和最终名次有较大影响。转体速度能够反映队伍的实力水平。而一致性在转体类难度动作完成质量中具有决定性的作用，直接影响着队伍在竞赛中的成绩排名。

1.2、国内啦啦操的发展相对滞后

国内啦啦操的发展表明，我国主要将研究重点放在校园推广上，包括套路的编排，以及对比不同参赛队伍之间的队形和风格变化等方面。然而，在对我国转体类难度技术的分析研究方面，却非常有限，且更多地侧重于训练干预方面。在难度动作的运用上存在着明显不足，缺乏创新性，往往只是单一地进行转体练习，而忽略了对转体难度动作的复合型练习和实践的重视。

此外，通过观察国内各大赛事参赛队伍的转体类动作展示，可以发现一些共性问题，例如立踝较低、身体重心偏移、脚下位移明显、摆动腿角度不足以及上下移动幅度过大等。这些问题严重影响了运动员自身动作完成的质量以及整体队伍的视觉效果。

在2021 年世界啦啦操锦标赛上，我国普洱学院啦啦操队表现出色，获得了集体花球项目的第三名。这是我国在世锦赛上取得的最好成绩。然而，与第一名和第二名相比，在成绩方面仍然存在一定的差距，特别是在转体难度动作的完成方面。

2、生物力学在体育运动中的应用潜力

2.1、生物力学概述

生物力学（biomechanics）是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。运动生物力学则是生物力学的一个重要分支，主要包括运动学和动力学两个方面的基本原理，它专注于研究生物体在运动过程中的结构和功能。通过分析运动生物力学，可以揭示生物体的力学性质，解释运动过程中的生物力学现象，并为优化运动性能、预防运动损伤以及设计运动装备等提供科学依据。

（1）运动学。

运动学是研究生物体运动的几何和时间特性，主要包括位置、速度、加速度等物理量的描述。在生物力学中，运动学帮助我们理解生物体的运动路径、速度变化以及位置与时间的关系。通过运动学分析，可以量化生物体运动的轨迹和速度，从而深入了解运动过程中的基本特征。

（2）动力学。

动力学是研究生物体运动的力学原理，主要关注力、质量和运动之间的关系。在生物力学中，动力学帮助我们理解生物体受到的力量、产生的加速度以及这些力量如何影响生物体的运动。通过动力学分析，可以研究生物体运动的原因和机制，以及力量的大小和方向对运动的影响。

生物力学的研究对于理解生物体的运动机制、优化运动表现、改善运动技能等方面具有重要意义。它不仅应用于运动医学、运动康复等医学领域，还广泛应用于运动训练、体育科学、生物工程等领域。

2.2、生物力学在体育运动中的应用

（1）运动技术优化。

生物力学可以帮助教练和运动员理解并优化运动技术。通过分析运动员的动作、姿势、力量施加和关节角度等参数，可以确定最有效的运动技术，提高运动员的运动效率和表现。陈军儒等人（2023）将肌肉骨骼模型应用于蝶泳划臂技术分析，探究其运动表现与肌骨系统的相互作用，阐明蝶泳上肢运动规律以及推进力产生机制，为运动员改进蝶泳动作和预防运动损伤提供理论依据。

（2）运动装备设计。

生物力学可以用于设计和改进运动装备，包括鞋子、服装、器械等。通过分析人体和装备之间的力学相互作用，可以设计出更符合人体工程学原理的装备，提高运动员的舒适度和性能。例如，有研究探究了在训练和比赛中使用踝关节护具作为预防踝关节损伤的常见方法的效果，并系统评估了不同类型踝关节护具对下肢各个关节的运动学、动力学以及神经肌肉控制的影响。

（3）运动损伤预防。

生物力学可以帮助识别和预防运动损伤。通过分析运动员的运动技术和身体姿势，可以发现潜在的运动损伤风险因素，并制定相应的预防措施，降低运动损伤的发生概率。运用捕捉算法提取运动员训练时的膝关节负荷特征；基于生物力学基本理论，获取运动员膝关节运动学、动力学损伤差异；调整评估模型网络节点，设置评估模型损伤程度的划分等级，并根据划分结果选择具有针对性的康复训练内容。

（4）运动训练监测。

生物力学可以用于监测运动员的训练进展和技术改进。通过运动生物力学分析系统，可以实时监测运动员的运动状态和参数，提供反馈和指导，帮助运动员更好地进行训练和调整。巩立姣等人（2023）对自己在第32 届夏季奥运会备战周期内的重要比赛中的试投，采用运动生物力学测试法、生物力学解析法对投掷技术影响因素与成绩进行相关性分析研究。

（5）竞技规则和裁判标准制定。

生物力学可以提供客观的数据和分析，用于制定竞技规则和裁判标准。通过对运动员的运动行为和动作进行生物力学分析，可以确定何种动作是有效的、规范的，从而为竞技体育的规则制定提供科学依据。例如，对于蛙泳的腿部动作，生物力学分析可以评估腿部蹬水的角度、速度和力量对推进的影响。同时，还可以分析蛙泳的呼吸技术对游泳员体能消耗和速度的影响。基于这些分析结果，可以确定最有效的蛙泳动作方式，并为竞技规则制定提供科学依据，以确保比赛的公平性和规范性。

2.3、生物力学在啦啦操运动中的研究现状

目前，在啦啦操运动中的生物力学研究仍处于相对较初级的阶段，但已经逐渐引起了研究者的关注。生物力学可以帮助研究者分析啦啦操运动员的动作技术，包括身体姿势、运动轨迹、关节角度等；有助于了解啦啦操动作的执行方式，以及优化运动员的技术表现。周慧子（2022）对2 名舞蹈啦啦操运动员的阿拉C 杠难度技术动作进行生物力学分析，为啦啦操中阿拉C 杠难度训练提供科学的理论依据。

此外，生物力学研究可以帮助识别和预防啦啦操运动中可能发生的损伤。通过分析运动员的动作和姿势，可以发现潜在的损伤风险因素，并提出相应的预防措施，以降低运动损伤的发生概率。

生物力学分析也可以用于设计和改进啦啦操运动员的服装和鞋子等装备。通过研究装备与运动员之间的力学相互作用，可以设计出更符合人体工程学原理的装备，提高运动员的舒适度和性能。Johnson（2020）研究了大学啦啦操队员在穿着“旧”和“新”啦啦操鞋进行平衡测试和下台阶任务时表现出的生物力学差异。

3、啦啦操转体技术动作的生物力学分析

啦啦操转体技术动作的生物力学分析涉及身体力学、力的作用以及身体各个部位之间的协调。例如，通过测量运动员在转体动作中各个关节的角度变化和施加力量，可以了解关节运动的范围、角度变化规律以及肌肉力量的分布情况。以及借助生物力学模型，对转体动作的运动过程进行建模和仿真分析，以深入理解动作执行过程中的力学特性和影响因素。尽管目前在啦啦操运动中的生物力学研究还比较有限，但随着对运动科学的不断深入和技术的不断发展，相信生物力学在啦啦操转体技术动作研究中将发挥越来越重要的作用，为运动员提供更科学的训练和指导。

3.1、转体技术动作的关键要素

（1）核心力量。

转体技术需要良好的核心力量来提供稳定性和控制。强健的腹部、腰部和背部肌肉可以帮助保持身体平衡和姿势。

（2）身体柔韧性。

良好的身体柔韧性可以增加身体的运动范围，使转体动作更加流畅和自然。定期进行拉伸和柔韧性训练对于提高转体技术至关重要。

（3）动作协调性。

转体技术需要良好的身体协调性，以确保各个身体部位在动作过程中的协调配合。练习和反复训练可以提高动作的协调性。

（4）准确的技术动作。

掌握正确的技术动作是关键，包括手臂的位置、腿部的动作、头部的姿势等。通过模仿专业教练或者参考规则来学习正确的技术动作。

（5）视觉焦点。

在转体过程中保持视觉焦点，可以帮助身体保持平衡和稳定。将视线投向旋转的方向，可以帮助身体更好地控制动作。

（6）适当的起始姿势。

起始姿势的正确性对于转体技术至关重要。良好的起始姿势可以为后续的动作提供良好的基础和动力。

3.2、关节角度分析

在啦啦操中，关节角度分析对于评估动作的规范性、优化运动技术以及预防运动损伤都非常重要。肩关节在啦啦操中扮演着支撑和稳定身体的重要角色。肩关节的屈曲（前摆）、伸展（后摆）、外旋和内旋等角度变化，不仅影响动作的完成度，还关系到运动员的肩部稳定性和防止受伤的重要性。髋关节的力量和灵活性对于跳跃、旋转和平衡动作的稳定性和活动范围有着决定性因素。膝关节和踝关节在啦啦操中承受着较大的冲击和负荷，也是较易受伤的关节，需要提供支撑、稳定性和灵活性，以便进行各种动作和技巧。

通过对这些关节角度进行分析，可以更好地了解啦啦操运动中的关键动作，评估运动员的技术水平，发现潜在的运动损伤风险，并为训练提供针对性的建议和指导，以确保运动员的安全和表现水平。

3.3、力的应用分析

啦啦操中力的应用主要涉及向心力、离心力以及肌肉力量。向心力是指物体在进行圆周运动时由于向圆心方向的加速度而产生的力。当啦啦操队员进行旋转动作时，身体会受到向内的向心力作用，这使得身体向旋转中心靠拢，从而维持动作的圆周运动。在进行踏步、转体和跳跃等动作时，向心力也会影响着身体的稳定性和动作的完成度。离心力是指物体在进行圆周运动时由于惯性而产生的向远离圆心方向的力。当啦啦操队员完成旋转动作时，身体会产生离心力，使得身体向远离旋转中心的方向移动。这对于保持动作的平衡和完成后续动作具有重要意义。

啦啦操运动需要维持一系列的动作姿势和动作流畅性，需要运动员具备足够的肌肉力量来支撑和控制身体的运动。肌肉力量在啦啦操中的应用主要体现在对身体的稳定性、支撑力和动作控制力上。例如，腹部、背部和下肢的肌肉力量可以帮助维持身体的平衡和姿势稳定，臂部和肩部的肌肉力量可以支撑和控制手臂的动作。

通过对向心力、离心力和肌肉力量的应用分析，可以更好地理解啦啦操运动中力的作用机制，为训练提供科学依据，帮助提高运动员的技术水平和表现能力。

3.4、重心与平衡分析

啦啦操涉及许多动作和技巧，其中平衡和重心控制是至关重要的。在进行啦啦操运动时，身体的重心位置会随着不同的动作和姿势而变化。例如，站立时重心较为稳定，而在跳跃、转体或倾斜时，重心会发生变化。控制身体的重心是保持平衡和稳定的关键。通过调整身体的姿势、姿态和动作，可以控制重心的位置，以确保身体保持稳定。在分析身体重心变化的基础上，可以进一步分析运动员在啦啦操动作中的平衡控制能力。通过比较身体重心位置与支撑基点（通常是脚底或支撑表面）的相对位置，评估运动员的平衡状态。如果身体重心偏离支撑基点过远，可能会导致失衡或摔倒。此外，还可以分析身体各个关节的运动范围和稳定性，以及肌肉力量的分布情况，从而评估平衡控制的整体效能。

通过以上分析，可以全面了解啦啦操运动员在动作执行过程中身体重心的变化情况以及其平衡控制能力，为运动员提供针对性的训练建议，并优化动作执行，提高表现水平。

4、结语

转体技术动作的完成受到多种生物力学因素的影响，包括核心力量、身体柔韧性、动作协调性等。这些因素相互作用，共同决定了转体技术动作的稳定性和效果。生物力学视角为我们深入理解啦啦操转体技术动作提供了重要的分析框架。未来的研究可以进一步探讨不同转体技术动作之间的生物力学差异，以及如何通过生物力学原理来优化啦啦操的训练和技术指导，为提升运动员的技术水平、改善动作质量以及提高整体队伍在比赛中的竞争力提供科学依据，逐一攻克转体技术难点。