李世明，高金棟

競技健美操屈體分腿跳成俯撐動作的運動學分析

李世明1，高金棟2

采用影像分析法、數(shù)理統(tǒng)計法等方法，對優(yōu)秀競技健美操運動員屈體分腿跳成俯撐動作的運動學規(guī)律進行研究探討，運用T檢驗方法對受試者的動作進行對比分析，以期把握其動作結(jié)構、關節(jié)角度及速度的變化特征。研究表明：運動員起跳效果較好，但是在重心上升階段對小關節(jié)的姿態(tài)控制欠佳；動作結(jié)構呈現(xiàn)重心首先上升至最高點，其次出現(xiàn)最小髖角，繼而分腿角最大的特點；另外，上肢與下肢的落地緩沖不同步。

競技健美操；屈體分腿跳成俯撐；運動學

決定競技健美操比賽成績的因素包括技術水平、心理因素、環(huán)境因素、裁判因素，其中，運動員技術水平的高低對運動成績起到關鍵作用。一般在競技健美操比賽中，運動員使用的難度動作大多集中在0.4～0.7的分值段，高難動作也在編排之列，但比重相對較小。依據(jù)《2005—2008競技健美操規(guī)則》，屈體分腿跳成俯撐動作（C425）是競技健美操C組跳躍成俯撐動作中的難度動作之一，是難度動作中編排比重較高的動作，也是競技健美操男、女單人二級套路中的規(guī)定動作，分值為0.5。因此，從生物力學的角度對優(yōu)秀競技健美操運動員屈體分腿跳成俯撐動作的技術進行研究，可以為運動員的訓練和教練員的教學提供有價值的運動學參數(shù)和動作特征規(guī)律，為進一步完善競技健美操動作技術的理論體系提供一定參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以體育學院競技健美操隊6名運動員作為研究對象，年齡（20±0.6）歲，身高（1.70±0.62）m，體重（60±2.56）kg。其中一級運動員3名，曾參加過全省和全國健美操比賽，并獲得優(yōu)異成績，有一定的比賽經(jīng)驗，身體素質(zhì)良好，熟悉實驗方法和要求。

1.2 研究方法

1.2.1 三維運動學分析法采用三維攝像和錄像解析方法，用4臺索尼HCIE型號的攝像機，拍攝頻率為25幀，拍攝速度為50場/s，機身高度1.2 m，夾角為90°，拍攝距離10 m，選用H-24型HX0708三維輻射框架進行空間坐標標定，對動作進行拍攝。測試前，要求運動員首先進行20 min左右準備活動，準備活動包括熱身運動、拉伸肌肉運動和要求測試的動作。運動員準備活動結(jié)束后，開始進行規(guī)定動作的測試，每人完成動作6次。通過德國的SIMI°Motion7.3進行三維解析，模型采用漢納范（Hanavan）人體模型，使用DLT法計算得到解析點的三維空間坐標（見圖1），對所得每個標志點的三維坐標，使用巴特沃茲二階低通濾波法進行平滑處理，截斷頻率為6。

圖1 直角坐標系的三維運動學分析Figure 1 3-D kinematics analysis of the right Angle coordinate system

1.2.2 三維標定誤差在進行運動錄像解析前，采用SIMI°Motion7.3系統(tǒng)提供的三維標定精度驗證功能，可對計算得到的控制點的坐標與實際坐標的一致性進行檢驗，控制點通過計算得到的坐標相對于實際坐標平均相對誤差≤0.11，三維標定的精度可以滿足分析的需要。

1.2.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學處理主要運用SPSS11.5和EXCEL2003統(tǒng)計學軟件，根據(jù)研究的需要，采用幾種常用數(shù)據(jù)檢驗方法對數(shù)據(jù)進行分析并繪制相關數(shù)據(jù)曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 動作的時相劃分

時相的劃分是研究動作技術的關鍵環(huán)節(jié)。由于研究目的、研究對象、研究手段以及研究側(cè)重點的不同，時相的劃分依據(jù)也不盡相同。通常我們劃分時相依據(jù)的客觀標準是既能反映動作結(jié)構，又便于實際的測量[1]。結(jié)合運動技術錄像中重現(xiàn)的人體運動或某些關鍵數(shù)據(jù)（如重心速度）找出特征畫面，進而進行時相劃分[2]。

屈體分腿跳成俯撐主要包括兩個部分的動作：屈體分腿跳和落地成俯撐。因此，我們又可以根據(jù)動作的技術特點劃分為：起跳階段、屈體分腿階段、下落階段、落地成俯撐階段。起跳階段又可以劃分為緩沖和蹬伸兩個階段，重心速度負向增大到零再正向增大；屈體分腿階段是運動員在空中形成屈體分腿位，分腿角最大，髖關節(jié)角最小，重心速度減小，屈體分腿位時刻重心速度為零；下落階段是從運動員重心最高點到雙手著地瞬間，重心速度開始由正向負方向變化；落地成俯撐階段是指從雙手著地開始到動作結(jié)束，包括落地緩沖和撐起兩個階段，重心速度先負向增大到零再正向增大，時相劃分見圖2。

圖2 時相劃分示意圖Figure 2 Phase division schematic diagram

2.2 起跳階段的運動學特征分析

起跳是以遠端環(huán)節(jié)為固定的一種爆發(fā)性肌肉用力的過程，目的是獲得騰空，通過人體動作關節(jié)的屈和伸做預蹲動作，然后踝、膝、髖關節(jié)依次迅速彎曲，通過牽引關節(jié)的肌肉用力，帶動關節(jié)角度變化，從而獲得一定的速度，使身體克服重力獲得騰空。

起跳包含了緩沖和蹬伸兩個時相的技術特征。緩沖是指運動員雙腳齊肩寬，做下擺預蹲的動作，髖、膝、踝三關節(jié)依次彎曲，雙臂加速下擺的過程；蹬伸則通過各個關節(jié)的合理屈伸以及上下肢的協(xié)調(diào)配合來完成的起跳動作（見表1、表2）。

表1 緩沖階段關節(jié)角度參數(shù)（n=24）Chart 1 Parameter of joint angle in buffer phase（n=24）

表2 蹬伸階段關節(jié)角度和速度峰值變化（n=24）Chart 2 Joint angle and PHRR of extension phase（n=24）

由于在比賽中競技健美操的每個動作不是單一完成的，前后都會有連接動作。因此，屈體分腿跳成俯撐動作的起跳動作不屬于原地起跳。從起跳的膝關節(jié)角度來看，平均值在103°～104°之間，符合上步縱跳的膝關節(jié)最適宜緩沖角度100°～110°的要求[3]。

緩沖角度的大小決定了肌肉被牽拉的長度，肌肉被牽拉到一定長度時，肌肉中的串聯(lián)彈性成分才能被充分拉伸從而儲存大量彈性勢能，提高肌肉的收縮效果。因此，我們說，在肌肉所能承受的一定負荷范圍內(nèi)，牽拉速度越快，拉伸長度越適宜，彈性利用率越高，起跳效果越好。除此以外，三關節(jié)在蹬伸過程中的活動順序也極大程度地影響起跳效果。根據(jù)Kreighbaum等人的討論[4]，赫德森（Hudson）的動作協(xié)調(diào)性理論：運動目標重或是封閉鏈，關節(jié)運動應表現(xiàn)為同步性，并把動作協(xié)調(diào)性描述為鏈條模式圖（見圖3）。

圖3 Hudson動作協(xié)調(diào)性鏈條模式圖Figure 3 Hudson the action coordination chain of patterning

運動目標輕或是開放運動鏈時動作協(xié)調(diào)性應表現(xiàn)為環(huán)節(jié)運動的順序性，例如投擲類項目中的鞭打動作。運動目標重或者封閉運動鏈時則應表現(xiàn)為環(huán)節(jié)的同步性，例如舉重下蹲動作。并且動作協(xié)調(diào)性在鏈條上的位置受動作速度和準確度的影響，動作速度重要，人體環(huán)節(jié)運動協(xié)調(diào)就趨近順序性；準確度重要，則趨近于同步性。按照這一理論，運動員在起跳時，人體屬于重目標、封閉運動鏈，因此，下肢三關節(jié)髖、膝、踝關節(jié)應該表現(xiàn)為同步性較好，從表2關節(jié)運動速度峰值來看，兩個動作三關節(jié)幾乎同時達到速度峰值，活動順序相對同步，起跳效果較好[5]。

2.3 屈體分腿階段的運動學特征分析

起跳結(jié)束后，雙腳離地動作進入屈體分腿階段，屈體分腿階段作為過渡階段，其動作完成質(zhì)量的好壞直接影響動作的整體評分。在這個階段中，包含了重心上升階段和重心上升至最高點成屈體分腿位兩個部分。在重心上升階段即雙腿上舉過程中，關節(jié)角度的控制是影響身體姿態(tài)的關鍵因素，尤其是下肢膝、踝關節(jié)角度的控制。因此，我們對重心上升過程中的踝、膝關節(jié)角度變化進行了運動學的對比分析（見圖4、圖5）。

20世紀90年代以來，西方學者主要通過兩種方法來研究城市之間的關系：一是通過城市屬性來尋找城市關系；一是通過獲取城市間的關系性數(shù)據(jù)。國內(nèi)有學者構筑了基于網(wǎng)絡視角下的城市競爭力模型[15],認為城市作為節(jié)點嵌入于網(wǎng)絡之中，其競爭力強弱由內(nèi)生競爭力和外生競爭力及其關聯(lián)效應共同決定。城市競爭優(yōu)勢的來源又是城市內(nèi)部行動者的行為及戰(zhàn)略，城市的行為主體主要包括企業(yè)、政府、第三方組織以及居民個體，城市中的政治、經(jīng)濟和社會活動所產(chǎn)生的人流、物流、資金流、知識流在城市間的流動使得城市網(wǎng)絡得以形成。

圖4 重心上升階段左右踝角變化趨勢Figure 4 Angle variation trend about ankle on center upward

圖5 重心上升階段左右膝角變化趨勢Figure 5 Angle variation trend about knees on center upward

2.3.1 重心上升階段踝、膝關節(jié)角度變化特征在重心上升過程中，正確的下肢姿態(tài)要求雙腿和腳尖處于繃直狀態(tài)，然后將雙腿舉至最高點。從圖4、圖5可以看出，運動員的踝、膝關節(jié)并未完全伸展，并且角度的控制相對不穩(wěn)定，踝關節(jié)角度基本控制在156°左右，變化差值約21°。膝關節(jié)相對踝關節(jié)的角度控制較為穩(wěn)定，約165°左右，變化差值15°。普遍的原因是，運動員發(fā)展的下肢力量較好，尤其是大腿前側(cè)股四頭?。ü芍奔?、股中肌、股外肌和股內(nèi)?。┰诮潭ㄊ湛s時，更容易使膝關節(jié)伸。當運動員雙腿舉至空中時，由于同時大腿前側(cè)肌肉的脛骨前肌、趾長屈肌、拇長屈肌在股四頭肌的作用下很容易發(fā)生近固定收縮，致使踝關節(jié)伸（勾腳尖），此時，運動員應注意控制小腿前側(cè)肌肉而主動收縮小腿三頭肌、脛骨后肌等小腿后側(cè)肌肉群做近固定收縮，使踝關節(jié)屈（繃腳尖），從而使姿態(tài)更穩(wěn)定。因此，在健美操動作的姿態(tài)控制中，運動員在注意大關節(jié)姿態(tài)控制的同時，更應該注重小關節(jié)控制的穩(wěn)定性。

另外，從左右兩側(cè)關節(jié)角度的變化來看，左右兩側(cè)膝、踝關節(jié)的同步性相對較差，說明運動員對左右兩側(cè)下肢肌肉的控制不夠穩(wěn)定。

2.3.2 屈體分腿位姿態(tài)控制變化和動作結(jié)構特征《2005—2008競技健美操競賽規(guī)則》中“整組難度動作必須最大極限的展示爆發(fā)力和最大的動作幅度，身體在空中的姿態(tài)必須清晰可辨”?！扒w分腿姿態(tài)：雙腿舉至空中成分腿屈體位置（夾角90°），雙腿平行或高于水平位置，軀干與雙腿的夾角不大于60°”。

根據(jù)《規(guī)則》要求運動員在起跳至空中最高點，也就是重心速度為零時刻成屈體分腿位，此時要達到雙腿分腿角大于90°，雙腿平行，膝關節(jié)盡量伸展，髖關節(jié)角度小于60°的最低要求。有研究指出，高水平運動員在完成屈體分腿跳動作（分值0.3）時分腿角能達到138.4°，左腿與水平面夾角12.76°，右腿與水平面夾角4.69°[6]。所以，我們對在屈體分腿跳基礎上增加難度的動作C425的空中姿態(tài)控制規(guī)律和動作結(jié)構進行了分析（見表3）。

表3 屈體分腿位空中姿態(tài)控制Table 3 Posture control in air on Straddle Position

從表3屈體分腿位的姿態(tài)控制來看，運動員的動作基本上都遠遠超過了《規(guī)則》的最低要求，但也存在下肢兩側(cè)關節(jié)角度的不一致，造成這種現(xiàn)象的原因：一是起跳階段雙腿用力不同步，因此造成雙腿起跳速度不一致，從而導致在屈體分腿位時兩側(cè)關節(jié)角度出現(xiàn)差異；另外一點就是下肢兩側(cè)肌肉力量的不均衡，往往右側(cè)肌肉力量要優(yōu)于左側(cè)肌肉，因此，出現(xiàn)了左腿與水平面的夾角＜右腿，差值2.38°；左髖角＞右髖角，差值2.66°；左膝角＜右膝角，差值2.92°。

從圖6和圖7分析，運動員的重心最高點出現(xiàn)在屈體分腿階段的第0.26 s，而左右髖關節(jié)角度的最小值出現(xiàn)在第0.32 s，分腿角最大出現(xiàn)在0.40 s。屈體分腿位要求運動員處于中心最高點，此時的髖關節(jié)最小，雙腿伸直，分腿角最大。而從以上數(shù)據(jù)來看，重心最高點與最小髖角和最大分腿角出現(xiàn)的時間并不一致，重心最高點與最小髖角出現(xiàn)的時間差值為0.06 s，與最大分腿角出現(xiàn)的時間差值為0.14 s。也就是說，運動員的動作結(jié)構順序為：首先重心上升至最高點，然后出現(xiàn)最小髖角，繼而形成最大分腿角。這顯然是動作不合理的表現(xiàn)，即使時間差值較小。從以上數(shù)據(jù)和三維錄像分析可知，運動員出現(xiàn)上述動作結(jié)構不合理性的原因可能有兩種：一是雙腿的上舉與軀干的前屈動作順序不合理；二是支持雙腿上舉的主動肌力量不足，尤其是股四頭肌。當運動員的重心上升到最高點時，雙腿迅速向兩側(cè)和向前上方伸展的同時，軀干主動前屈，動作迅速時間短暫。但是，由于支持雙腿向前上方和向兩側(cè)伸展的主動肌力量相對不足，運動員為了達到《規(guī)則》的要求，形成較小的髖角，就會盡力使軀干前屈，致使雙腿在未達到上舉高度時，軀干已經(jīng)開始前屈，軀干的過早前屈導致雙腿上舉的幅度相對減弱。因此造成髖關節(jié)的最小值與分腿角的最大值未能夠出現(xiàn)在重心最高點，使各關節(jié)角度的最佳值出現(xiàn)在重心下降的階段。

圖6 屈體分腿階段重心速度變化曲線Figure 6 Center speed changing curves on Straddle Position

圖7 屈體分腿階段各關節(jié)角度變化曲線Figure 7 Angle of each joint change curves on Straddle Position

2.4 下落階段的運動學特征分析

下落階段是屈體分腿動作與俯撐動作的過渡部分，在下落階段肘關節(jié)應主動前伸接觸地面，雙腿在成最大分腿角以后迅速向下和向兩側(cè)側(cè)后方滑動，以便合理迅速地形成并腿姿態(tài)，同時伸展髖關節(jié)使身體形成一條直線，然后雙腳雙手同時落地緩沖。

圖8 三種落地姿態(tài)Figure 8 Three landing stance

雙手先落地的原因是：由于在空中形成屈體分腿位時，軀干的前傾角度較大，在下落階段軀干部分的下落會早于下肢，加之雙手的主動前伸致使雙手先落地緩沖，雙腿隨即落地不參與下落的緩沖作用，整個身體的重量和落地的沖擊力全部加載于上肢，極容易對上肢尤其是腕關節(jié)造成損傷。因此，運動員在空中形成屈體分腿位時要注意保持適當?shù)能|干前傾角，前傾角度過大、前傾過早都會造成雙手先落地的現(xiàn)象。

而雙腳先落地的原因是：身體姿態(tài)成屈體分腿位后，在下落階段雙腿向下向側(cè)后方滑動速度較慢，尤其是向下方滑動幅度較大，髖關節(jié)未能夠完全伸展，整個身體以髖關節(jié)為頂點形成的角度較大，雙腳的水平位置低于雙手位置，致使雙腳先落地緩沖。另外，形成并腿姿態(tài)的過程中，臀大肌、臀中肌以及股后肌群迅速做近固定收縮，髖關節(jié)伸展。如果肌肉力量不足，同樣會使髖關節(jié)伸展不充分，導致上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。雙腳過早地落地緩沖，不僅是錯誤的動作表現(xiàn)，影響動作姿態(tài)，而且極容易使趾關節(jié)和踝關節(jié)受傷，使落地不穩(wěn)定。因此，運動員在認真體會動作結(jié)構的同時，還要注意發(fā)展主動肌力量。

2.5 落地成俯撐階段的運動學特征分析

屈體分腿跳成俯撐動作的落地成俯撐階段是整個動作的結(jié)束部分，是運動員由動態(tài)到短時靜態(tài)的過程。動作結(jié)束后，運動員能否保持良好的靜態(tài)姿態(tài)和空間位置，對落地成俯撐階段的完成質(zhì)量都起到極為重要的作用。

這個階段是從雙手雙腳同時著地時刻開始，到上肢的主要緩沖結(jié)束成俯撐狀態(tài)結(jié)束。雖然雙腳也參與落地緩沖作用，但起到主要緩沖作用的是上肢，因此，上肢的緩沖與最后撐起成短時靜態(tài)的連接就很重要。所以，我們對上肢的緩沖和撐起的部分參數(shù)（主要是肘關節(jié)）進行了分析（見表4）。

表4 落地成俯撐階段左右肘關節(jié)的參數(shù)特征（n=24）Table 4 Parameter character around elbow into prone support（n=24）

在緩沖階段重心速度的變化受肘關節(jié)角度的變化影響最大，緩沖是從雙手著地起到重心最低點結(jié)束。此時，控制肘關節(jié)角度變化主要發(fā)力肌肉為肱三頭肌，在這個過程中，肱三頭肌首先做離心收縮，肘關節(jié)屈，肱三頭肌被動拉長，做退讓性工作，為撐起階段儲存最大的彈性形變。在撐起階段，肱三頭肌遠固定做向心收縮，使肘關節(jié)伸，形成俯撐狀態(tài)。整個過程，肌肉用力從大到小，肌肉按照拉長—等長—縮短的順序收縮。緩沖與撐起動作的銜接，取決于主動肌超等長收縮的能力，主動肌的退讓工作能力越差，緩沖時的關節(jié)角度屈曲越大，肌肉被拉伸的長度越大，則收縮遇到的負荷也就越大。因此，肱三頭肌超等長收縮的能力是這個階段動作高質(zhì)量完成的關鍵。

從表4我們可以看出，運動員的左右肘關節(jié)在緩沖和撐起的角度和時間上不存在差異，說明運動員的上肢左右側(cè)肌肉收縮同步性較好，左右兩側(cè)的肌肉的工作能力相對均衡。但從緩沖時間和撐起時間來看，兩者還是有很大不同，撐起時間是緩沖時間的2倍左右，其原因可能是運動員的上肢肌肉力量較差，無法支撐落地時地面對上體甚至全身的沖擊力。尤其是肱三頭肌，緩沖時肌肉做退讓工作的能力差，肌肉被拉伸的長度增加，肘關節(jié)屈曲角度過大，致使收縮速度大幅度減慢。

因此，在練習和完成此類動作時，運動員應該重點發(fā)展上肢肱三頭肌的力量和超等長收縮的能力，從而使動作更加迅速有力、干凈利落，進而提高整體動作的完成質(zhì)量。

3 結(jié)論

（1）重心上升階段，膝關節(jié)和踝關節(jié)的關節(jié)控制不夠，出現(xiàn)了角度的小幅度變化；屈體分腿階位關節(jié)角度的控制基本都能高質(zhì)量完成，身體姿態(tài)保持較好，但是動作結(jié)構相對不合理，出現(xiàn)了重心高度、分腿角度、髖關節(jié)角度的最佳值不能同步出現(xiàn)的問題；下落階段出現(xiàn)膝關節(jié)角度變化不穩(wěn)定，雙手和雙腳落地不能同步的情況。不論是哪一部分先落地都會極大程度地對運動員造成損傷；落地俯撐階段表現(xiàn)為緩沖時間和撐起時間的差異性，其最主要的原因可能是主動肌力量欠佳，超等長收縮能力較差。

（2）競技健美操是一項對身體綜合素質(zhì)要求很高的運動，并且要求運動員在完成動作的同時保持身體的完美姿態(tài)。所以，肌肉力量的發(fā)展是保證高難動作完成的前提，因此，注意上肢與下肢、肢體左右側(cè)力量的均衡性發(fā)展是運動員完成高質(zhì)量動作的保證。

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Kinematics Analysis of Straddle Jump to Push up of Sports Aerobics

LI Shiming1，GAO Jindong2
（1.School of PE，Ludong University，Yantai 264025，China；2.Education Administration of Economic Technical Development Area of Yantai，Yantai 264006，China）

The methods of video analysis，documentary analysis and statistics analysis were used in this study.This paper use T-test for subjects'movements and analyzed the action law of straddle jump to push up of sports aerobics so that we can find the technology structure and character.The results showed the effect was better of takeoff，but the posture of small joints was not good enough in the air；the structure was that the center of gravity was the highest firstly，secondly，the hip angle was the smallest and then divided legs angle was the biggest；the upper and lower limbs were buffering synchronization.

sports aerobics；straddle jump to push up；kinematics

G 831.3；G 804.62

A

1005-0000（2011）01-0037-05

2009-12-28；

2010-12-01；錄用日期：2010-12-10

山東省研究生教育創(chuàng)新計劃項目（項目編號：SDYY08078）

李世明（1969-），男，山東棲霞人，教授，博士，研究方向為運動生物力學。E-mail：leesm0503@sohu.com

1.魯東大學體育學院，山東煙臺264025；2.山東省煙臺市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)教育局，山東煙臺264006。