競技武術套路自選項目Ｃ級跳躍難度起跳階段人體重心　運動學特征的生物力學對比研究

高　麗

（魯東大學體育學院，山東 煙臺 264025）

摘 要：高難度323C起跳技術是影響該難度動作高質量完成的關鍵環節，其動作人體重心的運動學基本特征與要素是重要的評價依據之一。運用運動生物力手段對起跳階段人體重心的運動學特征進行比較研究發現：助跑結束時獲得的水平速度并不是越大越好，而緩沖時段水平速度的損失也不是越小越好。一級運動員右腿擺動慢，上步不積極，左腿蹬擺不充分，左臂擺幅小是導致左腳離地時刻水平速度增長小的關鍵所在。右腳離地時刻水平速度的損失率與垂直速度呈顯著正相關，武英級起跳時左腿加速擺動與右腿快速蹬伸的協調配合是起跳離地時獲得較大垂直速度的最重要原因。蹬伸時段重心水平位移與左腳離地時刻水平速度和垂直速度之間呈顯著性相關；緩沖時段一級運動員沒有武英級身體重心下降低，但用時還長，然而蹬伸時間沒有顯著差異，這是一級運動員沒有武英級完成動作好的最根本所在。

關鍵詞：競技武術；高難度323C；起跳；人體重心；運動生物力學

中圖分類號：G852.3文獻標識碼：A文章編號：1007-3612(2008)12-1715-05

A Comparative Biomechanical Analysis on Kinematic Characteristics of Human Body Gravity Center inTake瞣ff Phase of Selective Program C in Competitive Wushu Routine

——Taking high瞕ifficulty 323C in Selective Long Boxing as an Example

GAO Li

(College of Physical Education, Ludong University, Yantai 264025, Shandong China)

Abstract:Take瞣ff technique in high瞕ifficulty 323C is the key to high瞦uality

completion of this movement; the kinematical basic feature of body gravity center is important to evaluation. This paper does a comparative analysis the biomechanical features of human body's gravity center. It discovers that when the run瞮p is finished, the horizontal speed that is got is not the higher the better; while the reduced horizontal speed in buffering phase is not the less the better. The fact that Band1 athlete swings right leg slowly and does not step forward

actively, his left leg does not stretch adequately, the swing range of left arm is small, which is the key to the small increased horizontal speed for the left foot in the phase of leaving ground. And when the right leg is taking off the ground, the loss of horizontal velocity is positively correlated with the vertical

velocity. In the process of take瞣ff, the proper negotiation of left leg's swing at the increased speed and right leg's quick stretch is essential to that the elite athlete receives more vertical speed in the process of take瞣ff and leaving ground. There is significant correlation between horizontal displacement of gravity center in the stage of stretch, and horizontal velocity of gravity center and vertical velocity of gravity center in the left leg when taking off the ground. The height of gravity center of body of Band1 athlete is higher than that of elite athlete, and Band1 athlete is longer than elite athlete in the buffering stage of jumping, but there is no significant difference at the time of stretch.

Key words: competitive Wushu; high瞕ifficulty 323C; take off; center of body gravity; sport biomechanics

武術套路從1957年被列為正式比賽項目起至今50余年，經過眾多專家、學者和武術界同仁的共同努力，已基本形成了完整的技術體系和較穩定的評判標準，技術的發展在60年代追求“難度大、質量高、形象美”，后來遵循“突出競技特色、提高藝術水平，鼓勵發展創新”的指導思想，現在提出“高、難、美、新"的技術發展方向，使競技武術套路運動從內容到形式、從技術到水平沿著其自身的規律向前邁進了一大步。^[1]進入21世紀的今天，在面臨武術項目國際化、全球化趨勢的大環境下，為進一步突出其競技化屬性，向國際競賽項目接軌，2003年，國家體育總局武術運動管理中心新出臺了《武術套路競賽規則》。新規則重點突出難度動作，并對難度動作進行量化，確定難度等級，大幅度增加了難度動作分值比例^[2]，這在很大程度上促使技術動作向高規格化和難美化的方向發展，也提高了競技武術套路的可比性及裁判員評分的可操作性。

高難度323C（旋風腳轉體720°）是新規則自選長拳中難度等級最高（C級難度）的跳躍動作之一，高質量的完成此難度動作，不僅能增強套路演練的節奏和氣勢，而且是拉開比分差距，決定運動員最后成績優劣的重要因素。高難度323C起跳技術是完整技術中技術成分較高、動作細節較復雜的環節，其動作人體重心的運動學基本特征與要素是重要的評價依據之一^[3]。對此，本文擬運用美國“ARIEL”三維圖像解析系統對四川省武術隊8名優秀男子武術套路運動員（其中武英級4名，國家一級4名）高難度323C動作進行三維攝像解析，重點對起跳階段人體重心的運動學特征進行深入的對比分析與研究，揭示不同等級運動員技術動作差別的運動學特征，旨為廣大教練員和運動員掌握該技術動作特點，提高成功率，進行科學訓練提供可靠的理論依據和實踐參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 四川省武術隊8名優秀男子套路運動員。群體的基本情況見表1。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 查閱了競技武術套路難美動作的相關文獻，了解當前競技武術長拳自選套路難度技術的研究現狀及相關理論，為本論文的設計和實施提供理論依據。

1.3.2 三維攝像解析法

采用兩臺JVC GR-DVL9800攝像機同步定點拍攝高難度323C動作。拍攝時，左機置于起跳方向的左側，其主光軸對準動作階段中心，拍攝距離12 m。右機也置于起跳方向的左側，并與左機主光軸成82°夾角，其主光軸對準動作階段中心，拍攝距離12.5 m。兩臺攝像機采用外時標（發光二極管）作為同步標記。拍攝速度為50場/s。拍攝前對放置在起跳點的愛捷004-A0三維輻射框架進行標定。根據對錄像帶的觀察和拍攝時武術專家對該難度動作的現場評分（表1），對運動員完成的最好的一次技術實驗的錄像畫面采用艾立爾運動圖像測量解析系統進行解析，選用日本松井秀治人體模型，所得數據采用數字化濾波進行平滑處理，截斷頻率6Hz。

1.3.3 數理統計法

通過對所測得數據進行分析與篩選，所獲得運動學參數用SPSS11.0統計軟件進行處理，得到各項指標的平均數、標準差、相關系數及相關程度的顯著性檢驗結果。組間樣本采用獨立樣本t檢驗，P<0.05為具有顯著性差異，用*表示；P<0.01為具有非常顯著性差異，用**表示。

2 結果與分析

旋風腳轉體720°起跳階段是指從助跑最后一步左腳著地時刻開始到右腳離地時刻結束。為了分析動作的方便和需要，將起跳動作分為2個時段。即緩沖時段（左腳著地時刻到身體重心最低點時刻）；蹬伸時段（身體重心最低點時刻到右腳離地時刻，其中經過了右腳著地時刻、左腳離地時刻）。

旋風腳轉體720°起跳動作有其自身的特點，左腳著地時，右臂向上向后擺臂至頭部后上方，左臂隨之擺臂并收至右胸前。右腿隨即上步，腳尖內扣，左臂由上往前下擺臂，右臂隨之回落，上體向左旋轉前俯。緊接著右腿擰轉蹬伸，左腿快速向外蹬擺，左臂向外加速掄擺，右臂向上擺動，重心投影點逐漸移向起跳方向，以期獲得轉體力矩。左腳離地后，伴隨著兩臂的制動，左腿加速向外向上擺動，右腿迅速蹬伸來完成起跳動作。為了更深入分析起跳階段人體重心運動學特征的差異，根據起跳技術特點和動作順序，把特征畫面時相確定為：“左腳著地”，“身體重心最低”，“右腳著地”，“左腳離地”和“右腳離地”共5幅特征畫面。這些特征畫面，即不同動作時刻，可表征動作時段基本力學特征與動作質量^[4]。本文主要對上述2個時段5個時相進行生物力學對比分析和討論。

2.1 起跳階段人體重心速度特征對比研究

旋風腳轉體720°起跳階段的主要任務是充分利用人體在助跑前所獲得的水平初速度，創造盡可能大的騰起速度和合理的騰起角，為后續騰空轉體動作的完成創造條件。起跳過程中，人體重心水平速度的損失和垂直速度的獲得是影響起跳效果對立統一的兩個方面^[5]。為了研究人體重心速度特征對起跳效果的影響，我們繪出了人體重心速度變化規律曲線圖（圖1、圖2），并羅列出起跳過程中相關的運動學參數（表2-表4）。

2.1.1人體重心水平速度特征對比 旋風腳轉體720°起跳階段，重心水平速度變化均是從大到小，又到大再到?。▓D1）。由表2可知，左腳著地時刻，一級和武英級運動員水平速度分別為1.24 m/s、1.30 m/s，二者無顯著差異（t=－0.20，p>0.05）；重心最低點時刻，一級運動員水平速度、水平速度損失值及損失率與武英級也無顯著差異。（t=－0.20，p>0.05；t=0.15，p>0.05；t=－0.64，p>0.05；t=－0.71，p>0.05）。表明，緩沖時段一級運動員水平速度的損失值及損失率與武英級相比均無質的差別。對左腳著地時刻水平速度、緩沖時段水平速度的損失與右腳離地時刻垂直速度的相關分析結果（r=－0.01，P>0.05；r=0.10，P>0.05）表明，助跑結束時水平速度的獲得并不是越大越好，緩沖時段水平速度的損失也不是越小越好，它們對后續起跳騰空動作的完成不產生決定性的影響。此時段，水平速度的下降主要是左腳著地時對地面產生的摩擦力而引起的制動與支撐反作用力在水平方向的分力造成的。這部分損失的水平速度將通過左腿的退讓性收縮將其以肌肉彈性勢能的形式儲備起來，在開始蹬伸初期以動能的形式釋放出來，為身體重心運動方向提早轉變和垂直速度提早積累創造有利條件。這一點，從運動員水平速度的損失值與左腳離地時刻重心垂直速度之間存在顯著性相關關系（r=0.85，P<0.01）中得以驗證。右腳著地時刻，一級和武英級運動員水平速度分別為1.46 m/s、1.98 m/s，二者呈顯著差異（t=－2.45，p<0.05），說明，一級運動員左腿支撐蹬伸過程中，右腿擺動慢，上步不積極，導致右腳上步起跳時水平速度較小。左腳離地時刻，一級和武英級運動員水平速度及增長值分別為1.79 m/s、2.43 m/s；0.93 m/s、1.60 m/s。上述指標均呈顯著差異（t=－2.45，p<0.05；t=－2.67，p<0.05），表明，一級運動員左腳離地時刻水平速度的增長小于武英級，這是由于一級運動員左腿蹬擺不充分，左臂擺動幅度小所致。以上分析表明，助跑階段人體獲得的動能在起跳階段中，主要是通過左腿的制動性支撐動作，使下肢伸肌群被動拉長，人體獲得的動能轉化為肌肉的彈性勢能，然后下肢肌群快速收縮，為縮短下肢肌群蹬伸的時間和提高后續蹬伸動作的運動速度創造條件^[6]?？梢?，左腳著地至離地時刻，人體運動的實質是通過右腿的快速擺動加速左腿的蹬伸，使助跑獲得的動能與肌肉彈性能之間進行快速轉換，以獲取較大的水平速度和適宜的垂直速度。左腳離地之后，左臂制動，擺速開始下降，動量發生傳遞和轉移，這時，水平速度也開始下降。一級和武英級運動員右腳離地時刻水平速度分別為1.28 m/s、0.90 m/s；水平速度的損失及損失率分別為0.50 m/s、1.53 m/s；0.28、0.63。上述指標均呈顯著差異（t=3.16，p<0.05；t=－4.28，p<0.01；t=－4.30，p<0.01），表明一級運動員起跳的水平速度損失小于武英級，其原因主要一級運動員左臂制動不及時，右下肢制動不充分。對水平速度的損失率與右腳離地時刻垂直速度的相關分析結果（r=0.95，p<0.01）說明，水平速度的損失率越大，右腳離地時刻獲得的垂直速度就越大。因而旋風腳轉體720°起跳宜盡可能加大水平速度的損失來獲得較大的垂直速度和騰空高度。從技術上講，就要求左臂及時制動、加速左腿的外擺及右腿的蹬伸。

綜上所述，一級運動員緩沖結束后，左腿的蹬擺幅度小，左臂的擺動和右腿的前擺動作速度慢，影響了重心水平速度的增加，導致左腳離地時水平速度小。左腳離地后，左臂制動不及時，右下肢制動動作不充分是導致右腳離地時刻水平速度大的關鍵所在。

2.1.2 人體重心垂直速度特征對比

旋風腳轉體720°起跳階段，重心垂直速度變化均是從大到小，再到大（圖2）。起跳過程垂直速度的變化特征與起跳時身體重心運動方向的變化關系極為密切。當助跑最后一步左腿處于最大緩沖時，重心高度下降至最低點，此時重心沿垂直軸的速度值最低（理論上為0）。而從緩沖結束之后到右腳蹬離地面結束，身體重心在垂直方向上是一個不斷加速上升的過程，垂直速度隨著身體重心的高度不斷上升而增大至右腳蹬離地面瞬間達到最大值。從表3可知，左腳離地時刻，一級和武英級運動員垂直速度分別為1.67 m/s、1.98 m/s，二者呈顯著差異（t=－2.51，p<0.05），說明，武英級助跑最后一步結束左腳著地時制動效果顯著，助跑的動能更好地轉化為左腿伸肌的彈性勢能，使左腿在蹬伸時發揮更大的蹬伸力量，提高蹬伸動作的運動速度和右腳上步起跳時的動作速度，從而使右腳踏跳時右腳掌與地面形成及時的擰轉蹬伸，致使重心水平速度向起跳的垂直速度上轉化。而一級運動員左腿制動效果不明顯，蹬伸不充分，右腿擰轉蹬地不及時影響了左腳離地時刻垂直速度。當右腿蹬離地面瞬間，一級運動員垂直速度（3.08 m/s）小于武英級（3.61 m/s），二者呈顯著差異（t=－5.00，p<0.01），說明，武英級起跳時右腿快速蹬伸能力較強，左腿擺速較大，有利于右腳離地瞬間產生最大的爆發功率，從而導致起跳時垂直速度急劇增大。

起跳的騰起角度（α）是順利完成空中轉體720°的重要條件。我們定義為起跳離地時刻騰起垂直速度和水平速度比值的反正切值。即：arctgα=Vy/Vx，一級運動員騰起角67.43°，而武英級76.03°，二者呈顯著差異（t=－3.69，p<0.01）（表3）。其原因是一級運動員起跳騰起時水平速度損失率小于武英級。右腿的制動效果好，重心水平速度損失率大，對增大起跳垂直速度和騰起角度起重要作用。另外，從右腳離地時刻的垂直速度與人體重心騰空高度之間呈顯著相關關系（r=0.98，p<0.01）中得知，起跳離地時刻垂直速度越大，重心騰空高度越高。

由此可見，左腿加速擺動和右腿快速蹬伸的協調配合是影響起跳離地時刻重心垂直速度的最重要因素。一級運動員在起跳過程中，起跳潛能沒能得到充分發揮，起跳垂直速度、騰起角均小于武英級，影響了離地后的騰空高度和滯空時間，不利于空中擊響和旋轉動作的順利完成。因此，一級運動員在起跳階段應重點加強下肢專項爆發力和柔韌練習，注重蹬伸和擺動的協調結合。

2.2 起跳階段人體重心位移特征對比研究

2.2.1 人體重心水平位移特征對比

旋風腳轉體720°起跳階段，人體重心水平位移呈明顯的線性狀態，兩級別運動員重心水平移動速度較緩和，差異較?。▓D4）。從表4、圖3分析可知，一級和武英級運動員緩沖時段身體重心水平位移分別為0.07 m、0.09 m（t=－1.41，p>0.05）；蹬伸時段重心水平位移分別為0.14 m、0.20 m（t=－2.42，p<0.05）這說明，兩個級別運動員緩沖時段重心水平位移沒有質的差別，而緩沖結束后，武英級左腿的支撐蹬伸能力、右腿的快速擺動能力以及左右腿蹬擺協調配合的能力強于一級運動員。經檢驗，蹬伸時段重心前移水平位移與左腳離地時刻水平速度、垂直速度呈顯著性相關關系（r=0.95、p<0.01；r=0.78、p<0.05），表明，蹬伸過程中重心水平前移距離的減少會導致重心速度的降低。因此，筆者認為，若左腿支撐時蹬伸動作不積極，則會導致起跳時重心距離起跳點過遠，不利于身體重心快速向起跳點移動，另一方面，支撐腳與地面不能形成一定的擰轉蹬地過程，造成踏跳力量不足，影響蹬伸時垂直方向力的初步獲得，從而進一步影響后續蹬伸過程中垂直方向加速度的獲得。針對一級運動員來說，應在左腿有力的支撐下，積極快速蹬伸，推動身體重心前移至起跳方向，一則可使水平速度得到最大限度地提高，為后續右腿踏上起跳點及左腿的盡早擺動創造有利的條件。另外，可使右腳踏跳時右腳掌與地面形成良好的擰轉蹬地，從而使右腳踏上起跳點后能迅速進行蹬伸，為重心垂直速度的初步積累和重心運動方向的順利改變創造條件，也為后續蹬伸動作和騰空轉體動作的順利完成提供保障。

2.2.2 人體重心垂直位移特征對比

起跳階段人體重心從助跑最后一步結束左腳著地時刻開始到右腳離地時刻結束是一個先下降后不斷上升的過程（圖5）。這是因為左腳著地時膝關節屈膝緩沖，加之上體擰腰下擺，兩臂由上向體前掄擺，身體重心降到最低點。從表4可知，緩沖時段，一級和武英級運動員身體重心下降高度分別0.07 m、0.09 m，二者呈顯著差異（t=－2.83，p<0.05），表明，緩沖時段武英級身體重心下降的高度較一級運動員大。即武英級緩沖動作結束時身體重心處于較低位置，為后續蹬伸動作創造更大的空間，有利于提高垂直速度。隨著左腿的積極蹬伸，右腿快速前擺，前腳掌積極內扣，并與地面形成良好的擰轉蹬地，使身體重心投影點快速移向起跳點，從而使右腳踏上起跳點后能通過及時的蹬伸動作將獲得的蹬伸力量很好地通過身體重心，改變身體運動的方向。左腳著地時刻，兩個級別運動員身體重心都有所上升。左腳離地后，右腿膝關節快速蹬伸、左腿加速向上擺動及上體充分伸展，使身體重心在右腳離地時達到最大值。從表4可知，蹬伸時段，一級運動員重心垂直位移為0.31 m，而武英級為0.36 m，二者呈顯著差異（t=－3.54，p<0.05）表明，一級運動員起跳蹬伸時下肢專項柔韌素質和快速蹬伸能力不如武英級，造成蹬伸時人體重心的垂直位移小，騰起垂直速度小。經檢驗，起跳垂直速度與重心垂直位移之間存在顯著性相關（r=0.89，p<0.01），說明，垂直蹬伸距離愈長，即人體向上加速的空間范圍加大，就有可能騰空高。

2.3 起跳階段時間特征對比研究

本文中起跳時間與起跳離地的垂直速度呈顯著負相關（r=－0.92，p<0.01）說明，縮短起跳時間有利于獲得較大的重心垂直速度。這與踏跳應當遵循起跳時間以短為宜的原則相一致^[7]。一級運動員起跳時間（0.40 s）大于武英級（0.35 s），二者呈顯著差異（t=－2.83，p<0.05）（表5），表明，一級運動員起跳時間較長，影響了起跳蹬地力量和起跳效果。然而，起跳時間畢竟只是反映起跳蹬離動作完成快慢的，而不是反映動作完成質量效果的。對此，我們對起跳時間的組成成分進行分析發現，一級和武英級運動員緩沖時間分別為0.17 s和0.11 s，二者呈顯著差異（t=5.66，p<0.01）說明，一級運動員緩沖時間較長，而重心下降的高度還比武英級少（前已述），即用時較多，位移較短，不利于迅速過渡到后續蹬伸動作，影響完成動作的速度。而兩個級別運動員蹬伸時間無顯著差異（t=1.41，p>0.05）表明，在蹬伸時間差異較小的情況下，縮短緩沖時間，加大蹬伸距離可提高起跳垂直速度。因此，運動員在完成旋風腳轉體720°起跳動作時既要使身體重心處于較低位置，同時縮短完成動作的時間，這主要取決于左腿離心收縮能力和右腿蹬伸肌群的快速爆發能力及身體各環節的相互協調配合。要做到這一點，合理的方法是人體在緩沖時，加大兩臂的擺動幅度，右腿快速前擺及蹬伸，使人體重心快速移向起跳點，確保起跳動作連貫統一、一氣呵成。武英級運動員這點做的比一級運動員好，也是武英級能更好完成動作的最關鍵所在，需特別重視。

3 結論與建議

3.1 結論

1) 助跑最后一步結束左腳著地時刻水平速度、緩沖時段水平速度的損失與右腳離地時刻垂直速度均無相關關系（r=－0.01，P>0.05；r=0.10，P>0.05）。說明，助跑結束時獲得的水平速度并不是越大越好，而緩沖時段水平速度的損失也不是越小越好。

2) 一級運動員右腳著地時刻、左腳離地時刻的水平速度與武英級相比均具有顯著性差異（t=－2.45，p<0.05；t=－2.45，p<0.05）。一級運動員右腿擺動慢，上步不積極，右腳著地之后，左腿蹬擺不充分，左臂擺幅小是導致左腳離地時刻水平速度增長小的關鍵所在。

3) 右腳離地時刻，水平速度的損失率與垂直速度呈顯著相關（r=0.95，p<0.01）。

武英級起跳過程中，左腿加速擺動與右腿快速蹬伸的協調配合及左臂及時制動是起跳離地時獲得較大垂直速度的重要原因。

4) 一級運動員起跳離地時刻的垂直速度、騰起角度小于武英級，影響了離地后的騰空高度和滯空時間，不利于空中擊響和旋轉動作的順利完成。

5) 蹬伸時段重心水平位移與左腳離地時刻水平速度、垂直速度呈顯著性相關（r=0.95，p<0.01；r=0.78，p<0.05）。一級運動員在此時段重心水平位移（0.14 m）比武英級（0.20 m）小，主要是左腿蹬伸動作不積極，送髖不主動所致。

6) 緩沖時段，一級和武英級運動員身體重心下降高度分別為0.07 m和0.09 m，二者呈顯著性差異（t=－2.83，p<0.05），但一級運動員還比武英級用時長（分別為0.17 s和0.11 s），然而兩個級別的蹬伸時間無顯著性差異（t=1.41，p>0.05），這是一級運動員沒在武級英完成動作好的關鍵所在。

3.2 建議

1) 運動員需根據自身訓練水平，助跑的技術，發揮速度的快慢等特點，在平時訓練中努力尋找速度與力量之間的最佳結合，使助跑速度與自身的專項力量素質相匹配，在保證左腿能夠快速充分蹬伸的前提下，盡量發揮助跑速度。

2) 提高左腿的支撐蹬伸、擺動能力和右腿的擺動、擰轉蹬伸能力的協調配合是一級運動員今后訓練的重點。

3) 重點加強下肢專項力量和柔韌練習，特別是左腿的退讓性工作能力與右腿的快速蹬伸能力，注重動作的蹬擺結合與制動，應是在較短時間內提高起跳垂直速度與騰起角度的有效手段之一。

總之，影響旋風腳轉體720°的因素較為復雜，起跳技術的每一環節都對其后續技術動作的完成產生直接影響。教練員一方面要根據新規則的指導，對難度動作進行針對性的研究，把難度動作的關鍵技術作為訓練的突破口，嚴格按照技術原理和動作結構特點發展和改進技術動作。另一方面，要充分考慮到運動員專項素質、運動技能、神經類型等方面存在的個體差異，在難度動作的訓練方法與手段的選擇上因人而異、因材施教。

參考文獻：

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