導(dǎo)語：如何才能寫好一篇運(yùn)動生物力學(xué)分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 競技武術(shù) 散打踹腿技術(shù) 運(yùn)動生物力學(xué) 分析

1緒論

根據(jù)散打的動作特征和技術(shù)要求，每一個踹腿動作過程中都要經(jīng)歷提膝、翻小腿和踹擊三個階段，而踹腿動作中的翻小腿和踹擊往往是同時進(jìn)行的，所以我們將其分為提膝和翻踹兩個階段。同時為了敘述方便，我們將為完成技術(shù)動作支撐人體重心的腿稱為支撐腿，而進(jìn)攻擊打目標(biāo)的腿稱為攻擊腿。運(yùn)動技術(shù)水平的表現(xiàn)跟腿法技術(shù)密切相關(guān)，自古就有諺語“手是兩扇門，全憑腿打人”，這充分說明了腿法技術(shù)在散打運(yùn)動中的重要作用。根據(jù)馬學(xué)智對1999年全國武術(shù)散打錦標(biāo)賽的研究表明：在進(jìn)攻技術(shù)中，腿法比拳法的運(yùn)用次數(shù)多。而在眾多的腿法中踹腿是直線性腿法的典型代表，又有“先鋒腿”之稱。因它在技、戰(zhàn)術(shù)上具有能攻善守之優(yōu)點，且在打擊力量、打擊速度等方面明顯優(yōu)于其它腿法動作故被運(yùn)動員視為進(jìn)攻得分的主要動作之一，是散打中運(yùn)用率較高的腿法。馬莉芳、韋海峰對武術(shù)散打王爭霸賽腿法技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析得知，側(cè)踹腿共運(yùn)用544次，占整個腿法使用總數(shù)的24.8%，僅次于橫踢腿，是有效的得分手段之一。從現(xiàn)場觀察統(tǒng)計來看，側(cè)踹腿攻擊部位多在胸腹部，缺乏高、中、低位的變化，攻擊距離也有一定的局限性。梁亞東、肖紅征對“第5屆世界武術(shù)錦標(biāo)賽”散打決賽腿法技術(shù)運(yùn)用進(jìn)行分析，結(jié)果表明：運(yùn)動員掌握腿法技術(shù)的好壞直接影響其比賽成績。腿法技術(shù)訓(xùn)練質(zhì)量越高，在瞬息萬變的激烈比賽中運(yùn)用的實效性越好。蹬腿和側(cè)踹腿是遏止國外運(yùn)動員擅長的重拳及近身摟摔打法的實效技術(shù)。在訓(xùn)練中要針對性的提高其動作速度和攻擊威力。對前腿側(cè)踹這個具有代表性的動作進(jìn)行客觀而系統(tǒng)的分析，從而歸納其內(nèi)在的運(yùn)動生物力學(xué)特點和規(guī)律，對今后的教學(xué)與訓(xùn)練提供科學(xué)的理論依據(jù)將有十分重要的意義。

2研究現(xiàn)狀

查閱《體育與科學(xué)》、《中國體育科技》、《體育文史》及北京體育大學(xué)、上海體育學(xué)院等12所體育院校的學(xué)報，《浙江體育科技》、《遼寧體育科技》等14家體育科技期刊近十年來有關(guān)散打運(yùn)動方面的研究文獻(xiàn)以及武術(shù)領(lǐng)域?qū)Ｖ驼撐暮蟮弥?，國?nèi)學(xué)者對散打運(yùn)動訓(xùn)練方法、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用、營養(yǎng)衛(wèi)生及賽制改革等方面的研究取得了一定的成績，但真正對散打運(yùn)動技術(shù)動作進(jìn)行深入研究還顯得不夠，運(yùn)用運(yùn)動生物力學(xué)的研究方法進(jìn)行探討散打動作技術(shù)的成果還非常有限，其文獻(xiàn)報道寥寥無幾，更談不上綜合分析和量化指標(biāo)。關(guān)于競技武術(shù)散打踹腿術(shù)的生物力學(xué)分析這一課題目前尚屬缺乏。武術(shù)對抗性項目的開展，從武術(shù)套路的攻防含義中徹底地分離出來，形成了具有實用性技擊對抗的體育項目――競技武術(shù)散打。它是兩人按照一定的規(guī)則，運(yùn)用武術(shù)中的踢、打、摔和相應(yīng)的防守等技法進(jìn)行徒手格斗對抗的現(xiàn)代競技體育項目。是中國武術(shù)的重要組成部分。武術(shù)是中華民族文化的瑰寶，在幾千年的發(fā)展過程中，由于科學(xué)技術(shù)不發(fā)達(dá)，沒有先進(jìn)的實驗儀器和科學(xué)的理論支持，沒有條件對拳理、拳法做科學(xué)的分析研究。因此，前輩武術(shù)家在練拳習(xí)武的過程中，只能由感而發(fā)，將拳理、拳法中的一些原理及規(guī)律以感性認(rèn)識的方式記錄下來，以指導(dǎo)后人習(xí)練武術(shù)，少走彎路。理論源于實踐，理論反過來又能指導(dǎo)實踐，促進(jìn)實踐更好地發(fā)展。競技武術(shù)散打作為一項體育運(yùn)動，已經(jīng)推向世界，如果沒有堅實的理論為基礎(chǔ)，它的發(fā)展就不容樂觀。所以，競技武術(shù)散打的發(fā)展需要有一系列的科學(xué)理論為其奠定基礎(chǔ)，對散打基礎(chǔ)理論的科學(xué)化、系統(tǒng)化研究已經(jīng)成為擺在我們面前亟待解決的問題。運(yùn)動生物力學(xué)作為體育運(yùn)動的基礎(chǔ)理論，也是散打技術(shù)改M和提高的重要依據(jù)之一，故用運(yùn)動生物力學(xué)原理對散打技術(shù)動作進(jìn)行分析具有重要意義。人體任何合理的動作都要遵循運(yùn)動生物力學(xué)原理，競技武術(shù)散打運(yùn)動也不例外。任何合理的散打技術(shù)動作都必須符合人體解剖學(xué)、運(yùn)動生物力學(xué)原理、運(yùn)動學(xué)規(guī)律和武術(shù)技擊原理。運(yùn)動生物力學(xué)是散打運(yùn)動存在和發(fā)展的最重要的理論依據(jù)之一，散打任何技術(shù)動作都是在人體自身的內(nèi)力與外力整體作用下完成的，運(yùn)動生物力學(xué)原理貫穿在散打每個技術(shù)動作中。競技武術(shù)散打與運(yùn)動生物力學(xué)原理交融滲透、密不可分。競技武術(shù)散打作為一項體育項目，其動作技術(shù)有著自身內(nèi)在的規(guī)律性，如果不對這些規(guī)律進(jìn)行科學(xué)把握，沒有一個標(biāo)準(zhǔn)化的通用技術(shù)，競技武術(shù)散打就不可能更好地發(fā)展下去，甚至難以讓世人接受。競技武術(shù)散打要想走向世界，和西方體育運(yùn)動相互融合，共享一個“蛋糕”，就必須與現(xiàn)代科學(xué)知識相結(jié)合，走科學(xué)化的發(fā)展道路。本人在查閱了大量的文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)在散打中有關(guān)技法的論述較多，但大多是基于經(jīng)驗介紹，缺乏應(yīng)有的理論依據(jù)。運(yùn)用生物力學(xué)手段對技術(shù)動作進(jìn)行診斷和評價的報道極為鮮見，即使有也是零星的缺乏理論深度的或者研究方法和測試儀器已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代體育運(yùn)動發(fā)展要求的。從目前運(yùn)動生物力學(xué)動作技術(shù)研究的方法和范疇分析，已經(jīng)深入到通過三維測試分析系（下轉(zhuǎn)第146頁）（上接第144頁）統(tǒng)等來評價和診斷動作技術(shù)，但在競技武術(shù)散打運(yùn)動中還很少見到。

3研究方法

本人采用QUALISYS-MCU500紅外遠(yuǎn)射測試系統(tǒng)與三維測力平臺測試系統(tǒng)對散打腿法中較為常用的前腿踹腿技術(shù)進(jìn)行研究，對不同水平運(yùn)動員（優(yōu)秀組與非優(yōu)秀組）每組10人，共20人的踹腿技術(shù)進(jìn)行髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度測試、速度測試，并分析，力求找出前踹腿技術(shù)的運(yùn)動生物力學(xué)特點及內(nèi)在的規(guī)律，為進(jìn)一步豐富、完善散打技術(shù)理論、優(yōu)化動作技術(shù)、規(guī)范技術(shù)規(guī)格、預(yù)防損傷和科學(xué)選材作前瞻性探索。

5結(jié)論

建議散打運(yùn)動應(yīng)該更加科學(xué)化地發(fā)展，對動作技術(shù)的研究應(yīng)該多借助一些運(yùn)動生物力學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)的研究方法和手段，并采用當(dāng)今先進(jìn)的實驗儀器進(jìn)行測試與分析，使散打理論得到科學(xué)的驗證與補(bǔ)充，不斷豐富散打理論，以推動其更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

篇2

1.1優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛出手速度分析

出手速度是影響標(biāo)槍飛行距離的最重要因素，其相關(guān)系數(shù)為r=0.764，p

1.2優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛出手角度分析

出手角度是標(biāo)槍初速度的方向與水平面之間的夾角。出手角度是影響標(biāo)槍飛行距離的另一重要因素，三場比賽趙慶剛出手角度平均值達(dá)到35.05度，巴特尼茲等學(xué)者大量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)男子優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員的最佳出手角度在32到34度左右，顯然趙慶剛的出手速度偏大，這與其日常訓(xùn)練時表現(xiàn)相一致，由于趙慶剛投擲時往往槍尖太高而槍尾太低，導(dǎo)致出手的角度多大，過大的出手角度對標(biāo)槍飛行距離縮短，對其成績帶來不利影響。

1.3優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛出手攻角分析

標(biāo)槍攻角是標(biāo)槍縱軸與標(biāo)槍出手速度方向之間的夾角，運(yùn)動員理想的攻角應(yīng)為0度，運(yùn)動員也應(yīng)近最大努力沿標(biāo)槍縱軸用力，提高其發(fā)力效率。此外標(biāo)槍攻角應(yīng)與出手角度綜合考慮，當(dāng)出手角度偏低時，較大的攻角在一定程度上有利于標(biāo)槍的飛行距離，當(dāng)出手角度偏大時，攻角應(yīng)降低，從而有利于標(biāo)槍的飛行。有表一看出趙慶剛的出手角度明顯偏高，肇慶站其攻角為負(fù)值，這在一定程度上彌補(bǔ)了趙慶剛過大的出手角度，因此從運(yùn)動成績也可以看出，蘇州站和肇慶站的出手速度和出手角度相當(dāng)，兩站出手攻角的（7.18度，-6.92度）不同對最終的成績產(chǎn)生了影響。

1.4優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛出手高度與左腳著地瞬間犯規(guī)線的距離分析

理論上講，標(biāo)槍的出手越高其飛行距離越遠(yuǎn)，現(xiàn)實中由于運(yùn)動員身體形態(tài)及技術(shù)的特點的不同，每名運(yùn)動員都有其最佳的出手高度。莫瑞斯等人統(tǒng)計結(jié)果表明，運(yùn)動員的出手高度越大，其成績往往表現(xiàn)越差，澤萊茲尼（1.84米）創(chuàng)造98.48米世界紀(jì)錄的投擲高度僅為1.65米。趙慶剛身高與澤萊茲尼相同，從三站投擲高度也可以看出在出手高低較低的情況下，趙慶剛的投擲成績較好，這可能與運(yùn)動員技術(shù)有關(guān)，較高的出手高度往往伴隨著運(yùn)動員發(fā)力效果的減弱。

運(yùn)動員出手瞬間距離犯規(guī)線的距離與出手后的水平向前速度和運(yùn)動員的緩沖技術(shù)有關(guān)，運(yùn)動員應(yīng)在不影響技術(shù)發(fā)揮的前提下盡可能減小這一距離。趙慶剛投擲結(jié)束后往往采用向前匍匐的緩沖技術(shù)，雙臂與腳共同用來最后緩沖，2009年柏林世錦賽前八名運(yùn)動員這一距離為2.85米，可見趙慶剛出手后距離犯規(guī)線的距離（2.71米）較合理。

2 優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛制動支撐技術(shù)分析

國際優(yōu)秀運(yùn)動員左腳著地瞬間左膝角為170.4度，趙慶剛這一數(shù)值為170.08度，與國際優(yōu)秀運(yùn)動員水平相當(dāng)，說名他在左腿制動方面的能力較好。從出手瞬間左膝角度來看，其平均值為160.91度，而國際優(yōu)秀運(yùn)動員出手瞬間的左膝角平均為 168.9度，由此可見趙慶剛左膝制動能力接近國際水平，但其從左腳著地瞬間到出手瞬間的左膝“硬支撐”能力較弱，這對其最后的力量傳遞和出手角度造成了影響。

3 優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛主動著地能力分析

交叉步右腳著地之后為使身體迅速過渡到雙支撐階段，運(yùn)動員左腿應(yīng)主動積極前伸，從表二右腳著地瞬間到左腳著地瞬間的左腿角與左膝角的變化來看，左膝角增加了9.42度，左腿角則減少了11.43度，這說明趙慶剛在右腳著地之后，左腿仍在積極主動的著地。此外從單支撐時間來看，其單支撐時間均值為0.21秒，柏林世錦賽決賽前八名運(yùn)動員的這一數(shù)值為0.2秒，說明趙慶剛從右腳著地到左腳著地的能力與世界優(yōu)秀選手相似。從左腳著地到出手時間來看，趙慶剛雙支撐時間平均為0.11秒，柏林世錦賽的前八名的這一數(shù)值為0.10秒，這也說明趙慶剛在這一方面具備國際優(yōu)秀運(yùn)動員的水平。

4 優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動員趙慶剛延緩能力分析

軀干后傾角指運(yùn)動員在投擲的過程中，支撐腿著地瞬間身體重心與著地點的連線和垂直面之間的夾角，是投擲步過程中軀干向后傾斜的程度。它反映出運(yùn)動員在用力過程中身體超越器械的程度和軀干在各個時相的位置，特別是在左腳著地到”滿弓”形成瞬間也可以間接的反映出運(yùn)動員是否做出“延緩”動作，因此軀干的后傾角是評價身體姿勢是否合理的標(biāo)志之一。一般認(rèn)為，在交叉步后右腳著地瞬間，理想角度為30到36度，由表三看出，顯然趙慶剛右腳著地瞬間的軀干傾角較小，三場比賽的平均值僅為16.1度，顯示著其延緩能力不足。從三個階段的軀干傾角變化來看，從右腳著地瞬間到左腳著地瞬間，其軀干傾角程增大狀態(tài)，軀干傾角平均增加了4.89度，從這一點說明，盡管趙慶剛的軀干傾角較低，但其從右腳著地到左腳著地這一階段并未出現(xiàn)上體軀干過早加速的現(xiàn)象，說明其技術(shù)動作的控制能力較強(qiáng)。從左腳著地瞬間到出手瞬間軀干傾角平均增加了45.64度，肇慶站比賽軀干傾角變化幅度最小為33.02度，這為趙慶剛增加其對標(biāo)槍的加速距離創(chuàng)造了良好條件。

篇3

摘要 根據(jù)籃球球運(yùn)動專項力學(xué)特點，結(jié)合運(yùn)動生物力學(xué)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、以及籃球運(yùn)動教學(xué)發(fā)展的實際需求，對運(yùn)動生物力學(xué)在籃球運(yùn)動教學(xué)中應(yīng)用和發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。希望運(yùn)動生物力學(xué)與籃球運(yùn)動的特點緊密結(jié)合，更好地為籃球教學(xué)提供幫助。

關(guān)鍵詞 運(yùn)動生物力學(xué) 籃球運(yùn)動 教學(xué) 應(yīng)用分析

近年來，籃球運(yùn)動受NBA和CBA的影響，很受學(xué)生的歡迎，大家都愿意參與這種集體帶有趣味的運(yùn)動?？稍诮虒W(xué)中可以看到一些學(xué)生由于身體的先天條件，動作做起來比較難受，不合理。怎樣幫助每個孩子都能掌握這門技術(shù)。我想通過運(yùn)動生物力學(xué)的原理去分析學(xué)生的特點，通過分析給他們制定不同的水準(zhǔn)，不能集體都按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣會使學(xué)生感到籃球運(yùn)動的艱難，我們降低難度就是要使不同的學(xué)生體驗到成功的樂趣，因材施教使學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)。如何做到這些，我們就要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地認(rèn)識籃球運(yùn)動的規(guī)律。更好的在教學(xué)中利用為學(xué)生服務(wù)。

一、運(yùn)動生物力學(xué)在籃球運(yùn)動中的應(yīng)用領(lǐng)域分析

從運(yùn)動生物力學(xué)角度來看，籃球運(yùn)動要求人體上下肢的協(xié)調(diào)配合，很好的應(yīng)用人的手部動作去接球，做蹬地加速的動作，如何在這個過程中做到合理就必須了解學(xué)生的生理結(jié)構(gòu)，肌肉力量的相互作用。什么角度的運(yùn)動適合此階段性的學(xué)習(xí)。用多大力能滿足他們的可接受的力量范圍，針對不同的學(xué)生應(yīng)該采用不同的方法手段加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)，切不可讓學(xué)生做過多大于自己身體不能做的力量訓(xùn)練。幫助他們在自己合理的技術(shù)動作內(nèi)做到自己最適合的動作。對于動作的要求不可統(tǒng)一要求，要區(qū)別對待，這樣一方面可以鼓勵學(xué)生很好的練習(xí)；另一方面要使學(xué)生不斷進(jìn)取不至于傷害學(xué)生的自尊心。在場地器材方面要對學(xué)生認(rèn)真講解。使他們真正認(rèn)識到自己的力是如何傳導(dǎo)的，如何在正確的用力前提下做到做好的自己。

二、運(yùn)動生物力學(xué)研究方法在籃球運(yùn)動中的應(yīng)用分析

（一）運(yùn)動生物力學(xué)研究方法分類

按研究方法劃分，運(yùn)動生物力學(xué)應(yīng)用在籃球運(yùn)動中的研究大體可分為兩類：一是力學(xué)理論研究方法，二是實驗研究方法。兩者相輔相成，相互統(tǒng)一，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合，才能使運(yùn)動生物力學(xué)更好地在運(yùn)動實踐中應(yīng)用[1]。這就要求在實踐當(dāng)中很好的將二者緊密結(jié)合共同應(yīng)用到學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中。

（二）運(yùn)動生物力學(xué)的力學(xué)理論研究方法在籃球運(yùn)動項目中的應(yīng)用分析

該研究方法因為是通過模擬手段對人體運(yùn)動仿真，一般包括五個步驟：1.確定運(yùn)動特征，建立目標(biāo)函數(shù)；2.選擇模型確定剛體的自由度；3.建立動力學(xué)模型；4.實測已知數(shù)據(jù)并求解；5.根據(jù)求解結(jié)果解釋運(yùn)動規(guī)律，這一步驟是將求得的數(shù)學(xué)規(guī)律化為體育運(yùn)動語言對運(yùn)動技術(shù)進(jìn)行合理的指導(dǎo)[ 2]。根據(jù)此研究方法，可以對籃球中許多問題進(jìn)行研究。如對于籃球運(yùn)動中學(xué)生的傷病的研究，有助于對學(xué)生在籃球運(yùn)動中的損傷認(rèn)識和預(yù)防。可以利用力學(xué)理論研究的方法對關(guān)節(jié)力和力矩進(jìn)行推算。這實際上是為人體的運(yùn)動給予科學(xué)化得定量，通過科學(xué)實驗找出人體運(yùn)動的范圍和幅度，為更好的人類發(fā)掘自身的潛能和動作的量化提供參考依據(jù)。

（三）運(yùn)動生物力學(xué)的實驗研究方法在籃球運(yùn)動中的應(yīng)用分析

由于動力學(xué)研究方法與運(yùn)動學(xué)測試在籃球運(yùn)動項目中運(yùn)用的較少，所用到的生物力學(xué)儀器不多。因此運(yùn)動生物力學(xué)的實驗研究方法在籃球運(yùn)動項目中有極大的發(fā)展空間。

1.常用的生物力學(xué)儀器將在籃球項目中的廣泛應(yīng)用

許多已經(jīng)在其他專項中運(yùn)用較為廣泛的生物力學(xué)儀器在籃球運(yùn)動項目中尚未廣泛使用。比如，肌電儀，腳墊受力分析鞋墊。腳墊受力分析可以反映地面對人體的反作用力。運(yùn)動員投球的力最終是通過人體蹬地面，同時地面給人體的反作用力而實的。通過在運(yùn)動員的鞋子里放上受力分析鞋墊，可以得出在移動過程中，腳底壓力的分布圖，可以為籃球運(yùn)動員鞋子的設(shè)計提供參數(shù)。通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強(qiáng)度和時間進(jìn)行描述，確定主要的參與肌群。這樣學(xué)生就可以很清楚地知道完成某動作的肌肉用力順序是什么，哪些是主動肌，哪些是被動肌，可為力量訓(xùn)練提供參考。

2.多機(jī)同步測試的研究

多機(jī)同步測試研究是運(yùn)動生物力學(xué)研究的發(fā)展趨勢。對于籃球這項精密的運(yùn)動，以往的研究多是從一維的視角來進(jìn)行的，對籃球運(yùn)動的生物力學(xué)的研究應(yīng)朝著多維的研究視角發(fā)展。比如，將攝像系統(tǒng)和測力臺系統(tǒng)同步的測試方法，綜合運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的數(shù)據(jù)對籃球運(yùn)動進(jìn)行更加深入、全面的研究與分析。

3.開發(fā)籃球?qū)ｍ椈?、反饋快速化的運(yùn)動技術(shù)測試儀器

近年來隨著其他運(yùn)動項目運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、測試儀器的質(zhì)量、功能、效率不斷提高，某些運(yùn)動項目專用的測試儀器不斷出現(xiàn)。其它專項的研究可為籃球?qū)ｍ椈臏y試儀器提供借鑒。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，加速度傳感器的體積和質(zhì)量都可以做到非常小，精度可以達(dá)到很高，此儀器可以實時監(jiān)控籃球鞋的速度、加速度和角速度，并可據(jù)此推算籃球鞋不同部位的受力情況，以及腳蹬地的初速度。而對籃球鞋運(yùn)動情況的所做的研究較少。如果這些設(shè)想可以實現(xiàn)的話，將豐富這方面的研究可以防止運(yùn)動者教學(xué)腳部的受傷的情況。為更好的教學(xué)服務(wù)提供保障。防止學(xué)生在運(yùn)動中受傷的概率。

（四）力學(xué)理論研究方法和實驗研究方法緊密結(jié)合

理論力學(xué)理論研究方法和實驗研究的方法緊密結(jié)合對籃球運(yùn)動進(jìn)行運(yùn)動生物力學(xué)的研究，將有助于從不同層面和角度更好的認(rèn)識籃球運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)而可使運(yùn)動生物力學(xué)更好地為籃球?qū)嵺`服務(wù)，是運(yùn)動生物力學(xué)在籃球運(yùn)動中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。力學(xué)理論研究方法必須輔之實驗和經(jīng)驗，才能使它在實際應(yīng)用方面的作用得以發(fā)揮，力學(xué)理論方法與實驗測試方法兩者應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合。前者提供了運(yùn)動普遍規(guī)律，對分析有理論指導(dǎo)意義，后者是理論研究與實際是具體應(yīng)用的橋梁，能使研究更好地為運(yùn)動實際服務(wù)。實驗方法和力學(xué)理論研究共同發(fā)展、相輔相成，使運(yùn)動生物力學(xué)學(xué)科漸趨深入完善。

三、結(jié)束語

籃球運(yùn)動教學(xué)的動作技術(shù)診斷，力學(xué)研究，學(xué)生肌肉、骨骼力學(xué)特性的研究，將有助于籃球?qū)ｍ棞y試儀器的開發(fā)，籃球運(yùn)動員損傷機(jī)理和預(yù)防的研究等領(lǐng)域需要利用運(yùn)動生物力學(xué)在籃球?qū)ｍ椫羞M(jìn)行全方位的研究。這樣有助于在實際中解決一些教學(xué)中的學(xué)生容易受傷的難題，將生物力學(xué)的有關(guān)原理服務(wù)于學(xué)生的課堂，用科學(xué)的方法指導(dǎo)學(xué)生籃球訓(xùn)練與比賽，更好的預(yù)防學(xué)生在不同情況下的運(yùn)動損失與治療。

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篇4

一、運(yùn)動生物力學(xué)的定義：

運(yùn)動生物力學(xué)的定義（國內(nèi)）是運(yùn)動生物力學(xué)是一門新興學(xué)科，現(xiàn)在比較通用的定義是“運(yùn)動生物力學(xué)是研究體育運(yùn)動中人體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)”。國外對這門學(xué)科的定義也大相徑庭究，有些國家把運(yùn)動生物力學(xué)認(rèn)為是人體內(nèi)部運(yùn)動器系運(yùn)動和外部人體整體運(yùn)動的力學(xué)特性，盡管運(yùn)動生物力學(xué)在國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一的定義，但是運(yùn)動生物力學(xué)的作用和研究意義已被各個國家所重視。

二、在技術(shù)教學(xué)中的重要地位

在體育運(yùn)動中任何一項身體練習(xí)都由一定的動作及動作體系構(gòu)成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運(yùn)動技術(shù)。合理的運(yùn)動技術(shù)以運(yùn)動生物力學(xué)理論為依據(jù)，并富含運(yùn)動生物力學(xué)原理。而運(yùn)動生物力學(xué)又以其分析科學(xué)性，結(jié)構(gòu)合理性為體育技術(shù)教學(xué)提供理論和方法上的指導(dǎo)，它可以通過對形形體育動作差別原因的分析，探討出獲得良好技術(shù)的各種力學(xué)條件，從而使學(xué)生更完善地認(rèn)識、學(xué)習(xí)和掌握合理的運(yùn)動技術(shù)動作。

三、對技術(shù)教學(xué)的積極影響

在技術(shù)教學(xué)中，及時而有針對性地向?qū)W生傳授運(yùn)動生物力學(xué)原理，往往能引起學(xué)生對學(xué)習(xí)和掌握運(yùn)動技術(shù)的興趣，并使復(fù)雜的技術(shù)簡單化，從而有利于學(xué)生及時糾正自己的錯誤動作，并防止由于錯誤動作而帶來的運(yùn)動損傷。

（一）提高學(xué)習(xí)運(yùn)動技術(shù)的興趣

隨著新科技、新技術(shù)的不斷地推動著體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的運(yùn)動技術(shù)取代舊的運(yùn)動技術(shù)，或高級運(yùn)動技術(shù)取代低級運(yùn)動技術(shù)，已成為當(dāng)今社會的總體趨勢。新的運(yùn)動技術(shù)比舊的運(yùn)動技術(shù)更科學(xué)、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術(shù)總能吸引更多的人去研究和學(xué)習(xí)。在體育技術(shù)教學(xué)中，如何引起學(xué)生對新技術(shù)的興趣是學(xué)習(xí)的第一動力。比如，我們所說的站立式起跑和蹲踞式起跑，相對以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒適，運(yùn)動員一般都采用站立式起跑。隨著科學(xué)的發(fā)展，運(yùn)動生物力學(xué)這門學(xué)科逐漸進(jìn)入了人們的視角，從生物力學(xué)的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區(qū)別，蹲踞式起跑更有利于起跑，對于短距離的起跑和起跑后的加速跑這兩個階段從實效性和經(jīng)濟(jì)性這兩個角度而言作用最大，同時也為短距離途中跑和沖刺跑奠定了一定的能源物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)今在全國乃至世界在短距離運(yùn)動項目中全部必須采用蹲踞式起跑。如此，學(xué)生就會對蹲踞式起跑產(chǎn)生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術(shù)教學(xué)中就會主動、積極地參與并思考、體會技術(shù)細(xì)節(jié)，進(jìn)而縮短掌握技術(shù)動作的時數(shù)，有利于提高技術(shù)教學(xué)效果。

（二）使復(fù)雜的技術(shù)問題簡單化

相對于以往的體育教學(xué)中，當(dāng)體育教師對某一項較為復(fù)雜的技術(shù)過程講解時，學(xué)生常會因為技術(shù)動作太復(fù)雜而影響學(xué)習(xí)，但如果教師能用適當(dāng)?shù)牧W(xué)知識加以分析和運(yùn)動生物力學(xué)的研究方法往往能使學(xué)生“頓悟”，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如：足球的香蕉球是一項較復(fù)雜的技術(shù)動作，且香蕉球形成的力學(xué)原因也極為復(fù)雜，但根據(jù)球在空中的運(yùn)行軌跡的力學(xué)現(xiàn)象，我們只要在踢球過程中，保證擊球點的用力通過球心，且不在一條直線上，就為香蕉球的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。因此我們可以運(yùn)用運(yùn)動生物力學(xué)中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數(shù)據(jù)的分析，把學(xué)生、運(yùn)動員的運(yùn)動技術(shù)進(jìn)行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學(xué)生，學(xué)生可以從動作回放和慢放中知道動作的運(yùn)動軌跡，和香蕉球擊球點的位置。因此，對復(fù)雜的技術(shù)動作稍加力學(xué)分析，和采用先進(jìn)的設(shè)備便可使復(fù)雜問題簡單化，便于學(xué)生理解并提高教學(xué)效果。

（三）減少損傷以利掌握合理技術(shù)

篇5

1膝關(guān)節(jié)三維有限元模型的建立

有限元仿真計算是隨著計算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步而逐漸發(fā)展起來的一種有效地數(shù)值方法，而用有限元法進(jìn)行生物力學(xué)分析是近年來發(fā)展起來的一種生物力學(xué)研究方法。伍中慶等[4]結(jié)合X線片用XCT對尸體膝關(guān)節(jié)進(jìn)行掃描，利用Ansys有限元軟件，對膝關(guān)節(jié)的三維有限元模型進(jìn)行重建，包括股骨、脛骨、髕骨及半月板，重建的幾何體逼真、客觀，為分析股骨、脛骨、髕骨和半月板的力學(xué)特性提供了模型基礎(chǔ)。汪強(qiáng)[56]的結(jié)果提示三維模型較以往兩維平面有限元模型有明顯優(yōu)點：①模型網(wǎng)格劃分更細(xì)，建立的單元和節(jié)點更多，模型更接近解剖學(xué)實際。②圖像數(shù)據(jù)直接來自CT掃描，避免了圖像生成、轉(zhuǎn)化與存取中的信息丟失，且圖像精確。③嚴(yán)格區(qū)分了半月板與關(guān)節(jié)軟骨。王光達(dá)等[7]通過一名男性健康志愿者的膝關(guān)節(jié)掃描，通過有限元軟件處理成功建立了一個完整的膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，包括脛骨、股骨、髕骨、內(nèi)外側(cè)副韌帶、前后交叉韌帶，髕韌帶及雙側(cè)半月板。模型可以任意角度旋轉(zhuǎn)觀察，整體外形及各組成部件均與實體標(biāo)本具有滿意的相似性，黃建國等[8]通過了MSCMARC建立膝關(guān)節(jié)的三維有限元模型，得到脛骨骨折患者的膝模型，認(rèn)為對脛骨平臺骨折的診斷，手術(shù)策劃和治療具有較大的指導(dǎo)作用。模型確立后可以為膝關(guān)節(jié)的創(chuàng)傷、骨折的力學(xué)分析及人工關(guān)節(jié)的開發(fā)提供方法學(xué)的支持。姜華亮等[9]在MRI基礎(chǔ)上建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，包括膝關(guān)節(jié)所涉及的幾乎所有骨骼、軟骨，半月板和韌帶等基本力學(xué)的模型，并認(rèn)為MRI比CT對軟組織顯像更清晰。重建的模型更逼真、客觀，能夠更真實地反映膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點和生物力學(xué)屬性。

2有限元在膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究中的應(yīng)用

人體膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)復(fù)雜多樣，更多的力學(xué)反映在運(yùn)動過程中，受力特點更加復(fù)雜。因此，應(yīng)用三維有限元方法建立膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型，無創(chuàng)、快速地研究膝關(guān)節(jié)力學(xué)特性、損傷的機(jī)理，對指導(dǎo)臨床工作有現(xiàn)實意義。有研究認(rèn)為膝關(guān)節(jié)伸直時應(yīng)力主要分布于ACL近股骨上點處。說明ACL是對抗脛骨前移的主要結(jié)構(gòu)，其與臨床上ACL損傷多發(fā)生在股骨上點處相一致。膝關(guān)節(jié)屈曲時，PCL是對抗脛骨前移的首要結(jié)構(gòu)，且應(yīng)力主要集中在近脛骨止點處，這與臨床PCL斷裂多發(fā)生在脛骨止點處相一致。同時對模型施加內(nèi)外翻應(yīng)力，分別在LCL腓骨上點和MCL近股骨上點應(yīng)力較大，說明MCL、LCL是對抗膝外、內(nèi)翻的主要結(jié)構(gòu)。與臨床內(nèi)、外側(cè)副韌帶損傷位置一致。進(jìn)一步驗證了有限元方法的有效性和可靠性[10]。汪強(qiáng)等[5]通過對膝關(guān)節(jié)三維有限元模型的建立，同時研究了加載后，得到膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)面典型節(jié)點Von Mises應(yīng)力值，提示正常膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面應(yīng)力呈前、后部大，中部小分布；外側(cè)關(guān)節(jié)面應(yīng)力呈前部大，中后部稍小分布，且較內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面分布均勻。姚杰等[11]利用膝關(guān)節(jié)有限元模型和模擬跳傘著陸實驗數(shù)據(jù)，對半蹲式跳傘著陸過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并分析膝關(guān)節(jié)損傷的機(jī)理。結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)內(nèi)組織的應(yīng)力水平隨著跳落高度的增加而增加，外側(cè)半月板和關(guān)節(jié)軟骨承受了較大的載荷，前交叉韌帶和內(nèi)側(cè)副韌帶在屈膝角度達(dá)到最大時產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，此時更易斷裂。吳宇峰等[12]通過有限元模型研究了髕骨在運(yùn)動及損傷過程中的受力情況，結(jié)果顯示應(yīng)力集中于髕骨的上極和下極，說明骨折的好發(fā)部位即在髕骨的上下級，與臨床基本相符。辛力等[13]通過有限元方法對合并膝關(guān)節(jié)脫位的脛骨平臺骨折4種內(nèi)固定方法進(jìn)行比較。結(jié)果提示MDP（內(nèi)側(cè)雙鋼板）固定后的應(yīng)力最小，其后依次是BDP（雙側(cè)雙鋼板）與MSP（內(nèi)側(cè)T型單鋼板+拉力螺釘），而LLP（外側(cè)鎖定鋼板+拉力螺釘）固定的應(yīng)力最高。給臨床治療類似骨折選擇治療方案提供參考。

3膝關(guān)節(jié)置換相關(guān)有限元分析研究

人工膝關(guān)節(jié)置換是治療膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的重要手段，每年有大量的患者接受人工膝關(guān)節(jié)置換。三維有限元法是先進(jìn)而有效的生物力學(xué)分析方法，利用該方法從生物力學(xué)角度分析全膝關(guān)節(jié)置換后的應(yīng)力分布情況對探討全膝置換有重要意義。膝關(guān)節(jié)置換前要對患者膝關(guān)節(jié)病情有詳細(xì)了解，全面檢查，嚴(yán)格選擇假體類型。根據(jù)假體的使用部位將假體分為單髁假體（單間隔假體）、不包括髕股關(guān)節(jié)置換的全關(guān)節(jié)假體（雙間隔假體）、全關(guān)節(jié)假體（三間隔假體）。如果術(shù)前對準(zhǔn)備手術(shù)的膝關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描、重建，建立三維有限元模型，然后進(jìn)行逆向工程CAD/CAM，選擇制作適合該關(guān)節(jié)的人工假體必將更適應(yīng)患者，術(shù)后生物力學(xué)性能必將更好，松動翻修的機(jī)率將明顯降低[]。術(shù)中選擇置換假體，脛骨和股骨配對關(guān)系，術(shù)后假體接觸表面的應(yīng)力變化可能增加磨損及松動的風(fēng)險，有研究[15]將股骨側(cè)3號鈷鉻合金假體，與脛骨側(cè)25號（3/25配對），3號（3/3配對），4號（3/4配對）鈦合金金屬托及對應(yīng)尺寸的10 mm厚度聚乙烯墊片配對。構(gòu)建有限元模型，模擬雙腿站立，平地行走，上樓梯情況下，對各屈膝角度的最大等效應(yīng)力進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)3/25配對，3/4配對假體接觸面最大等效應(yīng)力明顯增高，有增加聚乙烯墊片磨損風(fēng)險。同時Liau等[16]研究了假體對線不齊時接觸應(yīng)力和Von Mises應(yīng)力大幅度增加。定制假體盡管重建保肢符合人體生物力量規(guī)律，短柄假體可引起骨水泥應(yīng)力集中，重建后發(fā)生骨折，骨水泥碎裂風(fēng)險較高，但過度增加柄長對骨的應(yīng)力遮擋水平也相應(yīng)增大[17]。膝關(guān)節(jié)置換后要能負(fù)重行走是最終目標(biāo)，許多靜態(tài)的模型并未涉及其中。最近有研究者對其關(guān)節(jié)高屈曲活動下運(yùn)動和應(yīng)力等動態(tài)特征進(jìn)行了研究。通過建立包括主要骨和軟組織的全膝關(guān)節(jié)置換前后的膝關(guān)節(jié)的動態(tài)有限元模型，對天然及全膝置換后膝關(guān)節(jié)下蹲運(yùn)動和接觸應(yīng)力分布進(jìn)行分析。結(jié)果表明在膝關(guān)節(jié)過伸和高屈曲時，在脛骨高分子聚乙烯平臺的脛骨平臺輪柱和平臺前部的交界處，脛骨平臺內(nèi)后方和輪柱后部3個區(qū)域發(fā)生較高的接觸應(yīng)力，這些也正是假體發(fā)生較高磨損的部位。這為膝關(guān)節(jié)假體的摩擦學(xué)研究及膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計提供有力的分析工具[18]。

4問題與展望

盡管有限元分析方法在膝關(guān)節(jié)外科研究中有諸多優(yōu)點，能重建出與真實人體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)基本一致的模型，重建的模型逼真、客觀，可以自由旋轉(zhuǎn)，添加、調(diào)整相關(guān)參數(shù)可以進(jìn)行人體和動物實驗無法完成的生物力學(xué)研究。但它作為一項仍然沒有成熟的技術(shù)，還有許多不足：①研究所用硬件、軟件多為進(jìn)口，價格昂貴。②操作過程繁瑣復(fù)雜，作為臨床醫(yī)務(wù)人員，學(xué)習(xí)周期長，較難熟練掌握。③人體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相互之間關(guān)系密切，互相影響，脫離其他因素，簡單研究骨骼、韌帶、關(guān)節(jié)軟骨本身就有失偏頗。④將骨骼內(nèi)各向同性，各向異性等同考慮，簡化操作，明顯不妥。⑤膝關(guān)節(jié)許多特征及生物力學(xué)都是在運(yùn)動中表現(xiàn)出來，但許多有限元的研究是靜態(tài)的，未考慮動態(tài)研究，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。⑥載荷和邊界條件的選擇，基本都是人為確定的，很多參考國外的文獻(xiàn)，而這是否適用于國人亦未可知。所有這些問題，希望隨著對膝關(guān)節(jié)發(fā)病機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識、計算機(jī)處理能力的進(jìn)一步提高、CT和MRI成像技術(shù)的不斷完善而逐步得到解決，使之更好地為臨床服務(wù)。

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篇6

關(guān)鍵詞：初中；立定跳遠(yuǎn)；力學(xué)；學(xué)教法

一、問題的提出

不同階段，學(xué)生的力量、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質(zhì)各不相同，為此，教師必須在不同的階段，根據(jù)學(xué)生的身體素質(zhì)情況，選擇不同的體育項目，供學(xué)生練習(xí)、鍛煉。初中階段是學(xué)生力量素質(zhì)發(fā)展的敏感期，此時，教師必須增加力量教學(xué)和訓(xùn)練比重。各種跳躍運(yùn)動是發(fā)展力量素質(zhì)的最好方法，立定跳遠(yuǎn)作為提高學(xué)生下肢力量、爆發(fā)力的運(yùn)動項目，沒有過多的條件約束、簡便易行，是訓(xùn)練學(xué)生下肢力量及爆發(fā)力的一項重要運(yùn)動，能夠有效地提高學(xué)生的身體素質(zhì)。因此，為了提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)的成績，本文就利用運(yùn)動生物力學(xué)原理對立定跳遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，以期通過理論指導(dǎo)學(xué)生實踐，使學(xué)生掌握正確的練習(xí)方法。

二、研究對象與方法

本文以立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動為研究對象，從生物力學(xué)角度談起，就其學(xué)練法進(jìn)行了一番梳理，研究過程中運(yùn)用到了文獻(xiàn)法、教學(xué)實踐法以及總結(jié)提煉法等。

三、結(jié)果與分析

（一）立定跳遠(yuǎn)成績的組成分析

如圖1所示，立定跳遠(yuǎn)的成績S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地瞬間身體重心投影點至起跳點之間的距離，S1的大小取決于三個因素：一是身高、腿長，身高腿長在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對于同一練習(xí)者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于說起跳角a的角度越小，立定跳遠(yuǎn)成績會越好；三是起跳腳離地瞬間練習(xí)者髖、膝、踝三關(guān)節(jié)及趾關(guān)節(jié)蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分則S1越大。S2是起跳腳離地瞬間重心在重心高度水平的拋射距離，根據(jù)拋射公式S2=V2×sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見，S2取決于騰起初速度和拋射角度，騰起初速度越大，則S2也越大，理論上在a=45°時S2最大，但由于空氣阻力（可以忽略不計）及考慮S3，實踐中a﹤45°，理論證實a=42°時，S2+S3有最大值，這主要是因雙腳著地瞬間身體重心低于起跳腳離地瞬間身體重心之故。S3是重心回落到起跳離地重心高度水平線至雙腳著地間的距離，它由身高和落地技術(shù)動作決定，盡可能收腹舉腿、雙臂后擺并使雙腿較大幅度前伸而又不至于身體后倒的落地技術(shù)能獲得較大的S3。

（二）立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析

1.起跳技術(shù)分析

（1）關(guān)節(jié)蹬伸速度、幅度。立定跳遠(yuǎn)的遠(yuǎn)度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關(guān)節(jié)的末端參與作用而獲得，其中各關(guān)節(jié)的蹬伸速度、蹬伸幅度及協(xié)調(diào)發(fā)力順序是決定學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績的關(guān)鍵技術(shù)。立定跳遠(yuǎn)起跳過程可分為下蹲和蹬伸兩個環(huán)節(jié)，前一環(huán)節(jié)是后一環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)，動作質(zhì)量的好壞對后一環(huán)節(jié)有著重要的影響。起跳的任務(wù)是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據(jù)公式V=2H/t可知，加大起跳時工作距離H，縮短起跳時間t，可以增大騰起的初速度。良好的下蹲動作能為蹬伸創(chuàng)造條件，而下蹲動作能使下肢三關(guān)節(jié)處于最佳的發(fā)力角度，為蹬伸環(huán)節(jié)做好必要的準(zhǔn)備。最大下蹲時下肢三關(guān)節(jié)角度的不同，會直接影響蹬伸效果，進(jìn)而影響起跳效果。而最大下蹲過后，下肢關(guān)節(jié)在短時間內(nèi)迅速伸展，給地面以爆發(fā)性力量蹬離地面的過程稱為蹬伸環(huán)節(jié)。此時，肌肉的工作形式經(jīng)由下蹲階段的離心收縮、等長收縮、迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐氖湛s。下蹲階段伸膝肌群被動拉長，這樣，一方面大腿伸展肌群能貯存大量的彈性勢能，另一方面肌絲也有了一定的初長度（如果是最適初長度那當(dāng)然是最好），這就可以使起跳腳對地面施加更大的作用力，從而產(chǎn)生較大的垂直作用力。此外，適宜的下蹲幅度，也能使下肢肌處于最適初長度，產(chǎn)生最快的收縮速度及最大的收縮力量，提高起跳效果。

研究資料證實，120°-140°是膝關(guān)節(jié)的最佳發(fā)力角度，立定跳遠(yuǎn)準(zhǔn)備起跳時，膝關(guān)節(jié)角度小于最佳發(fā)力角度，對于成績的提高是有利的，一般都從90°左右開始蹬伸發(fā)力，且蹬伸過程中，膝關(guān)節(jié)的角度必須超過135°，有研究顯示“膝關(guān)節(jié)角在135°以上的范圍進(jìn)行發(fā)力時，屈膝肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸?。┓e極參與伸膝活動，其發(fā)揮的力量較大，而且隨著膝關(guān)節(jié)角度的增加而增大”。當(dāng)然，雙腳起跳腳離地瞬間，理想的下肢姿勢是髖、膝、踝三關(guān)節(jié)完全伸直，這樣既能充分發(fā)揮三關(guān)節(jié)的肌肉力量，使力的作用點通過身體重心，又能增大力的做功距離，使雙腳離地瞬間有較高的身體重心。踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)相比是小關(guān)節(jié)，但在立定跳遠(yuǎn)項目中卻有著非常重要的作用。“起跳階段踝關(guān)節(jié)的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關(guān)節(jié)在跳高起跳過程中起著關(guān)鍵作用?！滨钻P(guān)節(jié)的柔韌性和肌肉力量是影響立定跳遠(yuǎn)成績的兩個重要指標(biāo)，因此在立定跳遠(yuǎn)練習(xí)中我們應(yīng)對學(xué)生的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行有針對性的柔韌性和力量訓(xùn)練，采用多種方法與手段以提高學(xué)生的踝關(guān)節(jié)力量與伸展幅度。下肢三關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)用力能力對立定跳遠(yuǎn)成績也起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)大關(guān)節(jié)先運(yùn)動原理，立定跳遠(yuǎn)首先應(yīng)當(dāng)是髖關(guān)節(jié)進(jìn)行發(fā)力，其次是膝關(guān)節(jié)，最后是踝關(guān)節(jié)進(jìn)行用力。這種協(xié)調(diào)用力能力就如同加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動，加速度逐漸在減小，但速度卻不斷增大。三關(guān)節(jié)完全伸直后，就能使作用力通過身體重心，提高力的利用率，進(jìn)而提高起跳效果。

（2）兩臂擺動速度及幅度。在起跳階段，當(dāng)兩臂加速上擺時，身體會產(chǎn)生一個方向向下的作用力，此力通過起跳腿傳遞到地面，從而增大了人體對地面的垂直作用力，同時地面也會給人體一個大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結(jié)束瞬間，運(yùn)動員就可獲得一個較大的垂直速度，從而跳到更高的高度。在起跳瞬間，手臂的擺動對起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學(xué)角度來講，手臂的擺動速度應(yīng)越大越好，當(dāng)雙腿下蹲緩沖時，兩臂由身后較高位置加速向下擺動，可以減小起跳腿對地面的作用力，避免起跳腿受力過大而過度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動，會對軀干施加向下的作用力，這種作用力通過起跳腿傳至地面，進(jìn)一步增加了起跳腿對地面的垂直作用力，根據(jù)牛頓第三定律，此時地面也會給人體一個大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發(fā)地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運(yùn)動員起跳結(jié)束瞬間，由于力的增加便能產(chǎn)生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動后上舉，也可以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動腿完全向上伸直，可以使重心提高約身高的1/10。當(dāng)起跳結(jié)束瞬間，雙臂快速制動，其慣性力的方向是向上的，能對起跳腿起到減壓的作用，對起跳腿的三關(guān)節(jié)快速蹬伸，特別是對力量較弱的踝關(guān)節(jié)快速大幅度伸展有著重要作用，對快速拔腰、提肩，帶動身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動作，應(yīng)是下蹲結(jié)束瞬間，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應(yīng)該向下、向前和向上快速有力地擺動。在擺動時，肘關(guān)節(jié)不應(yīng)太彎曲，理想的角度大約在90°與完全伸直之間。我們可以用雙臂向上擺動的平均垂直速度和擺動幅度來評定擺動效果。在起跳過程中，雙臂擺動的平均垂直速度當(dāng)然是越大越好，還應(yīng)有較大的擺動幅度。這對于提肩拔腰動作和雙腳離地瞬間的身體重心高度都有影響。需要注意的是，臂的擺動幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關(guān)節(jié)不應(yīng)低于肩關(guān)節(jié)，這樣才能形成有力的擺動和制動，提高起跳效果。

2.騰空階段技術(shù)分析

當(dāng)雙腳離地瞬間起跳動作完成，人體便以初速度V進(jìn)入斜拋的騰空階段。當(dāng)人體重心達(dá)到最高點開始下降時，上體要積極下壓，同時雙臂也應(yīng)迅速向前下方擺動，并同時收腹舉腿，同時為落地動作做好積極的準(zhǔn)備。這不僅要求學(xué)生有積極的落地意識，還要求其有較強(qiáng)的腰腹肌力量。

3.落地階段技術(shù)分析

當(dāng)雙腳與地面接觸瞬間，身體各相應(yīng)關(guān)節(jié)應(yīng)進(jìn)行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動并積極制動。當(dāng)人體通過下肢與地面相互作用時，下肢各關(guān)節(jié)肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長作離心收縮，完成退讓工作。由沖量定理可知，F(xiàn)t=mv，F(xiàn)=mv /t，mg為人體體重是定量，因此若想減小人體落地時對地面的沖擊力，就必須延長力的作用時間。這種緩沖動作對于動作的順利完成及人體保護(hù)有重要的作用。

（三）立定跳遠(yuǎn)的學(xué)、練法分析

1.踝關(guān)節(jié)的力量及柔韌性學(xué)、練

通過力學(xué)及技術(shù)分析，我們可知道踝關(guān)節(jié)雖然相對于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)是小關(guān)節(jié)，但它的力量及柔韌性對立定跳遠(yuǎn)同樣有著非常重要的作用。

（1）僵尸跳：這主要是用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)、小腿和足弓肌群的肌肉力量。雙手叉腰或自然下垂，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)伸直，主要以踝關(guān)節(jié)的屈伸來完成動作。要求：兩腳左右開立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時踝關(guān)節(jié)盡最大幅度伸展，落地時用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習(xí)50-60次，練習(xí)4-5組。

（2）單腳僵尸跳：發(fā)展小腿、腳掌和踝關(guān)節(jié)力量。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時主要是用踝關(guān)節(jié)的力量，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時腳面繃直，腳尖向下。原地跳時，不規(guī)定跳的次數(shù)，以踝關(guān)節(jié)發(fā)酸為準(zhǔn)，然后換腳。每次練習(xí)重復(fù)4-5次。

（3）跪膝：此項練習(xí)在游泳初級訓(xùn)練中較為多用，主要用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)柔韌性。要求雙膝、雙踝靠攏跪于地面，臀部坐于雙腳后跟之上。每次練習(xí)3-5分鐘。

2.膝關(guān)節(jié)技術(shù)、力量及擺臂配合學(xué)、練

膝關(guān)節(jié)是人體大關(guān)節(jié)，其力量的強(qiáng)弱直接影響著學(xué)生的立定跳遠(yuǎn)成績。

（1）蹲跳起：主要發(fā)展腿部肌肉和踝關(guān)節(jié)肌肉力量。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲（膝關(guān)節(jié)角度最好等于90°），肘關(guān)節(jié)角度約120°，兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖等離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習(xí)25—30次，重復(fù)3—4組。

（2）連續(xù)蛙跳：主要發(fā)展下肢肌肉力量、起跳技術(shù)及上下肢的協(xié)調(diào)蹬擺能力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當(dāng)膝關(guān)節(jié)下蹲至90°時開始蹬伸發(fā)力準(zhǔn)備起跳，肘關(guān)節(jié)角度約120°，下蹲時兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，擺動幅度為肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖蹬離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)緩沖到90°時，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習(xí)10跳，重復(fù)3組。開始對遠(yuǎn)度不提出過多要求，主要以練習(xí)上下肢的協(xié)調(diào)技術(shù)為主，因為動作技能的形成是一個復(fù)雜的、鏈鎖的、本體感受的過程，只有在技能形成后，才能逐漸提高強(qiáng)度，打破動作平衡，重新建立動作平衡。

（3）跳伸練習(xí)：主要發(fā)展大腿肌肉退讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)被動屈曲至90°時雙臂由前上方擺至身體后下方，同時快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關(guān)節(jié)完全伸直，肘關(guān)節(jié)擺至肩關(guān)節(jié)上方，突然制動。每次練習(xí)6—8次，重復(fù)3—4組。膝關(guān)節(jié)這種退讓性工作能力增強(qiáng)，可以提高起跳時下蹲的速度，使退讓性工作肌群產(chǎn)生更大的彈性勢能，縮短起跳時間，從而獲得更大的初速度，提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績。

（4）啞鈴擺臂：主要發(fā)展上肢及肩帶力量。手持啞鈴肘關(guān)節(jié)成120°，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動幅度要大，每組練習(xí)50—60次，重復(fù)4—5組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開立，雙手持啞鈴從體側(cè)至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習(xí)30次，重復(fù)3組。

（5）手持啞鈴雙腳左右開立跳：主要發(fā)展踝關(guān)節(jié)、肩帶力量及上下肢協(xié)調(diào)能力。兩腳開立至少大于肩寬，開立時雙臂擺至水平，并攏時擺至體側(cè)，要求動作連貫，節(jié)奏感強(qiáng)。每次練習(xí)30—40次，重復(fù)3—4組。

3.起跳角度及落地技術(shù)練習(xí)

圖2

實踐中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生起跳角度幾乎沒有過大而都是偏小，為了糾正學(xué)生的這一錯誤動作，教師可利用小墊子來提高學(xué)生的起跳角度，如圖2所示。小墊子斜面與地面成42°角，要求起跳時身體成一直線與墊子平面平行，當(dāng)身體重心達(dá)到最高點時收腹舉腿，積極準(zhǔn)備落地動作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動作及意識，我們應(yīng)盡量讓學(xué)生采用跳遠(yuǎn)中的滑坐式落地方式，有小墊子的保護(hù)，這種落地方式已成為可能。

四、結(jié)語

通過立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析，我們得知影響立定跳遠(yuǎn)成績的主要因素是下肢三關(guān)節(jié)肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術(shù)。有了理論指導(dǎo)，我們便可以有針對性地進(jìn)行學(xué)、練，從而提高練習(xí)效果。

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篇7

1一體化仿真平臺總體方案

1．1平臺概述為開展長期太空飛行環(huán)境下航天員作業(yè)能力變化規(guī)律分析，本文建立了航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺。該平臺通過將一個具有物理人體測量特性的虛擬人與可計算的認(rèn)知模型及生物力學(xué)模型聯(lián)系在一起［7］，用虛擬人代替真實航天員，對航天員完成特定太空操作任務(wù)的腦力負(fù)荷、生物力學(xué)操作和任務(wù)績效進(jìn)行預(yù)測和分析。虛擬人作為人的與系統(tǒng)進(jìn)行交互，構(gòu)成人及操作環(huán)境的集成，實現(xiàn)人在回路外的計算機(jī)仿真(HOOTL)，其目的是取代耗時的被試實驗而對任務(wù)和系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行早期快速評估。由于人在回路外的仿真實驗中用模型代替人，降低了人的危險，大大的提高了實驗分析的效率，縮短了研究周期，節(jié)省了研究經(jīng)費(fèi)。

1．2平臺體系架構(gòu)航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺整體分為三層，用戶界面層提供整個平臺的綜合調(diào)度和管理，用于任務(wù)參數(shù)和資源輸入、模型參數(shù)配置及下層功能的調(diào)度;功能實現(xiàn)層包括認(rèn)知仿真、生物力學(xué)分析、績效分析、三維可視化，多模型融合通信和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要用于認(rèn)知決策過程仿真、人體生物力學(xué)仿真、工作負(fù)荷預(yù)測、績效分析和任務(wù)過程可視化。底層平臺硬件層通過集群系統(tǒng)為平臺提供高性能計算能力，用于骨應(yīng)力等有限元分析計算。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個平臺軟件系統(tǒng)主要包括平臺調(diào)度管理軟件、認(rèn)知仿真軟件、生物力學(xué)仿真軟件、績效分析軟件、三維可視化軟件、多模型融合通信和數(shù)據(jù)庫接口軟件。調(diào)度管理系統(tǒng)軟件是平臺主調(diào)度界面，用于任務(wù)參數(shù)和資源輸入、模型參數(shù)配置及下層功能平臺的選擇和調(diào)用。認(rèn)知仿真軟件實現(xiàn)認(rèn)知思維過程的仿真。生物力學(xué)分析軟件完成操作作業(yè)中人的生物力學(xué)特性仿真。績效分析軟件的功能是將完成具體任務(wù)的作業(yè)績效采用圖形、曲線、圖表等多樣的可視化方式表示出來，并對績效仿真結(jié)果進(jìn)行評價和分析。三維可視化軟件將載入作業(yè)任務(wù)三維場景，根據(jù)任務(wù)流程實時可視化表現(xiàn)任務(wù)過程。網(wǎng)絡(luò)通訊接口軟件實現(xiàn)平臺上各個模塊間的數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)通訊。數(shù)據(jù)庫軟件用于記錄仿真執(zhí)行時生成的數(shù)據(jù)，支持配置數(shù)據(jù)表、添加、修改、刪除、查詢、瀏覽等數(shù)據(jù)處理功能。航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺將代替真實航天員，組成人在回路外的仿真系統(tǒng)，開展太空操作航天員認(rèn)知決策和作業(yè)能力預(yù)測與分析試驗性研究。

1．3平臺工作流程平臺運(yùn)行時的仿真流程如圖2所示。通過平臺調(diào)度管理軟件進(jìn)行仿真任務(wù)的任務(wù)參數(shù)及仿真模型參數(shù)的初始化配置，并控制各個軟件的仿真進(jìn)程。認(rèn)知仿真軟件和生物力學(xué)仿真軟件根據(jù)初始化參數(shù)進(jìn)行模型計算，實時結(jié)果數(shù)據(jù)用于績效分析軟件的在線分析與監(jiān)視，需要大運(yùn)算量的后期處理數(shù)據(jù)將存儲在平臺仿真數(shù)據(jù)庫中用于績效分析軟件的離線分析處理，同時這兩個軟件將通過驅(qū)動指令控制作業(yè)任務(wù)三維可視化軟件對整個任務(wù)的過程進(jìn)行三維可視化的顯示。

2平臺主要部分實現(xiàn)

2．1平臺調(diào)度管理軟件平臺調(diào)度管理軟件是人機(jī)交互主調(diào)度界面，用于對平臺其他軟件的調(diào)度、監(jiān)視和管理。提供作業(yè)任務(wù)描述和模型參數(shù)輸入功能，用戶可以選擇任務(wù)類型進(jìn)入任務(wù)描述界面，對任務(wù)參數(shù)，如對接起點位置、路徑、時間等進(jìn)行選擇，對認(rèn)知、績效等模型參數(shù)進(jìn)行配置。任務(wù)配置界面見圖3。平臺調(diào)度管理軟件具有任務(wù)仿真、模型修改、數(shù)據(jù)管理和仿真回放4個功能模塊，任務(wù)仿真模塊實現(xiàn)對作業(yè)任務(wù)的創(chuàng)建、配置、執(zhí)行、修改和刪除。模型修改模塊實現(xiàn)人的特性參數(shù)配置、認(rèn)知模型配置、生物力學(xué)模型配置和系統(tǒng)參數(shù)配置。數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)每次任務(wù)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)的瀏覽、導(dǎo)出及刪除等管理功能。仿真回放可依據(jù)已記錄在數(shù)據(jù)庫中任務(wù)仿真結(jié)果實現(xiàn)任務(wù)過程的仿真回放。為增強(qiáng)平臺的易用性，平臺調(diào)度管理軟件以人的特性為中心組織仿真的配置和參數(shù)的設(shè)置，將與人相關(guān)的認(rèn)知參數(shù)和生物力學(xué)參數(shù)組織至每個人的個體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將認(rèn)知模型和生物力學(xué)模型中與人無關(guān)的通用模型參數(shù)或系統(tǒng)數(shù)據(jù)另外組織起來，在每次仿真調(diào)度開始時只需要簡單設(shè)置是任務(wù)的初始參數(shù)和執(zhí)行任務(wù)的虛擬人。為了實現(xiàn)整個平臺的開放性，通過軟件設(shè)計方法，實現(xiàn)了軟件界面的動態(tài)生成，像仿真任務(wù)調(diào)度，任務(wù)初始化參數(shù)設(shè)置，仿真模型參數(shù)修改等軟件界面都是由XML配置文件生成，當(dāng)界面需要增加新的參數(shù)時，只需修改界面配置文件，就可以實現(xiàn)軟件界面的更新，而不必重新修改和編譯軟件代碼。

2．2認(rèn)知仿真軟件平臺采用了Cao等［8］提出的ACTR-QN認(rèn)知體系架構(gòu)建立了人腦手控交會對接認(rèn)知模型。ACTR-QN認(rèn)知體系結(jié)構(gòu)由感知、認(rèn)知和動作3個子網(wǎng)絡(luò)組成。感知子網(wǎng)絡(luò)包括視覺和聽覺模塊;認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)包括產(chǎn)生式模塊、說明性知識模塊、目標(biāo)模塊和各類緩沖器，產(chǎn)生式模塊與緩沖器進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)模塊間行為的調(diào)節(jié)和信息的處理;動作子網(wǎng)絡(luò)包括手動模塊和語言輸出模塊［9］。ACTR-QN認(rèn)知建模就是將人的認(rèn)知行為過程映射到ACTR-QN認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系的各個模塊，實現(xiàn)人腦的認(rèn)知行為過程仿真，一個個認(rèn)知行為任務(wù)在QN-ACTR系統(tǒng)中循環(huán)執(zhí)行，最終模擬完成整個認(rèn)知行為。平臺在基于離散事件仿真工具軟件MicroSaintSharp(MSS)上構(gòu)建了ACTR-QN認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)圖。認(rèn)知結(jié)構(gòu)包括視覺、聽覺、中央處理、記憶與運(yùn)動組塊等，在各模塊中融合太空操作認(rèn)知規(guī)律的仿真過程，通過觀察各認(rèn)知模塊的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)認(rèn)知過程的可視化。

2．3生物力學(xué)仿真軟件生物力學(xué)仿真軟件通過新鮮尸體骨力學(xué)性能測試實驗結(jié)果、CT掃描圖像數(shù)據(jù)、骨密度測試數(shù)據(jù)以及長期臥床試驗肌肉體積、肌電、最大肌力等測量數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模型與計算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，建立包含骨肌系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)動力學(xué)仿真分析模塊、航天員典型動作的運(yùn)動學(xué)動力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊、操作能力變化的預(yù)測模塊、骨骼肌肉應(yīng)力分析和骨折風(fēng)險預(yù)測模塊等，實現(xiàn)航天員長期在軌飛行肌肉骨骼工作能力變化規(guī)律的預(yù)測。

2．4融合通信系統(tǒng)融合通信系統(tǒng)根據(jù)平臺各模型間對數(shù)據(jù)的交換方式，支持同步集成和異步集成兩種方式。同步集成采用實時局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)上采用UDP組播通信，完成仿真參數(shù)配置、仿真流程控制、關(guān)鍵仿真數(shù)據(jù)及結(jié)果的實時交換及作業(yè)任務(wù)三維動畫驅(qū)動等功能;異步集成采用數(shù)據(jù)庫方式，使用Oracle11g數(shù)據(jù)庫，局域網(wǎng)絡(luò)連接方式，完成仿真輸入?yún)?shù)和仿真計算結(jié)果統(tǒng)一的管理和存儲，提供數(shù)據(jù)回放功能，支持仿真數(shù)據(jù)的離線績效顯示與分析。網(wǎng)絡(luò)接口軟件針對異構(gòu)模型的并發(fā)處理特點，研究多模型交互融合系統(tǒng)的實時集成機(jī)制，開發(fā)了基于多通道組播的實時數(shù)據(jù)通信模塊，該模塊將平臺軟件之間的數(shù)據(jù)交換分為三層:應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、通信層。應(yīng)用層為上層軟件及模型，它只需依據(jù)數(shù)據(jù)名稱訪問和更新數(shù)據(jù)，不用關(guān)心數(shù)據(jù)的來源及復(fù)雜交換過程，數(shù)據(jù)層建立了數(shù)據(jù)池表及管理模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的建立、交換和維護(hù);通信層只用負(fù)責(zé)在多個通道上傳送數(shù)據(jù)。通過XML可對模型之間數(shù)據(jù)交換的通道、數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)分組、數(shù)據(jù)名稱進(jìn)行任意配置。即平臺中要增加一個新軟件、模型，或者模型生成一組新的數(shù)據(jù)，只要在配置中進(jìn)行修改，整個平臺的上層軟件就都可以得到和訪問這些新加數(shù)據(jù)。

2．5負(fù)荷績效分析軟件平臺的負(fù)荷與績效數(shù)據(jù)來源于3個部分:外部模擬器系統(tǒng)、認(rèn)知仿真軟件和生物力學(xué)仿真軟件［10］。平臺在MSS的Network下構(gòu)建了ACTR-QN認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)圖［11］，通過對認(rèn)知仿真過程中各組塊資源時間占有率的計算，實現(xiàn)對感知、認(rèn)知和動作作業(yè)負(fù)荷預(yù)測，在仿真過程中通過對組塊工作狀態(tài)的顯示，實現(xiàn)認(rèn)知占有率的實時顯示。而生物力學(xué)分析軟件仿真產(chǎn)生的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、肌肉力與骨應(yīng)力等指標(biāo)用于生物力學(xué)績效的分析。任務(wù)負(fù)荷績效分析預(yù)測軟件對這些仿真結(jié)果數(shù)據(jù)通過在線或離線的方式進(jìn)行可視化分析，提供柱狀圖、折線圖、表格及動畫等多種形式實現(xiàn)績效預(yù)測結(jié)果的可視化，并通過對比負(fù)荷與績效指標(biāo)，實現(xiàn)操作人員的個性化評價。

2．6三維可視化軟件通過對作業(yè)任務(wù)場景的三維建模工作，建立航天員、空間實驗室、軌道艙及返回艙等作業(yè)人物及環(huán)境模型，基于OGRE開源引擎開發(fā)了作業(yè)任務(wù)三維可視化軟件，構(gòu)建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現(xiàn)航天員手控交會對接、開艙門和搬生物等作業(yè)的三維圖形可視化表現(xiàn)，而作業(yè)過程則由認(rèn)知仿真軟件和生物力學(xué)仿真軟件實時驅(qū)動。

3實驗與驗證

3．1實驗設(shè)計本文選用太空飛行中人控交會對接任務(wù)作為用例［12］，該任務(wù)是一個典型的認(rèn)知仿真任務(wù)。在人控交會對接任務(wù)中，航天員通過圖形、數(shù)字和靶標(biāo)圖像等測量信息判斷追蹤飛行器與目標(biāo)飛行器的相對位置、姿態(tài)等運(yùn)動情況，并通過操作控制手柄，控制追蹤飛行器完成與目標(biāo)飛行器的對接。目標(biāo)航天器靶標(biāo)圖像信息是航天員進(jìn)行手控交會對接最主要的觀察信息，即通過電視攝像機(jī)將目標(biāo)飛行器對接口下方的十字形靶標(biāo)的圖案顯示在屏幕上，航天員據(jù)此信息確定追蹤飛行器與目標(biāo)飛行器的相對位置和相對姿態(tài)，通過操縱手柄對追蹤飛行器進(jìn)行姿態(tài)控制和平移控制，直至對接成功。試驗的框架如圖4所示，一體化平臺中的平臺調(diào)度管理軟件、認(rèn)知仿真軟件和作業(yè)任務(wù)三維可視化等軟件與真實的便攜式手控交會對接模擬器連接起來，用開發(fā)的MSS插件實現(xiàn)認(rèn)知模型對模擬器電視圖像的信息感知，并開發(fā)了控制手柄模擬程序，實現(xiàn)認(rèn)知模型對模擬器手柄的控制，平臺模擬一個虛擬的航天員，進(jìn)行人在回路外的手控交會對接任務(wù)。根據(jù)前面對ACTR-QN體系的描述，建立了手控交會對接認(rèn)知行為模型，在模型中，手控交會對接任務(wù)是在不斷完成基本任務(wù)后而得以實現(xiàn)，這些基本任務(wù)包括觀測、決策和控制［13］。觀測任務(wù)是通過視覺模塊連續(xù)感知外部信息，通過視覺緩沖把收集信息送入產(chǎn)生式模塊;在產(chǎn)生式模塊中，經(jīng)過查詢與過程性知識匹配的信息則觸發(fā)一條產(chǎn)生式;決策任務(wù)則通過觀測到的信息，查詢得到匹配并通過目標(biāo)模塊的目標(biāo)內(nèi)容，觸發(fā)一條或多條產(chǎn)生式，將執(zhí)行結(jié)果送入運(yùn)動緩沖，通過操作模塊執(zhí)行完成決策下達(dá)的任務(wù)。三類任務(wù)在QN-ACTR認(rèn)知中央加工處理器中按順序執(zhí)行，形成認(rèn)知與行為過程的反復(fù)循環(huán)。

3．2實驗結(jié)果及分析任務(wù)過程三維可視化軟件運(yùn)行時界面如圖5所示，構(gòu)建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現(xiàn)航天員手控交會對接作業(yè)過程的三維圖形可視化表現(xiàn)，其中航天員手部操作動作與ACT-QN中動作模塊的輸出同步。認(rèn)知仿真軟件運(yùn)行時的界面見圖6，在仿真中通過對ACT-QN各個模塊的實時閃爍，觀察認(rèn)知模塊的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)認(rèn)知過程的可視化。在本文中通過任務(wù)完成時間、燃料消耗、位置和姿態(tài)等指標(biāo)實現(xiàn)任務(wù)績效預(yù)測。實驗中基于ACTR-QN模型成功在訓(xùn)練用模擬器上完成了兩軸控制的手控交會對接任務(wù)，能在各種初始條件下實現(xiàn)兩飛行器的成功對接。圖7是實驗中平臺軟件模擬的虛擬人與真實操作人員控制實現(xiàn)兩飛行器在20m距離對接過程的Y軸和Z軸偏差對比，其中虛線是平臺軟件控制的對接過程偏差曲線，實線是操作人員的實際操控曲線，通過對比可以看出，基于軟件模型的對接策略及認(rèn)知仿真實現(xiàn)了與人基本一致的控制曲線及變化趨勢。本實驗針對太空飛行中人控交會對接任務(wù)進(jìn)行了平臺的認(rèn)知仿真試驗驗證，平臺與真實訓(xùn)練模擬器的交互、對接任務(wù)的完成情況及認(rèn)知仿真結(jié)果的分析都達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。通過實驗證明了平臺設(shè)計時基于離散事件仿真工具軟件上構(gòu)建的ACTR-QN認(rèn)知模型在運(yùn)行效率、可擴(kuò)展性和可視化能力都具有優(yōu)勢，完全可實現(xiàn)與航天訓(xùn)練用模擬器系統(tǒng)的實時協(xié)同仿真。實驗過程中融合通信系統(tǒng)配置靈活、簡便，在單機(jī)及聯(lián)網(wǎng)等各種情況實現(xiàn)了平臺各軟件間的數(shù)據(jù)交換需求，沒出現(xiàn)任務(wù)通信問題，穩(wěn)定可靠，具有較強(qiáng)的多模型、多系統(tǒng)交互支撐能力。作業(yè)任務(wù)的三維可視化可實時直觀的監(jiān)視任務(wù)進(jìn)程，并可在前期用于認(rèn)知模型中任務(wù)策略的調(diào)試和改進(jìn)。任務(wù)仿真的結(jié)果數(shù)據(jù)分析也表明平臺通過認(rèn)知仿真軟件的認(rèn)知模型模擬的虛擬航天員可實現(xiàn)了與真實操作人員基本一致的控制曲線及變化趨勢，進(jìn)一步證實了所建立平臺的實用性和有效性。

4結(jié)論

篇8

胸腰段后凸畸形的病因主要有先天性脊柱畸形、胸腰段脊柱骨折、強(qiáng)直性脊柱炎、Scheuermanns病、老年性脊柱后凸、脊柱結(jié)核椎體破壞、椎體腫瘤、軟骨發(fā)育不全等〔1、2〕，除了脊柱本身的因素外，胸腰段后凸畸形可由腹部腫瘤引起〔3〕。脊柱曲度正常時，身體重力線應(yīng)通過各節(jié)段生理彎曲的交界處。胸腰段以上重心位于胸椎的前部，胸腰段后凸畸形所造成的成角的或短弧形后凸畸形使損傷平面以上軀體的重心更趨前移，必將進(jìn)一步加重后凸畸形〔4〕。隨著我國進(jìn)入老齡化社會，胸腰段后凸畸形的患者不斷增多，胸腰段后凸畸形常出現(xiàn)局部不穩(wěn)定，脊柱支撐功能喪失，從而引發(fā)腰痛，且多并發(fā)上腰椎的失穩(wěn)及加速腰椎間盤退變，從而給患者造成極大的痛苦，有些患者通過保守治療無效，常需要手術(shù)治療，給患者家庭和社會造成了巨大的負(fù)擔(dān)。下面筆者就目前國內(nèi)外胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性的研究情況進(jìn)行綜述。

1 脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力學(xué)特點

胸腰椎移行部與腰椎及腰骶椎相比其形態(tài)和生物力學(xué)特性大不相同。該部位是后凸的胸椎與前凸的腰椎的移行區(qū)，生理弧度變直，這一區(qū)域恰好位于活動度較小、穩(wěn)定性較強(qiáng)的胸椎與活動度較大、穩(wěn)定性相對較差的腰椎之間；T11、12肋骨為浮肋，抵止在相應(yīng)的椎體上而不是椎體間，不參與垂直載荷；從T10～12L1關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面的傾斜則發(fā)生很大變化，即左右旋轉(zhuǎn)和左右側(cè)屈的ROM大大降低，而前后屈曲ROM較胸椎明顯增大；正常情況下，該部脊柱前方的垂直載荷分擔(dān)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后方。在T11及T12胸椎，上關(guān)節(jié)突表現(xiàn)為胸椎上關(guān)節(jié)突的形態(tài)特征，而下關(guān)節(jié)突的形態(tài)特征卻與腰椎相近，其前、后方無胸肋關(guān)節(jié)和肋橫突關(guān)節(jié)的加強(qiáng)，且僅與一個椎體相關(guān)節(jié)，這些均構(gòu)成了胸腰椎容易損傷的解剖學(xué)基礎(chǔ)〔5〕。因此，脊柱的壓縮性或爆裂性骨折常發(fā)生在胸腰段，從而造成胸腰段后凸畸形。從胸腰椎至腰骶椎，前后屈曲ROM逐漸增大，腰骶椎髂腰韌帶的存在使該部位的運(yùn)動和穩(wěn)定性與L4、5以上有所不同〔6〕。

Abumi等〔7〕通過人尸體腰椎節(jié)段的破壞模型證實，棘上韌帶、棘間韌帶損傷甚至雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半部分切除難以造成腰椎失穩(wěn)，而單側(cè)或雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)完全切除則可導(dǎo)致椎間旋轉(zhuǎn)和屈曲的失穩(wěn)。椎間孔部的減壓易導(dǎo)致關(guān)節(jié)突間（峽部）的分離。單側(cè)時由于有椎弓的存在，兩側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)還可發(fā)揮其功能。

2 目前利用動物脊柱標(biāo)本進(jìn)行的生物力學(xué)研究

王新偉等〔8〕利用出生1周以內(nèi)的小牛胸腰椎新鮮標(biāo)本，研究了小牛胸腰椎前路模型中的相關(guān)解剖，并與人體相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：與人體相比，小牛脊柱椎體及椎間盤更接近圓柱狀，椎間盤高度占脊柱高度的比例更大。又進(jìn)行了生物力學(xué)實驗，測試屈曲、伸展及側(cè)屈狀態(tài)下的載荷-應(yīng)變、載荷-位移關(guān)系、最大載荷時的應(yīng)力強(qiáng)度及屈曲、伸展、側(cè)屈及扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的軸向剛度，最后進(jìn)行極限力學(xué)性能測試。發(fā)現(xiàn)出生1周內(nèi)的小牛胸腰椎標(biāo)本在人生理載荷范圍內(nèi)，呈線形變化，與人體一致。

王向陽等〔9〕收集12具新鮮豬T10～L4節(jié)段胸腰椎脊柱標(biāo)本，制造不同程度前中柱骨折模型，分為2組，分別安放椎弓根螺釘內(nèi)固定器和內(nèi)固定加前路植骨重建，每種狀態(tài)依次在CMT4104多功能力學(xué)試驗機(jī)上進(jìn)行軸向壓縮和前屈壓縮測試，分別計算每組的完整標(biāo)本、骨折內(nèi)固定標(biāo)本和植骨內(nèi)固定標(biāo)本的軸向壓縮剛度和前屈壓縮剛度。發(fā)現(xiàn)：胸腰椎前中柱骨折后經(jīng)椎弓根螺釘系統(tǒng)固定不能使其恢復(fù)至原來的力學(xué)性能，椎體骨折累及范圍越大，固定后力學(xué)性能越差；前中柱重建是減少后路內(nèi)固定器械承載的關(guān)鍵。

周有禮等〔10〕利用羊的整條脊柱標(biāo)本，對胸腰椎爆裂骨折后的局部載荷進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)：在胸腰椎結(jié)合區(qū)域有較大的應(yīng)變值表示該區(qū)域局部所承受的力量較大，在實驗上脊柱承受牽引時，在胸腰椎接合之區(qū)域會承受較大的拉力。

3 利用在體動物模型進(jìn)行的研究

Oda等〔11〕利用在體羊脊柱腰段后凸畸形模型，研究脊柱損傷和后凸畸形對相鄰運(yùn)動節(jié)段的影響，他們將活體羊分為對照組、L3～5原位融合組及L3～5Cobbs角為30°的后凸畸形融合組，進(jìn)行了影像學(xué)、生物力學(xué)及組織學(xué)的研究分析，結(jié)果證實：脊柱后凸畸形導(dǎo)致頭側(cè)鄰近節(jié)段的后方韌帶復(fù)合結(jié)構(gòu)的前凸性攣縮；L2椎板在屈伸活動下所承受的應(yīng)力在后凸畸形組更為明顯，提示更多的載荷轉(zhuǎn)移向后柱；后凸畸形組鄰近的頭側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)有明顯的退變性骨關(guān)節(jié)病改變，鄰近的尾側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)亦有輕微的退變性骨關(guān)節(jié)病改變，而在原位融合組退變輕微。

Nielsen LW等〔12〕利用幼年豬制作了Scheuermanns病的脊柱后凸畸形模型，利用病理學(xué)、放射影像學(xué)、血液生化等方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)豬的Scheuermanns病胸腰段后凸畸形模型，與人Scheuermanns病導(dǎo)致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。

Lowe TG〔13〕等利用未成年羊的Scheuermanns病模型，進(jìn)行了一項在體實驗，他將羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根釘和聚乙烯繩在后面進(jìn)行拴系，不融合，進(jìn)行了13個月的觀察后，處死羊，取其脊柱進(jìn)行生物力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)模型矢狀面上的非融合調(diào)整，能有效地減少椎體楔形變的程度，此方法可能成為治療青少年Scheuermanns病的一種可行辦法。

4 利用人的尸體新鮮脊柱標(biāo)本進(jìn)行的研究

Birnbaum等〔14〕利用11具新鮮尸體軀干標(biāo)本（含胸廓），制造了胸椎后凸畸形模型，對前路松解前、后的矢狀面矯形效果進(jìn)行了解剖學(xué)及生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：單純前路松解（開放或經(jīng)胸腔鏡輔助）矯形效果良好，且能有效地改善矢狀面平衡。

趙必增等〔15〕利用新鮮尸體胸腰椎標(biāo)本，探討了椎體成形強(qiáng)化后對鄰近椎間盤、椎體的力學(xué)影響，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化椎體后，對鄰近椎體造成的應(yīng)力集中很小，而對鄰近椎間盤有一定的影響。

5 利用三維有限元分析進(jìn)行胸腰段后突畸形研究

有限元素法（FEM）是一個求偏微分方程式的數(shù)值方法。隨著個人計算機(jī)功能的完善，有限元素法的使用也越來越簡單，在醫(yī)用生物力學(xué)方面應(yīng)用更是越來越普遍〔16〕。

Liebschner MA等〔17〕對19例人的尸體胸腰段椎體標(biāo)本進(jìn)行CT掃描，建立三維有限元模型，進(jìn)行有限元分析；同時對標(biāo)本實體進(jìn)行解剖學(xué)測量以及生物力學(xué)試驗分析，最后將二者測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)：用恒定0.35層厚和457 MPa有效模量，結(jié)合CT重建的椎體幾何模型與骨小梁特性，進(jìn)行椎體外殼的建模，能精確的預(yù)測整個椎體的生物力學(xué)特性。

程立明等〔18〕就胸腰段后突畸形對相鄰椎間盤力學(xué)影響進(jìn)行了三維有限元分析研究。他們選取結(jié)構(gòu)正常的脊柱作為實驗材料，通過CT掃描獲取脊柱的二維圖像，然后進(jìn)行三維重建，轉(zhuǎn)化為有限元模型（FEM），利用Free Form成形軟件構(gòu)建胸椎后凸畸形模型，分別對正常結(jié)構(gòu)和胸椎后凸的脊柱有限元模型進(jìn)行載荷試驗，分別比較椎間盤和小關(guān)節(jié)應(yīng)力分布情況，總結(jié)出以下結(jié)論：脊柱胸腰段后凸畸形改變了相應(yīng)椎間盤的載荷應(yīng)力應(yīng)變分布，這可能加快椎間盤退變及使后方纖維環(huán)易受損破壞。

6 利用影像學(xué)進(jìn)行的臨床研究

Seel EH等〔19〕使用Oxford Cobbometer對椎體骨折導(dǎo)致胸腰段后凸畸形的Cobbs角進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的測量方法相比，其測量的結(jié)果更簡便、準(zhǔn)確、可行。

吉立新等〔20〕收集12例具備胸腰椎和腰骶椎正側(cè)位X線片的胸腰段后凸畸形病例，與20例正常對照組進(jìn)行相應(yīng)比較，進(jìn)行分析研究。發(fā)現(xiàn)患病組平均腰椎前凸角度與正常對照組相比有極顯著性差異?；疾〗M單節(jié)段腰椎前凸角度以上腰椎變化更為明顯。從而認(rèn)為：胸腰段的后凸畸形，使病損平面以上軀體的重心更趨前移，增加了致畸負(fù)荷，必將進(jìn)一步加重后凸畸形。為維持直立下軀干重心的平衡，就需要調(diào)整頭、頸、胸和腰部的曲度甚至髖部和膝部的位置使重心后移，其中最主要是通過腰椎的前凸加大來實現(xiàn)這一目的。腰段所發(fā)生的代償性改變比腰骶段更為明顯，而腰段的代償性改變又更多地集中在上腰椎，而且椎體的后滑移也發(fā)生在上腰椎，表明胸腰段后凸畸形對上腰椎有更大的影響。

陳仲強(qiáng)等〔21〕測量14例后凸畸形截骨手術(shù)治療前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎體滑移情況，對所得結(jié)果與正常組進(jìn)行對比分析。發(fā)現(xiàn)：胸腰段后凸畸形可導(dǎo)致腰椎過度前凸及椎體向后方滑移，尤其在上腰椎更為明顯，可能是引發(fā)腰背疼痛的重要原因之一：矯正胸腰段后凸畸形可減小腰椎的過度前凸和椎體滑移傾向，可明顯減輕患者的腰背疼痛；前后方聯(lián)合截骨更安全，矯正后凸畸形效果更好。

7 問題與展望

綜上所述，對于胸腰段后凸畸形，國內(nèi)外學(xué)者從解剖、動物標(biāo)本模型、在體模型、人尸體標(biāo)本模型、有限元分析模型及影像學(xué)臨床等不同角度出發(fā)，進(jìn)行了生物力學(xué)及其他方面的研究。研究更多的是解剖、標(biāo)本模型、有限元分析及影像學(xué)方面。解剖學(xué)屬于形態(tài)學(xué)范疇，研究歷史較長；動物標(biāo)本易于取材，但與人的生物力學(xué)特性還是有差異的；相對實驗分析而言，有限元分析的優(yōu)點在于它對分析參數(shù)控制的絕對性和簡易性，及完整多樣的結(jié)果數(shù)據(jù)。現(xiàn)階段有限元素分析，必須要配合恰當(dāng)?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)或臨床現(xiàn)象比對，結(jié)合有經(jīng)驗的臨床及力學(xué)人員，有限元素分析才能發(fā)揮它最大的功效。而由于受各方面條件的限制，在體動物生物力學(xué)模型與人新鮮尸體生物力學(xué)模型的研究，國內(nèi)外報道的很少，尤其是利用人新鮮尸體對胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性進(jìn)行生物力學(xué)的研究，目前國內(nèi)外尚是一個空白，這方面還有很大的研究空間。 【參考文獻(xiàn)】

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篇9

關(guān)鍵詞：推拿手法；手法量化；生物力學(xué)分析

Analysis of Manipulation of FootScan Pressure Sensor System Based on the Parameters of Plate

XU Gang，YANG Hua-yuan，LIU Tang-yi，GAO Ming，HU Yin-e，TANG Wen-chao

（Chinese Medicine Engineering Technology and Application Laboratory，School of Acupuncture and Massage， Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203，China）

Abstract：Objective Through this experiment， massage operation were measured and recorded and related to the change of characteristic parameters of mechanics， and the test results of observation and analysis， will be more comprehensive to clarify massage operation essentials， teaching and assessment for massage， massage the biomechanical study and massage quantification， standardization and standardized research to provide the reference.Methods This experiment using FootScan pressure sensor measuring force plate system， observation group G0， G1， G2， and G3 set of parameters in the process of implementation of tuina manipulation， in order to carry out massage parameter quantitative and standardized research.Conclusion The massage， contact area， frequency， and the power of the force of the cumulative to the discussion of different groups （impulse）， results suggest in terms of certain parameters contrast， between different groups， there are differences between different technique group， prompt the mechanical parameters is an important parameter to massage the biomechanics.In the process of the analysis method of hand pressure， no significant differences between groups， prompt the mechanics parameter is the massage the biomechanics of the secondary parameters.

Key words：Tuina manipulation ； Manipulation quantification ； Biomechanical analysis

推拿手法通常是指指施術(shù)者運(yùn)用自己的雙手作用于病患的特定的穴位或疼痛的地方，并運(yùn)用推、拿、按、摩、揉、捏、點、拍等形式多樣的手法，以期達(dá)到疏通經(jīng)絡(luò)、推行氣血、扶傷止痛、祛邪扶正、調(diào)和陰陽的療效。

1 推拿手法的技術(shù)要求

1.1中醫(yī)推拿手法的評價標(biāo)準(zhǔn) 中醫(yī)推拿發(fā)展至今，各種手法多樣、門派眾多，但對推拿手法動作的基本要求和評判標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)具備"持久、有力、均勻、柔和、深透"的特點。 "持久"是指手法能夠持續(xù)運(yùn)用一定時間，保持動作和力量的連貫性。"有力"是指手法必須具備一定的力量，并根據(jù)治療對象、體質(zhì)、病證虛實、施治部位和手法性質(zhì)而變化。"均勻"是指手法動作的節(jié)奏、頻率、壓力大小要一定。"柔和"是指手法動作的輕柔靈活及力量的緩和，不能用滯勁蠻力或突發(fā)暴力，要達(dá)到"輕而不浮，重而不滯"。"深透"是指每個手法應(yīng)用完之后，均能使該部位淺層組織和深層組織得到充分放松，即 "滲透"是指手法運(yùn)用后產(chǎn)生是從淺層組織滲透到深層組織的作用效果，如應(yīng)使按摩法產(chǎn)生的熱逐漸滲透到深層組織，這稱為"透熱"。

1.2客觀評價方法的研究 從"持久、有力、均勻、柔和、深透"的評價標(biāo)準(zhǔn)來看，主要是在施術(shù)者操作時，評判人根據(jù)自己的主管判斷，按照這四方面進(jìn)行推拿手法操作評判，缺乏客觀化依據(jù)和定量化評判手段，不符合對推拿手法的進(jìn)行規(guī)范性評判的要求，因此，目前有很多科研工作者在積極開展推拿手法參數(shù)的量化研究，如秦杰[1]等開展了在體手法測量系統(tǒng)對滾法的生物力學(xué)分析，王繼紅[2]等發(fā)表開展淺論手法的量化操作，方磊與房敏[3]進(jìn)行了手法規(guī)范化研究之生物力學(xué)進(jìn)展的分析，羅建[4]等開展了踩蹺法力學(xué)參數(shù)的對比試驗研究等等，這些都充分說明了開展推拿手法的客觀化評價方法研究的重要性。

2 測量工具與測量內(nèi)容

本實驗采用比利時FootScan壓力傳感器測力平板（如圖1所示），該測力平板是世界上目前采樣率最高的壓力測試系統(tǒng)之一，目前被廣泛應(yīng)用于步態(tài)分析、平衡分析等運(yùn)動生物力學(xué)領(lǐng)域，糖尿病足、專業(yè)運(yùn)動員定制鞋設(shè)計、下肢骨關(guān)節(jié)疾病等臨床及科研領(lǐng)域。

圖1 FootScan壓力傳感器測力平板系統(tǒng)及采集界面

該系統(tǒng)參數(shù)：測力平板面積為40×50cm（每平方厘米有4個傳感器）由USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)的USB口相連，傳感器大小為0.5cm×0.7cm，0.5m長的測力板集成有4096個傳感器，采樣頻率最高達(dá)500Hz。

我們通過該系統(tǒng)進(jìn)行推拿手法參數(shù)的測量，主要模擬測量推拿過程中，受試者所受力的大小、接觸面積、作用時間、頻率、壓強(qiáng)、沖量（作用力在時間上的積累）等參數(shù)。應(yīng)用FootScan壓力傳感器測力平板的好處在于：測試平臺可承受較大的負(fù)載，測試過程中系統(tǒng)的響應(yīng)頻率快，同時測試的數(shù)據(jù)可以圖像化信息顯示，測試過程可以動態(tài)實時播放力學(xué)參數(shù)的變化，這比以往的圖形曲線的顯示更直觀，測得的數(shù)據(jù)可導(dǎo)出進(jìn)一步處理等。

3 實驗的主要內(nèi)容

基于壓力平板系統(tǒng)的推拿手法特征參數(shù)的采集實驗設(shè)計主要包括施術(shù)者的選擇、推拿手法的選擇、測試的步驟等幾個部分。

3.1施術(shù)者的選擇 要對推拿手法進(jìn)行量化分析，在測試過程中需考慮到施術(shù)者的年齡、性別、體質(zhì)、工作經(jīng)驗等因素，因此為了方便我們實驗的開展，我們僅從工作經(jīng)驗和性別上進(jìn)行考慮，選擇無臨床操作經(jīng)驗的針灸推拿專業(yè)男性研究生，有2～4年，5～7年，8年以上工作經(jīng)驗的男性推拿醫(yī)師各5名，四類施術(shù)者的操作需嚴(yán)格按照下述推拿學(xué)教科書中的要求進(jìn)行，在進(jìn)行實驗操作前需經(jīng)一定時間的測試和熟練后，使得每次操作時的手法參數(shù)趨于穩(wěn)定后進(jìn)行正式的實驗數(shù)據(jù)采集，以保證手法的力學(xué)參數(shù)采集的準(zhǔn)確性。

3.2手法的選擇與測試要求 在手法選擇上，我們選擇便于實驗測量的手法進(jìn)行測量，有掌按法、一指禪、滾法等。

掌按法進(jìn)行單、雙掌操作，分別在吸氣末、呼氣末進(jìn)行沖擊、不沖擊的測定；一指禪推法選擇左、右拇指羅紋面和雙手羅紋面同時操作進(jìn)行測定；滾法以第5掌指關(guān)節(jié)背側(cè)吸定于治療部位，用小魚際于手掌背側(cè)在治療部位上作滾動的手法，測定滾法操作初始階段、10s、30s不同時間段的接觸壓力，如圖2和圖3實驗測試一指禪和滾法力學(xué)參數(shù)采集的演示。

圖2 一指禪手法測試示意圖 圖3 滾法測試示意圖

3.3測試的步驟 施術(shù)者熟悉操作流程及與測試儀器配合使用熟練后，將操作手掌放置在壓力測試平板上，按照標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程的要求進(jìn)行推拿手法操作，同時由實驗人員進(jìn)行實時檢測、記錄測試過程中施術(shù)者手掌與壓力平板之間的壓力情況，計算機(jī)實時采集每次按壓手法的測量力的大小、接觸面積、作用時間、頻率、壓強(qiáng)、作用力在時間上的積累（沖量），及最大壓力、接觸面積、最大壓強(qiáng)、平均壓強(qiáng)。如圖4～圖6所示，采集掌按法受力參數(shù)的實驗演示圖。采集完成掌按法后，依次完成滾法、一指禪法法采集，每人每種手法采集前均經(jīng)一定時間的測試和熟練后進(jìn)行，每種手法采集共3次，保留個人覺得操作最好的1次手法記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

4 分析與討論

推拿手法操作作為一項臨床操作性極強(qiáng)的技能，由于種種原因，推拿手法的教學(xué)與實踐多師傳口授得以進(jìn)行， 通過對推拿基本操作手法時的語言描述、口頭闡述、教師示范、學(xué)生則在領(lǐng)會理解的基礎(chǔ)上，對砂袋練習(xí)或相互演練為主，這使得整個教學(xué)過程，缺乏直觀、定量的衡量方法及準(zhǔn)則，影響了學(xué)習(xí)者對手法操作自身的力學(xué)特征及引起的力學(xué)變化的理解，正是由于不同學(xué)習(xí)者的領(lǐng)悟和理解不同，使得不同學(xué)習(xí)者間實踐操作水平有明顯差異。

通過對計算機(jī)實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，無臨床操作經(jīng)驗的針灸推拿專業(yè)男性研究生（G0組），有2～4年（G1組）、5～7年（G2組）、8年以上工作經(jīng)驗的男性推拿醫(yī)師（G3組）的推拿手法分析發(fā)現(xiàn)：在推拿手法的作用力方面，四組操作者中，尤其在滾法和一指禪法中G3和G2組與G0組與G1組存在明顯差異，G3組與G2組無明顯差異，但在掌按法差異，表現(xiàn)不明顯。從壓力的峰值來看，無明顯統(tǒng)計學(xué)差異，但G3同其他組別相比較而言，其手法參數(shù)力學(xué)最高值及最高值±10%的壓力值在整個手法操作過程中持續(xù)時間較長，力學(xué)參數(shù)大小變化較小。而其他組別最高值大小有超過G3組的情況，但手法參數(shù)力學(xué)最高值及最高值±10%的壓力值在整個手法操作過程中所長時間明顯低于G3組，這說明G3組的持久、有力明顯優(yōu)于其他組別。

在手法的接觸面積方面，推拿手法的接觸面積與操作著的手掌有一定關(guān)系，幾組操作者中最大作用面積無統(tǒng)計學(xué)差異，但在滾法中G2組與G3組的滾法操作中最大面積與最小面積的差值相對其他組別有明顯差異。

在手法的作用頻率方面，G0組和G1組、G2組G3組相比，三種手法中滾法的作用頻率明顯高于其他組，有明顯統(tǒng)計學(xué)差異。掌按法操作時這種差異表現(xiàn)不明顯，無統(tǒng)計學(xué)差異。

在手法的壓強(qiáng)方面，四組內(nèi)三種不同手法數(shù)據(jù)分析，暫無明顯規(guī)律，但在作用力在時間上的積累（沖量）方面，G3組明顯優(yōu)與G0組，略高于G2組，G1和G2組差異性不大，這也說明，沖量（I=Ft）反映了推拿過程中推拿手法的作用力在推拿時間的效應(yīng)積累，即推拿的及時效應(yīng)。

5 本實驗的意義

通過本實驗的測量與數(shù)據(jù)分析，對不同的施術(shù)者的推拿手法，能客觀的闡釋生物力學(xué)參數(shù)信息，歸納施術(shù)者推拿手法參數(shù)特點。同時，另一方面也可以用于推拿手法的實踐教學(xué)，學(xué)習(xí)者觀看專家的推拿手法操作曲線及作用面積范圍的動態(tài)變化圖片，自己在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行對比學(xué)習(xí)，實現(xiàn)與專家手法力學(xué)參數(shù)的吻合。若今后借助三維動作圖像采集與分析軟件，在采集推拿過程中的力學(xué)參數(shù)同時，可以進(jìn)一步進(jìn)行推拿手法操作的三維動作解析，將更全面的實現(xiàn)推拿手法操作要領(lǐng)的闡明。由此可見，本實驗開展為探討推拿手法客觀量化描述及專家手法力學(xué)數(shù)據(jù)庫的建立提供了一條新的思路。

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【關(guān)鍵詞】短跑技術(shù)；生物力學(xué)；放松技術(shù)；緩沖；擺動支撐

一、放松技術(shù)的概念

短跑是在人體大量缺氧狀況下持續(xù)高速度跑的極限強(qiáng)度運(yùn)動。肌肉力量的大小取決于肌肉中肌纖維的數(shù)量、單個肌纖維的收縮力量、肌纖維收縮前的初長度等參數(shù)。高速跑中的放松技能就是擺動技術(shù)和擺動力量的發(fā)揮與利用，它是短跑技術(shù)的核心，是高水平短跑運(yùn)動員提高運(yùn)動成績的主要因素。

放松技術(shù)是一個抽象的概念，并不是指某種單純的技術(shù)動作，而是多種因素在短跑運(yùn)動中綜合作用，是多個環(huán)節(jié)緊密結(jié)合形成的一個體系。根據(jù)力學(xué)的原理，可以把人體所承受的運(yùn)動負(fù)荷量的大小作為衡量緊張與放松的標(biāo)準(zhǔn)。放松技術(shù)所體現(xiàn)的是運(yùn)動員所具有的能力。運(yùn)動員只有達(dá)到相當(dāng)?shù)哪芰?，才能在運(yùn)動過程中形成正確的技術(shù)動作。美國的學(xué)者朱·維蘇茨金對50名較為優(yōu)秀的短跑運(yùn)動員進(jìn)行實驗研究，其研究結(jié)果也有力地說明了短跑技術(shù)中肌肉放松能力對提高短跑運(yùn)動成績的作用。

二、肌肉放松的生物力學(xué)分析

人的肌肉力量雖然經(jīng)過訓(xùn)練可以在一定程度上有所提高，但其幅度是有限的。而肌力對某一軸的肌力矩也是在一定范圍內(nèi)的。當(dāng)肌力矩一定時，減小肢體的轉(zhuǎn)動慣量，可以增加轉(zhuǎn)動的角速度。在短跑運(yùn)動中，從腿后蹬結(jié)束腳離地開始的屈膝前擺，是以髖關(guān)節(jié)為軸的擺動。在屈膝時，充分放松伸展股直肌、股外側(cè)肌、股中間肌，就更有利于股后群肌做向心收縮工作，使小腿靠近大腿折疊，縮短了向前擺腿的距離，使整個下肢繞髖關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量減小，從而提高下肢前擺的角速度，增加步頻。步長是在左右腳著地點之間在運(yùn)動方向上的距離，它由著地距離、騰空距離及后蹬跟離三部分組成。從跑的技術(shù)原理分析，較小的著地距離可增大著地角，使緩沖階段時間較長，緩沖動作充分，減小著地后的阻力及阻力沖量，有利于跑速的發(fā)揮。在大腿擺動階段的屈膝前擺完成后大腿下壓，先伸髖關(guān)節(jié)，再伸膝關(guān)節(jié)。要使腿積極下壓，就要充分放松屈髖肌群的骼腰肌、股四頭肌、闊筋膜張肌等，使伸髖的臀大肌等快速收縮完成向心工作。同時膝關(guān)節(jié)也要強(qiáng)調(diào)肌肉放松，股四頭肌輕微收縮。這樣能使腳落地點靠近身體重心垂線，減小著地距離，增大著地角。從而最大限度的減小由于腳著地所產(chǎn)生的制動力，加快跑速。

三、放松技術(shù)的作用

第一，肌肉放松能提高速度耐力

短跑是極限強(qiáng)度運(yùn)動，運(yùn)動員除具有良好的速度和保持高速度的能力外，還必須使短跑動作協(xié)調(diào)放松。在短跑中，當(dāng)主動肌和對抗肌的活動協(xié)調(diào)一致時，就能以較快的速度去克服外周阻力，同時，也減少了它們之間的內(nèi)阻力，推遲疲勞的出現(xiàn)。

第二，放松技術(shù)能增大肌肉收縮的力

短跑放松能力強(qiáng)的運(yùn)動員，肌纖維參加活動的百分比可達(dá)90%，而放松能力弱的人只有60%的肌纖維參加活動，由此可見在收縮力量上存在著很大差異。而肌肉放松與肌肉收縮前的初長度的關(guān)系更為密切，肌肉越是放松，肌肉就越容易被拉長，肌肉的初長度越大，則肌肉的收縮力量就越大。反之，肌肉處于緊張狀態(tài)，肌肉就難以拉長，肌肉的初長度越短，則肌肉的收縮力量就小，所以肌肉的協(xié)調(diào)放松能提高肌肉的收縮功率。

第三，放松技術(shù)能提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性

如果運(yùn)動員在短跑比賽中，追求高步頻提高速度，而不積極發(fā)展動作幅度，許多附加神經(jīng)沖動以高頻率傳導(dǎo)到中樞，會引起大腦皮質(zhì)的高度興奮。這樣經(jīng)過短暫時間后，頻率下降，越跑越累，全程跑的后程速度難以提高。正因如此，放松跑技術(shù)有利于神經(jīng)系統(tǒng)興奮與抑制的轉(zhuǎn)換速度和靈活性提高，使全程速度得以發(fā)揮。

第四，放松技術(shù)可提高耐受乳酸和消除乳酸的能力、提高三磷酸腺昔的合成能力

在短跑中肌肉快速收縮需要的能量是三磷酸腺昔的分解所提供的而肌肉中三磷酸腺昔儲備是非常有限的，維持的時間僅幾秒鐘，這樣必須在肌肉兩次收縮間，即肌肉放松的時間內(nèi)進(jìn)行三磷酸腺昔的再合成。因此提高肌肉的放松能力，能促進(jìn)血液循環(huán)，使肌肉中的血流量增加，給肌肉輸送大量的氧氣，保證三磷酸腺昔的再合成。

四、結(jié)語

體育運(yùn)動本質(zhì)上與人體生理結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，從生物力學(xué)角度研究體育運(yùn)動的規(guī)律是必然的趨勢。對短跑技術(shù)的科學(xué)研究必將進(jìn)一步促進(jìn)其發(fā)展。而且應(yīng)該看到，在不斷的改進(jìn)完善下，短跑技術(shù)也日漸趨于規(guī)范化和合理化。短跑技術(shù)的規(guī)范化主要是指跑的技術(shù)動作結(jié)構(gòu)更加符合運(yùn)動解剖學(xué)和運(yùn)動生物力學(xué)的原理，使短跑技術(shù)表現(xiàn)出效率化和節(jié)省化；合理化上表現(xiàn)為：更加重視擺動技術(shù)、騰空與支撐時間之比更趨合理等。

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