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1、运用运动生物力学提高原地双手头上掷实心球训练效果探究 摘要：本文运用文献研究法、测量研究法、观察分析法等，通过运用运动生物力学简易测量这一手段，对原地双手头上掷实心球进行测量分析，根据分析结果对运动训练实践进行指导，以期在实践中取得更好的成绩。 关键词：原地双手头上掷实心球； 运动生物力学； 力学； 中学生一、 前言原地双手头上掷实心球，是一种不允许运动员通过旋转和滑步获得加速的投掷项目。原地双手头上掷实心球成绩通常被作为评定学生身体素质好坏的一个重要指标，同时它 是体育考试、中考选测项目。浙江地区规定双手头上掷实心球为初中升学考试体育的选测项目、体质健康标准必考项目。虽然原地双手头上掷实心球
2、受到了广大师生的重视，但是目前在学校课堂中，老师大都依靠个人经验，同时也不够合理、科学、专业，缺乏理论指导。而高科技仪器虽然很专业，但由于比较昂贵，且操作相对复杂，在中学难以推广。运动生物力学是研究人体运动力学规律的科学，在大学的运动生物力学课程中，有专门对原地双手头上掷实心球项目进行分析研究的篇章。运动生物力学对原地双手头上掷实心球的研究，不仅方法简捷，更为重要的是，运用运动生物力学的简易方法，能够让老师更合理、更有针对性地来指导学生进行原地双手头上掷实心球训练。本文试对中学初二体质健康标准抽测学生进行抽样调查，对其双手头上掷实心球成绩等基本数据测量与研究，并运用运动生物力学来分析双手头上掷
3、实心球的动作技术,找出提高双手头上掷实心球技术的途径,以帮助学生提高双手头上掷实心球的成绩。 二、研究方法、实验对象与实验器材 （一） 实验对象 从我校中抽取的三名具有代表性的学生,对其原地双手头上掷实心球成绩进行测量分析，观察动作，并结合数据进行指导训练。 （二） 研究方法 1.文献资料法。根据研究需要在图书馆、中国期刊全文数据库以及中国期刊网查询了与双手头上掷实心球相关的文献资料，对如何运用运动生物力学分析和研究双手头上掷实心球奠定了基础。 2. 测量研究法。主要通过对被抽学生为训练实验对象进行测试，得到原地双手头上掷实心球成绩等基本数据，从而进行研究分析。 3.观察研究法。对抽测学生投掷
4、技术动作进行观察，然后再结合测量计算数据进行专门的技术指导。 （三）实验器材 2kg实心球，精确到0.01m的皮尺，精确到0.01s的秒表，自制的辅助练习工具。 三、 研究结果与分析 （一） 理论依据原地双手头上掷实心球可看作抛点比落点高的斜抛运动，以抛射点为坐标原点建立直角坐标系（图1）。图1 抛点高于落点的抛体运动斜上抛运动是一个竖直上抛运动和一个水平运动的合运动，根据运动独立性原理，水平与竖直分运动是相互独立的。在抛体运动的开始，抛物体首先具备一定的初速度V,并于水平成一定角度，即抛射角q，且本次测试不计空气阻力，包括风向、风速等影响，那么，抛物体在水平方向上的运动是匀速直线运动，而竖直
5、方向上的运动是匀变速直线运动。那么，抛物体的初速度在水平和竖直方向上的分量分别为:Vx=V*COSq,Vy=V*SINq.设出手点高度为H,出手点到抵趾板水平距离为S,出手点至落点水平距离为S，投掷远度为L，则：L= S+SS及S可通过目测出手点位置测量。设实心球从投出至落地的总时间为T，则S=V*COSq*T1/2gT2-H=V*SINq*T-H表示落点在原点以下。解方程得V2=(S2+(1/2gT2-H)2)/T2 q=arctan(1/2gT2-H)/S 通过微积分可求出实心球等密度较大器械的最佳抛射角为：sinqm=V/() 由公式可知，通过测量S、H、T可求出抛射角q与出手初速度V;
6、由公式可知，若已知V、H，可求得理论上最佳抛射角。通过最佳抛射角对实践进行指导是本论文基础。（二）研究步骤第一步:从我校初二抽测学生中选取20名男生，对他们双手头上掷实心球进行测量分析，从而再次选取3名具有代表性的学生，分别记为A、B、C。第二步：针对这3名学生的各自特点，运用生物力学的理论分别指导训练，因材施教，以期达到更好的训练效果。第三步：针对训练一个月后，对3人双手头上掷实心球再次进行测量分析，发现进步与寻找不足，合理分析结果，改善训练具体要求，进行两次。（三）学生双手头上掷实心球测量及计算结果本次研究考虑到时间、精力等各方面因素，对3名学生实心球成绩仅分别测量三次。测量及计算结果如下
7、：T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.531.521.571.541.8011.559.87372742621.501.521.541.521.8811.879.98385042571.511.501.521.511.8311.9910.0737934267表1 测试者A第一次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.471.471.491.481.8010.509.31403942351.451.481.481.471.8310.359.22402442261.511.511.541.521.
8、7510.979.5841104255表2 测试者B第一次测量数据T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.431.421.471.441.8712.3710.34338342741.471.461.481.471.9512.8010.50340142711.461.491.491.481.9112.5110.3435194269表3 测试者C第一次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.501.541.551.531.8612.0610.08385542641.521.531.571.541.85
9、12.2210.16386542681.521.511.531.521.8111.9610.0538494269表4 测试者A第二次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.471.471.501.481.8410.889.49392642391.461.471.481.471.8811.029.55383242371.471.481.521.491.8010.689.4140374240表5 测试者B第二次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.551.551.581.561.9112.
10、9910.51376342761.531.521.541.551.9512.8910.46373142691.551.561.571.561.9813.0210.5037374268表6 测试者C第二次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.551.551.581.561.8312.3310.21393042731.541.561.551.551.8512.1810.14391742671.571.561.581.571.8012.4410.2839564279表7 测试者A第三次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(
11、m)V(m/s)q()qm()1.511.501.521.511.8211.239.68397642511.501.501.501.501.8611.039.56397242401.511.501.541.521.8711.329.7039864246表8 测试者B第三次测量数据 T1(s)T2(s)T3(s)T(s)H(m)S(m)V(m/s)q()qm()1.641.631.651.641.9713.2410.58402542721.641.651.661.651.8913.3710.67405842841.631.621.641.632.0113.0510.4740154264表9 测试
12、者C第三次测量数据 （四）测量及计算结果分析 1.第一次测量分析。由表1、2、3可得出学生A、B、C在第一次测量中原地双手头上掷实心球各项数据的平均值。学生A: T=1.52s,H=1.84m,S=11.80m,V=9.97m/s,q= 3790,qm=4262。学生B：T=1.49s,H=1.79m,S=10.61m,V=9.37m/s,q= 4057,qm=4239。学生C：T=1.46s,H=1.97m,S=12.56m,V=10.39m/s,q= 3434,qm=4271。 通过各项平均值及表1、2、3分析可知，学生A在第一次测量中的三次投掷虽然实心球飞行时间、出手高度以及出手角度略有
13、波动，但是其成绩及出手速度却呈现出越来越好的趋势，因此，建议A同学要通过各种办法使自己提前进入状态，这样更有利于其取得好的成绩。学生B及C的数据则没有呈现出明显的趋势。据表1、2、3，对比A、B、C三人数据可知，三人在出手速度、出手角度、远度等方面各有特点。其中A在远度、出手速度、出手角度与最佳角度差值三项数据中都位于一般水平；B的出手角度在三人中与最佳角度最接近，但是其出手速度相对较小，导致其实心球投掷成绩最差；C是三人中出手速度最快的同学，虽然成绩最好，但是其出手角度与最佳角度相差比较大，技术的改善提升空间也相对很大。根据三人的各自特点，制定不同的训练计划。B同学在实心球训练中应主要加强出
14、手速度的训练，包括手臂力量、手臂爆发力以及投掷过程中各部位发力衔接技术等；C同学在保证必要的速度基础上，应该将更多的精力放在技术动作改进上，特别是改善其出手角度，从而提升其成绩；A同学则在速度、角度上都要加强训练。2.第二次测量分析。由表4、5、6可得出学生A、B、C在第二次测量中原地双手头上掷实心球各项数据的平均值。学生A: T=1.53s,H=1.84m,S=12.08m,V=10.10m/s,q= 3856,qm=4267。学生B：T=1.48s,H=1.84m,S=10.86m,V=9.48m/s,q= 3932,qm=4239。学生C：T= 1.56s,H=1.95m,S=12.97
15、m,V=10.49m/s,q= 3744,qm=4271。与第一次测量中各项数据平均值比较，A同学的实心球飞行时间、出手速度及出手角度都有了改善，直接体现在其原地双手头上掷实心球的成绩有了提高。B同学虽然其实心球投掷的飞行时间、出手角度略有下降，但是其出手速度有了提高，弥补了这些不足。而C同学在各项数据上都有了明显改善，直接体现在其原地双手头上掷实心球成绩的大幅提高。但是相互对比发现，原来存在的不足仍需改进，三位同学仍然需要根据第一次测量所分析指出的不足进行改进训练。3. 第三次测量分析。 由表7、8、9可得出学生A、B、C在第三次测量中原地双手头上掷实心球各项数据的平均值。学生A：T=1.5
16、6s,H=1.83m,S=12.32m,V=10.2m/s,q=3934, qm=4273。学生B:T=1.51s,H=1.85m,S=11.19m,V=9.65m/s, q=3978, qm=4246。学生C：T= 1.64，H=1.96m,S=13.22m,V=10.57m/s, q=4033, qm=4273。 与前两次测量中各项数据平均值比较，A同学的实心球飞行时间、出手速度、出手角度及成绩都有提高，只有出手高度略有降低。B同学的实心球飞行时间及出手角度有所波动，但其出手速度、出手高度及远度都明显提高。而C同学的各项数据都有提高。据表1、4、7分析可知，A同学在按照符合自己特点的计划训
17、练后，其成绩、出手速度、出手角度有了明显的改进。在运动生物力学有关实心球的理论指导下，运用科学的手段对其技术动作特点进行分析后，制定合理的训练计划，能够更加有效地进行训练。在A同学身上的具体体现为：速度有了一定的提高；更为可贵的是，在速度稳定提高的同时，其出手角度更趋于最佳角度，最终的体现就是成绩的稳步提高，据表2、5、8分析可知，B同学其出手角度一直保持着相对最佳的范围，虽然略有降低，但其速度的提升有效地弥补了这一劣势，其成绩亦是有比较大的提高。在其平时训练中，尝试性地让其人为地降低出手角度，发现这种做法虽然导致成绩变得不稳定，但是速度有了明显的改善。因而采用了损失角度来提高速度的做法。以为
18、最佳出手角度的确定，并不是简单的数学理论推导能解决的，对于每一个个体来说，其身体生理结构等因素导致理论最佳角度或许并不符合其个人特点，适度的“让步”或许能达到更好的效果。据表3、6、9分析可知，C同学在保证出手速度的基础上，其出手角度越来越趋近于最佳角度，这也是其成绩提高的原因之一。特别是通过改善出手角度，使其双手头上掷实心球飞行时间增加，进而促使成绩提高。在出手速度达到一定的水平后，如何提高飞行时间，寻找出手速度与出手角度、飞行时间的最佳配置就成为了重中之重。而C同学的训练就体现了这一点。（五）影响原地双手头上掷实心球成绩的几个力学因素1.出手角度对实心球飞行距离的影响。近年来人们逐渐发现，
19、不是各技术动作参数的单一提高，就一定能带来推实心球成绩的提高，有时某一动作参数提高了，甚至还可能使其它也应提高的技术动作参数下降。在实心球出手角度和身体肌肉用力角度中，不管单独地追求哪一项都显然是不可能达到理想目的的。要取得最好的投掷成绩，只有对实心球出手角度与身体用力角度进行最佳组合，也就是追求这两项的合成效果。有统计表明，当前实心球角度有下降趋势。因为这不符合实心球飞行的越远实心球出手角度应越大的投掷技术原理，所以引起人们的格外注意。有的学者认为，实心球出手角度下降的主要原因是，运动员要通过适当降低实心球出手角度来换取能获得更大利益的身体力量的充分发挥。运动员在降低实心球出手角度时未必是有
20、意识的，当他找到一个能发挥身体力量的动作时，降低实心球出手角度的事就自然发生了。2.出手高度对实心球飞行距离的影响。实心球的出手高度取决与运动员的身高和手臂长度，以及运动员的身体和训练技术水平。出手高度增加多少，会引起实心球飞行距离差不多相同的增加。从运动实践的角度看，不同的运动员出手高度和出手角度是相对恒定的，不会因成绩的提高而出现明显的改变。3.出手速度对实心球飞行距离的影响。推实心球中最重要的因素是出手速度。出手初速度增加150%，实心球飞行距离是原来的225倍。实心球的速度变化取决于运动员的速度和力量的大小，身体重心的运动以及实心球运动的速度和方向。通过三维摄影方法，对实心球的速度测定
21、表明，实心球在传送阶段速度没有真正下降(优秀运动员)，如果发挥好的话还能增加。 四、结论与建议（一）结论本次研究运用运动生物力学分析方法，测算原地双手头上掷实心球的各项技术参数，并对数据进行分析，进而对学生运动训练进行指导，虽然方法简单，但取得了明显的效果，三位参见实验同学成绩有了较大提高，比其他学生接受传统体育课地学生成绩提高明显.展现了运动生物力学对运动训练的指导作用,。（二） 建议目前在原地双手头上掷实心球教学中，大部分体育教师仍仅靠经验来指导训练。通过这次研究，希望中学体育教师重视使用运动生物力学的原理进行指导训练，让训练更加合理、科学。另外，在实际训练中，诸如场地、实心球鞋等因素也对
22、原地双手头上掷实心球成绩有影响。实心球鞋和场地对原地双手头上掷实心球的影响主要体现在是否具有合适的摩擦系数，太滑的场地与鞋子对原地双手头上掷实心球都有不好的影响，而鞋子最好能够稍小些，这样更容易让运动员发挥出自己的水平。在教学训练实践中，我们应该努力发现一切对原地双手头上掷实心球有利的因素，在合理的情况下，将有利因素尽可能的转化为提高成绩的因素。 参考文献1.赵焕彬，李建设主编.运动生物力学-3版，-北京:高等教育出版社,2008.3.2.全国体育学院教材委员会.运动生物力学M.-北京人民体育出版社,1990.3.田径永定教程全国体育元宵教材委员会审定.-北京:人民体育出版社,1999.4. 全国体育学院教材委员会.田径云运动教程M.-北京:人民体育出版社,1999.5. 文超主编.运动高级教程.-北京:人民体育出版社,2003.6.过家兴等运动训练学M北京：人民体育出版社，1990：117. 杨存斌.论双手头上掷实心球的最佳模式J. 首都体育学院学报, 1990.8. 张明德. 实心球技术教学法J. 科技创新导报, 2009, (04) .9. 刘法贵, 聂大勇. 实心球投掷的数学分析J. 数学的实践与认识, 2009, (06)10. 李旭如. 对影响实心球投掷远度因素的探讨J. 山西师范大学学报(自然科学版), 1993, (03)