中學體育教學要善于利用物理學知識

楊博

【摘 要】體育運動中的許多動作蘊含著豐富的物理學知識，為了有效提升學生的運動能力和體育成績，體育教學中教師要善于結合學生已學過的一些物理學知識進行教學，這是激發(fā)學生學習興趣、提高學生體育成績的有效途徑。

【關鍵詞】體育運動 物理學知識 融會貫通

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）33-0131-03

體育教學中有不少學生成績不理想，除了較差的身體素質(zhì)外，錯誤的動作習慣往往是影響運動成績提高的重要因素。中學體育教師在教學中要善于結合學生已學過的一些力學、運動學知識，指導學生改進動作，正確理解標準體育動作中蘊含的物理學知識，使學生知其然，更知其所以然，讓他們看到自己學過的一些物理知識在體育運動實踐中的具體應用，激發(fā)學生的學習興趣，提升教育教學效果，增強學生體質(zhì)。

下面是筆者在體育教學實踐中遇到的幾個普遍問題，從中可以看出這一觀點的合理性與可行性。

一 “老師，我們最怕800米、1000米測試，怎樣提高成績”

許多學生非常害怕國家學生體質(zhì)測試項目中的800米和1000米跑，總是詢問提高這兩個項目成績的秘訣。要提升成績和發(fā)展學生耐力素質(zhì)，提高學生奔跑中的有氧與無氧代謝能力當然很重要，但教學訓練中也常?？吹胶芏鄬W生跑步成績差，動作不理想，存在不少問題，這也是影響成績提高的重要因素。學生長期形成的錯誤奔跑習慣，要得到根本改變不是件容易的事，不從動作的力學原理上講清講透，學生很難真心配合老師改掉自己的毛病，提高體育成績。如跑步中上肢的擺動問題、下肢的蹬地問題、大小腿的折疊問題、上下肢的協(xié)調(diào)配合問題、身體重心的平穩(wěn)問題、速度的均衡性問題……這些問題大都能用學生已經(jīng)學過的一些物理知識加以解釋，有必要給學生講清楚。跑步過程中的身體運動包含兩種基本形式：一是身體整體的水平運動，二是上下肢分別圍繞肩關節(jié)、肘關節(jié)、髖關節(jié)、膝關節(jié)的周期性擺動。如何提高肢體的轉(zhuǎn)動效率，推動整個身體實現(xiàn)合理高效的水平位移，這需要對動作的各個環(huán)節(jié)有正確的認識。

跑步過程中支撐腿蹬地后，不少學生忽視小腿以膝關節(jié)為軸的積極折疊，小腿托著跑得既吃力又難看。對此，教師一味強求學生注意大小腿折疊，往往收不到好的效果，如果教師能夠結合學生已學過的力學知識，強調(diào)想要提高蹬腿后的前擺速度，縮短擺動腿的轉(zhuǎn)動半徑至關重要。因為積極折疊能有效縮短擺動腿的轉(zhuǎn)動半徑，減小擺動腿的轉(zhuǎn)動慣量，減少轉(zhuǎn)動阻力，加快下肢的擺動速度。因此，跑步蹬地后正確的擺腿方法是，小腿以膝關節(jié)為軸，腳后跟盡力向臀部靠近，形成有效折疊，學生理解了折疊的原理和意義后，改進動作是很容易的。

跑步中上肢的擺動也非常重要，但很多學生不理解，總認為跑步是用腿來跑，上肢的動作無關緊要。實際教學訓練中，單純要求學生模仿正確的擺臂動作，重復練習，學生容易產(chǎn)生抵觸情緒，不愿重復單調(diào)枯燥的擺臂練習。若想得到好的教學效果，教師有必要結合學生所學的相關物理學知識，引導學生觀察跑步過程中上下肢的擺動特點。學生會發(fā)現(xiàn)上下肢的擺動頻率驚人的一致，同側肢體的擺動方向相反，上肢的擺動幅度會與下肢的擺動幅度同步增加或同步減小。在此基礎上，提問學生跑步過程中下肢為什么會與上肢協(xié)同擺動？當學生了解到，上下肢的同步擺動首先是維持身體平衡，其次是上肢正確有力的擺動產(chǎn)生的能量會不斷轉(zhuǎn)移到下肢，上肢有力的前擺與迅速制動，其產(chǎn)生的動量（矩）不會消失，會沿著身體軀干及下肢骨干這一運動鏈條迅速傳遞到地面，使足底對地面的作用力瞬間增大。根據(jù)牛頓第三定律，地面返給足底的支撐反作用力也會同步等量增大，使得蹬踏更有力，跑得更快。認識到這些，學生自然會主動改正以往錯誤的奔跑習慣。

跑步過程中，也有不少學生上肢擺動雖然積極，但方法錯誤。譬如，上肢擺動時肘關節(jié)角度太大，擺動半徑過長，這樣的擺動阻力大、速度慢。根據(jù)跑動中上下肢同步運動的現(xiàn)實，如此擺臂會直接影響跑步時腿的擺動速度，進而影響跑步成績。再如，上肢左右擺動幅度過大，上肢的擺動方向與下肢的擺動方向不一致，導致跑步時整個身體重心不穩(wěn)，身體產(chǎn)生較大的左右晃動，影響奔跑速度。如果把跑步的人體看成一個運動的質(zhì)點，身體左右晃動，質(zhì)點的運動軌跡必然是一條來回擺動很大的波形線而非直線，所以這樣的擺臂必然會使身體行程大大超過實際測試距離。教學中，教師可以找一些學生中典型的正反面范例，作為一面鏡子，引導學生觀察思考，改進錯誤動作，提高成績。

在800米、1000米測試的過程中，還常?？吹接行W生頻繁變換跑速，忽快忽慢，教師應明確指出這樣的跑法很費力，比勻速奔跑要消耗更多體力，并指導學生從牛頓第二定律中尋找答案。通過研究，學生們會發(fā)現(xiàn)頻繁變換跑速，實際相當于頻繁改變身體的運動狀態(tài)，使身體不停地產(chǎn)生加速度，會額外消耗體力，這樣跑不如勻速跑更省力。

二 “老師，我立定跳遠時怎么總是使不上勁，跳不遠”

立定跳遠成績的好差與很多因素有關，好的身體素質(zhì)當然很重要，但符合力學原理的屈膝、擺臂、制動、發(fā)力更是立定跳遠起跳的關鍵環(huán)節(jié)。恰如跑步一樣，很多學生之所以跳不遠，首先是忽視了起跳前合理的上肢預擺對立定跳遠的重要性，總認為起跳是腿上的事兒，沒有領會到大幅度快速擺臂與迅速制動的力學意義。亦如跑步一樣，上肢協(xié)調(diào)、大幅度擺動所產(chǎn)生的動量（矩），會在制動的瞬間沿著身體軀干及下肢運動鏈迅速地傳遞到地面，增加起跳瞬間足底對地面的作用力，同時獲得地面給予的超出體重兩至三倍的支撐反作用力，促使人跳得更遠。這一用力過程包含了動量（矩）守恒定律和牛頓第三定律在體育運動中的經(jīng)典運用。

為了驗證立定跳遠的快速擺臂與迅速制動，會導致學生體重瞬時增大的結論，筆者曾組織學生做了相關實驗，取得了良好的教學效果。取一個帶刻度指針盤的體重計，讓學生站在秤面上，要求他們仔細觀察靜立在秤面上與雙臂前后擺動時，秤盤指針讀數(shù)如何變化。通過實驗觀察，學生們清楚地看到靜立在秤面上體重是正常的，而站在秤面上雙臂擺動，秤盤的指針讀數(shù)會發(fā)生變化，體重會減小或增加。雙臂向著地面方向快速擺動，也就是下擺時秤盤指針迅速逆時針擺動，體重減??；雙臂逆著地面的方向快速擺動，也就是上擺時秤盤指針會迅速順時針擺動，體重增加。擺臂的幅度越大、速度越快、制動越急，秤盤讀數(shù)的增加或減小的改變量越大，特別是雙臂逆著地面的方向由下向上加速擺動并突然制動時，制動的瞬時秤盤讀數(shù)會大過本身體重的三倍左右。通過這樣的實驗，學生認識到有效的擺臂與快速制動對瞬間獲得支撐反作用力的重要性，自然重視起跳前的擺臂。當然，擺臂、制動與起跳的銜接必須一氣呵成，不能脫節(jié)，否則再大的擺臂動量矩也難以轉(zhuǎn)化成有效的支撐反作用力。

在此基礎上，教師還要指出立定跳遠相當于運動力學中的斜上拋運動，提醒學生回顧斜上拋運動的拋射角度與拋射距離的規(guī)律，引導學生注意立定跳遠的起跳角度。看到自己所學的物理知識有了用武之地，學生探究學習的熱情自然高漲。

三 “老師，我們班幾個人的百米速度都比他們班的選手快，而4×100m接力賽為什么總跑不過人家”

學校運動會前，九（1）班的幾個學生向我抱怨他們幾個的百米速度都比九（4）班的選手要快，但在前兩年的學校田徑運動會上，他們班的4×100米接力賽卻都敗給了九（4）班，很不服氣，想在初三的田徑運動會上“復仇”?；谒麄兊膶嵙?，筆者引導這幾位同學在接力跑的傳接棒上下功夫。首先提示他們，接力的關鍵就是要求下一棒能接續(xù)上一棒的“力”，簡言之就是要想辦法接續(xù)上一棒隊員的速度，盡可能減少傳接棒時的速度損耗。要順利實現(xiàn)這個目標，傳接棒的隊員在傳接棒瞬間，在保持快速奔跑的同時須盡量減小傳接棒瞬間兩人的相對速度差，努力使傳接棒瞬間相對速度差為零，這樣傳接棒就會又快又穩(wěn)。為了使學生容易理解，筆者引導學生觀看飛機空中加油的視頻，同學們得出結論，要實現(xiàn)高速飛行狀態(tài)下飛機的空中加油成功，前提條件是要保持兩架相鄰飛機的相對速度差為零。同理，快速奔跑狀態(tài)下的傳接棒，瞬間速度差越小，傳接棒效率就越高越可靠。明白了這個道理，4×100米接力賽中，在20米接力區(qū)內(nèi)傳棒的隊員不再刻意減速，接棒隊員也不再被動地等待接棒，追求快速奔跑狀態(tài)下的速度差最小化接棒，使他們順利地戰(zhàn)勝了對手，“復仇”成功。

四 “老師，我怎么總是接不好球，接球時不是接不住就是總受傷”

在籃球傳接球教學中，許多學生抱怨接不住球，教師只是簡單強調(diào)苦練，效果往往不佳。對中學生而言，體育教學與訓練中合理地引入一些力學原理是明智的。根據(jù)牛頓慣性定律，飛行狀態(tài)的籃球具有保持原有運動狀態(tài)的特性，接球者在接球的瞬間，要把每秒數(shù)十米飛行狀態(tài)中的球變成手中“聽話”的球，其加速度的改變量是很大的，如果沒有策略地生硬接球，球的沖力會產(chǎn)生撞擊效果，必然接不穩(wěn)，弄不好還會傷人。科學的接球策略是，面對來球伸手迎球，在球與手碰撞的瞬間屈肘，身體重心后撤做相應退讓動作，拉長接球動作的線路長度，延長接球時間，緩解快速來球的沖力，減小來球的沖擊和傷害。這一接球過程是沖量定理在體育運動中的具體運用。

體育運動中這一定理的運用十分普遍，如跳遠比賽中使用的沙坑、跳高項目中使用的海綿包、許多富于彈性的鞋底、拳擊手套及沙袋中的彈性填充材料等，這些都是為了延長兩個物體撞擊時力的作用時間，減小沖擊力，因為物體撞擊瞬間的沖力大小與物體動量的改變量成正比，與撞擊時的作用時間成反比。明白了這一原理，學生在足球、排球等很多球類運動的接球技術中能得以運用。球類運動的接球包括很多跳起落地的緩沖動作，由于重力作用從高處落下時，為了減小地面對人體的沖力，我們可利用下肢幾個大關節(jié)順次彎曲退讓緩沖，延長落地時地面沖力的作用時間，減小快速落地時地面對身體的沖擊力。所以，學好、用好動量定理和沖量的概念，掌握減小沖力的方法，不僅對體育運動本身的優(yōu)化，對體育運動中的自我保護也有很重要的意義。

綜上所述，在中學體育教學訓練中，對一些體育動作原理的講解和錯誤動作的糾正，教師要善于結合學生已有的生活經(jīng)驗和物理學知識儲備，引導學生仔細觀察、認真分析，調(diào)動學生的學習和訓練熱情，培養(yǎng)學生運用已掌握的物理學知識解決實際問題的能力，提升學生的綜合素質(zhì)，這樣必然能夠取得事半功倍的效果。

參考文獻

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〔責任編輯：龐遠燕、汪二款〕