優(yōu)秀男子撐桿跳高運動員陳陽最后兩步助跑至起跳技術(shù)的運動學(xué)分析

張 銳，于 芳，夏 炎，付 奕，唐 麗

在2017年中華人民共和國第13屆運動會(下簡稱“第13屆全動會”上)青少年組男子撐桿跳高決賽中，小將陳陽以5.0m的成績奪得冠軍，但在沖擊5.16米的全國青少年紀(jì)錄時未能成功，與世界記錄仍有很大差距。Para Maud認為撐桿跳高是四大跳躍項目之一，撐桿跳高分為持桿助跑、插桿起跳、懸垂、擺體、伸展和過桿落地階段[1]。從助跑開始到越過橫桿落地的過程中，運動員需要借助助跑的動能經(jīng)過插穴起跳然后轉(zhuǎn)化為撐竿的彈性勢能，在空中做出一系列復(fù)雜的技術(shù)動作最后越過橫桿落地[2]。目前，有關(guān)撐竿跳高動作技術(shù)的運動學(xué)分析主要集中在成年選手，涉及青少年運動員的研究尚未檢索到。撐桿跳高在我國基層的普及程度很低。很多運動員都是從田徑的其它項目轉(zhuǎn)行而來。2004年全國在國家體育總局田徑運動管理中心注冊的男子撐桿跳高運動員僅有49名，其中16—17歲年齡段僅14人。17歲的陳陽代表了我國青少年男子撐桿跳高的最好水平，但在技術(shù)方面仍存在欠缺之處。張偉是我國優(yōu)秀的成年男子撐桿跳高運動員，曾獲2014年全國田徑世錦賽冠軍、2015年亞洲男子田徑世錦賽冠軍等榮譽。通過陳陽與張偉的技術(shù)動作對比可以更加明顯地找出陳陽存在的技術(shù)問題。本研究采用美國APAS三維運動解析系統(tǒng)對青少年撐桿跳高運動員陳陽最后兩步至起跳動作技術(shù)的錄像進行解析，探討其在最后兩步助跑至起跳階段步長、速度、起跳時間及各關(guān)節(jié)角度等方面的動作技術(shù)特點，并與國內(nèi)高水平成年男子撐桿跳高運動員進行對比分析，針對存在問題提出合理性建議，為陳陽備戰(zhàn)2019年山西省太原市第2屆全國青年運動會優(yōu)異成績的獲得提供理論支撐。

1 研究對象

以我國優(yōu)秀青少年男子撐桿跳高運動員、2017年第13屆全運會青少年組男子撐桿跳冠軍、山西省田徑隊成員陳陽為研究對象(見表1)，對其最后兩步助跑至起跳技術(shù)進行運動學(xué)分析。

2 研究方法

2.1 影片拍攝法

于2018年1月15號在山西田徑運動管理中心，采用兩臺JVC GC-P100攝像機對陳陽動作技術(shù)進行拍攝。主光軸對準(zhǔn)起跳前一步的位置，兩臺攝像機夾角為80°，拍攝速率為50幀/秒，機高1.5m，采用PEAK標(biāo)定框架進行標(biāo)定，然后進行三維定點拍攝。

陳陽的個人基本情況：陳陽，山西人，2001年5月出生。身高1.88m，體重67kg，握高4.75cm，運動等級為國家一級。2017年U18全國青少年賽男子冠軍，成績?yōu)?.60m；2017年第13屆全運會青少年組男子冠軍成績?yōu)?.00m；2018年全國少年(U18)田徑錦標(biāo)賽男子撐桿跳高冠軍,成績?yōu)?.00m。

2.2 視頻解析法

通過繪聲繪影對視頻進行剪切，采用美國APAS(Ariel Performance Analysis System)三維運動解析系統(tǒng)對陳陽最好成績(5.0m)的技術(shù)錄像進行解析。分析了106張圖片，采樣頻率為50Hz，根據(jù)人體模型的標(biāo)準(zhǔn)選取了21個關(guān)節(jié)點，用低通濾波法對采集的數(shù)據(jù)進行平滑處理，截斷頻率為8Hz。根據(jù)研究需要，采集了本文需要的助跑倒數(shù)兩步步長、速度、起跳時間、起跳角、起跳腿下肢關(guān)節(jié)的角度及上臂肩角和下臂肘角的運動學(xué)數(shù)據(jù)。

2.3 專家訪談法

根據(jù)本論文的研究需要，對參與男子撐桿跳高高水平運動員攻關(guān)服務(wù)的科研人員和相關(guān)專家進行專訪，對優(yōu)秀男子撐桿跳高運動員和教練員進行訪談，了解陳陽的動作技術(shù)特點及訓(xùn)練計劃。

2.4 數(shù)理統(tǒng)計法

對所得到的數(shù)據(jù)通過Excel進行統(tǒng)計學(xué)處理，結(jié)合統(tǒng)計學(xué)和運動技術(shù)理論對相關(guān)結(jié)果進行分析整理。

2.5 對比分析

筆者擬將陳陽和張偉的技術(shù)動作進行對比分析，以找出陳陽技術(shù)動作中的不足和需要改進的地方。

張偉的個人基本情況：張偉，山東人。身高1.86m，體重77kg，握高4.80m，我國優(yōu)秀成年男子撐桿跳高運動員，運動等級為國際級。2014年全國田徑世錦賽冠軍，成績?yōu)?.60m；2015年亞洲男子田徑世錦賽冠軍，成績?yōu)?.60m。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 助跑最后兩步技術(shù)特征分析

3.1.1最后兩步步長特征陳陽在全運會上采用的是助跑距離14步(34m)的助跑起跳技術(shù)。Bartonietz和Wetter的研究得出：成年男子的職業(yè)生涯步數(shù)為16～22不等[3]。隨著訓(xùn)練水平的提高，教練員將在2018年冬訓(xùn)將陳陽步數(shù)調(diào)整到16步。Según Petrov 研究證明足夠的助跑長度和合理的步數(shù)為運動員的起跳提供了充足的速度[4]。在14步助跑中，最后兩步的助跑步長最為關(guān)鍵，它直接反映助跑最后階段的步幅和步頻，影響著助跑速度、速度損失的程度以及起跳的效果[5]。多數(shù)優(yōu)秀撐桿跳高運動員最后兩步步長表現(xiàn)為“長-短”的特征[6]。我國優(yōu)秀男子撐桿跳高運動員張偉在跳過5.60m時倒2步步長為2.05m，倒2步長/身高為1.10；倒1步步長為1.90m，倒1步步長/身高為1.01，步長的差值為0.15m。表1的數(shù)據(jù)顯示：陳陽倒2步步長為1.91 m，倒2步長/身高為1.01；倒1步步長為1.79m，倒1步步長/身高為0.94，兩步之差為0.12m。陳陽最后兩步步長也表現(xiàn)出“長-短”特征，且步長/身高差值為0.07，與國內(nèi)外優(yōu)秀運動員步長變化規(guī)律很相似。持竿助跑的主要目的是為了在最后1 步腳觸及地面瞬間產(chǎn)生較高的水平速度，獲得適宜的動能，并使運動員在插穴起跳時處于較佳位置。馬特維耶夫研究認為：持桿助跑時，最后1步步長要比倒數(shù)2步縮短10～20cm，是高水平運動員積極起跳的行為表現(xiàn)[7]。從表1數(shù)據(jù)上看，陳陽兩步之差為0.12m，處于此范圍之內(nèi)。當(dāng)然，運動員步長與其身體形態(tài)、速度、技術(shù)水平都有關(guān)系，步長的差值并非固定不變，它會隨著運動員的競技狀態(tài)以及競賽環(huán)境的變化而變化。

3.1.2最后兩步速度特征助跑速度是撐竿跳高的基礎(chǔ)，合理的助跑速度能夠帶來足夠的動能，進而在起跳過程中轉(zhuǎn)化為足夠的勢能。IAF生物力學(xué)研究項目中得出，撐桿跳高中助跑的速度和動能應(yīng)在起跳階段盡可能地達到一個較高的水平。然而如果達到最大，則不利于順利通過橫桿[9]。蘇聯(lián)波波夫的研究表明：助跑最后幾步的速度，在許多方面對騰起速度和運動成績起決定性作用[10]。Grabner 通過研究得出：撐竿跳高成績與助跑速度的相關(guān)系數(shù)r=0.72，P<0. 01[11]。田敏對我國優(yōu)秀男子撐竿跳高運動員助跑絕對速度利用率的研究也證實，運動員最后兩步的平均速度與運動成績呈正相關(guān)，r=0.84，P<0.01[12]?？梢哉f，在排除一切其他條件外，助跑水平與運動成績成正比關(guān)系。表2的數(shù)據(jù)顯示：陳陽的倒2著地水平速度為8.001m/s，離地水平速度8.039m/s；倒數(shù)第1步著地水平速度7.777m/s，離地水平速度6.336m/s。張偉的倒2步著地水平速度為8.61m/s，離地速度為8.42m/s；倒1步著地水平速度為8.29m/s，離地水平速度為8.21m/s。與張偉的速度相比差距較大，陳陽助跑最后兩步的速度尚需進一步提高。已有研究顯示：2006年楊雁盛越過5.50米橫桿時，最后兩步的速度為9.30m/s，而國外優(yōu)秀撐桿跳高運動員布勃卡的最高速度更是達到了9.60m/s。運動員在起跳時要避免過分制動和重心軌跡的突變。Angulo-Kinzler通過研究得出，合理的起跳需要保持一定的水平速度，并產(chǎn)生足夠的垂直沖力，以最大限度地增加助跑到撐桿起跳的能量轉(zhuǎn)移，以優(yōu)化它們在起跳時的位置，增大角速度，為后期的懸垂、擺體階段提供能量需求[13]。

表1 最后兩步助跑步長

注：張偉數(shù)據(jù)來自張鑫[8]，下同。

最后兩步水平速度的差值，可以間接地反映運動員最后倒數(shù)第一步和倒數(shù)第二步助跑的銜接水平，以及運動員在助跑最后兩步的降竿和舉竿等動作影響程度。差值越小，說明最后兩步助跑銜接越好。表2的數(shù)據(jù)顯示：陳陽的助跑速度呈現(xiàn)遞減的趨勢，著地助跑速度差值為0.224m/s，離地助跑速度差值為1.703m/s；張偉的最后兩步助跑速度均呈現(xiàn)出遞減的趨勢，著地水平速度差值為0.32m/s，離地水平速度差值為0.21m/s。相對于張偉，陳陽水平速度下降非常明顯，說明最后兩步助跑銜接的緊密程度及降竿和舉竿水平明顯弱于張偉。國外選手優(yōu)秀撐桿跳高運動員布勃卡最后兩步助跑水平速度的差值為0.13m/s，且水平速度呈上升趨勢，因而獲得很高的助跑絕對速度利用率。所以，陳陽一方面需要提高持桿助跑的加速能力，另一方面要重視動作銜接，提高助跑速度的轉(zhuǎn)換效率。Schade等人研究得出，運動員在起跳時要避免過分制動和重心軌跡的突變。為了彌補助跑速度的損失，必須在起跳時最大限度地發(fā)揮肌體的動能，且肩部、手臂和軀干的肌肉要處于一種高度的收縮狀態(tài)[14]。

表2 陳陽最后兩步助跑速度

3.2 起跳階段動作分析

3.2.1起跳時間起跳技術(shù)完成得好壞，直接影響著助跑速度的轉(zhuǎn)化情況，是助跑階段和后續(xù)空中動作階段的有機組成部分，是助跑動能轉(zhuǎn)化為撐桿勢能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。起跳時間反映運動員完成緩沖和蹬伸動作的快慢。已有研究表明：撐桿跳高運動員在起跳過程中起跳時間與成績呈顯著性負相關(guān)關(guān)系，r=-0.8667，P<0.05[15]。說明起跳時間越短，起跳腿完成緩沖和蹬伸的動作越迅速，越有利于在起跳過程中保持較大的水平速度，減少因起跳制動帶來的能量損失，提高動能轉(zhuǎn)化為撐桿勢能的效率。于興文指出：世界優(yōu)秀撐桿跳高運動員的起跳時間一般在0.12～0.15s區(qū)間內(nèi)。陳陽采用的是“自由起跳”技術(shù)。陳陽的起跳時間為0.16s，張偉的起跳時間為0.12s，陳陽起跳時間比張偉慢0.04s，且超過最佳起跳時間區(qū)間上限0.01s。從陳陽的起跳時間來看，與國內(nèi)外優(yōu)秀運動員尚有一定差距。

3.2.2起跳離地時刻身體的起跳角起跳階段各個角度作為評定起跳技術(shù)的重要指標(biāo)。撐竿跳高的起跳技術(shù)不僅關(guān)系著能否將助跑中獲得的動能盡可能轉(zhuǎn)化為人體向上的勢能和彎竿、豎竿的能量，而且起跳動作的質(zhì)量又關(guān)系著后繼的懸垂擺體及桿上動作的成敗。Angulo-Kinzler 等研究發(fā)現(xiàn)為了達到更好的起跳效果，運動員必須盡量減少水平速度的降低并產(chǎn)生足夠的垂直速度來優(yōu)化能量轉(zhuǎn)化過程。Linthone對其進行了補充。他認為起跳時的角度對運動員在起跳時的能量傳遞的效果具有顯著影響[16]。

起跳角度是起跳腿離地瞬間，起跳腿和地面所組成的夾角，決定起跳動能轉(zhuǎn)化為使撐竿彎曲、擺動和運動員擺動的力量[17]。表3的數(shù)據(jù)顯示：陳陽的起跳角為79.23°，張偉的起跳角為82.43°。相對于張偉，陳陽起跳角低3.2°。陳陽起跳角度較小，屬于正常范圍內(nèi)，適合撐桿跳高起跳技術(shù)，可以使彎桿力量充足，為懸垂、擺體創(chuàng)造有利的前提。

表3 起跳離地時刻身體的起跳角

3.2.3起跳過程中起跳腿踝、膝、髖關(guān)節(jié)角度變化踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)在撐桿跳高起跳過程中會隨著動作的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化(如圖1)。陳陽的踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)變化都是呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，且起跳時較落地時差都為正值。這為運動員的起跳起到了一定的緩沖作用，有利于后續(xù)能量的轉(zhuǎn)化；髖關(guān)節(jié)的變化則相反，髖關(guān)節(jié)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且差值為負值，這與運動員沒有伸展髖部有關(guān)。

圖1陳陽起跳過程中踝、膝、髖關(guān)節(jié)角度變化圖

踝關(guān)節(jié)作為一個末端關(guān)節(jié)，它提供了人體在緩沖退讓與蹬伸發(fā)力中60%的力量。踝關(guān)節(jié)的角度變化可以體現(xiàn)運動員在最后助跑階段其關(guān)節(jié)力量以及關(guān)節(jié)柔韌性，它能夠減緩助跑速度給身體造成的反作用力。從表4可以看出陳陽起跳腿的踝關(guān)節(jié)角度著地時刻為116.65°，離地時刻為144.498°，踝角變化幅度為27.848°；張偉的踝角著地時為120.22°，離地時刻為149.34°，踝角變化幅度為29.12°。陳陽比張偉的踝關(guān)節(jié)變化幅度小了1.272°。陳陽的屈伸范圍較小，說明起跳腿的支撐穩(wěn)固性較強，更有助于能量的轉(zhuǎn)換，使蹬伸動作能夠充分完成。

表4 起跳過程中踝關(guān)節(jié)的角度變化

膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)形狀決定了大部分接觸應(yīng)力的作用方向，而各種力量(動力學(xué))所獲得的平衡效果又決定了膝關(guān)節(jié)的位置和朝向(運動學(xué))。起跳腿單腿站立時，膝關(guān)節(jié)負重大，它所承擔(dān)的壓力為體重的兩倍[18]。它對于維持人體的穩(wěn)定性和功能性起著重要的作用。屈朝輝的研究得出，運動成績與背水平左膝角具有顯著相關(guān)性(P=0.005<0.01)，相關(guān)系數(shù)r=0.944[19]。從表5可以看出陳陽起跳腿的膝關(guān)節(jié)角度著地時刻為160.089°，離地時刻為173.92°，變化幅度為13.831°；張偉的膝關(guān)節(jié)角度著地時刻為177.45°，離地時刻為178.45°，變化幅度為1°。陳陽的膝關(guān)節(jié)著地角度較張偉的小17.361°，陳陽的膝關(guān)節(jié)變化幅度較張偉的要大12.831°。根據(jù)運動生理學(xué)和運動生物力學(xué)，撐桿跳高中著地時膝關(guān)節(jié)角度應(yīng)較大，膝關(guān)節(jié)角度與支撐力呈正相關(guān)，膝關(guān)節(jié)變化幅度角度大，會使股四頭肌、腓腸肌、比目魚肌等肌肉長度接近初長度，從而加大了大腿前側(cè)肌群和小腿后側(cè)肌群的幅度，有助于減小運動員的膝角變化幅度，使緩沖時間盡可能降低，有助于運動員在快速的助跑中達到起跳前的支撐和蹬伸的力量[20]。已有研究顯示：我國優(yōu)秀男子撐桿跳高運動員起跳時的起跳腿的膝關(guān)節(jié)角度大概為175°，而國外優(yōu)秀撐桿跳高運動員布勃卡起跳時的起跳腿的膝關(guān)節(jié)角度能夠達到180°。

表5 起跳過程中膝關(guān)節(jié)的角度變化

髖關(guān)節(jié)是人體最大的負重關(guān)節(jié)。髖關(guān)節(jié)是一個球軸承的運動結(jié)構(gòu)，主要動作可分解為在三個互相垂直平面上的運動：矢狀面上的屈伸、冠狀面上的內(nèi)收外展，以及橫斷面上的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)。它是連接軀干和下肢的重要關(guān)節(jié)，具有承上啟下的作用，是力量傳遞的樞紐。恰到好處的髖關(guān)節(jié)動作能夠減小最后一步的步長、加速著地速度、避免不必要的速度損失，同時能夠減小著地時的沖擊力、減少緩沖時間、提高起跳離地前重心高度、加快擺動腿速度，為成功過桿建立有利前提。從表6可以看出陳陽的髖關(guān)節(jié)角度著地時為152.449°，離地時角度為149.55°，變化幅度為2.899°；張偉的髖關(guān)節(jié)角著地時為171.76°，離地時刻為176.56°，變化幅度為4.8°。相對于張偉，陳陽的髖關(guān)節(jié)角著地時低18.811°，離地時低27.01°。陳陽蹬伸送髖動作不明顯，且沒有疊腿，出現(xiàn)了塌腰、屈髖的現(xiàn)象，增加起跳腿支撐時間，會使人體重心降低，不利于后續(xù)動作的完成。因此，陳陽一方面在最后一步跑時需要將足跟盡可能的踢到臀部，另一方面需要加強核心肌肉的力量。

表6 起跳過程中髖關(guān)節(jié)的角度變化

3.2.4上握手臂肩關(guān)節(jié)與下握手臂肘關(guān)節(jié)的角度分析上握手臂肩角變化趨勢呈現(xiàn)先上升后基本穩(wěn)定的趨勢，陳陽的肩關(guān)節(jié)控制在一定的范圍內(nèi)，使肩關(guān)節(jié)在起跳過程中達到了充分伸展。陳陽的下臂肘角呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，且起跳較落地時的差值為正值，肘關(guān)節(jié)角度在140°～160°之間，整體值較小，不利于運動員對撐桿形成足夠的力(如圖2)。

圖2陳陽起跳過程中上握手臂肩角和下握手臂肘角變化圖

上握手臂肩關(guān)節(jié)與下握手臂肘關(guān)節(jié)的變化，能夠反映運動員起跳時肩關(guān)節(jié)的伸展程度和肘關(guān)節(jié)的緊張程度。有研究顯示：肩關(guān)節(jié)角度值越接近180°說明起跳離地瞬間肩關(guān)節(jié)伸展的越規(guī)范，較大的肘關(guān)節(jié)角度可以使“人—桿”形成穩(wěn)定的支撐，有利于彎桿與豎桿[21]。從表7可以看出陳陽的上臂肩角著地時為182.212°，離地時為187.534°，下臂肘角著地時為149.533°，離地時為158.071°；張偉的上臂肩角著地時為185.43°，離地時為195.26°，下臂肘角著地時為175.44°，離地時為169.34°。陳陽的肩關(guān)節(jié)在180°左右，陳陽較張偉的肘關(guān)節(jié)著地時低25.907°，離地時低11.269°，陳陽的下臂肘關(guān)節(jié)支撐力不夠充足，需要加大下臂肘關(guān)節(jié)角度。已有研究顯示：2007年楊雁盛在跳過5.60m時，上臂肩角著地時為159.67°，離地時為174.88°；下臂肘角著地時為170.77°，離地時為166.85°。最大的肩部伸展可以創(chuàng)造一個最佳的能量負載環(huán)境，使撐桿跳運動員能夠助跑的動能轉(zhuǎn)化為勢能，并為后續(xù)階段以允許他們的身體繞肩軸線更大程度地進行旋轉(zhuǎn)。Tidow通過研究得出手臂角度的差異是由助跑階段采用的不同起跳位置造成的[22]。陳陽在跳過5m時起跳距離為3.5m，我國優(yōu)秀撐桿跳高選手楊雁盛在跳過5.45m時，起跳距離為3.94m，陳陽在之后的訓(xùn)練中應(yīng)不斷增大起跳距離。Hay通過研究得出通過調(diào)整起跳位置，能夠使運動員的下臂起到更好的支撐和積極的向前推的作用，從而減小慣性力矩[23]。McGinnis認為保持下臂支撐也會在桿上產(chǎn)生扭矩，從而最大限度地減少了在此過渡階段的能量損失[24]。

表7 上握手臂肩關(guān)節(jié)與下握手臂肘關(guān)節(jié)的角度分析

4 結(jié)論與建議

(1)陳陽最后兩步步長表現(xiàn)出“長-短”的特征，有利于后續(xù)動作的完成，且步長/身高差值與國內(nèi)外優(yōu)秀撐桿跳高運動員接近，但陳陽的絕對速度水平較差，而助跑速度對運動成績起著決定的作用。故陳陽應(yīng)提高其絕對速度能力的訓(xùn)練，加強持桿助跑能力。

(2)陳陽采用的是“自由起跳”技術(shù)，但陳陽的起跳時間較長，與國內(nèi)外優(yōu)秀運動員尚有一定差距。故陳陽應(yīng)加強自身的起跳技術(shù)，掌握自由起跳技術(shù)的動作要領(lǐng)。

(3)陳陽的起跳角屬于正常范圍，與國內(nèi)外優(yōu)秀撐桿跳高運動員的起跳角接近。

(4)陳陽的踝關(guān)節(jié)角屬于正常范圍，膝關(guān)節(jié)角、髖關(guān)節(jié)角與國內(nèi)外優(yōu)秀運動員存在一定的差距，存在塌腰、屈髖的現(xiàn)象。故陳陽應(yīng)加強腿部絕對力量和核心力量的訓(xùn)練，使各關(guān)節(jié)角度都達到國內(nèi)外優(yōu)秀運動員的標(biāo)準(zhǔn)。

(5)陳陽的肩關(guān)節(jié)角度符合撐桿跳高的技術(shù)要求，但肘關(guān)節(jié)角度較小，對桿的支撐力不夠充足。故陳陽應(yīng)加長自己的起跳距離，使“人—桿”形成穩(wěn)定的支撐。