羽毛球步法中“分腿墊步”動(dòng)作技術(shù)的生物力學(xué)分析

黃慶彩

(龍巖學(xué)院 福建龍巖 364000)

在羽毛球運(yùn)動(dòng)中，要想提高運(yùn)動(dòng)水平，除了提高手法技術(shù)外，移動(dòng)步法也是羽毛球運(yùn)動(dòng)員取勝的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段羽毛球訓(xùn)練和比賽水平不斷提高，運(yùn)動(dòng)員步法技術(shù)的使用頻率越來(lái)越多，步法對(duì)比賽結(jié)果影響越發(fā)重要[1]。起動(dòng)作為羽毛球步法從靜止到加速或在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行快速變向的先決條件，因此可以稱得上是步法中最為關(guān)鍵技術(shù)。

20世紀(jì)80年代，就已有國(guó)內(nèi)學(xué)者提出應(yīng)對(duì)羽毛球步法技術(shù)進(jìn)行研究。但當(dāng)前，針對(duì)羽毛球步法的研究主要集中在：一是以體能范疇和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)之爭(zhēng)為研究視角[2-3]。步法中的起動(dòng)技術(shù)需要掌握適宜的起動(dòng)方式和起動(dòng)時(shí)機(jī)以及動(dòng)作技術(shù)，因此應(yīng)屬運(yùn)動(dòng)技術(shù)范疇。二是以教法探討、步法的訓(xùn)練為研究視角，對(duì)步法教學(xué)探討和訓(xùn)練的研究較多，但無(wú)一例將起動(dòng)技術(shù)和移動(dòng)步法進(jìn)行區(qū)分研究[4]。而訓(xùn)練效果的提高是由于起動(dòng)技術(shù)或移動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)而產(chǎn)生的，因此，在這一方面的檢驗(yàn)還不夠嚴(yán)謹(jǐn)。三是以預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷為研究視角。運(yùn)動(dòng)損傷的造成涉及到眾多的不合理性，因此，目前單就從提高下肢力量或?qū)μ囟ǖ哪骋灰苿?dòng)方向的步法進(jìn)行分析研究以達(dá)到預(yù)防或減少運(yùn)動(dòng)損傷，這顯然不夠全面。從總體看，當(dāng)前已有對(duì)羽毛球步法中起動(dòng)技術(shù)的研究還停滯在無(wú)論不同方向的起動(dòng)還是不同條件下的起動(dòng)，均由同一種動(dòng)作去指導(dǎo)完成，這顯然是不科學(xué)、不合理的[5-6]。如果要對(duì)羽毛球中的起動(dòng)技術(shù)進(jìn)行全面的分析，就必須對(duì)不同方向的起動(dòng)和不同條件下的起動(dòng)進(jìn)行分類研究以及借助科學(xué)的手段進(jìn)行定量分析。因此，本研究通過運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電學(xué)對(duì)后場(chǎng)分腿墊步的動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行研究，一方面運(yùn)用兩機(jī)同步分析不僅可以豐富不同起動(dòng)方向的研究，而且所得數(shù)據(jù)也得到進(jìn)一步夯實(shí)，其主要目的在于可以更好地指導(dǎo)日常中訓(xùn)練。另一方面也為日后實(shí)現(xiàn)不同起動(dòng)方式及起動(dòng)至不同方向的技術(shù)比較提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

以8名二級(jí)及以上羽毛球運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象(見表1),對(duì)他們?cè)谟鹈虮荣愔械姆滞葔|步動(dòng)作技術(shù)特征進(jìn)行研究。

表1 受試者基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)法

在模擬比賽環(huán)境下，運(yùn)用兩臺(tái)CASIOEX-FH25高速攝像機(jī)分別架設(shè)于運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地區(qū)域的正后方和正側(cè)面進(jìn)行拍攝。兩機(jī)拍攝頻率均為120幀/s，曝光時(shí)間為1/1000 s，兩機(jī)主光軸夾角為90°，主光軸與地面高度為1.2 m。同時(shí)采用芬蘭MegaWin6000無(wú)線藍(lán)牙遙測(cè)肌電測(cè)試儀，采樣頻率1000 Hz，選取各運(yùn)動(dòng)員下肢的左右腓腸肌(外側(cè))、左右脛骨前肌、左右股二頭肌、左右股直肌、左右臀大肌進(jìn)行肌電同步測(cè)量。

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

(1)數(shù)據(jù)的讀取

運(yùn)用美國(guó)Ariel公司APAS三維解析軟件對(duì)原始視頻按相應(yīng)規(guī)范操作程序?qū)λ柩芯康姆滞葔|步動(dòng)作技術(shù)影像進(jìn)行解析，獲得分腿墊步全過程中下肢各關(guān)節(jié)的角度、下肢各關(guān)節(jié)角度變化趨勢(shì)、完成動(dòng)作所需時(shí)間等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)。同時(shí)通過計(jì)算獲得兩足前后間距、兩足左右間距、起動(dòng)時(shí)機(jī)等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)以及通過視頻與肌電圖的同步選取所需對(duì)應(yīng)的肌電圖時(shí)段，運(yùn)用MegaWin軟件提取均方根振幅(RMS)、積分肌電(IEMG)指標(biāo)。

(2)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用 SPSS 26.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差以及相關(guān)性顯著性檢驗(yàn)，采用t檢驗(yàn)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 分腿墊步技術(shù)階段劃分及動(dòng)作時(shí)刻點(diǎn)界定

分腿墊步動(dòng)作技術(shù)在羽毛球運(yùn)動(dòng)中，是集判斷反應(yīng)、銜接移動(dòng)步法以及回動(dòng)制動(dòng)與起動(dòng)的快速轉(zhuǎn)換以保證手法不失攻擊性和威脅性于一身的關(guān)鍵技術(shù)[5]。在實(shí)際運(yùn)用中，運(yùn)動(dòng)員根據(jù)己方擊出去的球的方向、弧度等信息做出有選擇、有節(jié)奏的回動(dòng)，在對(duì)方擊球的一瞬間運(yùn)動(dòng)員迅速蹬地起動(dòng)。這就使得運(yùn)動(dòng)員分腿墊步前的準(zhǔn)備時(shí)間和動(dòng)作形式主要受對(duì)手擊球時(shí)機(jī)的影響，也要求運(yùn)動(dòng)員無(wú)論在什么動(dòng)作形式下，在對(duì)方擊球瞬間就要具備迅速蹬地起動(dòng)的能力。因此，受這一條件的制約，運(yùn)動(dòng)員在起動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)備動(dòng)作因條件存在差異，但無(wú)論何種條件下的起動(dòng)，在起動(dòng)前運(yùn)動(dòng)員的重心在豎直方向沒有大幅度波動(dòng)，下肢各關(guān)節(jié)角度存在短暫的穩(wěn)定，這一階段特征稱之為準(zhǔn)備階段[5]。隨后運(yùn)動(dòng)員迅速騰空、落地、緩沖、蹬伸。其中緩沖、蹬伸是分腿墊步最主要的階段。其整個(gè)動(dòng)作過程如圖1。

動(dòng)作時(shí)刻點(diǎn)界定：①時(shí)刻：重心變化前瞬間。②時(shí)刻：重心在Z軸方向的最大值。③時(shí)刻：腳著地瞬間。④時(shí)刻：右膝最大屈時(shí)刻。⑤時(shí)刻：右腳離地瞬間。

各階段動(dòng)作技劃分為：①準(zhǔn)備階段；①-②騰空階段；②-③落地階段；③-④緩沖階段；④-⑤蹬伸階段。

圖1 實(shí)驗(yàn)中分腿墊步技術(shù)動(dòng)作與動(dòng)作時(shí)相各階段劃分視頻圖

2.2 后退步法中分腿墊步動(dòng)作技術(shù)總體特征分析

獲得更快的蹬離速度，使運(yùn)動(dòng)員快速地向來(lái)球方向移動(dòng)擊球以保證手法技術(shù)不失攻擊性，這是步法技術(shù)的核心也是分腿墊步動(dòng)作技術(shù)的關(guān)鍵目的。合理的分腿墊步技術(shù)是可以向來(lái)球方向做出更好的預(yù)判和獲得更快的蹬離速度。因此準(zhǔn)確地向來(lái)球方向獲得較快的蹬離速度是檢驗(yàn)分腿墊步動(dòng)作優(yōu)劣的重要指標(biāo)。在對(duì)8名受試對(duì)象在比賽過程中的分腿墊步動(dòng)作進(jìn)行采集分析，運(yùn)動(dòng)員分腿墊步動(dòng)作在豎直方向的重心變化集中出現(xiàn)在對(duì)方擊球即球與對(duì)方球拍觸球前的1/30 s至對(duì)方球拍觸球后的1/40 s間，因此可以認(rèn)定為這是運(yùn)動(dòng)員分腿墊步的開始。動(dòng)作技術(shù)開始時(shí)刻的外在表現(xiàn)具有多樣性。結(jié)合視頻分析，具體表現(xiàn)形式有：1、運(yùn)動(dòng)員在中場(chǎng)附近準(zhǔn)備時(shí)，對(duì)方未擊球，運(yùn)動(dòng)員右腳在前、左腳在后的站位；2、運(yùn)動(dòng)員在中場(chǎng)附近準(zhǔn)備時(shí)，對(duì)方未擊球，運(yùn)動(dòng)員基本呈平行站位準(zhǔn)備，在對(duì)方擊球瞬間調(diào)整至右腳在前的站位；3、運(yùn)動(dòng)員在回動(dòng)過程未至中場(chǎng)附近，對(duì)方已擊球，運(yùn)動(dòng)員右腳在后，運(yùn)動(dòng)員迅速左腳蹬地騰空調(diào)整至右腳在前；4、運(yùn)動(dòng)員在回動(dòng)過程未至中場(chǎng)附近，對(duì)方已擊球，此時(shí)運(yùn)動(dòng)員右腳在前，運(yùn)動(dòng)員雙腳迅速蹬地騰空向中場(chǎng)附近跟進(jìn)。分析其原因是由于在具有對(duì)抗性的球類運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)作系統(tǒng)通常是不固定的[7]。而不同的運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)形式必然伴隨的是在神經(jīng)支配下的肌肉用力特征，這也是分腿墊步肌肉用力表現(xiàn)形式不同的根本原因。圖2、圖3分別是左、右后退步法中原地分腿墊步完整動(dòng)作表面肌電圖。不同的分腿墊步形式其肌肉的用力順序必然不同，但從圖中可以看到在分腿墊步開始前，運(yùn)動(dòng)員下肢肌群都已存在肌肉的“預(yù)激活”現(xiàn)象。結(jié)合視頻分析，運(yùn)動(dòng)員完成整個(gè)分腿墊步動(dòng)作系統(tǒng)，除準(zhǔn)備騰空前動(dòng)作形式存在多樣性外，而后騰空、落地、緩沖、蹬離地面的動(dòng)作形式具有很高的相似性，這說明分腿墊步動(dòng)作在具有多年系統(tǒng)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員上形成了一定的技術(shù)定型。以下均只對(duì)運(yùn)動(dòng)員在中場(chǎng)附近準(zhǔn)備時(shí)，對(duì)方未擊球，運(yùn)動(dòng)員右腳在前、左腳在后的站位時(shí)完成的后退步法中原地分腿墊步動(dòng)作特征進(jìn)行分析。

圖2 左后退步法中原地分腿墊步完整動(dòng)作表面肌電圖

圖3 右后退步法中原地分腿墊步完整動(dòng)作表面肌電圖

2.3 后退步法中原地分腿墊步準(zhǔn)備-騰空階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電學(xué)分析

表2 分腿墊步動(dòng)作技術(shù)準(zhǔn)備階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

在人體運(yùn)動(dòng)中，通常預(yù)先拉長(zhǎng)肌群至合適初長(zhǎng)度增大肌肉的收縮力和構(gòu)成肌肉向心收縮的前負(fù)荷從而產(chǎn)生肌力。肌群的預(yù)先拉長(zhǎng)長(zhǎng)度，通常在實(shí)際研究中，以關(guān)節(jié)的屈伸角度表示更直觀清楚。表2是對(duì)8名受試運(yùn)動(dòng)員的后退步法中分腿墊步動(dòng)作技術(shù)在準(zhǔn)備階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)解析結(jié)果,在對(duì)運(yùn)動(dòng)員向左后退和向右后退的分腿墊步動(dòng)作技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)比分析，結(jié)果表明：下肢左膝、右膝關(guān)節(jié)角度具有顯著性差異(P<0.05)，踝、髖關(guān)節(jié)角度、兩足前后間距、兩足左右間距均不具有顯著性差異(P>0.05)。膝關(guān)節(jié)作為在起動(dòng)蹬伸過程中最主要的參與關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)員在準(zhǔn)備過程中，需要向?qū)Ψ降某銮蚍较蜻M(jìn)行預(yù)判，而不同的出球方向或預(yù)判方向，人體的重心及關(guān)節(jié)角度勢(shì)必不同。因此，這可能造成膝關(guān)節(jié)在不同的起動(dòng)方向時(shí)具有顯著差異性的原因。依此也可推斷運(yùn)動(dòng)員可以通過膝關(guān)節(jié)的角度調(diào)整對(duì)對(duì)方的出球方向進(jìn)行預(yù)判。結(jié)合表2和表3分析，無(wú)論向左方向的后退還是向右方向的后退，右膝關(guān)節(jié)角度均比左膝關(guān)節(jié)角度小，右側(cè)肌群肌肉貢獻(xiàn)程度較大，尤以臀大肌、前脛骨肌用力更為明顯。這也說明準(zhǔn)備時(shí)運(yùn)動(dòng)員重心偏向于身體右側(cè)，其目的在于方便右下肢肌群蹬伸用力。

前脛骨肌是下肢蹬伸的重要肌肉，在遠(yuǎn)固定條件下主動(dòng)向心收縮可以使膝關(guān)節(jié)伸直，其收縮產(chǎn)生的下肢蹬伸力量通過有效傳遞后可以顯著增加蹬伸的速度[8]。在準(zhǔn)備階段蹬伸過程中，向左起動(dòng)時(shí)右膝關(guān)節(jié)角度與左、右前脛骨肌用力情況相關(guān)性具有極顯著性；在右起動(dòng)時(shí)右膝關(guān)節(jié)角度與右前脛骨肌用力情況相關(guān)性具有顯著性、與右側(cè)股二頭肌相關(guān)性具有極顯著性(表3)。

表3 分腿墊步動(dòng)作技術(shù)準(zhǔn)備階段的肌電學(xué)特征及相關(guān)性情況

2.4 分腿墊步SSC階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

在人體運(yùn)動(dòng)中，肌肉先做被迫離心收縮然后迅速轉(zhuǎn)換為向心收縮的工作形式稱為肌肉拉長(zhǎng)-縮短周期(stretching-shorten cycle，SSC)，簡(jiǎn)稱SSC[9]。其肌肉工作形式的最顯著標(biāo)志是工作目的不僅僅為了減少外力對(duì)人體的沖擊力，而是為了獲得更好的蹬伸效果。在具有SSC特征的技術(shù)系統(tǒng)中，緩沖效果的好壞不全取決于下肢肌群的退讓性工作能力，同時(shí)與落地時(shí)的支撐動(dòng)作相關(guān)聯(lián)。受肌肉預(yù)興奮的調(diào)節(jié)的作用，運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)下落過程中，下肢各關(guān)節(jié)角度都呈減小。但相較調(diào)節(jié)能力，各運(yùn)動(dòng)員間存在差異。原因在于肌肉的預(yù)興奮程度與肌肉收縮強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)員自身的運(yùn)動(dòng)水平高度相關(guān)。一般而言，運(yùn)動(dòng)水平高的較一般水平的運(yùn)動(dòng)員具有更準(zhǔn)確、快速調(diào)動(dòng)相關(guān)肌群的能力[5]。

由圖4、圖5可以看出，在緩沖期下肢關(guān)節(jié)并不完全在整個(gè)緩沖期呈減小，尤其以踝、髖關(guān)節(jié)表現(xiàn)更明顯，說明下肢關(guān)節(jié)的伸肌肌群并非在整個(gè)緩沖階段都做離心收縮。這一緩沖階段運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與具有SSC運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的跳伸動(dòng)作具有本質(zhì)區(qū)別[10]。因此在選擇如何加快分腿墊步蹬離速度的訓(xùn)練方案時(shí)，要充分加以考慮分腿墊步的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。結(jié)合影像和解析數(shù)據(jù)分析，膝關(guān)節(jié)在整個(gè)緩沖過程中均呈減小，存在極顯著性差異(P<0.01)。具體原因需要進(jìn)一步分析。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)8名運(yùn)動(dòng)員在緩沖期，各自的右膝關(guān)節(jié)角度減小幅度均比左膝關(guān)節(jié)減小幅度要大(至少多減小5.4°)，這可能是由于在蹬伸期右膝關(guān)節(jié)肌群是主要的用力肌群而產(chǎn)生的。在蹬伸過程中，下肢部分關(guān)節(jié)還需進(jìn)一步做退讓性工作即關(guān)節(jié)角度減小，在這一階段受方向和場(chǎng)上情況以及所需的蹬離速度不同，各運(yùn)動(dòng)員間的表現(xiàn)形式存在不同。但踝、髖關(guān)節(jié)角度均有進(jìn)一步減小，部分運(yùn)動(dòng)員的左膝關(guān)節(jié)角度減小是否是由于技術(shù)原因，還有待進(jìn)一步分析。在蹬伸過程中，同時(shí)伸展膝關(guān)節(jié)和軀干，則股四頭肌( 產(chǎn)生伸膝和屈髖) 與腿后肌群( 產(chǎn)生屈膝和伸髖) 同時(shí)作用勢(shì)必會(huì)犧牲部分腿部爆發(fā)力[8]。而蹬伸過程主要由膝關(guān)節(jié)參與的，因此這是在蹬伸過程踝、髖關(guān)節(jié)角度表現(xiàn)為呈進(jìn)一步減小的原因。

圖4 左后退SSC階段下肢各關(guān)節(jié)角度的變化情況

圖5 右后退SSC階段下肢各關(guān)節(jié)角度的變化情況

2.5 分腿墊步動(dòng)作技術(shù)完整過程肌肉貢獻(xiàn)程度分析

IEMG是評(píng)價(jià)肌肉參與多少的重要指標(biāo)。由于每名運(yùn)動(dòng)員完成分腿墊步動(dòng)作時(shí)間不同，因此需要將所得IEMG值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。即以其中一名運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作總時(shí)間最長(zhǎng)的為 1，其他運(yùn)動(dòng)員取其相對(duì)值(r) ，再用其他運(yùn)動(dòng)員的IEMG結(jié)果除以r，獲得IEMG結(jié)果。從而消除在IEMG積分時(shí)間上的不等因素[8]。

從表4中可以看出完整的分腿墊步動(dòng)作下肢肌肉用力大小順序是：右側(cè)臀大肌、左側(cè)臀大肌、右側(cè)腓腸肌、右側(cè)脛骨前肌、右側(cè)股四頭肌、右側(cè)股二頭肌、左側(cè)股四頭肌、左側(cè)腓腸肌、左側(cè)脛骨前肌、左側(cè)股二頭肌。在蹬伸過程中，右下肢各關(guān)節(jié)需要積極的蹬伸，左下肢做一部分的退讓性收縮，因此右側(cè)肌群活動(dòng)較左側(cè)更強(qiáng)烈。所以臀大肌和右側(cè)肌群是分腿墊步重要的做功用力肌群，在針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的力量素質(zhì)訓(xùn)練中，應(yīng)加強(qiáng)以上肌群的快速力量能力訓(xùn)練。

表4 分腿墊步動(dòng)作技術(shù)完整過程肌肉積分肌電均值一覽表 μVs

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)分腿墊步動(dòng)作的開始時(shí)間是在對(duì)方擊球前1/30 s至對(duì)方球拍觸球后的1/40 s間；分腿墊步動(dòng)作技術(shù)準(zhǔn)備階段的準(zhǔn)備姿勢(shì)有4種不同表現(xiàn)形式，而后的騰空階段、落地階段、緩沖階段、蹬伸階段的動(dòng)作形式具有較高的相似性。

(2)在準(zhǔn)備-騰空過程中，下肢左膝、右膝關(guān)節(jié)角度具有顯著性差異(P<0.05)，踝、髖關(guān)節(jié)角度、兩足前后間距、兩足左右間距均不具有顯著性差異(P>0.05)。該過程中，右側(cè)肌群肌肉用力程度更大且右膝關(guān)節(jié)角度與左、右前脛骨肌用力情況相關(guān)性具有顯著性。

(3)在緩沖期，下肢關(guān)節(jié)的伸肌肌群并非在整個(gè)緩沖階段都做離心收縮；在蹬伸期，右膝關(guān)節(jié)肌群是主要的用力肌群而產(chǎn)生的且該過程下踝、髖關(guān)節(jié)角度進(jìn)一步減小。

(4)在完成完整的分腿墊步動(dòng)作技術(shù)過程中肌肉用力大小依次為：右側(cè)臀大肌、左側(cè)臀大肌、右側(cè)腓腸肌、右側(cè)脛骨前肌、右側(cè)股四頭肌、右側(cè)股二頭肌、左側(cè)股四頭肌、左側(cè)腓腸肌、左側(cè)脛骨前肌、左側(cè)股二頭肌。

3.2 建議

傳統(tǒng)的步法訓(xùn)練通常采用直接給予移動(dòng)方向的手勢(shì)或信號(hào)，練習(xí)運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)上不停地向信號(hào)目標(biāo)跑動(dòng)。建議在今后的步法或者起動(dòng)技術(shù)練習(xí)中，應(yīng)根據(jù)已知分腿墊步的起動(dòng)形式和起動(dòng)時(shí)機(jī)，在練習(xí)時(shí)應(yīng)先給予起動(dòng)的信號(hào)(如擊掌、信號(hào)燈)表示起動(dòng)的開始再給予移動(dòng)方向的指令的方式進(jìn)行練習(xí)。通過快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練、跳繩等練習(xí)方法[11-12]，加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員離心收縮與向心收縮的銜接能力即反應(yīng)收縮時(shí)間的訓(xùn)練。并且在力量訓(xùn)練中應(yīng)適度增加臀大肌和右下肢相應(yīng)肌群的力量訓(xùn)練。