我國(guó)優(yōu)秀男子花劍運(yùn)動(dòng)員弓步刺動(dòng)作的速度特征及協(xié)調(diào)性研究

程 鵬，王 雁，衣龍燕，汪 洋，晏 冰，陶 龍，何玉欣

Beijing Sport University，Beijing 100084，China.

1 前言

擊劍比賽中，進(jìn)攻動(dòng)作的時(shí)機(jī)、速度和準(zhǔn)確性是擊中與否的關(guān)鍵性因素。弓步刺作為擊劍比賽的基本進(jìn)攻動(dòng)作對(duì)速度和精確度有很高的要求，良好的弓步刺技術(shù)應(yīng)具有良好的速度和準(zhǔn)確性特征。目前，國(guó)內(nèi)、外對(duì)擊劍弓步刺動(dòng)作的研究主要集中在技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征指標(biāo)，包括對(duì)擊劍運(yùn)動(dòng)員在實(shí)戰(zhàn)中出手時(shí)各肢體關(guān)節(jié)的速度、角度、角速度、出劍速度以及進(jìn)攻距離等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和比較［4，5，7］。對(duì)于弓步刺動(dòng)作的速度特征及協(xié)調(diào)性的研究很少，其中，李曉浦對(duì)俄羅斯運(yùn)動(dòng)員Netchaeva、德國(guó)運(yùn)動(dòng)員Ujdoso Alexandr a、中國(guó)運(yùn)動(dòng)員譚雪及周梓淇在比賽中的弓步刺動(dòng)作速度構(gòu)成和同步性特征做了研究，發(fā)現(xiàn)女子佩劍運(yùn)動(dòng)員的手速度變化決定佩劍速度變化，重心速度決定佩劍基礎(chǔ)速度的大??；運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作結(jié)構(gòu)合理性可以通過重心與手的速度比例、以及手相對(duì)重心的最大速度和重心最大速度時(shí)間相位差進(jìn)行評(píng)定［2］。鄧?yán)趯?duì)上海體育學(xué)院8名重劍運(yùn)動(dòng)員的“弓步刺”動(dòng)作協(xié)調(diào)性的非線性動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)低水平重劍運(yùn)動(dòng)員與高水平重劍運(yùn)動(dòng)運(yùn)員在訓(xùn)練時(shí)的“弓步刺”動(dòng)作協(xié)調(diào)模式相似；而在比賽情景下，高水平重劍運(yùn)動(dòng)員的“弓步刺”動(dòng)作協(xié)調(diào)性要顯著好于低水平重劍運(yùn)動(dòng)員［1］。

現(xiàn)有對(duì)擊劍弓步刺動(dòng)作的多數(shù)研究中存在樣本量小或者運(yùn)動(dòng)員水平較低的問題。本研究以12名國(guó)家隊(duì)一線優(yōu)秀男子花劍運(yùn)動(dòng)員作為測(cè)試對(duì)象，對(duì)其弓步刺動(dòng)作的速度特征和協(xié)調(diào)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期確立弓步刺動(dòng)作的速度構(gòu)成特點(diǎn)及其決定性因素、花劍運(yùn)動(dòng)弓步刺動(dòng)作的協(xié)調(diào)性評(píng)定指標(biāo)。

2 研究對(duì)象和方法

2.1 研究對(duì)象

國(guó)家隊(duì)一線優(yōu)秀男子花劍運(yùn)動(dòng)員12名（表1）。

2.3 研究方法

表1 本研究測(cè)試對(duì)象信息一覽表Table 1 Subject Information

使用三維測(cè)力臺(tái)（Kistler 9281CA，Switzerland）和8鏡頭紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（Motion Analysis Raptor－4，USA），同步記錄花劍弓步刺動(dòng)作過程中的的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。受試者著緊身短褲，根據(jù)體表解剖標(biāo)志在身上貼30個(gè)反光標(biāo)志點(diǎn)（表2）。

表2 本研究標(biāo)志點(diǎn)名稱及位置一覽表Table 2 Marks and Location

測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示，測(cè)試時(shí)運(yùn)動(dòng)員先以實(shí)戰(zhàn)姿勢(shì)站立于測(cè)試場(chǎng)地中央的三維測(cè)力平臺(tái)上，待其正前方測(cè)試信號(hào)燈亮起時(shí)做弓步刺動(dòng)作，做完弓步刺動(dòng)作后立即恢復(fù)實(shí)戰(zhàn)姿勢(shì)。信號(hào)燈與三維測(cè)力臺(tái)及紅外高速測(cè)試系統(tǒng)通過觸發(fā)信號(hào)同步開始，通過三維測(cè)力臺(tái)采集地面反作用力，采樣頻率1 000Hz。通過紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)采集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，采樣頻率為200Hz。

3 結(jié)果與分析

3.1 動(dòng)作階段劃分

由于擊劍動(dòng)作速度快，動(dòng)作復(fù)雜，僅從運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)作階段的劃分存在時(shí)間點(diǎn)上無法精確判斷，故本研究結(jié)合弓步刺過程中測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)動(dòng)作階段的劃分。由于花劍弓步刺動(dòng)作主要為前、后方向的移動(dòng)，故將與持劍臂同側(cè)腿稱為前腿（做擺伸動(dòng)作），另外一側(cè)稱為后腿（做蹬伸動(dòng)作）。根據(jù)測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)并結(jié)合弓步刺動(dòng)作將弓步刺動(dòng)作分為以下3個(gè)階段：1）蹬伸階段：從前腿抬起開始到蹬伸腿離地；2）騰空階段：后腿離地到前腿著地；3）著地階段：從前腿著地到重心穩(wěn)定階段（圖2）。

圖1 本研究測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)示意圖Figure 1. The Schematic Diagram of Test Field

圖2 本研究動(dòng)作階段劃分示意圖Figure 2. The Schematic Diagram of Action Phase

3.2 劍速度相關(guān)指標(biāo)

在體育運(yùn)動(dòng)中，尤其是同場(chǎng)對(duì)抗性項(xiàng)目當(dāng)中，速度通常是決定勝負(fù)的關(guān)鍵因素。在花劍比賽中運(yùn)動(dòng)員移動(dòng)的速度和出劍速度都是決定擊劍效果的關(guān)鍵性因素。運(yùn)動(dòng)員在前、后方向移動(dòng)及出劍的速度和加速度越高，對(duì)時(shí)機(jī)把握的越好，進(jìn)攻得分或躲避進(jìn)攻的幾率也就越高。因此，需要對(duì)擊劍動(dòng)作的速度構(gòu)成特點(diǎn)以及其決定性因素進(jìn)行深入細(xì)致地研究。

對(duì)擊劍動(dòng)作的主要運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和劍峰最大速度進(jìn)行相關(guān)性分析（表3）結(jié)果顯示，與劍速最大值呈顯著相關(guān)性的指標(biāo)有前腿膝、踝關(guān)節(jié)最大角速度和持劍臂肘關(guān)節(jié)最大角速度，后腿的蹬伸動(dòng)作、重心速度以及后腿蹬地力相關(guān)指標(biāo)都和劍鋒最大速度未達(dá)到顯著性相關(guān)。由此可以看出，原地弓步刺動(dòng)作的劍速最大值決定性因素是持劍臂肘關(guān)節(jié)的角速度，即運(yùn)動(dòng)員的持劍臂出劍動(dòng)作速度決定著劍速峰值的大小，前腿膝踝關(guān)節(jié)的動(dòng)作與持劍臂的出劍動(dòng)作有很高的協(xié)同性，這也符合擊劍動(dòng)作前腿快速踢出的要領(lǐng)。

表3 本研究劍速最大值與弓步刺各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性一覽表Table 3 The Correlation between Sword－Speed and Other Index

對(duì)擊劍動(dòng)作的主要運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和重心最大速度進(jìn)行相關(guān)性分析（表4），結(jié)果顯示，與重心速度顯著性相關(guān)的指標(biāo)包括后腿膝踝關(guān)節(jié)的角速度最大值和平均角速度、前腿髖關(guān)節(jié)角速度最大值以及后腿蹬地力相關(guān)指標(biāo)。由此可知，原地弓步刺動(dòng)作重心速度最大值的決定因素是后腿膝關(guān)節(jié)的蹬伸速度，后腿蹬伸產(chǎn)生的水平方向力是重心速度提高的關(guān)鍵指標(biāo)，前腿的快速擺動(dòng)有力于重心速度的提高，而持劍臂的出劍動(dòng)作與重心速度最大值相關(guān)性不高。在原地弓步刺動(dòng)作中，決定重心移動(dòng)速度的指標(biāo)是后腿的快速蹬伸產(chǎn)生的地面水平方向反作用力，前腿的快速擺動(dòng)能夠提高重心的移動(dòng)速度。弓步刺動(dòng)作中前腿腿與后腿腿的協(xié)調(diào)配合非常重要，前腿的加速擺動(dòng)相應(yīng)地會(huì)引起重心的前移，提高重心的移動(dòng)速度。

表4 本研究重心速度最大值與弓步刺各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性一覽表Table 4 The Correlation between the Centerof Gravity－Speed and Other Index

圖3和圖4顯示，做原地弓步刺動(dòng)作時(shí)，重心從零開始加速，重心速度在動(dòng)作開始階段（圖3中A段）提升不大，A階段為弓步刺動(dòng)作的準(zhǔn)備階段，前腿抬起離地，為后腿的蹬伸做準(zhǔn)備，持劍臂保持不動(dòng)，動(dòng)作隱蔽性高。

B階段動(dòng)作為下肢蹬伸和持劍臂出劍，重心速度的加速度和劍的加速度相比較低。從動(dòng)作結(jié)構(gòu)來看，重心的加速主要依靠下肢的蹬伸，劍的加速是上肢伸出和下肢蹬伸的共同結(jié)果。在B階段，手相對(duì)重心手的運(yùn)動(dòng)幅度較大，速度較快，此階段手對(duì)劍速的貢獻(xiàn)率比重心高?；▌υ毓酱虅?dòng)作中重心速度從零開始加速，提升速度與劍速相比較小，在速度曲線上表現(xiàn)為劍速峰值超前重心速度峰值。當(dāng)出劍動(dòng)作完成后，劍速開始下降，而在后腿積極蹬伸的作用下，重心速度持續(xù)增大。

在C階段，出劍動(dòng)作和蹬伸動(dòng)作都已完成，重心移動(dòng)速度達(dá)到峰值，當(dāng)前腿著地后，重心速度開始下降。此階段劍速和重心速度基本一致，在出劍動(dòng)作完成后此時(shí)重心速度決定劍的速度的大小。重心速度對(duì)劍速度的貢獻(xiàn)率占主導(dǎo)地位。較高的重心移動(dòng)速度保證了持劍臂的出劍動(dòng)作完成后劍速繼續(xù)保持在較高水平上。

圖3 本研究劍和重心速度曲線示意圖Figure 3. Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed Curve

圖4 本研究持劍臂肘關(guān)節(jié)及雙側(cè)膝關(guān)節(jié)角速度曲線示意圖Figure 4. Elbow and Knees Angular Velocity Curve

良好的出劍動(dòng)作應(yīng)如圖5所示，劍速峰值和重心速度峰值的良好銜接，這樣劍速能夠在重心速度的基礎(chǔ)上達(dá)到較高的水平。在技術(shù)動(dòng)作上的表現(xiàn)是出劍動(dòng)作一氣呵成，持劍臂的出劍動(dòng)作協(xié)同前腿的快速前踢，前腿快速踢出的同時(shí)后腿快速的蹬伸。

如果出劍動(dòng)作和后腿的蹬伸動(dòng)作協(xié)同性不好，則會(huì)出現(xiàn)劍速曲線出現(xiàn)兩個(gè)峰值（圖6），第一個(gè)峰值為出劍動(dòng)作帶來的劍速提高，第二個(gè)峰值為后腿的蹬伸，劍速伴隨重心移動(dòng)速度的提高而提高，形成兩個(gè)劍速波峰之間的速度波谷區(qū)。此時(shí)，劍速較低，而重心速度剛剛開始提升，在動(dòng)作上表現(xiàn)為出劍動(dòng)作已完成，后腿蹬伸和前腿踢出動(dòng)作才開始，由于是單腿支持時(shí)刻，重心無法快速調(diào)整，而劍速又較低，很容易被對(duì)手抓住機(jī)會(huì)反擊得分。

圖5 本研究運(yùn)動(dòng)員A劍速重心速度曲線示意圖Figure 5. The Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed Curve of A Fencer

圖6 本研究運(yùn)動(dòng)員B劍速和重心速度曲線示意圖Figure 6. The Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed of B Fencer

3.3 協(xié)調(diào)性

李世明等認(rèn)為，動(dòng)作協(xié)調(diào)性是指人體按照技術(shù)動(dòng)作的空間、時(shí)間、節(jié)奏等要素的要求，人體各器官系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)部位協(xié)調(diào)一致地完成動(dòng)作。通過運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練形成的動(dòng)作協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)是新的肌肉和關(guān)節(jié)特定的功能性組合，在神經(jīng)系統(tǒng)控制下一起活動(dòng)以產(chǎn)生動(dòng)作協(xié)調(diào)模式，從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的目標(biāo)［3］。Hudson提出動(dòng)作協(xié)調(diào)性理論，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不顯著或開放性運(yùn)動(dòng)鏈動(dòng)作協(xié)調(diào)性應(yīng)該為環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的順序性，即環(huán)節(jié)由近端到遠(yuǎn)端角速度依次達(dá)到峰值，突出運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的速度；運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯著或封閉性運(yùn)動(dòng)鏈動(dòng)作協(xié)調(diào)性應(yīng)該為環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的同步性，即各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角速度同時(shí)達(dá)到峰值，突出運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的準(zhǔn)確度［6］?；▌Φ挠行糁忻娣e小，這就要求在保證準(zhǔn)確刺中有效得分區(qū)域的前提下，盡量提高動(dòng)作的速度。根據(jù)Hudson對(duì)協(xié)調(diào)性的定義，花劍運(yùn)動(dòng)屬于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯著的項(xiàng)目，其協(xié)調(diào)性應(yīng)表現(xiàn)在各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角速度同時(shí)達(dá)到峰值，達(dá)到出劍擊中對(duì)手身上得分位置的準(zhǔn)確度，因而，要求花劍弓步刺動(dòng)作中各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)具有良好的協(xié)調(diào)性。

表5為中國(guó)國(guó)家隊(duì)男子花劍運(yùn)動(dòng)員協(xié)同性指標(biāo)，其中，腕踝差為持劍臂腕關(guān)節(jié)和同側(cè)踝關(guān)節(jié)達(dá)到最大速度的時(shí)間差，膝差為前、后腿膝關(guān)節(jié)角速度達(dá)到最大值的時(shí)間差，劍重心差為劍和重心速度達(dá)到最大值的時(shí)間差。

表5 本研究中國(guó)國(guó)家隊(duì)花劍運(yùn)動(dòng)員協(xié)同性指標(biāo)一覽表Table 5 The Coordination of the Foil National Team

圖7、圖8顯示，運(yùn)動(dòng)員A的持劍臂腕關(guān)節(jié)速度和前腿踝關(guān)節(jié)速度曲線的同步性較好，而運(yùn)動(dòng)員B的持劍臂出劍動(dòng)作和前腿踢出動(dòng)作不同步，前腿的動(dòng)作明顯慢于出劍動(dòng)作。

圖7 本研究運(yùn)動(dòng)員A的持劍臂腕關(guān)節(jié)和前腿踝關(guān)節(jié)速度曲線示意圖Figure 7. The Wrist and Ankle Speed Curve of A Fencer

圖8 本研究運(yùn)動(dòng)員B的持劍臂腕關(guān)節(jié)和前腿踝關(guān)節(jié)速度曲線示意圖Figure 8. The Wrist and Ankle Speed Curve of A Fencer

根據(jù)花劍弓步刺動(dòng)作的特征，可以使用花劍運(yùn)動(dòng)員的持劍臂肘關(guān)節(jié)與前、后腿膝關(guān)節(jié)角度聯(lián)動(dòng)關(guān)系的角－角圖來定性分析其弓步刺動(dòng)作的協(xié)調(diào)性。

圖9為運(yùn)動(dòng)員E的肘－膝關(guān)節(jié)角度聯(lián)動(dòng)示意圖，階段A，肘關(guān)節(jié)角度基本不變，膝關(guān)節(jié)角度變小，此階段運(yùn)動(dòng)員上半身保持不動(dòng)，前腿離地，為出劍前的準(zhǔn)備階段。階段B，肘關(guān)節(jié)角度和膝關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)角度同步變大，此階段為運(yùn)動(dòng)員持劍臂做出劍動(dòng)作，前腿同步做前踢動(dòng)作。階段C，為弓步刺著地階段，出劍動(dòng)作已完成，持劍臂肘關(guān)節(jié)角度不變，前腿著地后膝關(guān)節(jié)角度迅速變小。

圖9 本研究運(yùn)動(dòng)員E的肘－膝角度聯(lián)動(dòng)示意圖Figure 9. The Mechanical Linkage of the E Fencer’s Elbow and the Knee

圖10為運(yùn)動(dòng)員F的肘－膝關(guān)節(jié)角度聯(lián)動(dòng)示意圖，階段A，肘關(guān)節(jié)角度基本不變，膝關(guān)節(jié)角度變小，為出劍前的準(zhǔn)備階段。階段B，肘關(guān)節(jié)角度增大、膝關(guān)節(jié)角度基本不變，與圖9運(yùn)動(dòng)員E相比，運(yùn)動(dòng)員F在階段B的并未出現(xiàn)肘－膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)，只是肘關(guān)節(jié)角度的增大。階段C，膝關(guān)節(jié)角度先增大后減小。經(jīng)過對(duì)本次測(cè)試的12名運(yùn)動(dòng)員的肘－膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)圖分析統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有10名運(yùn)動(dòng)員的肘膝聯(lián)動(dòng)情況較好，有2名運(yùn)動(dòng)員的出劍動(dòng)作完成后再完成前腿踢出的動(dòng)作。

圖10 本研究運(yùn)動(dòng)員F的肘－膝角度聯(lián)動(dòng)示意圖Figure 10. The Mechanical Linkage of the F Fencer’s Elbow and the Knee

圖11為運(yùn)動(dòng)員E弓步刺動(dòng)作前、后腿膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)示意圖，階段A，為準(zhǔn)備階段，此時(shí)前腿抬起，膝關(guān)節(jié)角度減小，后腿角度不變。階段B，前、后腿膝關(guān)節(jié)角度同時(shí)變大，動(dòng)作表現(xiàn)為前腿做快速前踢動(dòng)作、后腿做快速蹬伸動(dòng)作。階段C，前腿膝關(guān)節(jié)角度減小，后腿膝關(guān)節(jié)角度不變，此階段為前腿的著地階段。

圖12為運(yùn)動(dòng)員F弓步刺動(dòng)作前、后腿膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)示意圖，階段A，為準(zhǔn)備階段，此時(shí)前腿抬起，膝關(guān)節(jié)角度先減小后增大，此階段前腿先抬腿離地，，而后腿角度不變。階段B，后腿膝關(guān)節(jié)角度變大，動(dòng)作表現(xiàn)為后腿做快速蹬伸動(dòng)作。而前腿踢出的動(dòng)作已完成，角度基本不變。階段C，前腿膝關(guān)節(jié)角度減小，后腿膝關(guān)節(jié)角度不變，此階段為前腿的著地階段。

圖11 本研究運(yùn)動(dòng)員E前、后腿膝關(guān)節(jié)角度聯(lián)動(dòng)示意圖Figure 11. The Mechanical Linkage of the E Fencer’s Knee

圖12 本研究運(yùn)動(dòng)員F前、后腿膝關(guān)節(jié)角度聯(lián)動(dòng)示意圖Figure 12. The Mechanical Linkage of the F Fencer’s Knee

將圖11和圖12進(jìn)行對(duì)比分析，運(yùn)動(dòng)員E的弓步刺動(dòng)作中的出劍階段前、后腿膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)情況良好，而運(yùn)動(dòng)員F的前、后腿膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)刻分離，聯(lián)動(dòng)時(shí)間很少。

根據(jù)以上肘膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)圖和前、后膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)圖的分析可知良好的弓步刺動(dòng)作應(yīng)具有良好的肘膝關(guān)節(jié)及前、后膝關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)的弓步刺動(dòng)作出劍順序應(yīng)為，階段A，前腿微微離地，重心降低——階段B，持劍臂前伸、前腿快速踢出、后腿快速蹬伸——階段C，前腿著地，持劍臂保持前伸，其中，要求階段B的3個(gè)動(dòng)作同步協(xié)調(diào)進(jìn)行，而不是分布進(jìn)行。

4 結(jié)論

1.弓步刺動(dòng)作的劍速最大值決定性因素是持劍臂肘關(guān)節(jié)的角速度。

2.弓步刺動(dòng)作中決定重心移動(dòng)速度的因素是后腿的快速蹬伸產(chǎn)生的地面水平方向反作用力和前腿擺動(dòng)速度。

3.持劍臂出劍動(dòng)作完成后重心速度決定劍的速度的大小。

4.標(biāo)準(zhǔn)的弓步刺動(dòng)作出劍順序應(yīng)為：階段1，前腿微微離地，重心降低；階段2，持劍臂前伸、前腿快速踢出、后腿快速蹬伸；階段3，前腿著地，持劍臂保持前伸；其中，階段2的3個(gè)動(dòng)作應(yīng)同步協(xié)調(diào)進(jìn)行，而不是分步進(jìn)行，使用關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)圖可以清楚地反映弓步刺動(dòng)作的協(xié)調(diào)性。

［1］鄧?yán)?重劍運(yùn)動(dòng)員“弓步刺”動(dòng)作協(xié)調(diào)性的非線性動(dòng)力學(xué)特征的研究［D］.上海體育學(xué)院碩士學(xué)位論文，2010：37.

［2］李曉浦，張百鳴，林德佳，等.國(guó)際優(yōu)秀女子佩劍運(yùn)動(dòng)員進(jìn)攻決定性動(dòng)作速度構(gòu)成和同步性特征的研究［J］.中國(guó)體育科技，2011，47（3）：65－69.

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