1.研究目的
基于对运动协调的身体素质基本属性认识，本研究试图在特定的动作学习环境下采用实验手段探讨原地投掷标枪运动学习过程中人体运动协调形成与提高的外在表现特征，以运动生物力学参数描述和显现这些特征，探讨其形成的条件和要素，为技能学习中的动作协调训练提供参考。
2.1 研究对象
本研究的受试对象为体育学院武术专业一年级男性大学生15人，完整参与教学过程并且参加全部测试实验的10人，另外作为对比分析选取田径队标枪运动员1人（专业一级运动员）。所有受试者在参加本实验研究前没有接触过标枪训练。受试人员基本情况如表1所示。
表1 受试队员情况
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受试者（N=10） |
年龄 |
身高（cm） |
体重（kg） |
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受试者均值和标准差 |
21.7±1.16 |
175.8±6.66 |
69.8±5.16 |
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运动员（1人） |
22 |
179 |
73 |
2.2 教学实验设计
本研究选取原地掷标枪作为基本测试动作，整个实验教学过程持续时间为8周。每周安排两次教学及训练课，教学和训练由专职标枪教师承担，根据掌握和提高原地掷标枪动作技术的教学目标安排教学进度和提出教学要求。分别在教学过程的初期、中期和末期安排测试和考评。每位受试者的教学和练习条件都相同（包括训练时间、训练强度和训练内容等）。评价指标包括运动效果（投掷远度）、运动学技术指标、肌肉协同用力的肌电指标和地面支撑反力。
选取原地掷标枪过程进行研究主要是基于如下考虑：原地掷标枪是一个人类非习惯性技术动作，具有完整运动过程的全身性活动特点，因此，对该技术动作的学习过程进行协调特征研究和测评可以部分排除个体先天性遗传因素和后天运动经验影响。同时该动作是一个全身性协调爆发用力过程，由此最大程度的限制了纯粹性身体素质差异引入的效果评价误差。
2.3 研究方法
本研究采用了运动学、动力学、肌电三机同步实验测试方案。运动学测试使用Pulinx TM-6710CL计算机高速摄像系统控制两摄像头同步实时拍摄，拍摄频率为60帧/秒。采用爱捷放射形三维标定框架标定，标定范围为3m3。拍摄方法：采用两台高速摄像机同时进行拍摄，摄像机机高1.5米，镜头距离被测试者约15米，两台摄像机之间的夹角约为90度左右，放置位置如图1所示，拍摄范围为3-4米。
采用APAS录像解析系统对运动图像进行解析处理，并对原始数据平滑处理。采用系统自带的修正单布斯特人体模型，选取21个点（分别是左右手掌中心、腕关节、肘关节、肩关节、髋关节、膝关节、踝关节、脚尖、头部中心、两肩关节连线中点、两髋关节连线中点以及标枪的两端）进行数字化分析，并采用DLT法进行三维合成，图像解析由经过培训的专业人员来完成。解析数据经过数字平滑处理、计算，得出所需参数的相关数据。对原始数据进行平滑处理，对平滑后的数据均在SPSS13.0软件上完成统计处理和计算，用于后续的分析讨论。
地面支撑反力采用两台KISTLER 9281C型生物力学测力台测试，测力台安装在投掷圈地下15-20cm处预制的测力台安装架上，台面与地表平。采样频率1000Hz。同步获得三维力和地面力矩。配合运动视频选取特征时刻划分力曲线时相，计算相关动力学指标。
采用芬兰MEGA公司生产的ME6000型十六导sEMG仪采集原地掷标枪运动过程受试者肌电信号，皮肤处理、电极粘贴位置以及基本操作按照欧洲联盟（SENIAM）推荐的肌电测试标准执行。肌电信号经受试者携带的遥测发射传送到地面接收装置（保存于笔记本电脑）。在MEGAWIN2.3a7版分析软件系统计算相关指标。电极采用上海申风医疗保健用品有限公司生产的988型一次性使用银/氯化银心电极。
选取的肌肉为：右侧三角肌前部、右侧肱二头肌、右侧肱桡肌、右侧腹直肌、右侧股直肌、右侧背阔肌、右侧竖脊肌、左侧股二头肌。整个实验过程中电极的安放由培训果品的实验室专业人员完成。被试者背部携带芬兰产ME6000肌电采集盒采集肌电信号，信号的采集频率为1000Hz，信号采集后利用Mega Win软件输入计算机保存、分析计算。
图1 测试现场平面示意图
3 运动学参数分析
3.1 学员与运动员关键时相角度参数特征及比较分析
原地投掷标枪是通过下肢的蹬转、躯干和上肢形成 “反弓”以及最后“鞭打”动作将器械投掷出。其中，下肢的蹬转是投掷标枪力量的主要来源之一，在动作进行过程中，各关节角度是反映各关节用力情况的参考指标。图2是上述指标的研究结果。
图2 开始时刻角度参数情况
以上数据表明，右膝关节角度以及右肘关节角度在三次试验过程中的变化趋势趋向于优秀运动员，表明上述肢体的用力协调性在训练过程中得到了提高。而左膝关节角度和髋关节角度没有出现趋向于优秀运动员的特点，表明训练效果不明显。
转换阶段是将下肢的能量传递到躯干并进一步完成 “鞭打”动作，转换的效果是衡量技术的主要指标，肢体关节角度是转换效果的具体指标，本研究结果如下图3所示。
图3转换阶段角度参数情况
上述结果表明，除右肘关节角度在三次实验过程中趋近于优秀运动员外，其余三个关节角度指标均没有表现出趋近于优秀运动员的趋势，说明在转换阶段受试者的动作协调性并没有明显改善，训练效果不明显。
图4 出手时刻角度参数情况
图4表明，除右膝关节角度外，其余关节角度参数在三次试验过程中有趋向于优秀运动员的趋势，表明通过教学训练和动作学习过程，受试者在投掷标枪出手时刻的动作协调性得到改善，训练效果较好。
通过对人体三个时刻（开始时刻、转换时刻和出手时刻）的关节角度变化可以看出，右膝关节和右肘关节开始时刻，左膝关节和右肘关节在转换时刻，左膝关节和右髋关节在出手时刻趋向于优秀运动员，其他关节在不同阶段与优秀运动员规律性不明显，右下肢和上肢关节参数容易趋向于二级运动员关节参数，左膝关节和右髋关节的协调配合与优秀运动员相比效果较差。
3.2 学员与运动员动作过程中关节点速度特征及比较分析
标枪是以距离计算成绩的项目，投掷距离主要取决于标枪的出手速度。标枪出手速度的变化情况是反映原地投掷标枪动作协调能力的具体体现。图5是投掷过程中标枪速度变化情况。
图5 标枪速度变化情况图
从上图可以看出，受试者三次的投掷速度成上升趋势，表明随着训练时间和次数的增加，受试者肌肉协调能力得到提高。在准备时刻第一次的速度最大，表明受试者在开始做动作之前急于将标枪投掷出，而通过训练后此阶段的标枪速度呈下降趋势。开始时刻和转换时刻，标枪速度前后三次测试没有表现出明显趋势。
图6和图7是受试者以及优秀运动员动作过程中各关节点速度变化情况
图6 初学者第一和第二次测试中动作过程中关节点速度变化图
图7 初学者第三次测试和优秀运动员动作过程中关节点速度变化图
从以上结果可以看出，通过教学训练，受试者各关节速度特征逐渐趋向于优秀运动员，速度曲线由开始起伏明显逐渐趋向于平滑，说明在动作过程中，肌肉的用力稳定性逐渐增加，协调性得到改善。
4 动力学参数分析
4.1 下肢垂直方向（Z方向）用力情况分析
地面的反作用力是原地投掷标枪的主要动力来源，本研究设计让受试者的双脚分别位于两个相邻并联的三维测力台上，建立测力系统。在此我们忽略肌肉之间的作用力，以整个人体为研究对象，通过测力台的测量值来体现人体对外界的用力情况，目的在于获得原地投掷标枪过程中的发力腿和支撑腿的力量变化情况。
发力顺序是动作协调的主要指标之一，与地面垂直的受力用Fz 表示。研究结果表明，受试者通过教学和训练在一定程度上有明显变化，具体情况如下图8所示：
图8 左右脚垂直用力情况示意图
从上述结果可以看出，受试者左右脚用力顺序趋向于优秀运动员，左右脚受力曲线的交叉点是原地投掷标枪的转换点，此时刻表明左右测力台的受相等作用力。从优秀运动员的情况来看，此时刻出现在转换阶段结束时刻和出手时刻之间。
从初学者第一次的受力情况分析，受力相等时刻明显偏早，或者说出手时刻偏晚，没有将下肢的蹬转力量及时传递到上肢，出现滞后现象，影响了投掷效果，是肌肉用力不协调的体现。从第二次测试的情况来看，上述现象仍然存在，但较第一次有明显改善。而第三次的测试结果表明，受试者下肢用力情况与优秀运动员趋于一致，说明随着教学和训练时间及次数增加，受试者用力协调性得到了明显改善。
4.2 下肢水平方向（X、Y方向）用力情况分析
标枪的动力主要来源于右下肢蹬伸动作，右下肢在不同方向的受力情况直接影响标枪的运动成绩。人体运动过程是建立在一定的平衡基础上，在前后、左右方向的受力情况表明运动员的平衡协调能力，测试结果如图9所示：
图9 右下肢水平面X、Y方向受力情况图
Fx是与投掷方向垂直方向的受力情况。上图表明，在三次实验中，受试者在Fx方向的分力随训练次数的增加而下降，逐渐趋向于优秀运动员，表明其X方向的平衡稳定性得到提高。Fy是与投掷方向一致的受力情况。从图9可以看出，随着训练次数的增加，Fy方向的分力逐渐稳定，有开始的双峰曲线逐渐过渡为单峰曲线，用力情况趋向于优秀运动员。
图10 左下肢水平面X、Y方向受力情况图
标枪的动力主要来源于右下肢蹬伸动作，蹬伸的能量要更好的转换到标枪上，与左侧的支撑是密不可分的，左侧受力情况也直接影响标枪的成绩。建立好的左侧支撑是取得好成绩的又一主要因素。左支撑在前后、左右方向的受力情况表明运动员的维持身体平衡协调能力，测试结果如下。由图10可知，受试者通过教学和训练，左下肢X、Y方向用力情况变化无明显规律，不明显。
5 结论
5.1 从对各关节角度参数变化情况的分析结果来看，通过掷标枪训练，可以提高受试者右侧肢体动作的协调性，而对左侧肢体动作协调性的改善无明显作用。从测力情况分析，受试者上下肢协调配合更为合理，随训练次数的增加，下肢能量向上肢传递的效率逐渐提高。右侧下肢水平X、Y方向分力逐渐趋向于优秀运动员。而左侧下肢无明显趋势。说明动作协调的形成是有先后顺序的，不同阶段有协调的重点部位。
5.2 通过对各关节点运动速度的变化情况来看，通过训练，各关节点运动速度起伏波动情况逐渐减少，关节点速度曲线逐渐平滑，表明各关节肌肉用力情况有逐渐平稳的趋势，肌肉协调性得到改善。说明针对特定运动任务，人体运动系统所表现出来的动作技术都有“极限点”，学习过程作为人体运动系统与外界环境的交流方式，有助于动作系统要素的功能表现从紊乱趋于有序，在训练学意义上讲，动作协调形成是一个过程。是一个逐渐逼近人体系统最佳适应运动任务和环境等的过程。
参考文献
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