我国优秀男子花剑运动员弓步刺动作的速度特征及协调性研究

2013-12-03衣龙燕何玉欣

中国体育科技 2013年5期

程鹏，王雁，衣龙燕，汪洋，晏冰，陶龙，何玉欣

Beijing Sport University，Beijing 100084，China.

1 前言

击剑比赛中，进攻动作的时机、速度和准确性是击中与否的关键性因素。弓步刺作为击剑比赛的基本进攻动作对速度和精确度有很高的要求，良好的弓步刺技术应具有良好的速度和准确性特征。目前，国内、外对击剑弓步刺动作的研究主要集中在技术动作的运动学特征指标，包括对击剑运动员在实战中出手时各肢体关节的速度、角度、角速度、出剑速度以及进攻距离等运动学指标的统计和比较［4，5，7］。对于弓步刺动作的速度特征及协调性的研究很少，其中，李晓浦对俄罗斯运动员Netchaeva、德国运动员Ujdoso Alexandr a、中国运动员谭雪及周梓淇在比赛中的弓步刺动作速度构成和同步性特征做了研究，发现女子佩剑运动员的手速度变化决定佩剑速度变化，重心速度决定佩剑基础速度的大小；运动员动作结构合理性可以通过重心与手的速度比例、以及手相对重心的最大速度和重心最大速度时间相位差进行评定［2］。邓磊对上海体育学院8名重剑运动员的“弓步刺”动作协调性的非线性动力学特征进行了研究，发现低水平重剑运动员与高水平重剑运动运员在训练时的“弓步刺”动作协调模式相似；而在比赛情景下，高水平重剑运动员的“弓步刺”动作协调性要显著好于低水平重剑运动员［1］。

现有对击剑弓步刺动作的多数研究中存在样本量小或者运动员水平较低的问题。本研究以12名国家队一线优秀男子花剑运动员作为测试对象，对其弓步刺动作的速度特征和协调性进行统计分析，以期确立弓步刺动作的速度构成特点及其决定性因素、花剑运动弓步刺动作的协调性评定指标。

2 研究对象和方法

2.1 研究对象

国家队一线优秀男子花剑运动员12名（表1）。

2.3 研究方法

表1 本研究测试对象信息一览表Table 1 Subject Information

使用三维测力台（Kistler 9281CA，Switzerland）和8镜头红外高速运动捕捉系统（Motion Analysis Raptor－4，USA），同步记录花剑弓步刺动作过程中的的运动学和动力学数据。受试者着紧身短裤，根据体表解剖标志在身上贴30个反光标志点（表2）。

表2 本研究标志点名称及位置一览表Table 2 Marks and Location

测试现场如图1所示，测试时运动员先以实战姿势站立于测试场地中央的三维测力平台上，待其正前方测试信号灯亮起时做弓步刺动作，做完弓步刺动作后立即恢复实战姿势。信号灯与三维测力台及红外高速测试系统通过触发信号同步开始，通过三维测力台采集地面反作用力，采样频率1 000Hz。通过红外高速运动捕捉系统采集运动学数据，采样频率为200Hz。

3 结果与分析

3.1 动作阶段划分

由于击剑动作速度快，动作复杂，仅从运动学数据进行动作阶段的划分存在时间点上无法精确判断，故本研究结合弓步刺过程中测力台数据指标进动作阶段的划分。由于花剑弓步刺动作主要为前、后方向的移动，故将与持剑臂同侧腿称为前腿（做摆伸动作），另外一侧称为后腿（做蹬伸动作）。根据测力台数据并结合弓步刺动作将弓步刺动作分为以下3个阶段：1）蹬伸阶段：从前腿抬起开始到蹬伸腿离地；2）腾空阶段：后腿离地到前腿着地；3）着地阶段：从前腿着地到重心稳定阶段（图2）。

图1 本研究测试现场示意图Figure 1. The Schematic Diagram of Test Field

图2 本研究动作阶段划分示意图Figure 2. The Schematic Diagram of Action Phase

3.2 剑速度相关指标

在体育运动中，尤其是同场对抗性项目当中，速度通常是决定胜负的关键因素。在花剑比赛中运动员移动的速度和出剑速度都是决定击剑效果的关键性因素。运动员在前、后方向移动及出剑的速度和加速度越高，对时机把握的越好，进攻得分或躲避进攻的几率也就越高。因此，需要对击剑动作的速度构成特点以及其决定性因素进行深入细致地研究。

对击剑动作的主要运动学及动力学指标和剑峰最大速度进行相关性分析（表3）结果显示，与剑速最大值呈显著相关性的指标有前腿膝、踝关节最大角速度和持剑臂肘关节最大角速度，后腿的蹬伸动作、重心速度以及后腿蹬地力相关指标都和剑锋最大速度未达到显著性相关。由此可以看出，原地弓步刺动作的剑速最大值决定性因素是持剑臂肘关节的角速度，即运动员的持剑臂出剑动作速度决定着剑速峰值的大小，前腿膝踝关节的动作与持剑臂的出剑动作有很高的协同性，这也符合击剑动作前腿快速踢出的要领。

表3 本研究剑速最大值与弓步刺各项指标的相关性一览表Table 3 The Correlation between Sword－Speed and Other Index

对击剑动作的主要运动学及动力学指标和重心最大速度进行相关性分析（表4），结果显示，与重心速度显著性相关的指标包括后腿膝踝关节的角速度最大值和平均角速度、前腿髋关节角速度最大值以及后腿蹬地力相关指标。由此可知，原地弓步刺动作重心速度最大值的决定因素是后腿膝关节的蹬伸速度，后腿蹬伸产生的水平方向力是重心速度提高的关键指标，前腿的快速摆动有力于重心速度的提高，而持剑臂的出剑动作与重心速度最大值相关性不高。在原地弓步刺动作中，决定重心移动速度的指标是后腿的快速蹬伸产生的地面水平方向反作用力，前腿的快速摆动能够提高重心的移动速度。弓步刺动作中前腿腿与后腿腿的协调配合非常重要，前腿的加速摆动相应地会引起重心的前移，提高重心的移动速度。

表4 本研究重心速度最大值与弓步刺各项指标的相关性一览表Table 4 The Correlation between the Centerof Gravity－Speed and Other Index

图3和图4显示，做原地弓步刺动作时，重心从零开始加速，重心速度在动作开始阶段（图3中A段）提升不大，A阶段为弓步刺动作的准备阶段，前腿抬起离地，为后腿的蹬伸做准备，持剑臂保持不动，动作隐蔽性高。

B阶段动作为下肢蹬伸和持剑臂出剑，重心速度的加速度和剑的加速度相比较低。从动作结构来看，重心的加速主要依靠下肢的蹬伸，剑的加速是上肢伸出和下肢蹬伸的共同结果。在B阶段，手相对重心手的运动幅度较大，速度较快，此阶段手对剑速的贡献率比重心高。花剑原地弓步刺动作中重心速度从零开始加速，提升速度与剑速相比较小，在速度曲线上表现为剑速峰值超前重心速度峰值。当出剑动作完成后，剑速开始下降，而在后腿积极蹬伸的作用下，重心速度持续增大。

在C阶段，出剑动作和蹬伸动作都已完成，重心移动速度达到峰值，当前腿着地后，重心速度开始下降。此阶段剑速和重心速度基本一致，在出剑动作完成后此时重心速度决定剑的速度的大小。重心速度对剑速度的贡献率占主导地位。较高的重心移动速度保证了持剑臂的出剑动作完成后剑速继续保持在较高水平上。

图3 本研究剑和重心速度曲线示意图Figure 3. Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed Curve

图4 本研究持剑臂肘关节及双侧膝关节角速度曲线示意图Figure 4. Elbow and Knees Angular Velocity Curve

良好的出剑动作应如图5所示，剑速峰值和重心速度峰值的良好衔接，这样剑速能够在重心速度的基础上达到较高的水平。在技术动作上的表现是出剑动作一气呵成，持剑臂的出剑动作协同前腿的快速前踢，前腿快速踢出的同时后腿快速的蹬伸。

如果出剑动作和后腿的蹬伸动作协同性不好，则会出现剑速曲线出现两个峰值（图6），第一个峰值为出剑动作带来的剑速提高，第二个峰值为后腿的蹬伸，剑速伴随重心移动速度的提高而提高，形成两个剑速波峰之间的速度波谷区。此时，剑速较低，而重心速度刚刚开始提升，在动作上表现为出剑动作已完成，后腿蹬伸和前腿踢出动作才开始，由于是单腿支持时刻，重心无法快速调整，而剑速又较低，很容易被对手抓住机会反击得分。

图5 本研究运动员A剑速重心速度曲线示意图Figure 5. The Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed Curve of A Fencer

图6 本研究运动员B剑速和重心速度曲线示意图Figure 6. The Sword－Speed and the Center of Gravity－Speed of B Fencer

3.3 协调性

李世明等认为，动作协调性是指人体按照技术动作的空间、时间、节奏等要素的要求，人体各器官系统各运动部位协调一致地完成动作。通过运动训练形成的动作协调结构是新的肌肉和关节特定的功能性组合，在神经系统控制下一起活动以产生动作协调模式，从而达到运动动作的目标［3］。Hudson提出动作协调性理论，运动目标不显著或开放性运动链动作协调性应该为环节运动的顺序性，即环节由近端到远端角速度依次达到峰值，突出运动动作的速度；运动目标显著或封闭性运动链动作协调性应该为环节运动的同步性，即各环节的运动角速度同时达到峰值，突出运动动作的准确度［6］。花剑的有效击中面积小，这就要求在保证准确刺中有效得分区域的前提下，尽量提高动作的速度。根据Hudson对协调性的定义，花剑运动属于运动目标显著的项目，其协调性应表现在各环节的运动角速度同时达到峰值，达到出剑击中对手身上得分位置的准确度，因而，要求花剑弓步刺动作中各关节运动具有良好的协调性。

表5为中国国家队男子花剑运动员协同性指标，其中，腕踝差为持剑臂腕关节和同侧踝关节达到最大速度的时间差，膝差为前、后腿膝关节角速度达到最大值的时间差，剑重心差为剑和重心速度达到最大值的时间差。

表5 本研究中国国家队花剑运动员协同性指标一览表Table 5 The Coordination of the Foil National Team

图7、图8显示，运动员A的持剑臂腕关节速度和前腿踝关节速度曲线的同步性较好，而运动员B的持剑臂出剑动作和前腿踢出动作不同步，前腿的动作明显慢于出剑动作。

图7 本研究运动员A的持剑臂腕关节和前腿踝关节速度曲线示意图Figure 7. The Wrist and Ankle Speed Curve of A Fencer

图8 本研究运动员B的持剑臂腕关节和前腿踝关节速度曲线示意图Figure 8. The Wrist and Ankle Speed Curve of A Fencer

根据花剑弓步刺动作的特征，可以使用花剑运动员的持剑臂肘关节与前、后腿膝关节角度联动关系的角－角图来定性分析其弓步刺动作的协调性。

图9为运动员E的肘－膝关节角度联动示意图，阶段A，肘关节角度基本不变，膝关节角度变小，此阶段运动员上半身保持不动，前腿离地，为出剑前的准备阶段。阶段B，肘关节角度和膝关节膝关节角度同步变大，此阶段为运动员持剑臂做出剑动作，前腿同步做前踢动作。阶段C，为弓步刺着地阶段，出剑动作已完成，持剑臂肘关节角度不变，前腿着地后膝关节角度迅速变小。

图9 本研究运动员E的肘－膝角度联动示意图Figure 9. The Mechanical Linkage of the E Fencer’s Elbow and the Knee

图10为运动员F的肘－膝关节角度联动示意图，阶段A，肘关节角度基本不变，膝关节角度变小，为出剑前的准备阶段。阶段B，肘关节角度增大、膝关节角度基本不变，与图9运动员E相比，运动员F在阶段B的并未出现肘－膝关节联动，只是肘关节角度的增大。阶段C，膝关节角度先增大后减小。经过对本次测试的12名运动员的肘－膝关节联动图分析统计发现，有10名运动员的肘膝联动情况较好，有2名运动员的出剑动作完成后再完成前腿踢出的动作。

图10 本研究运动员F的肘－膝角度联动示意图Figure 10. The Mechanical Linkage of the F Fencer’s Elbow and the Knee

图11为运动员E弓步刺动作前、后腿膝关节联动示意图，阶段A，为准备阶段，此时前腿抬起，膝关节角度减小，后腿角度不变。阶段B，前、后腿膝关节角度同时变大，动作表现为前腿做快速前踢动作、后腿做快速蹬伸动作。阶段C，前腿膝关节角度减小，后腿膝关节角度不变，此阶段为前腿的着地阶段。

图12为运动员F弓步刺动作前、后腿膝关节联动示意图，阶段A，为准备阶段，此时前腿抬起，膝关节角度先减小后增大，此阶段前腿先抬腿离地，，而后腿角度不变。阶段B，后腿膝关节角度变大，动作表现为后腿做快速蹬伸动作。而前腿踢出的动作已完成，角度基本不变。阶段C，前腿膝关节角度减小，后腿膝关节角度不变，此阶段为前腿的着地阶段。

图11 本研究运动员E前、后腿膝关节角度联动示意图Figure 11. The Mechanical Linkage of the E Fencer’s Knee

图12 本研究运动员F前、后腿膝关节角度联动示意图Figure 12. The Mechanical Linkage of the F Fencer’s Knee

将图11和图12进行对比分析，运动员E的弓步刺动作中的出剑阶段前、后腿膝关节联动情况良好，而运动员F的前、后腿膝关节运动时刻分离，联动时间很少。

根据以上肘膝关节联动图和前、后膝关节联动图的分析可知良好的弓步刺动作应具有良好的肘膝关节及前、后膝关节联动。标准的弓步刺动作出剑顺序应为，阶段A，前腿微微离地，重心降低——阶段B，持剑臂前伸、前腿快速踢出、后腿快速蹬伸——阶段C，前腿着地，持剑臂保持前伸，其中，要求阶段B的3个动作同步协调进行，而不是分布进行。