科技為體育插上翅膀（之三）

王　芳

僅僅靠運動員和教練員的汗水取得優異成績的時代已經過去，以科技手段促進成績進步，標志科技體育時代的到來。各種現代科技理論，如系統論、信息論和控制論廣泛應用到運動訓練中。據俄羅斯學者統計，有150多項指標影響運動員成績，分屬遺傳學、醫學、形態學、營養學、生理學、解剖學、生化學、生物力學、組織學、管理學、教育學等不同學科。激光技術、電子技術、計算機技術等高科技的尖端技術在運動訓練中得到廣泛運用，從運動員選材到沖刺世界紀錄無一不留下高科技的烙印。

世界紀景因姿勢而改變

人類對運動極限的突破有時僅僅是改變一下運動姿勢的結果！可千萬不要小看了這些小小的改變，變化雖小，里面可包含了人體動力學、生物力學、運動仿生學等“多多”的深奧理論呢！

1896年4月10日是第一屆奧運會男子百米賽跑決賽的日子，當時的短跑比賽并未規定統一的起跑姿勢，因此起跑線上的5位選手各自拉開架勢，準備出發。選手中，第四道，美國選手伯克的起跑姿勢最為引人注目：他雙手手心向下按在地上，兩腿前后分開，兩腳的地方挖了兩個小坑，俯身弓腰，臀部高高抬起，觀眾對伯克標新立異的起跑姿勢感到非常好奇，他們議論紛紛，哄笑不已，甚至有人認為照這樣蹲著起跑非摔跤不可!但之后的事情讓人們大跌眼鏡：只見伯克第一個從起跑線飛出，最終以12秒奪得了冠軍!

生物力學知識能給出伯克“蹲踞式”起跑姿勢合理的科學解釋。通過對蹲踞式起跑姿勢和站立式起跑姿勢的生物力學對比分析發現：蹲踞式起跑姿勢和站立式起跑姿勢中肌肉用力順序是不相同的，蹲踞式起跑中水平支撐反作用力明顯大于站立式起跑時的水平支撐反作用力，蹲踞式起跑時獲得的水平后蹬力遠大于站立式起跑所獲得水平后蹬力，將使加速過程增快，能在較短的時間內達到最大速度。

伯克取得的巨大成功證實了蹲踞式起跑姿勢的優越性和科學性，推動了這項技術的傳播和普及，后來，經過不斷改進和完善，蹲踞式起跑方法成為現代田徑運動中短跑項目的統一起跑方法，人類的短跑世界紀錄也在這種起跑的幫助下不斷提高。

另一個因動作姿勢改變而不斷創造新紀錄的經典事例發生在跳高項目中。從運動成績的角度看，一部現代跳高運動史其實也是一部跳高姿勢的演化史，跳高成績的每一次飛躍都與運動員尋求更加科學的跳高姿勢密切相關：1876年英國運動員布魯克斯采用跨越式跳高姿勢首先突破1.83米大關：1887年，美國選手佩基以改良過的剪式跳高姿勢成功越過1.93米的高度；1895年，美國選手斯文尼斯以東方滾式跳高姿勢創造出1.97米的世界記錄；1912年，美國選手赫瑞尼采用西方滾式的跳高姿勢成為世界上第一個跳過2米高度的人；1941年，美國選手斯蒂爾以俯臥式跳高姿勢跳過2.11米……

1968年墨西哥奧運會上，在那個俯臥式姿勢還占統治地位的時代，美國運動員理查德·福斯伯憑借自己創造的背越式姿勢一舉躍過了2.24米的高度，它距當時2.25米的世界紀錄僅差1厘米。背躍式跳高姿勢自然地利用了人體高度與彈跳的關系，只要腳有足夠的力量和借助跑步的飛躍，人的頭部能先越過去的地方，全身也能飛躍過去。這個符合人體工程學和人體力學原理的創新姿勢使人類跳高的極限在此后幾十年間上升了20厘米，達到2.45米。

結合運動力學和人體工程學原理的游泳姿勢的改變使人類游得更快。早期的奧運會游泳比賽并不是像和今天一樣按照不同泳姿分項比賽，而是只按比賽的長度來分項的，當時運動員以側泳泳姿為主。在1912年斯德哥爾摩奧運會上，來自夏威夷的美國選手杜克·卡哈納莫庫首次采用了自由泳泳姿，結果他將100米泳的世界紀錄整整提高了5秒。這個成績在當時簡直令人難以置信，賽后裁判們把他的游泳距離反復測算了4遍才承認成績有效。從此以后，自由泳泳姿在全球普及開來。

讓看慣了固定姿勢運動的人接受新的姿勢真不是件容易的事，但誰又能擔保未來一個又一個有著科學依據的“怪異”姿勢不會一次又一次地讓人類的運動成績更高、更快呢?

世界紀錄高原制造

上世紀60年代，非洲的肯尼亞、坦桑尼亞等國的運動員開始了對國際長跑比賽的長期統治，由于他們居住和訓練地都在東非高原，因此引發了人們對海拔高度與人體及運動成績關系的關注。

正當人們紛紛推測在一定海拔高度進行訓練將可能會有助于提高耐力運動成績時，1963年，國際奧委會決定，第19屆奧運會將于1968年在海拔高度為2240米的墨西哥城舉行。高海拔使人們對生活在平原地區的運動員能否適應自然環境，能否發揮出最佳競技狀態表現出很大的憂慮。

不出人們所料，在墨西哥城奧運會上，果真有一部分運動員因不適應這里的高原環境而導致運動成績不理想，然而令人難以置信的是，這屆本不被人們“看好”的奧運會竟然“集中”誕生了一批“高齡”世界紀錄：美國選手海因斯以9秒9打破男子100米世界紀錄，這一紀錄保持了15年之久；男子200米決賽中，美國選手托姆·史密斯以19秒8首破20秒大關，這一紀錄保持的時間是11年：男子400米跑世界紀錄被美國選手李·伊萬斯打破，成績是43秒86，它在10年之后才得以被改寫：男子跳遠比賽中，美國著名選手鮑勃·比蒙跳出“世紀一跳”——8米90，超出當時世界紀錄整整55厘米，這項驚人紀錄保持了23年，成為田徑世界紀錄中有數的幾個“老資格”紀錄之一，直到1991年才被美國名將鮑威爾打破。

在輝煌成績之外，在奧運會結束后更發生了一些令人迷惑的事情：很多在奧運會時狀態不佳的運動員，他們在回到平原地區后不久，竟然紛紛達到了本人的最佳競技狀態!

因為這些奇怪現象的發生，高原環境與運動成績間的關系引起了人們深入的思考，人們由此發現了自然環境對運動成績的影響以及如何利用高原環境對運動員進行特殊訓練的新型訓練手段。

物理學知識告訴我們，重力隨高度上升而減小，高度每上升1000米，加速度每秒可提高0.3厘米。這樣，從理論上分析，一些運動項目如果在高原上比賽，運動能力的發揮可能要更高一些。比如，根據彈道學計算原理，在相當于墨西哥城的海拔高度推鉛球時成績可提高6厘米，鏈球可提高53厘米，標槍69厘米，鐵餅62厘米。另一方面，隨著高度的增加，空氣逐漸稀薄，空氣阻力也隨之減小。經測算，在1829米的高度，空氣密度將減低19.9％：在2398米高度，空氣密度將減低25.7％。空氣阻力的減小對于短

跑、跳遠等項目有著“意想不到”的好處。

1984年，意大利體育記者吉奧·阿普雷里諾在一家體育雜志上發表了一項新穎獨特的見解，認為在今后所有的大型比賽上，要將成績、風速、體育場地海拔高度以及空氣的溫度、濕度和壓力準確記錄在案，然后研究制訂出各項常數，以此來對選手的成績進行換算，把那些有助于或妨礙運動員出成績的各種因素除掉或加上。他的觀點得到了一些物理學家和地理學家的支持，也引起了國際業余田徑聯合會的重視。1987年，在意大利羅馬召開的國際業余田聯成立75周年大會上，當時的國際業余田聯主席內比奧羅將阿普雷里諾的這一建議提交大會進行了討論。

現在，人們根據物理學知識，可以很容易地計算出影響田徑運動員比賽成績的各種天氣、地理因素，并揭示出他們之間的關系。只要將比賽時的風速情況按照順風、逆風分列開來，再列出比賽時的空氣濕度、溫度及比賽場地的海拔高度等影響比賽成績的因素，將其與運動成績的關系進行換算，就可以制成換算表格。按照這一方法，在任何時間和地點，在任何氣候條件下創造的運動成績，只要查對一下換算表，就可以知道其在外部極端標準下的真正成績。如果把比蒙在創造“世界一跳”時的環境因素考慮進去，按照阿普雷里諾換算方法換算的話，那么比蒙這一跳的實際成績應該修正為8.58米!

如果從地理學和人體科學的角度分析，利用高原環境進行運動訓練也有著充分的科學依據。高原自然環境總的特點是低氣壓、低氧、風沙大、日照時間長、日夜溫差大、太陽輻射量和紫外線輻射量及宇宙射線輻射量高。人體生理學研究表明，在海拔2000米左右的高原地帶，運動員即使在沒有訓練負荷的情況下，有氧代謝系統仍要承受著一定的負荷，這樣，經過一段時期，運動員的機體就會發生適應性變化，再加上進行系統訓練，運動員機體內的血紅蛋白、白細胞和血球容積等將大大增加，人體耐酸能力也因此得到相應提高，從而可以在短時期內迅速提高運動員的訓練水平。

今天，高原訓練的方法已經被廣泛采用在備戰奧運會的訓練中。1992年巴塞羅那奧運會游泳比賽有一半以上共計93塊獎牌的獲得者都在美國海拔高度2134米的弗拉格斯塔高原訓練基地訓練過，1996年亞特蘭大奧運會，金牌總數排在前八位的美國、俄羅斯、德國、中國等國家均在不同程度上派遣運動員在奧運會前進行了高原訓練。

計算機“算”出來的冠軍

體育科學研究者們普遍認為有兩個變量能夠幫助優秀運動員不斷創造佳績：一個是體育運動器材。另一個就是人類自己的身體。在傳統的體育訓練中，運動員運動技巧的改進主要是依靠教練員和運動員的自身經驗，而當先進的計算機、高速攝影機、電子傳感器等高科技設備進入體育領域之后，這種被動的局面發生了革命性的改變。

計算機在體育訓練領域大顯身手的第一個產物是對運動員的動作技術分析。20世紀70年代末，開風氣之先的美國研制出一種指導投擲運動員進行訓練的計算機系統，此系統能用高速攝像機拍攝下運動員的連續運動過程，并迅速進行數據處理，用圖像反映出投擲物(標槍、鐵餅)出手后幾秒內的運動軌跡和狀態，顯示出加速度、速度、角度、角速度等各種運動參數，還能將實際參數與計算機的優化數據進行比較，指導運動員及時改進動作，進而提高成績。

這套近乎“完美”的系統在實踐中取得了極大的成功。美國鐵餅運動員馬克·威爾金斯在1976年奧運會前的最好成績是66.78米，此后計算機專家和田徑教練員利用這套系統對他的技術動作進行了“會診”。計算分析后發現，威爾金斯的技術動作中有兩處不合理，一是旋轉時鞋與地面摩擦系數過大，消耗了一部分能量：二是膝關節支撐技術有點小毛病。專家們認為，如果這兩條都能有所改進的話，威爾金斯保持的世界紀錄還將能提高3米!之后，威爾金斯根據專家建議的方法進行訓練，真的將自己保持的世界紀錄由66.78米提高到70.86米!這個實例鼓舞了很多人，并由此產生了一個意氣風發的口號“我們設計成績”!

長期以來，選材的依據是教練員的眼光。而通常說來，眼光這東西富于經驗性，缺乏科學性，或者說缺乏由科學性所支撐的預見性，難以判斷那些不大起眼的男孩與女孩，日后哪一個會出落成翱翔藍天的天鵝，因此，在奧運會歷史中不乏“丑小鴨”的故事。

當計算機技術被廣泛應用于訓練領域后，單靠眼光和經驗挑苗子的做法已經落伍了。從運動訓練學角度來看，選材的實質就是根據基礎數據指標做出預測，面對大面積選材來說，被調查對象成百上千，原始數據動輒上萬，若用人工統計，工程量浩繁，而如果用計算機程序，在輸入原始數據后，很快就能得到結果。計算機選材系統能夠對被測者進行各種生理和心理的測試，為選擇運動員提供攝氧量、神經類型、身高趨勢、營養狀況等科學指標，通過對各項指標的綜合判定，決定取舍。

80年代末期，日本內海運動電腦公司在順天堂大學體力測定研究室、運動生理學研究室、田徑研究室等各研究室和東京大學醫務電子研究室的指導下，研制出一種可以提供運動適用性診斷和訓練處方的計算機。為了尋求運動的“適應度”、“可塑度”，研制中輸入了曾參與東京和莫斯科奧運會的大約4000名運動員的體型和體能資料。使用者將自己的年齡、性別、身高、體重、胸圍、反復橫跳、垂直跳等12項資料輸入計算機，屏幕上就會出現最適合你的運動項目是什么，其次是什么，再其次是什么的答復。

這家公司曾用這套系統對優秀馬拉松運動員宗茂做了診斷。當時輸入的資料是：身高178厘米，體重6l千克，胸圍87厘米。反復橫跳44次，垂直跳54厘米，背肌140千克，握力49千克，俯臥上體抬起56厘米，站立前屈11厘米，肺活量5320毫升。結果，屏幕上顯示宗茂對28個項目的適應度和可塑度，而馬拉松在28個項目中顯出最高值，其次是競走。說明宗茂如果選擇競走，也有可能成為優秀運動員。這種“選材計算機”在漢城奧運會上大受歡迎。

當然，真正的計算機選材決不像這個系統這么簡單，它主要還是通過對被測試者的各種心理、生理指標進行分析，根據內定的標準和統計規律決定取舍或給出結論。(文章代碼：0818)

[責任編輯]常汝先