摘 要:通過三維高速攝影,對優秀武術套路運動員旋風腳轉體720°接馬步動作進行了分析。結果發現,在助跑階段不是助跑速度越快越好;在起跳階段的緩沖時段,左膝角屈膝幅度、身體重心的下降值和重心水平速度的下降值呈顯著性相關;在起跳階段的前蹬伸時段,右腿著地時腳掌內扣、及時快速蹬伸,幾乎沒有做退讓性動作,同時左腿的加速蹬伸、左臂快速擺動的協調配合是關鍵技術;在起跳階段的后蹬伸時段,右腿蹬伸的幅度更大,兩腿及上肢協調的“蹬擺結合”至關重要。右腳有效制動,可增大人體騰起角度;在騰空階段,里合擊響腿時刻均在人體重心上升時段,接近人體重心最高點。里合擊響腿完成后,需及時雙臂合抱、雙腿伸直使人體盡量成一“直棍”;落地成穩固馬步動作關鍵在于空中轉體完成后盡快伸展肢體,增大人體轉動慣量。
關鍵詞:武術套路;旋風腳轉體720°;馬步;運動生物力學
中圖分類號:G804.68;G852文獻標識碼:A文章編號:1006-7116(2008)08-0106-07
Biodynamical analysis of excellent Wushu routine player’s move of a whirlwind kick with a 720° turn followed by a horse-riding style halt
GAO Li
(School of Physical Education,Ludong University,Yantai 264025,China)
Abstract: By means of 3D high speed photography, the author analyzed excellent Wushu routine player’s move of a whirlwind kick with a 720° turn followed by a horse-riding style halt, and revealed the following findings: the run-up speed at the run-up stage is not the faster the better; during buffering at the take-off stage, the bending angle of the left knee as well as the drop of the center of gravity and the drop of horizontal speed of the center of gravity of the body show significant correlation respectively; during forward kicking at the take-off stage, the sole of right leg bends inward and quickly kicks out in a timely fashion without any concessive move, in the mean time, the harmonious combination of accelerative kicking of the left leg and quick swinging of the left arm is the critical technique; during backward kicking at the take-off stage, it is utmost important to increase the left leg kicking amplitude and finish the “kicking and swinging combination” harmoniously done by the two legs and upper limbs; effective braking of the left leg can increase the jump-up angle of the human body; at the jump-up stage, the moment both legs inwardly bump to make a sound happens in the period when the center of gravity of the human body rises, at a point close to the highest point of the center of gravity of the human body; when the move of both legs inwardly bumping to make a sound is competed, the player should, in a timely fashion, embrace his/her arms and strengthen his/her legs to hold the body like a “straight stick” as much as possible; the key to form a stable house-ridding style halt after landing is to extend the limbs as soon as possible after having finished the turn in the air, so as to increase the moment of inertia of the human body.
Key words: Wushu routine;whirlwind kick with a 720° turn;house-riding style halt;biodynamics
2003年,國家武術運動管理中心新出臺了《武術套路競賽規則》,新規則重點突出了難度動作,并建立了不同動作組別的難度分類,制定了不同等級的難度系數分值,規定了各種各樣的難度組合或難度連接動作[1]。旋風腳轉體720°在新規則中是難度的最高級別——C級難度,有0.4分的加分。而旋風腳轉體720°接馬步又屬于難度連接動作,有0.15分的加分。因而,若運動員在比賽中成功地完成此難度動作,將會得到0.55分的難度加分,這個分值在武術套路競技比賽中舉足輕重。可見,運動員在比賽中能否完成高難度動作直接影響到比賽成績,即完成難度動作的成功率及質量成為制勝的重要因素。對此,本研究對7名優秀套路運動員旋風腳轉體720°接馬步動作進行三維攝像解析,揭示動作特點及運動學規律,為發展和改進套路技術提供理論和實踐的參考。
1研究對象與方法
1)研究對象為優秀武術套路運動員,基本情況見表1。

2)研究方法。
采用兩臺JVC GR-DVL9800攝像機,對7名運動員完成旋風腳轉體720°接馬步動作進行拍攝。拍攝時,左機置于起跳方向的左側,其主光軸對準動作階段中心,拍攝距離12 m;右機也置于起跑方向的左側,并與左機主光軸成82°夾角,其主光軸對準動作階段中心,拍攝距離12.5 m。兩臺攝像機采用外時標(發光二極管)作為同步標記。拍攝速度為50幀/s。用艾立爾運動圖像測量解析系統對技術的錄像進行解析,解析中用日本松井秀治人體模型,所得數據進行數字化濾波平滑處理,截斷頻率6 Hz。使用SPSS11.0統計軟件對所獲得的各項測量數據進行統計處理。
2測試結果和分析
為了分析動作的方便和需要,把全套動作定義為4個階段7個時相:助跑階段(從起動時相到左腳著地時相)、起跳階段(從左腳著地時相到右腳離地時相,其中經過右腳著地時相、左腳離地時相)、騰空階段(從右腳離地時相到左腳著地時相)、落地階段(從左腳著地時相到馬步動作時相)。
2.1助跑階段
競技武術套路比賽中,空翻轉體720°類動作一般都采用助跑來連接,助跑階段動作的主要效果就是人體需獲得一個適宜的水平速度,為后續起跳動作的完成作好準備[2]。
旋風腳轉體720°接馬步動作助跑階段最后一步是左腳快速跨步,右臂向上向后擺至頭部后上方,左臂隨之擺臂并收至右胸前。通過解析發現:7名運動員左腳著地時刻,重心水平速度為(1.27±0.89)m/s,可見,重心水平速度的離散程度非常大,周左腳著地時刻,重心水平速度達到最大3.09 m/s;夏、侯次之(1.38和1.48 m/s),謝和白最小,分別為0.47、0.51 m/s。但從后續完成動作的情況來看,夏、侯左腳著地時刻雖然獲得了較大的重心水平速度,但完成整個動作不夠理想,而謝和白助跑階段獲得的重心水平速度雖較小,但整個動作的完成情況較好。上述結果揭示:助跑階段結束時獲得的重心水平速度并不是越大越好,它對后續動作的完成不產生決定性的影響。
2.2起跳階段
根據起跳技術的特點,將起跳技術分為2個時段:分別稱為緩沖時段(t1)、蹬伸時段(t2),t1—左腳著地時刻至身體重心在最低點時刻;t2—身體重心最低點時刻至右腳離地時刻。
1)緩沖時段。
由表2可知,在助跑最后一步左腿(擺動腿)支撐過程的緩沖時段,運動員身體重心高度、重心水平速度和左膝角都有一定的下降。7名運動員身體重心高度下降值為(0.09±0.02) m,重心水平速度下降值為(0.48±0.45) m/s,左膝角屈膝幅度為(19.62±12.67)°。經檢驗,緩沖時段,左膝角屈膝幅度、身體重心的下降值和重心水平速度的下降值分別呈顯著性相關(r=0.98,P<0.01;r=0.98,P<0.01),即左膝角的屈膝幅度越大,重心高度下降得越多,重心水平速度損失越大。重心水平速度的下降主要是左腳著地時對地面產生的摩擦力引起的制動與支撐反作用力在水平方向的分力造成的。此時,若左膝屈膝幅度增大,身體重心下降幅度自然也就越大,重心水平速度損失也就越多,但一部分損失的水平速度可通過左腿的退讓性收縮以肌肉彈性勢能的形式儲備起來,在蹬伸階段再釋放出來,為身體重心運動方向提早轉變和垂直速度積累創造有利條件。這一點,從運動員重心水平速度的下降值與左腳離地時刻重心垂直速度之間存在顯著性相關關系(r=0.85,P<0.01)中得以驗證。以上分析表明,此時段可適當加大左膝的緩沖幅度,一方面保證了良好的制動效果,使助跑的動能更好地轉化為左腿伸肌的彈性勢能,從而使左腿在蹬伸時發揮更大的蹬伸力量;另一方面也可以有效地增加蹬伸距離,提高蹬離地時刻垂直速度。

2)蹬伸時段。
為了更深入分析此時段人體運動學特征,依照該技術起跳動作的順序,把蹬伸時段又分為前蹬伸時段(從身體重心最低點時刻到左腳離地時刻,其中經過了右腳著地時刻)和后蹬伸時段(從左腳離地時刻到右腳離地時刻)。
(1)前蹬伸時段左腿膝關節角度。
由表3可知,7名運動員身體重心最低點時刻左膝角為(119.74±20.83)°,這時,左腿以腳內側牢固支撐積極蹬伸,膝角開始增大,當右腳著地時左膝角為(139.26±14.17)°,在左腳離地時,膝角為(164.93±4.19)°,其蹬伸幅度為(45.19±21.48)°,重心垂直速度為(1.91±0.35) m/s。經檢驗,前蹬伸時段左膝蹬伸幅度與左腳離地時刻重心垂直速度呈顯著性正相關(r=0.95,P<0.01),說明前蹬伸時段左膝蹬伸幅度越大,左腳離地時刻重心垂直速度也越大。此外,左腿這一積極主動的蹬伸動作,能快速推動髖部和身體重心前移,這對于起跳時獲得較大的沖量和右腿迅速踏上起跳點有著十分重要的意義。前蹬伸時段身體重心前移水平距離和重心水平速度分別為(0.18±0.08) m和(2.21±0.81) m/s。經檢驗,前蹬伸時段身體重心前移水平距離和左腳離地時刻重心水平速度呈顯著性相關(r=0.98,P<0.01),這表明前蹬伸時段左腿蹬伸越充分,身體重心前移水平距離越大,越有利于獲得較大的重心水平速度。周、唐、程、夏在前蹬伸時段充分發揮了左腿的積極作用,為后繼右腿踏上起跳點后能迅速過渡到蹬伸動作及左腿的盡早擺動創造有利條件。謝等運動員均有不同程度的差距,原因主要是左腿蹬伸動作不積極,這對于提高重心速度以及調整起跳時良好的身體姿態極為不利。

1)φ1—身體重心最低點時左膝角;φ2—右腳著地時左膝角;φ3—左腳離地時左膝角;φ—左膝角蹬伸幅度;vy—左腳離地時重心垂直速度;
s—身體重心前移水平距離;vx—左腳離地時重心水平速度
結合前面分析可知,運動員身體重心前移是人體慣性和通過左膝關節的蹬伸動作來實現的,左腳離地時刻,7名運動員膝關節角度相差不多,均值為(164.93±4.19)°。因此,蹬伸幅度與左腳著地緩沖時刻膝關節彎曲的程度相關。建議運動員在訓練中,要適當加強腿部肌群力量的發展。
(2)前蹬伸時段右腿膝關節角度。
助跑最后一步結束左腿支撐過程中,右腿的擺動與進入起跳的著地方式直接影響起跳效果,這個技術動作完成的好壞直接影響后續蹬伸動作的完成質量。運動員從緩沖動作結束后,右腿膝關節即開始伸展,右腳著地時刻,7名運動員膝角為(127.09±7.41)°,與重心最低點時刻相比分別增加了(16.57±12.26)°,左腳離地時刻膝角為(127.43±2.22)°,其蹬伸幅度為(16.91±18.93)°,此時身體重心獲得的垂直速度為(1.91±0.35) m/s。運動員在左腿支撐過程中,右腿積極主動上步,上步時前腳掌積極內扣,由腳外側向前下方搓地并快速過渡到全腳掌及時蹬伸。這種起跳方式使右腳著地瞬間產生了積極制動,人體的慣性和右腿的制動效應形成了小腿繞踝關節、大腿繞膝關節、軀干繞髖關節轉動的角動量,加之左腿、兩臂向外的擺動動作及軀干向左擰轉,這一特點可說明運動員為起跳形成人體繞垂直軸轉動的動量矩提供初始條件。此外,這種起跳方式充分利用右腳著地瞬間產生的制動效應使右腳在踏跳時右腳掌與地面形成良好的擰轉蹬地,從而使右腳踏上起跳點后能迅速進行蹬伸,改變了身體運動的方向,并提高了動作速度,為起跳創造前提條件。經檢驗,前蹬伸時段右膝蹬伸幅度與左腳離地時刻重心垂直速度呈顯著性相關(r=0.92,P<0.01),這說明,右膝蹬伸幅度越大,蹬伸動作越充分,左腳離地時刻獲得的重心垂直速度越大。
(3)前蹬伸時段兩臂擺動速度。
從表4可知,前蹬伸時段,左右兩臂擺動呈現不同的變化規律。從重心最低點時刻至右腳著地時刻,左右兩臂擺動速度不斷增大,當右腳著地時左右兩臂擺速分別為(8.64±1.47)、(9.33±1.73) m/s。結合前面分析可知,從重心最低點時刻至右腳著地時刻,運動員通過左腿的積極蹬伸,配合兩臂的加速擺動,推動身體重心前移,為右腿積極快速地邁向起跳點創造有利條件。周、唐、程、夏蹬伸動作較充分,加之左右兩臂的擺動速度大于其它運動員,這表明周等運動員充分利用兩臂的擺動進行起跳的能力強于其它運動員。從右腳著地之后,左臂的擺速持續增大,當左腳離地時擺速達到最大(10.21±2.24) m/s,而右臂擺速則呈現減小的趨勢,隨著左腳蹬離地面結束,右臂擺速降至(7.01±1.51) m/s。經檢驗,左腳離地時刻,左臂的擺速與此時刻重心水平速度呈顯著性的正相關(r=0.97,P<0.01)。說明左臂擺動速度越大,左腳離地時刻重心水平速度就越大。可見,運動員從右腳著地至左腳離地時刻通過左臂的快速擺動使身體重心水平速度得到最大的提高,同時以減小右臂擺動速度來維持身體平衡。

1)v1:左臂擺動速度;v2:右臂擺動速度
綜上所述,在起跳動作的前蹬伸時段,運動員主要是通過左臂的加速擺臂使身體重心水平速度明顯增大,并且在左腳離時時刻達到最大值,而身體重心垂直速度也增大是通過右腿的及時蹬伸以及左腿的蹬伸動作來實現的,并且初步獲得了轉體的力矩,即旋風腳轉體720°動作進入騰空轉體階段獲得的動力源是由起跳時人體繞垂直軸轉動的角動量和起跳過程中蹬伸時支撐反作用力所提供的偏心推力(沖量矩)所組成。這是該技術動作表現出的顯著特點之一。因此,在前蹬伸時段,右腳著地時腳掌內扣,及時快速蹬伸;左腿的加速蹬伸;左臂的快速擺動這3個主要環節的協調配合是完成旋風腳轉體720°接馬步動作起跳的最關鍵技術。
(4)后蹬伸時段右腿膝關節角度。
由表5可知,7名運動員左腳離地時刻右膝角為(127.43±2.22)°,右腳離地時刻膝角為(157.46±9.55)°,其蹬伸幅度(30.03±10.60)°,比前蹬伸時段右膝關節角度增幅大約13°,即后蹬伸時期速度更快,比前蹬伸更重要。右腳離地時刻,重心垂直速度為(3.40±0.28) m/s。經檢驗,在后蹬伸時段中,右膝蹬伸幅度與右腳離地時重心垂直速度呈顯著性相關(r=0.97、P<0.01)。謝、白在后蹬伸過程中右腿蹬伸充分,其蹬伸幅度較大,右腳離地時刻垂直速度也較大,分別為3.51、3.78 m/s。而夏、侯由于蹬伸動作不充分,所以離地時刻垂直速度較小,分別為3.12 m/s、3.07 m/s。

1)φ3—左腳離地時刻右膝角;φ4—右腳離地時刻右膝角;φ—右膝蹬伸幅度;vy—右腳離地時刻重心垂直速度
(5)后蹬伸時段兩臂、左腿的擺動效果。
后蹬伸時段7名運動員左臂的擺動速度開始下降,右臂擺動速度也持續下降,從左腳離地時刻到右腳離地時刻其下降值分別為(4.48±2.15)、(2.05±1.22) m/s(見表6)。根據生物力學原理,左右臂制動后,動量發生了傳遞和轉移,減少了起跳腿的肌肉負荷,使肌肉收縮的速度提高。從這點上來講,7名運動員兩臂的擺動動作是基本符合技術動作的要求的。但右腳離地時刻雙臂的制動還需加強。

1)V1—左臂擺動速度;V2—右臂擺動速度;V3—左腿擺動速度
旋風腳轉體720°接馬步動作的后蹬伸時段,左腿的擺動動作直接影響右腿的起跳蹬地效果,左腿的用力擺動引起的加速度可以增大右腿對地面的蹬力。我們從左腿速度的增大來判斷左腿加速擺動的情況,由表6可知:右腳離地之前,7名運動員左腿的擺動速度最大為(10.93±2.45) m/s,周、唐、謝、白、程左腿的擺速較大,他們在有限的擺動空間下,擺動動作果斷有力,增大了右腿對地面的壓力,有利于右腿蹬伸動作的進行。而夏、候擺腿速度相對較低,分別為9.57、8.54 m/s,說明這2名運動員左腿的擺動動作對右腿蹬伸力所產生的作用也相對較小,因而右腳離地時垂直速度也相對較低。經檢驗,左腿的加速外擺與右腳離地時重心垂直速度呈顯著性相關(r=0.79,P<0.05),說明在后蹬伸時段中,擺腿速度越大,踏跳效果越明顯,右腳離地時刻重心垂直速度就越大。
從表6可知,上述7名運動員均是在右腿未蹬離地面時,左腿的擺速便開始下降,均值為(8.11±0.65) m/s。7人比較分析,謝、白在后蹬伸時段能充分發揮左腿的擺動作用以及加強右腿的蹬伸動作,從而彌補了前蹬伸時段技術動作的相對不足。而夏、侯雖然在前蹬伸時段較好的完成了技術動作,但在后蹬伸時段沒能充分發揮左腿的擺動作用及加強右腿的蹬伸動作,建議夏、侯加強左腿的擺動和右腿的蹬伸。
綜上所述,在后蹬伸時段,左腿的加速擺動和適時的減速制動以及左臂的及時制動能增大右腿的蹬地力量和轉體力矩。而右腿的蹬伸效果直接影響離地時刻身體重心的騰起初速度。可見,兩腿及上肢協調的“蹬擺結合”至關重要。
(6)騰起角度。
騰起角度是指人體在右腳離地時刻,人體重心的速度方向與水平面的夾角。
7名運動員右腳離地時刻,重心騰起角度為(72.60±6.67)°(周、唐、謝、白、程、夏、侯分別為69.60、70.40、80.60、83.50、69.40、67.70和66.00(°)。)白在右腳離地時刻,水平速度的下降率最大(74.2%),因而騰起角最大(83.50°),騰起垂直初速度最大(3.78 m/s);謝重心垂直速度為3.51 m/s(見表6),略小于周、唐,而謝重心騰起的角度80.6°卻大于周、唐,這是因為在起跳離地時刻,謝水平速度的下降率(69.3%)大于周、唐(63.1%、55%)的緣故,也就是說,謝在起跳階段的動作技術沒有周、唐好,能獲得這樣的騰起角度是與由于較大的水平速度下降率的結果。侯在起跳過程中水平速度下降率較小(19.4%),因而,騰起角度和垂直速度較小,分別為66.0°和3.07 m/s。可見,右腿的制動效果好,人體水平速度下降率大,對增大起跳騰起角度起了重要作用。
2.3騰空階段
騰空階段從右腿離地時刻到左腿著地時刻,是體現動作難度和發揮技術水平的主要部分。騰空高度是完成旋風腳轉體720°的前提條件。7名運動員右腳離地時刻重心高度(0.91±0.02) m。完成里合擊響腿時刻重心上升高度為(1.48±0.10) m,與重心騰起最大高度(1.49±0.10) m比較,兩者差異極小(見表7),即完成擊響腿動作時刻,重心幾乎達到騰起的最大高度,這是完全符合動作本身的要求。

旋風腳轉體720°接馬步動作的空中身體動作成為影響轉體720°的重要因素。從運動生物力學視角分析:人體進入騰空階段,身體只受重力作用(忽略空氣阻力),無論空中動作形式如何復雜都必須遵循角動量守恒定律。(Iω=恒量),亦即轉動慣量I和角速度ω的乘積守恒。可見,騰空狀態要想加快轉體的角速度,只有通過改變轉動慣量來實現。因此,運動員只有在空中通過改變肢體位置來減小人體轉動慣量,加快轉速,完成720°轉體。
由表8可知,7名運動員左、右肩角均有變化。周、唐左肩角度在減小,周從110.51°減小到85.66°,唐從110.16°減小到88.16°;白、程左肩角度在增加,白從101.12°增加到122.74°,程從95.55°增加到126.53°;而其它4名運動員右肩角度在減小,說明,他們在里合擊響腿結束時,兩臂快速向身體垂直軸靠攏,周、唐2名運動員采用兩臂在體前交叉合抱的姿勢,而白、程2名運動員則采用了左臂上,右臂胸前屈抱的姿勢。并且,周、唐、白、程此時髖角較大,說明里合擊響腿結束后,右腿也快速向身體靠攏。不管采用那一種兩臂合抱的身體姿勢,上述四名運動員都通過身體環節靠近垂直軸,從而減小了身體繞垂直軸的轉動慣量,增加了轉動的角速度。而謝、夏、侯3名運動員,兩臂肩角變化不太大,髖角也較小,在完成里合擊響腿之后,兩臂沒能迅速向身體靠攏,右腿的下擺幅度較小,即身體質量分布離轉軸較遠,因而,轉動慣量較大,轉體角速度較小,不利于后面動作的完成。可見里合擊響腿完成后,需及時雙臂合抱,雙腿伸直使人體盡量成一“直棍”,加快轉體完成720°。

2.4落地階段
落地階段從左腳著地時刻到馬步動作完成時刻。從技術上講,要求運動員在轉體720°后,上、下肢及時打開,增大人體轉動慣量,減小轉速,然后上體配合下肢做好緩沖,盡量使腳少移動或跳動,形成穩固的馬步動作。
轉體結束后,身體重心距離地面的高度越高,運動員完成馬步動作的時間和空間越充裕,上、下肢就能及時伸展,有利于落地動作的完成。轉體結束時身體重心距地面高度7人平均值約1.10 m左右。
3結論
通過以上討論分析,得到以下結論與建議:
1)在助跑階段不是助跑速度越快越好,7人重心水平速度為(1.27±0.89) m/s。
2)在起跳階段的緩沖時段,左膝角屈膝幅度、身體重心的下降值和重心水平速度的下降值分別呈顯著性相關。重心高度的下降主要是通過左腿屈膝動作來完成的,7人身體重心下降(0.09±0.02) m,保證人體起跳時有一定的做功距離,重心水平速度的下降大小對后繼起跳動作影響不是太大。
在起跳階段的蹬伸時段中,前蹬伸時段左膝和右膝蹬伸幅度越大,左腳離地時刻重心垂直速度就越大。7名運動員左腳離地時刻左膝角為(164.93±4.19)°,蹬伸幅度為(45.19±21.48)°。右膝角為(127.43±2.22)°,蹬伸幅度為(16.91±18.93)°,人體重心垂直速度為(1.91±0.35) m/s。建議運動員在訓練中,要適當加強下肢蹬伸肌群力量的發展;左腳離地時刻,左臂擺動速度越大,左腳離地時刻重心水平速度就越大,7人左臂擺動速度為(10.20±2.24) m/s,重心水平速度為2.21±0.81m/s;右腿著地時腳掌內扣,及時快速蹬伸、幾乎沒有做退讓性工作,同時左腿的加速蹬伸和擺動,左臂快速擺動的協調配合是關鍵技術。
后蹬伸時段,右膝角增大較多,右腳離地時刻膝角達到(157.46±9.55)°,增大了(30.03±10.60)°,右膝蹬伸幅度與重心垂直速度呈相關;在后蹬伸時段,左臂速度開始下降,下降值為(4.48±2.15) m/s,而左腿擺速在增加,在右腳離地之前,擺速達到最大(10.93±2.45) m/s,隨后,左腿的擺速開始下降,當右腳離地時刻擺動速度下降為(8.11±0.65) m/s。后蹬伸時段右腿蹬伸幅度更大,兩腿及上肢協調的“蹬擺結合”至關重要;右腳的有效制動可增大人體騰起角度。7人離地時刻騰起角度為(72.60±6.67)°。
3)在騰空階段,7名運動員里合擊響腿時刻均在人體重心上升時段,接近人體重心最高點,里合擊響腿結束后,需及時雙臂合抱、兩腿伸直盡量使人體成一“直棍”,快速完成720°轉體。
4)在落地階段,完成穩固馬步動作關鍵在于空中轉體完成后盡快伸展肢體,增大人體的轉動慣量,轉體結束時身體重心距地面高度約1.10 m左右。
致謝:本論文得到成都體育學院武術系張選惠教授、運動生物力學教研室周繼和教授的精心指導,在此表示誠摯的謝意!
參考文獻:
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[編輯:李壽榮]