排球運動員急停起跳環節的生物力學分析

張海斌，葛春林，王 鋒

在決定排球比賽勝負的諸多要素中，運動員扣球、攔網、跳發球、跳傳球等技術的發揮水平起著關鍵作用，這些技術的完美表現和成功運用不但能贏得領先的比分優勢，還可以極大的鼓舞隊員士氣，使本隊占據比賽的主動優勢[1-2]。然而，這些技術的完美發揮在很大程度上取決于之前的急停起跳環節。

科學合理的完成急停起跳環節不僅是出色完成扣球、攔網、跳發球、跳傳球等技術所必不可少的關鍵階段，也是運動員獲得較好起跳高度的關鍵實施環節。高度作為現代排球對抗的第一要素，在網上的爭斗中發揮著重要作用，誰有了高度誰就有了比賽的制空權，高空優勢左右比賽的勝負已成為現代排球的一個顯著特點[3]。然而，在起跳高度上，與彈跳能力高、力量超群的歐美強隊相比，我國排球運動員確實存在著一些差距。造成這種差距的原因有很多，但是在很大程度上還在于后天訓練效果不夠理想[4]。我國大多數排球運動員在訓練過程中對急停起跳環節的專項化認知不夠到位，導致運動員在訓練內容和方法上不能很好的結合排球比賽特點來進行訓練。

本文從運動學、動力學以及肌電上詳細分析排球運動員的急停起跳環節，以便排球運動員及教練員能夠更好地結合比賽的特點進行更加專項化的訓練，為運動員在比賽中能夠取得理想的起跳高度而提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本文采用排球室內場地的4號位作為測試區域，以12名女排隊員在4號位扣球環節中的急停起跳動作為研究對象。被試為排球一級水平專業女運動員，年齡為20～23歲，身高為181～191 cm，體重為71～83 kg，從事專業運動年限為3～6年。在測試之前，對所有被試均進行了較為嚴格的體格檢測，確定被試均無下肢病史，且2周之內無大強度比賽，以及測試當天的體能狀態良好。

1.2 研究方法

1.2.1 動力學測試 在室內排球場地的4號位放置4塊kistler三維測力臺，現場放置2個數據采集器和1臺筆記本。在正式開始測試前，將設備連接好并進行調試。將測力臺的測試頻率設置為1 000 Hz，被試站在左側邊線且距中線6 m處開始起跑，跑動方向與左側邊線成30°夾角。經過加速跑后，雙腳落入三維測力臺時進行急停起跳并完成扣球動作，每名被試順利并高質量地完成6次。

1.2.2 運動學測試 選用2臺松下AG-HMC83MCU高速攝像機，一套三維DLT框架。調整好框架的水平面和垂直面，將一臺攝像機放在排球場中線的延長線上，鏡頭中心線與中線的夾角為40°，面向4號位，另一臺攝像機位于1號位的右方，鏡頭中心線與場地右邊線的夾角為30°。攝像機高度為135 cm，拍攝頻率60幀/s。正式測試之前，每名被試試扣球3次以便適應測試環境。試扣結束后進入正式測量階段，2臺攝像機記錄下被試的運動全過程，被試助跑后在測力臺上急停跳起并完成扣球動作，均獨立完成6次。

1.2.3 表面肌電測試 使用ME6000表面肌電測試儀采集被試的肌電數據。在正式測試前，做好肌電儀的連接和調試工作，并且測試前按照測試要求為被試粘貼電極片，固定好電極片并且不影響其活動。所測肌肉為左側和右側下肢的臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內肌、股外肌、脛骨前肌、腓腸肌外側和腓腸肌內側。對測試過程中所測肌肉的肌電數據進行記錄并分析。

2 研究結果與分析

2.1 排球運動員急停起跳過程中各關節的運動學特征

2.1.1 測試過程的階段劃分 被試所完成的扣球環節包括助跑、急停起跳、騰空扣球和落地緩沖4個階段。鑒于本文的研究目的，重點分析的測試階段為被試助跑結束后踏入測力臺，雙腳制動，膝關節彎曲，雙腿蹬伸后起跳，直至雙腳離地。

2.1.2 膝關節屈角分析 本測試將被試踏入測力臺時定為起始點，雙腳離開測力臺時定為終止點，對這個連貫過程中的膝關節屈角進行測量、分析，沒有將被試的急停、緩沖、蹬伸、離地進行單獨的測量分析，以便更加連貫地觀察和分析動作的變化特征。

12名被試助跑后，在測力臺上雙腳急停跳起并完成扣球動作。被試均獨立完成，6次，選取助跑、急停起跳和扣球環節完成質量較好的動作，記錄數據并進行連貫分析。為了更為準確地分析膝關節的角度特征，重點分析被試右側下肢膝關節的測試數據。所有被試測試過程中右側下肢膝關節屈角的變化以運動員序號進行統計（見圖1至圖3）。

圖1 運動員膝關節屈角的變化曲線圖Figure1 The change of the knee-joint flexion angle

圖2 運動員膝關節屈角的變化曲線圖Figure2 The change of the knee-joint flexion angle

圖3 運動員膝關節屈角的變化曲線圖Figure3 The change of the knee-joint flexion angle

根據現場所測試到的數據以及運動員膝關節屈角的變化曲線圖可以看出，1、2、3、5、7、9、11號運動員在急停起跳階段，雙腳踏入測力臺瞬間的膝關節屈角均較高，2、4、5、6、9、10號運動員的著地緩沖時間較短，1、3、7、8、11、12號運動員著地緩沖后的蹬伸階段用時較長。10號運動員的膝關節角度變化較為迅速，并且該運動員順利完成了所規定的測試動作，表明該運動員的膝關節穩定性較強。

通過試驗得出，在急停起跳的緩沖階段，膝關節緩沖幅度在40°～50°的被試的起跳高度普遍高于其他緩沖幅度的被試。在測試過程中，運動員進行多次重復測試，同一被試每次測試的緩沖幅度也不相同。通過試驗發現，膝關節緩沖幅度在40°～50°時，其起跳高度也明顯高于同一被試在其他緩沖幅度時的起跳高度。這表明，運動員在急停起跳環節的緩沖階段，膝關節變化幅度在40°～50°之間時，運動員的起跳高度比較高。通過此結果建議，排球運動員在訓練時將急停起跳環節進行獨立的專項化訓練，并且采用40°～50°的膝關節緩沖幅度。

2.1.3 踝、髖關節運動學分析 在測試過程中，所有的數據都是同步收集的，由于踝關節與髖關節變化的相似度較大，因此單獨對這兩者進行獨立分析。測試過程中所收集的踝、髖關節的運動學參數見表1。

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髖關節和踝關節在急停起跳環節的變化趨勢為先減小后增大，兩者變化的幅度均不大（見表1）。在緩沖階段，被試踏入測力臺后，其髖關節緩沖起始角度值較小，在緩沖階段的變化幅度也較小，踝關節的起始角度更小，緩沖階段的變化幅度也更小。

以上變化說明，運動員在緩沖階段，踝、髖關節只進行了輕微的緩沖便結束了緩沖狀態，用時較短，下肢緩沖的大部分時間用于膝關節緩沖。排球比賽時，運動員下肢緩沖的時間受激烈程度影響而變得越來越少，運動員的緩沖時間要簡化并且用于主要的緩沖關節上。

運動員要想獲得較好的起跳高度和彈跳能力，蹬伸階段就變得尤為重要。從試驗過程以及表1中可以看出，髖關節較膝關節和踝關節早進入蹬伸階段，其次是膝關節屈角發生變化后進入蹬伸階段，最后是踝關節角度發生變化后進入蹬伸階段。由此可以看出，運動員蹬伸階段，髖關節首先發力然后帶動膝關節發力，最后帶動踝關節發力完成蹬伸過程。因此，運動員訓練時應形成合理的發力順序，更加理想地完成起跳動作，提高彈跳能力。

2.1.4 膝、踝關節的運動形式 膝關節和踝關節在蹬伸階段先進行離心收縮后進行向心收縮，伸肌群先拉長后縮短，這種運動形式可以增加運動員的起跳力量，增加彈跳高度。所以，運動員進行訓練時應結合排球起跳的特點，采用的訓練形式應符合伸肌群先拉長后縮短的特點，進行科學訓練。

2.2 排球運動員急停起跳過程中雙腳足底壓力的特征分析

力學測量是分析排球運動員急停起跳環節特性極為重要的因素。對足底壓力的研究，可以揭示人體運動過程中足的動力學特征[5]。運動員在運動過程中足底壓力是在不斷變化的，并且足底壓力的變化與運動員急停起跳動作有著非常緊密的關聯。通過對這些力進行測量與分析，能夠更為準確、具體的體現排球運動員運動過程中下肢的動力學特征。本試驗所采用的試驗動作為急停起跳后完成扣球技術，測試過程中，被試全部采用右手扣球，右手扣球運動員在起跳過程中身體右側的運動起主導作用[6]。因此，本文將被試的右側下肢各環節作為研究的重點。本研究將測力臺所收集的數據進行統計，并對急停起跳環節的相關參數進行對比，結果見表2。

通過對被試的足底壓力、著地方式、膝關節屈角和壓力與體重比值的對比分析可以得出，足跟著地時，在測試過程中的足底壓力與體重比值的均值、同時刻所測肌肉的肌電數值均大于足尖著地。通過測試數據得出，在測試過程中，被試采用足跟著地時，其膝關節屈角小于足尖著地。通過試驗觀察到，采用足跟著地的起跳高度均小于足尖著地。通過生物力學的相關知識進行分析發現，運動員足跟著地時的膝關節中心位于足底壓力中心之前，致使運動員的下肢脛骨角度前傾，使垂直和向后地面反作用力均產生膝關節外部屈曲力矩，此力矩產生后就需要股四頭肌以及其他下肢肌肉收縮來平衡此屈曲力矩，做出額外功。通過試驗得出，在測試過程中，足尖著地的被試踝關節的緩沖幅度均大于足跟著地。因此增加了落地緩沖的時間，減少了落地時的足底壓力，避免了下肢肌肉做出不必要的額外功，進而優化肌肉用力的效率和經濟性，取得更高的起跳高度。

運動員扣球前的急停起跳階段，不同的著地方式產生不同的足底壓力和膝關節屈角，進而影響起跳高度，采用足尖著地更符合人體的生物力學需求，取得更好的起跳效果。所以，在排球運動員的訓練過程中，應重點觀察運動員急停起跳時的著地方式，建議隊員采用足尖著地的方式進行訓練和比賽，訓練運動員形成快速、合理、經濟的制動方式和最佳的起跳角度。

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2.3 排球運動員急停起跳動作的肌電特征

運動員的肌電與肌肉力量之間有著極高的相關度。肌肉收縮也必然伴隨著肌電活動的變化，肌肉收縮能力越強，肌力越大，肌肉放電能力也將增大，通過肌電來觀察和分析肌力變化是可行的[7]。為了能夠更加合理、有力、準確地反映出實際的規律，本文選取臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內肌、股外肌、脛骨前肌、腓腸肌外側和腓腸肌內側進行肌電測試，結果見表3、表4。

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運動員在急停起跳的緩沖階段，運動員的股四頭肌、臀大肌、小腿腓腸肌進行的是離心式收縮。隨著運動員膝關節屈角以及踝關節角度的減小，這些肌肉的長度逐漸變長，使肌肉的彈性勢能逐漸增加，股二頭肌和脛骨前肌在緩沖階段主動收縮，促進膝關節屈角和踝關節角度進一步變小，成為緩沖階段的主動肌。

運動員緩沖階段的肌電值參數可以看出，運動員進行急停起跳時，下肢肌肉的貢獻率依次為脛骨前肌、股直肌、臀大肌、股二頭肌、股外肌、腓腸肌外側、股內肌、腓腸肌內側（見表3）。緩沖階段的脛骨前肌為主動肌，測試結果表明，緩沖階段的脛骨前肌肌電數值較高，貢獻率較大，說明脛骨前肌在急停起跳環節起重要作用，但在訓練中很少引起運動員和教練員的重視。所以，運動員在訓練時應根據肌肉在急停起跳環節中貢獻率的大小來合理安排訓練，在重視大肌肉群訓練的同時也要重視貢獻率較大的小肌肉群，突出重點，全面顧及，減少損傷，提高運動員急停起跳時的下肢緩沖能力及其爆發力，進而提高起跳能力。

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在蹬伸過程中，股四頭肌、腓腸肌、臀大肌進行向心式收縮，促進膝關節屈角、踝關節角度進一步增大，成為主動肌，同時股二頭肌和脛骨前肌被動拉長，成為對抗肌。對測試過程中緩沖階段和蹬伸階段的肌電數值進行比較發現，腓腸肌的肌電數值在整個過程中都處于一個上升的趨勢，并且測試時被試都表現出這種特征（見表4）。表明，腓腸肌在急停起跳環節的用力過程中發揮著重要的作用，然而腓腸肌的訓練并沒有引起運動員和教練員的足夠重視，建議訓練過程中對腓腸肌采取有針對性的專門化訓練。

3 結 論

（1）排球運動員在急停起跳環節時，膝關節屈角隨著動作進行而發生變化，膝關節緩沖幅度在40°～50°之間時，運動員的起跳高度比較高。建議排球運動員在訓練時將急停起跳環節進行獨立的專項化訓練，并且訓練時采用40°～50°的膝關節緩沖幅度。

（2）急停起跳環節，踝、髖關節的角度均較小，緩沖幅度小且用時少，運動員蹬伸階段髖關節首先發力然后帶動膝關節發力，最后帶動踝關節發力完成蹬伸過程。因此，運動員訓練時應形成合理的發力順序，更加理想地完成起跳動作，提高彈跳能力。

（3）膝關節和踝關節在蹬伸階段先進行離心收縮后進行向心收縮，伸肌群先拉長后縮短，這種運動形式可以增加運動員的起跳力量，增加彈跳高度。所以，運動員進行訓練時應結合排球起跳的特點，采用的訓練形式應符合伸肌群先拉長后縮短的特點，進行科學訓練。

（4）運動員在扣球前的急停起跳階段，不同的著地方式產生不同的足底壓力和膝關節屈角，進而影響起跳高度。采用足尖著地更符合人體的生物力學需求，能取得更好的起跳效果。所以，在排球運動員的訓練過程中，應重點觀察運動員急停起跳時的著地方式，建議采用足尖著地的方式進行訓練和比賽，訓練運動員形成快速、合理、經濟的制動方式和最佳的起跳角度。

（5）教練員和運動員在訓練時應根據肌肉在急停起跳環節中貢獻率的大小來合理安排訓練，在重視大肌肉群訓練的同時也要重視脛骨前肌、腓腸肌等起重要作用的小肌肉群的訓練。在訓練過程中采取有針對性的專門化訓練，突出重點，全面顧及，減少損傷，提高起跳能力。

[1]符壯，周珺，蓋洋.我國競技排球運動技戰術發展的階段性特征研究[J].西安體育學院學報，2010（4）：93-97.

[2]謝園棟，章建成.排球運動員發球得失率效應的實證研究[J].上海體育學院學報，2008（2）：26-78.

[3]夏崇德，顏曉.青年女子排球運動員彈跳力模型的研制[J].中國體育科技，2003，39（7）：21-23.

[4]金宗強.我國優秀排球運動員專項體能評價體系與診斷方法的研究[D].北京：北京體育大學，2004.

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[6]李世明.沙灘排球上步踏跳階段的時相特征[J].北京體育大學學報，2004，27（9）：1264-1265.

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