拳擊后手直拳最大出拳速度影響因素的研究

宋兆銘 ，趙 勇 ，張 輝

（1.四川警察學院，四川 瀘州 646000 ；2.安徽省體育局，安徽 合肥 230001； 3.北京體育大學重競技教研室，北京 100084）

運動技術的本質是一個競技項目在規則許可下所特有的動作序列，精湛的技術都建立在標準和正確的“動作”基礎之上[1]。但可惜的是國內傳統運動訓練理論與方法一直以來以線性科學模型作為其理論基礎，追求簡明的因果關系。而作為動態、多元復雜的非線性人體系統，這種線性研究范式只適用于一定范圍內，很多情況下很難用線性這種確定性的方法來描述[2]。

當前關于拳擊出拳速度的研究仍主要以一元線性的方法為主，其主要結論是拳擊擊打技術主要由下肢蹬伸、軀干扭轉和手臂前伸擊打三個動作環節組成[3-6]。但不同的學者對人體不同環節對出拳力量貢獻率上有不同的認識。Mack等指出上肢鞭打對出拳速度的提高起主要的作用，其中，上肢鞭打與直拳和勾拳出拳速度的相關性分別為0.391和0.380，下肢與直拳和勾拳出拳速度的相關性分別為0.103和0.099[3]。蘇彥炬等（2013）將16名拳擊運動員后手直拳最大出拳速度分別與前、后腳最大力量/體重，蹬地發力達到最大力量峰值的時間，快速力量指數/體重出拳速度進行相關分析，發現前、后腳蹬地最大力量/體重，快速力量指數/體重與出拳速度之間直線擬合度最高，均呈顯著正相關，蹬地達到最大力量峰值的時間與出拳速度二次曲線模型擬合度最高，呈曲線關系(P＜0.01)；同時，其結論認為在后手直拳擊打的過程中，前、后腳積極蹬地發力蹬地最大力量和發力速度對出拳速度具有顯著影響[4]。

首先，值得肯定的是此研究從研究范式上采用了非線性研究，修正了過去線性研究的不足；但同時也應看到，拳擊后手直拳的出拳過程具有復雜性，其最大出拳速度受人體各環節多因素的影響[3,5-6]。因此，從在多元復雜視角，整體、全面地評價人體各環節對拳擊后手直拳出拳最大速度的影響很有必要。

后手直拳是2013國際拳聯新規則下運動員在比賽中主要得分的拳法[7,12]，居于運動員進攻技術體系的核心地位[8]。分析后手直拳出拳過程中人體各環節與出拳速度的關系，能夠較為全面、客觀地反映人體各環節對出拳速度影響的大小，可以為教練員、運動員科學正確地進行拳擊后手直拳的專項訓練提供理論依據。因此，本研究運用Motion-Anlysis紅外光點運動捕捉測試系統和2塊Kistler測力臺，采集拳擊后手直拳出拳過程中人體各環節的運動學和動力學的相關數據，并在多元復雜視角下整體評價人體各環節對拳擊后手直拳最大出拳速度的影響，確定拳擊后手直拳最大出拳速度的關鍵影響因素，為拳擊專項技術的訓練提供理論建議與參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 依據研究對象來源的可行性，本研究共選取北京體育大學競技體育學院拳擊專項班男生15人，武警體工隊15人，共30人（正架）；并于2017年12月11-15日在北京體育大學科研中心一樓，采用預約方法，開展測試（表1）。

表1 研究對象基本情況一覽

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 以“拳擊”“后手直拳”和“最大拳速”為關鍵詞，在“中國知網”“百度學術”和“百鏈云”數據庫查閱相關文獻18篇，比較和借鑒相關研究的理論、方法、數據處理以及研究假設和構想，為本研究相關結論的提出提供引證。

1.2.2 實驗法

1.2.2.1 實驗動作 后手直拳（右手）：在基本姿勢狀態下，右腳內旋發力，腳后跟外翻，依次帶動膝關節、髖關節、前肘關節，以重心投影線為中柱轉動，身體由右側轉到正對前方時，右手臂順勢向前方擊打，接近目標時右手大拇指旋內運動，瞬間握緊拳頭，左腳掌內扣，身體由于左轉帶來的轉動，上體呈交叉型，擊打結束后迅速還原。

1.2.2.2 實驗儀器 Motion-Anlysis（運動學）和Kistler測力臺（動力學），數據采集由紅外采集軟件Cortex同時觸發采集（圖1）。

圖1 測試現場模

1.2.2.3 實驗過程 a標志點安置：根據Helen-Heys模型，在實驗對象體表相應位置貼29個反光標志點（圖2）。

圖2 反光標志點位置

b實驗測試：測試時，受試對象盡全力完成后手直拳3次打靶，相關實驗人員記錄，數據分析使用最快一拳。1.2.2.4 評價參數 a動作階段劃分：見下表（表2）。

表2 后手直拳出拳過程中階段劃分的特征畫面

b運動學：應用Cortex分析軟件對原始數據進行處理，獲得*.ts和*.kin文件。具體指標見下表（表3）。

表3 運動學參數的定義及其計算公式

c動力學：應用Cortex分析軟件對原始數據進行處理，獲得*.forces文件。同時，為了消除個體重量不同所造成的影響，把蹬地最大合力和水平方向的力除以實驗對象的體重，即：/Weight、/ Weight。具體指標見表4。

表4 動力學參數定義及其計算公式

圖3 后手直拳最大出拳速度關鍵影響因素分析步驟

1.2.3 數理統計法 采用雙變量相關（Pearson），分析因變量與各自變量以及各自變量之間的密切程度，為下一步的多元回歸分析篩選變量；采用多元逐步回歸（Stepwise），對自變量進行篩選，確定對因變量（后手直拳最大出拳速度）的關鍵影響因素，從而建立多元回歸方程模型，具體分析步驟見圖3，分析軟件使用R軟件。

2 結 果

2.1 相關性分析 從后手直拳最大出拳速度與人體各環節數量關聯趨勢圖（圖4）可以首先看出，后手直拳最大出拳速度（hand_v）與后腳最大水平蹬地力（horizontal_F1）、最大肩部角速度（shoulder_ω）、最大髖角速度（waist_ω）、最大軀干轉角角速度（trunkr_ω）、最大肘關節屈伸角速度（elbow_ω）、前后方向重心變化（gravity_X）、左右方向重心變化（gravity_Y）、上下方向重心變化（gravity_Z）呈顯著性正相關；其次，從圖形趨勢來看，后手直拳最大出拳速度與人體各環節部分變量間存在一定的線性相關，但也與部分變量存在不成直線的非線性相關，且各變量間存在密切相關。因此，應進行多元逐步回歸分析，分析各相關因素對后手直拳最大出拳速度影響的程度，從而確定影響后手直拳最大出拳速度的關鍵因素。

圖4 后手直拳最大出拳速度與人體各環節數量關聯趨勢

2.2 回歸模型建立 由相關性分析可知，影響最大出拳速度的因素有多個，因此選取對最大出拳速度具有顯著性相關的指標進行回歸建模，采用逐步多元回歸分析的方法解決多重共線性問題，將變量一次性引進，并逐步檢驗，剔除失去統計學意義的變量[9]。建立最大出拳速度的多元線性回歸、多元二次回歸及多元三次回歸，其回歸分析結果見表5。

表5中，多元線性回歸的擬合優度調整R2最接近于1，回歸擬合程度最高[9]。這表明，后手直拳最大出拳速度（hand_v）關鍵影響因素有：前后方向重心變化（gravity_X）、最大肘關節屈伸角速度（elbow_ω）、最大軀干轉角角速度（trunkr_ω），且后手直拳最大出拳速度各解釋變量呈線性關系（圖5）。

表5 后手直拳最大出拳速度的多元線性回歸、多元二次回歸及多元三次回歸分析結果一覽

圖5 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸成分殘差

2.3 回歸模型診斷 數據的無規律性或者錯誤設定了預測變量與響應變量的關系，都將會使模型產生巨大的偏差，導致模型實際預測效果差[9]。表6中，經擬合優度的檢驗可以看出，自變量解釋因變量變異程度的調整為R2=0.7747，表明方程擬合度較好，具有一定應用價值；經對回歸模型的假設檢驗可以看出，F＝34.25，P＜0.000，說明至少一個自變量的回歸系數不為0，回歸模型有意義；經對回歸方程的進一步檢驗可以看出：通過Durbin-Watson檢驗可以看出，D.W＝1.610，在1＜D.W＜4限定范圍內，殘差獨立，因此序列不存在一階自相關性。

圖6表明，正態Q－Q圖上的點基本落在45度角的直線上，這表明隨機誤差項服從正態分布；Residuals vs Fitted（殘差圖與擬合圖）可以看出殘差值與預測值沒有系統關聯，模型包含數據中所有系統方差，即：因變量與自變量呈直線相關關系；Scale-Location（位置尺度）圖顯示水平線周圍的點分布形狀呈隨機分布，這表明滿足方差齊性假設；Residuals vs Leverage（殘差與杠桿）圖顯示觀測點18離直線較遠，靠近置信區間邊緣，且殘差值（真實值-預測值）較大，這表明觀測點18可能是離群點，且可能導致發模型預測效果不佳，應進一步對該點進行判定。

采用R語言car包outlierTest()函數，并依據觀測點18最大殘差值的顯著性來判斷是否是離群點，若顯著則刪除該點。

圖6 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸方程診斷

圖7 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸方程離群點

圖7 表明，觀測點18被判定為離群點（P=0.027346），應刪除該點進行方程修正。

2.4 回歸模型修正 表6中，相對于多元線性回歸1，多元線性回歸2的調整R2=0.8499，回歸擬合程度有所提高（0.0752）；圖8表明，殘差隨各自變量取值的水平改變的范圍在-2＜＜+2以內，波動范圍基本保持穩定，無離群點。這表明，刪除離群觀測18點可以提高數據集對于正態假設的擬合度，使模型預測效果更好。

2.5 回歸模型驗證 由于研究樣本量較少，同時也為了充分利用數據集對算法效果進行測試，本研究采用k-折交叉驗證(k-fold CrossValidation)對回歸模型在實際應用中的表現進行檢驗，即：將數據集A隨機分為k個包，每次將其中一個包作為測試集，剩下k-1個包作為訓練集進行訓練。這樣獲得k個預測方程，記錄k個保留樣本的預測表現結果，然后求其平均值。軟件實現采用R語言bootstrap包中的crossval()函數實現k重交叉驗證。圖9結果表明，回歸方程的實際應用能力屬中等水平，但仍具有一定的應用價值（R2=0.769）。

表6 最大出拳速度的多元線性回歸模型修正分析結果一覽

圖8 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸方程診斷

圖9 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸方程驗證

2.6 變量相對權重 采用相對權重（relative weight）評價預測變量對后手直拳最大出拳速度的影響力。相對權重法可以對所有可能的子模型添加一個預測變量引起的R平方平均增加量的一個近似值，并通過各個預測變量對模型方差的解釋程度來判定每個預測變量的重要性。軟件實現采用R語言relweights()函數實現相對權重的計算。圖10表明：各個預測變量對模型方差的解釋程度（R2=0.866），gravity_.X（前后方向重心變化）解釋了37.31%的R平方，elbow._ω（最大肘關節屈伸角速度）解釋了34.68%，trunkr._ω（最大軀干轉角角速度）解釋了28.01%。根據相對權重法的重要性順序為：gravity_.X﹥elbow._ω﹥trunkr._ω。

圖10 后手直拳最大出拳速度多元線性回歸方程變量相對權重

3 討論與分析

拳擊的出拳動作是由上肢、軀干、下肢共同作用的復雜活動[10]，相關研究認為下肢對出拳力量起主導作用[4-5]，下肢力量對于出拳力量的貢獻率要高于上肢和軀干；但同時，也有研究認為拳擊的出拳動作更加符合鞭打原理[3,10]，并指出上肢鞭打對出拳力量起主導作用。所以，不同的研究在人體各環節對出拳力量貢獻率上的結論有所不同。因此，正確認識人體各環節對出拳力量貢獻率的影響，明晰出拳時人體運動鏈的關鍵環節，這對拳擊后手直拳專項技術訓練是十分必要的。

本研究結果顯示，在后手直拳出拳過程中，增大X方向的重心變化（gravity_X），可以顯著提高出拳速度。人體是一個活的生物有機體，能自主地通過人體各環節間的相對運動，有意識地在一定空間范圍內，改變人體重心的位置，使平衡得以在最佳姿勢的方式下建立和維持[11]。重心是重力的作用點，人體全部環節（整個人體）所受重力合力的作用點就是人體總重心[12]。從支撐面邊緣到重心（重力作用線）的水平距離決定了重心要移動多遠才能使該姿勢不穩定。如果重心超出了支撐面，則重心傾向于使人體向支撐面邊緣傾斜[13]。因此，支撐面的水平重心的變化對人體姿勢的穩定性與靈活性起到重要的作用，且重心移動的方向總是與環節移動方向一致。拳擊屬于同場格斗對抗的項目，為了減少人體暴露的面積、對抗前后方向的沖擊力以及完成出拳擊打的需要和步法移動的需要，拳擊基本姿勢采用前腳內扣站立，增加側向維度，以此來增加支撐面積，兩腳前后腳拉開與肩同寬，增加前后維度，這既考慮到平衡性、穩定性，又兼顧到移動的靈活性，從而使支撐面達到了穩定性與靈活性的最好折中。拳擊后手直拳的出拳是在基本姿勢的基礎上開始的。在出拳時，由于兩腳被地面約束限制，每一脊柱節段均圍繞其下端關節突關節和椎間盤運動，所以軀干運動環節的轉動支點位于下端。因此，在出拳的過程中人體重心前移，重心接近支撐面的前緣，減小了人體向出拳方向的穩定性，為后手直拳技術動作的完成提供了較好的靈活性。與此同時，由于人體重心的前移，重心移動的方向與出拳方向一致，也使更多的人體質量處于向前運動狀態[14]，增加了近端環節的質量[15]，增加了軀干轉動的慣性[16]，從而進一步提高了出拳的速度。

本研究結果顯示，拳擊的出拳動作符合上肢鞭打原理，提高人體最大軀干轉角角速度（trunkr_ω）和最大肘關節屈伸角速度（elbow_ω），可以顯著提高出拳速度。上肢鞭打原理指出環節由近端向遠端依次加速和制動，遠端環節的速度來于近端環節的制動將運量傳遞[15]，由于近端環節的質量大于遠端環節，從而使得遠端環節獲得較大的速度。首先，軀干轉角角速度反映了拳擊后手直拳出拳過程中軀干轉動速度的快慢。在后手直拳出拳過程中，軀干的質量遠遠大于“拳”的質量。因此，較快的軀干轉角角速度有利于對下肢環節能量的利用，有利于軀干近端環節向肩關節遠端環節的能量傳遞[17]。同時，在拳擊后手直拳出拳的過程中，由于上臂圍繞肩關節轉動、前臂繞肘關節轉動，手處于游離狀態，所以上肢運動環節的轉動支點位于近側端。因此，肘關節的快速伸展，可以減少上肢繞縱軸的轉動慣量，從而增加前臂內旋的角速度，增加了肘關節肌群的彈性能量的積累及其利用[18]。

綜上，在后手直拳出拳過程中，要在注意人體重心前移的同時，強調人體的整體發力，重視軀干快速轉動對手臂能量傳遞的正向作用，并且通過肘關節的快速伸展（翻肘、屈伸、壓腕）等一系列動作最終將動量集中到“拳”上，從而提高出拳速度，提高鞭打效果。

4 結論與建議

4.1 結論 1）在后手直拳出拳過程中，增大X方向的重心變化（gravity_X），可以顯著提高出拳速度；2）提高人體最大軀干轉角角速度（trunkr_ω）和最大肘關節屈伸角速度（elbow_ω），可以顯著提高出拳速度。

4.2 建議 在進行后手直拳訓練時，應增大人體重心的前移，使重心移動的方向與出拳方向更一致，同時促使更多的人體質量處于向前運動狀態，增加近端環節的質量與軀干轉動的慣性，從而進一步提高出拳速度；應重視上肢力量訓練，特別是快速力量與爆發力訓練，從而增強肘關節的快速伸展能力與肘關節肌群彈性能量的積累及其利用的能力；應重視軀干力量訓練，積極提高人體核心區力量，從而保證出拳時正確的身體姿勢和合理的重心變化，保證軀干的主動發力與快速轉動對整體運動鏈能量傳遞的效率，以期達到出拳速度與鞭打效果的最優。