旋轉式推鉛球技術最后用力準備部分肌肉活動特征研究

尹華跟，張葆欣，童立濤，梁 勝，王 磊，黃 知

體育學研究

旋轉式推鉛球技術最后用力準備部分肌肉活動特征研究

尹華跟1，張葆欣2，童立濤1，梁 勝3，王 磊4，黃 知1

（1. 上饒師范學院 體育學院，江西 上饒 334001；2. 西安體育學院 健康科學系，陜西 西安 710068；3. 南充職業技術學院 體育教研部，四川 南充 637131；4. 西安汽車科技職業學院，陜西 西安 710038）

采用遙感肌電結合影像解析技術，對旋轉式推鉛球運動員馮杰最后用力階段準備部分時間順序、用力大小及貢獻率進行定量分析，改進問題并找出肌肉活動的內在動因。研究表明：右腓腸肌后段在最后用力階段準備部分放電持續能力不足；右豎脊肌、左股二頭肌、右腹外斜肌、右股二頭肌放電持續時間較長；右腹外斜肌是最后用力準備部分的主要發力肌肉，對提高投擲成績具有重要作用；在今后訓練中要加強右臀大肌的快速持續放電能力。

旋轉式推鉛球；最后用力準備部分；sEMG

隨著時代的進步，在競技體育朝向科技化發展的前提下，多學科交叉融合已然成為競技體育項目科研攻關的主流[1]。表面肌電（英文簡稱“sEMG”）技術作為競技體育發展下的產物，目前已經在諸多體育運動項目領域中得到廣泛的應用，如田徑、健美操、武術、游泳、“三大球”和“三小球”等。其中，王琨、張俊峰等[2]利用表面肌電技術對我國4名現役高水平女子鐵餅運動員擲鐵餅技術過程中的肌肉用力特征進行了研究，認為股二頭肌和股內側肌是主要用力肌肉群，腹外斜肌在整個投擲過程中活動程度較小，沒有被有效激活。孫有平[3]和李延軍[4]認為旋轉式推鉛球運動員在單支撐階段主要發力肌肉是左股外側肌、左腓腸肌、右側背闊肌及右股二頭肌，這與主要發力肌肉的順序大體一致，右腿肌肉用力的協調性不好，主要是主動肌（右股內側肌）發力時拮抗肌（右股二頭肌）沒有適時放松；在過渡階段主要發力肌肉是左股二頭肌、左腓腸肌內側、右背闊肌中部及右腓腸肌外側。范年春、陸愛云[6]指出，肌電信號參數同樣可以反映游泳動作中肌肉活動強弱和規律變化特征。Petrofsky[7]采用sEMG技術進行實驗測試，發現不同肌肉在收縮強度與sEMG信號中的時域指標存在密切關系，且隨著發力肌肉收縮強度增加，sEMG信號振幅也呈現出高度正相關。Wretling[8]采用遙感肌電技術對專業網球運動員預備動作和反手擊球動作過程中前臂及肩部肌肉進行實驗測試，發現前臂的伸肌群和三角肌前部的肌電幅值均有明顯的影像顯示且振幅頻率快。王凌云、肖云等[9]通過應用表面肌電技術來評定乒乓球運動員上肢疲勞程度，認為平均功率（MPF）和中位頻率（MF）可以較靈敏地反映乒乓球運動員在訓練中上肢肌肉的功能，可以作為評價肌肉動態負荷水平的生理學指標。綜上，表面肌電技術已在國內外的競技體育領域中廣泛應用并有較多成果，且在大眾體育領域也有涉及[5]，這些科研成果為競技體育水平提升提供科技助力。

基于此，本研究采用表面肌電技術對男子鉛球運動員馮杰最后用力階段的用力特征進行分析，通過有效數據挖掘分析旋轉式推鉛球技術最后用力階段（鉛球準備出手前瞬間）技術合理性，找出馮杰在鉛球投擲過程中最后用力階段準備部分主要用力肌肉的時間順序（開始時間、結束時間和持續時間）、肌肉肌電放電大小以及貢獻率等特征，為今后的日常專項力量訓練和最后用力階段投擲技術動作改進提供理論參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

表1 鉛球運動員（馮杰）基本情況一覽表

本研究以陜西省2014-2017年間備戰第十三屆天津全運會男子鉛球運動員馮杰為研究對象，運動員基本情況見表1。該運動員在2016年全國田徑大獎賽（西安站）和2017年第十三屆全運會鉛球項目中均采用旋轉式推鉛球技術，分別獲得冠軍和季軍名次。

1.2 研究方法

1.2.1 專家訪談法

在設計實驗方案之前，筆者對運動員主管教練馬屹就馮杰在投擲鉛球過程中存在的技術問題進行了溝通，針對存在問題，咨詢了國家隊投擲組在陜西省訓練中心集訓期間的總教練闞福林及部分資深教練。另外，在實驗操作和肌電分析方面咨詢了西安體育學院運動生物力學專家王琨教授和黃志剛教授。以上專家的建議為本研究提供了具體操作的思路和方法。

1.2.2 實驗測試法

1.2.2.1 測試儀器

圖1 現場測試器材擺放模擬圖

如圖1，本研究使用的測試儀器為芬蘭產Megawin6000便攜式16導肌電儀，其采樣頻率為1 000 Hz。其他主要設備有1臺電腦和2臺攝像機。2臺攝像機分別從投擲圈正面和側面形成夾角90°進行定點拍攝，攝像機同步拍攝頻率為120 Hz。其他輔助設備主要有三腳架2個、1394卡1個、錄像數據采集線和同步器各1套，兩機曝光時間均為1/1 000 s，主光軸高度為1.2 m，鏡頭距離拍攝點位約13 m[1,10]。

1.2.2.2 實驗測試選取的肌肉

本研究選取的實驗測試肌肉依據：一是運動員所采用的旋轉式推鉛球技術動作特點；二是運動解剖學和運動生理學的相關知識結構；三是部分西安體育學院運動人體科學專業的專家，及運動員主管教練建議。對旋轉式推鉛球技術動作中貢獻率最大的8塊肌肉進行實驗測試。測試的肌肉分別為：右側下肢肌肉4塊——右腓腸肌（后段）、右股二頭肌、右股四頭肌（股直肌）、右臀大肌，右側軀干肌肉2塊（右豎脊肌、右腹外斜肌），左側下肢肌肉2塊（左股二頭肌、左股四頭肌）[1,10]。選取的肌肉具體見圖2。

圖2 實驗測試所選取肌肉的電極片粘貼模擬圖

1.2.2.3 電極片的粘貼

在電極片未開始粘貼之前，首先用濕巾在測試的肌肉表層進行擦拭和打磨；然后將汗毛密集的皮膚表面刮干凈，避免電極片在表層皮膚上粘貼不緊影響測試結果；再用醫用酒精消毒處理，等待酒精自然揮發完之后，沿著肌纖維走向粘貼電極片。第一個電極片的粘貼位置是肌肉收縮時放電強度最為集中的肌腹處；第二個電極片粘貼在與第一個電極片相距2cm的位置，沿肌纖維走向貼上；最后一個電極片是在肌肉末端的位置貼上零電極，整體上三個電極片呈三角形形狀。測試的肌肉貼好電極片之后，用醫用彈力繃帶將所貼好的電極片和電極導線一起固定好，待以上工作完成好后再用醫用繃帶將所有的導線連同數據采集的“小電腦”一同固定在運動員的腰部。這些導線和“小電腦”原則上不能影響運動員正常的投擲技術測試。最后檢測測試儀器的無線信號接收是否穩定，待一切實驗工作準備無誤后開始對運動員進行正常測試并采集相關數據[1,10,15]。

2.2.3 數理統計法

本研究通過對實驗測試獲取的原始肌電數據主要采用芬蘭產Megawin6000肌電軟件和攝像機拍攝的相應影像資料結合起來進行同步處理，對所測試的肌肉活動強度大小進行分析，并對原始數據進行整理，然后運用Excel2010軟件和SPSS19統計軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 各塊肌肉肌電活動的放電時間順序

圖3 （馮杰）完整投擲技術動作階段原始肌電圖

備注：原始肌電圖中第2點至第8點分別是雙支撐起轉階段的開始點和最后用力階段的結束點；為了更好地區分理解，在第6點至第8點中的最后用力階段進行細分，分別是第6點至第7點為最后用力階段的準備部分，第7點至第8點為最后用力階段的加速部分[10]。

圖4 最后用力階段準備部分（左腳著地至身體形成側弓）[11]

2.1.1 各塊肌肉放電開始時間順序的分析

根據表2顯示，第一投的右股二頭肌和右腓腸肌后段開始放電時間要明顯晚于其他投次相應的肌肉。第五投的右股四頭肌放電開始時間較晚，與其他投次相應肌肉比較，存在非常顯著性差異。另外，右腹外斜肌和右臀大肌的放電開始時間也稍晚，與前四投相比具有顯著性意義差異。其余肌肉在各投次中開始放電開始時間基本一致。從各塊肌肉在每次投擲過程中開始放電的情況來看，第一投各塊肌肉開始放電時間均一致，其他各投次的肌肉放電開始時間則不一致。在最后用力階段準備部分主要是保持鉛球已有速度，為加速部分投擲臂快速用力做充分準備。因此，在這一過程中右腿右髖要積極轉動用力，而身體左側肌群則要形成預先拉長狀態。所以從理論上講，旋轉式推鉛球最后用力階段的準備部分右側肌群先開始放電。在五次投擲測試中，第一、三投右側下肢肌群均在同一時間開始積極放電，說明右側下肢肌群積極蹬轉效果明顯，上體扭緊充分。另外三投的左側肌群放電開始時間則相對要早于右側肌群，但（除第二投外）差異性不顯著。從成績看，第一投成績要好于其余四投，說明在該階段的準備部分各塊肌肉均處于主動激活狀態。運動員在投擲過程中的最后用力階段準備部分各塊肌肉開始放電的時間先后順序分別是：左側（股二頭肌、股四頭肌）、右側（豎脊肌、腹外斜肌、臀大肌、腓腸肌后段、股四頭肌、股二頭肌）。以上肌肉的發力順序符合大關節首先活動的原理，左股二頭肌、右股四頭肌和豎脊肌都屬于髖關節和膝關節周圍的大肌肉群。所以，今后要著重加強大關節肌肉群快速力量爆發力和耐力訓練。同時，也更要強化右側下肢肌群（右腓腸肌、右股四頭肌、右股二頭肌）快速放電的穩固性和持久性訓練。

表2 最后用力階段準備部分各塊肌肉放電開始時間順序的一覽表 單位：s

注：（1）*表示具有顯著性差異，**表示具有非常顯著性差異；（2）第一投（18.21 m），第二投（18.03 m），第三投（17.95 m），第四投（17.66 m），第五投（16.61 m）。下同。

2.1.2 各塊肌肉放電結束時間順序分析

由于五次投擲過程中完成動作時間前后不一樣，肌肉放電結束時間也不一致。從表3來看，五次投擲過程中右腓腸肌后段與相應投次的其他肌肉相比，均存在不同程度放電結束時間較早的現象。尤其是第二投右腓腸肌后段放電結束時間為0.034 s，與同一投次中其他幾塊肌肉的放電結束時間相比較，存在顯著差異。第一投的右腓腸肌后段放電的結束時間相對較長，說明該塊肌肉在最后用力階段的準備部分處于積極收縮狀態。其余三投中右腓腸肌后段放電結束時間雖存在稍早跡象，但與其相應投次中的其他肌肉放電結束時間不存在顯著性差異。從放電效果來看，第四、五投各塊肌肉放電時間幾乎同時結束，但成績并不理想，第一和第三投成績均要好于第四投。說明在最后用力準備部分各塊肌肉的放電結束時間一致并不能使投擲成績達到理想的狀態，說明該階段肌肉存在做功不協調的跡象。說明只有各塊肌肉符合該階段肌肉的發力順序，才能進一步提高投擲成績和技術水平。從第一、三投來看，各塊肌肉符合從右至左、從下至上的發力順序。運動員在投擲過程中的最后用力階段的準備部分各塊肌肉放電結束時間的先后順序分別為：右側（腓腸肌后段、臀大肌）、左側（股四頭肌、股二頭肌）、右側（股二頭肌、股四頭肌、豎脊肌、腹外斜肌）。從以上來看，此階段的各塊肌肉放電結束時間順序更貼近第一、三投。

表4 最后用力階段準備部分各塊肌肉放電持續時間順序的一覽表 單位：s

2.1.3 各塊肌肉放電持續時間順序分析

各塊肌肉放電持續時間的長短，是肌肉在工作運行中持續放電能力的重要表現。根據表4，第一投次中的各塊肌肉放電持續時間在0.091 s至0.100 s區間內，右腓腸肌后段和左股四頭肌的放電持續時間相比其他肌肉稍短，但各塊肌肉之間放電持續時間的長短不存在顯著性差異。第二投各塊肌肉放電持續時間跨度較大，在0.019 s至0.117 s之間，尤其是右腓腸肌后段放電持續時間最短，為0.019 s。放電開始時間和放電結束時間均存在過晚和過早的現象，導致右腓腸肌后段在最后用力階段準備部分激活效果不明顯。其次，右股二頭肌也存在開始放電時間較晚現象，導致此投在該階段右腿蹬轉不積極。其余肌肉則放電持續時間較長，差異不顯著，相對穩定。第三、四投各塊肌肉放電持續時間相對穩定，只有第三投右腓腸肌和右臀大肌以及第四投的右股四頭肌放電持續時間稍短，但各塊肌肉之間差異性不顯著。第五投右股四頭肌放電持續時間與其余肌肉存在顯著性差異外，其余肌肉放電持續時間相對穩定。從整體上看，除第五投外，其余四投右腓腸肌后段普遍存在放電持續時間較短的現象。說明運動員右腓腸肌后段持續放電能力不足，在專項力量訓練過程中應該著重加強該塊肌肉的持續力量耐力訓練。運動員在投擲過程中的最后用力階段準備部分各塊肌肉放電持續時間的長短順序分別為：右側豎脊肌、左側股二頭肌、右側腹外斜肌、左側股四頭肌、右側（股四頭肌、臀大肌、股二頭肌、腓腸肌后段）。從結果中可以看出，右側豎脊肌、左側股二頭肌、右側腹外斜肌的放電持續時間能力較好。所以，在訓練中要加強以上三塊肌肉在該階段的持續發力的功輸出率[12]。同時，也要加強右側臀大肌及其他相關聯肌肉的持續放電能力。

2.2 最后用力階段準備部分各塊肌肉的均方根振幅（RMS）的分析

均方根振幅（RMS）又稱為平均肌電圖，是反應肌電信號振幅值大小的指標，其值大小能反映出肌肉活動的強弱及放電的平均水平[2]。

根據表5數據顯示，在運動員前三次投擲過程中，右腹外斜肌的放電強度相對穩定，并且在相應的投次中是各塊肌肉活動最強的一塊肌肉。尤其是第一投右腹外斜肌用力程度明顯高于其余投次的相應肌肉，并且成績是五次投擲中最好。說明在最后用力階段準備部分中右腹外斜肌是主要的發力肌肉，其對投擲成績的高低起到關鍵作用。第四、五投右腹外斜肌表現不明顯，尤其是第五投右腹外斜肌激活程度低。說明在最后用力階段準備部分腰髖扭緊效果不明顯，出現肩軸在前髖軸在后的現象，使之在鉛球出手瞬間蹬轉不積極，導致投擲成績不理想。從各塊肌肉的RMS值來看，右腓腸肌后段、右股二頭肌、右臀大肌等肌肉第一、二投均較低，說明在最后用力階段準備部分右側下肢肌群沒有積極參與收縮，蹬地效果不明顯。第三投右豎脊肌放電水平較低，說明右豎脊肌在固定豎立軀干保證旋轉過程不穩定，在整個旋轉過程中右豎脊肌更多是保持較強的靜力性收縮。右臀大肌在最后用力階段放電強烈，但除第四投激活效果明顯，在其余幾投中放電水平均較低。所以今后在專項訓練中要加強對右臀大肌的激活訓練。右股四頭肌和左側下肢肌群在五投中整體放電效果較好。運動員在投擲過程中的最后用力階段準備部分各塊肌肉用力的大小順序分別為：右側腹外斜肌、左側股二頭肌、右側股二頭肌、左側股四頭肌、右側（股四頭肌、豎脊肌、腓腸肌后段、臀大肌）[12]。通過以上的分析可以看出，右腹外斜肌、左股二頭肌、右股二頭肌是最后用力階段準備部分主要發力肌肉，對鉛球投擲的遠度呈正相關。所以，在今后的訓練過程中要著重加強主要發力肌肉的快速力量訓練。同時，也要注意發展其他相關聯肌肉的力量訓練，加強技術穩定性。

表5 最后用力階段準備部分各塊肌肉的均方根振幅（RMS）值的一覽表 單位：mV

2.3 最后用力階段準備部分各塊肌肉積分肌電值和貢獻率分析

通過圖5截取的原始EMG可以發現，五投中前三投右側肌群振幅不明顯，尤其是右腓腸肌后段和右臀大肌幾乎沒有被激活的跡象。說明右側肌群在最后用力準備部分蹬地轉髖不夠積極，肌肉沒有被充分的拉伸。但是右腹外斜肌在前三投中放電積極，這也是前三投成績要好于后兩投的重要因素。第四投右側下肢肌群振幅強度要好于左側肌群，但右腹外斜肌的振幅要明顯差于前三投，導致投擲成績較低，第五投亦是如此。

結合圖5和表6綜合分析，第一投的右臀大肌和第二投的右腓腸肌后段是五投中活動強度最弱的肌肉，積分值均為3mV·s；其次是第二投的右股二頭肌和第三投的右豎脊肌在五投中相應的肌肉當中活動強度最弱，積分值均為6mV?s。五投中肌肉放電最強的第一投的右腹外斜肌，積分值為88mV?s，貢獻率達53.3%。其余幾投的右腹外斜肌放電強度呈“滑梯式”減弱，并且與投擲成績呈正相關。

圖5 運動員最后用力階段準備部分的原始肌電圖

表6 最后用力階段準備部分各塊肌肉的積分肌電貢獻率（%）一覽表

從五投整體放電水平來看，除第四投和第三投的右股二頭肌和右股四頭肌放電稍微明顯外，其余幾投右側肌群肌肉活動強度微弱，這與原始EMG所分析的結果大體一致。運動員在投擲過程中的最后用力階段準備部分的主要發力肌肉分別是：右側腹外斜肌、左側股二頭肌、右側股二頭肌；其次是右側股四頭肌、左側股四頭肌、右側豎脊肌，貢獻率最低的肌肉是右側（腓腸肌后段、臀大肌）[12]。通過以上分析發現，在專項力量訓練中應該加強運動員在該階段主要發力肌肉的持續快速力量爆發力訓練，尤其是右腹外斜肌的訓練。另外，在訓練過程中應當注重主動肌和拮抗肌的協調配合，這同樣影響投擲成績的高低。同時在訓練中也要加強右臀大肌和其他相關肌肉在該階段的功輸出率。

3 討論與分析

3.1 影響最后用力階段準備部分（左腳著地至身體形成側弓）肌肉放電時間順序的因素有多個方面

首先，在左腳著地瞬間，若上體未處于充分扭緊的狀態，則會出現右腿蹬轉不積極，肌肉發力的開始時間順序自然也會出現紊亂現象，導致鉛球在最后用力階段加速部分不能提供最大動量。馮杰在第二投中右側下肢肌群（右腓腸肌后段、右股二頭肌）放電開始時間明顯要晚于其余幾投，但是其它肌肉均在第一時間積極放電，這也是彌補該投最后投擲成績要好于三至五投的重要原因。另外，這種情況與肌肉的發力是由大關節先活動的原理相符[11]。

其次，在身體形成側弓時也是肌肉在該過程放電的結束時間，在這一過程中從技術層面上來看，肩軸與髖軸之間要明顯處于較大的扭緊狀態，且肩軸要落后于髖軸，這才有利于形成明顯的側弓，使右腿處于壓緊狀態[13]。從肌肉放電結束時間的結果可知，馮杰在五次投擲過程中右側肌群（右腓腸肌后段和右臀大肌）均存在放電結束時間過早的跡象，這不利于右腿推動右髖積極主動用力。這與李延軍[14]在對張俊的最后用力階段的研究中認為右腓腸肌是主要用力肌肉相悖，今后還需加強此塊肌肉的訓練，提高該肌肉持續用力的能力。

最后，肌肉放電持續時間是反映肌肉持續做功能力的標志，但在特殊情況下若一塊肌肉出現持續不停的放電現象，則可能是出現肌肉過度緊張、僵硬，使之產生技術動作紊亂。肌肉只有在“一張一弛”、富有節奏感的放電狀態下才會與投擲成績呈現正相關的效果[15]。從上述分析結果可知，馮杰的五次投擲成績隨肌肉放電持續時間減弱，投擲成績也相應降低，如馮杰的第一投放電持續時間要明顯比后兩投延長0.03 s左右。另外，在整個肌肉的放電時間上，右腓腸肌均沒有充分激活，這也是右腿在最后用力加速部分蹬轉不穩定的一個重要因素。

3.2 RMS和iEMG能夠簡單明了的反映肌肉激活的效果

在最后用力準備部分，從理論上講，該階段的發力順序是由右至左、由下至上的一個傳遞過程。通過上述的結果來看，肌肉的發力順序整體上符合這一規律。另外，右腹外斜肌作為軀干肌群，其放電強度的大小與投擲成績呈正相關，說明肩軸關節扭緊狀態好是右腹外斜肌充分激活的最佳方式。右臀大肌在五次投擲過程中均表現出較弱的活動強度，這與眾多學者認為右臀大肌是最后用力階段的主要發力肌肉相悖，并且該塊肌肉對鉛球最后出手的遠度也具有至關重要的作用。另外，筆者在不同重量鉛球訓練對運動員的神經肌肉活動影響的內在規律的研究中提出，6 kg和8 kg鉛球在訓練中對肌肉激活的效果要好于7.26 kg的鉛球，在今后的訓練中運動員可以嘗試采用不同重量的鉛球來提高投擲技術的穩定性[15]。

4 結論

運動員在最后用力階段準備部分的右腓腸肌后段持續放電能力較差，在今后的專項力量訓練中應該加強該塊肌肉周圍小肌肉群的持續力量耐力訓練。

右側（豎脊肌、腹外斜肌、股二頭肌）和左側股二頭肌持續放電時間較長，今后要著重提高這些肌肉在該階段的持續發力的功輸出率和快速力量訓練。同時也要加強右臀大肌及相關聯的其他肌肉的持續放電能力。

右腹外斜肌是最后用力階段主要發力肌肉，對投擲成績的提高具有至關重要的作用。

對鉛球（尤其是旋轉式推鉛球）最后用力階段進行細化研究還有待挖掘。最后用力階段作為鉛球出手最為關鍵的環節，對投擲成績起著決定性作用。如果對其準備部分和加速部分進行研究，能夠更加準確把控運動員在技術上的細微問題，同時也能彌補這一研究的空缺。

另外，本研究存在的不足是只對一名運動員進行了實驗測試，不能更為全面地反映問題。

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Study on the Characteristics of Partial Muscle Activity in the Last Force Preparation by Rotational Shot Put Technique

YIN Hua-gen1, ZHANG Bao-xin2, TONG Li-tao1, LIANG Sheng3, WANG Lei4, HUANG Zhi1

(1. Sport School, Shangrao Normal University, Shangrao 334001, China; 2. Department of Human Movement Science, Xi'an Institute of Physical Education, Xi'an 710068, China; 3. Department of Physical Education, Nanchong Vocational and Technical College, Nanchong 637131, China; 4. Xi'an Automotive Techonlogy Voctional College, Xi'an 710038, China)

A quantitative analysis of the time series, the strength and the contribution rate of the outstanding rotary throwing athlete Feng Jie in the final exertion stage was done by using the technology of remote sensing electromyography combined with the image analysis. The aim was to improve the problems with Feng Jie in the final exertion stage of preparation and find the intrinsic motivation of muscle activity. The results show that the capacity of the right gastrocnemius muscle is insufficient in the final exertion stage and the discharge time of right erector spinae, left femoral biceps, right ventral oblique and right femoral biceps is longer. The right ventral oblique is the main force of the muscles in the final exertion stage and has a close relationship with throwing results. The exercise of right gluteus maximus continuous discharge capacity should be strengthen in the future training.

rotary shot put; final prepared part; sEMG

G824.1

A

1009-9115(2020)03-0090-08

10.3969/j.issn.1009-9115.2020.03.022

西安體育學院研究生部立項課題（2016ky003）

2019-06-25

2020-04-04

尹華跟（1990-），男，江西泰和人，碩士，助教，研究方向為運動技術診斷與分析。

（責任編輯、校對：何勝保）