跑步訓練中運動強度的控制研究

摘? 要：體育教學中，跑步訓練是一項重要的教學內容，在體育跑步訓練運動強度的控制方法中，通常采用閉環系統，控制系統設計復雜，這樣的訓練方法成本高，并且需要實時監測心率，增加了控制的復雜性。為解決控制系統復雜及成本高的問題，提出一種基于跑步機的運動處方強度的開環控制方法，并通過實踐控制方案的準確性，首先獲取學生基本生理信息，測試其運動運動心肺耐力，確定靶心率區間;然后根據強度與心率的線性關系，獲取運動強度控制方案;其后根據運動強度與速度、坡度的關系，獲取合理的速度和坡度，基于跑步的運動方法強度進行開環控制，實際心率與靶心率一致，為跑步運動方法強度提供了一種簡單、科學有效、低成本的控制方法，可進一步推廣應用于體育教學。

關鍵詞：運動強度;心肺;耐力;開環控制

前? 言：

跑步訓練看似簡單，但是在實際訓練中，需要注意的的地方有很多，這項訓練也是體育教學中的重要內容，但是不合理的跑步強度不僅不會起到強身健體功能的作用，還會給身體帶來損害。心率是反應心臟功能的重要指標之一，是眾所周知的一個生理參數，且因其具有實用性、及時性、易測性、無創傷等特點廣泛應用于運動訓練實踐。對于在機械跑步的運動而言，不同的運動目標有不同的靶心率區間，學生按照靶心率運動能夠確保健身的有效性及安全性。此外跑步機的運動強度主要由速度和坡度決定，而心率是反應運動強度的一個重要參數，相關研究已經證明運動強度與運動心率存在明顯的線性關系。因此為了保證跑步健身的安全有效，本文根據運動目標對應的靶心率確定運動強度，并通過實驗驗證了實際心率和靶心率的一致性。目前，多數跑步運動采用閉環訓練體系，根據心率反饋，調整跑步機的速度和坡度。進而達到控制運動強度的目的，針對上述存在的問題，本文提出了一種跑步訓練運動強度的開環控制方法：預設靶心率，根據靶心率設計運動強度，制定跑步機的速度和坡度控制方案。該控制方案不需反饋控制，以降低系統的控制復雜性和成本;此外該控制方法也無需實施心率監測，進一步降低了系統控制的復雜性。本文最后通過分析和探究，得知該運動強度控制方法的合理性和實用性。

1.運動強度控制方法跑步機運動強度軟件控制原理

首先，根據學生身體素質和能力的實際情況，預測其最大心率。最大心率預測可采用公式：

其次，學生進行運動心肺耐力，即運動能力（functionalcapacity，F.C）測試。F.C測試采用跑步機二級/三級負荷實驗進行，其測試原理基于運動心率和運動強度呈線性關系的理論，通過實時監測學生在給定強度下的運動心率，計算其運動心率達到最大心率時所需的最大運動強度。

最后，根據學生基本信息、健康情況及運動心肺耐力測試數值，獲取運動目標，根據運動目標對應的最大心率百分比得到靶心率范圍。再根據心率和運動強度的線性關系，計算出給定運動目標對應的運動強度范圍。

根據運動強度與速度、坡度之間的關系，將運動強度EC的量值轉換成速度和坡度量值，并通過程序控制跑步機動力電機的轉速和升降電機的推力，以自動調整跑步機的速度和坡度。其中EC與速度和坡度的換算關系如下。運動強度與速度和坡度之間的公式如下。

2.跑步訓練中運動強度的控制

首先，通過對學生身體能力和素質信息的了解，進行運動風險評估。決定學生是否進行運動心肺耐力測試。根據對學生身體情況的了解、運動心肺耐力等，確定其運動目標，即將抑郁、焦慮、失眠、正常的學生運動目標設為保持健康模式，將肥胖、血脂異常的學生運動目標設為減脂模式。保持健康模式運動強度由下限值逐步上升到上限，然后逐步下降到下限，周期往復，該模式運動適用人群沒有特別禁忌，應用于普通有氧健身、心肺耐力提升鍛煉;然后平緩下降到下限，周期往復。

促進有效學習的課堂變革中，需要教師將教學目標進行精準定位，而以往的教學模式顯然已經不能滿足現代教學需求，教師不僅要轉變教學理念，更要運用積極有效的措施優化教學形式，使學生對體育課的跑步訓練形成較為全面的知識認知結構，因此推動體育教學更好發展的關鍵點就在于教師的態度，只有教師能夠立足于學生未來，用發展的眼光看待體育教學，端正自身教學態度，學生才會更加服從教師的課程安排;反之，如果體育教師的教學態度并不端正，就會直接影響學生對待體育學習的態度，不僅注意力不會放在跑步基礎知識的學習上，在跑步過程中就會呈現出懶散、放松的態度，這不僅不能達到體育鍛煉強身健體的目的，對學生學習態度的不良影響則是更為嚴重的。

其次。在靶心率區間對應的運動強度范圍內，保持健康、減脂運動強度。具體測試步驟是學生首先進行跑步機的適應性跑步練習，至少隔一天進行實驗測試。實驗前，確定學生心情平靜，狀態良好。然后進行伸展運動，以防止運動時肌肉損傷，隨后進行運動心肺耐力測試，完成運動心肺耐力測試后，休息至少10min后，開始實驗，包括3個階段：熱身3rain，運動10rain，放松3min。根據運動強度控制方案，自動調整跑步機速度和坡度，強度訓練每1分鐘變化1次。學生在訓練的過程中佩戴心率測量設備，跑步機速度小于等于6km/h時，學生步行，跑步機速度大于6km/h時，學生跑步，在學生運動過程中，及時準確的記錄學生實時心率、靶心率及運動強度。

因此，在體育跑步訓練教學中，教師要引導學生本身認識到體育鍛煉的重要性，只有這樣學生才會從思想上認定體育鍛煉會為身體健康及意識培養帶來益處，從而感受到跑步訓練的真正魅力，因此這就需要教師根據學生的個性特點，因材施教，使每個學生都能被重視起來，在開發學生潛能的基礎上，使每個學生都能對跑步訓練產生濃厚的興趣，喜愛并熱情上這項運動。

總? 結：

本文提出了一種基于靶心率的運動處方強度開環控制方法，無需監測心率和反饋控制，降低了成本和控制的復雜性，可知，實際心率和靶心率基本一致，說明了通過靶心率預設運動強度的合理性，保證了訓練的有效性和安全性，也說明了開環控制也可以滿足學生運動心率按照靶心率變化的目的，體育課堂中跑步訓練的策略是多樣化的，教師應根據自己班級學生的特點因材施教，多采取趣味性、競技性的方式來激勵學生、鼓舞學生。在體育跑步教學中，教師要根據學生的愛好和興趣來選擇合適的游戲，更好地讓學生在體育跑步訓練運動中增強體育鍛煉的能力，跑步不單單是對學生的身體鍛煉，也是對學生心理的激勵和精神的陶冶，只有掌握了這些正確的跑步策略，才能促進學生身心全面發展，從而實現體育教師獨特的價值。

參考文獻

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作者簡介：曹群海，男，1979.9，漢，湖南郴州，本科，中學高級教師，研究方向為初中體育課堂教學。