山西省女子運動員跳馬冢原屈體后空翻的運動學分析

趙 蕊，董建國，逄浩澤，夏 炎，崔建梅

山西省女子運動員跳馬冢原屈體后空翻的運動學分析

趙 蕊，董建國，逄浩澤，夏 炎，崔建梅

中北大學體育學院，山西 太原，030051。

采用APAS三維運動解析系統對山西省青少年體操冠軍賽女子跳馬決賽中甲組5名健將級運動員完成的冢原屈體后空翻動作的踏跳、第1騰空、推手和第2騰空等關鍵技術階段的技術進行運動學分析，揭示女子跳馬冢原屈體后空翻的運動學規律和技術特點，并針對存在的問題提出合理性建議。采用兩臺JVC GC-P100 攝像機對比賽中運動員完成的動作技術進行三維定點拍攝，利用美國APAS三維錄像解析系統對錄像進行解析。5名運動員完成的冢原屈體后空翻動作均存在一定問題。（1）在踏板階段，5名運動員除秦月娟外上板速度較慢，劉思佳、吳俊杰和喻雪踏板時間較長；劉思佳和秦月娟應盡量將向前上方擺臂伸展的動作控制在蹬離板過程中完成；喻雪應注意不要過早的進行繞垂直軸轉體90°的側手翻動作，注意踏板時不要分腿。（2）在第1騰空階段，5名運動員除出現一定分腿現象外動作完成較好。（3）在推手階段，蔣雅琴推離馬時右肩角較小，重心偏向左手，右手沒有很好的參與推撐發力；秦月娟推離馬時身體重心較低，身體沒有處于倒立狀態；5名運動員推撐力量不足，推手時間較長，垂直速度大幅下降，其中吳俊杰和喻雪下降最為嚴重，或影響完成第2騰空動作所需的時空條件。（4）在第2騰空和落地階段。秦月娟的屈髖不夠充分，5名運動員均無明顯展體動作，落地穩定性欠佳。

山西省；跳馬；女體操運動員；冢原屈體后空翻；運動學分析

在跳馬運動中，運動員要完成各種支撐跳躍動作。“冢原跳”是由日本運動員冢原光男于第17屆世界體操錦標賽創造的，原名為側手翻轉體90°接后空翻。至今，冢原類跳馬動作仍是高水平跳馬比賽中的熱門動作類型。其完整的技術動作過程由7個連續的、相輔相成的階段組成，分別為助跑、上板、踏跳、第1騰空、推手、第2騰空和落地[1]。

2020年山西省青少年體操冠軍賽是由山西省體育局主辦的省級優秀體育賽事。冢原屈體后空翻是此次冠軍賽決賽中所有的女子甲組運動員（13-15歲）采用的難度最高的動作，也是冢原類動作的基礎難度，是冢原類跳馬動作的基本動作之一。本文對此次冠軍賽中運動員完成的冢原屈體后空翻動作進行技術分析，揭示該動作的運動學規律和技術特點，為山西省各運動隊教練員及運動員提供該技術動作的訓練參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

2020年山西省青少年體操冠軍賽女子甲組運動員5名。

表1 研究對象基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 專家訪談法 訪問了山西省體操中心有關專家、裁判與教練員，了解跳馬的技術動作評分細則、女子跳馬冢原屈體后空翻動作的技術要點等相關內容。

圖1 山西省青少年體操冠軍賽女子甲組跳馬決賽現場

1.2.2 現場拍攝法 在2020年山西省青少年體操冠軍賽女子甲組跳馬決賽現場用兩臺日本產JVC GC-P100型攝像機對蔣雅琴、劉思佳、秦月娟、吳俊杰、喻雪5名健將級運動員完成的女子跳馬冢原屈體后空翻動作全過程進行定點拍攝。拍攝速率為50幀/s，主光軸夾角為110°。由于正側面為裁判位，因此兩攝像機擺放位置如圖1所示，1號機位于馬的左前方；2號機位于馬的左后方。

1.2.3 視頻解析法 使用Ariel公司（美國）的APAS（Ariel Performance Analysis System）錄像解析系統對比賽中拍攝的原始材料進行解析，獲得運動學參數。根據人體模型的標準選取了19個關節點，用低通濾波法對采集的數據進行平滑處理，截斷頻率為8Hz。

2 結果與分析

根據跳馬項目的運動特點，動作技術重點集中在踏跳、第1騰空、推手、第2騰空和落地5個階段，因此本文主要研究該五個階段的技術。

2.1 踏跳階段

踏跳階段是指從雙腳踏上踏板瞬間到雙腳踏離踏板的階段。

2.1.1 踏板瞬間 助跑所獲得的速度在很大程度上影響運動員的難度動作完成情況與質量[2]。在比賽中5名運動員的踏板瞬間重心水平速度分別為蔣雅琴5.69m/s、劉思佳5.91m/s、秦月娟6.10m/s、吳俊杰5.37m/s、喻雪5.27m/s，與我國優秀運動員相比[3]，5名運動員除秦月娟外上板速度較慢，這與運動員的生理年齡略低或身體素質訓練不足，踝、膝、髖關節和腿部力量欠佳有關[4]。

影響因素集又叫指標集，通常用U表示，根據客戶滿意度評價的需要，選擇和確定一級指標集U={u1,u2,…,un}，ui代表影響因素，共有n個。然后，根據每個一級指標相應地確定二級指標ui={ui1,ui2,…,uij},表示每個一級指標有j個影響因素。

運動員上板過程中兩腿應迅速并攏前擺，使踏板瞬間雙腳超過重心投影線，從5名運動員的上板角在55°-60°之間可看出他們都具有此技術特點，這樣的上板角度可形成一定制動，從而將部分重心水平速度較好地轉化為垂直速度。

2.1.2 踏跳過程 在踏跳的制動力以及蹬腿力量的共同作用下，5名運動員重心水平速度明顯減小，垂直速度明顯增加。根據動量定理F·?t=mVz-mV0（?t為踏跳的時間，Vz和V0分別為蹬離板時和觸板時的重心垂直速度），即蹬腿的力量越大，踏跳時間越短，離板瞬間獲得的垂直速度越大，踏跳效果就越好。數據顯示，蔣雅琴、秦月娟、吳俊杰和喻雪的踏跳效果較好，而劉思佳沒有將較高的水平速度優勢發揮出來，可以從以下幾個方面對其進行解釋：（1）劉思佳的體型較為瘦弱，其體重相對于身高偏輕，腿部力量較弱，蹬腿力量不足。（2）各種類型跳馬動作的踏跳階段的技術動作要求短促快速有力，我國優秀女子運動員的踏跳時間為0.08s-0.11s[3][5][6]，而劉思佳與吳俊杰的踏跳時間較長為0.14s。（3）運動員在蹬離板過程身體持續伸展，因而各關節角度應呈增大趨勢。由表2可以看出，劉思佳在踏跳過程中左肩角由160°減小至124°，右肩角由159°減小至143°，表明其兩手臂在該階段向下擺動，運動方向與身體相反，手臂沒有起到帶動全身向前上方運動的作用，阻礙了其在蹬離板時獲得較高的垂直速度。出現這一現象的原因是她在上板階段就提前完成了向上擺臂動作，上板瞬間雙手高舉過頭頂，導致其在蹬離馬過程中就已較早的開始了本應該在下一階段完成的向下方擺臂做撐馬動作。這一技術動作依然使她獲得了5.07m/s較大的垂直速度變化幅度，但原因是向上擺臂動作在上板階段內完成，上板階段重心起伏較大，在踏上板的瞬間獲得了較大的向下的垂直速度。秦月娟與劉思佳為同一教練指導下的運動員，其二者的技術動作類似。秦月娟的垂直速度變化幅度為5.58m/s，但因其在蹬離板過程中并沒有向下擺臂，離板瞬間仍具有較高的垂直速度。筆者認為，若秦月娟采取在蹬離的過程中進行向上擺臂的技術動作，可能獲得更大的離板垂直速度。

表2 踏跳階段的有關運動學參數

注：上板角：上板瞬間重心和雙腳著力點連線與水平面后夾角；蹬離角：蹬離瞬間重心和雙腳著力點連線與水平面前夾角。

另外，喻雪在此階段存在左、右膝關節角度差別較大的現象，如表3所示，以蹬離板過程最為明顯，極有可能導致兩腿用力不均或用力不充分。原因可能是她過早的在踏跳階段便開始進行繞垂直軸轉體90°的側手翻動作。并且其他4名運動員左、右腳之間的平均距離約為7.5cm，喻雪的左、右腳距離為12.4cm，說明在板上她的兩腳相距較遠，沒有做到規則要求的并腿。

表3 踏板階段喻雪膝關節角度

2.1.3 蹬離瞬間 運動員在蹬離板時的技術動作通常為上體略前傾，身體略向右轉動。根據人體翻正反射的機能特點，需要運動員上半身優先旋轉完成繞垂直軸轉體90°的技術動作，因此左臂要先于右臂撐馬，兩臂的位置為左臂低于右臂。從5人的蹬離角在79°- 85°之間可看出，此時重心在腳支點投影線之前，這樣身體就獲得了一個向前、向側的旋轉力矩，加快第1騰空和撐馬時的轉體力度，有利于身體向前向側翻轉到馬上手倒立的位置。

2.2 第1騰空階段

第1騰空階段是指從兩腳蹬離踏板到左手撐馬的階段。根據力學公式VZ=Vz-gt（t為第一騰空的時間，Vz和VZ分別為蹬離板時和觸馬時的重心垂直速度），即第1騰空時間越短，垂直速度損耗就越小，而觸馬瞬間的較大的垂直速度有利于完成后續動作。比賽中5名運動員的第1騰空階段用時均在0.08-0.10s之間，都是極短的。

表4 第1騰空階段有關運動學參數

身體騰空后兩臂依次撐馬，在這個過程中運動員要完成身體繞垂直軸轉體90°的動作，為變成繞矢狀軸向前翻轉的側手翻做好準備。

2.3 推手階段

推手階段是從左手撐馬至右手推離馬的運動過程。

2.3.1 觸馬瞬間 撐馬時身體位置越高越有利于推手動作的發揮和身體的翻轉，撐馬角可以形象地反映左手撐馬瞬間重心相對于左手和馬的高度，當撐馬角度越大代表撐馬瞬間身體重心高度越高。由于5名運動員第1騰空時間都較短，身體重心位置都還不是很高，所以撐馬角都比較小。蔣雅琴、劉思佳、秦月娟相比其他兩位運動員獲得了較大的撐馬角。

2.3.2 推離瞬間 推離角反映了手推離馬時馬對身體產生反作用力的方向，推離角的大小以接近90°為宜，過小會影響人體水平方向的運動速度；若超過90°則會影響第2騰空的高度。但單推離角不能反映運動員推離馬時的身體狀態和姿態。根據力學原理，騰起時重心相對位置越高，重心水平速度損耗就越少，該動作在倒立狀態下重心位置最高。筆者分別計算了5名運動員在推離馬瞬間身體重心和左、右肩中點的連線與水平面前夾角，分別為：蔣雅琴88°、劉思佳87°、吳俊杰87°、喻雪83°、秦月娟71°。該夾角越接近90°表明身體越接近倒立狀態，從表5中可明顯看出秦月娟有著相對較大的推離角，但她不是在倒立狀態下推離馬的。與其在推離瞬間左、右肩關節角度較小有關，為151°、135°。這不僅沒有保證其具有較高騰起瞬間重心相對位置，也不能保證充分的頂推發力。因此，在推離馬瞬間，運動員既要滿足身體接近倒立狀態，還要使推離角接近90°，從而使運動員獲得較高第2騰空高度。

表5 推手階段有關運動學參數

注：撐馬角：左手撐馬瞬間重心和手著力點連線與馬水平面后夾角；推離角：右手離馬瞬間重心和著力點連線與馬水平面后夾角。

通過觀察錄像，發現蔣雅琴最后離馬的手是左手，按照動作要求運動員應左、右手依次撐馬，依次或同時推離馬。經過計算，蔣雅琴左手離馬瞬間重心和左手的連線與水平面的后夾角為81°；而右手離馬瞬間重心和右手連線與水平面的后夾角為66°，且左肩角非常接近180°，右肩角僅為146°。這說明她推離馬時重心偏向左手，缺少重心由左手移至右手繼而推撐離馬的過程，因此她的右手沒有很好的參與推撐發力。

2.3.3 推撐過程 與踏跳階段相似，該階段的部分任務是通過推手將一部分水平速度轉化為垂直速度，因此5名運動員推手階段水平速度明顯降低。由于該階段還需完成轉體擺腿，且運動員還具有上肢爆發力較差導致的推手力量不足、頂肩動作不理想等問題，導致垂直速度不僅沒有增加，甚至大幅降低。通過查閱文獻發現，世界優秀運動員在推手階段可做到平均垂直速度上升0.6m/s[7]，離板瞬間的平均垂直速度可達2.5m/s；而我國優秀女子跳馬運動員在推手階段垂直速度則呈下降趨勢，平均下降幅度為0.49m/s，推離馬瞬間的平均垂直速度為2.49m/s[3][6]；本次比賽中5名運動員垂直速度平均下降幅度為0.96m/s，離馬瞬間平均垂直速度僅有1.87m/s。這表明世界優秀運動員的上肢力量較強，該5名運動員甚至我國優秀運動員都應大力發展上肢力量，提高推撐效果，為第2騰空打下良好的時空基礎。吳俊杰、喻雪離馬時重心垂直速度較低，重心高度上升幅度較小，或對第2騰空產生消極影響。

在推手階段中，5名運動員的技術動作還存在一些問題。（1）推手動作應短促有力，5名運動員平均推手時間為0.30s，而冢原類跳馬動作的推手動作應在0.20-0.24s內完成[8]。（2）在離馬瞬間吳俊杰和喻雪運動員左、右髖角都較小，說明她們沒有充分伸展身體且喻雪存在左、右髖角差別較大即分腿現象。（3）在離馬瞬間秦月娟和吳俊杰左、右膝角差別較大，說明他們在推離馬時左膝關節彎曲而導致了小腿分腿。

2.4 第2騰空和落地階段

第2騰空指右手推離馬至雙腳著地瞬間的過程。該階段運動員的動作應包括兩大部分。第1部分是屈髖抱腿：根據角動量守恒定律，旋轉半徑的減小可以增加旋轉角速度[9]，而屈髖抱腿則縮短了運動員繞橫軸翻轉的半徑，從而增加其翻轉的速度。該環節5名運動員都迅速屈髖抱腿，蔣雅琴屈髖抱腿所用時間較長，可能與其較早的推離馬有關。秦月娟屈髖不充分，髖角一直保持在100-110°左右，其它運動員則充分屈髖；第2部分為伸髖展體：與屈髖抱腿相反，為了使落地平穩，需要減小旋轉的角速度，因此落地前需要伸髖展體以增加身體的旋轉半徑。5名運動員的髖角在第2騰空階段均呈減小趨勢，落地前一直保持著抱腿姿勢，落地瞬間髖關節角度較小，無明顯的展體動作。

5名運動員在第二騰空階段的身體重心拋物線最高點至地面高度分別為蔣雅琴2.3m、劉思佳2.28m、秦月娟2.23m、吳俊杰2.21m、喻雪2.13m；離馬瞬間重心高度到拋物線最高點的絕對上升高度為蔣雅琴0.21m、劉思佳0.19m、秦月娟0.18m、吳俊杰0.14m、喻雪0.16m；第2騰空總用時分別為蔣雅琴0.72s、秦月娟0.68s、劉思佳0.68s、吳俊杰0.66s、喻雪0.68s。這三項數據可反映運動員完成動作的時空條件，均明顯低于我國優秀運動員[6]。在較為緊湊的時空條件下，5名運動員為保證在落地前完成翻轉動作，必須全程保持高速的翻轉，因此不能進行減緩翻轉速度的展體動作。通過對表6各翻轉階段的用時進行分析發現，5名運動員落地前1/4周的翻轉速度要明顯高于前一周甚至抱腿翻轉階段的3/4周，落地時較高的翻轉速度也導致了5名運動員難以站穩，出現了不同程度的邁步。其中喻雪落地的穩定性最差，除其相對于其它運動員較小的時空條件外，也與其落地后重心最低點左、右膝關節角度差異較大有關。

表6 第2騰空階段中各階段用時

表7 第2騰空階段有關運動學參數

3 結 論

（1）5名運動員除秦月娟外上板速度較慢；劉思佳、吳俊杰和喻雪踏板時間較長，沒有做到快速有力（0.11s內完成）；劉思佳和秦月娟應將向前上方擺臂伸展的動作控制在蹬離板過程中完成以使垂直速度明顯增加。5名運動員在離板時均處于兩臂前伸，左臂低于右臂，上體微前傾，重心越過腳支點垂線，蹬離角小于90°的正確姿態，喻雪應注意不要過早的進行繞垂直軸轉體90°的側手翻動作，注意踏板時不要分腿。

（2）離板后積極主動撐馬，5名運動員均在極短的時間內完成了第1騰空，在重心上升過程中迅速打開髖角并加速擺腿，同時完成轉體 90°，形成左手撐馬的側撐姿勢。第1騰空階段5名運動員均出現了不同程度的分腿。

（3）運動員應雙手在依次撐馬后積極主動地用力頂肩推手，在推離馬瞬間盡量使身體接近倒立狀態，推離角接近90°，重心最高時推離馬。蔣雅琴推離馬時重心偏向左手，右手沒有很好的參與推撐發力；秦月娟推離馬時身體重心較低，身體沒有處于倒立狀態；5名運動員推撐力量不足，推手時間較長，垂直速度大幅下降，其中吳俊杰和喻雪下降最為嚴重，或影響完成第2騰空動作所需的時空條件。

（4）推手后應迅速充分屈髖抱腿加速旋轉，秦月娟的抱腿旋轉時髖角大于90°；由于較為緊湊的時空條件，5名運動員均無明顯的落地前伸髖展體動作。落地緩沖時喻雪應盡量保持落地后左右膝角相等，提高落地穩定性。

[1] 宋麗霞.跳馬前手翻上板類運動學分析[J].運動，2018（20）：15～16.

[2] 殷 紅.“助跑速度”在跳馬訓練中必須得到重視[J].安徽體育科技，2000（02）：19～21.

[3] 姚俠文，陳碧英，劉家驥，等.女子跳馬跳轉180°屈體后空翻動作的運動學分析[J].北京體育大學學報，1998（03）：72～75.

[4] 羅欣烈.助跑和起跳的速度是提高跳馬質量的關鍵[J].內江師范學院學報，1987（02）：50～54.

[5] 蘇美華，陳 平.楊亞紅.跳馬側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°運動學分析[J].體育科技，2012，33（02）：58～63.

[6] 王 嶸，王 崢，姚俠文.女子跳馬冢原直體后空翻轉體720°運動學分析[J].中國體育科技，2010，46（01）：97～101+112.

[7] 徐 勇.世界優秀女子體操運動員跳馬動作的運動生物力學分析模式[J].北方工業大學學報，2002，14（02）：87～91.

[8] 胡泳章，姚俠文，竭曉安，等.女子跳馬發展趨勢及各類動作技術特點[J].北京體育大學學報，2000，23（02）：268～269.

[9] 張 鑫.鄒凱單杠后直兩周720°旋下動作的運動學分析[J].四川體育科學，2016，35（02）：43～45.

Kinematical Analysis of Female Athletes' Tsukahara Piked in Shanxi Province

ZHAO Rui, DONG Jianguo, PANG Haoze, et al

School of Sport and Physical Education, North University of China, Taiyuan Shanxi, 030051, China.

Using APAS three-dimensional motion analysis system to analyze the key techniques of the Tsukahara piked such as step jump, first flight, push hand and second flight, which were completed by five athletes in group A of women's Vault final of Shanxi junior Gymnastics Championship. The kinematics law and technical characteristics of the original volley of female vault are revealed, and the existing problems are pointed out Put forward reasonable suggestions.Two JVC GC-p100 cameras were used to take three-dimensional fixed-point video of the athletes' movements in the competition, and APAS three-dimensional motion analysis system was used to analyze the video.There were some problems in all the five athletes in Tsukahara piked.(1) in the pedal stage, except for Qin Yuejuan, the speed of five athletes on the board is slow, Liu Sijia, Wu Junjie and Yu Xue stay at the pedal for a long time; Liu Sijia and Qin Yuejuan should try their best to control the movement of arm swing forward and upward in the process of pedaling off the board; Yu Xue should pay attention not to roll 90°around the vertical axis too early, and not to split the legs when pedaling. (2) In the first flight stage, the five athletes completed their movements well except for some split legs. (3) In the hand-pushing stage, when Jiang Yaqin pushed away from the horse, the right shoulder Angle was small, the center of gravity was shifted to the left hand, and the right hand did not participate in the pushing and supporting force well; When Qin Yuejuan pushed away from the horse, her center of gravity was low and her body was not in a handstand state. Five athletes push strength is insufficient, driving force for a long time, the vertical speed dropped sharply, Wu Junjie and YuXue decline is most serious, or affect the conditions of space and time needed to complete the post-flight action. (4) In the second flight and landing phase. Qin Yuejuan's hip bending was not enough, and none of the five athletes had obvious body movement, and the landing stability was not good.

Shanxi Province; Vault; Female gymnast; Tsukahara piked; Kinematic analysis

1007―6891（2022）02―0081―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2022.02.18

2021-05-22

2021-07-07

山西省體育局課題：后激活增強效應對蹦床運動員網上騰空高度及肌肉活性的影響（19TY104）。

董建國，男，研究員，碩士生導師。研究方向：體育教育訓練學。

G832.2

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