髋膝踝关节限制屈伸实验对“跑”的训练的启示
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髋膝踝关节限制屈伸实验对“跑”的训练的启示
摘要：设计髋、膝、踝关节限制屈伸实验，实验结果表明：髋关节的屈伸是人前行的主要动力，踝关节的屈伸是补充，而膝关节的作用更多参与折叠前摆，通过折叠使腿的摆动半径减小，从而增大摆动速度，为下鞭打提供更大的初速度。在跑的过程中，整个腿部的结构是以髋为轴的钟摆结构，这个钟摆是以髋关节为轴的，下肢带肌的作用远比下肢肌更大，所以“跑”技术训练的重点是以髋为核心的摆动为主。而现有“跑”训练中的误区：是人们把整个腿部的结构理解为一个“∑”形的弹簧结构，把膝关节的屈伸作为“跑”动作主体，所有的技术和力量训练也是围绕着“膝关节”来开展的。根据限制屈伸实验结果，对步幅和步频再理解，重新设计“跑”的训练重点，肌肉练习重点应上移，建立起髋关节屈伸为主、髋关节伸优先的动力定型。关键词：髋关节;膝关节;踝关节;跑;屈;伸;钟摆The Enlightenment of Hip, Knee, Ankle JointsBending-limitation Experiment to Running Training DesignJiang Wena
Liu Feia(a.
Chengdu University ,Sichuan,Chengdu,610106; b. Chengdu Shishi Jiaxing Foreign Languages School, Sichuan, Chengdu,610046 )Abstract:
The result of hip, knee, anklejoints bending-limitation experiment shows that, the bending of hip joint isthe driving fo the bending of ankle joint is supplement.The knee joint joins bending forward, improving waving speed by decreasing theradius of leg sway, and provide greater initial velocity to backward swing ofthe legs . During the running process, the structure of the whole leg is like apendulum structure which takes hip s axial. In this structure, lower limbmuscles takes bigger role than upper limb muscles, so the key point in runningtraining is the sway of hip. The mistake in current running training is, thewhole leg structure is understood as a “∑” spring structure, which takesbending of knee joint as main point, and all technology and strength trainingis involved around knee joint. Based on the result of bending-limitationexperiment, we need to rethink stride and frequency, redesign the key point ofrunning training, the key point of muscle training should be increased, and toset up a motive power structure which takes hip joint bending as center, givespriority to hip joint extend.Keywords: knee joint,; running,;bending,; pendulum前言在下肢关节中，和跑的技术有直接重大联系的有三个关节，依次为髋关节、膝关节和踝关节。这三个关节都和跑进有直接关系，在跑进（特指短跑中的途中跑部分，下文统称为跑）的过程中，三个关节配合作用，完成跑的后蹬、折叠前摆、鞭打及着地缓冲，但到底是哪个关节在决定人体的前移呢?通过髋、膝、踝关节条件限制屈伸实验，研究这三个关节屈伸对跑进的不同作用，并以此为根据，探讨和设计跑进技术训练重点。1. 髋、膝、踝关节限制屈伸实验1.1实验设计实验设计三组，限制实验对象（运动员）不同任意两个关节不动，要求实验对象对未限制不动的关节做出屈伸动作，观察不同关节对运动所起的作用。具体实验设计及实验结果如下：实验1：膝关节不动，踝关节不动，只对髋关节做屈伸。参与肌肉为臀大肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌、大收肌，肌肉在近固定条件下完成此工作。[1]参加实验人员用夹板固定住膝关节，使膝关节不能运动,脚掌上翘，只用脚后跟着地，行进10米，测定所用时间，见表1中“时间1”，随后测定正常运动行进相同距离的时间，见表1中“时间2”。表1：姓名 蒲 杨 马 王 程 张 时间1 4秒68 5秒10 4秒42 7秒40 4秒19 6秒74 时间2 2秒19 2秒42 2秒33 2秒27 2秒77 2秒39 实验结果表明，在膝、踝关节缺失的情况下，人依然可以正常的向前运动。其中髋关节的伸是带动身体前移的关键。天生就缺少腓骨的南非残疾人“刀锋战士”奥斯卡•皮斯托瑞斯的运动水平也深刻的表明了这一点。实验2：髋关节不动，踝关节不动，只对膝关节做屈伸。在此膝关节伸的肌群为股四头肌，近固定收缩为小腿在膝关节伸，远固定使大腿在膝关节伸。[2]实验结果表明，在髋、踝关节缺失的情况下，人不能向前运动，只能有小腿的上下运动。实验3：髋关节不动，膝关节不动，只对踝关节做屈伸。参与伸的肌群有胫骨前肌、踇长伸肌、趾长伸肌和第三腓骨肌 [3]。参加实验人员用夹板将俩腿固定在一起，保证髋关节和膝关节不能运动；只用踝关节运动，行进10米。实验结果表明，在髋、膝关节缺失的情况下，如果是单侧踝人只能以很小的幅度前进，踝关节难以承受较长的时间，几乎无法前进。但如果两踝关节同时屈伸，类似电影中的僵尸跳，还是可以前进，行进10米所用时间见表2，但这不是走或跑，是“跳”。表2：姓名 蒲 杨 马 王 程 张 时间 4秒79 5秒50 6秒33 6秒67 7秒24 10秒04 1.2实验结果上述实验结果表明，髋关节的屈伸是人前行的主要动力，踝关节的屈伸是补充。而膝关节的作用更多参与折叠前摆，通过折叠使腿的摆动半径减小，从而增大摆动速度，为下鞭打提供更大的初速度。髋关节的屈表现为抬大腿，腿的位移表现为向前，但不能使身体位移；伸表现为后摆，腿的位移表现为往后，根据力的相互作用原理，人的前进力量来自于地面的作用力，而在腿的动作表现就应该是后摆的髋伸。但是，在髋关节开始伸脚掌着地时，如果没有踝关节伸的动作，从受力分析来看，将有一个和人体前进相反的作用力，这样加速将受到限制，但由于有踝关节伸的动作，这个力量就转化成了前进的动力。从高脚竞速跑来看:通常来说腿长步幅更大，按理增加了30-40厘米的腿长，步幅应更大。但在高脚竞速中因缺乏踝关节的动作，前摆落地不能超越身体重心垂线过多，反而要更接近，这样步幅被迫缩小。从这个意义上来看，髋关节伸在人“跑”的动作发挥的作用最大。直接作用时间是从脚掌着地到离地的过程，这个过程髋转过的角度对人来讲不超过60度，着地时间段不超过30度，这主要是髋关节的结构限制的，但对动物来讲，由于躯干和大腿的夹角为90度，所以髋转过的角度几乎可以到180度，着地时间段可接近90度。这样在同一时间内做功的时间远远大过人类，这是绝大多数动物的奔跑速度超过人类的原因之一。对人来说，在单位时间内谁髋转过的角度越大，速度就越快。
2. 限制屈伸实验对现行“跑”技术训练误区的认识矫正从上述实验结果及其分析来看，在跑的过程中，整个腿部的结构是以髋为轴的钟摆结构，这个钟摆是以髋关节为轴的。跑技术训练的重点是以髋为核心的摆动为主。按照这个结构，在跑动过程中，肌肉练习的重点是使髋伸的相关肌群，同时包括竖脊肌等肌群，既直接使骨盆后倾的相关肌群，目的是进一步加强大腿的后摆幅度。在现有的训练中，人们对跑的技术认识时，不是把整个腿部的结构理解为以髋为轴的钟摆结构，而认为一个∑形的弹簧结构，把膝关节的屈伸作为“跑”动作主体，所有的技术和力量训练也是围绕着“膝关节”来开展的，形成了以膝关节屈伸为主的蹬伸用力的技术运用和练习技术，而不注意髋关节伸在人“跑”的动作发挥的作用。现行训练的思维误区指导下的“跑”训练的技术标准，在跑的过程中，限制了速度的进一步增加。在现行技术要求中：在腿鞭打下落时，当脚掌快着地时，膝关节几乎接近伸直，当脚掌着地时，身体重心移至支撑点垂直面时，要求支撑腿膝关节成130度-150度角[4]，这里的本意是为后蹬创造条件。但是，这一屈膝必然带来屈髋，让由鞭打效果带来的髋关节的伸被突然中止并转向屈，使一个完整的髋伸过程变成两个过程，这样，在途中跑也就是高速跑阶段，速度必然受到影响。这也是我国短跑选手在高速段速度无法和国外选手对抗的原因。从2008年起我国选手和世界高水平选手有过的同场比赛来看，在起跑反应速度我们水平甚至占优，在50米前水平相当。这是因为在这一阶段跑的技术更倾向于后蹬跑，整个腿部运动的结构可以思考为一个∑形的弹簧结构。但在身体完全打开后，腿部的运动结构就应该理解为以髋为轴的钟摆结构。博尔特在创造几个世界纪录的途中跑慢动作也显示了这一点。他的最高速度远高于其他选手，就是他在这个阶段的动作没有这个屈膝，是髋关节伸的流畅，因此他的速度可以越来越快，每一步都是在前面的高速上在加速，而不是先强制减速再加速，也就是有一个真正的匀加速的过程。同时，按以膝关节屈伸为主的技术要求，现有的短跑运动员在靠近膝盖处的大腿肌肉很发达[5]，这种肌肉越发达，在途中跑的过程中每一步的减速能力也就也大。但事实上，那些优秀的短跑运动员的臀部肌肉也都很发达，这是因为髋关节的屈伸才是主动力，这是生理结构决定了的，所以他们臀部肌肉的必然发达，可惜这种肌肉发达是被动的练习和运用的结果，在训练中主动针对下肢带肌的练习还远远不够。在现行的训练中，人们对髋关节的“屈”理解和练习较多，这主要是因为大腿在抬起的过程中要克服重力做功，需要的力量更直观，但是对髋关节的“伸”重视不够，毕竟重力势能转化为速度势能，再加力好像必要性不大了。如在跑的专门练习中常用的小步跑、高抬腿跑、后蹬跑、后踢腿跑、车轮跑等，要求动作向前性比要求向后更多，同时要求膝的屈伸远超过髋的屈伸[6]。同时，对增大步幅的理解也更多是加大大腿的剪切角度。可是，人体前进的速度来自于地面的作用力，而这个作用力只在脚着地的时候才能体现，同是，初速度越大，末速度才会更大，这给予的加力就来自腰臀等地的肌肉力量，大腿的力量更多的表现为重力的克服（既对身体的支撑），对速度的加成作用甚至赶不上小腿肌肉，因为小腿肌肉控制踝关节的“伸”。3. 限制屈伸实验对步幅和步频的再理解对整个速度来看，都取决于每个单步的速度，而这个速度表现就是步幅。步幅的大小取决于腾空速度而不是大腿剪切角度，当然大腿剪切角度对步幅的大小有加成作用。步频的意义其实对整体速度的作用并不大，猎豹的步频和人类的步频就相当，猎豹的速度来自于它的步幅。对优秀运动员来讲，每一步跨4-5米不是问题，问题在于在空中滑行速度太慢，同时落地时速度衰减太多，无法加成到下一步中。如果我们解决了这个问题，是不是意味着速度有一个新的飞跃呢？解决这一问题的关键就是加大腾空的初速度。这一速度必然遵守动量定理，ft=mv。地面对人体的作用力只能在脚掌着地的这段时间。理论上来讲，这段时间越短越好，时间越短，肌肉收缩越快，所爆发的力量越大。同时，在这一时间内，都应该有力量做功。最好是整个时间段内。但是，对以膝盖屈伸为主的后蹬型跑法，这一时间是很短的。首先就是着地缓冲，这一时间被浪费掉了，而且破坏了速度的连续性。即使是博尔特，他的着地缓冲变成了前鞭打，一开始就进入做功时间，但身体一超过支撑线，就没有了做功，也就是说髋关节的伸还远远不够，同时，即使是前鞭打，腰部和臀部的肌肉收缩对鞭打力量的加成也不够充分。也就是说，如果我们更好的做好髋关节的伸，完全可能把整个时间都用来做功。对于步频，由于我们是以膝关节屈伸为核心，因此对大腿的股四头肌来说，同一块肌肉要完成膝关节的屈伸两件事，只好进行协调了。其实单纯的步频就是腰的转动，大腿折叠可以把转动力矩减小，这样转动就更快而已。4. “跑”训练重点的重新设计4.1“跑”训练的肌肉练习重点应上移在确立了钟摆的动作特点后，我们发现下肢带肌的重要性将超过下肢肌，“跑”训练的肌肉练习重点应将从腿部向上移动。如果将人倒立过来，我们会发现上下肢肌肉结构是对称的，我们对上肢运动相关肌肉的练习方法可以用到下肢来。对上肢的上下挥动速度主要取决于躯干上的胸大肌和背阔肌，不是肱二头肌或其他上肢肌肉[7]。那么对挥动大腿的肌肉该是哪些呢?按照上下肢结构的相似性推断，那么挥动上下肢的肌肉也是相似的，对上肢的上下挥动可以理解为躯干靠拢上臂的过程，起主要作用的是躯干上的胸大肌和背阔肌。那么挥动下肢向躯干的背部方向靠拢的就是腹内、外斜肌，腰方肌，臀中肌以及竖脊肌下端，这些肌肉才应该是练习的重点，应该围绕髋关节的屈伸，重点是伸来练习这些肌肉。上肢的挥动速度远大于下肢挥动的速度，要让下肢挥动的速度和上肢的挥动速度相当，这些部位的肌肉发达程度应该和胸大肌和背阔肌一样，这样才配得上相应的挥动下肢的速度，当然有人会提出肌肉大小的问题，但是大家都明白一点：肌肉的大小取决于运用和锻炼[8]。更重要的就是我们现在的肌肉大小分布就是我们最适合跑的肌肉结构吗?如果把腿和身体看着是一个杠杆，如果物理学力学知识还可以，完全可以建立一个数学方程式，计算出一个人在身高、体重、腿长，脚长在不同速度是所需要的力量大小，空气阻力的相关数据是有的，所需的公式为斜抛公式，动量定理，能量守恒定理，力矩，最难的该是钟摆方面的公式。说起来一个高中理科生可以完成的。这样我们就可以明确相关训练所需的明确数据了。4.2髋关节伸的力量练习设计要练习髋关节的屈伸，就必须限制膝关节的动作，只有这样才可能建立起髋关节屈伸优先的动力定型。按照这个原则，设计了一些力量和专门的技术练习，下面是几个力量练习：4.2.1跪姿跳远在体操垫上，跪坐，往远处高处跳。4.2.2负重跪坐起该动作其实是深蹲的变形，但是是跪姿完成，这个动作直接练习髋关节的伸。4.2.3箱蹲该动作也是深蹲的变形，只是是坐在凳子上负重站起，要求是膝盖不能超过脚尖，最好不超过脚跟，身体不前倾，臀部发力起，该练习可直接练习大腿后群肌肉和臀大肌。4.2.4俯卧后摆腿平卧，固定肩部，以腰发力，两腿并拢伸直向上摆动，每组30-50次。该练习类似于背起练习，但背起练习起的是躯干而这是起腿，是克服重力的后摆练习。同时也是建立正确摆动习惯的练习，是基本练习。5. 结束语我国现有的短跑选手的训练主要居于经验性知识，在对短跑技术的理解也是如此，几乎没有进行基础性的实验，也就无从建立起真正的数学和物理模型，无法很好的利用已有的生理学和解剖学知识，甚至出现训练方式和生理学、解剖学知识相背的现象。以髋为轴的钟摆结构的途中跑技术研究和训练重点设计，建立在三个关节限制性练习基础上，这个技术可以解决我国短跑在最高速段速度无法提升的问题：我国选手在以后蹬跑（以膝屈伸为主）为主的前30-50米不差于任何世界顶级选手，但是在进入途中跑后无法进一步加速，最大速度被拉开了差距，于是在后续路程慢慢落后。在一定意义上来讲，我国现有的高水平短跑运动员，在原有的训练基础上进行一年左右的补充训练，成绩将会突破性的提升[28]。6. 参考文献：[1]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林：广西师范大学出版,2000：73.[2]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林:广西师范大学出版,2000:78.[3]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林:广西师范大学出版,2000:80.[4]姚辉州，刘明.田径[M].桂林:广西师范大学出版社,.[5]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林:广西师范大学出版,.[6]姚辉州，刘明.田径[M].桂林:广西师范大学出版社,.[7]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林:广西师范大学出版,2000:67[8]卢义锦，吴环成.人体解剖学[M].桂林:广西师范大学出版,2000:58[9]李继珍.探讨“追逐”在短跑训练中的运用[J].安徽体育科技,2005(04)[10]王保成,王川,周志雄.对我国短跑运动专项力量训练的思考与建议[J].首都体育学院学报,2005(04)[11]王福军.浅析抗阻力跑在短跑训练中的运用[J].福建体育科技,2003(06): 57-58 .[12]李涛.速度能力训练是短跑训练的核心[J].田径,2003(11): 38-39.[13]陈灿军.短跑运动员的力量训练[J].田径,2004(03) : 41-42.[14]崔建. 现代短跑专项力量训练[J].田径,2014(9) : 56-58.[15]牟青.核心力量训练对短跑运动员专项能力影响的研究[J].科技信息,2012(02) : 309-310.[16]徐伟.短跑运动员力量训练方法学探析[J].体育博览,2011(19): 334-335.[17]张宇,张振.中学生短跑运动员身体素质训练方法探讨[J].山西师大体育学院学报,2010(S2): 133-134.[18]李海峰.正确理解现代短跑技术走出专项力量的误区[J].田径,2010(07): 38-39 .[19]张卫.如何提高短跑成绩[J].中国教育技术装备,2011(19): 126.[20]周永奇,吴兆红,赵海波.短跑专项力量训练方法研究[J].山西师大体育学院学报,2002(02): 54-56,59.[21]蒋惠珍.短跑运动员专项力量训练新理念[J].哈尔滨体育学院学报,2006(3): 82-83.[22]朱春,李淼.浅谈抗阻力跑在短跑专项力量训练中的地位和作用[J].科技信息(学术研究),2007(36): 241-242.[23]郑桂海,李华.试谈短跑运动员的专项力量训练[J].北京体育大学学报,2007(S1): 669-670.[24]郝一伟,李雪艳.论短跑运动的专项力量训练[J]. 哈尔滨体育学院学报,2002(2): 112-113[25]谢东枚.短跑运动专项力量训练的探讨[J].重庆工贸职业技术学院学报,2008(4): 91-93.[26]申存生.青少年短跑运动员专项力量训练特征分析[J].西安体育学院学报,2008(3): 102-106.[27]洪涛,张增惠,刘明刚. 髋受力下肢技术力量训练法对青少年短跑运动员运动技术和关键专项力量影响的研究 [J]. 北京体育大学学报,2004(2): 214-216.[28]彭召方，刘晓峰，李犁花等.新时期高校高水平运动员培养的发展模式研究[J].西南师范大学学报（自然科学版）,）：169-175。
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跳远教案设计
一、教材分析
跳跃是人体的基本活动能力之一，跳跃项目的各项教学内容对提高学生的跳跃能力，促进下肢肌肉、关节、内脏器官机能的发展及提高灵敏、速度、力量等身体素质有积极意义，且深受学生们的喜爱。
二、学情分析
本课的教学对象是初二年级2班学生，共40人，男女各20人。该班学生各方面素质较好，同学间团结互助，学习积极性高。在身体机能方面看，他们正处于生长发育的关键时期，应该多参加体育锻炼，尤其力量和灵敏方面的锻炼，基于以上学情，有根据该校场地器材等情况，我锁定教学内容为跳远。本节课是第二课时，学习内容以单脚跳和后蹬跑为主。
三、教学目标
认知目标：
通过本节课的学习，使学生充分认识到提高跳跃能力的重要性。
2、技能目标：
通过本节课的练习，使80%学生初步掌握连续单脚跳和后蹬跑的技术动作，发展学生腿部力量，提高运动的协调性。
3、情感目标：
通过游戏，培养学生团结协作，主动参与，敢于克服困难的精神。
四、教学重点、难点
重点：连续单脚跳，两臂配合摆动。
难点：后蹬跑中摆动腿落地后的积极蹬地。
五、教法和学法
依据坚持“健康第一”的指导思想，本节课以学生发展为中心，重视学生的主体地位、关注个体差异与不同需求。
“教法”采用启发式教学、讲解示范、教师巡回纠错等方法。“学法”采用学生主体尝试、分组练习、纠错、展示法来进行。
六、教学过程：一般分为准备部分，基本部分和结束部分三项内容。
1、准备部分
首先是课堂常规：体委集合整队，检查人数并报告老师。师生相互问好之后教师宣布本节课的教学内容目标及要求。课堂常规之后是热身活动，我根据人体发展规律，以快速集合来置换常规的慢跑热身。快速集合指：教室没有鸣哨之前，学生可在规定区域自由走动，当听到哨声后需迅速到场地中央集合。快速集合几次之后进行简单的徒手操，让学生活动开各关节，防止在练习时受伤。因为本节课是对田径项目的练习，练习起来比较单调枯燥，学生很容易感觉到疲劳，所以我在这之前安排了一个游戏，来调动同学们的积极性，激发学生的运动兴趣。
游戏：立定跳接力。
方法：学生分成人数相等的四组成纵队站在起跳线后，口令开始，排头按立定跳要求跳一次，第二人从第一人的落点处向前跳，依次进行，每人均跳一次后结束。最后以跳得远的队为胜。游戏开始时要强调安全问题。
2、基本部分：这是课的主体部分，是教与学的重点。
首先，第一个练习是单脚跳（单脚跳要求：上体要直，有力送髋，起跳腿在拔地后迅速折叠向前翻，摆动腿积极前摆及后收迅速）。开始由老师讲解示范，学生按老师的要求集体练习。每个学生进行15米来回的单脚跳，2组，每组3次，当中老师纠正错误动作。
其次，第二个练习是后蹬跑（后蹬跑要求：1、上体稍前倾，支撑腿关节充分伸直,用脚尖蹬离地面。2、摆动腿以膝领先带动髋部前摆出,大腿积极下压用前脚掌着地。3、两臂配合腿部动作做有力的前后摆动）。刚开始也是由老师向学生讲解示范动作要领，然后学生分组进行练习，相互学习和纠正错误动作。练习次数是30米后蹬跑，一组3次，练习2组。
3、结束部分
第一、集合整队，教师可以鸣哨提醒学生集合。
第二、放松运动，老师带领学生做放松运动，放松时要求同学四列横队，站立轻松、自然。本节课采用的是瑜伽放松术：风吹树式和腰躯转动式。通过这种新型的放松方式，不仅使学生身心疲劳得到恢复，同时也让学生体会到体育课的无限乐趣。
第三、课堂小结，通过师生交流，学生间的相互评价，对表现好的同学给予表扬和鼓励，最后宣布下课。
七、预期效果
本节课的预计心率为平均每分钟130—140次
练习密度为35%—40%。
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