生物力學原理在立定跳遠教學中的探索研究

摘 要 本研究采用文獻資料法、訪談法、行動研究法等研究方法，在我院學生體質測試前的教學中，對立定跳遠動作實施生物力學原理分析，結合立定跳遠的動作要點，探索合理有效的練習手段。研究表明立定跳遠的預擺、起跳、騰空和落地四個環節都符合生物力學原理。

【關鍵詞】立定跳遠；生物力學原理；研究

1 選題依據

1.1 現實依據

立定跳遠作為一項身體素質考核項目，是中招體育加試，高考體育專業考試和大、中、小學生體質測試中的必選項目。在練習過程中，會出現各種各樣的錯誤，枯燥無味，成績很難提高，導致同學們練習的信心不足。在體育課上，采用探究式教學方法，把運動生物力學的原理引入到立定跳遠的教學中，讓同學們帶著問題去學習，不僅能培養同學們的學習興趣和創新思維能力，而且能理論聯系實踐，提高成績，事半功倍。

1.2 理論依據

完整的立定跳遠動作由預擺、起跳、騰空、落地四個部分組成。每個環節都與力學有著密切的聯系，同學們在中學物理課上已經學習了力學，因此，要學以致用，理論聯系實踐。大家就會發現立定跳遠可以用斜上拋運動、牛頓第二定律、牛頓第三定律、動量定律等力學原理去解釋。用力學原理去解決體育方面的問題值得我們大家去認真探究。

2 研究目的

田徑是其他體育項目的基礎，立定跳遠作為一個田徑項目是身體素質的重中之重，立定跳遠成績通常被作為評定學生身體素質好壞的一個重要指標，同時它也經常作為運動員選材的一個重要依據。我們可以運用已經學過的力學原理來分析立定跳遠各個階段的動作技術，找出提高立定跳遠成績的最佳途徑，針對性的去練習。也就是從運動生物力學角度來分析立定跳遠應該怎么跳？為什么要這么跳？如何提高立定跳遠成績呢？這些就是本研究要解決的立定跳遠教學過程中存在的現實問題。本研究通過探究性學習，發現問題，分析問題，找到問題的關鍵所在，最后尋找最佳的立定跳遠動作，提高學生成績，并把成功案例進一步推廣。

3 研究方法

3.1 文獻資料法

根據本研究的需要在我院圖書館、中國知網等查閱大量相關資料，了解本研究的現狀，并從中查找問題和不足，找出解決問題的最佳方案。

3.2 訪談法

根據本研究的需要，以面談或者問卷的形式對學院在校生進行訪談調查，了解探究教學法實施之后的體育教學狀況。

3.3 行動研究法

通過成立研究小組，發現問題并進行研討，對立定跳遠中可能出現的問題從力學角度加以分析。再由教師在課上進行啟發性的指導，達到學以致用，探討最佳的、科學合理的立定跳遠技術動作，再普及給全體學生。

4 立定跳遠的生物力學原理

4.1 起跳前的站位必須與肩同寬，腳尖向前。

在我們立定跳遠站位時要符合人體正常的站立姿勢，比肩寬和比肩窄站位，都會不同程度地使支撐反作用力產生分力，降低了反作用力的實效，與肩同寬則不會產生分力，符合牛頓第三定律 F=-F′。站位腳尖向前最合理，內八字和外八字站立時，兩腳蹬地產生的反作用力不能充分作用于起跳，會產生向內和向外的分力，練習時一定要腳尖向前，保持正確的站位姿勢。

4.2 預擺和預蹲時兩臂要自然協調、不停頓、次數1-2次，預蹲時上體成微蹲。

雙臂預擺與雙腿預蹲是同時進行且運動方向完全相反。預擺時停頓會帶來靜力性動作，容易使肌體產生疲勞。預擺預蹲1-2次為宜，多次的重復預擺預蹲不利于充分利用肌肉的彈性，產生最大收縮力。從生物力學的角度分析，雙臂及雙腿的上擺產生向下的慣性力，它和蹬地一起作用于支點，增加了支撐反作用力，即增加了身體騰空的推力。當臂與腿上擺到極限時，受到了拉長的對抗肌群的制動產生了反作用力，它給身體以一定的動量矩貯備，當擺動腿與擺動臂的角速度逐漸變低，其產生的角動量立即傳遞轉移給整個身體，為跳得更遠做出充分的準備。 因此我們在教學中要注意學生全身協調性的訓練。

4.3 起跳快速，兩腿蹬伸充分。

當人跳離地面時做斜上拋運動，可以看成是豎直上拋運動和水平方向的勻速直線運動的合成運動。符合如下公式：S=1/2at2，a=2S/t2；初速度V=at=2S/ t2×t=2S/t。很顯然，要獲得較高的起跳速度，一方面盡量減少蹬地時間，另一方面要增大蹬伸中身體重心在垂直方向的位移。我們想跳得遠必須減少起跳時間，才能獲得水平方向的最大初速度。也涉及到我們學習過的沖量定理，符合如下公式It=p=mv，因為人體在跳離地面瞬間只受到重力作用，人的質量是一定的，所以人體這時要獲得最大的初速度，必須減少起跳時間，快速跳離地面。因為初速度是影響遠度的主要因素，所以，在教學和訓練時，如何減少蹬地時間，同時增大蹬伸中身體重心在垂直方向的位移，是教學中的一個關鍵點和難點。更要注意學生下肢肌群的訓練，特別是下肢爆發力的訓練。

4.4 騰空之后人體做拋物線運動，蹬地角度為15°≤α≤25°時比較合適。

根據遠度公式：S=V 2sin2α/g可知，α= 45°時，跳的最遠，但是影響立定跳遠的因素很多，很難達到45°。立定跳遠是斜向蹬地的，蹬地時的支撐反作用力F會分解成水平分力Fx和垂直分力Fy，由水平分力Fx=Fcosa可知，蹬地角度愈小，水平分力愈大，成績越好。在教學實踐運用中，蹬地角也不能太小，因為水平分力Fx實際是地面對人體的摩擦力，蹬地角度的大小也受到地面靜摩擦系數u的影響，即要求Fx≤uFy。根據三角函數公式tga=Fy/Fx≥1/u可知，如果靜摩擦系數u較小時，蹬地角不能太小。專家多年教學實踐研究提出：根據人體結構特點、教學實際和學生身體素質、體型、身高，蹬地角不能太大或太小， 在15°≤α≤25°這個范圍比較合適。因此，在訓練時要注意蹬地的合適角度，采用不同的教學手段，變換練習方式，來提高立定跳遠成績。

4.5 落地是立定跳遠的最后一個環節，身體過最高點后，要屈膝、收腹，使小腿前伸，做好落地準備。

起跳后遵循慣性定律，人體在落地之前產生很大的慣性。根據轉動慣量公式J= m R2 可知：要減少轉動慣量I，必須要減少人體繞髖軸轉動的半徑R。所以，起跳時充分蹬伸踝、膝、髖使人體成為一直線后，要屈膝（減小半徑R）。即身體過最高點后，要主動向前壓軀干，使著地前的雙腿前伸，這樣，既能延長騰空時間，也在人體不改變重心拋物線軌跡前提下，提高成績。所以在教學和訓練時，屈膝、收腹、伸小腿與軀干前壓要默契配合，這是教學中另外一個關鍵點和難點。

5 影響立定跳遠成績的因素

5.1 力量因素

對下肢肌群的爆發力和踝關節的力量要求較高。立定跳遠的最后用力點是在前腳掌，甚至是腳尖，需要踝關節的跖屈用力有相當大的強度。

5.2 協調用力的能力

指骨盆肌群與下肢肌群協調用力的能力（包括踝關節）。協調用力正確的標志是，髖、膝、踝三關節能迅速有力地蹬直，上肢能做出協調的擺動，起到帶、領、提拉的作用。

5.3 擺臂的作用

必須直臂擺動，擺幅越大，帶、領、提拉力量越大。屈臂擺動，容易造成上體的波浪動作，從而影響遠度。

5.4 能量的轉換

從站立狀態到下蹲狀態，勢能轉化為動能，這就相當于有一定的助跑，從而可以更有效地提高初速度，增加立定跳遠的遠度。

6 研究結論

研究表明，立定跳遠的預擺、起跳、騰空和落地四個環節都符合生物力學原理。

7 研究反思

經過我們研究小組的密切合作，研究順利完成，研究表明，探究式教學法在立定跳遠教學過程中得到驗證，它是一種科學有效的體育教學方法。在探究學習的過程中，運用物理學的知識分析立定跳遠技術動作的問題這一研究成果得到了實證研究。但是怎樣做到“以點帶面”發動全體學生采用所學物理知識去分析立定跳遠技術動作，做到學以致用，惠及全體學生，是一個亟待解決的重要課題，我們科研小組將在下一步將這個成功案例得以貫徹和落實，理論聯系實踐，讓這些思維活躍、創造力強的青年學生把自己學到的物理學知識科學合理的運用到體育鍛煉之中去。

參考文獻

[1]田麥久.運動訓練學[M].北京：人民體育出版社，2005.

[2]李鴻江.田徑[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者簡介

續延軍（1976-）男，漢族，河南省南陽市人。碩士研究生學歷?，F為鶴壁職業技術學院講師。研究方向為體育教學理論與實踐。

作者單位

鶴壁職業技術學院 河南省鶴壁市 458030