張俊峰，仲 宇，吳鐘權(quán)

1 問(wèn)題提出

游泳接力比賽，兩名運(yùn)動(dòng)員交接棒所用的時(shí)間直接反映了運(yùn)動(dòng)員之間接力技術(shù)與時(shí)效配合的結(jié)果。而在平時(shí)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行接力技術(shù)訓(xùn)練時(shí)，只能通過(guò)教練員和運(yùn)動(dòng)員的主觀感覺(jué)來(lái)判斷交接棒的快慢，缺乏客觀判斷依據(jù)，容易造成運(yùn)動(dòng)員交接棒技術(shù)運(yùn)用的不穩(wěn)定，難免出現(xiàn)交接棒的時(shí)間延誤或搶跳犯規(guī)現(xiàn)象。

研制比較先進(jìn)和實(shí)用可靠的技術(shù)設(shè)備既能客觀的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員接力銜接配合效果，同時(shí)，又能測(cè)試兩名運(yùn)動(dòng)員交接棒所需要的最短時(shí)間。根據(jù)測(cè)得的時(shí)間信息結(jié)果，能夠即刻反映兩名運(yùn)動(dòng)員接跳技術(shù)運(yùn)用的效果，將對(duì)游泳運(yùn)動(dòng)員之間交接棒技術(shù)的判斷方法提供科技條件，協(xié)助教練員安排具有針對(duì)性的接力訓(xùn)練手段和方法起到重要作用。

2 游泳接力反饋儀的研制

本反饋儀研制經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：工作原理→結(jié)構(gòu)組成→現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試→測(cè)試反饋與修改。

2.1 游泳接力反饋儀的原理

游泳接力反饋儀由出發(fā)起跳板、觸板和電子計(jì)時(shí)裝置三大部分組成。

2.2 游泳接力出發(fā)反饋儀的結(jié)構(gòu)

2.2.1 出發(fā)起跳裝置

出發(fā)起跳裝置是由出發(fā)臺(tái)和 L形起跳踏板兩部分組成。由于出發(fā)臺(tái)的斜面 （80×60 cm)與水平面成 10°夾角，L形跳板設(shè)計(jì)成厚度 0.5 cm，長(zhǎng) 60（板面)+3（板沿) cm，寬 50 cm，板沿與板面夾角 100°剛好固定在出發(fā)臺(tái)斜面上，L形起跳踏板上裝有皮帶，用于固定起跳踏板，使運(yùn)動(dòng)員做出發(fā)動(dòng)作時(shí)更加穩(wěn)定。

L形起跳踏板由基板、面板和壓力開(kāi)關(guān) 3部分組成，圖2是 L形起跳踏板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖 1 游泳接力出發(fā)反饋儀原理示意圖

圖 2 游泳出發(fā)起跳裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2.1.1 基板

基板采用不銹鋼材料，厚度為 1.0 mm。使用不銹鋼的目的是它有許多優(yōu)點(diǎn)，如強(qiáng)度好、不變形、不生銹、耐酸堿、性?xún)r(jià)比高，缺點(diǎn)是比重大，而其他材料如鋁板雖然比重小、性?xún)r(jià)比高，但強(qiáng)度差、易變形并且耐酸堿性也差。因此，選用不銹鋼材料價(jià)格適中，效果也好。

2.2.1.2 面板

面板采用環(huán)氧樹(shù)脂板材料，厚度為 1.0 mm。環(huán)氧樹(shù)脂板的機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐油性和耐腐蝕性，并可在潮濕環(huán)境中使用。游泳池水中有腐蝕性的物質(zhì)，選用此面板是比較適宜的。環(huán)氧樹(shù)脂板經(jīng)過(guò)打磨后粘貼防滑紗布。

2.2.1.3 壓力開(kāi)關(guān)

基板和面板中間內(nèi)置的壓力開(kāi)關(guān)采用的是氧化銀薄膜開(kāi)關(guān)，共有 5條，每條寬度 2 cm、長(zhǎng) 40 cm。由 8個(gè)壓力開(kāi)關(guān)單元組成，開(kāi)關(guān)單元的形狀為圓形，直徑 12mm，均勻分布在每個(gè)條內(nèi)。開(kāi)關(guān)按鍵操作力在 170～300 g之間，回彈時(shí)間 ＜5m s，觸電抖動(dòng)時(shí)間 ＜3 m s。圖 3為壓力開(kāi)關(guān)條的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖 3 游泳接力出發(fā)起跳壓力開(kāi)關(guān)條示意圖

2.2.2 游泳觸板

游泳規(guī)則規(guī)定，游泳觸板的尺寸是 240 cm×90 cm。厚度是 1 cm，觸板上的標(biāo)志線應(yīng)與池壁的標(biāo)志線一致并重疊，標(biāo)志線為黑色的十字線，十字線的寬度為 25 cm。觸板的周?chē)瓦吘墤?yīng)標(biāo)有 2.5 cm的黑邊。觸板應(yīng)露出水面30 cm，浸入水中 60 cm。本次研制的游泳觸板是按照教練員的要求和運(yùn)動(dòng)員平時(shí)訓(xùn)練的需要而設(shè)計(jì)，其尺寸為 120 cm×90 cm，其他與游泳規(guī)則規(guī)定要求完全相同。

觸板的靈敏度：日本的是 2 kg、美國(guó) 1.5 kg、國(guó)產(chǎn) 3 kg壓力。本次研制的游泳觸板不會(huì)因?yàn)樗藳_擊的影響而產(chǎn)生水壓動(dòng)作，只有運(yùn)動(dòng)員在其上施加 2.5～3 kg的壓力時(shí)才能使觸板發(fā)生動(dòng)作，觸板上任何一點(diǎn)的反應(yīng)力相等，觸板對(duì)局部撞擊敏感，但對(duì)觸板表面整體壓力的變化不會(huì)做出反應(yīng)，當(dāng)有外力作用時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)并反饋給電子計(jì)時(shí)裝置。游泳觸板由 3部分組成：基板、面板和壓力開(kāi)關(guān)（圖 4)。

圖 4 游泳觸板示意圖

2.2.2.1 基板

基板采用了不銹鋼板材料，厚度為 1.5 mm。由于運(yùn)動(dòng)員對(duì)觸板的作用力比較大，因此，較厚的不銹鋼板強(qiáng)度大、彈性好、不變形，使用效果較好。

2.2.2.2 面板

采用環(huán)氧樹(shù)脂板，厚度 1.5mm，原因同上。

2.2.2.3 壓力開(kāi)關(guān)

基板和面板中間放置一種微動(dòng)輕觸行程開(kāi)關(guān)，共有 4條長(zhǎng)度 115 cm、寬度 2.5 cm的壓力開(kāi)關(guān)條，每條由 22個(gè)均勻分布開(kāi)關(guān)單元組成，操作力在 160～250 g之間，行程0.9mm。

2.2.3 電子計(jì)時(shí)裝置

電子計(jì)時(shí)裝置通過(guò)控制電路分別與游泳觸板和出發(fā)起跳裝置相連，電子計(jì)時(shí)裝置由兩套不同精度的計(jì)時(shí)器組成，計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)精度分別是：1/1 000 s和 1/10 000 s。游泳規(guī)則要求計(jì)時(shí)精度是 1/100 s，因此，本裝置完全符合國(guó)際游聯(lián)要求。顯示器直接顯示測(cè)量結(jié)果，計(jì)時(shí)精確而清晰。

電子計(jì)時(shí)裝置由 6個(gè)單元組成 （圖 1)：1)時(shí)基信號(hào)單元，包括晶體振蕩器、整形和分頻器組成；2)測(cè)試單元，包括起跳裝置、游泳觸板和相對(duì)應(yīng)的整形電路；3)控制單元，包括判別電路和主控門(mén)，通過(guò)控制單元得到一定數(shù)量的時(shí)間脈沖，表示接力被測(cè)時(shí)間，輸入相應(yīng)的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器，通過(guò)脈沖數(shù)顯示出來(lái)；4)鎖存電路，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員第 1次觸動(dòng)觸板后計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)或停止觸板被鎖定，即使運(yùn)動(dòng)員再次觸動(dòng)觸板也不能改變計(jì)時(shí)器已有的鎖定狀態(tài)，只有按復(fù)位鍵解鎖后觸動(dòng)觸板才能改變計(jì)時(shí)器的狀態(tài)；5)延時(shí)復(fù)位單元，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種，每次測(cè)量完成后產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)使計(jì)時(shí)器清零，也可以手動(dòng)清零；6)電源單元，提供各單元不同的電壓和電流。

2.3 反饋儀的技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)

研制的“游泳接力出發(fā)反饋儀”具有顯示精度為 10m s和 1m s兩種即刻顯示功能，前者用于測(cè)試運(yùn)動(dòng)員正常接力觸壁、起跳時(shí)間，后者用于測(cè)試搶跳時(shí)間，并通過(guò)高速攝像系統(tǒng)檢驗(yàn)了該儀器顯示的精確度和靈敏度，其結(jié)果精準(zhǔn)。

使用壓力計(jì)在觸板的上、下、左、右隨意選擇 8個(gè)點(diǎn)，檢驗(yàn)各個(gè)點(diǎn)的受力情況，檢測(cè)結(jié)果觸動(dòng)任何一點(diǎn)的反應(yīng)力基本在 2.5～3 kg之間，完全符合國(guó)際泳聯(lián)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。

3 游泳接力出發(fā)反饋儀工作原理

反饋儀在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)安裝并經(jīng)過(guò)檢測(cè)各部分一切正常后就可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行測(cè)試 （圖 5)。

圖 5 游泳接力反饋儀測(cè)試工作原理及注解示意圖

反饋儀的測(cè)試工作原理分為 3種情況：正常交接棒：當(dāng)交棒運(yùn)動(dòng)員觸動(dòng)游泳觸板 A時(shí)，計(jì)時(shí)器 D開(kāi)始計(jì)時(shí)，接棒運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)出發(fā)臺(tái)時(shí)，D停止計(jì)時(shí)并顯示接棒運(yùn)動(dòng)員的正常交接時(shí)間。時(shí)間的長(zhǎng)短反映了接棒運(yùn)動(dòng)員接棒技術(shù)運(yùn)用的好壞。搶跳：當(dāng)交棒運(yùn)動(dòng)員還未觸動(dòng)游泳觸板 A時(shí)，而接棒運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)起跳離開(kāi)了出發(fā)臺(tái)，這時(shí)計(jì)時(shí)秒表E開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)交棒運(yùn)動(dòng)員觸動(dòng)游泳觸板 A時(shí)，E停止計(jì)時(shí)并顯示接棒運(yùn)動(dòng)員搶跳的時(shí)間，如果搶跳時(shí)間 ＜30 m s，按國(guó)際游聯(lián)規(guī)定為正常搶跳；如果搶跳的時(shí)間≥30m s視為犯規(guī)。因此，運(yùn)動(dòng)員會(huì)根據(jù)搶跳犯規(guī)時(shí)間的多少來(lái)校正自己接棒前的判斷，通過(guò)接力專(zhuān)項(xiàng)的時(shí)間與空間認(rèn)知訓(xùn)練，改進(jìn)交接棒技術(shù)，從而避免犯規(guī)和發(fā)揮穩(wěn)定的接力效果。

4 游泳接力出發(fā)反饋儀的應(yīng)用效果

為陜西省游泳隊(duì)備戰(zhàn)第 11屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)女子 4×100 m、4×200m自由泳接力的 5名運(yùn)動(dòng)員開(kāi)展科技服務(wù)工作，也作為本次研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。運(yùn)動(dòng)員基本情況：3名運(yùn)動(dòng)健將，2名國(guó)際健將；年齡 18.20±3.05歲、身高 1.70 ±3.40m、體重 59.60±3.69 kg、訓(xùn)練年限 9.7±3.3年。

由于備戰(zhàn)全運(yùn)會(huì)，運(yùn)動(dòng)員每天都有一定的水準(zhǔn)訓(xùn)練量和到異地訓(xùn)練的安排，教練員根據(jù)科研人員建議，在賽前6周內(nèi)專(zhuān)門(mén)安排了接力訓(xùn)練內(nèi)容，每周對(duì)運(yùn)動(dòng)員交接棒的訓(xùn)練測(cè)試 3課次，每次測(cè)試時(shí)對(duì) 3個(gè)接力項(xiàng)目的每個(gè)運(yùn)動(dòng)員測(cè)試 3～5次。

在為期 6周的訓(xùn)練中，開(kāi)展了提高運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知水平的不同判斷方式的訓(xùn)練，主要采用臺(tái)上運(yùn)動(dòng)員判斷水下運(yùn)動(dòng)員手臂和頭部位置兩種方式，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員不同方式的認(rèn)知比較訓(xùn)練，加強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)員之間起跳時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確把握，使接力出發(fā)技術(shù)穩(wěn)定性更高，確保運(yùn)動(dòng)員在不搶跳的前提下盡量縮短交接棒時(shí)間，其結(jié)果從初始接力平均時(shí)間0.475 s縮短到 0.135 s。

4.1 十一運(yùn)會(huì)女子 4×100 m自由泳接力比賽的技術(shù)指標(biāo)分析

通過(guò)對(duì)十一運(yùn)會(huì)游泳比賽公報(bào)查閱對(duì)比，陜西隊(duì)運(yùn)動(dòng)員 4×100m預(yù)賽的接跳時(shí)間與其他隊(duì)的對(duì)比分析見(jiàn)表 1。

表 1 十一運(yùn)會(huì)女子 4×100m自由泳接力預(yù)賽接力銜接時(shí)間統(tǒng)計(jì)一覽表 （n=12，s)

從表 1中可以看出，在女子 4×100 m自由泳接力預(yù)賽中，陜西隊(duì)的 3次交接棒時(shí)間總計(jì)用時(shí)是 0.29 s，平均每棒交接時(shí)間不到 0.1 s，接力排位為第 1名，比第 3名的解放軍隊(duì)快了 1.4 s，比第 1名的上海隊(duì)快了 0.6 s，比第 2名的浙江隊(duì)快了 0.33 s，特別值得注意的是，陜西隊(duì)運(yùn)動(dòng)員在第 3棒和第 4棒交接跳出了 0.00 s和 0.05 s的好成績(jī)。說(shuō)明在賽前訓(xùn)練的過(guò)程中，通過(guò)利用反饋儀的時(shí)間測(cè)試指標(biāo)，來(lái)反饋提示運(yùn)動(dòng)員接力交接棒時(shí)間早晚的認(rèn)知訓(xùn)練，取得了非常顯著的效果。

從表 2中可以看出，女子 4×100 m自由泳接力決賽中，浙江隊(duì)在本次接力銜接時(shí)間用時(shí)最少，3次交接棒的時(shí)間為 0.61 s，平均每棒交接的時(shí)間 0.203 s，和預(yù)賽成績(jī)相比，發(fā)揮的比較穩(wěn)定，無(wú)波動(dòng)性，而且每棒用的時(shí)間比較平均。說(shuō)明浙江隊(duì)在平時(shí)的訓(xùn)練中，加強(qiáng)了對(duì)接力交接棒的練習(xí)，且與運(yùn)動(dòng)員的大賽經(jīng)驗(yàn)及心理素質(zhì)也有著相關(guān)性。

表 2 十一運(yùn)會(huì)女子 4×100m自由泳接力決賽接力銜接時(shí)間統(tǒng)計(jì)一覽表 （n=8，s)

而陜西隊(duì)雖然在總成績(jī)上排名第 5名，但是在接力交接棒用時(shí)上僅落后于浙江隊(duì) 0.02 s，平均每棒銜接的時(shí)間為 0.21 s，和總成績(jī)排名第 1的上海隊(duì)用時(shí)相同，和預(yù)賽成績(jī)相比雖然在接力銜接時(shí)間上比預(yù)賽慢了 0.34 s，但是接力排位上沒(méi)有受到影響，這也說(shuō)明陜西隊(duì)運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，女子 4×100 m自由泳接力交接棒配合技術(shù)已位于全國(guó)的前列水平。

4.2 十一運(yùn)會(huì)女子 4×200 m自由泳接力比賽的技術(shù)指標(biāo)分析

女子 4×200m自由泳接力比賽也是陜西省的潛優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，在訓(xùn)練中也著重開(kāi)展了針對(duì)性訓(xùn)練。通過(guò)賽前訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)員之間的配合更加默契，在十一運(yùn)會(huì)比賽中表現(xiàn)非常明顯（表 3)。

表 3 十一運(yùn)會(huì)女子 4×200m自由泳接力決賽接力銜接時(shí)間統(tǒng)計(jì)一覽表 （n=8)（s)

雖然在女子 4×200 m自由泳接力預(yù)賽中，陜西隊(duì) 3次交接棒總計(jì)用時(shí) 1.06 s，接力用時(shí)排在第 8位，但是與進(jìn)入決賽的 8支隊(duì)伍相比，交接棒用時(shí)依然較少。從表 3的4×200m自由泳接力決賽接力銜接時(shí)間上看，陜西隊(duì)交接棒銜接時(shí)間是前 8名中用時(shí)最少的隊(duì)，3次交接棒總計(jì)用時(shí) 0.54 s，比總成績(jī)排名第 1的山東隊(duì)少用了 0.38 s，比第 2名的浙江隊(duì)少用了 0.47 s，平均每棒銜接時(shí)間為0.18 s。

通過(guò)對(duì)以上比賽成績(jī)對(duì)比，說(shuō)明本研究研制的游泳接力反饋儀取得了預(yù)期的效果。女子 4×100m和 4×200m自由泳接力陜西隊(duì)的三棒交接的總時(shí)間是參加十一運(yùn)會(huì)決賽運(yùn)動(dòng)隊(duì)中用時(shí)較少的隊(duì)伍，4×100 m自由泳接力用時(shí)排名第 2，4×200m自由泳接力用時(shí)排名第 1。

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和第 11屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)女子自由泳接力比賽的驗(yàn)證，游泳接力出發(fā)反饋儀的研發(fā)達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)要求，不但解決了運(yùn)動(dòng)員間配合不默契、反饋不及時(shí)準(zhǔn)確的問(wèn)題，同時(shí)，為運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)接力起跳的訓(xùn)練時(shí)機(jī)提供了客觀評(píng)價(jià)條件。游泳接力出發(fā)反饋儀安裝方便、操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)合理、反饋及時(shí)、經(jīng)濟(jì)適用，能為運(yùn)動(dòng)員提供具有針對(duì)性的接力訓(xùn)練手段和方法，為游泳接力訓(xùn)練更具有科學(xué)性提供了技術(shù)支撐條件。

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