應春意 ，潘慧炬，林輝杰 ，梁海丹 ，劉功聚

在運動技能控制領域中，協(xié)調(diào)（coordination）是指與環(huán)境、與事件相關的人體各環(huán)節(jié)運動的組織方式[1]，有效的協(xié)調(diào)方式有利于提高運動技能水平。在國外，雖然在醫(yī)學、技能學習與控制等領域?qū)幼鞯膮f(xié)調(diào)性有一定的研究，如對走、跑、跳等基本動作協(xié)調(diào)特性的研究，然而在體育技術動作中此方面的研究并沒有很廣泛。而且，近來由于方法、內(nèi)容、理念等的更新[2]，出現(xiàn)了一些對體育技術動作的原創(chuàng)性研究[3-4]，展示了不同速度（競速項目）、不同等級運動員環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)方式的差異，揭示了專項技術中肢體的協(xié)調(diào)特征。在皮艇技術中，動作的協(xié)調(diào)性是一個很重要的因素，教練員對此非常強調(diào)。但是，目前關于這種特征的判斷基本上靠教練員的觀察與經(jīng)驗，缺乏定量化的測量、評價以及研究。此外，在皮艇運動中，主要依靠軀干與上肢的動作來完成劃槳技術，它們對皮艇技術的效果具有非常重要的影響。本研究對女子皮艇運動員劃槳周期中軀干與上肢協(xié)調(diào)方式的特征進行探索，為皮艇技術的監(jiān)控提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

浙江省省隊女子皮艇運動員，其中包括運動健將級運動員1名，一級運動員3名，其余均為二級運動員，共計10名。通過各樣本自身左右側(cè)相同動作的比較來說明運動協(xié)調(diào)的控制問題，這在一定程度上控制了運動等級因素的影響。

1.2 研究方法

1.2.1 測試方法 采用三維定點拍攝對女子皮艇運動員的技術進行測量。在測試中，采用3臺SONY DCR－HC1000E攝像機，拍攝頻率為25幀/s，分別置于運動員的左、右側(cè)前方以及正側(cè)面（見圖1），將拍攝范圍控制在200～220 m之間，拍攝距離為80 m左右。采用信號燈使3臺攝像機的拍攝同步進行。拍攝結(jié)束后，將H－24型三維DLT立體輻射框架運至210 m的拍攝位置進行標定。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集方法 采用德國的SIMI軟件對所拍攝的視頻資料進行三維解析。在SIMI軟件中，建立了10環(huán)節(jié)模型，分別為頭、軀干、左前臂、左上臂、左手、右上臂、右前臂、右手，用3個點標記船體的運動，分別為船頭、船尾以及任意一點。將視頻資料在會聲會影12．0上進行剪輯，截取一個動作周期進行解析。劃槳動作周期統(tǒng)一從左槳入水開始至左槳再次入水結(jié)束，包括左劃槳、向右換槳、右劃槳以及向左換槳4個階段，前兩個階段統(tǒng)稱為左槳階段，后兩個階段統(tǒng)稱為右槳階段。將視頻導入SIMI后，對其進行拆分，變成50場/s。解析后，對人體關節(jié)的角度、角速度進行計算，并且采用最佳截止頻率對數(shù)據(jù)進行平滑處理。

其中，軀干轉(zhuǎn)動角（SR）是指肩軸在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度；軀干屈伸角（SE）是指肩髖軸中點的連線與垂直軸的夾角；軀干扭轉(zhuǎn)角（ST）是指肩軸與髖軸的夾角；左右肘的屈伸角（LE、RE）是各側(cè)肩－肘連線與腕－肘連線形成的夾角。角速度是通過角度對時間的求導而得。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 在本研究中，對每個運動員軀干的轉(zhuǎn)動、屈伸以及扭轉(zhuǎn)的角度和角速度與上肢左、右肘的屈伸角度和角速度的變化曲線統(tǒng)一插值成100個數(shù)據(jù)，將時間標準化為100%。采用連續(xù)相對相位（Continuous Relative Phase）對每個時刻軀干與左臂、右臂的協(xié)調(diào)關系進行定量分析。在CRP方法中，將關節(jié)的角度與角速度標準化后，綜合成一個相位上變化指標Φ，某一時刻兩個關節(jié)Φ的差值即為它們的協(xié)調(diào)情況，具體方法參見 MILLER[5]的研究。Φ 的差值在 0～180°之間，在 0～90°之間表示兩個關節(jié)為正相位（in－phase）協(xié)調(diào)，90°～180°之間表示為逆相位（anti－phase）協(xié)調(diào)。越接近 0°，正相位協(xié)調(diào)程度越高；越接近180°，逆相位協(xié)調(diào)程度越高；越接近90°，兩者協(xié)調(diào)關系越弱，表示一方的任意運動不能或較小地引起另一方運動狀態(tài)的變化。

根據(jù)尼克萊·伯恩斯坦的“協(xié)調(diào)觀”，肢體活動表現(xiàn)出協(xié)調(diào)或不協(xié)調(diào)與它們間的依賴、因果關系具有密切聯(lián)系，但是不同肢體協(xié)調(diào)程度表現(xiàn)形式有所差異，如中等程度的協(xié)調(diào)表現(xiàn)為肢體間聯(lián)系密切（稱之為自由度的凍結(jié)），然而發(fā)展到高級程度后又變現(xiàn)為聯(lián)系松散（稱之為自由度的釋放）。近來，依據(jù)動態(tài)系統(tǒng)理論，眾多研究發(fā)現(xiàn)肢體間聯(lián)系的變異屬性與動作協(xié)調(diào)也存在關系，結(jié)合皮艇項目就這一關系進行探索是本研究的一個主要部分。這些屬性在各種技術中的具體表現(xiàn)是存在差異的，它們?yōu)楦鞣N技術肢體協(xié)調(diào)的研究提供了理論基礎。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計 本研究采用SPSS17．0軟件，對各樣本左右側(cè)肢體間的協(xié)調(diào)方式以及變異性進行了差異顯著性檢驗，顯著性水平設置為 P＜0．05 或 P＜0．01。采用 oringe8．0 軟件制作研究效果圖。

2 研究結(jié)果

2.1 劃槳周期中軀干與上肢協(xié)調(diào)方式的瞬時變化

圖2顯示，軀干轉(zhuǎn)動、屈伸以及扭轉(zhuǎn)分別與左、右手臂肘關節(jié)屈伸基本上屬于正相位協(xié)調(diào)，不存在逆相位協(xié)調(diào)。在軀干與左上肢的協(xié)調(diào)方式中，高程度的正相位協(xié)調(diào)在左劃槳階段中期與右槳出水附近；在軀干與右上肢的協(xié)調(diào)方式中，則出現(xiàn)在右劃槳階段中期與右槳出水附近。表明在這些時段中，軀干與上肢的運動存在比較密切的關聯(lián)。此外，在左劃槳階段，軀干與左上肢的正相位協(xié)調(diào)程度呈現(xiàn)“降低－提高－降低”的變化。表明在左劃槳初期，劃槳主要依靠軀干或左手臂的運動，隨后依靠軀干與左手臂的共同運動，最后再依靠軀干或左手臂的運動。在右劃槳階段，軀干與右上肢的正相位協(xié)調(diào)程度呈現(xiàn)“降低－提高－降低－提高”的變化。這提示，在右劃槳初期，劃槳主要依靠軀干或右手臂的運動，隨后依靠軀干與右手臂的共同運動，接著再依靠軀干或右手臂運動，最后再依靠軀干與右手臂的共同運動。

圖2 皮艇一個動作周期中各“軀干－肘”協(xié)調(diào)方式示意圖

2.2 軀干與上肢協(xié)調(diào)方式的整體比較

圖3顯示，整個動作周期中軀干與上肢正相位協(xié)調(diào)程度的平均值在 40°～60°之間，最大值在 70°～100°之間，最小值在 20°～40°之間。在軀干與上肢的協(xié)調(diào)方式中，除了軀干扭轉(zhuǎn)與左肘（STLE）的協(xié)調(diào)方式與右肘存在顯著性差異外，其他均不存在顯著性差異，軀干扭轉(zhuǎn)與左臂的正相位協(xié)調(diào)程度比與右臂的要高。圖4顯示，在整個周期中軀干與上肢正相位協(xié)調(diào)程度變異性的平均值在 30°～40°之間，最大值在 50°～60°之間，最小值在 10°～20°之間。軀干與左肘和右肘間協(xié)調(diào)變異程度存在顯著性差異。軀干轉(zhuǎn)動與左肘協(xié)調(diào)變異性小于三種軀干形式與右肘；軀干屈伸與左肘協(xié)調(diào)變異性小于軀干屈伸、旋轉(zhuǎn)與右肘，軀干扭轉(zhuǎn)與左肘協(xié)調(diào)變異性小于軀干旋轉(zhuǎn)與右肘。這顯示，軀干與左臂協(xié)調(diào)方式的穩(wěn)定性較好，容易控制，但是靈活性差；軀干與右臂協(xié)調(diào)方式則與其相反。

圖3 皮艇一個動作周期中各“軀干-肘”協(xié)調(diào)方式均值曲線統(tǒng)計圖

2.3 不同動作時段中軀干與上肢協(xié)調(diào)方式比較

圖5顯示，在不同動作階段中，軀干與上肢協(xié)調(diào)及其變異性的差異性主要集中在左槳階段（圖5中的a、b）。在左劃槳時段，軀干與左臂的協(xié)調(diào)程度要高于軀干與右臂，其變異性則較小，這兩者不同軀干形式間存在多處顯著性差異；在向右換槳時段，這兩者不同軀干形式協(xié)調(diào)變異性也存在多處顯著性差異，此外，軀干屈伸與左肘協(xié)調(diào)程度顯著性小于軀干旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)與右肘。在右槳階段中（圖中的c、d），只有在右劃槳時段軀干屈伸與左肘的協(xié)調(diào)以及在向左換槳時段軀干屈伸與右肘協(xié)調(diào)與各自階段中軀干旋轉(zhuǎn)與左肘協(xié)調(diào)變異性存在顯著性差異。這顯示，軀干和左上肢的協(xié)調(diào)及其變異性與右上肢在整體上的差異主要源自左槳階段。

圖4 皮艇一個動作周期中各“軀干-肘”協(xié)調(diào)方式均值曲線統(tǒng)計圖

2.4 軀干與上肢協(xié)調(diào)方式中不同動作時段間比較

圖6中可知，在軀干轉(zhuǎn)動與左肘的協(xié)調(diào)以及軀干屈伸與右肘的協(xié)調(diào)中（圖6中a、d），協(xié)調(diào)程度在向右換槳時顯著性高于其他三個時段，其他時段間無顯著性差異。在左槳階段，軀干轉(zhuǎn)動、扭轉(zhuǎn)分別與右肘（圖6中b、f）的協(xié)調(diào)及其變異性比右槳階段要高（P＜0．01），這兩個階段內(nèi)各時段間無顯著性差異。在軀干屈伸、扭轉(zhuǎn)分別與右肘協(xié)調(diào)中（圖6中c、e），在這兩個指標上四個時段間均無顯著性差異。這顯示，軀干與右上肢的協(xié)調(diào)及其變異性在不同時段中存在顯著的差異性，主要是在右槳階段明顯低于在左槳階段。軀干與左上肢的協(xié)調(diào)及其變異性在不同時段中的差異并不明顯。

圖5 每個動作階段中各“軀干-肘”協(xié)調(diào)方式均值與標準差示意圖

圖6 每個動作階段間各“軀干-肘”協(xié)調(diào)方式均值與標準差示意圖

3 討 論

通過對整個動作周期中軀干與上肢協(xié)調(diào)方式瞬間變化（見圖2）的觀察，發(fā)現(xiàn)在左或右劃槳時段中軀干旋轉(zhuǎn)、屈伸以及扭轉(zhuǎn)與劃槳側(cè)手臂的協(xié)調(diào)存在一個共同的變化特點，即為正相位協(xié)調(diào)程度“降低－提高－降低”變化，這顯示了軀干與劃槳側(cè)上肢運動間的聯(lián)系。由于水面相對處于靜止狀態(tài)，槳葉入水后需要迅速的破壞這種狀態(tài)，從中獲得動力，教練員經(jīng)常稱之為“破水”。這時對施加在槳上的力要求比較高，盡可能產(chǎn)生較大的力，快速推動靜水流動。從前面的研究結(jié)果中可知，此時劃槳主要依靠軀干或手臂的運動，軀干產(chǎn)生的力量要比手臂大的多，能產(chǎn)生較大的作用力。此時手臂處于僵直狀態(tài)，可以提供一個良好的力臂基礎，并且與軀干形成一個共同體，然后再依靠軀干的發(fā)力，產(chǎn)生較大的力矩，從而快速“破水”。之后，槳葉對水流的橫截面積變大，相對軀干的力臂減少，因此，此時手臂與軀干的共同發(fā)力，有助于獲得較多的推進力。隨后，由于水流的速度變大，這時要求拉槳的速度也要快，才有獲得動力的可能，這要求相應肢體的移動速度也要快。手臂的質(zhì)量比軀干小的多，相對容易產(chǎn)生更快的速度，由此認為，這時期劃槳主要依靠手臂的運動。通過對皮艇技術的分析認為，在劃槳時段中，劃槳首先主要依靠軀干運動，然后依靠軀干與劃槳側(cè)手臂共同運動，接著主要依靠劃槳側(cè)手臂的運動。對于這一點的探索，有利于了解劃槳時段中軀干與劃槳側(cè)手臂的協(xié)調(diào)結(jié)構，為更好的掌握與改進劃槳動作提供指導。

圖2中顯示，在劃槳時段中，軀干與左、右劃槳側(cè)手臂的協(xié)調(diào)間的一個主要區(qū)別在于在右劃槳時段末期軀干與右手臂協(xié)調(diào)還存在一個提高的過程。本研究認為，在左劃槳時段，通過左肘關節(jié)屈曲來拉槳，直到槳葉出水；在右劃槳時段，首先也是通過右肘關節(jié)屈曲來拉槳，然而，隨后還存在一個肘關節(jié)伸展的撐槳動作，并且與軀干的前伸、向后扭轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)積極配合。這顯示，同樣在劃槳動作中，軀干在右劃槳階段與右肘的協(xié)調(diào)比其在左劃槳階段與左肘的協(xié)調(diào)中肘關節(jié)運動具有更多的自由度，不僅具有屈肘拉槳的動作，還具有伸肘撐槳的動作，這有利于產(chǎn)生較好的劃槳效果。產(chǎn)生這種差異的原因可能在于人體神經(jīng)系統(tǒng)對習慣側(cè)的動作控制水平比較高，習慣側(cè)的技能比較嫻熟，使人體環(huán)節(jié)在運動時開放了更多的自由度，產(chǎn)生一些更有利于運動效果的動作。這一點為今后皮艇技術動作的監(jiān)控提供了嶄新的視角。軀干與劃槳側(cè)肘關節(jié)協(xié)調(diào)在劃槳階段后期是否存在一種提高的變化過程可能成為劃槳動作是否完善的一個標準，特別是在軀干與非習慣側(cè)。此外，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在右劃槳階段后期，軀干與左肘的協(xié)調(diào)方式變化與其與右肘的具有相同的變化趨勢，也是具有較高程度的正相位協(xié)調(diào)。這提示，軀干與左肘的協(xié)調(diào)與其與右肘的協(xié)調(diào)在撐槳時可能具有相對較強的協(xié)同作用，從而提高撐槳的效果。

動作協(xié)調(diào)的問題實質(zhì)上是探究中樞神經(jīng)系統(tǒng)對動作實體如何進行控制，從而實現(xiàn)特定的動作。動作的協(xié)調(diào)與否與中樞神經(jīng)的控制以及其他因素（例如互動力矩）密切相關。這些因素的影響或者作用程度直接關聯(lián)到動作的協(xié)調(diào)與否，對這些因素屬性的評價即為對運動協(xié)調(diào)的評價。運動的變異性可成為運動協(xié)調(diào)的一個標準，它是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)靈活屬性的表達，與運動協(xié)調(diào)有密切的聯(lián)系。在對軀干與上肢的協(xié)調(diào)方式的整體比較中（見圖4），主要發(fā)現(xiàn)軀干與左上肢的協(xié)調(diào)變異性與軀干與右上肢有顯著性差異，前者的變異性較低。HEIDERSCHEIT[6]、VAN EMMERIK和VAN WEGEN[7]提出肢體間運動協(xié)調(diào)的變異性并非代表一種誤差，而是一種對環(huán)境（運動）適應的表現(xiàn)。在熟悉的環(huán)境中，神經(jīng)系統(tǒng)支配人體環(huán)節(jié)進行更多自由度的運動，這樣使運動表現(xiàn)出較多的變異性，具有較高的靈活性；相反，神經(jīng)系統(tǒng)則會限制運動的自由度，使運動的變異性變小，從而使運動比較穩(wěn)定，更容易控制。本研究認為，軀干與左、右肘協(xié)調(diào)變異性的差異，可能是神經(jīng)系統(tǒng)對習慣側(cè)與非習慣側(cè)肢體運動（環(huán)境）的控制能力存在差異所引起的。軀干與左肘協(xié)調(diào)的變異性程度可能是皮艇技術熟練程度或是技術水平的一個監(jiān)控標準。在進一步對不同階段軀干與上肢的協(xié)調(diào)方式比較發(fā)現(xiàn)，軀干與左、右肘協(xié)調(diào)變異性在整體上的差異主要源自左槳階段的差異，對這個階段中軀干與左肘的協(xié)調(diào)變異性要更加重視。

圖6中顯示，軀干旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)與右上肢的協(xié)調(diào)方式在左槳階段的正相位協(xié)調(diào)程度要低于右槳階段。這說明，軀干與右上肢的協(xié)調(diào)關系在左槳階段比較松弛，在右槳階段比較緊密，這體現(xiàn)了軀干與右上肢協(xié)調(diào)的周期節(jié)奏性。在左槳階段，軀干與左臂共同發(fā)力拉槳，隨后舉槳，這時右臂的運動與劃槳效果（運動任務）的相關性相對較小，處于調(diào)整的狀態(tài)；到右槳階段，軀干與右臂共同發(fā)力拉槳與舉槳，與劃槳效果具有密切的關系，這時處于緊張狀態(tài)。在左槳階段，釋放了與任務相關較小的右手臂運動的自由度，減弱對它的控制，讓其得到調(diào)整；在右槳階段，收緊了與任務相關較大的右手臂運動的自由度，加強對它的控制，發(fā)揮其作用。這點在SEIFERT等[4]對蛙泳技術上、下肢協(xié)調(diào)方式研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)。因此，這種軀干旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)與右肘協(xié)調(diào)方式的時段性差異很可能是對一種優(yōu)化或是熟練動作的表征，可以通過觀察這個指標來診斷皮艇技術動作。然而，依據(jù)同樣的推理，并未在軀干屈伸、旋轉(zhuǎn)與左肘的協(xié)調(diào)中發(fā)現(xiàn)這樣的差異。本研究認為，這同樣與神經(jīng)系統(tǒng)對非習慣側(cè)運動的控制能力有關。神經(jīng)系統(tǒng)在一個泛化或者是粗曠的程度上控制著軀干與左肘的協(xié)調(diào)運動，并未在左劃槳階段收緊軀干與左臂運動的自由度，讓它們一致性的發(fā)力，也未在右劃槳階段開放軀干與左臂運動的自由度，讓它們得到調(diào)整。這體現(xiàn)出實現(xiàn)對軀干與左臂協(xié)調(diào)的精細控制具有一定的難度，這一點可能對運動水平的高低存在一定的影響。

4 結(jié)論與建議

（1）在劃槳時段中，軀干與劃槳側(cè)臂正相位協(xié)調(diào)程度呈現(xiàn)“降低-提高-降低”的變化。通過分析發(fā)現(xiàn)，此階段中軀干與左上臂的協(xié)調(diào)結(jié)構為：在劃槳過程中，首先主要依靠軀干運動，然后依靠軀干與劃槳側(cè)手臂共同運動，接著主要依靠劃槳側(cè)手臂的運動。

（1）在劃槳時段中，軀干與左、右劃槳側(cè)手臂協(xié)調(diào)的一個主要區(qū)別在于在右劃槳時段末期軀干與右手臂還存在一個較高程度的正相位協(xié)調(diào)。這可能是由于右劃槳時段軀干與右手臂具有更多自由度的協(xié)調(diào)運動，在時段末期存在一個撐槳動作所引起的。

（3）軀干與左上肢的協(xié)調(diào)變異性顯著小于軀干與右上肢，這表明對軀干與左上肢的協(xié)調(diào)控制水平相對要低些。軀干與左、右肘協(xié)調(diào)變異性在整體上的差異主要源自左槳階段的差異，對這個階段中軀干與左肘的協(xié)調(diào)變異性要更加重視。

（4）軀干與右上肢的協(xié)調(diào)關系在左槳階段比較松弛，在右槳階段比較緊密,這表明軀干與右上肢協(xié)調(diào)的周期節(jié)奏性。然而，并未在軀干屈伸、旋轉(zhuǎn)與左肘的協(xié)調(diào)各時段間發(fā)現(xiàn)這樣的周期節(jié)奏性，這表明對軀干與左臂協(xié)調(diào)的精細控制具有一定的難度。

（5）建議嘗試用軀干與劃槳側(cè)肘關節(jié)在劃槳階段后期是否存在一種較高程度的正相位協(xié)調(diào)運動，軀干與左臂協(xié)調(diào)的變異程度，在軀干與右臂或左臂的協(xié)調(diào)方式中，左槳階段與右槳階段協(xié)調(diào)的差異性等指標對皮艇技術進行診斷。

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