楊博

【摘 要】體育運(yùn)動(dòng)中的許多動(dòng)作蘊(yùn)含著豐富的物理學(xué)知識(shí)，為了有效提升學(xué)生的運(yùn)動(dòng)能力和體育成績，體育教學(xué)中教師要善于結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的一些物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，這是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生體育成績的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】體育運(yùn)動(dòng) 物理學(xué)知識(shí) 融會(huì)貫通

【中圖分類號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）33-0131-03

體育教學(xué)中有不少學(xué)生成績不理想，除了較差的身體素質(zhì)外，錯(cuò)誤的動(dòng)作習(xí)慣往往是影響運(yùn)動(dòng)成績提高的重要因素。中學(xué)體育教師在教學(xué)中要善于結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的一些力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)動(dòng)作，正確理解標(biāo)準(zhǔn)體育動(dòng)作中蘊(yùn)含的物理學(xué)知識(shí)，使學(xué)生知其然，更知其所以然，讓他們看到自己學(xué)過的一些物理知識(shí)在體育運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中的具體應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教育教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)。

下面是筆者在體育教學(xué)實(shí)踐中遇到的幾個(gè)普遍問題，從中可以看出這一觀點(diǎn)的合理性與可行性。

一 “老師，我們最怕800米、1000米測(cè)試，怎樣提高成績”

許多學(xué)生非常害怕國家學(xué)生體質(zhì)測(cè)試項(xiàng)目中的800米和1000米跑，總是詢問提高這兩個(gè)項(xiàng)目成績的秘訣。要提升成績和發(fā)展學(xué)生耐力素質(zhì)，提高學(xué)生奔跑中的有氧與無氧代謝能力當(dāng)然很重要，但教學(xué)訓(xùn)練中也常?？吹胶芏鄬W(xué)生跑步成績差，動(dòng)作不理想，存在不少問題，這也是影響成績提高的重要因素。學(xué)生長期形成的錯(cuò)誤奔跑習(xí)慣，要得到根本改變不是件容易的事，不從動(dòng)作的力學(xué)原理上講清講透，學(xué)生很難真心配合老師改掉自己的毛病，提高體育成績。如跑步中上肢的擺動(dòng)問題、下肢的蹬地問題、大小腿的折疊問題、上下肢的協(xié)調(diào)配合問題、身體重心的平穩(wěn)問題、速度的均衡性問題……這些問題大都能用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的一些物理知識(shí)加以解釋，有必要給學(xué)生講清楚。跑步過程中的身體運(yùn)動(dòng)包含兩種基本形式：一是身體整體的水平運(yùn)動(dòng)，二是上下肢分別圍繞肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的周期性擺動(dòng)。如何提高肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)效率，推動(dòng)整個(gè)身體實(shí)現(xiàn)合理高效的水平位移，這需要對(duì)動(dòng)作的各個(gè)環(huán)節(jié)有正確的認(rèn)識(shí)。

跑步過程中支撐腿蹬地后，不少學(xué)生忽視小腿以膝關(guān)節(jié)為軸的積極折疊，小腿托著跑得既吃力又難看。對(duì)此，教師一味強(qiáng)求學(xué)生注意大小腿折疊，往往收不到好的效果，如果教師能夠結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的力學(xué)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)想要提高蹬腿后的前擺速度，縮短擺動(dòng)腿的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑至關(guān)重要。因?yàn)榉e極折疊能有效縮短擺動(dòng)腿的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，減小擺動(dòng)腿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減少轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，加快下肢的擺動(dòng)速度。因此，跑步蹬地后正確的擺腿方法是，小腿以膝關(guān)節(jié)為軸，腳后跟盡力向臀部靠近，形成有效折疊，學(xué)生理解了折疊的原理和意義后，改進(jìn)動(dòng)作是很容易的。

跑步中上肢的擺動(dòng)也非常重要，但很多學(xué)生不理解，總認(rèn)為跑步是用腿來跑，上肢的動(dòng)作無關(guān)緊要。實(shí)際教學(xué)訓(xùn)練中，單純要求學(xué)生模仿正確的擺臂動(dòng)作，重復(fù)練習(xí)，學(xué)生容易產(chǎn)生抵觸情緒，不愿重復(fù)單調(diào)枯燥的擺臂練習(xí)。若想得到好的教學(xué)效果，教師有必要結(jié)合學(xué)生所學(xué)的相關(guān)物理學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察跑步過程中上下肢的擺動(dòng)特點(diǎn)。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)上下肢的擺動(dòng)頻率驚人的一致，同側(cè)肢體的擺動(dòng)方向相反，上肢的擺動(dòng)幅度會(huì)與下肢的擺動(dòng)幅度同步增加或同步減小。在此基礎(chǔ)上，提問學(xué)生跑步過程中下肢為什么會(huì)與上肢協(xié)同擺動(dòng)？當(dāng)學(xué)生了解到，上下肢的同步擺動(dòng)首先是維持身體平衡，其次是上肢正確有力的擺動(dòng)產(chǎn)生的能量會(huì)不斷轉(zhuǎn)移到下肢，上肢有力的前擺與迅速制動(dòng)，其產(chǎn)生的動(dòng)量（矩）不會(huì)消失，會(huì)沿著身體軀干及下肢骨干這一運(yùn)動(dòng)鏈條迅速傳遞到地面，使足底對(duì)地面的作用力瞬間增大。根據(jù)牛頓第三定律，地面返給足底的支撐反作用力也會(huì)同步等量增大，使得蹬踏更有力，跑得更快。認(rèn)識(shí)到這些，學(xué)生自然會(huì)主動(dòng)改正以往錯(cuò)誤的奔跑習(xí)慣。

跑步過程中，也有不少學(xué)生上肢擺動(dòng)雖然積極，但方法錯(cuò)誤。譬如，上肢擺動(dòng)時(shí)肘關(guān)節(jié)角度太大，擺動(dòng)半徑過長，這樣的擺動(dòng)阻力大、速度慢。根據(jù)跑動(dòng)中上下肢同步運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)實(shí)，如此擺臂會(huì)直接影響跑步時(shí)腿的擺動(dòng)速度，進(jìn)而影響跑步成績。再如，上肢左右擺動(dòng)幅度過大，上肢的擺動(dòng)方向與下肢的擺動(dòng)方向不一致，導(dǎo)致跑步時(shí)整個(gè)身體重心不穩(wěn)，身體產(chǎn)生較大的左右晃動(dòng)，影響奔跑速度。如果把跑步的人體看成一個(gè)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，身體左右晃動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡必然是一條來回?cái)[動(dòng)很大的波形線而非直線，所以這樣的擺臂必然會(huì)使身體行程大大超過實(shí)際測(cè)試距離。教學(xué)中，教師可以找一些學(xué)生中典型的正反面范例，作為一面鏡子，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，改進(jìn)錯(cuò)誤動(dòng)作，提高成績。

在800米、1000米測(cè)試的過程中，還常?？吹接行W(xué)生頻繁變換跑速，忽快忽慢，教師應(yīng)明確指出這樣的跑法很費(fèi)力，比勻速奔跑要消耗更多體力，并指導(dǎo)學(xué)生從牛頓第二定律中尋找答案。通過研究，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)頻繁變換跑速，實(shí)際相當(dāng)于頻繁改變身體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使身體不停地產(chǎn)生加速度，會(huì)額外消耗體力，這樣跑不如勻速跑更省力。

二 “老師，我立定跳遠(yuǎn)時(shí)怎么總是使不上勁，跳不遠(yuǎn)”

立定跳遠(yuǎn)成績的好差與很多因素有關(guān)，好的身體素質(zhì)當(dāng)然很重要，但符合力學(xué)原理的屈膝、擺臂、制動(dòng)、發(fā)力更是立定跳遠(yuǎn)起跳的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。恰如跑步一樣，很多學(xué)生之所以跳不遠(yuǎn)，首先是忽視了起跳前合理的上肢預(yù)擺對(duì)立定跳遠(yuǎn)的重要性，總認(rèn)為起跳是腿上的事兒，沒有領(lǐng)會(huì)到大幅度快速擺臂與迅速制動(dòng)的力學(xué)意義。亦如跑步一樣，上肢協(xié)調(diào)、大幅度擺動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)量（矩），會(huì)在制動(dòng)的瞬間沿著身體軀干及下肢運(yùn)動(dòng)鏈迅速地傳遞到地面，增加起跳瞬間足底對(duì)地面的作用力，同時(shí)獲得地面給予的超出體重兩至三倍的支撐反作用力，促使人跳得更遠(yuǎn)。這一用力過程包含了動(dòng)量（矩）守恒定律和牛頓第三定律在體育運(yùn)動(dòng)中的經(jīng)典運(yùn)用。

為了驗(yàn)證立定跳遠(yuǎn)的快速擺臂與迅速制動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生體重瞬時(shí)增大的結(jié)論，筆者曾組織學(xué)生做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，取得了良好的教學(xué)效果。取一個(gè)帶刻度指針盤的體重計(jì)，讓學(xué)生站在秤面上，要求他們仔細(xì)觀察靜立在秤面上與雙臂前后擺動(dòng)時(shí)，秤盤指針讀數(shù)如何變化。通過實(shí)驗(yàn)觀察，學(xué)生們清楚地看到靜立在秤面上體重是正常的，而站在秤面上雙臂擺動(dòng)，秤盤的指針讀數(shù)會(huì)發(fā)生變化，體重會(huì)減小或增加。雙臂向著地面方向快速擺動(dòng)，也就是下擺時(shí)秤盤指針迅速逆時(shí)針擺動(dòng)，體重減小；雙臂逆著地面的方向快速擺動(dòng)，也就是上擺時(shí)秤盤指針會(huì)迅速順時(shí)針擺動(dòng)，體重增加。擺臂的幅度越大、速度越快、制動(dòng)越急，秤盤讀數(shù)的增加或減小的改變量越大，特別是雙臂逆著地面的方向由下向上加速擺動(dòng)并突然制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)的瞬時(shí)秤盤讀數(shù)會(huì)大過本身體重的三倍左右。通過這樣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到有效的擺臂與快速制動(dòng)對(duì)瞬間獲得支撐反作用力的重要性，自然重視起跳前的擺臂。當(dāng)然，擺臂、制動(dòng)與起跳的銜接必須一氣呵成，不能脫節(jié)，否則再大的擺臂動(dòng)量矩也難以轉(zhuǎn)化成有效的支撐反作用力。

在此基礎(chǔ)上，教師還要指出立定跳遠(yuǎn)相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)力學(xué)中的斜上拋運(yùn)動(dòng)，提醒學(xué)生回顧斜上拋運(yùn)動(dòng)的拋射角度與拋射距離的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生注意立定跳遠(yuǎn)的起跳角度。看到自己所學(xué)的物理知識(shí)有了用武之地，學(xué)生探究學(xué)習(xí)的熱情自然高漲。

三 “老師，我們班幾個(gè)人的百米速度都比他們班的選手快，而4×100m接力賽為什么總跑不過人家”

學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)前，九（1）班的幾個(gè)學(xué)生向我抱怨他們幾個(gè)的百米速度都比九（4）班的選手要快，但在前兩年的學(xué)校田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)上，他們班的4×100米接力賽卻都敗給了九（4）班，很不服氣，想在初三的田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)上“復(fù)仇”?；谒麄兊膶?shí)力，筆者引導(dǎo)這幾位同學(xué)在接力跑的傳接棒上下功夫。首先提示他們，接力的關(guān)鍵就是要求下一棒能接續(xù)上一棒的“力”，簡言之就是要想辦法接續(xù)上一棒隊(duì)員的速度，盡可能減少傳接棒時(shí)的速度損耗。要順利實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，傳接棒的隊(duì)員在傳接棒瞬間，在保持快速奔跑的同時(shí)須盡量減小傳接棒瞬間兩人的相對(duì)速度差，努力使傳接棒瞬間相對(duì)速度差為零，這樣傳接棒就會(huì)又快又穩(wěn)。為了使學(xué)生容易理解，筆者引導(dǎo)學(xué)生觀看飛機(jī)空中加油的視頻，同學(xué)們得出結(jié)論，要實(shí)現(xiàn)高速飛行狀態(tài)下飛機(jī)的空中加油成功，前提條件是要保持兩架相鄰飛機(jī)的相對(duì)速度差為零。同理，快速奔跑狀態(tài)下的傳接棒，瞬間速度差越小，傳接棒效率就越高越可靠。明白了這個(gè)道理，4×100米接力賽中，在20米接力區(qū)內(nèi)傳棒的隊(duì)員不再刻意減速，接棒隊(duì)員也不再被動(dòng)地等待接棒，追求快速奔跑狀態(tài)下的速度差最小化接棒，使他們順利地戰(zhàn)勝了對(duì)手，“復(fù)仇”成功。

四 “老師，我怎么總是接不好球，接球時(shí)不是接不住就是總受傷”

在籃球傳接球教學(xué)中，許多學(xué)生抱怨接不住球，教師只是簡單強(qiáng)調(diào)苦練，效果往往不佳。對(duì)中學(xué)生而言，體育教學(xué)與訓(xùn)練中合理地引入一些力學(xué)原理是明智的。根據(jù)牛頓慣性定律，飛行狀態(tài)的籃球具有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特性，接球者在接球的瞬間，要把每秒數(shù)十米飛行狀態(tài)中的球變成手中“聽話”的球，其加速度的改變量是很大的，如果沒有策略地生硬接球，球的沖力會(huì)產(chǎn)生撞擊效果，必然接不穩(wěn)，弄不好還會(huì)傷人。科學(xué)的接球策略是，面對(duì)來球伸手迎球，在球與手碰撞的瞬間屈肘，身體重心后撤做相應(yīng)退讓動(dòng)作，拉長接球動(dòng)作的線路長度，延長接球時(shí)間，緩解快速來球的沖力，減小來球的沖擊和傷害。這一接球過程是沖量定理在體育運(yùn)動(dòng)中的具體運(yùn)用。

體育運(yùn)動(dòng)中這一定理的運(yùn)用十分普遍，如跳遠(yuǎn)比賽中使用的沙坑、跳高項(xiàng)目中使用的海綿包、許多富于彈性的鞋底、拳擊手套及沙袋中的彈性填充材料等，這些都是為了延長兩個(gè)物體撞擊時(shí)力的作用時(shí)間，減小沖擊力，因?yàn)槲矬w撞擊瞬間的沖力大小與物體動(dòng)量的改變量成正比，與撞擊時(shí)的作用時(shí)間成反比。明白了這一原理，學(xué)生在足球、排球等很多球類運(yùn)動(dòng)的接球技術(shù)中能得以運(yùn)用。球類運(yùn)動(dòng)的接球包括很多跳起落地的緩沖動(dòng)作，由于重力作用從高處落下時(shí)，為了減小地面對(duì)人體的沖力，我們可利用下肢幾個(gè)大關(guān)節(jié)順次彎曲退讓緩沖，延長落地時(shí)地面沖力的作用時(shí)間，減小快速落地時(shí)地面對(duì)身體的沖擊力。所以，學(xué)好、用好動(dòng)量定理和沖量的概念，掌握減小沖力的方法，不僅對(duì)體育運(yùn)動(dòng)本身的優(yōu)化，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)中的自我保護(hù)也有很重要的意義。

綜上所述，在中學(xué)體育教學(xué)訓(xùn)練中，對(duì)一些體育動(dòng)作原理的講解和錯(cuò)誤動(dòng)作的糾正，教師要善于結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和物理學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真分析，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練熱情，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已掌握的物理學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，這樣必然能夠取得事半功倍的效果。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕、汪二款〕