姜自立，李　慶，鄧　暉

(1. 清華大學(xué) 體育部，北京　100084；2. 長(zhǎng)沙學(xué)院 體育部，長(zhǎng)沙　410003)

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高水平男子短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展規(guī)律

姜自立1，李慶1，鄧暉2

(1. 清華大學(xué) 體育部，北京100084；2. 長(zhǎng)沙學(xué)院 體育部，長(zhǎng)沙410003)

采用文獻(xiàn)資料法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、錄像分析法和專家訪談法，對(duì)100 m運(yùn)動(dòng)中步長(zhǎng)與步頻的影響因素及其內(nèi)在聯(lián)系、步長(zhǎng)與步頻合理比例的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及短跑訓(xùn)練中步長(zhǎng)與步頻的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析和討論，得出如下結(jié)論：運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、觸地角度和驅(qū)動(dòng)力量是步長(zhǎng)與步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量；騰起角度和著地角度分別為50 °-55 °和90 °、觸地時(shí)間和騰空時(shí)間分別占步頻時(shí)間的40%和60%、步長(zhǎng)指數(shù)與步頻指數(shù)分別達(dá)到1.24和8.28或以上，是評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻及其比例合理性的重要標(biāo)準(zhǔn)。在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，教練員應(yīng)使青少年運(yùn)動(dòng)員的步頻在9-15歲階段得到充分發(fā)展；15歲以后，教練員應(yīng)在運(yùn)動(dòng)員固有動(dòng)作頻率的基礎(chǔ)上，重視步長(zhǎng)的發(fā)展；當(dāng)步長(zhǎng)指數(shù)達(dá)到1.24或以上后，教練員應(yīng)該在保持運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)穩(wěn)定的前提下，再次提高步頻。

100 m；步長(zhǎng)；步頻；影響因素；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)展規(guī)律

1　問(wèn)題的提出

步長(zhǎng)與步頻及其比例是決定短跑成績(jī)和評(píng)價(jià)短跑技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。在數(shù)學(xué)上，“跑速=步長(zhǎng)×步頻”是一個(gè)非常簡(jiǎn)單直觀的公式，在保持其中一個(gè)變量穩(wěn)定的情況下，步長(zhǎng)或步頻的增加都可以提高速度。然而，在訓(xùn)練實(shí)踐中，步長(zhǎng)與步頻卻是兩個(gè)相互影響和制約的變量，一個(gè)變量的增加，必然會(huì)引起另外一個(gè)變量的減少[1]。有研究認(rèn)為，步長(zhǎng)是速度增加的主導(dǎo)變量[2-3]，但也有研究表明，步頻才是速度增加的主導(dǎo)變量[4]。因此，100 m運(yùn)動(dòng)中步頻與步頻及其比例成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和教練關(guān)注和爭(zhēng)論的熱點(diǎn)問(wèn)題。此外，在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中步長(zhǎng)與步頻的發(fā)展順序問(wèn)題也一直困擾著許多教練員。

本文試圖從生物學(xué)和動(dòng)力學(xué)的視角對(duì)步長(zhǎng)和步頻的影響因素進(jìn)行分析，以厘清步長(zhǎng)與步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量，并以此為基礎(chǔ)，制定評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻比例合理性的標(biāo)準(zhǔn)，然后再以步長(zhǎng)和步頻的影響因素及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)訓(xùn)練實(shí)踐中運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行梳理和總結(jié)，以期為短跑訓(xùn)練實(shí)踐提供參考。

2　步長(zhǎng)與步頻的影響因素及其調(diào)節(jié)變量

在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，步長(zhǎng)與步頻及其比例問(wèn)題之所以爭(zhēng)論不休，原因在于沒(méi)有厘清步長(zhǎng)與步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量。步長(zhǎng)的大小或步頻的快慢屬于運(yùn)動(dòng)能力范疇，需要從生物學(xué)視角進(jìn)行分析。而步長(zhǎng)與步頻之間的比例則屬于運(yùn)動(dòng)技術(shù)范疇，應(yīng)該從動(dòng)力學(xué)視角進(jìn)行分析。

2.1影響步長(zhǎng)和步頻的生物學(xué)因素

從生物學(xué)角度來(lái)看(圖1)，步長(zhǎng)主要取決于運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、腿部力量和髖關(guān)節(jié)的柔韌性。下肢越長(zhǎng)、髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍越大、腿部力量越強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)員的步幅就越大；步頻主要取決于大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞的靈活性和各中樞間的協(xié)調(diào)性，以及快肌纖維的百分比及其肥大程度。神經(jīng)過(guò)程的靈活性和協(xié)調(diào)性越好、快肌纖維數(shù)量越多及比例越高，步頻越快。因此，加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員腿部力量、髖關(guān)節(jié)柔韌性、肌肉放松能力的訓(xùn)練，尤其是加強(qiáng)神經(jīng)—肌肉間協(xié)調(diào)能力的訓(xùn)練，能使運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)和步頻得到有效的發(fā)展。

圖1　影響步長(zhǎng)與步頻的主要生物學(xué)因素[5]

從生物學(xué)視角對(duì)步長(zhǎng)和步頻的影響因素進(jìn)行分析，可以為短跑運(yùn)動(dòng)員選材及步長(zhǎng)和步頻的專門(mén)性練習(xí)提供理論依據(jù)。然而，此分析方法并不能直觀全面地反映出步長(zhǎng)與步頻之間的相互影響和制約關(guān)系。

2.2影響步長(zhǎng)和步頻的動(dòng)力學(xué)因素

從動(dòng)力學(xué)角度分析，步長(zhǎng)主要由蹬伸距離、騰空距離和著地距離組成(圖 2)。蹬伸距離是指支撐腳觸地點(diǎn)與身體重心間的水平距離，主要由下肢長(zhǎng)度和騰起角度決定；騰空距離是指支撐腳蹬離地面瞬時(shí)至擺動(dòng)腿觸地時(shí)身體重心移動(dòng)的水平距離，主要由驅(qū)動(dòng)力量和騰起角度決定；著地距離是指身體重心與擺動(dòng)腿觸地點(diǎn)間的水平距離，主要由著地角度和腿長(zhǎng)決定。步頻主要由觸地時(shí)間和騰空時(shí)間組成。觸地時(shí)間是指運(yùn)動(dòng)員在跑動(dòng)中擺動(dòng)腿接觸地面瞬時(shí)至支撐腿騰離地面時(shí)所歷時(shí)間，主要由制動(dòng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)時(shí)間決定。其中，制動(dòng)時(shí)間是指支撐腿觸地并產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力瞬時(shí)至產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相同的助力時(shí)所歷時(shí)間，主要由腿長(zhǎng)和著地角度決定。驅(qū)動(dòng)時(shí)間是指支撐腿產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相同的助力瞬時(shí)至騰離地面時(shí)所歷時(shí)間，主要由驅(qū)動(dòng)力量和騰起角度決定。騰空時(shí)間是指運(yùn)動(dòng)員從騰起瞬時(shí)至落地時(shí)所歷時(shí)間，主要由騰起角度和驅(qū)動(dòng)力量決定。

圖2　影響步長(zhǎng)和步頻的動(dòng)力學(xué)因素

2.3步長(zhǎng)與步頻的調(diào)節(jié)變量

由圖3可知，蹬伸距離對(duì)應(yīng)的是驅(qū)動(dòng)時(shí)間，著地距離對(duì)應(yīng)的是制動(dòng)時(shí)間，騰空距離對(duì)應(yīng)的是騰空時(shí)間。進(jìn)一步分析可知，同時(shí)影響制動(dòng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)時(shí)間(步頻)、蹬地距離和著地距離(步長(zhǎng))的因素有腿長(zhǎng)、觸地角度(騰起角度和著地角度)和驅(qū)動(dòng)力量；同時(shí)影響騰空時(shí)間(步頻)和騰空距離(步長(zhǎng))的因素為腿長(zhǎng)、觸地角度(騰起角度和著地角度)和驅(qū)動(dòng)力量。由此可見(jiàn)，步長(zhǎng)與步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量為運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、觸地角度(騰起角度和著地角度)和驅(qū)動(dòng)力量，即在運(yùn)動(dòng)能力既定的情況下，腿長(zhǎng)、觸地角度和驅(qū)動(dòng)力量的改變必然會(huì)使步長(zhǎng)和步頻之間出現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的變化。因此，在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，若想在不降低步頻的前提下增加步長(zhǎng)，必須增加腿部力量，即在相同的觸地時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更大的動(dòng)作沖量；若想在不降低步長(zhǎng)的同時(shí)增加步頻，同樣需要腿部力量的增加，即在更短觸地時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相同的動(dòng)作沖量。

圖3　步長(zhǎng)與步頻的內(nèi)在聯(lián)系圖

綜上所述，從動(dòng)力學(xué)的視角對(duì)步長(zhǎng)和步頻的影響因素進(jìn)行分析，不僅有助于我們厘清步長(zhǎng)與步頻之間相互影響和制約的關(guān)系，也為步長(zhǎng)和步頻的訓(xùn)練及其評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。

3　步長(zhǎng)和步頻合理比例的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

步長(zhǎng)與步頻及其比例的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是短跑訓(xùn)練實(shí)踐的重要指南。運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)力量和觸地角度是步長(zhǎng)與步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量，調(diào)節(jié)變量的改變必然會(huì)引起步長(zhǎng)和步頻同時(shí)發(fā)生變化。因此，腿長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)力量和觸地角度可作為制定步長(zhǎng)與步頻比例合理性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。

3.1騰起角度與著地角度

3.1.1騰起角度

“騰起角度”是指運(yùn)動(dòng)員支撐腿騰離地面時(shí)身體重心的騰越方向與水平方向的夾角(圖3)。從動(dòng)力學(xué)視角來(lái)看，騰起角度的改變既會(huì)影響蹬伸距離，也會(huì)影響騰空距離，步長(zhǎng)由蹬伸距離、騰空距離和著地距離決定，因此，騰起角度的變化會(huì)對(duì)步長(zhǎng)產(chǎn)生影響；另外，騰空距離與騰空時(shí)間緊密相關(guān)，騰起角度對(duì)騰空距離的影響必然會(huì)引起騰空時(shí)間的改變，步頻由觸地時(shí)間和騰空時(shí)間決定，因此，騰起角度的變化也會(huì)對(duì)步頻產(chǎn)生影響。綜上，騰起角度可以作為評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻合理性的重要依據(jù)。

在跑動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械效率在很大程度上由身體姿勢(shì)決定[6]。研究表明，當(dāng)騰起角度約為45 °時(shí)的身體姿勢(shì)最有助于運(yùn)動(dòng)員克服重力、充分“蹬伸”，產(chǎn)生最大的水平驅(qū)動(dòng)力，以推動(dòng)運(yùn)動(dòng)員迅速擺脫靜止[7]；進(jìn)入途中跑階段后，運(yùn)動(dòng)員需要逐漸抬高上體，騰起角度也隨之增加，當(dāng)騰起角度達(dá)到50 °—55 °時(shí)，最有利于運(yùn)動(dòng)員完成“伸髖”動(dòng)作，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與地面作用力大小相等且方向相反的驅(qū)動(dòng)力，有效地推動(dòng)運(yùn)動(dòng)員向水平方向位移[8]。研究表明，騰起時(shí)的垂直速度是對(duì)跑速影響最大的“負(fù)面因素”[9]。若騰起角度過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生垂直方向的動(dòng)作沖量，從而產(chǎn)生過(guò)大的垂直速度，增加騰空時(shí)間，導(dǎo)致步頻的降低，且不會(huì)增加步長(zhǎng)。如果騰起角度過(guò)小，則不利于髖部屈肌和股后肌群的發(fā)力。

3.1.2著地角度

“著地角度”是指運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)腿落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角(圖3)。著地角度的變化會(huì)影響著地距離，從而影響步長(zhǎng)；同時(shí)，著地角度的變化也會(huì)影響制動(dòng)時(shí)間，觸地時(shí)間由制動(dòng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)時(shí)間構(gòu)成，步頻由觸地時(shí)間和騰空時(shí)間決定，因此，著地角度的變化也會(huì)對(duì)步頻產(chǎn)生影響?？梢?jiàn)，著地時(shí)間也可成為評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻比例合理性的重要指標(biāo)。

在100 m運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員為了增加步長(zhǎng)往往會(huì)主動(dòng)將擺動(dòng)腿“前伸”，而該動(dòng)作會(huì)使擺動(dòng)腿的觸地點(diǎn)遠(yuǎn)離身體重心，從而產(chǎn)生“制動(dòng)力”，制動(dòng)力是與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力，因此會(huì)造成運(yùn)動(dòng)速度的下降[10]。同時(shí)，觸地時(shí)間由制動(dòng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)時(shí)間組成，“制動(dòng)力”越大，制動(dòng)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，觸地時(shí)間的增加，必然會(huì)降低運(yùn)動(dòng)員的步頻。此外，“制動(dòng)力”還是增加運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)的重要誘因。研究證實(shí)，優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員的制動(dòng)時(shí)間明顯短于一般短跑運(yùn)動(dòng)員[11]。當(dāng)著地角約為90°時(shí)，制動(dòng)階段與驅(qū)動(dòng)階段的比例約為40%和60%，跑步的經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)[12-14]。當(dāng)著地角小于90°時(shí)，觸地點(diǎn)就會(huì)遠(yuǎn)離身體重心，產(chǎn)生“制動(dòng)力”，降低水平速度，同時(shí)增加觸地時(shí)間，降低動(dòng)作頻率。而當(dāng)著地角大于90°時(shí)，會(huì)造成蹬擺效率降低，驅(qū)動(dòng)力量減小，步長(zhǎng)縮短，步頻增加。步頻過(guò)快會(huì)導(dǎo)致肌肉緊張，磷酸原消耗過(guò)快?？傊?，在100 m運(yùn)動(dòng)中步長(zhǎng)的增加不應(yīng)來(lái)自“前伸”，而應(yīng)依靠驅(qū)動(dòng)力的增加[15]。

以騰起角度和著地角度作為評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻合理性的標(biāo)準(zhǔn)，能適用于不同水平的短跑運(yùn)動(dòng)員，且直觀簡(jiǎn)單，尤其可作為評(píng)價(jià)青少年短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻合理性的重要指標(biāo)。

3.2觸地時(shí)間與騰空時(shí)間

在一定范圍內(nèi)，觸地時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力量越大，驅(qū)動(dòng)力量的增加會(huì)增加運(yùn)動(dòng)員的騰空距離，增加步長(zhǎng)。與此同時(shí)，騰空距離增加，騰空時(shí)間就會(huì)增加，也必然會(huì)導(dǎo)致步頻的降低。由此可知，觸地時(shí)間與騰空時(shí)間的比例充分反映了步長(zhǎng)和步頻的合理性，可作為評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻比例合理性的重要指標(biāo)。

以觸地時(shí)間和騰空時(shí)間作為評(píng)價(jià)步長(zhǎng)與步頻合理性的標(biāo)準(zhǔn)，能準(zhǔn)確反映出運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻的比例，但該評(píng)價(jià)模式的檢測(cè)和評(píng)價(jià)過(guò)程較為復(fù)雜，需要大量的儀器設(shè)備和科研人員，操作難度較大。

3.3步長(zhǎng)指數(shù)與步頻指數(shù)

運(yùn)動(dòng)員的下肢越長(zhǎng)，步長(zhǎng)越大，但下肢越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也越大，角速度就會(huì)越小，步頻越慢，反之亦然?？梢?jiàn)，下肢長(zhǎng)度是影響運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)與步頻及其比例的重要參數(shù)。在前期研究中，以運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)為依據(jù)對(duì)理想步長(zhǎng)和步頻進(jìn)行推算的公式主要有三種：

(1)20世紀(jì)70年代，美國(guó)著名學(xué)者詹森-弗希爾提出：“適宜步長(zhǎng)=身高×1.17+10 cm”[18]。依據(jù)詹森-弗希爾的計(jì)算公式，男子100 m史上排名前9(以下簡(jiǎn)稱“Top9”)運(yùn)動(dòng)員的理想步長(zhǎng)應(yīng)為2.23 m。事實(shí)上，Top9運(yùn)動(dòng)員在創(chuàng)造個(gè)人最好成績(jī)時(shí)的實(shí)際步長(zhǎng)為2.27 m，兩者相差4 cm。Top9運(yùn)動(dòng)員平均用44.05步跑完100 m全程，如果每步相差4 cm，100 m相差1.76 m，對(duì)于100 m這樣一個(gè)決勝于毫厘之間的項(xiàng)目而言，近0.2 s的差距是非常巨大的?？梢?jiàn)，詹森-弗希爾提出的適宜步長(zhǎng)計(jì)算公式已不符合當(dāng)今短跑運(yùn)動(dòng)實(shí)踐的發(fā)展。

(2)1995年，Donati提出了“理想步長(zhǎng)= 1.1×(100 m/腿長(zhǎng)×2.60)”的計(jì)算公式[12]。按此公式進(jìn)行推算，Top9運(yùn)動(dòng)員的理想步長(zhǎng)應(yīng)為2.41 m。顯然，Donati提出的理想步長(zhǎng)計(jì)算公式與運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際步長(zhǎng)(2.27 m)之間存在顯著差距，參考意義不大。

(3)1971年，Hoffman等人對(duì)56名優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)和步頻間的線性關(guān)系進(jìn)行了分析，提出了“理想步長(zhǎng)=平均步長(zhǎng)/身高≥1.14，理想步頻=平均步頻×身高≥8.1”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[19]。該公式不僅充分考慮了運(yùn)動(dòng)員的個(gè)體差異性，而且還可以與時(shí)俱進(jìn)地反映出世界優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)指數(shù)與步頻指數(shù)，因此，自提出以來(lái)就成為了短跑訓(xùn)練實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛的步長(zhǎng)和步頻計(jì)算公式。值得注意的是，該評(píng)價(jià)指標(biāo)主要適用于高水平短跑運(yùn)動(dòng)員，而對(duì)青少年運(yùn)動(dòng)員或水平較低的運(yùn)動(dòng)員參考意義不大。

本文根據(jù)Hoffman提出的公式，對(duì)Top9運(yùn)動(dòng)員在創(chuàng)造個(gè)人最好成績(jī)時(shí)的步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算(表1)。結(jié)果顯示，Top9運(yùn)動(dòng)員在創(chuàng)造個(gè)人最好成績(jī)時(shí)平均用44.05步完成100 m比賽，平均步長(zhǎng)為2.272 m，步長(zhǎng)身高指數(shù)為1.239；平均步頻為4.519 Hz，步頻身高指數(shù)為8.278。因此，步長(zhǎng)指數(shù)達(dá)到1.239或以上，步頻指數(shù)達(dá)到8.278或以上，是評(píng)價(jià)優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)與步頻比例合理性的重要標(biāo)準(zhǔn)。

表1　Top9運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造個(gè)人最好成績(jī)時(shí)步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)一覽表

事實(shí)上，在100 m跑的不同階段，步長(zhǎng)與步頻始終處于不斷變化和組合中。圖4顯示，在加速階段，世界優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)約由第1步時(shí)的1.09 m提高到第11步時(shí)的2.10 m，而步頻則穩(wěn)定在4.12 Hz左右；在轉(zhuǎn)換階段，速度的增加源于步長(zhǎng)和步頻的同步增加，步長(zhǎng)約由2.10 m增加到2.35 m，步頻約由4.1 Hz提高到4.8 Hz；在最大速度階段，步長(zhǎng)和步頻略有增加，二者達(dá)到最佳組合；在降速階段，隨著磷酸原的耗竭，能量代謝以糖酵解為主，乳酸的堆積導(dǎo)致步頻急劇下降，運(yùn)動(dòng)員通過(guò)步長(zhǎng)的增加來(lái)彌補(bǔ)步頻下降引起的速度損失。

圖4　世界優(yōu)秀男子運(yùn)動(dòng)員100 m分段速度與步長(zhǎng)和步頻變化關(guān)系圖

4　短跑訓(xùn)練中步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展規(guī)律

在一定程度上，速度的發(fā)展水平取決于步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展水平，而步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展受到身體素質(zhì)的發(fā)展規(guī)律、能量代謝特征和動(dòng)力學(xué)原理等因素的影響。因此，在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，根據(jù)生物學(xué)、能量學(xué)和動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)安排訓(xùn)練是步長(zhǎng)和步頻得到充分發(fā)展的基本前提。

4.1生物學(xué)規(guī)律對(duì)步長(zhǎng)和步頻發(fā)展順序的影響

從生物學(xué)規(guī)律來(lái)看，身體素質(zhì)的發(fā)展具有階段性，即在不同的年齡階段各項(xiàng)素質(zhì)的增長(zhǎng)速度不同。在生理學(xué)中，一般把身體素質(zhì)增長(zhǎng)速度快的年齡階段叫做“增長(zhǎng)敏感期”。在增長(zhǎng)敏感期內(nèi)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的某項(xiàng)素質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性的訓(xùn)練，有助于獲得最佳的訓(xùn)練效果。從生物學(xué)角度分析，步頻主要取決于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性和各中樞間的協(xié)調(diào)性，以及快肌纖維的百分比及其肥大程度。而當(dāng)外部阻力較小時(shí)，動(dòng)作頻率主要取決于神經(jīng)中樞的靈活性和協(xié)調(diào)性，即神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)肌、協(xié)同肌和對(duì)抗肌間的調(diào)節(jié)能力。研究表明，9—15歲階段是協(xié)調(diào)性發(fā)展的敏感期[20]。在運(yùn)動(dòng)中，協(xié)調(diào)性主要體現(xiàn)在平衡感、節(jié)奏感、空間感、肌肉本體感覺(jué)以及對(duì)聲音和視覺(jué)信號(hào)的反應(yīng)能力等方面[21]。因此，在此階段對(duì)上述素質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練有助于兒童少年運(yùn)動(dòng)員的步頻得到充分的發(fā)展。值得注意的是，兒童少年階段的訓(xùn)練目標(biāo)是為高水平訓(xùn)練打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此此階段在突出身體協(xié)調(diào)性訓(xùn)練的同時(shí)，還應(yīng)重視全面的身體訓(xùn)練和正確的專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技術(shù)能力的培養(yǎng)。

4.2能量代謝特征對(duì)步長(zhǎng)和步頻發(fā)展順序的影響

15歲以后，隨著協(xié)調(diào)性發(fā)展“敏感期”的逐漸消退，在訓(xùn)練中是優(yōu)先發(fā)展步長(zhǎng)，還是進(jìn)一步提高步頻，再次成為困擾眾多教練員的難題。

研究表明，在周期性運(yùn)動(dòng)中肌肉收縮的能量消耗與肌肉的收縮速度成立方比，即肌肉收縮速度增加一倍，其氧的消耗量就會(huì)增加七倍[22]。此外，動(dòng)作頻率的加快，必然會(huì)增加肌肉的收縮速度，增加肌肉的緊張度，最終導(dǎo)致肌肉的供血過(guò)程更加艱難，導(dǎo)致肌肉缺氧，肌肉的工作效率會(huì)明顯下降[14]。相反，步長(zhǎng)的增加，會(huì)導(dǎo)致騰空時(shí)間的增加，在騰空階段運(yùn)動(dòng)員的肌肉處于放松狀態(tài)。因此，步長(zhǎng)的增加有利于延長(zhǎng)肌肉的放松時(shí)間，加快乳酸的緩沖，促進(jìn)ATP-CP的合成。由此可見(jiàn)，步長(zhǎng)的增加比步頻的增加更具經(jīng)濟(jì)性。

表2　世界優(yōu)秀男子100 m運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)與步頻演化規(guī)律一覽表

本文對(duì)近40年男子100 m優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻的變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比(表2)。結(jié)果顯示，1970—2009年間，男子100 m世界紀(jì)錄由10.06 s提高至9.58 s。與此同時(shí)，世界優(yōu)秀男子短跑運(yùn)動(dòng)員的步頻指數(shù)由8.541降至8.278，而步長(zhǎng)指數(shù)由1.140增加至1.239。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，增加步幅是提高100 m跑經(jīng)濟(jì)性的重要趨勢(shì)。此外，100 m屬于周期性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，周期性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目比的是單位時(shí)間內(nèi)的位移，而不是單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作頻率。因此，在15歲以后，隨著協(xié)調(diào)性發(fā)展“敏感期”的逐漸消退，教練員應(yīng)該在保持青少年運(yùn)動(dòng)員較高動(dòng)作頻率的基礎(chǔ)上，優(yōu)先發(fā)展動(dòng)作幅度，以贏得更大的位移，提高跑的經(jīng)濟(jì)性。

在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，增加步幅的一般步驟是：①根據(jù)Hoffman提出的步長(zhǎng)推算公式，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員身高所對(duì)應(yīng)的理想步長(zhǎng)(Top9運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)指數(shù)均值為1.239)；②在跑動(dòng)中確定運(yùn)動(dòng)員的自然步長(zhǎng)，做好標(biāo)記；③在自然步長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，每步增加1—2 cm，在跑道上放好標(biāo)記物；④在不降低步頻的前提下，進(jìn)行增加步長(zhǎng)的練習(xí)，直到達(dá)到理想的步長(zhǎng)指數(shù)[24]。在腿部力量不變的條件下，步幅的增加必然導(dǎo)致步頻的降低。因此，在短跑訓(xùn)練實(shí)踐中，增加步長(zhǎng)的前提是增加腿部力量，即在相同的觸地時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更大的動(dòng)作沖量。

4.3動(dòng)力學(xué)特征對(duì)步長(zhǎng)與步頻發(fā)展順序的影響

本文對(duì)張培萌、博爾特和布雷克等優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展模式進(jìn)行了追蹤(表3)。結(jié)果顯示，上述運(yùn)動(dòng)員在步長(zhǎng)和步頻的發(fā)展模式上具有共同的特征，即在青少年階段已經(jīng)具備了較高的步頻，在隨后的階段，步長(zhǎng)出現(xiàn)了大幅增加，這一規(guī)律也與我們?cè)谏衔牡贸龅慕Y(jié)論一致。尤其值得注意的是，當(dāng)步幅指數(shù)達(dá)到理想的范圍后，在保持步長(zhǎng)基本穩(wěn)定的情況下，他們的步頻得到了再次提高，而這也正是他們的速度水平再次提高的關(guān)鍵變量。

表3　中外優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)與步頻發(fā)展規(guī)律一覽表

從動(dòng)力學(xué)視角分析，騰空時(shí)間主要反映步長(zhǎng)，觸地時(shí)間和騰空時(shí)間的總和主要反映步頻。研究表明，優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員和一般短跑運(yùn)動(dòng)員在騰空時(shí)間上沒(méi)有顯著差異，而優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員的觸地時(shí)間明顯少于一般短跑運(yùn)動(dòng)員[12]。這說(shuō)明優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員在步頻上的優(yōu)勢(shì)得益于能夠在更短的觸地時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生同樣的動(dòng)作沖量。在100 m運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員的腿部肌肉始終處于一個(gè)拉長(zhǎng)—縮短收縮的過(guò)程，因此，動(dòng)作沖量的增加取決于“快速反應(yīng)收縮力量”的增加。研究認(rèn)為，在100 m運(yùn)動(dòng)中，增加“快速反應(yīng)收縮力量”是節(jié)約能量消耗[26]、達(dá)到最大速度水平[10]的重要途徑。在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐中，跳深、多級(jí)跳等超等練習(xí)是增加快速反應(yīng)收縮力量、提高單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)作沖量的有效手段。

綜上所述，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐中，短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)與步頻的發(fā)展可分為3個(gè)階段。第1階段：9—15歲是協(xié)調(diào)性發(fā)展的敏感期，教練員應(yīng)該在此階段進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，使青少年運(yùn)動(dòng)員的步頻得到最充分的發(fā)展；第2階段：在15歲后，隨著協(xié)調(diào)性發(fā)展敏感期的逐漸消退，教練員應(yīng)該在運(yùn)動(dòng)員固有動(dòng)作速度和動(dòng)作頻率基礎(chǔ)上，增加步幅，以提高跑的經(jīng)濟(jì)性；第3階段：當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)指數(shù)達(dá)到理想的范圍(≥1.24)后，訓(xùn)練的主要任務(wù)和目標(biāo)是通過(guò)增加動(dòng)作沖量，減少觸地時(shí)間，在不降低步長(zhǎng)的前提下再次增加運(yùn)動(dòng)員的步頻。

5　結(jié)論

(1)運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、觸地角度和驅(qū)動(dòng)力量是100 m運(yùn)動(dòng)中步長(zhǎng)和步頻相互影響和制約的調(diào)節(jié)變量。若想在不降低步長(zhǎng)的情況下增加步頻或在不降低步頻的情況下增加步長(zhǎng)，必須通過(guò)增加動(dòng)作沖量才能實(shí)現(xiàn)。

(2)騰起角度和著地角度、觸地時(shí)間和騰空時(shí)間，以及步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)是評(píng)價(jià)步長(zhǎng)和步頻合理性的重要指標(biāo)，其中，“步長(zhǎng)指數(shù)和步頻指數(shù)”是短跑訓(xùn)練實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(3)在青少年時(shí)期強(qiáng)化協(xié)調(diào)性的訓(xùn)練是使運(yùn)動(dòng)員步頻得到充分發(fā)展的基本前提。此后，與步頻發(fā)展密切相關(guān)的運(yùn)動(dòng)素質(zhì)“敏感期”消退后，進(jìn)入最大力量的發(fā)展敏感期，訓(xùn)練的首要任務(wù)是在保持步頻的基礎(chǔ)上發(fā)展步長(zhǎng)。當(dāng)步長(zhǎng)指數(shù)達(dá)到1.24或以上后，通過(guò)增加動(dòng)作沖量再次增加步頻成為了訓(xùn)練的重點(diǎn)。

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Evaluation Criterion and Regular Developing Patterns of Elite Male Sprinters’ Stride Length and Stride Frequency

JIANG Zi-li1, LI Qing1, DENG Hui2

(1.Department of Physical Education, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2.Department of P.E.，Changsha College, Changsha 410003, China)

Through the methodology of literature, mathematical statistic, video analysis and expert interview, this paper analyzes and discusses the influential factors and inner correlation of stride length and stride frequency, evaluation indicators of the optimal ratio of stride length and frequency, and the developing rules of stride length and frequency in sprint training. The findings show that leg length, touchdown angle and drive force are three moderating variables of mutual influence and restriction between stride length and stride frequency, takeoff with an angle of 50-55 degrees and touchdown with an angle of 90 degrees, touchdown with a duration of 40% in the duration of stride frequency and takeoff with a duration of 60% in the duration of stride frequency, stride length indicators of 1.24 or higher and stride frequency indicators of 8.28 or higher are the important standards in evaluating stride length, stride frequency and its ratio reasonableness. In training practice, the coaches should enable the athletes’ stride frequency to fully develop between the age of nine and fifteen. After the age of fifteen, coaches should pay more attention to the development of stride length based on their developed stride frequency. When stride length indicator reaches 1.24 or higher, coaches should enhance their stride frequency again on the basis of maintaining the stability of athletes’ stride length.

100-meter sprint; stride length; stride frequency; influential factors; evaluation criterion; regular developing patterns

2016-01-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(A020503)

姜自立(1983-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，田徑一級(jí)教練，在讀博士，研究方向?yàn)槎膛苡?xùn)練理論與實(shí)踐。

G822.1

A

1008-3596(2016)03-0064-09