运动生物力学的概念精选(九篇)

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第1篇：运动生物力学的概念范文

摘 要 教练员或教师的指导语在运动训练和教学中起着重要的作用，指导语是否简洁明了对运动员的科学训练起着画龙点睛的作用。动作技术原理可以通过教练员在指导语中加以凝炼，在指导时让运动员、学生明确训练的关键所在，能起到意想不到训练、教学的效果。

关键词 动作技术原理 指导语 应用

一、前言

知识如何转化成生产力，是当前我们十分关注的话题，在体育训练中，即如何将体育科学知识应用于训练当中，使很多教练员都在探索的问题。对教练员的训练方法研究的很多，很少有文章对教练员的指导语作专门的研究，特别是将运动生物力学知识贯穿其中的研究少之又少。

本文首先提两个概念界定，第一研究的是新疆地区的教练员的指导语；第二动作技术原理是指完成某项动作技术的基本规律，它适用于任何人，不考虑运动员的性别、体型、运动素质的发展水平和心理因素等个体差异，是具有共性特点的一般规律。

教练员在训练中不能违背动作技术原理，研究各项动作技术确立，动作技术原理，建立动作技术模式来指导教学和训练，在体育教学中，讲清楚动作技术原理是非常重要的，要使学生懂得怎样做和为什么这样做，即不仅要知其然，还要知其所以然。对优秀运动员的动作技术进行生物力学研究，是以生物学和力学理论为基础，通过对高水平的运动实践的检验来总结先进的动作技术原理，建立运动技术模式。如何将动作技术原理转化为教练员简洁的指导语，使运动员在学习和训练中能清晰的明白教练员的意图，能迅速改进训练中出现的错误，值得我们研究。

二、研究对象与方法

新疆第十、十一届全运会的一线教练员和基层教师的指导语，参加运动会的运动员，田径运动中的一些动作技术原理。

（一）访谈法

（二）文献资料法

（三）举例法

三、研究结果与分析

（一）教练员指导语中运用生物力学知识的基本情况

笔者调查了乌鲁木齐市参加新疆第十、十一届全运会的教练员与运动员，就教练员的指导语与运动员是否理解教练员的指导语等问题作了专门调查，运动员结果如下：

表1 您的运动技能知识是从教练或教师指导语中得来的吗

由此表可见，运动员的运动技能知识主要从教练员与教师处获得，若教练员与教师对运动技能理解有误，则可能影响运动员的成绩。

表2 对不同等级的运动员对教练员指导语持疑问的调查结果

通过表2可以看出，运动员的级别高，对教练员指导语持疑问的比例越高。这是因为随着运动员的水平增加，对运动技能的理解加深，求知欲越旺，其主观能动性越大，越渴望了解运动技术原理。若这时教练员没有因势利导，则运动员疑问增加。

对教练员运用指导语作了调查如下：

表3 您在指导语中有意识的运用运动生物力学知识吗

通过对教练员的访谈以及他们对生物力学的知识的了解发现，教练员很少主动将生物力学知识结合指导语运用于训练实践中去，结果导致指导语含糊不清，目的性不强。调查运动员中发现，运动员对素质练习感觉教练员指导语的作用很大，在技术练习中对教练员的指导语理解不清，其实，这也反映出教练员运用生物力学知识到指导语中并不多，因为生物力学知识主要用于动作技术原理方面，教练员主要靠以往的经验在教运动员。

通过对教练员的访谈，发现很少有教练员参加过运动生物力学知识的培训，当然这也和我区这类培训次数少、科研单位的从业人数少有关，这应引起重视。

（二）教练员指导语中动作技术原理在指导语中的举例

1．在田径运动中的应用举例

田径运动中跳高是一项对技术要求较高的项目，作为一名教练员，首先要明白跳高的共同规律与原理，然后将其转化为自己的指导语。在起跳瞬间，运动员所受合力为：支撑力-重力=ma可见，支撑力若想变大，只有将a变大，而a是上臂和摆动腿与躯干的相对速度来衡量的，相对速度越快，a越大，因此，在起跳瞬间，指导语要强调上臂和摆动腿的快速上摆。运动力学中的相向运动原理告诉我们，物体在腾空状态下身体某部分的转动能引起身体另一部分向相反的方向转动，这样，在跳高过杆形成背弓阶段，给队员的指导语是努力仰头，这样，自然形成好的背弓。之后，指导语中要强调迅速将头抬起，小腿自然就会快速上摆，以便顺利过杆。

2．在体操中的应用举例

根据转动守恒定律和动量矩守恒定律可知，转动惯量小则转动速度快，而转动惯量和转动半径有关，转动半径小则转动惯量小。因此，在体操中的一些翻滚动作，如前滚翻、后滚翻、空翻等动作中，教练员给队员的指导语是团身要紧，目的是减小转动惯量，而不仅仅是强调速度。因为运动员自己也想提高速度，心里就会很着急，越是着急越做不好动作。因此，这时的指导语要起到点睛之笔，团身要紧队员可以通过自己身体感受。

3．在短跑中的应用举例

在短跑的加速跑阶段，教练员都在强调速度，我们知道，这一阶段，尽量要发挥地面支撑力的效用。因此，根据力的分解，要尽量的减小垂直方向上的力，增加水平方向的力。这一阶段给运动员的指导语是不要过早地将身体抬起。在平时训练中，仔细观察，若发现运动员上下肢折叠不充分，在指导语中要强调折叠充分。因为上下肢折叠充分，也相当于减小转动半径，从而减小转动惯量，达到增加转动速度的效果。

4．在体育常识中的应用举例

体育教师给学生解答疑问时，若在讲解中加入运动生物力学知识，便可做到有根有据，让学生不仅知其然，还可知其所以然。笔者用一例以飨读者，曾经遇到学生问为什么蹲式起跑比站立式起跑要好。在给学生讲解指导中运用生物力学知识，讲明在起跑瞬间，下肢给地面以作用力，地面反作用于下肢的力是推动人体向前跑的力，这个力可以分解为垂直方向的力和水平方向的力，蹬地角越小水平方向力越大，对速度贡献越大，而蹲踞式起跑正是蹬地角比站立式要小。

（三）教练员指导语的重要性

通过对运动员和学生的访谈发现，认为指导语对其作用很大的所占的百分比分别是：非常重要占12.3%；重要62.7%；一般14.7%；说不清11.3%。可见大多数运动员认为指导语重要，并认为指导语对主要对自己理解技术动作原理很重要，认为指导语对提高教学训练和比赛成绩很有用。通过对比不同水平运动员对指导语的理解水平，发现，运动水平越高的运动员理解指导语的能力越强，但也出现了有趣的现象，即疑问率很高，这从一个侧面反映出其教练没有将生物力学知识很好的运用到指导语中去，与前面的调查相吻合。

四、结论与建议

（一）新疆地区教练员在指导语中运用生物力学知识的不多。有两个方面的原因，一是教练员本身对生物力学知识掌握不足，第二是教练员没有意识到将生物力学知识用在指导语中去。解决这两方面不足的方法是：迅速补习生物力学知识，因为教练员本身有大量的实践经验，只是把这些经验不能很好的表达出来，通过学习，明白其中的动作技术原理，便能达到实践与理论的相互促进。

（二）生物力学知识若能与指导语结合，对训练能起到事半功倍的效果。因为其主要是讲解动作技术原理的一门学科，教练员掌握了运动技术原理，便可针对运动员在某一技术环节中的错误，专门进行指导，提高训练效率。结合的方法是通过学习，有意识的将生物力学知识贯穿于训练中去，通过实践检验理论，通过理论指导实践，互相促进。

（三）运动员普遍感觉教练员在指导语中加入生物力学知识，对自己训练帮助很大，其运动知识主要来源于教练员，教练员掌握科学训练知识队队员形成正确的技术动作至关重要。并且，教练员要利用运动员的求知欲，将正确的知识传授给他们，对培养运动员今后的体育兴趣及良好的体育观念有所帮助。

（四）新疆地区应多举行一些生物力学和训练相关的培训，采用请进来、送出去的方式。如邀请内地有经验的专家讲学，以及将本地相关人员送出去培训。

参考文献：

[1]全国体育学院教材委员会.运动生物力学[M].人民体育出版社.

第2篇：运动生物力学的概念范文

关键词：有限元 医学 仿真实验

Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation

Niu Xiaodong， Lu Lirong

Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China

Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.

Key words： FEA； medical； experimental of simulation

有限元分析是一种广泛应用于工程科学技术的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机大多数设计制造已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、生物医学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。

1 医学有限元国内外研究现状分析

有限元方法最早应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学[1]。几十年来其在解决生物力学问题上得到了广泛应用，尤其近年来，随着数字及计算机技术的不断进步，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。有限元方法在医学上的研究主要包括以下四个方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影响有限元仿真实验结果的精度、计算机计算过程、计算时间的长短，且模型建立的优劣与建模人员的专业素质和有限元知识分不开。现有研究的模型包括：人眼[2]、牙齿及矫正器[3]、脊柱[4]、颅脑骨骼[5]、胃[6]等人体骨骼及器官的三维有限元模型。

1.2 力学实验仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello对所建立的人眼角膜模型进行了力学分析[7]。Tammy L HD等对建立的胫股关节三维有限元模型分析了骨骼变形对关节面接触行为的影响以及约束关节运动对接触应力的影响等[8]。

脊柱生物力学仿真是有限元法在生物力学中研究最早、分析最多、临床上应用最广泛的领域。杜东鹏等则对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨[9]。

头颅及颞下关节也是有限元在生物力学中研究的重点。吕长生等对建立的足部骨组织模型进行有限元分析，为运动损伤或运动鞋的评价等提供了依据[10]。王芳等建立并验证中国人全颈椎有限元模型，用于挥鞭样损伤分析[11]。米那瓦尔・阿不都热依木采用有限元方法，对颌面外科手术术后的颜面软组织形态变化进行预测[12]。

1.3 医疗器械的力学性能评价及优化设计

牙科是有限元法在临床应用中的一大领域，相应的各种牙科固定器材得以研制开发，这些器材的力学性能又是研制过程中重点解决的问题。蔡玉惠等研究了RPA卡环在游离端义齿应用中支持组织的应力分布状况，对RPA卡环的临床应用具有力学上的指导作用[9]。

在内固定钢板方面，张美超等从临床应用出发，利用有限元法对颈前路蝶型钢板进行生物力学模拟分析，得到了与其一致的易断裂部位预测[9]。

在人工关节方面，Heegaard JH等建立了髌骨的计算模型，并且模拟了在人工膝关节中去掉股骨假体对髌骨活动的影响[13]。王永书等对患者胸腰椎爆裂性骨折节段（T12～L2）部位利用有限元进行手术模拟，均与标本模型及术后CT扫描基本相符[14]。

1.4 血流动力学CFD应用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent软件进行了血管壁中组织液流动的数值研究[15]。乔爱科等利用有限元分析方法得出冠状动脉搭桥术中对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生[16]。杨金有应用CFD计算流体力学软件进行人体主动脉内血流数值模拟分析，为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据[17]。姚伟用计算流体力学软件Fluent计算人体小腿骨间膜组织间隙中蛋白质非均匀分布情况下组织液流动[18]。

2 医学有限元仿真实验方法

通过上述医学有限元研究可得医学仿真实验的方法主要分为四步：（1）通过螺旋CT技术，采集大量的样本图像。运用现有医用物理实验室计算机对样本图像进行建模处理，并进行相关的有限元分析。（2）通过查阅相关国内外资料，针对所需建立模型的生理、物理等参数特性，在几种常用图像处理软件（Mimcs，Proe等）中选取较为合理准确的有限元建模软件。（3）在常用有限元分析软件（ANSYS，Fluent等）中选取较为合理准确的软件对模型进行有限元分析。（4）将有限元分析结果与实际测量数据进行对比，分析有限元模型的准确性。

3 有限元法在医学研究中的优势

有限元法在医学研究中具有四个方面的突出优势：（1）可根据需要产生各种各样的标本，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转等各种力学实验，可以在不同实验条件下模拟任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等情况。（2）标本也可以进行修正以模拟任何病理状态。同一个标本在虚拟计算中可进行无数次加载或组合而不会被损坏。（3）其结果不受实验条件的影响，也排除了实验条件造成的误差，而且可以重复计算，节约成本。（4）利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。

4 医学院校开展医学有限元仿真实验的意义

在医学院校开展医学有限元仿真实验，可以使学生将相关医学、物理、生物等课程的知识综合应用于仿真实验中，给生物医学工程专业学生的毕业设计提供更为广阔的范围，使研究具有更高的水平；激发学生的创新思维和热情，使学生在自主科研创新的基础上，设计相关仿真实验加以验证、研究。同时，开展仿真实验要求教师不仅需要对本专业知识做到“了如指掌”，而且需要教师具有仿真实验相关的医学、物理学、生物学等非本专业学科的专业知识，还要求教师必须掌握螺旋CT扫描技术，Mimics，ANSYS等建模、仿真软件的计算机应用技术。这些知识对于教师实验教学、科研水平的提高具有十分重要而深远的意义。在开展医学仿真实验的基础上，建设医学仿真实验室，不仅可以为学生提供毕业实习条件，加强实习基地建设，而且与医院相关科室进行合作，可以在生物力学基础上预测手术中、长期效果，对医生手术具有较为科学的指导，加强了学校与医院的合作。

5 结束语

建立医学有限元实验有两个关键的问题：（1）医用有限元模型快速准确的建立。模型的快速准确建立可以减少仿真实验所需时间、降低费用、增加仿真的准确性和可信性。（2）建立通用的有限元模型库，为进一步的实验教学和科研打下坚实的基础。因此需要在具体实验实践中逐步探索和积累。

将工程有限元分析同医学结合开设实验课，属于多学科之间的交叉领域，不仅可以提高学生对所学专业知识的综合运用能力，增强学生就业与学习深造的竞争力，而且可以加强多学科教师的教学和科研合作，提高教师的教学科研水平。同时提高相关实验室的利用率，为学生自主开展创新实验提供平台，加强学校和附属医院的教学科研合作，为医学院校提供更为广阔的教学和科学研究领域。

参考文献

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[4] 刘耀升.腰椎L4～L5活动节段有限元模型的建立与验证[J].第二军医大学学报，2006，27（6）：665-669.

[5] 何叶松.利用快速成型技术制造仿真人颅脑骨骼模型[J].中国医科大学学报，2008，37（6）：828-830.

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[7] A.Pandolfi，F.Manganiello.A model for the human cornea：constitutive formulation and numerical analysis[J]. Biomechan Model Mechanobiol（2006） DOI10.1007/s10237-005-0014-x.

[8] Tammy L HD，Hull M L. A finite element model of the human knee joint for the study of tibia： femoral contact[J].Journal of Biomechanical Engineering，2002，124（3）：273-280.

[9] 张美超.国内生物力学中有限元的应用研究进展[J].解剖科学进展，2003，9（1）：53-56.

[10] 吕长生.计算机辅助活体足建模生物力学方法研究[J].光学技术，2008（34）：236-237.

[11] 王芳.挥鞭样仿真全颈椎有限元模型的建立和验证[J].生物医学工程与临床，2008，12（1）：13-16.

[12] 米那瓦尔・阿不都热依木.计算机辅助颌面外科手术患者的面部软组织有限元模型研究[D].新疆：新疆医科大学，2008.

[13] Heegaard J H， Leyvraz P E， Hovey C B. A computer model to simulate patellar biomechanics following total knee replacement：the effects of femoral component alignment[J].Clinical Biomechanics， 2001，16（5）：415-423.

[14] 王永书.严重胸腰椎三柱损伤后路270°减压内固定术的数字三维可视化手术模型研究[J].浙江创伤外科，2009，14（1）：1-3.

[15] Tada S， Tarbell JM. Internal elastic lamina affects the distribution of macromolecules in the arterial wall： a computational study[J].American J Physiology-heart and Circulatory Physiology，2004，287（2）：905-913.

[16] 乔爱科.单路和双路CABG中血流动力学的比较[J].生物医学工程学杂志，2006，23（2）：295-299.

第3篇：运动生物力学的概念范文

关键词： 步态研究 研究方法 正常步态 不正常步态 应用

人出生后大约12―15个月就开始独立行走。此后一生中，步行成为人体活动最基本的方式之一，人的步行姿态在一定程度上是与人体所处生物学因素及环境因素相互作用的体现。步态分析是对人体步行从运动学、动力学、肌肉工作特征及其运动控制等方面，进行系统的分析研究。研究者们通过对步行姿态（步态）的研究，对人的行走功能进行评定、对疾病的恢复效果进行评价、对不正常步态进行矫正、对行走辅助功能提供参考。步态研究已经成为生物力学及医学界的一个重要课题，国内外学者们对此做了广泛而深入的研究。本文通过对步态研究的方法、研究进展等方面作综述，希望为以后步态问题的深入研究提供参考。

1.步态研究的方法的发展

随着人类科技的进步，步态研究的方法在不断更新。从原始的肉眼观察、简单工具测量到应用数码摄像技术、计算机模拟，到目前最为先进的步态系统研究方法。方法的更新和进步使步态研究更加准确和丰富，为人类的健康作出了巨大的贡献。

1.1肉眼观察法

19世纪德国生理学家webers兄弟首先发表了对人体的基本位移形式―步行的研究。由于受到当时条件的限制，他们采用了观察法，通过素描及绘画的方法对步态进行了描述［1］。这也是较早对人体步态的研究之一。很显然，这种方法的精确性差，而且仅能够粗略地描述人体的步态。所以，这种方法随着时代的发展已经不再为人们所采用。但是，他们的研究方法引发了人们对步态研究的无穷探索。

1.2走纸法［2］

走纸法是一种较为古老的步态研究方法。它是通过对测试者所走过的足迹进行测量，借助简单的工具进行步态分析的方法。这种研究法所能得到的参数很少，而且测试的工作量较大，且因为测量工具问题误差较大。至今，这种方法逐渐被淘汰。从研究方法学来说，这种方法是人类利用测量工具研究步态的开始。

1.3摄影摄像法

随着科学技术的发展，人们开始利用性能较高的摄影摄像技术分析人体步态。使用两到三台互相垂直的摄像机对人体正常步行进行拍摄。然后利用计算机分析系统对步态参数进行测定。这种方法的精确度较高，参数分析的范围比以往任何方法都要大。通过这种方法，我们可以得到步态的时间、空间、时间―空间参数，包括人体步行时的重心曲线，肢体各关节的运动曲线等。通过这些数据，我们可以对人体步行的稳定性、协调性、节奏性、对称性进行评价，从而为疾病恢复、步态矫正、假肢研制等提供重要的参考。这种方法的缺点是反馈速度慢，以及对一些力学参数的测定无能为力等。所以目前研究者主要用摄影摄像法与三维测力台配合使用，使研究更加全面，更加有说服力。

1.4三维测力台法

这种方法是让测试者在测力台上按测试要求正常步行，测力台的内部的电阻受压后，应变片因拉伸或压缩而产生电阻的电信号变化，通过放大后进入连接的计算机处理［3］。通过这种方法，我们可以获得步态的力学参数，如足底压力分布、空间各方向的分力、与地面的支撑反作用力等。通过这些参数，我们可以对行走的稳定性、对称性等进行评价。目前这一技术已经比较成熟，典型的有kistler测力台和AMFI测力台。测力台所得力学参数与数码影像分析所得的时空参数相结合，综合人体相关生理知识，我们已经能够对步态进行较为精确的描述。

1.5步态分析系统法

它由计算机、测力板和测角仪组成，利用随身携带的单片机，记录由测角仪测得的关节角度信号，并由与测力板以及安装在步行道上的压力开关相连的光电装置，控制单片机和测力板的同步周期采样，测试完毕后，用串行通讯方法将单片机的采样信号输入计算机处理，而整个步行采用无电线连接测试，并针对以往简易步态测试装置不能确定人置的不足，建立了能确定着地足位置的积分方程，再利用测角仪测得的关节角度信号和用多刚体力学建立的人体步行运动学、动力学程序，使得它像各种先进的红外步态分析系统一样，计算出步行的各种能量变化、人体行走位置、关节受力和肌肉力矩等。我国也开展了各种简易步态分析系统的研究，较有代表性的工作有：微机化步态分析系统［4］和靴式步态分析系统［5］。

2.步态研究的进展及对人类健康所作的贡献

2.1对不正常步态的研究及对人类健康的贡献

所谓不正常步，即步态特征的变化超出正常范围。whittle（1996）列出四点被视为不能正常行走的特点，一是两腿不能交替支持人体重量，二是在单腿支撑时不能静力性或动力性保持平衡，三是摆动腿不能前摆到一位置上从而变为支撑的作用，四是力量不足以令下肢移动的同时带动上肢。异常步态有时很明显仅凭肉眼观察就可看出，而有时必须通过实验仪器才可以得出步态异常。

近年来，以步态分析的方法来评估及治疗肌肉骨骼和神经方面的研究发展迅速，并由此进一步推动了对不正常步态的深入研究。这方面的研究很多，如刘永斌［6］等人对三截一瘫残疾者进行步态测试，以反映人体行走姿态变化时间历程的周期、时相及反映支撑反力的三维离曲线为基础，用特征函数的基本概念进行归类组合，提出5个相应的经验公式，以此对三截一瘫患者的行走功能进行评定。Rozendal［7］等通过三维步态分析系统提供三维平面的地面与反力的向量图，绘出偏瘫病人足―地接触力的向量环，可以发现健侧和患侧下肢的力量环和形态明显不同，借此可客观评定步态异常机理。Granataetal.（2000）［8］通过步态分析，研究延长肌腱的治疗方法对儿童脑瘫病人的影响，等等。除此以外，临床步态实验室也在不断增加。对于不正常步态的研究，可以帮助早期偏瘫、脑瘫等功能性疾病的诊断，还可以通过矫正促进疾病的恢复。医学界正在越来越多地应用步态研究成果为人类健康服务。

2.2对正常步态的研究及应用

一个正常的步态周期，通常由脚跟着地开始，至同侧脚跟再次着地为止，包括支撑和摆动阶段［9］。对正常步态的研究主要是从步态的时间、空间、时―空、力学等参数入手研究各年龄段、各类不同职业的群体、不同形体特征的步态差异，对人类的步行规律及相关影响因素进行探讨。

国内外研究主要集中于老年人、儿童等特殊人群的步态。而对于成年人特别是与步态与运动能力的关系的研究较少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高与步幅显著相关。Mann and hagg（1980）研究表明，正常儿童以自然步速行走，支撑时间是整个步行周期的62%，且支撑时间似乎并不随年龄而变化。只有在步行节奏改变时，如跑或快速步行时变化才比较明显，其他学者的研究也支持了这一点。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］对下肢关节角度和关节角速度的变化做了研究，指出步行时关节角度的大小是与肌肉的活动和发力是相关的。北京体育大学赵芳、周兴龙等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步态，其目的是研究从中年到老年这一衰老过程步态指标的变化，希望能将步态指标作为中老年人体质衰老的评价标准。另外，一些学者对肥胖儿童、长期负重、高跟鞋等对步态的影响也做了一些研究。这些研究对于人体步态矫形，塑造人的形体美，以及利用人体步态参数为肢体残疾者制作合适的假肢，促进青少年形体的健康发展等起到了巨大的作用。不足的是对健康成年人步态与身体功能、步态与人体运动功能关系的研究还较少，相信随着研究手段的日益完善，这方面会取得较大的进步。

3.讨论

3.1随着科学技术的发展，对步态研究的方法也日益完善。从原始的观察法、走纸法等发展到准确全面的影像技术、测力台技术和步态测试系统。国内外很多学者仍然在努力尝试研究更为科学的研究方法，并且陆续有报导。另外，因应医学上对病态步态分析应用的要求，临床步态实验室不断增加，并且朝向实用性、准确性、系统性、低成本方向发展。

3.2随着研究方法的不断进步，步态研究也在不断深入，通过对正常步态从时间、空间、时间―空间、力学等参数的测定，对人体正常行走的规律及不同人群的步态特征的研究也取得了很大的成功。对一些特殊形体如肥胖、长期负重及等人群的步态也开始研究。这些研究对评价人体行走功能、矫正不正常步态等提供了科学的依据。病态步态方面的研究如“三截一瘫”者步态，为科学诊断及恢复治疗、恢复评定提供了重要参考。不足的是，对步态与运动功能的关系，健康成年人步态与身体功能的关系等的研究还较少，希望这方面能够引起研究者的重视。

参考文献：

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［3］张潇等.运用三维测力台系统对正常人步态的分析.医用生物力学，1996.，4：211-215.

［4］徐乃明等.微机化步态分析系统的研制.中国生物医学工程学报，1990，9，（1）：13-207.

［5］门洪学等.靴式步态分析系统的研制与应用.等.中国生物医学工程学报，1991，10，（3）：142-148.

［6］刘永斌等.行走功能定量评定方法研究.中国康复理论与实践，1996，4，154.

［7］Rozendal RH，et al.Arch Phys Med Rehabil，1987，68：763.

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［9］吴剑，等.人体行走时步态的生物力学研究进展.中国运动医学杂志2002，3：305-309.

［10］Hills，A，p.parker，A.W.Locomotor characteristics of obese children.Child：Care，Health and Development，1991.18：29-34.

第4篇：运动生物力学的概念范文

关键词:斜坡跑;超速训练;同步测试;生物力学参数;机制

中图分类号:G822.12

文献标识码:A

文章编 号:1007-3612(2010)01-0123-06

A Biomechanical Analysis about Slope Overspeed Running in Sprint

Technique Training

LUO Jiong

(College of Physical Education,Southwest University,Chongqing

400715,China)

Abstract: The camera, electromyography, and three-dimensional force simultaneous ly technique was used to test four different slopes running speed training, resu lts showed that the slope overspeed training changed the touchdown legs of time allocation and make the buffer time significantly shorter, frog stretch distance increase significantly,the two ratio of the Buffer Time/Back Step time and s upport time/empty out time tend to more reasonable level;The slope overspeed training made swing leg swing breadth larger, a smaller hip angle of leave off t he ground, thigh scissors speed increase significantly which are conducive to r aising speed of human physical mass centre;The slope running has faster speed of swing leg knee-joint and faster“pawing" speed of touchdown legs than Level R oad run which makes a smaller knee angle and hip angle when the athlete touch gr ound,Thus facilitating the SSC fulfilling its functions; The slope overspeed ru nning caused leg stiffness changes significantly and its reason is due to slope

running brought the pressure center of touchdown legs shift to backward range la rger and faster, which changes of athletes legs touchdown manners;The slope an gle size has greater impact on running training effect, 2° or 3° slope can inc r ease the athletes running speed, without affecting the athletes running action t echnical structure,which have been determined the best-oriented slope angle for this experiments objects.

Key words: slope running;speeding training;simultaneous testing;biome chanics parameters; mechanism

从1896年第一届现代奥运会,美国运动员伯克以11.8 s夺得 100 m跑桂冠,到2008年牙买 加 人博尔特创造了9.69 s的世界记录,100 m跑成绩提高了2.1 s,究其原因一方面是源于短 跑 实践技术理论的不断完善和发展,另一方面是科学化训练及场地器械的更新等因素。“超速 训练”在短跑训练中较为流行,它是通过让运动员完成超出他能力水平的练习来增加步长和 步频,通过这种训练方法使神经和肌肉系统逐渐适应较高的收缩频率。

查阅相关文献,国外对短跑运动员的超速训练十分重视,并采用了多种手段,如下坡跑 、高速自行车练习、橡皮筋牵引跑、短跑控制器、跑步机训练及固定跑台及斜坡跑道等。我 国对这方面训练与研究相对薄弱。2001年12月,国家体育总局科教司批准立项之课题《短跑 技术原理及训练方法研究》,课题组成员经反复论证,吸取了过去国内超速训练用的斜坡跑 道坡度大,距离长,既影响运动员跑的动作技术结构又容易造成损伤的缺陷,并参照国外资 料,在北京体育大学东田径场修建了四条跑道,这是目前我国唯一的较完善的斜坡训练跑道 ,跑道的开始部分都是20 m长的水平跑道,接着分别是坡角为1°、2°、3°和4°而坡面 长为15 m的斜坡跑道,坡面下沿紧接的是正常的平地跑道(图1)。实践证明,斜坡训练对 提高短跑速度是很有效的,但这种训练模式对提高速度的机制问题至今少有报道。本研究运 用摄像、肌电及三维力同步测试了四种不同斜坡跑,并引入近年来国际上生物力学的研究热 点――下肢刚度(Lower Extremity Stiffness)这一重要参数指标,根据解剖、生理及生

投稿日期:2010-03-08

作者简介:罗炯,副教授,博士,研究方向运动技术诊断与全民健身。 物 力学原理与方法揭示斜坡超速训练提高短跑速度的生物力学机制,意为改善运动训练方法、 提高运动成绩、减少运动损伤的发生以及丰富健身运动理论提供重要参考,限于论文篇幅, 本文只对研究结果的部分内容进行报道。

l 研究对象与方法

1.1 研究对象

北京体育大学竞技体校短跑队员12名,运动等级均为2级。成绩为(10.85±0.37)s,平均 年龄为15岁,身高为(1.73±0.03)m,体重(58±3.51)kg。受试者在测试前均未进行过斜 坡训练。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

查阅国内外有关文献资料,邀请了上海体科所冯敦寿研究员,原国家体育总局体科所副 所长高大安来校开会研究咨询;走访部分国家队、北京市队的短跑教练员,征求他们的意见 ,确定实验方案。

1.2.2 运动学参数测试

两台JVC9800高速摄像机,拍摄频率100帧/s,曝光时间为1/250 s,两机固定在距跑道16 m

处,主光轴与助跑道垂直。其中A机镜头高出地面1.6 m(机高1.2,台高0.4 m),定点拍 摄运动员从水平跑道转入斜坡跑道着地腿踩上测力台的全过程;B机镜头高为1.1 m,定点 拍摄运动员离开斜坡跑道进入水平跑道着地腿踩上测力台的全过程;为了提高图像解析的精 度,实验对象被要求穿深色紧身短裤、赤膊,并在身体两侧跖趾关节、踝、膝、髋、肩、肘、 腕、耳屏等关节、环节点上贴放反光膜标志(美国3M公司出品),测试现场见图1。

图1 北京体育大学东田径场斜坡训练基地测试布置 图2 实验中各运动学参数的定义

1.2.3 动力学参数测试

四台国产JP4060WP测力平台(先测两道,运动员休息时换成另外两道),对受试者处于 平道及坡道着地腿着地缓冲及蹬伸的三维力进行监测,采样频率为500 Hz。调整安放在斜坡 道上的测力台下面的四脚螺旋按钮,并在测力台平面上铺设与水平道及斜坡面相同的塑胶, 使测力台平面与助跑道及斜坡坡面保持在同一水平面高。同步信号由测力台触发,通过发光 二极管与高速摄像机及肌电测试同步。

1.2.4 肌电参数测试

国产八通道无线表面肌电仪(TB-0810)对监测着地腿的臀大肌(GM)、股直肌(RF)、 股二头肌(BF)、股外肌(VL)、胫骨前肌(TA)、腓肠肌(GAS)共六块肌肉肌电活动。选 取6块肌肉为测试标准的理由是:1) 所选肌肉都是与跨过下肢三关节(髋、膝、踝)有关 的肌肉;2) 所选肌肉代表的是跨过每个关节的单关节和双关节肌对抗肌组;3) 所选六块 肌肉是所查阅到的关于短跑技术研究文献中最普遍且最有代表性肌肉。

1.2.5 腿刚度(leg stiffness)计算方法

运用McMahon[1,2]腿刚度(Leg Stiffness)计算方法(图3)。在跑步过程中,腿 以一个角度接触地面,身体的重心并不是位于足部的正上方。此时腿刚度Kleg=Fmax/ΔL, 其中Fmax为最大垂直力,ΔL为小腿长度的垂直变化,ΔL =Δy+L0×(1-cosθ0), θ 0=arcsin(utc/2L0);Δy =身体重心的最大垂直位移;L0=站立时的腿长;θ0=刚 度 角(腿跨过的弧形的半角);u=重心水平速度;tc=着地时间。弹簧――质量模型见图3所 示,本研究中的θ0直接由运动学图像解析获得。

图3 步时下肢刚度的计算模型 1.2.6 实验的安排

实验要求受试者先进行试跑,通过调整起始点找准各自的步长以便能踩上测力台,同时 要求受试者“无视”测力台的存在,不减速、不调整,在进入斜坡及离开斜坡跑道时尽最大 努力完成15 m长斜坡跑。记录所有数据,并以成绩最好的2次有效测试(指前后踩上两块测 力台的有效区域)为分析样本,以便做相关指标的重复性分析。

1.2.7 数据处理

由于运动摄像100帧/s,测力台采样频率为500 Hz,为了比较不同运动员在平道与坡道每个单 步全过程相关参数间的差异,本研究对所有研究对象下肢各关节和环节的角运动、支撑反作 用力及肌电参数均进行了时间标准化处理:取支撑过程时间为100%,对所有的数据进行样条插 值,然后取1%标准化时刻的数值(图像解析使用扎齐奥尔斯基模型),采用低通数字滤波法 对插值后原始数据进行平滑,截止频率为20 Hz。然后再对不同水平运动员标准化的相关指标 值分别进行叠加拟合、进行比较。使用spss13.0分析模块,选择单因素、双因素方差分析 、相关及变异系数等统计分析方法对相关参数数据进行处理,所有统计检验的显著水平设 置为a=0.05。

2 结果与分析

2.1 重复性测量结果检验

表1所列的19种重要参数在两次有效采样中的相关系数及变异度,其结果显示:相关系数都 在0.8以上,且都达到显著水平(p

支撑时间r

C.V支撑距离r

C.V腾空时间r

C.V膝角r

C.V躯干角r

C.V剪绞速度r

C.V膝点速度r

C.V 扒地速度r

C.V质心Vr

C.V1°斜坡0.87;8.4%0.91;8.4%0.81;7.4%0.91;6.6%0.87;5. 9%0.87;8.4%0.81;8.4%0.80;9.5%0.90;6.1%2°斜坡0.88;6.8%0.88;10.5%0.90;8.5%0.90;7.4%0.81;8 .9%0.91;5.5%0.87;9.1%0.87;8.4%0.87;9.4%3°斜坡0.90;8.9%0.89;9.7%0.85;6.8%0.88;8.5%0.87;6. 4%0.92;6.8%0.89;5.7%0.82;8.7%0.87;6.5%4°斜坡0.89;7.5%0.92;6.8%0.86;8.4%0.87;6.8%0.80;7. 7%0.89;5.3%0.84;6.8%0.82;6.9%0.84;7.9%支腿刚度压心移动Fmax垂直力-Fmax水平力+Fmax水平力冲量增量 TA-IEMGGAS-IEMGT-IEMG1°斜坡0.88;9.4%0.84;6.4%0.85;7.5%0.85;8.4%0.91;5. 5%0.88;7.4%0.94;8.7%0.81;9.8%0.83;14.4%2°斜坡0.87;8.1%0.90;8.5%0.91;5.9%0.80;5.8%0.92;7. 4%0.84;6.4%0.90;6.6%0.85;10.4%0.80;15.1%3°斜坡0.81;7.3%0.87;6.7%0.92;6.4%0.84;6.9%0.87;9. 4%0.83;8.2%0.94;7.5%0.82;9.4%0.86;16.4%4°斜坡0.81;12.6%0.85;8.7%0.84;7.6%0.88;9.1%0.88;9 .8%0.82;7.3%0.93;6.4%0.83;11.4%0.88;19.4%

附:本表各参数含义在下文分析中均有定义或解释,主要角度定义见图2,在此不加说明。

表2 平道与坡道单步时间及空间参数统计

缓冲t1(ms)后蹬t2(ms)支撑T1(ms)缓冲距(cm)后蹬离(cm)支撑距(cm)腾空T2(ms)t1/t2;T1/T2 平道50±4.653±3.5103±5.534.5±3.552.2±3.586.7 ±2.5135±15.51:1.06;1:1.311°斜坡49±2.552±4.7101±6.534.3±4.753.3±4.787 .6±3.8133±11.51:1.06;1:1.322°斜坡42±6.250±3.294±7.233.7±6.259.6±6.293 .3±4.5114±14.21:1.19;1:1.213°斜坡43±5.751±4.794±5.735.2±5.758.8±5.794 .0±5.1113±16.71:1.18;1:1.204°斜坡42±2.255±3.297±4.232.3±2.255.4±2.287 .7±3.7132±13.21:1.31;1:1.36LSD检对t1的检验: P31*\P21*\P20*\P24* \P 30*\P34*; 对T1的检验:P20*\P24*\P30* \P 34*;对后蹬距的检验P20*\P24*\P30*\P34* ;对 支撑距的检验:P20*\P21*\P24*\P30*\P31 *\P 34*;对腾空时间的检验:P20*\P30*

注:LSD检意旨单因素方差分析中使用多重比较,用于各斜坡间及斜坡与平道间差异比较 ,检验结果中只例出具有显著意义者,无统计学差异者不例出,如P12*表示1°与2 °斜坡间该参数有统计学意义,以下各表含义相同。

2.2 斜坡超速跑单步时间及空间变化特征分析

据短跑技术经典理论[3～5],一个单步由支撑与腾空两部分构成,而支撑阶段又可 分为缓冲与后蹬两部分。本研究缓冲段的划分是由着地腿从着地瞬刻至膝关节角处于最小时 相止,后蹬段指从着地腿膝关节角处于最小时相至着地腿离地时相止,以此为界定确定缓冲 时间、缓冲距离,后蹬时间与后蹬距离。

表2数据提供如下信息:

与平道跑相比:1°斜坡相关参数变化较小,四种时间参数、三种空间参数,两个比值参数 的变化均无统计学意义(p>0.05)。2°、3°斜坡变化较大,其中缓冲时间明显缩短 (P20*、P30*),后蹬时间上无差异,故支撑时间的缩短(P20* 、P30*)显然是由于缓冲时间引起的;后蹬距及支撑距均显著延长(P20* 、P30*),腾空时间却显著缩短(P20*、P30*),两个时间比值 明显增大。4°斜坡的支撑时间虽然与平道没有显著差异,但其缓冲时间/后蹬时间比值明显 变小,说明4°斜坡明显改变了支撑时间的分配关系。

各斜坡中比较分析显示:四种时间参数、三种空间参数及两个比值,2°与3°斜坡之间没 什么差异;4°斜坡与1°斜坡的差异与4°斜坡与平道间差异类同;在缓冲距、后蹬距、支 撑距3方面差异集中体现在支撑距上和后蹬距,4°斜坡后蹬距及支撑距明显缩小(P24 *、P34*),同时在两个时间比值显著偏小。

据短跑运动生物力学原理,支撑阶段人体质心水平速度得以保持和增加是由肢体各环节,尤 其是下肢各环节通过复杂而有序的协同运动实现的。本研究认为:2°、3°斜坡跑道引起 支撑时间、腾空时间均有明显缩短,而支撑时间的缩短主要体现在缓冲时间缩短,后蹬时间 变化较小,其直接获益是增加了后蹬距,这对提高或维持跑速是有益的,也与相关文献资料 提供的结论相吻合(据相关文献[5,6],国外优秀短跑运动员后蹬距离比我国优秀 选手长0.07 m,但是后蹬时间却不比我们长)。其次,1°斜坡所带来的影响与平道差异较 小,而4°斜坡引起的差异非常大,这似乎提醒我们4°斜坡可能引起受试者的技术动作结构 发生了明显的改变。最后,斜坡道改变了单步“缓冲时间/后蹬时间”及“支撑时间/腾空时 间”比值,其中2°、3°斜坡的两个比值依次为1:1.19、1:1.21及1:1.18、1:1.20 ,这两个值与美国优秀百米运动员“缓冲时间/后蹬时间”(11.11)及“支撑时间/腾空 时间”(1:1.2)很接近[5,6]。

2.3 斜坡超速跑支撑腿与摆动腿关节角度变化特征分析

表3数据显示:1°斜坡与平道相比,无论是支撑腿还是摆动腿,髋、膝、踝着地角与离地角 均变化不大,波动值无统计学意义。4°斜坡与平道及1°斜坡相比,支撑腿与摆动腿的髋 角及踝角在着地与离地时没什么影响,主要差异集中在支撑腿的膝角、踝角及躯干角的变化 上(P41*、P40*),其中4°斜坡的着地膝角明显偏大(162.2°对155. 5°),而离地时则明显 偏小,从而导致膝角变化值为负值(-4.36°);另一方面,4°斜坡引起离地躯干角显著 高于 着地时的躯干角,从而导致躯干角的变化值为负(-5.12°)。2°与3°斜坡之间,9种角 度参数值无显著差异,但2°、3°斜坡与平道及1°斜坡相比,前者引起支撑腿着地髋角显 著减小(P20*、P21*、P30*、P31*),而离地髋角没什 么变化,而摆动腿的变化则相反,着地时髋角没什么变化,而离地髋角明显减小(P20 *、P21*、P30*、P31*);就支撑腿膝角而言,着地 膝角明显减小(P20*、P21*、P30*、P31*),而“膝 角”无差异,间接说明蹬离时膝角亦 呈减小趋势;在躯干角的变化上,2°、3°斜坡与平道及1°斜坡没什么变化。2°、3°斜 坡与4°斜坡相比,前者支撑腿着地髋角、膝角、踝角及摆动的离地髋角显著小于后者(P 24*、 P34*)而膝角“蹬地改变”及“躯干角变化值”两者存有显著差异( P24*、 P34*)。表3 平道跑与斜坡跑支撑腿与摆动腿关节角度变化统计

着地瞬刻髋角(°)支撑腿β1

摆动腿β2离地瞬刻髋角(°)支撑腿β3

摆动腿β4支撑腿膝角(°)着地瞬刻φ

膝角支撑腿踝角(°)着地瞬刻θ

踝角躯干角0°平道147.2±3.5179.8±3.5203.5±4.6121.5±4.6155. 5±5.63.56±1.32123.5±5.511.5±3.66.56±2.31°坡角144.3±4.7178.1±4.7202.4±2.5119.6±2.5156. 1±3.55.73±2.24122.3±3.710.1±4.55.87±1.52°坡角139.6±6.2174.0±6.2203.3±3.2108.1±3.2150. 1±4.74.55±1.66119.6±4.211.4±4.26.18±3.23°坡角138.7±5.7175.4±5.7199.6±4.7110.2±4.7150. 7±6.55.18±3.29118.8±4.112.7±3.75.93±2.74°坡角145.6±2.2181.2±2.2200.3±3.2122.5±3.2162. 2±5.1-4.36±1.3128.1±3.79.2±3.8-5.12±2.2LSD检验对β1的检验P20*\P21*\P24*\P30* \P31*\P34*;对β2的检验P20*\P30*\P24 *\P34*;对β4的检验P20*\P21*\P24*P30 *\P31*\P34*;对φ的检验P20*\P21*\P24 *P30*\P34*\P34*P40*\P41*;对膝 角检验P40*\P41*\P42*P43*;对θ的检验P20 *\P21*\P24*P30*\P31*\P34*P40 *\P41*;对躯干角检验P40*\P41*\P42*P43 *

说明:支撑腿膝角“膝角”意旨离地时膝角与着地时膝角之差;支撑腿踝角的“踝角 ”意旨着地时踝角与支撑腿最大缓冲瞬刻踝角之差,“躯干角”意旨着地时躯干角与离地 时的躯干角之差。

进一步分析揭示:4斜坡道缓冲距离和缓冲时间较短(表2),导致摆动腿幅度小且效 果差(据表3可计算出五种跑道摆动腿的摆动幅度依次为58.3°、58.5°、65.9°、65. 2°、58.7°),因而不能发挥最佳的摆腿作用,2°、3°斜坡摆动腿有较大摆动幅度(65 .9°、65 .2°),而离地时髋角亦较小(108.1°、110.2°)。据相关生物力学文献[4,5 ],摆动腿屈髋幅度 大,更有利于有效地带动身体重心向前,并进而增加支撑距离,使摆动腿的小腿有更充裕的时 间完成前摆及下次着地前的回扒。另一方面,短跑运动生物力学原理认为离地时的躯干角大 于着地时的躯干角,说明身体有向后倾的现象;离地时的膝角明显小于着地时的膝角,表明 运动员在离地时膝关节没有充分伸直反而比着地时缓冲更大。据此,笔者认为4°斜坡引起 躯干角、膝角的明显改变,两个负值(-5.12°、-4.36°)充分说明运动员在4°斜坡上 跑可能引起了动作结构的变形。通过对受试者个体的技术动作诊断,参与本实验的12名运动 员中,有9名运动员在4°斜坡上跑,躯干角的变化不符合跑步的生物力学特征;有10名运动 员在4°斜坡上跑,膝角的变化不符合跑步的生物力学特征。图4 支撑腿髋、膝、踝标准化角度变化MA 线

图4显示了不同斜坡跑与平道跑支撑腿髋、膝、踝角度变化特征,从中不难 发现:平道、1°及4°斜坡跑,着地腿在着地时存在明显的缓冲,即髋角呈下降趋向,其 中4°斜坡 最为明显,下降幅度最大,2°、3°斜坡几乎没有这个趋势,在整个支撑时期的髋角均值最 小,且在着地及整个支撑过程,支撑腿的伸髋后展是一个连续的过程, 不存在髋的“缓冲”。 其次,与平道跑相比,2°、3°斜坡跑,运动员在整个支撑过程中支撑腿膝角、踝角均值较 小,即支撑腿似乎表现出一种低支撑趋向,这意味着运动员支撑过程重心更低些。

2.4 斜坡超速跑支撑腿、摆动腿角速度与人体重心水平速度变化特征分析

表4数据显示:1) 2°、3°斜坡摆动腿与支撑腿的髋角速度均值显著高于平道、1°、4° (P20*、P21*、P24*、P30*、P31*、P34 *)。据支撑腿处于最大缓冲时刻摆动腿髋角大小可以算出其完成百分率,整个支撑阶 段, 2°、3°斜坡超速跑摆动腿摆动动作在缓冲过程完成率最高(排序依次为61.5%、61. 9%、67.4%、66.9%、58.8%),而支撑腿完成率五种跑道差异不明显。2) 2°、3°斜坡 跑大腿剪绞速度均值显著高于平道、1°、4°(P20*、P21*、P24 *、P30*、P31*、P34*)。通过分析图5,在摆动腿积极前摆的 配合下,支撑腿在着地后便开始积极地伸展髋关节,但2°、3°斜坡在整个支撑过程中,其 瞬时角速度都比其它三种跑道大。此外,无论支撑腿还是摆动腿,其大腿运动过程均呈加速 ――减速状态,因而,剪绞―制动是支撑阶段髋的工作特征,从剪绞速度曲线看,2°、3° 跑道最高。许多学者[7～9]认为“产生较高跑速的原因是有力的摆腿而不是快速的 蹬地”,因而提出[10]“大腿运动的角速度及摆动幅度是衡量短跑技术的最好尺度 ”。综合众多学者的研究结论,笔者认为2°、3°斜坡最有利于人体质心提速。3)2°、3 °斜坡摆动腿膝关节中心速度、着地腿“扒地”速度均显著高于平道、1°、4°(五种跑道 对应均值依次为4.55 m/s、4.45 m/s、4.95 m/s、5.07 m/s、4.32 m/s及1.44 m/s、 1.39 m/s、1.25 m/s、1.27 m/s、1.45 m/s)。据查文献[4,5],优秀运动员 有较快的屈髋前摆速度,其摆动腿的膝点水平速度、垂直速度在整个支撑摆动过程中均较大 ,且多数选手是通过较大的小腿回扒角速度来实现着地脚水平速度的尽可能下降。本研究发 现2°、3°斜坡跑膝关节点速度显著高于平道、1°、4°,而着地腿“扒地”速度却明显低 于平道、1°、4°。据短跑运动生物力学原理,加快大腿回扒角速度,可以为着地时拥有较 小的支 撑腿膝角、髋角,从而使运动员在着地时下肢肌群处于一种较有利的发挥工作效率的状态,更 有利于人体重心的快速前移[10]。因此,“扒地”速度表明,2°、3°斜坡超速训 练效果应优于平道、1°、4°。4)2°、3°斜坡人体质心的着地速度及离地速度亦明显高 于平道、1°、4° (P20*、P21*、P24*、P30*、P31*、P34 *)。进一步分析显示,1°、2°、3°斜坡跑都能增加跑速,但2°、3°增加的数值大 ,4°斜坡不增反减,其速度小于平道速度(10.15 m/s

摆动腿髋角速度均值Χ1

完成%支撑腿髋角速度均值Χ2

完成%髋剪绞速度V1摆动腿膝点速度V2着地腿扒地速度V3人体重心(质心)进入斜坡V4

离开斜坡V50°平道-668±14.661.5%395±14.733.5%1 063±18.44.5 5±0.661.44±0.31°坡角-685±16.761.9%407±16.632.6%1 092±17.14.4 5±0.831.39±0.411.15±2.511.44±1.52°坡角-744±15.367.4%441±15.735.7%1 185±19.24.9 5±0.611.25±0.211.35±3.211.70±3.23°坡角-742±17.266.9%439±18.634.3%1 181±18.85 .07±0.771.27±0.311.37±4.711.67±2.74°坡角-672±15.558.8%397±14.232.1%1 069±17.74.3 2±0.841.45±0.210.15±3.210.11±2.2LSD检验对X1的检验: P20*\P21*\P24* P30 *\P31*\P34*;对X2的检验P20*\P21*\P24 * P30*\P31*\P34*;对V1的检验P20*\P21 *\P24* P30*\P31*\P34*;对V2的检验P2 0*\P21*\P24* P30*\P31*\P34*;对V 3的检验P20*\P21*;对V4的检验P20*\P21*\P 24* P30*\P31*\P34*;对V5的检验P20*\P 21*\P24* P30*\P31*\P34*

说明“完成%”意旨缓冲阶段支撑腿及摆动腿所完成的髋角变化幅度占离地瞬刻与着地瞬刻 支撑腿与摆动腿髋角变化总幅度的百分比;“髋剪绞速度”是指支撑腿与摆动腿髋角速度绝 对值之和;“摆动腿膝点速度”是指摆动腿膝关节点水平速度与垂直速度的合速度。

图5 不同跑道上支撑腿及摆动腿髋角速度及剪绞速度曲线

2.5 斜坡超速跑支撑过程中压力中心变化特征分析

压力中心(压心)是支撑反作用力合力的作用点,它作用于支撑脚上的某位置,通过分析压 心在脚上相对位置的变化,可以更准确地判断不同斜坡上跑支撑脚的着地和支撑的方式的细 微变化,从而揭示出斜坡跑对提高短跑成绩的重要机制。图6 不同斜坡跑支撑腿压力中心随运动方向变化拟合曲线

图6是标准化后4种斜坡与平道跑支撑过程压心于运动方向的变化规律。这些曲线有一共 同的变化规律,即都有四个特别时相。其中A点实际代表运动员着地脚的趾指关节恰好落在 测力台中心瞬刻,由于着地之初的巨大冲击力,压心随着踝关节的屈曲缓冲先向后移至B点( 即向踝关节点靠近);随着缓冲继续,后又快速移回趾指关节C点附近;离地时,压心移至脚 尖,也就是着地时趾指关节前D点位置。

进一步研究发现:1) 平道与斜坡跑压力中心轨迹的变化趋势几乎接近,但下坡跑的 后移幅度大且后移速度相对较快,在大约占支撑时间的11%左右达到最大后移(10 cm左右) ;从C点的波峰值看,运动员的支撑脚压力中心几乎又回到趾指关节,再结合摄像慢放发现 ,下坡跑运动员着地脚跟均跟测力台面有瞬间接触(占100%),而平道跑中有7名运动员后 脚跟与测力台没有接触(占58.3%);2)3°与4°斜坡压力中心轨迹后移幅度几乎接近, 1 °、2°斜坡与平道后移幅度相对较小且后移速度相对慢些,在大约在占支撑时间13%左右达 到最大后移(7 cm左右)。

2.6 斜坡超速跑支撑腿刚度及地面支反力变化特征分析

“刚度 (Stiffness)”一词,起源于物理学,为“虎克定律”的一部分,有时又翻译成“ 劲度”,其含义与物理学上的“模量”相近,指物体在受载时抵抗变形的能力,刚度大则变形 小,刚度小则变形大。当短跑运动员下肢着地时,刚度可增加支持组织的强度,抵抗地面对人 体施加的反作用力。从运动表现角度看,支撑腿刚度值决定于肌肉、肌腱、韧带、软骨和骨 骼的整体[11,12],一定水平的刚度表现可以有效发挥肌肉的拉长-缩短循环(Stre tch-Sho rtening Cycle,即SSC)功能,进而可以在运动着地过程中有效释放贮存在肌肉骨骼系统中的 弹性能[13,14]。

图7 不同斜坡跑支撑腿刚度变化特征 从图7可以看出,高速下坡跑支撑腿刚度值普遍高于平道跑,随着坡角的增加,腿刚度值呈 戏剧性增加(P

3 结 论

1) 斜坡超速跑引起着地腿支撑时间明显变短,这种变化是通过缩短缓冲时间实现的;缓冲 距离相对变化较小,而蹬伸距离明显增长,缓冲时间/后蹬时间及支撑时间/腾空时间两个比 值更趋加合理。

2) 斜坡超速跑引起着地腿着地髋角显著减小,离地髋角相对不变,而摆动腿则呈现相反的 规律,同时,摆动腿摆幅增加,离地时髋角较小,摆动腿屈髋幅度大,这有利于身体重心前 移,并进而增加蹬伸距离。

3) 斜坡超速跑引起摆动腿与支撑腿的髋角速度均值显著增加,大腿剪绞速度显著高于平道 ,因而有利于人体质心提速;斜坡跑引起摆动腿膝关节速度、着地腿“扒地”速度均显著高 于平道,因而使运动员着地时拥有较小的支撑膝角与髋角,从而更有利于SSC功能的发挥。4) 斜坡超速跑引起着地腿压力中心后移幅度相对较大且后移速度相对较快,运动员着地脚 跟与测力台面存在广泛接触;斜坡坡度大小对支撑腿的刚度有显著变化,在一定范围内,坡 角增加,刚度增加,而刚度增加的主要原因是斜坡超速跑改变了运动员支撑脚着地方式,由 平道跑的脚尖(指跖关节)――脚中部型向指跖关节――后脚跑触地型转变。

5) 斜坡训练对提高速度是很有效的,但斜坡的坡度大小对训练效果影响较大;坡角太小(1 0或以下)或坡角太大(40或以上),训练效果较差,20、30斜坡既能增大运动员的跑速, 又不影响运动员跑的动作技术结构,因而被确定为本次实验对象的最佳坡角。

参考文献:

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[8] 王保成.对短跑技术与专项力量概念的再认识[J].田径,1995,(3):14-17.

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[10] 施宝兴.短跑运动员支撑腿关节肌肉生物力学特性的研究[D].上海:上海体育学院 博士学位论文,2003.

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[12] Hortobagyi T.& DeVita P.Muscle Pre-and Coactivi during Downward Stepping

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[13] Liu Y,Peng CH, Wei SH,et al.Active Leg Stiffness an Energy Stored in the

第5篇：运动生物力学的概念范文

到底是什么促使冯元桢做出这样的选择？他成功的秘诀又是什么？他具有传奇色彩的人生故事也许会告诉你答案。

留学加州的中国尖子

1919年，冯元桢出生于江苏常州。他读书成长的时期，正是一个战火纷飞的年代。在那时，学习航空专业，为国家制造飞机，是很多年轻学子最向往的事情。20世纪40年代，冯元桢从国立中央大学航空系毕业，取得了硕士学位，成为中国第一届航空系毕业生。

冯元桢的父亲是一位画家。虽然自己是从事文艺的，但当时父亲认为，近代中国学文的人毫无用武之地，对拯救国家也没什么用处，因此也非常支持冯元桢学习工程学。冯元桢对科学孜孜追寻的动力，最初也正是来源于父亲的鼓励。

1944年，美国提供了一笔奖学金，资助20名中国学生赴美留学，成绩一向优异的冯元桢顺利通过了选拔考试，获得了去往美国加州理工学院深造的资格。

当时的加州理工学院航空系已经在全世界享誉盛名。著名的工程力学和航空技术权威冯・卡门教授，以及中国航空航天之父钱学森都执教于此。可是当27岁的冯元桢几经辗转漂洋过海来到这里时，加州理工学院却通知他，那笔资助的奖学金已经过期。眼看留学的希望就要落空，这时一位航空系的教授答应为冯元桢提供一个实验室研究助理的职位，从而帮助他完成学业。

在冯元桢的眼中，加州理工学院的好处就是，学术氛围很自然，学习节奏不紧不松。学校比较尊重研究生，他们在学校甚至能像老师一样拥有自己的办公室，这是加州理工学院不同于其他学校的地方。冯元桢在这里接受了航空领域最前沿的理论，因为基础很好，仅用两年，他就获得了航空工程的博士学位，并且是毕业生中的佼佼者，最后留校任教。

充满兴趣的研究

年轻的冯元桢眼界开阔，兴趣广泛。20世纪40年代，美国华盛顿州的塔科马吊桥在建成4个月后被大风吹垮，举世震惊。风力为何会将一座如此坚固的吊桥摧毁？这其中的道理是什么呢？正在美国念书的冯元桢对此产生了浓厚的兴趣。于是，在没有人提供指导的情况下，他开始利用学校里一个闲置的风洞做起了自己的实验。他亲手制作了吊桥模型，观察它在人工气流中的受力关系。通过对吊桥的研究以及其他实验的积累，冯元桢提出了空气弹性力学理论，从而解决了航空架构和空气动力如何相互作用的问题，这是航空领域里具有突破性的成果。他的专著《空气弹性力学》在1955年出版，这本书在学界的影响持续至今。

回首过往，冯元桢认为，正是对吊桥充满兴趣的研究为他日后的转行埋下了一颗种子。冯元桢说，从那以后，我自己做研究就是因为好玩，没有人告诉你应该做什么，完全凭自己的兴趣。

意外与转变

1957年，已经成为加州理工学院教授的冯元桢赴德国休假。他来到了大师云集的哥廷根大学。在哥廷根大学，冯元桢发现，教授们挑选研究题目非常自由，主持工作也绝对自由，校方不会提出任何具体的要求。这里的气氛让一向主张学术自由的冯元桢兴奋不已，并且受到了鼓舞。

令冯元桢没想到的是，在哥廷根大学访问期间发生的一件事彻底改变了他以后的学术生涯――他远在国内的母亲生病了。

而此时，恰好冯元桢所在的航空研究所旁边就是生理学图书馆，哥廷根大学一向以数量丰富的藏书闻名世界。于是，他每天泡在图书馆中阅读生理学著作，希望可以帮助母亲治病。

母亲的病或许是促成冯元桢转向研究人体的最重要的原因，至少在当时他的确想要通过自己的研究对母亲有所帮助。冯元桢说，后来自己年纪大了才慢慢了解，母亲是无论你做什么、怎样她都开心，都会支持你。

冯元桢把查阅到的资料寄给了国内给母亲看病的大夫。在接触生理学的过程中，他也认识到，人体运动、血液循环、人的脏器等都有力的作用在其中。能否通过对生物体的力学研究，来分析疾病的产生机制，从而为预测和治疗疾病提供帮助呢？这是一个前人未曾探索过的领域。他对这个挑战充满了兴趣。

从德国返回加州理工学院后，经过考虑，冯元桢开始了将力学和生物学研究结合到一起的准备工作。在他眼中，人体就像一个比飞行系统更复杂的工程，而且它要有趣得多。

初入生理学研究

完全没有生理学研究背景的冯元桢，要走出第一步谈何容易。

那时冯元桢已经人到中年，要从头开始学习生理学，这需要付出常人难以想象的努力。他要懂得医学，懂得医生对什么问题感兴趣，懂得生理现象，这是一大困难；更重要的是周围的人还不理解，他们也许认为这样的研究没有什么价值。

可是在冯元桢看来，只要有兴趣，一切都不是难题。为了弥补生理学知识的欠缺，他想了很多办法。冯元桢认为，自己没有生物学根底，最简单的办法就是找一个学生理学的朋友。而幸运的是，他找到了两个好搭档：一个叫索宾（Sobin），哈佛大学毕业的生理学博士后；另一个叫兹韦费克（Zewifach），在纽约大学医学院取得了博士学位，这两个优秀的生理学家成为了冯元桢最好的朋友。冯元桢一边跟他们请教生理学知识，一边学习做解剖实验。

渐入研究后，冯元桢发现，生理学研究涉及血管与血流，人体发生血管硬化等问题，是因为血液在发生病变的地方流动混乱，研究血液流动的动力学规律显然很有意义，这样一个生理学的问题就可以变成力学问题。

然而当冯元桢进一步开展实验时，他面临一个绕不开的问题。做科研，需要经费。人体研究，开销尤其大，经费来源怎么解决呢？虽然困难重重，冯元桢坚持着自己的兴趣。他觉得人要工作自由，这比任何事情都重要，不能因为经费问题就轻易放弃。

一个新领域的诞生

1966年，47岁的冯元桢从加州理工学院辞职，来到了刚刚创建的加州大学圣迭戈分校。这里为他提供了更加自由的科研空间。

加州大学圣迭戈分校生物工程系是冯元桢工作的地方，四十多年前，这里的科研条件和今天是远远不能相比的。但冯元桢为自己的研究投入了极大的热情，每天工作十几个小时。每到周六，他和同事都早早地起床，到离家很远的一个医院去听病例讨论会。冯元桢认为，多听听医生发现的实际问题，就能知道研究该从哪里入手。冯元桢从生理问题开始，寻找解决难题的力学理论依据，两者结合使他确立了最初的研究方向。

在冯元桢的实验室里有一张人体肺部血管图，那是他最得意的作品，研究人体肺部的血管分布，花费了他十多年的时间，他因此掌握了肺部血液循环的流体力学规律，让冯元桢欣慰的是，这个工作对医疗工作有极大帮助。

冯元桢与同事的研究范围还包括心脏、肠、高血压、组织等。他用力学方法来研究生物组织，在生物力学的领域中提出新的概念。如今生物力学已经涉及到了宇航、交通安全、体育等多个领域。

第6篇：运动生物力学的概念范文

关键词：核心力量练习 中学 体育课 可行性研究

前言：通过分析近三年我校学生身体素质和技能各项指标发现，初中生身体发育与身体素质协调性发展不同步，这为将核心力量训练引入我校体育课课程提供了极大可能性。

一、核心力量练习的概念

1、核心力量的概念：“核心”是人体的中间环节，就是肩关节以下、髋关节以上包括骨盆在内的区域，是由腰、骨盆、髋关节形成的一个整体，包含29块肌肉。核心肌肉群担负着稳定重心、传导力量等作用，是整体发力的主要环节，对上下肢的活动、用力起着承上启下的枢纽作用。强有力的核心肌肉群，对运动中的身体姿势、运动技能和专项技术动作起着稳定和支持作用。

2、核心力量的理论基础：

1）核心力量练习的生物力学原理

核心力量练习的生物力学原理包括1、重心与核心部位 2、运动生物链与不稳定支撑练习3、 流体静压强与腰椎损伤预防

2）核心力量练习的运动解剖学基础

核心力量练习的运动解剖学基础包括1、创编多维运动练习的客观依据2、选择联系的必要性

3、核心力量练习的体育课课堂模式

学情分析--课程设计—场地布置—体验与练习—分享经验—总结与引导—改变行为

4、核心力量练习在体育教学中的应用与项目设置

1）素质练习课堂内容的设置

2）准备活动中核心力量练习的设置

3）专项练习中核心力量练习的设置

4）“课课练”内容中核心力量练习的穿插

5）针对中考科目进行专项练习

二、核心力量训练的主要作用

1）稳定脊柱、骨盆；提高身体的控制力和平衡力；

2）提高运动时由核心向四肢及其他肌群的能量输出；

3）提高上下肢和动作间的协调工作效率；提高身体的变向和位移速度；

4）预防运动中的损伤；

5）降低能量消耗；

6）新课标提出“把学生的发展和需要作为构建体育教学内容的出发点和归宿”，我校体育课引进了多种现代体能练习手段，以满足不同层次、不同水平、不同兴趣学生的需要，来提高学生参与体育活动的积极性，并培养学生养成终身体育锻炼的习惯。

三、研究过程与结果分析

1、学生对核心力量练习了解程度的调查

随机选取我校3个教学班，发放问卷，超过70%学生对核心力量练习了解很少，对体育教师来说要在平时课堂上加强这方面内容的渗透。

2、学生对训练所持态度的对比调查

在通过对照班级一个月的对比练习之后，学生改变了学习态度。87%学生比较喜欢进行练习。由34.8%学生不喜欢力量练习转变为仅仅4.3%学生不喜欢。

在完成一个月的对照练习后，在“进行核心力量练习对哪些运动项目技术学习有帮助”这一问题上，健美操、田径、球类、轮滑等项目都超过或接近半数，体操和武术也占很大比例，说明核心力量练习对技术性项目有很大促进作用，在中学体育教学中前景广阔。

3、我校学生对体育课的满意程度的调查分析（随机选取两个班，发问卷144份，回收139）

我校学生不太喜欢体育课编排内容的占90.6%，而49%学生认为没从学生兴趣出发、28%学生认为体育课形式单一，14.4%学生认为运动量不合理，8.6%学生认为课程内容偏重中考考试项目。中学生的生理和心理正在发生着巨大变化，渴望变化和在运动中体现自我。青春期的巨大变化（如身高体重等因素），导致学生身体素质与发育水平不协调。核心力量练习正是从“协调”入手，兼具健美、塑身功效，提升学生的平衡感和控制力。为我校将核心力量练习引入体育课程教学带了来机遇。

4、对教师的调查

我校体育教师年龄结构均为中青年教师，教龄均为10年以上，年富力强，教学经验丰富，有强烈责任心，这正为核心力量练习的引入创造了良好的契机。

同时随机选择的保定市32名中学体育教师认为核心力量练习有利于对增强学生体质、增强心理健康水平，学生体育习惯养成，丰富体育课的内容形式，减少体育课的运动伤害和提高学生活动积极性，40.6%的体育教师认为核心力量练习不利于课堂组织。

四、核心力量练习作为体育课程内容的意义

1、核心力量练习作为中学体育课程内容符合中学体育课程改革的趋势。

2、核心力量练习是体能训练不可缺少的因素，是提高各项素质的重要前提之一。

3、核心力量练习方法、手段多样，形式灵活，能满足学生个性需要，是实现中学体育教学目标的手段之一。

4、核心力量练习作为中学体育课程内容能更充分体现现代教育理念。

核心力量练习通过学生参与实践，获得直接的经验，它能培养学生有明确目的的、连续的、有条理的、学习和生活，养成良好的习惯，培养学生终身体育的观念。

五、结论

1、核心力量练习在竞技体育中被广泛关注，而在中学体育教学应用方面关注不够。

2、中学体育课堂有核心力量练习生存的土壤，核心力量练习有其独特的魅力和对中学生身心发展的特殊功用，把核心力量练习引入我校体育课堂会增强学生身体素质，全面体现素质教育的实质。

3、中学生很喜欢“核心力量练习”，将其引入中学体育课堂教学中，不仅丰富了体育课的形式和内容，激发学生学习兴趣，而且对学生基本活动能力、身体、心理素质的提高有积极意义，符合中学生生理和心理的发展规律。

4、我校学生对现有体育课堂教学内容和教学模式喜欢程度偏低，大多数学生渴望得到改善，核心力量练习是不错的选择。

5、通过核心力量练习在我校的试开展情况、我校师资现状及中学生的认知水平、特点分析得出，核心力量练习进入我校体育课堂教学有其必要性和可行性。

6、核心力量练习在对应中考项目的针对训练中具有非常明显的效果。

六、建议

1、积极宣传核心力量练习，提高学生兴趣，增大体育课中教学时数的比例。

2、根据核心力量练习的特点，结合我校实际情况，进行教学条件、教材选用、内容选择、课时分配等实践研究，加快核心力量练习进入我校体育课堂的进程。

3、提高我校体育教师素质，针对体育教师进行全面培训。

参考文献

1、《浅析核心力量训练在高职体育教学中的应用》苑春雷 辽宁高职学报2009 第6期

2、《现代体能训练:核心力量训练方法》孙文新 北京体育大学出版社 2010.4

第7篇：运动生物力学的概念范文

关键词：中医推拿学科；内涵与外延；理论探讨

中图分类号：R247.9文献标识码：A文章编号：1673-2197（2008）09-0109-02

广西中医学院第一附属医院中医推拿学科2005年被批准为广西省卫生厅重点建设学科，在之后2年多的学科建设工作中，该学科学术研究人员对中医推拿学科的内涵与外延进行了不断地探讨和分析，现将其整理如下，以期对本学科的发展起到促进作用。

1 学科建设及弄清与界定某一学科内涵与外延的重要意义

学科作为一种学术分类，一般是指在整个科学体系中学术相对独立、理论相对完整的科学分支；学科建设是以加速学术发展为目标，以高层次人才培养为根本，集结人力、财力与物力资源，统筹教学、科研、医疗工作，并对资源进行优化重组，实现共享，使之发挥更大效益［1］。可见，学科建设是科研机构与高等院校学术发展的切入点，又是科学研究的核心内容。对于医药院校的附属医疗机构来说，学科建设对临床医疗能起到龙头作用，是中医药学术创新与学术发展的基础。目前中医药行业所提倡的“三名”（名院、名科、名医）建设一步也离不开学科建设。而学科建设的首要问题，就是要对学科进行定位，即对该学科的内涵与外延要有一个相对明确的界定。只有准确地把握学科的内涵与外延，才能明确本学科的发展方向和目标，产生清晰的学科建设思路，逐步形成本学科特色和优势［2］。

2 中医推拿学科的内涵

内涵是一个概念所反映事物的本质属性的总和，即事物的内容［3］。学科的内涵建设主要包括本学科的理论基础、本学科的学术研究方向、学科的研究对象、研究的手段与方法、学科研究的总体目标、预期研究结果以及学科的任务和发展规划等等。据此，可将中医推拿学科的科学内涵试概括为：中医推拿学科是以中医基础理论尤其是中医脏腑、经络、腧穴理论为指导，同时结合现代医学之解剖学、生理学以及生物力学等相关理论，凭借中西医结合的临床与实验研究方法来研究推拿疗法在伤、内、外、妇、儿等科病症的治疗及其在预防、养生、保健中的应用的一门学科。中医学是一门传统的医学科学，其理论体系主要包括：气一元论、阴阳五行学说、脏象学说、气血津液学说和经络学说等；其治病手段主要包括中药、针灸和推拿三种治疗方法，其中推拿方法可以说是人类最早、最原始治疗方法，最早的推拿按摩是一种有意无意的本能活动，多用于缓解疼痛，例如对身体某一具体疼痛部位的按揉，因此，它属于最原始的、最朴素的带有治疗性质的治疗方法。但从中医古代文献记载来看，早期的推拿按摩多用于养生保健，且其方法多为自我按摩，并常常结合导引，为历代医家所推崇。随着中医学的发展和学科的细化，中医推拿学逐渐从中医学中分化出来，从而形成了具有自己学术特点的学科。因此，尽管中医推拿学科形成为一个独立的学科，但它仍是以中医基础理论作为自己的指导理论体系。中医推拿学既有别于以中药作为主要治疗手段的中医内科与中医外科学，又有别于以针灸作为主要治疗手段的针灸学，因此它既与传统中医理论中的脏腑、经络和腧穴理论密切相关，又离不开现代医学之人体解剖学、生理学与生物力学等相关理论的指导作用。推拿治疗疾病的范围主要是以伤科疾病（主要指运动系统之软组织疾病）为主，同时对部分内、外、妇、儿科疾病具有卓著的治疗效果。此外，推拿对于疾病的预防和养生保健也具有肯定的作用，古代医家在这方面积累了丰富的经验，例如，与《内经》同时问世的《黄帝歧伯按摩》就是一本记载养生保健按摩的推拿学巨著；张仲景所著的《金匮要略》中就将膏摩疗法列为一项重要的预防保健方法；葛洪的《肘后备急方》、孙思邈的《千金方》中都记载了许多自我保健按摩的方法，如天竺国按摩法、老子按摩法等。

3 中医推拿学科的外延

所谓外延，是指一个概念所确指的对象范围［3］。学科外延是在界定内涵建设内容基础上，依据学科建设需要与学术发展特点，并认真考察其它相关学科对其带来的可能受益，开阔研究思路、革新研究方法、拓展研究领域，将研究成果与其相关学科互相渗透、相互交融，在充实和完善学术内涵基础上，试图形成新的学术理论体系［4］。由此看来，一门学科应该是一个开放的系统，它必须借鉴和运用其它研究方法来发展自己，不断地从外界吸取营养，以充实其科学内涵。对于中医推拿学科外延的界定，我们理解为：凡是涉及到与中医推拿学科内容相关的其它各基础学科与临床学科均是推拿学科的外延。根据中医推拿学科的内涵，我们可以将其外延概括为：①涉及到的基础学科包括：中医基础学、中医诊断学以及现代医学之人体解剖学、生理学、病理学、生物物理学、免疫学、分子生物学、心理学、循证医学和医学统计学等等；②涉及到的临床学科包括：内科学（含中医与现代西医两种医疗体系，下同）、骨伤科学、妇科学、儿科学、养生学等等。在中医推拿学科的外延建设中，必须在围绕内涵建设的基础上，借助于其它学科的思维方式和研究手段来进行思考与研究，只有这样才能在自身学科中提出新的观点、新的思想和新的理论，才能产生治疗技术与方法上的改进甚至革命，才能促进学科的发展，不断充实学科的内涵。

4 结语

从根本上讲，中医药学各学科的学科建设其最终目的是使中医药学术研究活动获得最大的绩效值。通过对学科内涵与外延的简要探析，可以回答中医推拿学科建设中所遇到的“研究什么”、“怎样研究”等核心问题，实现学术研究与学科建设效益最大化。一门学科的内涵与外延不是静止不变的，随着人类认识层次的不断提高，学科的内涵与外延也会发生变化和不断向前发展，中医推拿学科亦是如此。让我们科学地把握中医推拿学科的内涵与外延，把该学科的学科建设推上新的平台，为中医推拿学科的学术发展和临床疗效的提高作出新的贡献。

参考文献：

［1］ 田振国，柳越冬.中医肛肠学科的内涵与外延［J］.中医药学刊，2005，23（3）：430-442.

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第8篇：运动生物力学的概念范文

关键词：认知|情境性|生成|具身化|动力学。

随着认知的计算隐喻的局限和困境的加深，从上个世纪80年代以来，在认知科学中具身化（embodiment）的观念已经受到越来越多的强调：“在哲学、心理学、神经科学、机器人学、教育、认知人类学、语言学以及行为和思想的动力系统进路（approach）中，人们已经日益频繁地谈到具身化和情境性（situatedness）。”[1]例如，在认知发展领域有西伦（E.Thelen）的工作；在语言学领域有莱考夫（G.Lakoff）和约翰逊（M.Johnson）的工作；在机器人学领域有鲍拉德（Ballard）、黑霍（Hayhoe）、普克（Pook）、和劳（Rao）的工作；在神经科学和动力学领域有西伦、盖拉德（T.vanGelder）、希尔（Chiel）、比尔（Beer）、埃德尔曼（G.M.Edelman）；在哲学领域有克拉克（A.Clark）、瓦雷拉（F.J.Varel）、汤普森（E.Thompson）和罗施（Rosch）的工作；等等。

1具身认知

1.1关于“embodied”和“embodiment”的译法和用法

目前关于“embodiment”和“embodied”，国内还没有形成一个统一的译法。但从“embodiedmind”和“embodiedcognition”所强调的一般观点来看，“embodied”是指：心智和认知是与具体的身体密切相关[2]，它们之间存在内在的和本质的关联。从发生和起源的观点看，心智和认知必然以一个在环境中的具体的身体结构和身体活动为基础，因此，最初的心智和认知是基于身体和涉及身体的，心智始终是具（体）身（体）的心智，而最初的认知则始终与具（体）身（体）结构和活动图式内在关联。因此，我们把“embodied”译为“具身的”，“embodiment”译为“具身化”。但随着embodiedcognitivesciences研究的深入，“embodied”的内涵已经被极大地扩展和丰富了，它和情境性的概念已经融合在一起了。

关于“embodied”的搭配用法，我们以茨马克（T.Ziemke）的列举为例：

具身化概念在20世纪80年代中期以来已经被广泛地用在认知科学和人工智能的文献中，诸如这样的术语：embodiedmind,embodiedintelligence(e.g.Brooks,1991),embodiedaction,embodiedcognition,embodiedAI,andembodiedcognitivescience).而且，明显存在具身

化的不同类型和概念，如situatedembodiment,mechanisticembodiment,phenomenalembodiment,naturalembodimen,naturalisticembodiment,socialembodiment,另加本文中的historical,physical,organismoid,andorganismicembodiment.[3]

1.2相关的概念

在当前的认知科学中，人们对具身认知（embodiedcognition）观念的描述使用了几个与“具身的”含义相似的但着眼点不同的概念，如：“情境性”（situatedness/embeddedness）、“生成”（enaction）。

情境性

情境性和具身化观念密切相关，它们都是在反对传统的认知主义的基础上，最初从不同的侧面提出的。认知的情境性研究拒绝认知主义的如下的几个基本观点，认知主义认为认知是：（1）个体的，即认知由孤立的个体进行；（2）理性的，即认知的首要范例是概念思维；（3）抽象的，即身体和环境在认知中是次要的；（4）分离的，即思维与知觉和身体活动在逻辑上是分离；（5）普遍的，即认知科学是寻找一般智力活动的普遍原则，它适用于所有个体和所有环境。

与之相反，情境性的研究认为，认知是：（1）社会的，即认知发生于人类构造的共同体中；（2）具身的，即身体的物理方面在实际和理论两个方面都是重要的；（3）具体的，即认知的实现和环境的物理约束是极为重要的；（4）定域的（located），即情境依赖是人类活动的一般特征；（5）参与的，即认知是与周围环境的持续的相互作用。[4]

生成

“生成的”（enactive）是瓦雷拉等人在《具身心智：认知科学和人类经验》这部经典著作中引入的一个概念。在认知科学中，它是一个和“embodied”同等重要的概念，在一些学者中它们甚至被等价地使用。“enactivecognition”表达了一种不同于经验论（极端的客观主义）也不同于唯理论（极端的主观主义）的认知方向。瓦雷拉等人选择这个术语来“强调这个日益增长的确信：认知不是一个预先给予的心智对预先给予的世界的表征，认知毋宁是在‘在世存在’（beingintheworld）施行的多样性作用的历史的基础上的世界和心智的生成”。根据“enactive”的含义，瓦雷拉等人认为，知识有赖于与我们的身体、我们的语言和我们的社会历史——简言之，我们的具身化——不可分离的在世界中的存在（beinginaworld），知识不是存储在心智中，而是在世界的交往活动中发展的，认知者处身于（situatedin）世界中，认知者和其实践的世界彼此蕴含在相互生成的过程中。[5]

1.3具身认知的含义

这里，我们给出三个对“具身的”看法：

（1）瓦雷拉等人

通过“具身的”这个术语，我们想要强调两点：首先，认知依赖于经验的种类，这些经验出自于具有各种感觉肌动（sensorimotor）能力的身体，其次，这些个体的感觉肌动能力本身根植于（embeddedin）一个更广泛的生物的、心理的和文化的情境中。[6]

（2）西伦

认知是具身的，就是说认知源于身体和世界的相互作用。从这个观点看，认知依赖于经验的种类，这些经验出自于具有特殊的知觉和肌动（motor）能力的身体，而这些能力不可分离地相连在一起，并且共同形成了一个记忆、情绪、语言和生命的其它方面在其中编织在一起的机体（matrix）。具身认知的当代观念反对盛行的认知主义的立场，这个立场视心智为一个操作符号的装置，因此这个立场专注于形式规则和过程，通过它们符号恰当地表征了世界。[7]

（3）莱考夫和约翰逊在批判理性主义的理性观时提出：

理性并非如传统大多数认为的那样是非具身的（disedmodied），而是源自我们的大脑、身体和身体经验的本性。声称我们需要一个身体来进行推理，这并非平淡无奇和显而易见，毋宁说，理性的结构本身正是来自于我们具身化的细节，这个主张是惊人的。使得我们得以知觉和四处活动的同样的神经和认知机制也创造着我们的概念系统和理性模式。因此，要理解理性，我们必须理解我们的视觉系统、运动系统以及一般的神经绑定（binding）机制的细节。总之，理性无论如何不是这个宇宙或非具身心智的先验特征。相反，它完全是由人身体的特性、我们大脑神经结构的非凡细节以及我们在世界中的日常活动的细节（specifics）所塑造的。[8]

1.4具身认知范式

汤普森认为[9]，生成的认知科学（enactivecognitivesciences）或具身的认知科学（embodiedcognitivesciences）涉及三个论题：

（1）具身化：人的心智不是局限在头脑（head）中，它具身于（embodiedin）整个有机体中，而有机体根植于环境中；

（2）具身认知的涌现（Emergence）的动力学机制：具身认知是由涌现的和自组织的过程构成的，该过程通过藕合（coupling）或交互的因果性（reciprocalcausality）使大脑（神经系统）、身体和环境相互连接在一起。

（3）自我－他者的共同决定（Self-OtherCo-Determination）：在社会生物中，具身认知是从自我－他者的主体间的动态的共同决定中涌现出来的。

这三个论题表明具身认知观与表征的和计算的认知主义（cognitivism）的认知观的对立。现在，具身认知不仅是一种起于哲学的观念，而且已成为明确的认知研究进路、纲领和范式。瓦雷拉（F.J.Varela）等人区分了认知科学研究演进的三个圆环（如图[10]）：认知主义、涌现（联结主义）和生成论（enactivism）（或具身范式）。与之相似，莱考夫和约翰逊区分了认知科学发展中的两个范式：“第一代认知科学”（first-generationcognitivesciences）和“第二代认知科学”（second-generationcognitivesciences），或者是“非具身认知科学”（disembodiedcognitivesciences）和“具身认知科学”（embodiedcognitivesciences）。[11]

如果我们把“具身的”、“生成的”、“情境的”这些概念所强调的不同侧面结合起来，我们给出具身认知的一个更全面的表达：认知是根植于自然中的有机体适应自然环境而发展起来的一种能力，它经历一个连续的复杂进化发展过程，它最初是在具有神经系统（脑）的身体和环境相互作用的动力过程中生成的，并发展为高级的、基于语义符号的认知能力；就情境的方面而言，认知是一个系统的事件，而不是个体的独立的事件，因为认知不是排除了身体、世界和活动（action）而专属于个体的心智（大脑）并由它独立完成的事件。

2具身认知的两个维度：连续的进化和暧昧的身体

2.1连续的进化

认知主义将认知抽象为一个独立于身体活动和环境的内在的表征和计算。但真实的是，认知不是一个纯粹内在发生的、独立进行的事件；也许认知主义的这种抽象的和二元论的看法只有从认知的高级水平，即笛卡尔的“我思”——科学、数学和逻辑思维——上看才是“显然的”。但是如果我们接受进化的连续性，那么认知就不可能一开始就处于高级水平，但传统的认识论以及认知主义只顾到高级水平的认知，换言之，即只顾到认知的某些完成形态。因此，皮亚杰认为，对认知的研究必须追溯认知的发生和起源，“发生认识论的目的就在于研究各种认识的起源，从最低级形式的认识开始，并追踪这种认识向以后各个水平的发展情况，一直追踪到科学思维并包括科学思维。”[12]从这样的角度看，认知必然有一个种系发生和个体发生的历史。我们的结论是：在人类和狗之间，在猫和阿米巴虫之间，在成人和幼儿之间，必然存在一个渐进的差别和连续性。认知是一个连续的复杂的过程，而不是一个无历史的逻辑能力。[13]因此，莱考夫和约翰逊认为：理性是进化的，因为抽象的理性是建立于，并使用出现在“低等”动物中的知觉和运动推理形式。这个结果是理性的达尔文主义，一个合理性的达尔文主义：理性，即便是其最抽象的形式中，是使用而不是超越我们的动物本性。理性是进化的这个发现完全改变了我们与其他动物的关系而且也改变了我们关于人是唯一理性的概念。因此理性并不是一个将人从动物中分离出来的本质。毋宁说，它将我们置于一个与动物的连续统（continuum）中。[14]

当我们接受这样一个进化的认知观点，我们就不得不重新审视同样具有广延特性的身体的认知作用。因为，认知的初级形式的演化大都表现于身体活动的能力，而且只有通过一个有广延的身体我们才和自然真正联系在一起的，认识论的二元论分界才会在演化的连续性中渐渐变得模糊。

2.2暧昧的身体

认知最初能以具身的方式实现，是因为身体已经不再是一般的物理学的物体，它是生物学的有机体，是与环境进行接触和相互作用并能完成种种动作图式的活的身体（livedbody），是社会文化中的身体－主体（body-subject）。[15]在认知上，身体是具有相对同一性（identity）和独立特性的一个系统的整体。

我们的身体是我们和世界接触的媒介，因为我们的身体也有物理的特性，所以我们才能“在世存在”，我们才能与其它的自然之物同处一个世界和共同拥有一个世界，所以我们必须遵循同样机械生理学和生物力学的要求。我们不可能飞翔，因为我们的身体没有像鸟的身体那种适应空气动力学的身体结构。

在我们的身体经验中，梅洛－庞蒂（Merlau-Ponty）看到了身体经验的暧昧性或两义性（ambiguity）。我们被经验到的身体不是笛卡尔二元论意义上与“我思”对立的单纯广延的物体，它既非纯粹无意识的活动，但也不完全是先验意义上的无广延的纯粹意识。我们的身体具有非二元论的双重的特性，我们身体的这种特异性在于它既是能感觉的（sensible）也是敏感的（sensitive），同一个手既能触摸也能被触。身体既是被动的也是主动的，它对刺激做出反应，但也赋予刺激一种意义。例如，当我们打击到一个面团和一个人的身体时，面团和身体同样的物理上的凹陷反应，但身体还有避开打击带来疼痛的躲避反射。因此，身体已经是意向性的身体，但不是纯粹“我思”的意向性，而是在世界中生存的意向性：

反射不是客观刺激的结果，而是转向客观刺激，给予客观刺激一种意义，客观刺激不是逐个地和作为物理因素获得意义的，而是把它当作情境时获得的。反射使客观刺激作为情境存在，并与之处于一种“认知的”关系中，即把客观刺激当作它一定要面对的东西。由于反射向着情境意义开放，由于知觉一开始没有确定一个认识对象，由于知觉是我们的整个存在的意向，所以反射和知觉是一种前客观看法的样式，即我们称之为在世存在的东西。[16]

因此，身体及其活动图式既满足于物体活动的要求，它也满足生存意向的认知要求：例如梅洛－庞蒂在《知觉现象学》中讨论了身体空间的扩展性（盲人的手杖）、作为性别的身体、作为表达和言语的身体等。在生存的意向上，我们身体系统的结构和活动图式最初已经是藕合于世界的认知系统了。“我们的知觉范畴和形式，在个体经验之前已经确定了，它们适应于外部世界，其理由完全相同于在马出生前马的蹄子已经适应于大草原（steppe）的地面和鱼在孵化前鱼的鳍已经适应于水。”[17]

3心智和认知是如何具身的呢？

我们应该不只是确信心智和认知是具身的，更重要的是，我们要知到它们是如何具身的。为此，我们仅提示性地考察两个方面：（1）身体活动向高级认知的发展和在其中的作用，这里我们涉及皮亚杰/维果斯基的动作内化理论和莱考夫/约翰逊的概念隐喻思想；（2）认知的具身研究的动力学方法，这里我们涉及当今认知研究的动力系统理论。

3.1动作内化（internalization）

尽管人们在直观感性上认为，身体动作或活动（action）与心理和认知发展之间具有直接密切的联系。但是直到皮亚杰和维果斯基提出认知的动作内化理论后，动作和认知发展的多学科的系统研究才蓬勃发展起来。

皮亚杰认为，身体活动既是感知的源泉，又是思维发展的基础；认知结构的起源是动作的一般性协调，而动作是身体与环境在相互作用的活动中的最初的接触面和接触方式，是主客体的桥梁；主体为认识客体必须对客体施加动作，如吃苹果。在这类作用中，心理和认知结构以一个连续的同化（assimilation）－顺应（accommodation）和结构－建构的动力过程不断改变和重建；一些初级的动作以及其它许多更复杂的动作逐渐在心理水平上进行着，它们成为内化的思维活动，即形式运算。

维果斯基（LevSemenovichVygotsky）最早提出了外部动作“内化”为智力活动的理论。他认为符号的运用使得心理活动得到了根本的改进。没有语言的心理活动是“直接的、不随意的、低级的、自然的”，只有掌握了语言后才能转变为“间接的、任意的、高级的、社会历史的”。操作外界事物的外部形式的活动，即从感知运动向语言思维的过渡。维果斯基强调“活动”的作用，并运用外部活动和内活动相互转化的唯物辩证法，揭示儿童思维发展的动力。[18]

3.2隐喻投射

莱考夫和约翰逊在《肉身中的哲学：具身心智及其对西方思想的挑战》中开宗明义地提到认知科学的三个主要发现：心智原本是具身的；思维大都是无意识的；抽象概念大部分是隐喻的。[19]这三点指明了身体在认知和心智中的基础性和运作方式，而第三点特别表明高级阶段的抽象概念和思维发生于身体经验的一种途径，即通过隐喻投射而形成概念隐喻。

长时间人们持有的看法认为：只有人的头脑（head）才可以形成概念，理性思维同知觉和行为是无关的，与人的感觉肌动系统没有直接的联系，因此，概念一定是抽象的，是非具身的（disembodied）。但以莱考夫等人为代表的认知语言学的研究了这种看法。

在认知语言学看来，隐喻具有普遍性，隐喻是人类认知过程中的重要的、基本的方式之一。认知语言学认为，语言中概念意义的获得和概念体系的结构不是凭空产生的，从发生的过程看，它们源于人们最初的身体经验的隐喻投射。身体经验被用于抽象概念是司空见惯的，如AffectionIsWarmth，ImportantIsBig，HappyIsUp，IntimacyIsCloseness…[20]。隐喻投射之所以可能，首先是因为人类的身体经验本身是直接的、有意义的结构。莱考夫和约翰逊认为，抽象概念之前的身体经验至少存在两种结构：

（1）基本层次结构（basic-levelstructure）

“家具－椅子－摇椅”、“交通工具－汽车－赛车”，这显示了人类范畴的一个基本层次结构，即上位范畴（superordinatecategory）－基本水平范畴（basic-levelcategory）－下属范畴（subordinatecategory）。在这三个层级中，我们的知觉系统最容易区分出基本水平范畴，在20世纪70年代中期，布伦特·伯林（BrentBerlin）、埃莉诺·罗施（EleanorRosch）、卡罗林·默维斯（CarolynMervis）和他们的合作者发现，这种中间水平的范畴在认知上是“基本的”——也就是说，与“上位”范畴，如家具和交通工具，和下属范畴，如摇椅和赛车，相比，它们有一种认知优先性。[21]。伯林和罗施发现，基本水平范畴的认知优先性有赖于我们的身体经验，基本水平和非基本水平范畴的区分是基于身体的，也就是说，基于格式塔知觉、肌动计划和心理意象（mentalimage）。

（2）意象图式结构（image-schematicstructure）

意象图式结构是指那些在我们的日常身体活动经验中反复出现、相对简单的结构和空间方位关系，前者如容器图式（Container）、路径图式（Path）、力－动力图式（force-dynamic）等，后者如部分－整体（Part－Whole）、中心－边缘（Center-Periphery）、近－远（Near-Far）等。

意象图式是通过身体来理解的。像前和后这样的概念出自身体，依赖于身体，并且如果我们没有我们所有的这种身体，它们就不会存在。这对于基本的力－动力图式（推、拉、推进、支撑和平衡）也是同样的。我们理解这些是通过使用我们的身体部分以及我们移动它们（特别是我们的胳膊、手和腿）的能力。我们的身体是呼吸空气、吸收营养和排泄废物的容器。我们一直以容器（屋子、床、建筑）定向我们的身体。我们也把抽象的容器投射到空间的区域上，如同当我们理解一大群蜜蜂存在于一个花园里。同样，每次我们看见某物移动，或移动我们自己时，我们就以源－路径－目标图式来理解那个运动并进行相应的推理。[22]

3.3认知具身化研究的动力学方法

我们说认知不是一个独立的事件，而是一个系统事件，不是一个简单的系统事件，而是包含了脑神经系统在内的复杂的系统事件。也就是说，认知是认知者（agent）（身体和大脑）与环境（自然和社会文化）的内在的、不可分离的相互作用的生成过程（如图[23]）。例如冯·盖尔德（TimvanGelder）说，“认知系统不仅仅被封装在大脑中，确切地说，神经系统、身体和环境都持续地改变着，并且同时地彼此影响，所以真正的认知系统是包含这三者的单一的统一的系统。”[24]更通俗地说，认知是情境化的过程。但这些说法不过是一些过于“粗糙的”的定性描述。我们如何能够更实际地了解具身认知的实现机制呢？目前的认知的动力系统理论（dynamicsystemstheory，DST)的进路正在发展这种实现的可能性。

相对于认知的计算假设（ComputationalHypothesis,CH）,盖尔德1995年给出了一个认知的动力学假设（DynamicalHypothesis,DH）：“自然认知系统是某些种类的动力系统，而且从动力学眼光来理解是对认知系统最好的理解。”[25]应该说，当前认知的动力系统进路的观念并不是全新的。例如，早在20世纪50年代，阿史比（W.RossAshby）就预见性地提出：所有的认知或许都能由动力系统模型来解释。[26]但是限于当时缺乏适当的数学工具和实现这种模型的计算方法，以至于在Ashby的建议之后很少有后继的研究。

应该看到，认知的动力系统研究本身不是一个范式，而是实现“激进具身认知论题”（TheRadicalEmbodiedCognitionThesis）的数学方法和工具，其观念基础仍然是具身化、情境性和生成等概念。

动力学假说是以数学的动力系统理论为基础描述认知。动力系统理论（DST）是数学的一个分支，它以本质上是几何学的概念来描述系统演变的行为。其概念术语一般有：状态空间（statespace）或相空间（phasespace）、参数（parameter）、路径（path）或轨迹（trajectory）、拓扑学（topology）、吸引子（attractor）、稳定性（stability）、藕合（coupling）、分岔（bifurcation）、确定性混沌（deterministicchaos）和初始状态敏感性（sensitivitytoinitialconditions）等。利用这些概念，动力学家试图理解认知系统的过程和行为。他们用微分方程组来表达处在状态空间的认知主体的认知轨迹，特别是通过在一定环境下和一定的内部压力下的认知主体的思想轨迹来详尽考察认知。认知主体的思想和行为都受微分方程的支配。系统中的变量是不断演变的，系统服从于非线性微分方程，一般来讲是复杂的，是确定的。

目前动力学家已经提出了一些动力系统模型的实例[27]。这里，我们只简述一下汤普森（E.Thompson）和瓦雷拉的神经动力学的“互返的因果关系”（reciprocalcausation）概念[28]，因为这个概念是关系整体论（relationalholism）的动力系统中的作用的一个一般形式，即部分－整体的互返关系。这个概念的意思是说，在动力系统中，局部和全局之间存在一个双向的因果关系：既有局部到全局的上行的因果关系（upwardcausation），也有一个全局到局部的下行的因果关系（downwardcausation）。应该说，这和解释学循环的结构是同型的。

近年来动力系统理论也被用到动作发展的机制上。多年以来，动作的发展曾被认为是随神经系统的不断成熟，逐渐实现对肌肉日益准确控制的过程和结果。著名神经科学伯恩斯坦（N.Bernstein）对此予以质疑，指出单有神经系统并不能解释复杂动作模式的形成。他认为，在动作的发展中，不仅仅是神经系统如何实现对肌肉的控制，同时也涉及肌肉活动、重心引力、活动平面的支撑等因素之间复杂的互动关系的协调，后者不是由神经系统预先设定的，而是机体借助活动经验掌握的。[29]西伦将动力系统观引入儿童发展研究[30]，她对婴儿行走和踢腿动作的发展进行了研究，提出精确（fine）动作模式的形成和转变是神经系统指令与身体姿势、肌肉重量、肢体长度、动作活动的环境条件等相互作用的结果，动作依赖于动作系统中的所有要素。在发展机制的问题上，动力学理论强调动作是复杂的自组织系统，特定动作协调和控制性的提高来源于机体对特定生物力学问题的解决。例如，学习行走必须解决重心稳定问题，学习够取物体必须保持手臂的稳定性。这就是说，不是神经系统对肌肉的控制导致动作的发展，而是动作活动提出的生物力学问题要求神经系统借助于不断的练习和反馈，实现对肌肉的有效控制。动作活动提出的生物力学问题不同，那么神经系统对肌肉的控制必定不同。[31]

4结语

这些研究表明，认知并不单是在脑神经系统中的表征的操作；确切地说，认知最初是在活的身体的界面上进行的，只是到了认知发展的高级阶段，特别是到了符号语义的阶段，认知的内在表征方面才高度发展并成为认知活动的重要领域。在这个阶段，有赖于符号语义特性，认知不再局限于实时的（real-time）的环境，人脑的高度发展的神经系统为离线（off-line）认知准备了一个内在的、想像力的空间，认知者不再非要处于实时的环境中和实际的对象交往，于是在某种程度上，认知成了处理心理表征的过程。这也正是认知主义所聚焦的阶段，但认知主义过于孤立地看待这个阶段而无视它的发展和起源。

具身认知作为一个范式必然有其最初的观念上的变革，它有许多重要的思想先驱，目前逼近它的研究方法更是涉及众多领域。一个对认知更为全景的轮廓正在逐渐形成。

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[29]董奇陶沙主编.动作与心理发展.北京：北京师范大学出版社，2004.16.

[30]Thelen,E.,andL.B.Smith.(1993).ADynamicsSystemsApproachtotheDevelopmentofCognitionandAction[M].Cambridge,MA:MITPress.

[31]董奇陶沙主编.动作与心理发展.北京：北京师范大学出版社，2004.18.

EmbodimentofCognition

第9篇：运动生物力学的概念范文

关键词:多媒体教学;工程流体力学;教学效果

中图分类号:G642.0　文献标志码:A　文章编号:1673-291X(2010)03-0247-01

一、前言

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,多媒体教学已被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。因此,利用多媒体教学手段开发学习资源,构建新的教学模式,达到最佳教学效果,成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。

本文通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。

二、传统教学模式的利与弊

传统教学模式历史悠久,教育理论成熟,已经积累了丰富的经验。在传统教学中,通过教师的形象、生动的讲述,学生易于接受,师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言,教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导,传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间,同时又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件,是以教师为主体的教学模式,从而大大降低了教学效率,也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。

三、多媒体教学的特点

多媒体教学以其鲜明的教学特点,丰富的教学内容,形象生动的教学情景,在教学过程中发挥了重要的作用:

第一,激发学习兴趣,有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动,激发学生的学习兴趣,从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收,对学生的眼、耳等器官进行多重刺激,从而活跃学生的思维,增强学生记忆力,提高课堂效率。第二,直观、易懂,有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发,主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域,是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比,流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象,使学生较容易地掌握相关内容,提高教学质量。第三,增加教学容量,节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多,涉及范围较广,在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书,在一定程度上限制了课堂信息的含量,多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势,授课的信息量明显增多,教学内容更加丰富,使学生在有限的时间内接收更多的知识,开阔了学生视野,增加课堂知识的容量,提高了教学的效率。

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段,而是将多媒体教学与传统教学方式相结合,扬长避短,发挥各自的优势,更好地服务于教学工作。

工程流体力学教学内容主要包括两大部分,理论教学和流体力学实验教学。

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中,流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,这样既可以留给学生足够的思考时间,又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象,可以通过多媒体教学手段,加深学生对基本概念和流动现象的理解。

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一,贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验,实验方法单一,同时,还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响,学生选择的范围极小,在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后,学生可以灵活地改变实验条件,演示各种实验现象。

参考文献: