運動生物力學的概念精選(九篇)

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第1篇：運動生物力學的概念范文

摘 要 教練員或教師的指導語在運動訓練和教學中起著重要的作用，指導語是否簡潔明了對運動員的科學訓練起著畫龍點睛的作用。動作技術原理可以通過教練員在指導語中加以凝煉，在指導時讓運動員、學生明確訓練的關鍵所在，能起到意想不到訓練、教學的效果。

關鍵詞 動作技術原理 指導語 應用

一、前言

知識如何轉化成生產力，是當前我們十分關注的話題，在體育訓練中，即如何將體育科學知識應用于訓練當中，使很多教練員都在探索的問題。對教練員的訓練方法研究的很多，很少有文章對教練員的指導語作專門的研究，特別是將運動生物力學知識貫穿其中的研究少之又少。

本文首先提兩個概念界定，第一研究的是新疆地區(qū)的教練員的指導語；第二動作技術原理是指完成某項動作技術的基本規(guī)律，它適用于任何人，不考慮運動員的性別、體型、運動素質的發(fā)展水平和心理因素等個體差異，是具有共性特點的一般規(guī)律。

教練員在訓練中不能違背動作技術原理，研究各項動作技術確立，動作技術原理，建立動作技術模式來指導教學和訓練，在體育教學中，講清楚動作技術原理是非常重要的，要使學生懂得怎樣做和為什么這樣做，即不僅要知其然，還要知其所以然。對優(yōu)秀運動員的動作技術進行生物力學研究，是以生物學和力學理論為基礎，通過對高水平的運動實踐的檢驗來總結先進的動作技術原理，建立運動技術模式。如何將動作技術原理轉化為教練員簡潔的指導語，使運動員在學習和訓練中能清晰的明白教練員的意圖，能迅速改進訓練中出現的錯誤，值得我們研究。

二、研究對象與方法

新疆第十、十一屆全運會的一線教練員和基層教師的指導語，參加運動會的運動員，田徑運動中的一些動作技術原理。

（一）訪談法

（二）文獻資料法

（三）舉例法

三、研究結果與分析

（一）教練員指導語中運用生物力學知識的基本情況

筆者調查了烏魯木齊市參加新疆第十、十一屆全運會的教練員與運動員，就教練員的指導語與運動員是否理解教練員的指導語等問題作了專門調查，運動員結果如下：

表1 您的運動技能知識是從教練或教師指導語中得來的嗎

由此表可見，運動員的運動技能知識主要從教練員與教師處獲得，若教練員與教師對運動技能理解有誤，則可能影響運動員的成績。

表2 對不同等級的運動員對教練員指導語持疑問的調查結果

通過表2可以看出，運動員的級別高，對教練員指導語持疑問的比例越高。這是因為隨著運動員的水平增加，對運動技能的理解加深，求知欲越旺，其主觀能動性越大，越渴望了解運動技術原理。若這時教練員沒有因勢利導，則運動員疑問增加。

對教練員運用指導語作了調查如下：

表3 您在指導語中有意識的運用運動生物力學知識嗎

通過對教練員的訪談以及他們對生物力學的知識的了解發(fā)現，教練員很少主動將生物力學知識結合指導語運用于訓練實踐中去，結果導致指導語含糊不清，目的性不強。調查運動員中發(fā)現，運動員對素質練習感覺教練員指導語的作用很大，在技術練習中對教練員的指導語理解不清，其實，這也反映出教練員運用生物力學知識到指導語中并不多，因為生物力學知識主要用于動作技術原理方面，教練員主要靠以往的經驗在教運動員。

通過對教練員的訪談，發(fā)現很少有教練員參加過運動生物力學知識的培訓，當然這也和我區(qū)這類培訓次數少、科研單位的從業(yè)人數少有關，這應引起重視。

（二）教練員指導語中動作技術原理在指導語中的舉例

1．在田徑運動中的應用舉例

田徑運動中跳高是一項對技術要求較高的項目，作為一名教練員，首先要明白跳高的共同規(guī)律與原理，然后將其轉化為自己的指導語。在起跳瞬間，運動員所受合力為：支撐力-重力=ma可見，支撐力若想變大，只有將a變大，而a是上臂和擺動腿與軀干的相對速度來衡量的，相對速度越快，a越大，因此，在起跳瞬間，指導語要強調上臂和擺動腿的快速上擺。運動力學中的相向運動原理告訴我們，物體在騰空狀態(tài)下身體某部分的轉動能引起身體另一部分向相反的方向轉動，這樣，在跳高過桿形成背弓階段，給隊員的指導語是努力仰頭，這樣，自然形成好的背弓。之后，指導語中要強調迅速將頭抬起，小腿自然就會快速上擺，以便順利過桿。

2．在體操中的應用舉例

根據轉動守恒定律和動量矩守恒定律可知，轉動慣量小則轉動速度快，而轉動慣量和轉動半徑有關，轉動半徑小則轉動慣量小。因此，在體操中的一些翻滾動作，如前滾翻、后滾翻、空翻等動作中，教練員給隊員的指導語是團身要緊，目的是減小轉動慣量，而不僅僅是強調速度。因為運動員自己也想提高速度，心里就會很著急，越是著急越做不好動作。因此，這時的指導語要起到點睛之筆，團身要緊隊員可以通過自己身體感受。

3．在短跑中的應用舉例

在短跑的加速跑階段，教練員都在強調速度，我們知道，這一階段，盡量要發(fā)揮地面支撐力的效用。因此，根據力的分解，要盡量的減小垂直方向上的力，增加水平方向的力。這一階段給運動員的指導語是不要過早地將身體抬起。在平時訓練中，仔細觀察，若發(fā)現運動員上下肢折疊不充分，在指導語中要強調折疊充分。因為上下肢折疊充分，也相當于減小轉動半徑，從而減小轉動慣量，達到增加轉動速度的效果。

4．在體育常識中的應用舉例

體育教師給學生解答疑問時，若在講解中加入運動生物力學知識，便可做到有根有據，讓學生不僅知其然，還可知其所以然。筆者用一例以饗讀者，曾經遇到學生問為什么蹲式起跑比站立式起跑要好。在給學生講解指導中運用生物力學知識，講明在起跑瞬間，下肢給地面以作用力，地面反作用于下肢的力是推動人體向前跑的力，這個力可以分解為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，對速度貢獻越大，而蹲踞式起跑正是蹬地角比站立式要小。

（三）教練員指導語的重要性

通過對運動員和學生的訪談發(fā)現，認為指導語對其作用很大的所占的百分比分別是：非常重要占12.3%；重要62.7%；一般14.7%；說不清11.3%?？梢姶蠖鄶颠\動員認為指導語重要，并認為指導語對主要對自己理解技術動作原理很重要，認為指導語對提高教學訓練和比賽成績很有用。通過對比不同水平運動員對指導語的理解水平，發(fā)現，運動水平越高的運動員理解指導語的能力越強，但也出現了有趣的現象，即疑問率很高，這從一個側面反映出其教練沒有將生物力學知識很好的運用到指導語中去，與前面的調查相吻合。

四、結論與建議

（一）新疆地區(qū)教練員在指導語中運用生物力學知識的不多。有兩個方面的原因，一是教練員本身對生物力學知識掌握不足，第二是教練員沒有意識到將生物力學知識用在指導語中去。解決這兩方面不足的方法是：迅速補習生物力學知識，因為教練員本身有大量的實踐經驗，只是把這些經驗不能很好的表達出來，通過學習，明白其中的動作技術原理，便能達到實踐與理論的相互促進。

（二）生物力學知識若能與指導語結合，對訓練能起到事半功倍的效果。因為其主要是講解動作技術原理的一門學科，教練員掌握了運動技術原理，便可針對運動員在某一技術環(huán)節(jié)中的錯誤，專門進行指導，提高訓練效率。結合的方法是通過學習，有意識的將生物力學知識貫穿于訓練中去，通過實踐檢驗理論，通過理論指導實踐，互相促進。

（三）運動員普遍感覺教練員在指導語中加入生物力學知識，對自己訓練幫助很大，其運動知識主要來源于教練員，教練員掌握科學訓練知識隊隊員形成正確的技術動作至關重要。并且，教練員要利用運動員的求知欲，將正確的知識傳授給他們，對培養(yǎng)運動員今后的體育興趣及良好的體育觀念有所幫助。

（四）新疆地區(qū)應多舉行一些生物力學和訓練相關的培訓，采用請進來、送出去的方式。如邀請內地有經驗的專家講學，以及將本地相關人員送出去培訓。

參考文獻：

[1]全國體育學院教材委員會.運動生物力學[M].人民體育出版社.

第2篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞：有限元 醫(yī)學 仿真實驗

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

有限元分析是一種廣泛應用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。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結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規(guī)則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。

隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機大多數設計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫(yī)學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發(fā)生了質的飛躍。

1 醫(yī)學有限元國內外研究現狀分析

有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優(yōu)化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫(yī)學上的研究主要包括以下四個方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優(yōu)劣與建模人員的專業(yè)素質和有限元知識分不開?，F有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。

1.2 力學實驗仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節(jié)三維有限元模型分析了骨骼變形對關節(jié)面接觸行為的影響以及約束關節(jié)運動對接觸應力的影響等[8]。

脊柱生物力學仿真是有限元法在生物力學中研究最早、分析最多、臨床上應用最廣泛的領域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。

頭顱及顳下關節(jié)也是有限元在生物力學中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態(tài)變化進行預測[12]。

1.3 醫(yī)療器械的力學性能評價及優(yōu)化設計

牙科是有限元法在臨床應用中的一大領域，相應的各種牙科固定器材得以研制開發(fā)，這些器材的力學性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環(huán)在游離端義齒應用中支持組織的應力分布狀況，對RPA卡環(huán)的臨床應用具有力學上的指導作用[9]。

在內固定鋼板方面，張美超等從臨床應用出發(fā)，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預測[9]。

在人工關節(jié)方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節(jié)中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節(jié)段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學CFD應用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學因素，從而減少手術再狹窄的發(fā)生[16]。楊金有應用CFD計算流體力學軟件進行人體主動脈內血流數值模擬分析，為闡明血管疾病的發(fā)病機理提供理論依據[17]。姚偉用計算流體力學軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質非均勻分布情況下組織液流動[18]。

2 醫(yī)學有限元仿真實驗方法

通過上述醫(yī)學有限元研究可得醫(yī)學仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術，采集大量的樣本圖像。運用現有醫(yī)用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關的有限元分析。（2）通過查閱相關國內外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，Fluent等）中選取較為合理準確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結果與實際測量數據進行對比，分析有限元模型的準確性。

3 有限元法在醫(yī)學研究中的優(yōu)勢

有限元法在醫(yī)學研究中具有四個方面的突出優(yōu)勢：（1）可根據需要產生各種各樣的標本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉等各種力學實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應力/應變分布、內部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標本也可以進行修正以模擬任何病理狀態(tài)。同一個標本在虛擬計算中可進行無數次加載或組合而不會被損壞。（3）其結果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復計算，節(jié)約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優(yōu)點。

4 醫(yī)學院校開展醫(yī)學有限元仿真實驗的意義

在醫(yī)學院校開展醫(yī)學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫(yī)學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫(yī)學工程專業(yè)學生的畢業(yè)設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和熱情，使學生在自主科研創(chuàng)新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業(yè)知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫(yī)學、物理學、生物學等非本專業(yè)學科的專業(yè)知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫(yī)學仿真實驗的基礎上，建設醫(yī)學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業(yè)實習條件，加強實習基地建設，而且與醫(yī)院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫(yī)生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫(yī)院的合作。

5 結束語

建立醫(yī)學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫(yī)用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學和科研打下堅實的基礎。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。

將工程有限元分析同醫(yī)學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業(yè)知識的綜合運用能力，增強學生就業(yè)與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創(chuàng)新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫(yī)院的教學科研合作，為醫(yī)學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。

參考文獻

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第3篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞： 步態(tài)研究 研究方法 正常步態(tài) 不正常步態(tài) 應用

人出生后大約12―15個月就開始獨立行走。此后一生中，步行成為人體活動最基本的方式之一，人的步行姿態(tài)在一定程度上是與人體所處生物學因素及環(huán)境因素相互作用的體現。步態(tài)分析是對人體步行從運動學、動力學、肌肉工作特征及其運動控制等方面，進行系統(tǒng)的分析研究。研究者們通過對步行姿態(tài)（步態(tài)）的研究，對人的行走功能進行評定、對疾病的恢復效果進行評價、對不正常步態(tài)進行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態(tài)研究已經成為生物力學及醫(yī)學界的一個重要課題，國內外學者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態(tài)研究的方法、研究進展等方面作綜述，希望為以后步態(tài)問題的深入研究提供參考。

1.步態(tài)研究的方法的發(fā)展

隨著人類科技的進步，步態(tài)研究的方法在不斷更新。從原始的肉眼觀察、簡單工具測量到應用數碼攝像技術、計算機模擬，到目前最為先進的步態(tài)系統(tǒng)研究方法。方法的更新和進步使步態(tài)研究更加準確和豐富，為人類的健康作出了巨大的貢獻。

1.1肉眼觀察法

19世紀德國生理學家webers兄弟首先發(fā)表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當時條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態(tài)進行了描述［1］。這也是較早對人體步態(tài)的研究之一。很顯然，這種方法的精確性差，而且僅能夠粗略地描述人體的步態(tài)。所以，這種方法隨著時代的發(fā)展已經不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發(fā)了人們對步態(tài)研究的無窮探索。

1.2走紙法［2］

走紙法是一種較為古老的步態(tài)研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進行測量，借助簡單的工具進行步態(tài)分析的方法。這種研究法所能得到的參數很少，而且測試的工作量較大，且因為測量工具問題誤差較大。至今，這種方法逐漸被淘汰。從研究方法學來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態(tài)的開始。

1.3攝影攝像法

隨著科學技術的發(fā)展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術分析人體步態(tài)。使用兩到三臺互相垂直的攝像機對人體正常步行進行拍攝。然后利用計算機分析系統(tǒng)對步態(tài)參數進行測定。這種方法的精確度較高，參數分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態(tài)的時間、空間、時間―空間參數，包括人體步行時的重心曲線，肢體各關節(jié)的運動曲線等。通過這些數據，我們可以對人體步行的穩(wěn)定性、協(xié)調性、節(jié)奏性、對稱性進行評價，從而為疾病恢復、步態(tài)矯正、假肢研制等提供重要的參考。這種方法的缺點是反饋速度慢，以及對一些力學參數的測定無能為力等。所以目前研究者主要用攝影攝像法與三維測力臺配合使用，使研究更加全面，更加有說服力。

1.4三維測力臺法

這種方法是讓測試者在測力臺上按測試要求正常步行，測力臺的內部的電阻受壓后，應變片因拉伸或壓縮而產生電阻的電信號變化，通過放大后進入連接的計算機處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態(tài)的力學參數，如足底壓力分布、空間各方向的分力、與地面的支撐反作用力等。通過這些參數，我們可以對行走的穩(wěn)定性、對稱性等進行評價。目前這一技術已經比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學參數與數碼影像分析所得的時空參數相結合，綜合人體相關生理知識，我們已經能夠對步態(tài)進行較為精確的描述。

1.5步態(tài)分析系統(tǒng)法

它由計算機、測力板和測角儀組成，利用隨身攜帶的單片機，記錄由測角儀測得的關節(jié)角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關相連的光電裝置，控制單片機和測力板的同步周期采樣，測試完畢后，用串行通訊方法將單片機的采樣信號輸入計算機處理，而整個步行采用無電線連接測試，并針對以往簡易步態(tài)測試裝置不能確定人置的不足，建立了能確定著地足位置的積分方程，再利用測角儀測得的關節(jié)角度信號和用多剛體力學建立的人體步行運動學、動力學程序，使得它像各種先進的紅外步態(tài)分析系統(tǒng)一樣，計算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關節(jié)受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態(tài)分析系統(tǒng)的研究，較有代表性的工作有：微機化步態(tài)分析系統(tǒng)［4］和靴式步態(tài)分析系統(tǒng)［5］。

2.步態(tài)研究的進展及對人類健康所作的貢獻

2.1對不正常步態(tài)的研究及對人類健康的貢獻

所謂不正常步，即步態(tài)特征的變化超出正常范圍。whittle（1996）列出四點被視為不能正常行走的特點，一是兩腿不能交替支持人體重量，二是在單腿支撐時不能靜力性或動力性保持平衡，三是擺動腿不能前擺到一位置上從而變?yōu)橹蔚淖饔茫氖橇α坎蛔阋粤钕轮苿拥耐瑫r帶動上肢。異常步態(tài)有時很明顯僅憑肉眼觀察就可看出，而有時必須通過實驗儀器才可以得出步態(tài)異常。

近年來，以步態(tài)分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經方面的研究發(fā)展迅速，并由此進一步推動了對不正常步態(tài)的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進行步態(tài)測試，以反映人體行走姿態(tài)變化時間歷程的周期、時相及反映支撐反力的三維離曲線為基礎，用特征函數的基本概念進行歸類組合，提出5個相應的經驗公式，以此對三截一癱患者的行走功能進行評定。Rozendal［7］等通過三維步態(tài)分析系統(tǒng)提供三維平面的地面與反力的向量圖，繪出偏癱病人足―地接觸力的向量環(huán)，可以發(fā)現健側和患側下肢的力量環(huán)和形態(tài)明顯不同，借此可客觀評定步態(tài)異常機理。Granataetal.（2000）［8］通過步態(tài)分析，研究延長肌腱的治療方法對兒童腦癱病人的影響，等等。除此以外，臨床步態(tài)實驗室也在不斷增加。對于不正常步態(tài)的研究，可以幫助早期偏癱、腦癱等功能性疾病的診斷，還可以通過矯正促進疾病的恢復。醫(yī)學界正在越來越多地應用步態(tài)研究成果為人類健康服務。

2.2對正常步態(tài)的研究及應用

一個正常的步態(tài)周期，通常由腳跟著地開始，至同側腳跟再次著地為止，包括支撐和擺動階段［9］。對正常步態(tài)的研究主要是從步態(tài)的時間、空間、時―空、力學等參數入手研究各年齡段、各類不同職業(yè)的群體、不同形體特征的步態(tài)差異，對人類的步行規(guī)律及相關影響因素進行探討。

國內外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態(tài)。而對于成年人特別是與步態(tài)與運動能力的關系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關。Mann and hagg（1980）研究表明，正常兒童以自然步速行走，支撐時間是整個步行周期的62%，且支撐時間似乎并不隨年齡而變化。只有在步行節(jié)奏改變時，如跑或快速步行時變化才比較明顯，其他學者的研究也支持了這一點。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關節(jié)角度和關節(jié)角速度的變化做了研究，指出步行時關節(jié)角度的大小是與肌肉的活動和發(fā)力是相關的。北京體育大學趙芳、周興龍等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步態(tài)，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態(tài)指標的變化，希望能將步態(tài)指標作為中老年人體質衰老的評價標準。另外，一些學者對肥胖兒童、長期負重、高跟鞋等對步態(tài)的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態(tài)矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態(tài)參數為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進青少年形體的健康發(fā)展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態(tài)與身體功能、步態(tài)與人體運動功能關系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進步。

3.討論

3.1隨著科學技術的發(fā)展，對步態(tài)研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發(fā)展到準確全面的影像技術、測力臺技術和步態(tài)測試系統(tǒng)。國內外很多學者仍然在努力嘗試研究更為科學的研究方法，并且陸續(xù)有報導。另外，因應醫(yī)學上對病態(tài)步態(tài)分析應用的要求，臨床步態(tài)實驗室不斷增加，并且朝向實用性、準確性、系統(tǒng)性、低成本方向發(fā)展。

3.2隨著研究方法的不斷進步，步態(tài)研究也在不斷深入，通過對正常步態(tài)從時間、空間、時間―空間、力學等參數的測定，對人體正常行走的規(guī)律及不同人群的步態(tài)特征的研究也取得了很大的成功。對一些特殊形體如肥胖、長期負重及等人群的步態(tài)也開始研究。這些研究對評價人體行走功能、矯正不正常步態(tài)等提供了科學的依據。病態(tài)步態(tài)方面的研究如“三截一癱”者步態(tài)，為科學診斷及恢復治療、恢復評定提供了重要參考。不足的是，對步態(tài)與運動功能的關系，健康成年人步態(tài)與身體功能的關系等的研究還較少，希望這方面能夠引起研究者的重視。

參考文獻：

［1］鄭秀瑗等.現代運動生物力學.國防工業(yè)出版社，2002：404-405.

［2］陸明鋼等.步態(tài)參數的測定.上海大學學報（自然科學版），1998，4：87-91.

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［5］門洪學等.靴式步態(tài)分析系統(tǒng)的研制與應用.等.中國生物醫(yī)學工程學報，1991，10，（3）：142-148.

［6］劉永斌等.行走功能定量評定方法研究.中國康復理論與實踐，1996，4，154.

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

［8］Granata，K.p.，Abel，M.F，Damiano，DL.Joint angular velocity in spastic gait and the influence of muscle-tendon lengthening.Journal of Bone and Joint Surgery，2000，82，（2）.174-186.

［9］吳劍，等.人體行走時步態(tài)的生物力學研究進展.中國運動醫(yī)學雜志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：運動生物力學的概念范文

關鍵詞:斜坡跑;超速訓練;同步測試;生物力學參數;機制

中圖分類號:G822.12

文獻標識碼:A

文章編 號: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

從1896年第一屆現代奧運會,美國運動員伯克以11.8 s奪得 100 m跑桂冠,到2008年牙買 加 人博爾特創(chuàng)造了9.69 s的世界記錄,100 m跑成績提高了2.1 s,究其原因一方面是源于短 跑 實踐技術理論的不斷完善和發(fā)展,另一方面是科學化訓練及場地器械的更新等因素?！俺?訓練”在短跑訓練中較為流行,它是通過讓運動員完成超出他能力水平的練習來增加步長和 步頻,通過這種訓練方法使神經和肌肉系統(tǒng)逐漸適應較高的收縮頻率。

查閱相關文獻,國外對短跑運動員的超速訓練十分重視,并采用了多種手段,如下坡跑 、高速自行車練習、橡皮筋牽引跑、短跑控制器、跑步機訓練及固定跑臺及斜坡跑道等。我 國對這方面訓練與研究相對薄弱。2001年12月,國家體育總局科教司批準立項之課題《短跑 技術原理及訓練方法研究》,課題組成員經反復論證,吸取了過去國內超速訓練用的斜坡跑 道坡度大,距離長,既影響運動員跑的動作技術結構又容易造成損傷的缺陷,并參照國外資 料,在北京體育大學東田徑場修建了四條跑道,這是目前我國唯一的較完善的斜坡訓練跑道 ,跑道的開始部分都是20 m長的水平跑道,接著分別是坡角為1°、2°、3°和4°而坡面 長為15 m的斜坡跑道,坡面下沿緊接的是正常的平地跑道(圖1)。實踐證明,斜坡訓練對 提高短跑速度是很有效的,但這種訓練模式對提高速度的機制問題至今少有報道。本研究運 用攝像、肌電及三維力同步測試了四種不同斜坡跑,并引入近年來國際上生物力學的研究熱 點――下肢剛度(Lower Extremity Stiffness)這一重要參數指標,根據解剖、生理及生

投稿日期:2010-03-08

作者簡介:羅炯,副教授,博士,研究方向運動技術診斷與全民健身。 物 力學原理與方法揭示斜坡超速訓練提高短跑速度的生物力學機制,意為改善運動訓練方法、 提高運動成績、減少運動損傷的發(fā)生以及豐富健身運動理論提供重要參考,限于論文篇幅, 本文只對研究結果的部分內容進行報道。

l 研究對象與方法

1.1 研究對象

北京體育大學競技體校短跑隊員12名,運動等級均為2級。成績?yōu)?10.85±0.37)s,平均 年齡為15歲,身高為(1.73±0.03)m,體重(58±3.51)kg。受試者在測試前均未進行過斜 坡訓練。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

查閱國內外有關文獻資料,邀請了上海體科所馮敦壽研究員,原國家體育總局體科所副 所長高大安來校開會研究咨詢;走訪部分國家隊、北京市隊的短跑教練員,征求他們的意見 ,確定實驗方案。

1.2.2 運動學參數測試

兩臺JVC9800高速攝像機,拍攝頻率100幀/s,曝光時間為1/250 s,兩機固定在距跑道16 m

處,主光軸與助跑道垂直。其中A機鏡頭高出地面1.6 m(機高1.2,臺高0.4 m),定點拍 攝運動員從水平跑道轉入斜坡跑道著地腿踩上測力臺的全過程;B機鏡頭高為1.1 m,定點 拍攝運動員離開斜坡跑道進入水平跑道著地腿踩上測力臺的全過程;為了提高圖像解析的精 度,實驗對象被要求穿深色緊身短褲、赤膊,并在身體兩側跖趾關節(jié)、踝、膝、髖、肩、肘、 腕、耳屏等關節(jié)、環(huán)節(jié)點上貼放反光膜標志(美國3M公司出品),測試現場見圖1。

圖1 北京體育大學東田徑場斜坡訓練基地測試布置 圖2 實驗中各運動學參數的定義

1.2.3 動力學參數測試

四臺國產JP4060WP測力平臺(先測兩道,運動員休息時換成另外兩道),對受試者處于 平道及坡道著地腿著地緩沖及蹬伸的三維力進行監(jiān)測,采樣頻率為500 Hz。調整安放在斜坡 道上的測力臺下面的四腳螺旋按鈕,并在測力臺平面上鋪設與水平道及斜坡面相同的塑膠, 使測力臺平面與助跑道及斜坡坡面保持在同一水平面高。同步信號由測力臺觸發(fā),通過發(fā)光 二極管與高速攝像機及肌電測試同步。

1.2.4 肌電參數測試

國產八通道無線表面肌電儀(TB-0810)對監(jiān)測著地腿的臀大肌(GM)、股直肌(RF)、 股二頭肌(BF)、股外肌(VL)、脛骨前肌(TA)、腓腸肌(GAS)共六塊肌肉肌電活動。選 取6塊肌肉為測試標準的理由是:1) 所選肌肉都是與跨過下肢三關節(jié)(髖、膝、踝)有關 的肌肉;2) 所選肌肉代表的是跨過每個關節(jié)的單關節(jié)和雙關節(jié)肌對抗肌組;3) 所選六塊 肌肉是所查閱到的關于短跑技術研究文獻中最普遍且最有代表性肌肉。

1.2.5 腿剛度(leg stiffness)計算方法

運用McMahon[1,2]腿剛度(Leg Stiffness)計算方法(圖3)。在跑步過程中,腿 以一個角度接觸地面,身體的重心并不是位于足部的正上方。此時腿剛度Kleg=Fmax/ΔL, 其中Fmax為最大垂直力,ΔL為小腿長度的垂直變化,ΔL =Δy+L0×(1-cosθ0), θ 0=arcsin(utc/2L0);Δy =身體重心的最大垂直位移;L0=站立時的腿長;θ0=剛 度 角(腿跨過的弧形的半角);u=重心水平速度;tc=著地時間。彈簧――質量模型見圖3所 示,本研究中的θ0直接由運動學圖像解析獲得。

圖3 步時下肢剛度的計算模型 1.2.6 實驗的安排

實驗要求受試者先進行試跑,通過調整起始點找準各自的步長以便能踩上測力臺,同時 要求受試者“無視”測力臺的存在,不減速、不調整,在進入斜坡及離開斜坡跑道時盡最大 努力完成15 m長斜坡跑。記錄所有數據,并以成績最好的2次有效測試(指前后踩上兩塊測 力臺的有效區(qū)域)為分析樣本,以便做相關指標的重復性分析。

1.2.7 數據處理

由于運動攝像100幀/s,測力臺采樣頻率為500 Hz,為了比較不同運動員在平道與坡道每個單 步全過程相關參數間的差異,本研究對所有研究對象下肢各關節(jié)和環(huán)節(jié)的角運動、支撐反作 用力及肌電參數均進行了時間標準化處理:取支撐過程時間為100%,對所有的數據進行樣條插 值,然后取1%標準化時刻的數值(圖像解析使用扎齊奧爾斯基模型),采用低通數字濾波法 對插值后原始數據進行平滑,截止頻率為20 Hz。然后再對不同水平運動員標準化的相關指標 值分別進行疊加擬合、進行比較。使用spss13.0分析模塊,選擇單因素、雙因素方差分析 、相關及變異系數等統(tǒng)計分析方法對相關參數數據進行處理,所有統(tǒng)計檢驗的顯著水平設 置為a=0.05。

2 結果與分析

2.1 重復性測量結果檢驗

表1所列的19種重要參數在兩次有效采樣中的相關系數及變異度,其結果顯示:相關系數都 在0.8以上,且都達到顯著水平(p

支撐時間r

C.V支撐距離r

C.V騰空時間r

C.V膝角r

C.V軀干角r

C.V剪絞速度r

C.V膝點速度r

C.V 扒地速度r

C.V質心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%支腿剛度壓心移動Fmax垂直力-Fmax水平力+Fmax水平力沖量增量 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:本表各參數含義在下文分析中均有定義或解釋,主要角度定義見圖2,在此不加說明。

表2 平道與坡道單步時間及空間參數統(tǒng)計

緩沖t1(ms)后蹬t2(ms)支撐T1(ms)緩沖距(cm)后蹬離(cm)支撐距(cm)騰空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檢對t1的檢驗: P31*\P21*\P20*\P24* \P 30*\P34*; 對T1的檢驗:P20*\P24*\P30* \P 34*;對后蹬距的檢驗P20*\P24*\P30*\P34* ;對 支撐距的檢驗:P20*\P21*\P24*\P30*\P31 *\P 34*;對騰空時間的檢驗:P20*\P30*

注:LSD檢意旨單因素方差分析中使用多重比較,用于各斜坡間及斜坡與平道間差異比較 ,檢驗結果中只例出具有顯著意義者,無統(tǒng)計學差異者不例出,如P12*表示1°與2 °斜坡間該參數有統(tǒng)計學意義,以下各表含義相同。

2.2 斜坡超速跑單步時間及空間變化特征分析

據短跑技術經典理論[3～5],一個單步由支撐與騰空兩部分構成,而支撐階段又可 分為緩沖與后蹬兩部分。本研究緩沖段的劃分是由著地腿從著地瞬刻至膝關節(jié)角處于最小時 相止,后蹬段指從著地腿膝關節(jié)角處于最小時相至著地腿離地時相止,以此為界定確定緩沖 時間、緩沖距離,后蹬時間與后蹬距離。

表2數據提供如下信息:

與平道跑相比:1°斜坡相關參數變化較小,四種時間參數、三種空間參數,兩個比值參數 的變化均無統(tǒng)計學意義(p>0.05)。2°、3°斜坡變化較大,其中緩沖時間明顯縮短 (P20*、P30*),后蹬時間上無差異,故支撐時間的縮短(P20* 、P30*)顯然是由于緩沖時間引起的;后蹬距及支撐距均顯著延長(P20* 、P30*),騰空時間卻顯著縮短(P20*、P30*),兩個時間比值 明顯增大。4°斜坡的支撐時間雖然與平道沒有顯著差異,但其緩沖時間/后蹬時間比值明顯 變小,說明4°斜坡明顯改變了支撐時間的分配關系。

各斜坡中比較分析顯示:四種時間參數、三種空間參數及兩個比值,2°與3°斜坡之間沒 什么差異;4°斜坡與1°斜坡的差異與4°斜坡與平道間差異類同;在緩沖距、后蹬距、支 撐距3方面差異集中體現在支撐距上和后蹬距,4°斜坡后蹬距及支撐距明顯縮小(P24 *、P34*),同時在兩個時間比值顯著偏小。

據短跑運動生物力學原理,支撐階段人體質心水平速度得以保持和增加是由肢體各環(huán)節(jié),尤 其是下肢各環(huán)節(jié)通過復雜而有序的協(xié)同運動實現的。本研究認為:2°、3°斜坡跑道引起 支撐時間、騰空時間均有明顯縮短,而支撐時間的縮短主要體現在緩沖時間縮短,后蹬時間 變化較小,其直接獲益是增加了后蹬距,這對提高或維持跑速是有益的,也與相關文獻資料 提供的結論相吻合(據相關文獻[5,6],國外優(yōu)秀短跑運動員后蹬距離比我國優(yōu)秀 選手長0.07 m,但是后蹬時間卻不比我們長)。其次,1°斜坡所帶來的影響與平道差異較 小,而4°斜坡引起的差異非常大,這似乎提醒我們4°斜坡可能引起受試者的技術動作結構 發(fā)生了明顯的改變。最后,斜坡道改變了單步“緩沖時間/后蹬時間”及“支撐時間/騰空時 間”比值,其中2°、3°斜坡的兩個比值依次為1:1.19、1:1.21及1:1.18、1:1.20 ,這兩個值與美國優(yōu)秀百米運動員“緩沖時間/后蹬時間”(11.11)及“支撐時間/騰空 時間”(1:1.2)很接近[5,6]。

2.3 斜坡超速跑支撐腿與擺動腿關節(jié)角度變化特征分析

表3數據顯示:1°斜坡與平道相比,無論是支撐腿還是擺動腿,髖、膝、踝著地角與離地角 均變化不大,波動值無統(tǒng)計學意義。4°斜坡與平道及1°斜坡相比,支撐腿與擺動腿的髖 角及踝角在著地與離地時沒什么影響,主要差異集中在支撐腿的膝角、踝角及軀干角的變化 上(P41*、P40*),其中4°斜坡的著地膝角明顯偏大(162.2°對155. 5°),而離地時則明顯 偏小,從而導致膝角變化值為負值(-4.36°);另一方面,4°斜坡引起離地軀干角顯著 高于 著地時的軀干角,從而導致軀干角的變化值為負(-5.12°)。2°與3°斜坡之間,9種角 度參數值無顯著差異,但2°、3°斜坡與平道及1°斜坡相比,前者引起支撐腿著地髖角顯 著減小(P20*、P21*、P30*、P31*),而離地髖角沒什 么變化,而擺動腿的變化則相反,著地時髖角沒什么變化,而離地髖角明顯減小(P20 *、P21*、P30*、P31*);就支撐腿膝角而言,著地 膝角明顯減小(P20*、P21*、P30*、P31*),而“膝 角”無差異,間接說明蹬離時膝角亦 呈減小趨勢;在軀干角的變化上,2°、3°斜坡與平道及1°斜坡沒什么變化。2°、3°斜 坡與4°斜坡相比,前者支撐腿著地髖角、膝角、踝角及擺動的離地髖角顯著小于后者(P 24*、 P34*)而膝角“蹬地改變”及“軀干角變化值”兩者存有顯著差異( P24*、 P34*)。表3 平道跑與斜坡跑支撐腿與擺動腿關節(jié)角度變化統(tǒng)計

著地瞬刻髖角(°)支撐腿β1

擺動腿β2離地瞬刻髖角(°)支撐腿β3

擺動腿β4支撐腿膝角(°)著地瞬刻φ

膝角支撐腿踝角(°)著地瞬刻θ

踝角軀干角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檢驗對β1的檢驗P20*\P21*\P24*\P30* \P31*\P34*;對β2的檢驗P20*\P30*\P24 *\P34*;對β4的檢驗P20*\P21*\P24*P30 *\P31*\P34*;對φ的檢驗P20*\P21*\P24 *P30*\P34*\P34*P40*\P41*;對膝 角檢驗P40*\P41*\P42*P43*;對θ的檢驗P20 *\P21*\P24*P30*\P31*\P34*P40 *\P41*;對軀干角檢驗P40*\P41*\P42*P43 *

說明:支撐腿膝角“膝角”意旨離地時膝角與著地時膝角之差;支撐腿踝角的“踝角 ”意旨著地時踝角與支撐腿最大緩沖瞬刻踝角之差,“軀干角”意旨著地時軀干角與離地 時的軀干角之差。

進一步分析揭示:4斜坡道緩沖距離和緩沖時間較短(表2),導致擺動腿幅度小且效 果差(據表3可計算出五種跑道擺動腿的擺動幅度依次為58.3°、58.5°、65.9°、65. 2°、58.7°),因而不能發(fā)揮最佳的擺腿作用,2°、3°斜坡擺動腿有較大擺動幅度(65 .9°、65 .2°),而離地時髖角亦較小(108.1°、110.2°)。據相關生物力學文獻[4,5 ],擺動腿屈髖幅度 大,更有利于有效地帶動身體重心向前,并進而增加支撐距離,使擺動腿的小腿有更充裕的時 間完成前擺及下次著地前的回扒。另一方面,短跑運動生物力學原理認為離地時的軀干角大 于著地時的軀干角,說明身體有向后傾的現象;離地時的膝角明顯小于著地時的膝角,表明 運動員在離地時膝關節(jié)沒有充分伸直反而比著地時緩沖更大。據此,筆者認為4°斜坡引起 軀干角、膝角的明顯改變,兩個負值(-5.12°、-4.36°)充分說明運動員在4°斜坡上 跑可能引起了動作結構的變形。通過對受試者個體的技術動作診斷,參與本實驗的12名運動 員中,有9名運動員在4°斜坡上跑,軀干角的變化不符合跑步的生物力學特征;有10名運動 員在4°斜坡上跑,膝角的變化不符合跑步的生物力學特征。圖4 支撐腿髖、膝、踝標準化角度變化MA 線

圖4顯示了不同斜坡跑與平道跑支撐腿髖、膝、踝角度變化特征,從中不難 發(fā)現:平道、1°及4°斜坡跑,著地腿在著地時存在明顯的緩沖,即髖角呈下降趨向,其 中4°斜坡 最為明顯,下降幅度最大,2°、3°斜坡幾乎沒有這個趨勢,在整個支撐時期的髖角均值最 小,且在著地及整個支撐過程,支撐腿的伸髖后展是一個連續(xù)的過程, 不存在髖的“緩沖”。 其次,與平道跑相比,2°、3°斜坡跑,運動員在整個支撐過程中支撐腿膝角、踝角均值較 小,即支撐腿似乎表現出一種低支撐趨向,這意味著運動員支撐過程重心更低些。

2.4 斜坡超速跑支撐腿、擺動腿角速度與人體重心水平速度變化特征分析

表4數據顯示:1) 2°、3°斜坡擺動腿與支撐腿的髖角速度均值顯著高于平道、1°、4° (P20*、P21*、P24*、P30*、P31*、P34 *)。據支撐腿處于最大緩沖時刻擺動腿髖角大小可以算出其完成百分率,整個支撐階 段, 2°、3°斜坡超速跑擺動腿擺動動作在緩沖過程完成率最高(排序依次為61.5%、61. 9%、67.4%、66.9%、58.8%),而支撐腿完成率五種跑道差異不明顯。2) 2°、3°斜坡 跑大腿剪絞速度均值顯著高于平道、1°、4°(P20*、P21*、P24 *、P30*、P31*、P34*)。通過分析圖5,在擺動腿積極前擺的 配合下,支撐腿在著地后便開始積極地伸展髖關節(jié),但2°、3°斜坡在整個支撐過程中,其 瞬時角速度都比其它三種跑道大。此外,無論支撐腿還是擺動腿,其大腿運動過程均呈加速 ――減速狀態(tài),因而,剪絞―制動是支撐階段髖的工作特征,從剪絞速度曲線看,2°、3° 跑道最高。許多學者[7～9]認為“產生較高跑速的原因是有力的擺腿而不是快速的 蹬地”,因而提出[10]“大腿運動的角速度及擺動幅度是衡量短跑技術的最好尺度 ”。綜合眾多學者的研究結論,筆者認為2°、3°斜坡最有利于人體質心提速。3)2°、3 °斜坡擺動腿膝關節(jié)中心速度、著地腿“扒地”速度均顯著高于平道、1°、4°(五種跑道 對應均值依次為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)。據查文獻[4,5],優(yōu)秀運動員 有較快的屈髖前擺速度,其擺動腿的膝點水平速度、垂直速度在整個支撐擺動過程中均較大 ,且多數選手是通過較大的小腿回扒角速度來實現著地腳水平速度的盡可能下降。本研究發(fā) 現2°、3°斜坡跑膝關節(jié)點速度顯著高于平道、1°、4°,而著地腿“扒地”速度卻明顯低 于平道、1°、4°。據短跑運動生物力學原理,加快大腿回扒角速度,可以為著地時擁有較 小的支 撐腿膝角、髖角,從而使運動員在著地時下肢肌群處于一種較有利的發(fā)揮工作效率的狀態(tài),更 有利于人體重心的快速前移[10]。因此,“扒地”速度表明,2°、3°斜坡超速訓 練效果應優(yōu)于平道、1°、4°。4)2°、3°斜坡人體質心的著地速度及離地速度亦明顯高 于平道、1°、4° (P20*、P21*、P24*、P30*、P31*、P34 *)。進一步分析顯示,1°、2°、3°斜坡跑都能增加跑速,但2°、3°增加的數值大 ,4°斜坡不增反減,其速度小于平道速度(10.15 m/s

擺動腿髖角速度均值Χ1

完成%支撐腿髖角速度均值Χ2

完成%髖剪絞速度V1擺動腿膝點速度V2著地腿扒地速度V3人體重心(質心)進入斜坡V4

離開斜坡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檢驗對X1的檢驗: P20*\P21*\P24* P30 *\P31*\P34*;對X2的檢驗P20*\P21*\P24 * P30*\P31*\P34*;對V1的檢驗P20*\P21 *\P24* P30*\P31*\P34*;對V2的檢驗P2 0*\P21*\P24* P30*\P31*\P34*;對V 3的檢驗P20*\P21*;對V4的檢驗P20*\P21*\P 24* P30*\P31*\P34*;對V5的檢驗P20*\P 21*\P24* P30*\P31*\P34*

說明“完成%”意旨緩沖階段支撐腿及擺動腿所完成的髖角變化幅度占離地瞬刻與著地瞬刻 支撐腿與擺動腿髖角變化總幅度的百分比;“髖剪絞速度”是指支撐腿與擺動腿髖角速度絕 對值之和;“擺動腿膝點速度”是指擺動腿膝關節(jié)點水平速度與垂直速度的合速度。

圖5 不同跑道上支撐腿及擺動腿髖角速度及剪絞速度曲線

2.5 斜坡超速跑支撐過程中壓力中心變化特征分析

壓力中心(壓心)是支撐反作用力合力的作用點,它作用于支撐腳上的某位置,通過分析壓 心在腳上相對位置的變化,可以更準確地判斷不同斜坡上跑支撐腳的著地和支撐的方式的細 微變化,從而揭示出斜坡跑對提高短跑成績的重要機制。圖6 不同斜坡跑支撐腿壓力中心隨運動方向變化擬合曲線

圖6是標準化后4種斜坡與平道跑支撐過程壓心于運動方向的變化規(guī)律。這些曲線有一共 同的變化規(guī)律,即都有四個特別時相。其中A點實際代表運動員著地腳的趾指關節(jié)恰好落在 測力臺中心瞬刻,由于著地之初的巨大沖擊力,壓心隨著踝關節(jié)的屈曲緩沖先向后移至B點( 即向踝關節(jié)點靠近);隨著緩沖繼續(xù),后又快速移回趾指關節(jié)C點附近;離地時,壓心移至腳 尖,也就是著地時趾指關節(jié)前D點位置。

進一步研究發(fā)現:1) 平道與斜坡跑壓力中心軌跡的變化趨勢幾乎接近,但下坡跑的 后移幅度大且后移速度相對較快,在大約占支撐時間的11%左右達到最大后移(10 cm左右) ;從C點的波峰值看,運動員的支撐腳壓力中心幾乎又回到趾指關節(jié),再結合攝像慢放發(fā)現 ,下坡跑運動員著地腳跟均跟測力臺面有瞬間接觸(占100%),而平道跑中有7名運動員后 腳跟與測力臺沒有接觸(占58.3%);2)3°與4°斜坡壓力中心軌跡后移幅度幾乎接近, 1 °、2°斜坡與平道后移幅度相對較小且后移速度相對慢些,在大約在占支撐時間13%左右達 到最大后移(7 cm左右)。

2.6 斜坡超速跑支撐腿剛度及地面支反力變化特征分析

“剛度 (Stiffness)”一詞,起源于物理學,為“虎克定律”的一部分,有時又翻譯成“ 勁度”,其含義與物理學上的“模量”相近,指物體在受載時抵抗變形的能力,剛度大則變形 小,剛度小則變形大。當短跑運動員下肢著地時,剛度可增加支持組織的強度,抵抗地面對人 體施加的反作用力。從運動表現角度看,支撐腿剛度值決定于肌肉、肌腱、韌帶、軟骨和骨 骼的整體[11,12],一定水平的剛度表現可以有效發(fā)揮肌肉的拉長-縮短循環(huán)(Stre tch-Sho rtening Cycle,即SSC)功能,進而可以在運動著地過程中有效釋放貯存在肌肉骨骼系統(tǒng)中的 彈性能[13,14]。

圖7 不同斜坡跑支撐腿剛度變化特征 從圖7可以看出,高速下坡跑支撐腿剛度值普遍高于平道跑,隨著坡角的增加,腿剛度值呈 戲劇性增加(P

3 結 論

1) 斜坡超速跑引起著地腿支撐時間明顯變短,這種變化是通過縮短緩沖時間實現的;緩沖 距離相對變化較小,而蹬伸距離明顯增長,緩沖時間/后蹬時間及支撐時間/騰空時間兩個比 值更趨加合理。

2) 斜坡超速跑引起著地腿著地髖角顯著減小,離地髖角相對不變,而擺動腿則呈現相反的 規(guī)律,同時,擺動腿擺幅增加,離地時髖角較小,擺動腿屈髖幅度大,這有利于身體重心前 移,并進而增加蹬伸距離。

3) 斜坡超速跑引起擺動腿與支撐腿的髖角速度均值顯著增加,大腿剪絞速度顯著高于平道 ,因而有利于人體質心提速;斜坡跑引起擺動腿膝關節(jié)速度、著地腿“扒地”速度均顯著高 于平道,因而使運動員著地時擁有較小的支撐膝角與髖角,從而更有利于SSC功能的發(fā)揮。4) 斜坡超速跑引起著地腿壓力中心后移幅度相對較大且后移速度相對較快,運動員著地腳 跟與測力臺面存在廣泛接觸;斜坡坡度大小對支撐腿的剛度有顯著變化,在一定范圍內,坡 角增加,剛度增加,而剛度增加的主要原因是斜坡超速跑改變了運動員支撐腳著地方式,由 平道跑的腳尖(指跖關節(jié))――腳中部型向指跖關節(jié)――后腳跑觸地型轉變。

5) 斜坡訓練對提高速度是很有效的,但斜坡的坡度大小對訓練效果影響較大;坡角太小(1 0或以下)或坡角太大(40或以上),訓練效果較差,20、30斜坡既能增大運動員的跑速, 又不影響運動員跑的動作技術結構,因而被確定為本次實驗對象的最佳坡角。

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第5篇：運動生物力學的概念范文

到底是什么促使馮元楨做出這樣的選擇？他成功的秘訣又是什么？他具有傳奇色彩的人生故事也許會告訴你答案。

留學加州的中國尖子

1919年，馮元楨出生于江蘇常州。他讀書成長的時期，正是一個戰(zhàn)火紛飛的年代。在那時，學習航空專業(yè)，為國家制造飛機，是很多年輕學子最向往的事情。20世紀40年代，馮元楨從國立中央大學航空系畢業(yè)，取得了碩士學位，成為中國第一屆航空系畢業(yè)生。

馮元楨的父親是一位畫家。雖然自己是從事文藝的，但當時父親認為，近代中國學文的人毫無用武之地，對拯救國家也沒什么用處，因此也非常支持馮元楨學習工程學。馮元楨對科學孜孜追尋的動力，最初也正是來源于父親的鼓勵。

1944年，美國提供了一筆獎學金，資助20名中國學生赴美留學，成績一向優(yōu)異的馮元楨順利通過了選拔考試，獲得了去往美國加州理工學院深造的資格。

當時的加州理工學院航空系已經在全世界享譽盛名。著名的工程力學和航空技術權威馮?卡門教授，以及中國航空航天之父錢學森都執(zhí)教于此?？墒钱?7歲的馮元楨幾經輾轉漂洋過海來到這里時，加州理工學院卻通知他，那筆資助的獎學金已經過期。眼看留學的希望就要落空，這時一位航空系的教授答應為馮元楨提供一個實驗室研究助理的職位，從而幫助他完成學業(yè)。

在馮元楨的眼中，加州理工學院的好處就是，學術氛圍很自然，學習節(jié)奏不緊不松。學校比較尊重研究生，他們在學校甚至能像老師一樣擁有自己的辦公室，這是加州理工學院不同于其他學校的地方。馮元楨在這里接受了航空領域最前沿的理論，因為基礎很好，僅用兩年，他就獲得了航空工程的博士學位，并且是畢業(yè)生中的佼佼者，最后留校任教。

充滿興趣的研究

年輕的馮元楨眼界開闊，興趣廣泛。20世紀40年代，美國華盛頓州的塔科馬吊橋在建成4個月后被大風吹垮，舉世震驚。風力為何會將一座如此堅固的吊橋摧毀？這其中的道理是什么呢？正在美國念書的馮元楨對此產生了濃厚的興趣。于是，在沒有人提供指導的情況下，他開始利用學校里一個閑置的風洞做起了自己的實驗。他親手制作了吊橋模型，觀察它在人工氣流中的受力關系。通過對吊橋的研究以及其他實驗的積累，馮元楨提出了空氣彈性力學理論，從而解決了航空架構和空氣動力如何相互作用的問題，這是航空領域里具有突破性的成果。他的專著《空氣彈性力學》在1955年出版，這本書在學界的影響持續(xù)至今。

回首過往，馮元楨認為，正是對吊橋充滿興趣的研究為他日后的轉行埋下了一顆種子。馮元楨說，從那以后，我自己做研究就是因為好玩，沒有人告訴你應該做什么，完全憑自己的興趣。

意外與轉變

1957年，已經成為加州理工學院教授的馮元楨赴德國休假。他來到了大師云集的哥廷根大學。在哥廷根大學，馮元楨發(fā)現，教授們挑選研究題目非常自由，主持工作也絕對自由，校方不會提出任何具體的要求。這里的氣氛讓一向主張學術自由的馮元楨興奮不已，并且受到了鼓舞。

令馮元楨沒想到的是，在哥廷根大學訪問期間發(fā)生的一件事徹底改變了他以后的學術生涯――他遠在國內的母親生病了。

而此時，恰好馮元楨所在的航空研究所旁邊就是生理學圖書館，哥廷根大學一向以數量豐富的藏書聞名世界。于是，他每天泡在圖書館中閱讀生理學著作，希望可以幫助母親治病。

母親的病或許是促成馮元楨轉向研究人體的最重要的原因，至少在當時他的確想要通過自己的研究對母親有所幫助。馮元楨說，后來自己年紀大了才慢慢了解，母親是無論你做什么、怎樣她都開心，都會支持你。

馮元楨把查閱到的資料寄給了國內給母親看病的大夫。在接觸生理學的過程中，他也認識到，人體運動、血液循環(huán)、人的臟器等都有力的作用在其中。能否通過對生物體的力學研究，來分析疾病的產生機制，從而為預測和治療疾病提供幫助呢？這是一個前人未曾探索過的領域。他對這個挑戰(zhàn)充滿了興趣。

從德國返回加州理工學院后，經過考慮，馮元楨開始了將力學和生物學研究結合到一起的準備工作。在他眼中，人體就像一個比飛行系統(tǒng)更復雜的工程，而且它要有趣得多。

初入生理學研究

完全沒有生理學研究背景的馮元楨，要走出第一步談何容易。

那時馮元楨已經人到中年，要從頭開始學習生理學，這需要付出常人難以想象的努力。他要懂得醫(yī)學，懂得醫(yī)生對什么問題感興趣，懂得生理現象，這是一大困難；更重要的是周圍的人還不理解，他們也許認為這樣的研究沒有什么價值。

可是在馮元楨看來，只要有興趣，一切都不是難題。為了彌補生理學知識的欠缺，他想了很多辦法。馮元楨認為，自己沒有生物學根底，最簡單的辦法就是找一個學生理學的朋友。而幸運的是，他找到了兩個好搭檔：一個叫索賓（Sobin），哈佛大學畢業(yè)的生理學博士后；另一個叫茲韋費克（Zewifach），在紐約大學醫(yī)學院取得了博士學位，這兩個優(yōu)秀的生理學家成為了馮元楨最好的朋友。馮元楨一邊跟他們請教生理學知識，一邊學習做解剖實驗。

漸入研究后，馮元楨發(fā)現，生理學研究涉及血管與血流，人體發(fā)生血管硬化等問題，是因為血液在發(fā)生病變的地方流動混亂，研究血液流動的動力學規(guī)律顯然很有意義，這樣一個生理學的問題就可以變成力學問題。

然而當馮元楨進一步開展實驗時，他面臨一個繞不開的問題。做科研，需要經費。人體研究，開銷尤其大，經費來源怎么解決呢？雖然困難重重，馮元楨堅持著自己的興趣。他覺得人要工作自由，這比任何事情都重要，不能因為經費問題就輕易放棄。

一個新領域的誕生

1966年，47歲的馮元楨從加州理工學院辭職，來到了剛剛創(chuàng)建的加州大學圣迭戈分校。這里為他提供了更加自由的科研空間。

加州大學圣迭戈分校生物工程系是馮元楨工作的地方，四十多年前，這里的科研條件和今天是遠遠不能相比的。但馮元楨為自己的研究投入了極大的熱情，每天工作十幾個小時。每到周六，他和同事都早早地起床，到離家很遠的一個醫(yī)院去聽病例討論會。馮元楨認為，多聽聽醫(yī)生發(fā)現的實際問題，就能知道研究該從哪里入手。馮元楨從生理問題開始，尋找解決難題的力學理論依據，兩者結合使他確立了最初的研究方向。

在馮元楨的實驗室里有一張人體肺部血管圖，那是他最得意的作品，研究人體肺部的血管分布，花費了他十多年的時間，他因此掌握了肺部血液循環(huán)的流體力學規(guī)律，讓馮元楨欣慰的是，這個工作對醫(yī)療工作有極大幫助。

馮元楨與同事的研究范圍還包括心臟、腸、高血壓、組織等。他用力學方法來研究生物組織，在生物力學的領域中提出新的概念。如今生物力學已經涉及到了宇航、交通安全、體育等多個領域。

第6篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞：核心力量練習 中學 體育課 可行性研究

前言：通過分析近三年我校學生身體素質和技能各項指標發(fā)現，初中生身體發(fā)育與身體素質協(xié)調性發(fā)展不同步，這為將核心力量訓練引入我校體育課課程提供了極大可能性。

一、核心力量練習的概念

1、核心力量的概念：“核心”是人體的中間環(huán)節(jié)，就是肩關節(jié)以下、髖關節(jié)以上包括骨盆在內的區(qū)域，是由腰、骨盆、髖關節(jié)形成的一個整體，包含29塊肌肉。核心肌肉群擔負著穩(wěn)定重心、傳導力量等作用，是整體發(fā)力的主要環(huán)節(jié)，對上下肢的活動、用力起著承上啟下的樞紐作用。強有力的核心肌肉群，對運動中的身體姿勢、運動技能和專項技術動作起著穩(wěn)定和支持作用。

2、核心力量的理論基礎：

1）核心力量練習的生物力學原理

核心力量練習的生物力學原理包括1、重心與核心部位 2、運動生物鏈與不穩(wěn)定支撐練習3、 流體靜壓強與腰椎損傷預防

2）核心力量練習的運動解剖學基礎

核心力量練習的運動解剖學基礎包括1、創(chuàng)編多維運動練習的客觀依據2、選擇聯(lián)系的必要性

3、核心力量練習的體育課課堂模式

學情分析--課程設計—場地布置—體驗與練習—分享經驗—總結與引導—改變行為

4、核心力量練習在體育教學中的應用與項目設置

1）素質練習課堂內容的設置

2）準備活動中核心力量練習的設置

3）專項練習中核心力量練習的設置

4）“課課練”內容中核心力量練習的穿插

5）針對中考科目進行專項練習

二、核心力量訓練的主要作用

1）穩(wěn)定脊柱、骨盆；提高身體的控制力和平衡力；

2）提高運動時由核心向四肢及其他肌群的能量輸出；

3）提高上下肢和動作間的協(xié)調工作效率；提高身體的變向和位移速度；

4）預防運動中的損傷；

5）降低能量消耗；

6）新課標提出“把學生的發(fā)展和需要作為構建體育教學內容的出發(fā)點和歸宿”，我校體育課引進了多種現代體能練習手段，以滿足不同層次、不同水平、不同興趣學生的需要，來提高學生參與體育活動的積極性，并培養(yǎng)學生養(yǎng)成終身體育鍛煉的習慣。

三、研究過程與結果分析

1、學生對核心力量練習了解程度的調查

隨機選取我校3個教學班，發(fā)放問卷，超過70%學生對核心力量練習了解很少，對體育教師來說要在平時課堂上加強這方面內容的滲透。

2、學生對訓練所持態(tài)度的對比調查

在通過對照班級一個月的對比練習之后，學生改變了學習態(tài)度。87%學生比較喜歡進行練習。由34.8%學生不喜歡力量練習轉變?yōu)閮H僅4.3%學生不喜歡。

在完成一個月的對照練習后，在“進行核心力量練習對哪些運動項目技術學習有幫助”這一問題上，健美操、田徑、球類、輪滑等項目都超過或接近半數，體操和武術也占很大比例，說明核心力量練習對技術性項目有很大促進作用，在中學體育教學中前景廣闊。

3、我校學生對體育課的滿意程度的調查分析（隨機選取兩個班，發(fā)問卷144份，回收139）

我校學生不太喜歡體育課編排內容的占90.6%，而49%學生認為沒從學生興趣出發(fā)、28%學生認為體育課形式單一，14.4%學生認為運動量不合理，8.6%學生認為課程內容偏重中考考試項目。中學生的生理和心理正在發(fā)生著巨大變化，渴望變化和在運動中體現自我。青春期的巨大變化（如身高體重等因素），導致學生身體素質與發(fā)育水平不協(xié)調。核心力量練習正是從“協(xié)調”入手，兼具健美、塑身功效，提升學生的平衡感和控制力。為我校將核心力量練習引入體育課程教學帶了來機遇。

4、對教師的調查

我校體育教師年齡結構均為中青年教師，教齡均為10年以上，年富力強，教學經驗豐富，有強烈責任心，這正為核心力量練習的引入創(chuàng)造了良好的契機。

同時隨機選擇的保定市32名中學體育教師認為核心力量練習有利于對增強學生體質、增強心理健康水平，學生體育習慣養(yǎng)成，豐富體育課的內容形式，減少體育課的運動傷害和提高學生活動積極性，40.6%的體育教師認為核心力量練習不利于課堂組織。

四、核心力量練習作為體育課程內容的意義

1、核心力量練習作為中學體育課程內容符合中學體育課程改革的趨勢。

2、核心力量練習是體能訓練不可缺少的因素，是提高各項素質的重要前提之一。

3、核心力量練習方法、手段多樣，形式靈活，能滿足學生個性需要，是實現中學體育教學目標的手段之一。

4、核心力量練習作為中學體育課程內容能更充分體現現代教育理念。

核心力量練習通過學生參與實踐，獲得直接的經驗，它能培養(yǎng)學生有明確目的的、連續(xù)的、有條理的、學習和生活，養(yǎng)成良好的習慣，培養(yǎng)學生終身體育的觀念。

五、結論

1、核心力量練習在競技體育中被廣泛關注，而在中學體育教學應用方面關注不夠。

2、中學體育課堂有核心力量練習生存的土壤，核心力量練習有其獨特的魅力和對中學生身心發(fā)展的特殊功用，把核心力量練習引入我校體育課堂會增強學生身體素質，全面體現素質教育的實質。

3、中學生很喜歡“核心力量練習”，將其引入中學體育課堂教學中，不僅豐富了體育課的形式和內容，激發(fā)學生學習興趣，而且對學生基本活動能力、身體、心理素質的提高有積極意義，符合中學生生理和心理的發(fā)展規(guī)律。

4、我校學生對現有體育課堂教學內容和教學模式喜歡程度偏低，大多數學生渴望得到改善，核心力量練習是不錯的選擇。

5、通過核心力量練習在我校的試開展情況、我校師資現狀及中學生的認知水平、特點分析得出，核心力量練習進入我校體育課堂教學有其必要性和可行性。

6、核心力量練習在對應中考項目的針對訓練中具有非常明顯的效果。

六、建議

1、積極宣傳核心力量練習，提高學生興趣，增大體育課中教學時數的比例。

2、根據核心力量練習的特點，結合我校實際情況，進行教學條件、教材選用、內容選擇、課時分配等實踐研究，加快核心力量練習進入我校體育課堂的進程。

3、提高我校體育教師素質，針對體育教師進行全面培訓。

參考文獻

1、《淺析核心力量訓練在高職體育教學中的應用》苑春雷 遼寧高職學報2009 第6期

2、《現代體能訓練:核心力量訓練方法》孫文新 北京體育大學出版社 2010.4

第7篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞：中醫(yī)推拿學科；內涵與外延；理論探討

中圖分類號：R247.9文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2008）09-0109-02

廣西中醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院中醫(yī)推拿學科2005年被批準為廣西省衛(wèi)生廳重點建設學科，在之后2年多的學科建設工作中，該學科學術研究人員對中醫(yī)推拿學科的內涵與外延進行了不斷地探討和分析，現將其整理如下，以期對本學科的發(fā)展起到促進作用。

1 學科建設及弄清與界定某一學科內涵與外延的重要意義

學科作為一種學術分類，一般是指在整個科學體系中學術相對獨立、理論相對完整的科學分支；學科建設是以加速學術發(fā)展為目標，以高層次人才培養(yǎng)為根本，集結人力、財力與物力資源，統(tǒng)籌教學、科研、醫(yī)療工作，并對資源進行優(yōu)化重組，實現共享，使之發(fā)揮更大效益［1］?？梢?，學科建設是科研機構與高等院校學術發(fā)展的切入點，又是科學研究的核心內容。對于醫(yī)藥院校的附屬醫(yī)療機構來說，學科建設對臨床醫(yī)療能起到龍頭作用，是中醫(yī)藥學術創(chuàng)新與學術發(fā)展的基礎。目前中醫(yī)藥行業(yè)所提倡的“三名”（名院、名科、名醫(yī)）建設一步也離不開學科建設。而學科建設的首要問題，就是要對學科進行定位，即對該學科的內涵與外延要有一個相對明確的界定。只有準確地把握學科的內涵與外延，才能明確本學科的發(fā)展方向和目標，產生清晰的學科建設思路，逐步形成本學科特色和優(yōu)勢［2］。

2 中醫(yī)推拿學科的內涵

內涵是一個概念所反映事物的本質屬性的總和，即事物的內容［3］。學科的內涵建設主要包括本學科的理論基礎、本學科的學術研究方向、學科的研究對象、研究的手段與方法、學科研究的總體目標、預期研究結果以及學科的任務和發(fā)展規(guī)劃等等。據此，可將中醫(yī)推拿學科的科學內涵試概括為：中醫(yī)推拿學科是以中醫(yī)基礎理論尤其是中醫(yī)臟腑、經絡、腧穴理論為指導，同時結合現代醫(yī)學之解剖學、生理學以及生物力學等相關理論，憑借中西醫(yī)結合的臨床與實驗研究方法來研究推拿療法在傷、內、外、婦、兒等科病癥的治療及其在預防、養(yǎng)生、保健中的應用的一門學科。中醫(yī)學是一門傳統(tǒng)的醫(yī)學科學，其理論體系主要包括：氣一元論、陰陽五行學說、臟象學說、氣血津液學說和經絡學說等；其治病手段主要包括中藥、針灸和推拿三種治療方法，其中推拿方法可以說是人類最早、最原始治療方法，最早的推拿按摩是一種有意無意的本能活動，多用于緩解疼痛，例如對身體某一具體疼痛部位的按揉，因此，它屬于最原始的、最樸素的帶有治療性質的治療方法。但從中醫(yī)古代文獻記載來看，早期的推拿按摩多用于養(yǎng)生保健，且其方法多為自我按摩，并常常結合導引，為歷代醫(yī)家所推崇。隨著中醫(yī)學的發(fā)展和學科的細化，中醫(yī)推拿學逐漸從中醫(yī)學中分化出來，從而形成了具有自己學術特點的學科。因此，盡管中醫(yī)推拿學科形成為一個獨立的學科，但它仍是以中醫(yī)基礎理論作為自己的指導理論體系。中醫(yī)推拿學既有別于以中藥作為主要治療手段的中醫(yī)內科與中醫(yī)外科學，又有別于以針灸作為主要治療手段的針灸學，因此它既與傳統(tǒng)中醫(yī)理論中的臟腑、經絡和腧穴理論密切相關，又離不開現代醫(yī)學之人體解剖學、生理學與生物力學等相關理論的指導作用。推拿治療疾病的范圍主要是以傷科疾病（主要指運動系統(tǒng)之軟組織疾?。橹?，同時對部分內、外、婦、兒科疾病具有卓著的治療效果。此外，推拿對于疾病的預防和養(yǎng)生保健也具有肯定的作用，古代醫(yī)家在這方面積累了豐富的經驗，例如，與《內經》同時問世的《黃帝歧伯按摩》就是一本記載養(yǎng)生保健按摩的推拿學巨著；張仲景所著的《金匱要略》中就將膏摩療法列為一項重要的預防保健方法；葛洪的《肘后備急方》、孫思邈的《千金方》中都記載了許多自我保健按摩的方法，如天竺國按摩法、老子按摩法等。

3 中醫(yī)推拿學科的外延

所謂外延，是指一個概念所確指的對象范圍［3］。學科外延是在界定內涵建設內容基礎上，依據學科建設需要與學術發(fā)展特點，并認真考察其它相關學科對其帶來的可能受益，開闊研究思路、革新研究方法、拓展研究領域，將研究成果與其相關學科互相滲透、相互交融，在充實和完善學術內涵基礎上，試圖形成新的學術理論體系［4］。由此看來，一門學科應該是一個開放的系統(tǒng)，它必須借鑒和運用其它研究方法來發(fā)展自己，不斷地從外界吸取營養(yǎng)，以充實其科學內涵。對于中醫(yī)推拿學科外延的界定，我們理解為：凡是涉及到與中醫(yī)推拿學科內容相關的其它各基礎學科與臨床學科均是推拿學科的外延。根據中醫(yī)推拿學科的內涵，我們可以將其外延概括為：①涉及到的基礎學科包括：中醫(yī)基礎學、中醫(yī)診斷學以及現代醫(yī)學之人體解剖學、生理學、病理學、生物物理學、免疫學、分子生物學、心理學、循證醫(yī)學和醫(yī)學統(tǒng)計學等等；②涉及到的臨床學科包括：內科學（含中醫(yī)與現代西醫(yī)兩種醫(yī)療體系，下同）、骨傷科學、婦科學、兒科學、養(yǎng)生學等等。在中醫(yī)推拿學科的外延建設中，必須在圍繞內涵建設的基礎上，借助于其它學科的思維方式和研究手段來進行思考與研究，只有這樣才能在自身學科中提出新的觀點、新的思想和新的理論，才能產生治療技術與方法上的改進甚至革命，才能促進學科的發(fā)展，不斷充實學科的內涵。

4 結語

從根本上講，中醫(yī)藥學各學科的學科建設其最終目的是使中醫(yī)藥學術研究活動獲得最大的績效值。通過對學科內涵與外延的簡要探析，可以回答中醫(yī)推拿學科建設中所遇到的“研究什么”、“怎樣研究”等核心問題，實現學術研究與學科建設效益最大化。一門學科的內涵與外延不是靜止不變的，隨著人類認識層次的不斷提高，學科的內涵與外延也會發(fā)生變化和不斷向前發(fā)展，中醫(yī)推拿學科亦是如此。讓我們科學地把握中醫(yī)推拿學科的內涵與外延，把該學科的學科建設推上新的平臺，為中醫(yī)推拿學科的學術發(fā)展和臨床療效的提高作出新的貢獻。

參考文獻：

［1］ 田振國，柳越冬.中醫(yī)肛腸學科的內涵與外延［J］.中醫(yī)藥學刊，2005，23（3）：430-442.

［2］ 蔡寶昌，丁安偉，李偉東.中藥制藥學科建設的內涵與外延探討［J］.南京中醫(yī)藥大學學報，2005，21（2）：69-71.

第8篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞：認知|情境性|生成|具身化|動力學。

隨著認知的計算隱喻的局限和困境的加深，從上個世紀80年代以來，在認知科學中具身化（embodiment）的觀念已經受到越來越多的強調：“在哲學、心理學、神經科學、機器人學、教育、認知人類學、語言學以及行為和思想的動力系統(tǒng)進路（approach）中，人們已經日益頻繁地談到具身化和情境性（situatedness）?！盵1]例如，在認知發(fā)展領域有西倫（E.Thelen）的工作；在語言學領域有萊考夫（G.Lakoff）和約翰遜（M.Johnson）的工作；在機器人學領域有鮑拉德（Ballard）、黑霍（Hayhoe）、普克（Pook）、和勞（Rao）的工作；在神經科學和動力學領域有西倫、蓋拉德（T.vanGelder）、希爾（Chiel）、比爾（Beer）、埃德爾曼（G.M.Edelman）；在哲學領域有克拉克（A.Clark）、瓦雷拉（F.J.Varel）、湯普森（E.Thompson）和羅施（Rosch）的工作；等等。

1具身認知

1.1關于“embodied”和“embodiment”的譯法和用法

目前關于“embodiment”和“embodied”，國內還沒有形成一個統(tǒng)一的譯法。但從“embodiedmind”和“embodiedcognition”所強調的一般觀點來看，“embodied”是指：心智和認知是與具體的身體密切相關[2]，它們之間存在內在的和本質的關聯(lián)。從發(fā)生和起源的觀點看，心智和認知必然以一個在環(huán)境中的具體的身體結構和身體活動為基礎，因此，最初的心智和認知是基于身體和涉及身體的，心智始終是具（體）身（體）的心智，而最初的認知則始終與具（體）身（體）結構和活動圖式內在關聯(lián)。因此，我們把“embodied”譯為“具身的”，“embodiment”譯為“具身化”。但隨著embodiedcognitivesciences研究的深入，“embodied”的內涵已經被極大地擴展和豐富了，它和情境性的概念已經融合在一起了。

關于“embodied”的搭配用法，我們以茨馬克（T.Ziemke）的列舉為例：

具身化概念在20世紀80年代中期以來已經被廣泛地用在認知科學和人工智能的文獻中，諸如這樣的術語：embodiedmind,embodiedintelligence(e.g.Brooks,1991),embodiedaction,embodiedcognition,embodiedAI,andembodiedcognitivescience).而且，明顯存在具身

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

1.2相關的概念

在當前的認知科學中，人們對具身認知（embodiedcognition）觀念的描述使用了幾個與“具身的”含義相似的但著眼點不同的概念，如：“情境性”（situatedness/embeddedness）、“生成”（enaction）。

情境性

情境性和具身化觀念密切相關，它們都是在反對傳統(tǒng)的認知主義的基礎上，最初從不同的側面提出的。認知的情境性研究拒絕認知主義的如下的幾個基本觀點，認知主義認為認知是：（1）個體的，即認知由孤立的個體進行；（2）理性的，即認知的首要范例是概念思維；（3）抽象的，即身體和環(huán)境在認知中是次要的；（4）分離的，即思維與知覺和身體活動在邏輯上是分離；（5）普遍的，即認知科學是尋找一般智力活動的普遍原則，它適用于所有個體和所有環(huán)境。

與之相反，情境性的研究認為，認知是：（1）社會的，即認知發(fā)生于人類構造的共同體中；（2）具身的，即身體的物理方面在實際和理論兩個方面都是重要的；（3）具體的，即認知的實現和環(huán)境的物理約束是極為重要的；（4）定域的（located），即情境依賴是人類活動的一般特征；（5）參與的，即認知是與周圍環(huán)境的持續(xù)的相互作用。[4]

生成

“生成的”（enactive）是瓦雷拉等人在《具身心智：認知科學和人類經驗》這部經典著作中引入的一個概念。在認知科學中，它是一個和“embodied”同等重要的概念，在一些學者中它們甚至被等價地使用?！癳nactivecognition”表達了一種不同于經驗論（極端的客觀主義）也不同于唯理論（極端的主觀主義）的認知方向。瓦雷拉等人選擇這個術語來“強調這個日益增長的確信：認知不是一個預先給予的心智對預先給予的世界的表征，認知毋寧是在‘在世存在’（beingintheworld）施行的多樣性作用的歷史的基礎上的世界和心智的生成”。根據“enactive”的含義，瓦雷拉等人認為，知識有賴于與我們的身體、我們的語言和我們的社會歷史——簡言之，我們的具身化——不可分離的在世界中的存在（beinginaworld），知識不是存儲在心智中，而是在世界的交往活動中發(fā)展的，認知者處身于（situatedin）世界中，認知者和其實踐的世界彼此蘊含在相互生成的過程中。[5]

1.3具身認知的含義

這里，我們給出三個對“具身的”看法：

（1）瓦雷拉等人

通過“具身的”這個術語，我們想要強調兩點：首先，認知依賴于經驗的種類，這些經驗出自于具有各種感覺肌動（sensorimotor）能力的身體，其次，這些個體的感覺肌動能力本身根植于（embeddedin）一個更廣泛的生物的、心理的和文化的情境中。[6]

（2）西倫

認知是具身的，就是說認知源于身體和世界的相互作用。從這個觀點看，認知依賴于經驗的種類，這些經驗出自于具有特殊的知覺和肌動（motor）能力的身體，而這些能力不可分離地相連在一起，并且共同形成了一個記憶、情緒、語言和生命的其它方面在其中編織在一起的機體（matrix）。具身認知的當代觀念反對盛行的認知主義的立場，這個立場視心智為一個操作符號的裝置，因此這個立場專注于形式規(guī)則和過程，通過它們符號恰當地表征了世界。[7]

（3）萊考夫和約翰遜在批判理性主義的理性觀時提出：

理性并非如傳統(tǒng)大多數認為的那樣是非具身的（disedmodied），而是源自我們的大腦、身體和身體經驗的本性。聲稱我們需要一個身體來進行推理，這并非平淡無奇和顯而易見，毋寧說，理性的結構本身正是來自于我們具身化的細節(jié)，這個主張是驚人的。使得我們得以知覺和四處活動的同樣的神經和認知機制也創(chuàng)造著我們的概念系統(tǒng)和理性模式。因此，要理解理性，我們必須理解我們的視覺系統(tǒng)、運動系統(tǒng)以及一般的神經綁定（binding）機制的細節(jié)?？傊?，理性無論如何不是這個宇宙或非具身心智的先驗特征。相反，它完全是由人身體的特性、我們大腦神經結構的非凡細節(jié)以及我們在世界中的日常活動的細節(jié)（specifics）所塑造的。[8]

1.4具身認知范式

湯普森認為[9]，生成的認知科學（enactivecognitivesciences）或具身的認知科學（embodiedcognitivesciences）涉及三個論題：

（1）具身化：人的心智不是局限在頭腦（head）中，它具身于（embodiedin）整個有機體中，而有機體根植于環(huán)境中；

（2）具身認知的涌現（Emergence）的動力學機制：具身認知是由涌現的和自組織的過程構成的，該過程通過藕合（coupling）或交互的因果性（reciprocalcausality）使大腦（神經系統(tǒng)）、身體和環(huán)境相互連接在一起。

（3）自我－他者的共同決定（Self-OtherCo-Determination）：在社會生物中，具身認知是從自我－他者的主體間的動態(tài)的共同決定中涌現出來的。

這三個論題表明具身認知觀與表征的和計算的認知主義（cognitivism）的認知觀的對立?，F在，具身認知不僅是一種起于哲學的觀念，而且已成為明確的認知研究進路、綱領和范式。瓦雷拉（F.J.Varela）等人區(qū)分了認知科學研究演進的三個圓環(huán)（如圖[10]）：認知主義、涌現（聯(lián)結主義）和生成論（enactivism）（或具身范式）。與之相似，萊考夫和約翰遜區(qū)分了認知科學發(fā)展中的兩個范式：“第一代認知科學”（first-generationcognitivesciences）和“第二代認知科學”（second-generationcognitivesciences），或者是“非具身認知科學”（disembodiedcognitivesciences）和“具身認知科學”（embodiedcognitivesciences）。[11]

如果我們把“具身的”、“生成的”、“情境的”這些概念所強調的不同側面結合起來，我們給出具身認知的一個更全面的表達：認知是根植于自然中的有機體適應自然環(huán)境而發(fā)展起來的一種能力，它經歷一個連續(xù)的復雜進化發(fā)展過程，它最初是在具有神經系統(tǒng)（腦）的身體和環(huán)境相互作用的動力過程中生成的，并發(fā)展為高級的、基于語義符號的認知能力；就情境的方面而言，認知是一個系統(tǒng)的事件，而不是個體的獨立的事件，因為認知不是排除了身體、世界和活動（action）而專屬于個體的心智（大腦）并由它獨立完成的事件。

2具身認知的兩個維度：連續(xù)的進化和曖昧的身體

2.1連續(xù)的進化

認知主義將認知抽象為一個獨立于身體活動和環(huán)境的內在的表征和計算。但真實的是，認知不是一個純粹內在發(fā)生的、獨立進行的事件；也許認知主義的這種抽象的和二元論的看法只有從認知的高級水平，即笛卡爾的“我思”——科學、數學和邏輯思維——上看才是“顯然的”。但是如果我們接受進化的連續(xù)性，那么認知就不可能一開始就處于高級水平，但傳統(tǒng)的認識論以及認知主義只顧到高級水平的認知，換言之，即只顧到認知的某些完成形態(tài)。因此，皮亞杰認為，對認知的研究必須追溯認知的發(fā)生和起源，“發(fā)生認識論的目的就在于研究各種認識的起源，從最低級形式的認識開始，并追蹤這種認識向以后各個水平的發(fā)展情況，一直追蹤到科學思維并包括科學思維。”[12]從這樣的角度看，認知必然有一個種系發(fā)生和個體發(fā)生的歷史。我們的結論是：在人類和狗之間，在貓和阿米巴蟲之間，在成人和幼兒之間，必然存在一個漸進的差別和連續(xù)性。認知是一個連續(xù)的復雜的過程，而不是一個無歷史的邏輯能力。[13]因此，萊考夫和約翰遜認為：理性是進化的，因為抽象的理性是建立于，并使用出現在“低等”動物中的知覺和運動推理形式。這個結果是理性的達爾文主義，一個合理性的達爾文主義：理性，即便是其最抽象的形式中，是使用而不是超越我們的動物本性。理性是進化的這個發(fā)現完全改變了我們與其他動物的關系而且也改變了我們關于人是唯一理性的概念。因此理性并不是一個將人從動物中分離出來的本質。毋寧說，它將我們置于一個與動物的連續(xù)統(tǒng)（continuum）中。[14]

當我們接受這樣一個進化的認知觀點，我們就不得不重新審視同樣具有廣延特性的身體的認知作用。因為，認知的初級形式的演化大都表現于身體活動的能力，而且只有通過一個有廣延的身體我們才和自然真正聯(lián)系在一起的，認識論的二元論分界才會在演化的連續(xù)性中漸漸變得模糊。

2.2曖昧的身體

認知最初能以具身的方式實現，是因為身體已經不再是一般的物理學的物體，它是生物學的有機體，是與環(huán)境進行接觸和相互作用并能完成種種動作圖式的活的身體（livedbody），是社會文化中的身體－主體（body-subject）。[15]在認知上，身體是具有相對同一性（identity）和獨立特性的一個系統(tǒng)的整體。

我們的身體是我們和世界接觸的媒介，因為我們的身體也有物理的特性，所以我們才能“在世存在”，我們才能與其它的自然之物同處一個世界和共同擁有一個世界，所以我們必須遵循同樣機械生理學和生物力學的要求。我們不可能飛翔，因為我們的身體沒有像鳥的身體那種適應空氣動力學的身體結構。

在我們的身體經驗中，梅洛－龐蒂（Merlau-Ponty）看到了身體經驗的曖昧性或兩義性（ambiguity）。我們被經驗到的身體不是笛卡爾二元論意義上與“我思”對立的單純廣延的物體，它既非純粹無意識的活動，但也不完全是先驗意義上的無廣延的純粹意識。我們的身體具有非二元論的雙重的特性，我們身體的這種特異性在于它既是能感覺的（sensible）也是敏感的（sensitive），同一個手既能觸摸也能被觸。身體既是被動的也是主動的，它對刺激做出反應，但也賦予刺激一種意義。例如，當我們打擊到一個面團和一個人的身體時，面團和身體同樣的物理上的凹陷反應，但身體還有避開打擊帶來疼痛的躲避反射。因此，身體已經是意向性的身體，但不是純粹“我思”的意向性，而是在世界中生存的意向性：

反射不是客觀刺激的結果，而是轉向客觀刺激，給予客觀刺激一種意義，客觀刺激不是逐個地和作為物理因素獲得意義的，而是把它當作情境時獲得的。反射使客觀刺激作為情境存在，并與之處于一種“認知的”關系中，即把客觀刺激當作它一定要面對的東西。由于反射向著情境意義開放，由于知覺一開始沒有確定一個認識對象，由于知覺是我們的整個存在的意向，所以反射和知覺是一種前客觀看法的樣式，即我們稱之為在世存在的東西。[16]

因此，身體及其活動圖式既滿足于物體活動的要求，它也滿足生存意向的認知要求：例如梅洛－龐蒂在《知覺現象學》中討論了身體空間的擴展性（盲人的手杖）、作為性別的身體、作為表達和言語的身體等。在生存的意向上，我們身體系統(tǒng)的結構和活動圖式最初已經是藕合于世界的認知系統(tǒng)了?！拔覀兊闹X范疇和形式，在個體經驗之前已經確定了，它們適應于外部世界，其理由完全相同于在馬出生前馬的蹄子已經適應于大草原（steppe）的地面和魚在孵化前魚的鰭已經適應于水?！盵17]

3心智和認知是如何具身的呢？

我們應該不只是確信心智和認知是具身的，更重要的是，我們要知到它們是如何具身的。為此，我們僅提示性地考察兩個方面：（1）身體活動向高級認知的發(fā)展和在其中的作用，這里我們涉及皮亞杰/維果斯基的動作內化理論和萊考夫/約翰遜的概念隱喻思想；（2）認知的具身研究的動力學方法，這里我們涉及當今認知研究的動力系統(tǒng)理論。

3.1動作內化（internalization）

盡管人們在直觀感性上認為，身體動作或活動（action）與心理和認知發(fā)展之間具有直接密切的聯(lián)系。但是直到皮亞杰和維果斯基提出認知的動作內化理論后，動作和認知發(fā)展的多學科的系統(tǒng)研究才蓬勃發(fā)展起來。

皮亞杰認為，身體活動既是感知的源泉，又是思維發(fā)展的基礎；認知結構的起源是動作的一般性協(xié)調，而動作是身體與環(huán)境在相互作用的活動中的最初的接觸面和接觸方式，是主客體的橋梁；主體為認識客體必須對客體施加動作，如吃蘋果。在這類作用中，心理和認知結構以一個連續(xù)的同化（assimilation）－順應（accommodation）和結構－建構的動力過程不斷改變和重建；一些初級的動作以及其它許多更復雜的動作逐漸在心理水平上進行著，它們成為內化的思維活動，即形式運算。

維果斯基（LevSemenovichVygotsky）最早提出了外部動作“內化”為智力活動的理論。他認為符號的運用使得心理活動得到了根本的改進。沒有語言的心理活動是“直接的、不隨意的、低級的、自然的”，只有掌握了語言后才能轉變?yōu)椤伴g接的、任意的、高級的、社會歷史的”。操作外界事物的外部形式的活動，即從感知運動向語言思維的過渡。維果斯基強調“活動”的作用，并運用外部活動和內活動相互轉化的唯物辯證法，揭示兒童思維發(fā)展的動力。[18]

3.2隱喻投射

萊考夫和約翰遜在《肉身中的哲學：具身心智及其對西方思想的挑戰(zhàn)》中開宗明義地提到認知科學的三個主要發(fā)現：心智原本是具身的；思維大都是無意識的；抽象概念大部分是隱喻的。[19]這三點指明了身體在認知和心智中的基礎性和運作方式，而第三點特別表明高級階段的抽象概念和思維發(fā)生于身體經驗的一種途徑，即通過隱喻投射而形成概念隱喻。

長時間人們持有的看法認為：只有人的頭腦（head）才可以形成概念，理性思維同知覺和行為是無關的，與人的感覺肌動系統(tǒng)沒有直接的聯(lián)系，因此，概念一定是抽象的，是非具身的（disembodied）。但以萊考夫等人為代表的認知語言學的研究了這種看法。

在認知語言學看來，隱喻具有普遍性，隱喻是人類認知過程中的重要的、基本的方式之一。認知語言學認為，語言中概念意義的獲得和概念體系的結構不是憑空產生的，從發(fā)生的過程看，它們源于人們最初的身體經驗的隱喻投射。身體經驗被用于抽象概念是司空見慣的，如AffectionIsWarmth，ImportantIsBig，HappyIsUp，IntimacyIsCloseness…[20]。隱喻投射之所以可能，首先是因為人類的身體經驗本身是直接的、有意義的結構。萊考夫和約翰遜認為，抽象概念之前的身體經驗至少存在兩種結構：

（1）基本層次結構（basic-levelstructure）

“家具－椅子－搖椅”、“交通工具－汽車－賽車”，這顯示了人類范疇的一個基本層次結構，即上位范疇（superordinatecategory）－基本水平范疇（basic-levelcategory）－下屬范疇（subordinatecategory）。在這三個層級中，我們的知覺系統(tǒng)最容易區(qū)分出基本水平范疇，在20世紀70年代中期，布倫特·伯林（BrentBerlin）、埃莉諾·羅施（EleanorRosch）、卡羅林·默維斯（CarolynMervis）和他們的合作者發(fā)現，這種中間水平的范疇在認知上是“基本的”——也就是說，與“上位”范疇，如家具和交通工具，和下屬范疇，如搖椅和賽車，相比，它們有一種認知優(yōu)先性。[21]。伯林和羅施發(fā)現，基本水平范疇的認知優(yōu)先性有賴于我們的身體經驗，基本水平和非基本水平范疇的區(qū)分是基于身體的，也就是說，基于格式塔知覺、肌動計劃和心理意象（mentalimage）。

（2）意象圖式結構（image-schematicstructure）

意象圖式結構是指那些在我們的日常身體活動經驗中反復出現、相對簡單的結構和空間方位關系，前者如容器圖式（Container）、路徑圖式（Path）、力－動力圖式（force-dynamic）等，后者如部分－整體（Part－Whole）、中心－邊緣（Center-Periphery）、近－遠（Near-Far）等。

意象圖式是通過身體來理解的。像前和后這樣的概念出自身體，依賴于身體，并且如果我們沒有我們所有的這種身體，它們就不會存在。這對于基本的力－動力圖式（推、拉、推進、支撐和平衡）也是同樣的。我們理解這些是通過使用我們的身體部分以及我們移動它們（特別是我們的胳膊、手和腿）的能力。我們的身體是呼吸空氣、吸收營養(yǎng)和排泄廢物的容器。我們一直以容器（屋子、床、建筑）定向我們的身體。我們也把抽象的容器投射到空間的區(qū)域上，如同當我們理解一大群蜜蜂存在于一個花園里。同樣，每次我們看見某物移動，或移動我們自己時，我們就以源－路徑－目標圖式來理解那個運動并進行相應的推理。[22]

3.3認知具身化研究的動力學方法

我們說認知不是一個獨立的事件，而是一個系統(tǒng)事件，不是一個簡單的系統(tǒng)事件，而是包含了腦神經系統(tǒng)在內的復雜的系統(tǒng)事件。也就是說，認知是認知者（agent）（身體和大腦）與環(huán)境（自然和社會文化）的內在的、不可分離的相互作用的生成過程（如圖[23]）。例如馮·蓋爾德（TimvanGelder）說，“認知系統(tǒng)不僅僅被封裝在大腦中，確切地說，神經系統(tǒng)、身體和環(huán)境都持續(xù)地改變著，并且同時地彼此影響，所以真正的認知系統(tǒng)是包含這三者的單一的統(tǒng)一的系統(tǒng)?！盵24]更通俗地說，認知是情境化的過程。但這些說法不過是一些過于“粗糙的”的定性描述。我們如何能夠更實際地了解具身認知的實現機制呢？目前的認知的動力系統(tǒng)理論（dynamicsystemstheory，DST)的進路正在發(fā)展這種實現的可能性。

相對于認知的計算假設（ComputationalHypothesis,CH）,蓋爾德1995年給出了一個認知的動力學假設（DynamicalHypothesis,DH）：“自然認知系統(tǒng)是某些種類的動力系統(tǒng)，而且從動力學眼光來理解是對認知系統(tǒng)最好的理解?！盵25]應該說，當前認知的動力系統(tǒng)進路的觀念并不是全新的。例如，早在20世紀50年代，阿史比（W.RossAshby）就預見性地提出：所有的認知或許都能由動力系統(tǒng)模型來解釋。[26]但是限于當時缺乏適當的數學工具和實現這種模型的計算方法，以至于在Ashby的建議之后很少有后繼的研究。

應該看到，認知的動力系統(tǒng)研究本身不是一個范式，而是實現“激進具身認知論題”（TheRadicalEmbodiedCognitionThesis）的數學方法和工具，其觀念基礎仍然是具身化、情境性和生成等概念。

動力學假說是以數學的動力系統(tǒng)理論為基礎描述認知。動力系統(tǒng)理論（DST）是數學的一個分支，它以本質上是幾何學的概念來描述系統(tǒng)演變的行為。其概念術語一般有：狀態(tài)空間（statespace）或相空間（phasespace）、參數（parameter）、路徑（path）或軌跡（trajectory）、拓撲學（topology）、吸引子（attractor）、穩(wěn)定性（stability）、藕合（coupling）、分岔（bifurcation）、確定性混沌（deterministicchaos）和初始狀態(tài)敏感性（sensitivitytoinitialconditions）等。利用這些概念，動力學家試圖理解認知系統(tǒng)的過程和行為。他們用微分方程組來表達處在狀態(tài)空間的認知主體的認知軌跡，特別是通過在一定環(huán)境下和一定的內部壓力下的認知主體的思想軌跡來詳盡考察認知。認知主體的思想和行為都受微分方程的支配。系統(tǒng)中的變量是不斷演變的，系統(tǒng)服從于非線性微分方程，一般來講是復雜的，是確定的。

目前動力學家已經提出了一些動力系統(tǒng)模型的實例[27]。這里，我們只簡述一下湯普森（E.Thompson）和瓦雷拉的神經動力學的“互返的因果關系”（reciprocalcausation）概念[28]，因為這個概念是關系整體論（relationalholism）的動力系統(tǒng)中的作用的一個一般形式，即部分－整體的互返關系。這個概念的意思是說，在動力系統(tǒng)中，局部和全局之間存在一個雙向的因果關系：既有局部到全局的上行的因果關系（upwardcausation），也有一個全局到局部的下行的因果關系（downwardcausation）。應該說，這和解釋學循環(huán)的結構是同型的。

近年來動力系統(tǒng)理論也被用到動作發(fā)展的機制上。多年以來，動作的發(fā)展曾被認為是隨神經系統(tǒng)的不斷成熟，逐漸實現對肌肉日益準確控制的過程和結果。著名神經科學伯恩斯坦（N.Bernstein）對此予以質疑，指出單有神經系統(tǒng)并不能解釋復雜動作模式的形成。他認為，在動作的發(fā)展中，不僅僅是神經系統(tǒng)如何實現對肌肉的控制，同時也涉及肌肉活動、重心引力、活動平面的支撐等因素之間復雜的互動關系的協(xié)調，后者不是由神經系統(tǒng)預先設定的，而是機體借助活動經驗掌握的。[29]西倫將動力系統(tǒng)觀引入兒童發(fā)展研究[30]，她對嬰兒行走和踢腿動作的發(fā)展進行了研究，提出精確（fine）動作模式的形成和轉變是神經系統(tǒng)指令與身體姿勢、肌肉重量、肢體長度、動作活動的環(huán)境條件等相互作用的結果，動作依賴于動作系統(tǒng)中的所有要素。在發(fā)展機制的問題上，動力學理論強調動作是復雜的自組織系統(tǒng)，特定動作協(xié)調和控制性的提高來源于機體對特定生物力學問題的解決。例如，學習行走必須解決重心穩(wěn)定問題，學習夠取物體必須保持手臂的穩(wěn)定性。這就是說，不是神經系統(tǒng)對肌肉的控制導致動作的發(fā)展，而是動作活動提出的生物力學問題要求神經系統(tǒng)借助于不斷的練習和反饋，實現對肌肉的有效控制。動作活動提出的生物力學問題不同，那么神經系統(tǒng)對肌肉的控制必定不同。[31]

4結語

這些研究表明，認知并不單是在腦神經系統(tǒng)中的表征的操作；確切地說，認知最初是在活的身體的界面上進行的，只是到了認知發(fā)展的高級階段，特別是到了符號語義的階段，認知的內在表征方面才高度發(fā)展并成為認知活動的重要領域。在這個階段，有賴于符號語義特性，認知不再局限于實時的（real-time）的環(huán)境，人腦的高度發(fā)展的神經系統(tǒng)為離線（off-line）認知準備了一個內在的、想像力的空間，認知者不再非要處于實時的環(huán)境中和實際的對象交往，于是在某種程度上，認知成了處理心理表征的過程。這也正是認知主義所聚焦的階段，但認知主義過于孤立地看待這個階段而無視它的發(fā)展和起源。

具身認知作為一個范式必然有其最初的觀念上的變革，它有許多重要的思想先驅，目前逼近它的研究方法更是涉及眾多領域。一個對認知更為全景的輪廓正在逐漸形成。

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EmbodimentofCognition

第9篇：運動生物力學的概念范文

關鍵詞:多媒體教學;工程流體力學;教學效果

中圖分類號:G642.0　文獻標志碼:A　文章編號:1673-291X(2010)03-0247-01

一、前言

隨著計算機技術的普及和網絡技術的迅速發(fā)展,多媒體教學已被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。因此,利用多媒體教學手段開發(fā)學習資源,構建新的教學模式,達到最佳教學效果,成為國內外提高教學質量、改革教學方式的重要手段。

本文通過工程流體力學教學實踐,探討多媒體教學在授課過程中產生的效果。提出了在工程流體力學教學活動中將多媒體技術與傳統(tǒng)教學手段相結合,活躍課堂氣氛,提高學生學習的積極性和主動性。達到優(yōu)化教學效果的目標。

二、傳統(tǒng)教學模式的利與弊

傳統(tǒng)教學模式歷史悠久,教育理論成熟,已經積累了豐富的經驗。在傳統(tǒng)教學中,通過教師的形象、生動的講述,學生易于接受,師生之間可以面對面地探討疑難問題。對于工程流體力學而言,教學內容不可避免地會涉及到數學公式的推導,傳統(tǒng)的板書教學方式即可以留給學生更多的思考時間,同時又可以加深學生對公式推導過程的理解,加強記憶。然而傳統(tǒng)式教學主要依靠粉筆與黑板的教學條件,是以教師為主體的教學模式,從而大大降低了教學效率,也扼殺了學生個性的發(fā)揮和創(chuàng)意的產生。

三、多媒體教學的特點

多媒體教學以其鮮明的教學特點,豐富的教學內容,形象生動的教學情景,在教學過程中發(fā)揮了重要的作用:

第一,激發(fā)學習興趣,有利于提高課堂效率。興趣是學生獲取知識、拓寬視野、豐富心理活動最主要的推動力。多媒體技術綜合應用文字、圖片、動畫和視頻等資料來進行教學活動,激發(fā)學生的學習興趣,從根本上改變了傳統(tǒng)教學模式的單調性。而且多媒體教學可以充分發(fā)揮學生聽覺、視覺等器官對信息的接收,對學生的眼、耳等器官進行多重刺激,從而活躍學生的思維,增強學生記憶力,提高課堂效率。第二,直觀、易懂,有利于提高教學質量。流體力學是從力學的觀點出發(fā),主要研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學,在日常生活和各種工程實際中具有廣泛的應用領域,是動力工程和流體機械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課。與固體的運動規(guī)律相比,流體在運動過程中存在諸如激波、接觸面間斷、兩相流體之間相互摻混等復雜現象。多媒體教學手段能夠通過圖片、動畫和視頻資料等直觀、清晰地觀看復雜的流動現象,使學生較容易地掌握相關內容,提高教學質量。第三,增加教學容量,節(jié)約空間和時間。工程流體力學研究內容較多,涉及范圍較廣,在有限的課時內傳授給學生的信息量較大。傳統(tǒng)教學中知識的傳播主要靠教師的口授與黑板板書,在一定程度上限制了課堂信息的含量,多媒體教學充分地利用了電腦能夠存貯大量信息的優(yōu)勢,授課的信息量明顯增多,教學內容更加豐富,使學生在有限的時間內接收更多的知識,開闊了學生視野,增加課堂知識的容量,提高了教學的效率。

四、多媒體教學手段與傳統(tǒng)教學方式相結合

多媒體教學的發(fā)展并不意味著摒棄一切傳統(tǒng)的教學方法和手段,而是將多媒體教學與傳統(tǒng)教學方式相結合,揚長避短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,更好地服務于教學工作。

工程流體力學教學內容主要包括兩大部分,理論教學和流體力學實驗教學。

工程流體力學理論教學部分包含大量流體力學的基本概念、基本方程和一些復雜的流動現象。例如在教學過程中,流體靜力學基本方程的推導過程依然使用傳統(tǒng)教學中的板書,這樣既可以留給學生足夠的思考時間,又可以加深學生對公式推導過程的理解,加強學生的記憶能力。而對于某些基本概念和特定的流動現象,可以通過多媒體教學手段,加深學生對基本概念和流動現象的理解。

流體力學實驗是流體力學教學中的重要組成部分之一,貫穿于課程始終?，F行流體力學教學實驗多為驗證性實驗,實驗方法單一,同時,還受實驗老師較少、實驗課時有限以及設備等多種因素的影響,學生選擇的范圍極小,在很大程度上制約了學生思考問題、分析問題、解決問題的能力,不能很好地達到流體力學實驗教學的要求。然而引入多媒體教學手段以后,學生可以靈活地改變實驗條件,演示各種實驗現象。

參考文獻: