人体运动生物力学研究(6篇)

人体运动生物力学研究篇1

摘要肌肉的主动收缩和舒张控制之下动物会产生各种不同的运动形态，这属于肌肉力矩的主动改变而肢体运动又会反作用于肌肉力矩。在不断的进化中人类逐渐形成自身完善的神经肌肉系统负责自身运动的控制与协调。除了主动的肌肉力矩之外，接触力矩、重力力矩以惯性力矩也会对肢体运动的具体方式和表现产生影响，生物力学是研究人类运动控制机制的基础，因而本文就生物力学在运动控制与协调研究中的作用进行了分析。

关键词生物力学运动控制协调应用

人体运动需要在多个部分的共同协调配合下完成，而单纯运动学角度只针对物体的运动效果以及其他外作用力的影响进行研究，无法对人体肢体运动控制和协调的具体机制作出判断。生物力学从关节力矩的角度并结合运动动力学方法可以对肢体运动的产生方式和作用机制进行科学合理的分析，推动人体运动控制机制理论研究的发展。

一、生物力学与运动控制的关系分析

肌肉的收缩是人类肢体运动最直接的动力，人体神经系统可以对不同部位的新陈代谢速率和能量释放方式进行调整，从而起到控制骨骼肌腱可控张力的效果，肌腱又将动力传给关节、韧带以及骨骼等，最终实现对各个运动单位的控制。神经肌肉骨骼系统包括肌肉运动单位与神经元之间的突触连接、运动单位叠加与肌腱上的合力、肌肉骨骼系统的整合以及关节力矩整合协作四个层次。人体的骨骼、肌肉结构都十分复杂，因而神经中枢系统很难直接对每个运动单位进行控制，目前猜测中枢神经系统对运动目标协作实现方式或者是关节水平运动方式进行控制，再由该环节传达至各个运动单元。

二、运动控制的生物力学研究技术

（一）生物传感器技术

目前生物传感器技术在科学研究中的应用已经较为广泛，包括力量、肌电图、加速度以及位移传感器等等，这些技术相关专业的教科书以及很多文献中都有涉及到。随着研究的深入和技术的发展三维陀螺仪运动测量技术应运而生，在生物力学测量中可以对物体的运动速度、不同时间点的方位、角度等数据进行测量和记录，因而可以应用于疾病诊断和治疗康复中，该技术在医疗领域的应用也日益广泛。

（二）生物力学建模与仿真

当人体运动时除了肢体的外部状态，肌肉状态、关节连接处软组织的形状等也会发生一定的变化，而对这种形变进行观察和研究的难度较大，因而可以将整个人体作为一个完整的运动系统并以此为基础建立相应的人类肢体运动动力学研究方程，也可以将其称为生物力学模型。研究方向以及研究切入点的不同都会对最终的模型构建产生影响，一般来说任意运动的计算机模拟或者仿真需要应用正向动力学知识和技术，而对肢体运动的外力因素进行测量时则需要应用逆向运动学。

（三）运动学影像技术

影像技术在生物力学研究领域的应用由来已久，随着科技的进步和科研领域投入的提高，更多新型的运动学影像技术开始出现。高速荧光透视技术可以对人体运动状态下的骨骼、关节的情况进行精确的分析，拍摄速度更快且由于无侵入性对人体的伤害也更小。将该技术应用于人体医疗中将大大提高骨科检验的准确性。即时超声波成像技术可以将人体运动状态下的肌肉、肌腱等的形态包括肌纤维排列、肌肉羽状角的情况进行成像。

三、运动控制的生物力学原理

运动控制涉及的生物力学原理较多，本文就其中几个较为重要的原理进行分析阐述。人们在做出某个动作之前，为了提高动作的完成效果，往往会先做一个跟目标动作方向相反的动作，例如扣篮时先将手臂抬高，一方面下扣动作的幅度更大，另一方面肌肉的弹力也会有所增大，下扣的力量随之提高，这就是反向动作最佳起始力原理的典型表现。人体神经肌肉系统功能的完善性，以及个体肌肉力量和爆发力量对于体育竞赛成绩有着重要的影响，在某些体育活动中，人们为了获取运动速度的最大冲量会采取一些助力措施，例如对于跳远运动员来说，他们在进行跳远前都会有助跑，铁饼投掷运动员在投掷铁饼时，也会有身体的旋转运动等等，以上各项体育运动都是通过延长加速度时间和距离来增加力的作用效果，这体现的是运动速度的最大冲量原理。物体之间的碰撞效果一般会受到以下两方面因素的影响，即物体质量和速度这两方面的影响，质量与速度的乘积称之为动量，生物力学中有打击碰撞动量保持原理，该原理在运动控制中的体现有：网球的击球、拳击等等，运动员为了提高碰撞效果在确保撞击速度时还会提高撞击的力度。因此，对于运动员来说，一定要掌握运动控制的生物力学原理，进而将其在际运动中得到充分运用，这对提高运动员成绩来说起着非常重要的作用。

四、结束语

综上所述，生物力学的应用可以在对关节力矩和分量进行分析的基础上研究神经肌肉系统对肌肉收缩力矩的调节模式，主动的肌肉力矩在神经系统的控制之下对运动产生的被动力矩进行对抗，在平衡的状态之下完成肢体运动动作要求，生物力学的应用大大降低了运动控制协调相关问题的理解难度。

参考文献：

人体运动生物力学研究篇2

摘要采用文献资料法、归纳分析对目前举重科研中使用的运动生物力学方法进行综述，为丰富发展举重教学和科研提供参考价值。

关键词举重运动学动力学生物学

在中国知网上以举重、挺举、生物力学为关键词，查阅了国内外文献资料并进行归纳总结。本研究试图从举重的运动学研究、举重的动力学研究、举重的生物学研究，三个方面对举重中涉及到的生物力学科研进行综述，为更好的进行举重运动生物力学科研提供参考价值。

一、举重的运动学研究

国外学者[1]认为在过渡阶段和下蹲支撑阶段女子和男子相比，屈膝幅度明显较小，动作也慢。此外，男子在第一发力阶段施加在杠铃上的功明显要大于第二发力阶段。相反，女子在两个动作阶段表现出近似的机械功。约翰·加汉姆尔[2]提出了抓举技术“杠心”（杠铃横杠中心点，即杠铃重心所在位置）的最佳轨迹成明显的“S”形轨迹。张跃[3]通过分析我国优秀运动员抓举技术在不同动作阶段“两心”在矢状面和水平面上的偏移，结合“杠心”最佳轨迹的特点，揭示动作技术的稳定性。刘宗友[4]发现优秀男子举重运动员的杠心轨迹穿越重心轨迹，杠心几乎贴着人体重心向上运行，表现出发力“近”的特点。单信海[5]等通过研究崔文华抓举200.5公斤超世界记录的技术分析，也发现杠心轨迹穿越重心轨迹的特点。而WolfgangBaumann[6]等通过研究发现运动员的杠铃轨迹均没有穿越垂直参考线，而是表现为杠铃向身体的后方运动，最终导致运动员在发力后的后跳。而这被Vorobyev[7]认为是动作技术不稳定的表现。从杠铃的轨迹及膝关节角的变化上看，抓举动作存在两次最大伸膝过程和一次屈膝过程[8]。Enoka，R.M指出[9]，举重的屈膝过程在确定身体姿势，使杠铃的运动轨迹更靠近髋关节和背部肌有一定意义，允许在一个更加适宜的阶段充分利用膝关节伸肌的力量。Garhammer，J[10]指出抓举技术的优秀运动员在过渡阶段仍能保持杠铃垂直速度的继续上升。TadaoIsaka[11]、杨斌胜[12]、张跃[13]、RaoulF[14]研究结果证实了上述观点，指出：在过渡阶段，膝关节回屈的同时，为了保持杠铃垂直速度的继续增加，应积极快速地伸髋。

二、举重的动力学研究

国外学者[15]通过摄像和测力台同步测试对10名男子举重运动员的抓举技术的60%和70%强度进行了测试，结果表明在抓举60%和70%的强度时，受试者在第二发力阶段的地面反作用力明显大于第一发力阶段和失重阶段。艾康伟[16]通过应用逆向动力学的分析方法对抓举的技术动作各关节的受力和净矩进行计算分析，他们对抓举动作髋关节净力矩分析表明，对于抓举，髋关节最大净力矩与对应此时刻的髋关节角度呈负相关。刘平等[17]指出抓举技术失败动作分为杠铃前掉和后掉，前掉主要和发力效果因子及接铃调整因子有关，后掉主要是接铃调整失败。杠铃最大速度、惯性上升高度和发力最大力量是监控发力效果的主要指标，接铃Fy力变化、跳步距离、引膝Fy力变化是监控接铃的主要指标。跳步是影响动作成败的关键因素，它与杠铃的横向运动趋向、接铃成败高度相关，引膝Fy力、发力弹杠时杠铃前向运动和发力杠铃后向运动是决定跳步距离的主要因素。Yung-HuiLee等[18]得出在抓举过程中的两种典型的地面反作用力曲线：两种曲线在杠铃离地前0.2秒到杠铃离地瞬间这段时间都呈现稳定的增长趋势。Carlock[19]等通过统计学分析发现运动员的纵跳能力和举重表现呈高度相关。K.Funato[26]发现高水平运动员与一般运动员相比，在抓举时的地面反作用力有两个明显特征：1.失重时间较短，能够更好的利用肌肉收缩弹性能；2.在失重期间表现出更大的向前的水平力，说明更好的利用了伸髋肌群的力量。

三、举重的生物学研究

陆爱云等[20]认为从肌肉的活动顺序上来看，股直肌、竖直肌、胫骨前肌是较早动员的肌肉，尔后才是肱三头肌、三角肌、前臂屈肌及肱二头肌等，反映出举重项目是大肌肉先活动再带动小肌肉的特点。卢德明[21]使用八导遥测肌电仪测试了股四头肌（内、外、直肌），臀大肌、股二头肌、小腿三头肌、骶棘肌和背阔肌等8块肌肉的肌电图。各动作阶段肌电图曲线的电压值以校准信号的电压值为标准进行测量、计算得到，各动作阶段肌电的振动频率由该动作阶段的时间与振动次数求得。孙砺等[22]选取8块在抓举过程中具有代表性的浅层骨骼肌做同步肌电测量。运用相关软件得出8名运动员在3个不同重量的抓举全过程中8块骨骼肌活动的先后顺序（时序）。庞军等[23]研究使用Motionanalysis三维分析系统及Norexon16道肌电仪，对一般水平的运动员在不同重量下进行挺举的动作进行了生物力学方面的浏试。通过运动学和肌电图分析，得出一般运动员在捉举不同重蚤杠铃时具有不同的生物力学特征。

四、小结与展望

综上所述，我们发现：目前对于举重项目的研究，以抓举为主，挺举相对较少。特别对于挺举的运动学研究文献相对匮乏，其中还以女子挺举为主，对于优秀男子举重运动员的挺举研究不多。同时运动学、动力学及肌电学敏感数据之间相关性研究尚未发现，未来以期为突破口，这将丰富和发展运动生物力学在举重科研中的理论。

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人体运动生物力学研究篇3

【关键词】中药;运动;抗疲劳;方法

0引言

中药消除运动性疲劳,促进运动能力恢复是运动医学研究中的热点课题.传统观点认为,运动性疲劳的出现与机体运动过程中的能量消耗、代谢物堆积和机体内环境变化等因素有关.研究者近年来又从深层次上提出了体力性疲劳产生的神经内分泌免疫网络机制［1］.在对抗疲劳产生的措施方面,常用的对抗方法之一即给予运动员补充运动营养.随着现代中医药理论的发展,细胞中医学的提出,现代药理学理论及现代生物技术的更新,中药消除运动性疲劳的机制及方法研究仍需加大力度,不断深化.通过总结近年来关于中药消除运动性疲劳的研究文献发现,除了服用中药制剂外,采取中药熏洗、中药注射等方法进行调控也受到广泛的重视.我们仅从方法学角度对中药消除运动性疲劳的研究进行综述.

关于运动性疲劳的概念,目前运动医学界普遍认同1982年在美国举行的第五届国际运动医学生物化学会议对体力性疲劳所定的含义:即指出机体运动本身所引起的“机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上或不能维持预定的运动强度”的机体运动能力下降的现象.自20世纪80年代起,我国运动医学界已开始重视并致力于借助中药来消除运动性疲劳与提高机体运动能力的研究,并已取得显著成果［2-4］.

1中药消除运动性疲劳方法研究

1.1汤剂内服采取内服中药消除运动性疲劳的方法主要分为服用复方中药和服用单味中药两种,以前者居多.按照中医基础理论,用于消除运动性疲劳和促进体力恢复的复方中药主要是以“补益”和“调理”为主要治则组方重点研究的.使用“补益”和“调理”为主要组方的复方中药进补,都是以平衡机体阴阳为宗旨,强调阴阳互根,孤阴不生,独阳不长,善补阳者必于阴中求阳.善补阴者必于阳中求阴.在治疗效果上多表现为双向调节、适应原样作用.因此,促进恢复和消除疲劳作用很可能是改善运动能力的基础［5］.张世明等［6］认为运动性肌肉疲劳包括延迟性肌肉酸痛(DOMS)均属中医形体疲劳范畴.在内服药的治则上应用健脾益气,行气活血,解痉止痛.中医内治的法则十分强调整体观念.DOMS的整体辩证病机为脾气虚损,营血郁滞,络脉不舒.周志宏等［7］通过小鼠游泳至力竭时间,耐缺氧时间,疲劳恢复时间,力竭运动后骨骼肌MDA含量和SOD,CK,LDH活性以及血清CK,LDH活性的检测,证实补肾益元方可增强游泳运动小鼠有氧和无氧耐力,有助于改善力竭游泳小鼠骨骼肌自由基代谢和细胞能量代谢,对于增强机体运动能力和促进运动疲劳的恢复提供了一定的理论依据.潘珊珊等［8］从中医整体观念出发,探讨了类脾虚运动性疲劳状态下血浆心钠素的变化,研究了健脾生血中药在改善类脾虚、促进运动性疲劳消除的同时,对血浆心钠素的影响.通过大鼠实验表明,类脾虚运动性疲劳的消除,能显著降低由于运动性疲劳引起的血乳酸浓度升高,并显著增加由于疲劳造成的血红蛋白和红细胞数的减少.健脾生血中药在补脾生血,改善运动性疲劳的同时,能显著增加血浆心钠素的含量,从而有利于心肌营养与代谢,促进心脏内分泌功能的恢复.魏钝镭等［2］发现中药“健力方”可提高小鼠抗缺氧能力和抗疲劳能力,实验组服药后,小鼠血红蛋白和大鼠睾酮的含量高于对照组,具有一定的抗疲劳功效.在单味中草药消除运动性疲劳和提高运动能力方面,国内也有不少学者对花粉的抗疲劳作用进行了研究,通过动物及人体实验证实,花粉可明显提高心脏工作能力,增强耐力和骨骼肌力量［3］.现代药理研究表明:人参富含13种皂苷及大量维生素,可提高心脏的收缩力和频率,对神经系统有兴奋作用;同时还能降低血糖,并有促进性腺机能的作用.人参水煎剂能使饥饿小鼠肝糖元含量明显增加,具有明显的抗疲劳作用［9］.杨树基［4］报道复方中药饮剂能缩短疲劳消除的时间,提高运动成绩.此外,还有人研究红景天也能提高运动能力,延缓疲劳的发生,但在自由基、Ca2+、细胞凋亡水平上的研究空缺［10］.

1.2汤剂熏洗现代医学总体上认为DOMS不是一种损伤,而是骨骼肌疲劳的一种表现［11］.通过无创伤性超声对DOMS的诊断,可以显示DOMS时的肌肉水肿,炎症及肌肉厚度的变化.根据中医理论分析DOMS的局部病机辩证是筋、骨、肉形体运动局部负荷过大,筋脉不舒,营血郁滞,经脉不通受阻致疲劳,不通则酸困疼痛,筋肉发僵不舒.因此,局部外治的法则应是舒筋活血,行气止痛,温通经络.中药熏洗和推拿对DOMS的肌肉组织结构,代谢和功能改变的恢复以及DOMS的消除有明显作用.郑虎占等［12］认为中药熏洗剂(由川芎,当归,苍术等制成)具有行气活血、祛风散寒作用,能扩张外周血管,促进血运,清除运动后体内的血乳酸,加快恢复.刘林亚［13］实验表明,中药熏洗剂能有效地改善跆拳道运动员的运动后血气,改善代谢功能,维持机体酸碱平衡,保持内环境稳定,提高机体携氧及运氧能力,增加有氧代谢,加快疲劳消除和体力恢复.

1.3针剂注射近年来国内对中医药抗疲劳研究较为丰富,但主要是以辩证施治为基础,调理代谢性或系统性内环境紊乱.而针对肌肉运动能力的抗疲劳中药较少,尤其对中药注射液的研究甚少.姜文凯［14］采用以大果油麻藤的藤茎提取物为主的复方中药制剂强力生注射液,观察其对大鼠在体腓肠肌疲劳的影响.运用固定频率、固定负荷的电刺激等张收缩,观察对照组与实验组在体腓肠肌收缩时间、收缩振幅以及作功情况，发现强力生注射液能够延长大鼠在体腓肠肌收缩时间以及作功时间,但对肌肉收缩振幅没有显著影响.结果证实强力生注射液能够延缓电刺激引起的肌肉疲劳.Dutka等［15］研究发现肌肉疲劳所导致的肌乳酸蓄积对肌细胞除极化的肌浆网Ca2+释放的抑制并不是主要作用.因此,强力生注射液对肌肉疲劳的影响可能主要发生于脊髓或神经肌肉接头.

1.4内服外洗中医认为,DOMS的局部病机辩证应是筋、骨、肉形体运动负荷过大,筋脉不舒,营血郁滞,经脉不通受阻致疲,不通则酸困疼痛,筋肉发僵不舒.因此确定局部外治的法则为舒筋活血,行气止痛,温通经络.但中医十分强调整体观念,根据中医基础理论,肌肉与多脏腑功能均有关系,包括肝主筋,主疏泄,肝藏血;肺主气,主宣发与肃降,主行水;心主身之血脉和肾主藏精,主水,主纳气等.脾主肌肉,与肌肉发育和肌肉功能关系最为密切.脾气充盛,则肌肉强健有力;脾病则“气日以衰,脉气不通,筋骨肌肉皆无气以生”虚弱而不用,“邪在脾胃,则病肌肉痛”等.此外,中医也指出了五劳致伤,形劳而倦或劳累过度则能耗气而虚.明代王肯堂《证治准绳》曰:“脾主四肢,若劳力辛苦,伤其四肢,则根本竭矣…….或者因劳力过度,或饮食不调之后加之劳力,或劳力过度之后继以不调,故皆谓之内伤元气不足之证,而宜用补药也.”所以,在运动性肌肉疲劳以及DOMS的研究时,应考虑对脾的调理,再与外治相结合,方可有明显效果.由此可见,DOMS的整体辩证病机应为脾气虚损,营血郁滞,络脉不舒.内服药的治则应为健脾益气,行气活血,解痉止痛.马建等［16］采用外用、内服中药方法对家兔分组对照实验,通过测定实验前后家兔肌肉硬度,踝关节松弛角度,胫前肌常规组织学,肌肉细胞凋亡,肌肉骨架蛋白desmin以及透射电镜肌节长度进行比较,发现离心运动后产生的适应可使骨骼肌承受更大的离心负荷,并在一定时间内不影响肌肉的恢复,也不对肌肉造成进一步的损伤.用九九疲王口服液和按摩乳对上述形态学、组织学指标的恢复有明显作用.大强度连续离心训练后肌肉细胞调亡,肌肉骨架蛋白desmin染色面积都有明显改变,进一步证实内服、外用中药制剂能够加速DOMS的消除.

2中药消除运动性疲劳的前景与思考

2.1传统中医药与现代基因科学技术相结合进行研究具有重大意义基因芯片(DNA芯片)是目前应用最广泛的一种生物技术,利用基因芯片技术首先了解正常组织与运动疲劳组织基因表达谱的变化,并与组织学、生理学和生物化学变化联系起来,因为基因表达的增加或降低可能是疲劳生理学的原因或结果,引起疲劳的多个基因产物均可作为药物作用的靶标,从而使表达异常的基因发生逆转,运动疲劳减轻或消失.同时也可以研究药物的毒副作用［17］.因此,生物芯片用于消除运动性疲劳药物筛选的研究具有高通量、并行性和准确快速等优点,还可以直接筛选特定的基因文库以寻找复方中药作用的靶点.最终可找到针对不同运动性疲劳“证”型,具有确切药效且毒副作用小,不含违禁药成分,对健康有益的复方中药药效物质.目前消除运动性疲劳的中药主要以中医理论为基础,重点研究“补益”和“调理”为主的组方和各名方的筛选研究.建立以疲劳“证”为中心的复方中药消除运动性筛选体系,同时结合现代药理学理论和中药药理学及细胞中医学,应用生物芯片技术开展消除运动性疲劳的复方中药筛选方法研究,将对促进中药消除运动性疲劳、提高机体运动能力的研究具有重大意义.

2.2中药消除运动性疲劳的研究所采用指标和所需多学科的专业知识有些研究具有相当的深度和难度,对高水平运动员的实验研究还存在一定的风险,操作上也有相当难度.许多中药本身含有国际奥委会已经禁用的化合物,还有一些中药需要添加禁用的化学合成药以提高药效,服用时需要专业人员的指导,避免步入兴奋剂的误区.

2.3“中药消除运动性疲劳”研究大多非常重视中药的配方,很少重视中药的焙制和煎制方法为了方便运动员的服用,这些药物都是统一煎制.但中医认为,中医的辨证施治主要是针对就医者的脉相所表现出来“气血”变化诊治并选择配方,对症对人下药.中药不仅重视配方,也重视中药的熬制方法.即使是同一配方的中药,运用不同的方法熬制,其疗效可能不同.另外,运用现代科学技术可以提取中药的有效成分,还可以通过生物工程技术制成高效天然活性物质,但有些中医工作者对中药成分的提取持保留意见,认为有些中药主成分必须在特定的辅助成分作用下才可达到最佳效果.因此,如何将现代生物制药技术与传统中药制药工艺相结合,值得进一步探讨.

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人体运动生物力学研究篇4

关键词：运动疲劳动物模型；综述

中图分类号：G804文献标识码：A文章编号：1004-4590(2007)03-0073-04

Abstract:Frominvestigatingtheliteraturesaboutanimalmodelofexercisefatigueinthelast10years,thepapertrytofindthemethodsandrulesofestablishinganimalmodelofexercisefatigue,andtherelationwiththetheoriesofexercisefatigueInaddition,someproblemsofanimalmodelofexercisefatiguearediscussedThereviewoffersbetterexperimentalmaterialsforthesportsbiochemicalandphysiologicalresearch

Keywords:animalmodelofexercisefatigue;review

运动疲劳机制的研究一直是运动医学领域备受关注的课题之一,阐明其机理的研究主要以动物实验为主,运动性疲劳动物模型已经成为运动性疲劳深入研究的重要途径,所以标准化、理想的运动性疲劳模型无疑是实施有损伤情况下疲劳研究的首要环节［1］。故对近十年来有关运动疲劳动物实验方面的文献进行了归纳总结，试图找出其中有关运动疲劳动物模型建立的规律和方法，及其与运动疲劳理论方面的联系，为生理机能的研究提供较好的实验材料。

1运动疲劳动物模型的运动训练方式

运动性疲劳不同于一般的疲劳，其是在运动过程中发生的一种疲劳症候。故不同的运动方式对疲劳产生的程度不同，对机体产生的影响也不同。总结国内外的动物模型研究一般以大鼠跑台和游泳的运动方式为主，极少数运用到转笼法［2］,转棒法［3］,旷野法［4］以及爬绳实验［5］。下面就对跑台和游泳这两种训练方式进行归纳总结。

1.1跑台运动动物疲劳模型

跑台运动疲劳动物模型大都采用雄性SD大鼠（体重200g左右）为实验对象，模型的建立大部分是参照Bedford(1979)根据大鼠体重/摄氧量回归方程所建立的递增负荷(跑台坡度)和速度的运动训练方式或逐渐递增速度和时间的运动训练方式。一般开始速度为15m/min，逐渐递增至最高速度为35m/min；每次运动时间多为20min左右，训练周期为7周左右。大部分关于大鼠跑台模型力竭的判断标准基本上为：连续予大鼠施加声光机械刺激后,大鼠不能继续跑动,下跑台后连续喘息,暂时无逃避反应。

1.2游泳运动动物疲劳模型

在所查关于运动疲劳动物模型的文献资料中以游泳为运动方式的运动疲劳模型占了大部分，这可能是由于跑台运动需要电刺激来使动物产生疲劳状态,运动过程中容易产生运动以外的应激源,而游泳是大鼠本能的一种运动方式,通过给予适宜水温和充足的运动空间,可以使大鼠的运动能力得以充分的发挥。

游泳运动动物疲劳模型的实验对象大多为雄性SD大鼠（体重200g左右）或昆明种小鼠（体重20-30g）。从实验条件来看，水温多为30度左右（30±2℃）；水深则起码应能避免大鼠尾巴撑在池底休息，从文献中所使用的水深，对于大鼠为实验对象的多大于50cm，小鼠大于20cm。每次进行游泳训练时,要用新鲜的净水，因为大鼠被强迫游泳时,会向水中释放某种“警戒”物质。如果在两批实验中不换水,第一批大鼠游泳时向水中释放的这种物质,将对下一批大鼠的游泳产生影响。在进行正式实验之前，需要对动物进行适应性游泳训练，对其体力和心理的应激会产生很好的适应。而未经训练的大（小）鼠,常有许多不必要的动作,体力消耗快,这时进行力竭实验,得出的结果重复性很差,不能确切地反映大鼠的运动能力。

游泳动物疲劳模型的训练模式比较多，大体上可分为，负重或递增负重游泳，无负重游泳，在流动水槽中游泳。但在训练方式上每篇文献所采用的训练时间，训练周期及负荷强度均不相同，多根据实验目的和要求自行设计。比较这几种游泳训练模式，如果不增加额外的负荷,大鼠可以在温度适宜的水中连续漂游几十个小时,并且当它学会了漂游以后代谢率很快就下降了,4h后可降到基础代谢水平。为保证运动强度,缩短游泳时间,通常采用负重的方法来增加其运动量。这时,所负重量应少于大鼠在水中维持呼吸所能承受的最大重量(约为体重的6%～8%)不造成生命危险。使之能充分发挥其运动能力。相比上两种，流动水槽可以通过改变水池落差获得不同的水流速度来控制运动负荷强度，控制运动强度的随意性强，大（小）鼠在运动中受力较均匀。

对运动性疲劳的判断标准的报道不一,如对游泳至力竭的判断,有的是大鼠沉底时间长4s-10s为力竭；有的以鼻孔没入水面以下5-10秒不能主动上浮大鼠游泳的协调动作消失,水淹没鼻尖,身体下沉,至再次浮出水面的时间超过10秒,并连续3次者为力竭；有的以大鼠在游泳过程中呈现出的明显外部体征来确定和划分运动疲劳的不同阶段,并分别在运动疲劳的发生、发展和力竭阶段，疲劳开始阶段：大鼠游至水深过耳时；疲劳发展阶段：大鼠游至水淹过眼时；疲劳力竭阶段：大鼠游至水淹过鼻尖，下沉不能浮起时［6］；有的游泳运动训练结束后,小鼠体重减轻,食量下降,运动能力降低,体毛不洁,精神倦怠,心率增加,血红蛋白和血睾酮下降,皮质醇和血乳酸升高即确定为运动性疲劳模型建立［7］。

2运动疲劳动物模型的应用

对运动性疲劳产生机制的研究，由于认识论和方法论的不同，学者们都较多地从局部或某一方面进行研究，使得研究结果和结论各具特色且各不相同，所以所采用的疲劳动物模型的训练方式和研究目的也各不相同。总结近十年的这方面的实验，主要集中在以下几个方面：

2.1针对“自由基学说”的运动疲劳动物模型

自由基是指外层电子轨道含有未配对电子的基团。在细胞内,线粒体,内质网,细胞核,质膜和胞液中都可以产生自由基。由于自由基化学性质活泼,可以与机体内糖类、蛋白质、核酸及脂类等发生反应,因此,能造成细胞功能和结构的损伤和破坏。研究发现,剧烈运动后自由基产生过多,可造成肌纤维膜、内质网完整性丧失,妨碍了正常的细胞代谢与机能;还造成胞浆中Ca2＋的堆积,影响了肌纤维的兴奋一收缩耦联,使肌肉的工作能力下降;自由基能引起线粒体呼吸链产生ATP的过程受到损害,使细胞能量生成发生障碍,影响了肌纤维的收缩功能;另外,还有一些重要的酶由于自由基的作用而失活,从而产生一系列病理变化,也能导致肌肉收缩能力下降产生疲劳。因此认为,自由基与运动性疲劳有着密切的关系,是导致运动性疲劳的重要原因。

针对这一疲劳机制的学说，研制了抗氧化制剂，通过建立运动疲劳动物模型来研究其疗效。如“复方抗氧化制剂”及运动训练对大鼠骨骼肌自由基代谢、运动能力的影响［8］；巴戟天对运动训练大鼠骨骼肌自由基代谢及运动能力的影响［9］。但不同的运动训练方式对自由基的影响不一。不同方式的急性和慢性运动对不同组织器官的影响不同,在接受一定时间和强度的系统训练后,机体各组织内自由基代谢对运动产生适应性变化也不完全相同。大多数研究表明急性及大负荷运动会增加自由基大量生成,当自由基大量堆积超过机体抗氧化系统的清除能力时会破坏细胞结构,长期会导致疾病发生。慢性适度有氧训练可以增强机体抗氧化系统的防御能力,降低脂质过氧化水平［10,11,12］。因此要成功建立自由基导致的疲劳动物模型，要注意运动训练的负荷强度。

2.2针对“衰竭学说”的运动疲劳动物模型

衰竭学说认为疲劳的原因是体内能源物质的耗竭。如磷酸原储备或糖原储备的减少。在长时间运动中，产生疲劳的同时常伴有血糖浓度降低，当肌糖原被大量消耗时，运动能力就下降，这是长时间运动疲劳的重要原因。在激烈运动的30s内，肌肉中的ATP和CP大量消耗供能，其储存量明显下降；而以极限强度持续运动2-3min至精疲力竭时，CP的浓度下降至接近于零但不会为零。因此在造模时要考虑运动的强度和时间。并且同样的运动强度但不同的刺激手段对糖代谢的影响不同，机械刺激下，大鼠运动至疲劳及3小时恢复后血糖值变化不大；疲劳运动后即刻肝糖元下降，运动后3小时开始恢复；且运动疲劳即刻红、白肌纤维糖元含量之间有差异。而在电刺激作用下，疲劳运动即刻血糖值明显下降，恢复3小时后血糖浓度回升；疲劳运动后即刻肝糖元的下降水平大于机械刺激作用，运动后3小时仍未开始恢复，运动疲劳即刻红、白肌纤维糖元含量之间无差异［13］。

2.3运动性中枢疲劳的动物实验

人体连续从事负荷的运动，可使大脑皮层的兴奋与抑制过程之间的平衡性遭到破坏，造成过度兴奋或过度抑制，破坏了原有的动力定型，导致皮层下功能发生紊乱，从而引起各器官、系统的功能失调，因此产生疲劳。大多数学者认为，运动性中枢疲劳的发生机制是由于长时间中等强度的运动引起中枢神经系统出现保护性抑制所导致的［14］。李雪等对不同负荷运动的大鼠大脑皮质超微结构的影响的实验表明：过度训练可使大鼠大脑皮质微循环的超微结构发生改变,而大脑微血管的超微结构无明显变化;中等强度运动可以增加大脑皮质内微血管的数量和神经细胞内线粒体的数量,使脑微循环得到改善;大脑组织形态结构的改变可能导致大鼠大脑神经元功能障碍,进而引起运动性中枢疲劳的发生［15］。有研究表明，大鼠经大强度运动训练后，可抑制海马神经元bcl-2蛋白的表达而促进bax蛋白的表达，这可能是大强度运动训练导致大鼠海马CA1区神经元凋亡发生的基因调控机制，而中等强度运动训练可促使bcl-2蛋白的表达上升，抑制细胞凋亡［16］。要造成运动性中枢疲劳的动物模型，其训练方式必须采用长时间大强度的训练。

2.4中医理论在运动性疲劳模型建立中的运用

中医理论在运动性疲劳模型建立中的运用,为疲劳模型的建立开拓了新思路,不同症型的运动性疲劳模型的建立,将有利于辩证施治,便于不同组方的中药抗运动性疲劳作用的观察。但从文献查阅及检索的结果来看，目前尚没有系统建立起中医有关运动性各种症候的实验动物模型。

中医强调人体是一个对立统一的整体，健康状态则是阴阳平衡的结果，也就是说各脏腑、组织、器官处于一种动态平衡状态。它们在保持自身的平衡时，又通过气血在它们之间进行信息和物质的交流、协调和统一，从而形成整个人体的大平衡。运动作为一种外界的刺激施加于人体，根据运动参数的不同就会产生不同的影响，这种影响可能会打破局部的脏腑、组织、器官间的平衡，它们在继续维持或达到新平衡的同时会通过气血把运动刺激的信息传递到整个人体，让人体进行协调以维持体的平衡。如果运动刺激引起某脏腑、组织、器官失去平衡，并且超出了人体适应的范围，就会打破整个人体的平衡，使人的生理功能不能正常发挥而产生功能障碍，即发生了运动性疲劳［17］。大部分中医运动疲劳动物模型是建立在补脾肾和养肝血两方面的。肾为“先天之本”，肾藏精,主骨生髓,是体力产生的原动力和源泉；脾为“后天之本”脾主四肢肌肉,与运动关系密切。脾肾与运动性疲劳的关系密切,功能上又相互影响,所以补肾健脾类中药在消除运动性疲劳中被广泛应用［18］。现在模拟中医传统病因研制的脾虚动物模型一般分为单因素如苦寒泻下法［19,20］，饮食失节,饥饱失节法［21,22］,耗气破气法,劳倦过度法［23］等；复合因素如过劳饮食失节法，劳倦饥饱法，泻下-劳倦法等。其中和运动疲劳有关的动物模型多集中在劳倦过度法，但劳倦过度多采用劳倦装置振荡器使实验动物振荡，但与真正意义上的运动训练有所不同，和运动疲劳结合的较紧密的如曲长江的游泳劳倦运动［23］，还有如中药致泻结合递增负荷跑台训练［24］。其中动物脾肾虚的观察多以观察动物的体症状态为主，如肾阳虚动物模型临床症状较共认的表现为日益消瘦，活动减少，反应迟钝,肢尾湿冷，倦曲拱背,毛松便稀等［48］;脾虚动物模型其症状体症包括脾虚和气虚，如食量减少，大便稀溏，或便软，或腹泻，体重增长或缓慢或下降，或消瘦，倦怠懒动，眯眼，拱背，扎堆，毛色枯黄无泽，耳尾色淡等［25］。《素问六节藏象论》“肝者,罢极之本”,提示人体耐受和消除疲劳的能力与肝关系密切。中医学认为,血对人体具有极为重要的营养和滋润作用,它在脉中运行不息,不断地为全身各脏腑组织器官提供丰富的营养,以维持其正常的生理活动，肝具有主藏血的生理功能,对各脏腑组织器官起到营养调节作用,是人体各种机能活动所需能量的重要来源。所以加强肝主藏血的功能,可以提高机体的活动能力和耐疲劳能力，养肝血类药在消除运动疲劳中也常被运用。如含(五味子、当归、酸枣仁、木瓜各30g等)制成的“养肝柔筋方”，通过游泳至疲劳的运动方式，对疲劳大鼠肌糖原、血糖含量数据检测表明，该药可明显增强大鼠抗运动性疲劳的能力,其抗运动性疲劳机制之一可能是增加运动大鼠体内的糖贮备,改善其骨骼肌的能量代谢状况［26］。由石斛、牛膝、益母草三味中药组成的养阴活血注射液，通过力竭游泳运动后小鼠心肌、骨骼肌、肝脏组织超微结构显著受损，养阴活血中药的应用则使损害明显减轻。推测养阴活血中药保护超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性、阻止组织细胞脂质过氧化的作用与超微结构损伤的减轻密切相关［27］。

3运动性疲劳动物模型中存在的问题及思考

3.1运动性疲劳的判别是建立运动性疲劳模型的一个非常重要的问题。现在大多根据运动性疲劳时机体的外部体征的变化来判断运动能力下降,如一般状况的变化,包括体重、饮食、精神状况和自主活动情况等;运动时的姿势的变化,如跑台跑时蹬地情况、腹部与跑台的相对位置、游泳运动时头部没入水中的程度和时间;运动能力的变化,如采用刺激后仍跟不上所要求的运动速度等主观观察指标来判断疲劳的发生及疲劳的程度。但实际情况往往是在实验动物还没有发生外部特征变化之前,疲劳就已经产生了。单凭主观观察指标来评判运动性疲劳有一定的局限性。有必要在此基础上结合一些生理、生化客观指标来鉴别运动性疲劳及疲劳程度［28］。对于不同的供能方式为主的运动,可根据运动能力的限制因素来判断疲劳的发生。以糖酵解供能为主的运动,运动能力的限制因素主要是乳酸的堆积;强度为75%VO2max的有氧运动,运动能力的限制因素主要是肌糖原的耗竭,因而可以通过测定血乳酸升高、肌糖原的下降来判断疲劳的发生。慢性运动性疲劳动物模型,根据其疲劳积累、机能状态下降的实质,可使用判断机体机能状态的有关指标,如血红蛋白、血乳酸、血尿素、尿蛋白等,既要注意指标的相对独立性,又要考虑多指标的最佳组合。建立怎样根据不同方式、不同供能系统为主的运动来选择指标,合理组合,对运动性疲劳进行多指标、系统性综合评定,是一项复杂的工作,需要进一步研究。把握疲劳的外在表现,结合客观生理、生化评判指标,监控运动性疲劳模型的建立有益于模型质量的保证。对于客观观察指标的选用,不仅要注意它的可靠性、敏感性,还要把握其可测性、易测性，但在实际的运动性疲劳的动物模型建立中，很难去测试，且个体差异较大。如对运动大鼠血乳酸的测定中要找到其乳酸阈，需对大鼠进行运动中及运动后的多次采血，操作起来难度较大，对大鼠的伤害也较大，可能会影响大鼠的运动能力，对实验结果造成影响。从实际的操作中发现大鼠的耐受力很强，恢复比较快，所以找对动物运动疲劳的较敏感的生理生化指标十分关键。

3.2在建模过程中运动疲劳模型的运动训练方式多种多样，运动训练的强度和负荷更是多样。但很少有文献报道其选用此种运动强度和负荷的依据。但由不同的运动引发的运动性疲劳的机理和程度是不一样的,对机体的影响亦不同。因此选用何种运动强度和负荷与研究的目的和方向应密切相关。

3.3动物模型的普适性、可重复性和均一性是其质量所在,是判断模型成功与否的关键,若所建模型不能再现或不稳定,则不能被公认［28］。运动性疲劳动物模型建立的实验条件的控制是模型的建立中有很多非处理因素,包括实验动物的选用,其中,动物的品系、年龄、饲养、环境等应做到均一;有些实验条件,如跑台运动的刺激方法、泳池的大小、水深及水温的控制应尽量一致。这样严格控制实验条件,可以排除非处理因素对模型建立的干扰,使模型的建立更具科学性。

3.4目前有关疲劳的动物实验研究大部分是在力竭运动状态下进行的，这可能与动物的耐受力及恢复能力很强，很多生化指标在一般状态下反应不敏感有关。并且运动性疲劳的综合性、全身性、发生机制的复杂性导致建模过程中难以判断疲劳发生、发展和鉴定疲劳程度。为了便于判断，在大部分运动疲劳动物实验中多将疲劳发展到力竭状态，以便引起机体出现更明显的变化。运动疲劳强调疲劳导致的工作能力或身体机能的下降是暂时的，经过休息就可以恢复，但在运动疲劳动物模型建立的实验设计中，很少有安排一定的自然恢复时间，并对运动后即刻及经一段时间恢复后的生理及生化指标进行比较，来了解运动所致的外部表现的变化及生理、生化指标的变化是否是暂时性的、可自然恢复的。

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人体运动生物力学研究篇5

1前言

从科学发展史的视角看，对体育的研究始于本世纪之初，由于体育研究成果的不断积累，到了本世纪中期，体育科学已经发展成为一门独立的学科，在科学百花园中占有一席之地。嗣后，由于体育科学研究的不断深入，又派生了许多分支学科，至今，体育科学已发展成为一门包括众多分支学科、具有完整结构的综合性科学。本文在论述体育科学内涵和体育科学已有分支学科的基础上，对体育科学体系发展趋势进行探讨，以求教于同仁。

2体育科学的内涵

由于国内外学者对“科学”和“体育”的概念均有不同的理解，所以，迄今为止国内外学者对体育科学的定义没有完全一致的认识。国际体育情报协会名词术语委员会出版的《体育运动词汇》把体育科学定义为：“有关身体练习的全部知识，这些知识是同整个概念体系相联系并作为一种理论——它确定那些可以预见、评价和证实社会生活实践中生物学精神的效果的原则。……它的研究对象，是处在社会整体化过程中，借助于身体练习以求机体与心理得到改善并提高其社会效果的人。”（注：中国体育概论.中国体育概论编写组，1986.8）德国的《体育百科词典》认为：“体育科学是一个从单项学科的各个专业角度出发，专门针对体育运动及其分支的科学研究、学说和实践体系。它是一门联系实践的、由多种系统知识组成的综合科学。”（注：中国体育概论.中国体育概论编写组，1986.8）日本著名体育理论家前川峰认为：“体育科学是研究借助于身体练习而形成人的原则和法则，增进健康，发展身体和培养性格等所从事的科学。”（注：中国体育概论.中国体育概论编写组，1986.8）我国有的体育理论家则认为：“体育科学是研究各种体育现象和最大限度发挥人体运动能力和通过体育手段有效地提高人类健康水平的综合性科学。”（注：中国体育概论.中国体育概论编写组，1986.8）笔者认为，由于体育科学研究的主体是人，是处在各种身体练习状态对人的身体、智力、情感和社会所起的作用。所以，应当把体育科学定义为：研究和揭示利用体育的方法手段，全面提高，改善的发展人类身体，心理和社会特性的规律一类学科群，是一门涌有众多分支的综合性科学，属于人体科学的范畴。

3《中国大白科全书.体育》卷中对体育科学分支学科所列的条目及其划分。

1982年12月出版的《中国大百科全书.体育》卷（注：中国大百科全书.体育.中国大百科全书出版社，1982.12）（以下简称《体育》卷），是80年代初期以前各国科学家对体育科学研究成果的结晶，在该卷中对体育科学的分支学科列了12个条目，即体育学、运动学、运动动形态学、运动解剖学、运动人体测量学（即人类运动学）、运动局部解剖学、运动生理学、运动生物学（即人体运动力学，包含人体结构材料学、人体静力学、人体运动学、人体动力学）、运动生物化学、运动心理学（即体育心理学）、运动医学（含运动营养学、运动创伤学等）、运动训练学。同时，在“体育学”条目的释文中提到但未专列条目的体育科学其他分支学科、还有体育哲学、体育统计学、体育情报学、体育史、体育比较学、体育社会、学校体育、体育行政、体育管理。

4研究体育科学体系发展趋势应抓住两个基本点

随着现代科学技术发展，在体育科学体系中出现了许多新的知识生长点，处于孕育、萌芽状态的“潜学科”层出不穷，从而使体育科学体系结构不断扩大，迄今为止已大大超出《体育》卷中所记述的发展格局。

21世纪是科学高度发达的世纪，在这世纪之交的时刻，预测体育科学发展的趋势，正确认识体育科学体系中正在萌生和有待催生的分支学科，掌握体育科学体系发展的总趋势，对促进21世纪体育科学研究的繁荣昌盛和体育事业的蓬勃发展都是极为有益的。笔者认为，研究体育科学体系发展的趋势应抓住两个基本点。

4.1要从多视角、多层细化的角度研究体育科学体系发展的趋势

体育科学研究的对象是广义体育即体育运运或身体文化。广义体育包括了学校体育、竞技体育的社会体育三个领域，这三个领域都包含着极为丰富的内容，既要研究参与体育运动的人的生理、心理和社会方面的变化，又要研究全民健身运动、各个群体体育活动的组织、管理以及各项竞技运动的训练方法的手段、提高运动技术水平的举措等。从发展趋势看，体育科学研究对象必然会在上述领域不断细化，并且会由于研究方法的改善和科研成果的积累而不断衍生出新的分支学科。

4.2要从体育科学与其他科学相互融合和渗透的角度研究体育科学体系发展的趋势

从现代科学发展的历程看，自从本世纪中期以来，由于边缘学科、交叉学科不断涌现，逐渐填平了哲学、社会科学与数学、自然科学之间的鸿沟，不断显示出科学体系整体化、综合化的发展态势。体育科学研究的主体是人，人既具有社会属性的一面，又具有自然属性的一面，因此，体育科学研究既要借助于社会科学的理论的方法，又要与自然科学交融，顺应科学体系整体化、综合化发展的态势，使体育科学与哲学、社会科学、自然科学相互融合和渗透，并将相关学科的理论和方法引入体育科学研究之中，从而促使体育科学体系中新的边缘学科、交叉学科不断萌生。

521世纪体育科学体系发展趋势

按照上述的观点，笔者认为，21世纪体育科学体系结构将会不断扩大，其体系更加完善，许多正在萌生和有待催生的“潜学科”将会成为“显学科”，其发展态势将会以一般基础学科、对象分类学科、运动技术学科、人文社会学科和生物自然学科等5个学科群组为基点，不断发展和壮大，发展成为一个包括众多分支学科、自身结构完善、涌有庞大学科群的学科门类。具体分述如下。

5.1一般基础学科群组分化和发展趋势

一般基础学科是研究体育领域中各种一般性问题，为其他学科提供理论基础和研究方法的学科群组。

体育学在体育科学体系中的地位和作用，就犹如教育学科中的教育学一样。体育学的主要任务是对体育学科的各个分支学科进行全面的概括，研究体育领域中的基本理论问题，诸如体育的本质、功能，体育的特征、体育的目的任务、体育的原则、方法，以及体育运动的组织形式及体育发展战略等。《体育》卷中的“体育学”条目，将体育学定义为：“研究体育科学体系及其发展方向的一门学科。”（注：中国大百科全书.体育.中国大百科全书出版社，1982.12）

体育哲学是研究体育运动中有关哲学问题的学科，它的主要内容包括体育思想与哲学思想的关系，体育运动的科学观、生命观、自然观，体育锻炼和运动训练的辩证法以及体育科学研究方法论等，预料在21世纪将会得到进一步的发展。

在《体育》卷中，还提及一门将比较方法运用于体育领域的学科，称之为体育比较学。比较方法在体育比较学中的具体运用有多种形式，其中最基本的形式有两种，即纵向比较和横向比较。纵向比较是指对一个国家不同历史时期体育运动、体育事业的发展变化状况进行比较研究，掌握这个国家各个历史时期体育运动、体育事业发展和变化的状况；横向比较是指对同一时期不同国家体育运动、体育事业发展状况、发展条件以及取得的效益进行比较研究，研究的目的是了解各个国家体育运动、体育事业的差异，总结经验与教训，从中获得有益的启迪，为制定和实施体育发展战略提供理论依据，这门学科在21世纪也有很大的发展前景。体育情报学是情报学在体育领域中的具体运用，是研究体育情报系统的设计、应用和情报的组织、加工、检索的分支学科，通过体育情学的研究，可以为体育科学研究和发展体育事业提供大量的文献资料和准确数据，所以，各国学者也十分重视对这方面的研究。

5.2对象分类学科群组分化和发展趋势

体育科学体系中的对象分类学科群组是按照参与体育运动的人的群体类型所划分出来的一组分支学科。对象分类学科群中的学校体育学、竞技体育学、社会体育学是分别以面向在校学生的学校体育、面向专业运动员的竞技体育以及面向全社会成员的社会体育作为研究对象的。由于学校体育学长期以来一直是教育科学的有机组成部分，因此，这门学科已经具有深厚的理论基础，有其自身完善的科学体系。而竞技体育学和社会体育学，由于研究的起步较晚，近几年来在国内外虽然已有一些专著向世，但尚未形成自身严密、完整的体系，其理论基础也还不够完善，通过进一步深入的研究、必然会逐步完善，而且还会分化出一些次一级的分支学科。

教练员、裁判员在开展体育运动、运动竞赛中虽然不是主体，但他们扮演不可缺少的角色，在体育运动、运动竞赛中具有重要的作用。因此，在体育科学体系分化的过程中，创建以教练员为研究对象的体育教练员学和以裁判员为研究对象的体育裁判员学亦是21世纪的必然发展趋势。

5.3运动技术学科群组分化和发展趋势

运动技术学科群组是以人体运动和各个竞技运动项目、健身运动项目为研究对象的一组分支学科。运动学是这组学科中的基础学科，它主要是研究人体运动动作、运动群、运动流的产生、发展，人掌握运动动作和形成运动技能的生理机制等，从而为体育教学、运动训练、身体锻炼提供理论基础。

运动训练学是这组学科群中的重点学科，它主要是研究竞技运动训练的目的任务，运动训练的原理、原则、特点和方法，运动员在训练中的适应过程，运动训练过程中疲劳的产生和消除的方法，运动训练水平的测定，对运动员的思想教育等。同时，如何建立与市场经济相适应的运动训练体制，也是运动训练学所要研究的重要课题。随着竞技运动的迅猛发展，各国的专家、学者都非常重视这些方面的研究。

从体育科学体系发展趋势看，众多的竞技运动项目、健身运动项目都将会作为专门的研究对象，均可分化成为运动学中的分支学科。同时，有许多具有我们中华民族特色的传统竞技、健身、养生项目，我们也应当积极组织科研人员进行研究，在继承我国体育文化遗产的基础上，使其推陈出新，努力创建具有中华民族特色的相应分支学科，这对于弘扬中国传统体育文化和完善体育科学体系都是颇有裨益的。

5.4人文社会学科群组分化和发展趋势

人文社会学科群组是由于体育科学与人文社会科学中的有关学科门类相互渗透而形成的一组分支学科，它既是体育科学的分支学科，也是社会科学某些门类的分支学科，具有交叉、边缘学科的性质。

体育社会学是介于体育科学和社会科学之间的一门综合性学科，它主要是研究体育的社会现象，体育的社会属性与社会功能，体育的社会结构及其运行规律，体育在社会中的地位和价值，体育与社会政治、经济、文化等的关系，以及体育人才培养的社会基础与社会保障等。

体育经济学是研究体育与社会经济的关系以及体育领域内经济问题的一门分支学科，它主要是研究体育在社会经济发展中的地位和作用，发展体育的社会经济条件，体育经费的筹备与分配，以及体育经济效益的评价等，随着体育经济学研究的深入，必然会化分出体育产业经济学、运动会经济学等一系列次一级的分支学科。

体育美学是研究体育美的本质、特征和美的规律的学科，它研究的内容包括人在体育运动中的自然美与艺术美，体育运动对塑造人体美的作用，体育运动技术美、战术美的特征和规律，以及体育运动中的审美教育等。随着对体育美学研究的深入到21世纪亦将会分化出许多次一级的分支学科。

5.5生物自然学科群组分化和发展趋势

生物自然学科群组是由于体育科学与自然科学某些门类学科相互渗透而形成的一组边缘性分支学科。人是地球这个星球上进化程度最高级的生物体。人体运动是一种最高级的运动形式，但也包含了许多低级运动形式，体育运动是一种人体运动，因此，研究人体运动，必须充分利用机械运动、物理运动、化学运动、生物运动等已有的研究成果，也就是要借助力学、物理学、化学的某些理论和方法。由于力学、物理学、化学与生物学的交融和渗透，产生了生物力学、生物物理学、生物化学等边缘学科。体育科学引入力学、物理学、化学的理论和方法，直接来自于生物力学、生物物理学、生物化学，从而又派生出运动生物力学、运动生物物理学、运动生物化学等边缘、交叉学科。

运动形态学、运动生理学、运动医学是人体解剖学、人体生理学、医学在体育领域中的具体运用，随着现代科学技术的发展，学科之间的相互渗透和交融，运动生理学也必将会分化出许多次一级的分支学科，如运动神经生理学、运动消化生理学、运动血液循环学、运动气体交换学等。运动解剖学、运动医学中的许多次一级的分支学科也将应运而生。

体育生态学是在体育科学与生态学相互渗透和融合的基础上形成的一门边缘学科，这门新兴的边缘学科的主要任务是，研究体育运动与生态环境的关系，探索体育运动对人类生态环境的影响，以及生态环境对体育运动效果的作用，进而为改善人类生存的生态环境，提高运动技术水平和促进身心健康服务。上述这些生物自然学科21世纪都会有远大的发展前景。

人体运动生物力学研究篇6

关键词：探究学习；科学方法

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)3(S)-0031-3

任何时代，人们对真理的探求与认识总是与方法联系在一起的，真理的获得不可能在方法之外进行。在当今科技大发展的时代，方法论成为科学的中心问题之一。因此在物理教学中注意向学生进行物理学科科学方法的教育具有十分重要的意义。教材中蕴藏着丰富的科学方法因素，本人在教学中充分利用教材，引导学生亲自去观察、收集、整理、制作、试验、讨论、分析，亲身经历科学探究过程，学习科学研究方法。然后教师对物理学研究的常用方法进行必要地归纳与指导，如理想模型、理想实验、近似抽象的方法，观察和实验，分析和综合，归纳和演绎、类比和联想等等，结合物理学史上大量生动事例说明科学大师运用这些方法取得重要成果的过程对学生进行具体的科学方法的渗透。

在物理教学中传授科学方法比知识本身更具有指导意义，现代物理学的发展日新月异，科学知识层出不穷，不断更新，单纯的知识学习已不能满足社会发展和人的终身发展的需要，因此培养学生科学研究方法，提高他们探究能力是非常必要的。本人在教学中结合教材内容，在探究教学中引导学生亲自去观察、收集、整理、制作、试验、讨论、分析等，引导学生亲自经历科学探究过程，学习科学研究方法，注意全面提高学生的科学素养。

1引导学生主动思考分析、领悟理想化方法。

理想化方法就是借助于逻辑思维和想象力，有意识地突出研究对象的主要条件，完全排除次要因素和无关因素的干扰，在大脑中形成理想化的研究客体或相互联系，来探索物理世界内在奥妙的方法。在物理学研究中，理想化方法一般有如下三种形式：对物理条件的理想化；进行理想实验；建立理想模型。

①物理条件的理想化、理想实验

牛顿第一定律描述的是“不受力”这样一种纯理想的抽象情景，这是教学的重点，也是难点。突破难点的关键在于顺利实现以下思维过渡：

现实中受阻力情景所受阻力尽可能小不受力的理想情景。

这样设置教学情境可以帮助学生实现思维的飞跃，达到突破难点的同时，实现了能力的提升。

如图1所示，伽利略著名的斜面理想实验得出：如果没有摩擦，小球将上升到原来高度，当第二个斜面最终成为水平面时，小球将沿水平面以恒定的速度一直运动下去。

如何实现“阻力尽可能小”呢?想当年伽利略为了创设较为理想的实验条件，就曾在“…1604年，他设计了一个约5.5m，宽22cm的长木板裱上一层羊皮纸，并用铜球做实验”(高中一年级教材第38页)如图2所示。

现行可操作的实验手段是利用气垫导轨。呈现给学生一种新颖别致的景象：小小的滑块在有气源供气的导轨上可以来来回回运动相当长的一段时间，而且滑块的运动很平稳，如图3所示。

此时，教师一个导向性的问题可将学生的思维引向广阔的空间：如果导轨无限长，各种阻力足够小以至为零，将滑块轻轻一推，那么将会出现何种情景?

……

给学生一个短暂的想象的空间……

②建立物理模型是对于理想化方法的具体运用。

一般把理想模型分为三种。(1)实体理想模型。这种模型是建立在客观实体的基础上，根据讨论问题的性质和需要把客观实体理想化。比如，质点模型。(2)系统理想模型。所谓系统，一般泛指相互作用的物体的全体，如“力学系统”、“保守力系统”等。这种模型忽略了其他物体对系统的影响，而只研究系统内部物体间相互作用的规律。(3)过程理想模型。如匀变速直线运动，自由落体运动等。这种模型主要保留运动过程的主要因素，忽略次要因素。

在物理教学中建立物理模型渗透于很多知识领域内。下面以质点模型为例讲述如何在探究教学中让学生体会建模的过程。

教学中通过幻灯片展示人走路、火车行驶、飞机飞行等，让学生观察人走路时、火车行驶时、飞机飞行时，其各部分运动情况是否相同，提出问题：(1)假如研究人从家走到学校所需时间或所走路程有必要考虑人的胳膊、腿是怎么运动的吗?(2)火车行驶时，整个车身是前进的，但车轮和传动装置又在做复杂运动。假如研究火车从北京到上海的运动情况，有必要考虑车轮和传动装置的复杂运动吗?需要计较车长吗?再让学生结合生活中常见的运动，采用小组讨论、交流、思考、分析。这样学生会领悟到在研究物理现象和规律时，应突出主要因素，忽略次要因素。建立物理模型能使人们研究的物理现象变得简便，进程大大缩短，如果不分主次地考虑事物的一切因素，并不能因此得出精确的结果。相反地，甚至对最简单的物理现象的研究也会变得非常复杂或无法进行。

2引导学生从数学模型向物理情景迁移，理解物理图的意义。

图像是研究物理问题的重要工具与方法，用它描述物理现象与规律具有简洁、直观的特点。相对论之父爱因斯坦说：“我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系，它将具有最大可能的简单性。我们所谓的简单性，是指体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。”图像表示物理规律具有简洁美的特征。

学生对物理图像所表达的物理含义有时不好理解，比如，图4中的AB段表示物体静止，图5中速度的求法等。教学中应引导学生充分认识坐标轴所表示的含义，设置问题让学生分析、讨论，交流。比如：1、图4中图线是物体运动的轨迹吗?纵坐标、横坐标表示什么?2、图4中OA段纵坐标随时间而增大表示什么意义?OA段表示物体怎样运动?3、图4中AB段表示怎样运动，BC段又表示怎样运动?

学生通过观察图像、分析、交流，教师再归纳，图4中纵坐标s所表示的是质点在t时刻相对于t=0时刻初位置(或起点)的位移，OA段上各点相对于初位置的位移随时间的推延而增大，表明质点是向同一方向(沿直线)运动，AB段各点相对于起点的位移不变，表明质点是在这一位置保持静止，BC段各点相对于初位置的位移逐渐变小，表明质点反向运动。

图5中速度的求法是学生迷惑的地方，教材中的“点击”栏目中介绍了图线的斜率表示速度，但上海高一学生数学中还没学过斜率。教学中先让学生根据数学知识画出y=4x图像，如图6所示；再深入一步画出y=kx的图像，如图7所示；学生不难画出这个数学图像，再引导学生把横坐标的符号换成t，纵坐标的符号换成s，如图8所示；让学生比较图像分析，y=4x和y=kx中的4和k是比例系数，在图6中可以看出y是x的4倍，图7中y是x的k倍，在图7中k=tanθ，这就是图线的的斜率，同样在图8中图线对应的关系式为s=vt，v就相当于k，也就是图像的斜率表示速度。

这样层层深入，让学生自己动手画图，思考分析，从数学知识的基础出发体验从数学函数图像转换成物理图像的过程。促进学生正确理解物理图像所包含的物理规律和现象。

3通过实验探究自由落体运动，体会科学实验方法的重要性。

物理学是以实验为基础的一门基础科学，实验是物理学最基本、最重要的研究方法。“实验科学之父”伽利略创立的科学实验方法是人类思想史上最伟大的成就之一，科学实验方法标志着物理学的真正开端。伽利略主张用实验科学的知识来武装人们。他以实验方法为中心，把实验与数学方法，逻辑论证相结合，把物理实验方法发展到了一个全新的高度，使物理学走上了真正科学的道路。为了证实重物不比轻物落的快，伽利略亲自登上比萨斜塔做自由落体实验，做斜面实验时没有准确的计时工具，他就用自己制造的水漏计时，用自己的脉搏计时，努力摆脱当时实验条件简陋的束缚。

通过实验探究学习自由落体运动，让学生体验和学习伽利略所创立的科学实验方法，感悟科学实验方法在人类认识自然和应用中的作用,进一步探究自然界中存在的初速度为零的匀变速直线运动的规律。

在教学中我是这样设计的，设置一些问题，让学生根据所要研究的问题自己准备、选择实验器材，制定实验步骤，实施实验方案，处理实验数据，得出结论。比如，设置这样一些问题：

（1）物体下落快慢与物体自身的轻重有关吗?让学生自己准备一些器材，如相同的纸片，质量相同的纸片和钱币等，通过反复实验，又联系生活中很多常见的现象，让学生体会到物体下落的快慢实际上并不是与它自身的轻重有关，教师再做演示“真空管”实验，学生观察后更深刻地认识到如果没有空气阻力，轻重物体下落得快慢相同。这时教师再顺水推舟引出自由落体运动的定义。

（2）用打点计时器做物体下落实验，怎样观察落体运动的特点?自由落体运动有何规律?学生用打点计时器做物体下落运动实验，他们自己想出观察纸带上点的间距，可看出下落运动是加速运动，教师进一步提出问题：自由落体运动是匀加速直线运动吗?应该怎样研究?学生讨论、分析，根据已有的知识进行理论探究，从纸带上测出物体下落高度h，算出时间t，发现h和t2成正比，符合初速为零的匀加速直线运动的位移公式s=1／2at2，从而探究出自由落体运动是匀加速直线运动。

（3）教师层层深入提出问题：怎样求加速度g呢?有了前面的理论探究基础，学生会很快想出解决办法，从h=1／2gt2推出g=2h／t2。

这样学生通过自己探究可以领略到科学实验方法的过程，感悟到科学实验方法在探究自然规律中的重要性。

4在物理学史的学习中领悟科学方法。

新教材蕴含了大量的物理学发展史，物理学史也是对学生施加科学方法教育的好素材。物理学史已经充分证明，每一项重大发现往往都是各种物理科学方法综合运用的结果。让学生阅读物理学发展史，他们会为人类为了揭开自然规律奥妙而进行的令人兴奋的探索历程所折服，也可以从人类在发现自然规律过程中所形成的科学思想和科学方法得到深刻感悟。学生在进行问题研究过程中可以结合课本上的定理、定律用溯源的方法追寻科学家的足迹，从他们对世界的认识中得到启示。例如：上面提到的伽利略理想斜面实验，是把实际的实验与理论思想紧密结合起来形成的，用此方法导致了惯性定律的发现。笛卡儿创立了以数学为基础，以演绎法为核心的方法论思想。牛顿坚持以实验为基础，以归纳法为核心的方法论思想。爱因斯坦的方法论思想更具有深刻，精深的内容，他所创立的相对论集中体现了他的智慧与方法，不愧是科学史上的艺术珍品。结合物理学史的资料，介绍科学家们的科学方法思想，肯定会使学生变得更加聪明，因为“方法学就是聪明学”。

参考文献：