摘要：射门动作技术合理与否在很大程度上决定了是否得分，罚球射门动作是许多种射门技术动作的重要组成部分,因此对罚球射门动作技术的研究将对水球射门技术训练具有指导意义。采用三维定点摄像的方法，运用JVC-3000常速摄影机、视讯录像解析系统，对我国女子水球国家队8名运动员罚球时射门动作过程进行三维运动学分析。通过对射门时上肢动作技术的运动学指标进行分析研究，揭示了上肢在做罚球射门动作时的空间运动规律与特征，对我国女子水球国家队8名运动员的罚球射门动作技术特点进行了分析与诊断。
关键词：罚球射门；出手速度；肘角；腕角；水球
中图分类号：G804.66
文献标识码：A
文章编号：1007-3612(2007)07-0925-03
Biomechanics Analysis of Women Athletes' Penalty Throw Technique in National Water Polo Team
ZHENG Zhi-yi, LIU Hui
(Beijing Sport University, Beijing 100084, China)
Abstract:Whether shooting technique is reasonable or not in a contest determines the outcome of competition. Penalty shoots is an important part of shooting techniques, so it is important for the water polo training of shooting techniques to study the penalty shoot. JVC-3000 normal-speed camera and video film analysis system were used in this research. With the method of three-dimensional kinematical analysis, we analyze the technique of water polo women athletes' penalty shooting. Through kinematical analysis of upper arm movements, the study reveals the movement patterns and spatial characteristics of the technology. This research also finds advantages and disadvantages of their shooting techniques in order to provide reference for their training.
Key words: penalty shoots; release speed; elbow angle; wrist angle; water polo
在我国，水球是落后项目，女子水球国家队刚刚组建不久，在国际上名次很低，男子水球虽在亚洲称雄，但亚洲水球目前尚不足以与欧美洲强队抗衡。射门技术是水球运动的一项基本技术，同时又是一项关键技术，并且是水球运动中最复杂、难度最大的技术，特别是水球运动迅猛发展的今天，激烈对抗越来越强，在势均力敌的比赛中，射门成功率的高低常常成为决定胜负的关键，许多比赛只以一球定胜负，从而对射门技术提出更高的要求。本研究试图应用运动生物力学的研究方法，分析射门动作的主要环节，掌握影响射门技术的主要因素，揭示射门动作技术的基本规律和特点，为有针对性的进行训练和改进技术动作提供科学、客观的依据。
1研究对象与方法
1.1研究对象
试验对象为现役我国女子水球国家队8名运动员。平均身高达174.6cm，其他具体人体测量学数据如表1。
1.2研究方法
运用三维高速录像与解析系统对上述8名运动员罚球时大力射门动作技术运动学特征进行研究。
1.2.1录像系统
采用录像系统(包括两台录像机及一个三维标定框架)，录像拍摄频率为50fps。三维标定框架置于水中罚球线位置，标定框架的尺寸为2m×3m×2m，近一半的框架位于水面下，水面上共有12个标定点，能较好的使整个动作范围位于框架标定空间内。
1.2.2射门动作过程
射门动作于2006年1月11日在广西游泳中心水球训练馆进行。实验现场布置如图1。
录像机如图架设完毕后，用三维标定框架对运动范围进行标定。框架被拿开后，受试者在同一位置进行射门。正式射门前，受试者进行足够数量的射门练习(以需要为准)。正式射门时，运动员进行大力射门，同时进行录像三个大力射门动作。然后对下一名运动员进行如上程序的射门试验。
1.2.3录像解析过程
根据教练员目测，选取三次射门中最好的一次动作进行解析。每个射门动作定量分析水球离开水面至出手后3幅所有画面。录像分析采用视讯录像分析系统。解析点为：头顶点、胸骨下缘、左右肩、持球臂肘、持球臂腕、持球侧手及水球。
1.2.4运动学数据的计算
本研究中数据采用“视讯运动图像采集与分析系统”进行解析，应用Qtools及Execl软件进行数据计算及统计学处理。
本研究对关节角度的定义如下：
躯干扭转角度：某一动作过程左右肩连线在水平面的投影转过的角度。用来衡量身体扭转程度。
肘关节屈伸角：前臂与上臂间夹角。
腕关节屈伸角度：前臂与手之间的夹角。
关节角度运用Q-tools软件计算后，导入EXCEL进行计算分析。
2结果与分析
根据射门动作的运动学特征及其目的任务，可将射门动作分为两个动作阶段。
首先是超越器械阶段。该阶段运动员从水中提起水球，展开肩部，重心前移，球及持球臂位于躯干后方，形成背弓。该阶段以球与头水平距离最远时刻结束，该时刻为运动员最大超越器械时刻。
第二阶段是大力向前挥臂射门动作阶段。该阶段是受试者射门动作的关键阶段，受试者肩、肘、腕肢体各环节依次加速与制动，使末端环节(手尖)产生极大速度，最后转化为球的动能。
下面对受试运动员射门过程两个阶段的动作技术根据实验结果进行说明与分析。
2.1超越器械阶段动作技术分析受试者在超越器械结束时(相对向后引臂到极限点时)，腕关节成角平均约为153.4°肘关节平均约为105.8°。其中腕关节角度与Brucec.Elliott和JulieArmour所研究的女子运动员158°接近，但是肘关节却比其研究结果(85°)多出20°，接近他们当时研究的男运动员(107°)水平[5]。
受试者在相对向后引臂最大幅度时，球置于头上方平垂直距离均约0.173m，明显比Brucec.Elliott和andJulieArmour所研究的女子运动员(0.13m)大，接近了当时他们研究的男运动员(0.19m)[5]。这与受试者身体自然情况有关，为消除身高因素影响其距离，求得球与头在垂直方向上的距离与身高的比值，平均为0.099。在水平方向上头与球的距离平均约为0.45m。为消除臂展因素影响其距离，求得球与头在水平面上的距离与臂展的比值，平均为0.249(表3)。从表中可以看出，中国女子水球运动员在射门技术超越器械阶段相对向后引臂到最高点时肘关节角度及这两个指标更接近当时国外水球男子动作幅度，但腕关节角度相对当时女子指标还小。
本研究测算了受试者躯干扭转角度。发现受试者身体向后扭转平均约24.42°。而在大力向前挥臂动作阶段时，身体平均转过了101.8°(表2)。
受试者躯干扭转动作的幅度可在一定程度上说明其超越器械的程度与技术特征。从表中数据可以看出，高翱、郑颖和莫凤敏躯干在超越器械阶段向后扭转幅度很小，而其他5名选手的扭转幅度则非常大。造成这种差异的原因在于运动员初始位置不同，观察她们的技术图像可以看出，高翱刚开始拿球时身体已经侧对球门，而马欢欢的初始身体为面对球门。根据肌肉工作的生物力学原理可知，肌肉被动的离心收缩可以在拉长的肌肉中储存弹性势能，并产生牵张反射，进而在后继向心收缩过程中转变为动能，加快动作速度，提高动作质量。因此，面对球门的初始姿势可以使躯干有充分后旋的空间，肌肉被动拉长，有利于提高躯干向前扭转射门过程的动作速度。而侧对球门的运动员躯干肌肉没有或很少拉长，后继的射门动作则只有肌肉向心收缩产生的力量。但是，侧对球门运动员由于没有躯干后旋动作，使得整个射门动作的时间短，可使对手来不及防守，出其不意而得分。
从表3数据还可以看出，受试者躯干向前扭转角度的差异并不明显。这说明，不管是侧对球门还是面对球门，运动员躯干都将尽量大幅度向前扭转，增加投掷用力的距离，从而增加出手速度。
2.2大力向前挥臂射门动作阶段
此阶段是受试者射门动作的关键阶段，是受试者肩、肘、腕肢体各环节依次加速与制动,使末端环节(手尖)产生极大速度的动作过程，并最终转化为球的动能。该动作类似人体鞭打动作。上肢鞭打动作的主要目的是使末端环节获得最大的速度。为了达到这一目的,躯干和上肢各环节不但要尽力向投掷方向运动,而且必须协调配合。因此,运动员在做鞭打动作时,各肢体的运动形式必然表现出一定的配合特征即时序性。如图6所示受试者高翱的数据图，可以看出,该受试者肩、肘、腕依次加速，制动，使得动量依次通过上肢各环节最后传递到球，发挥出较高球速。如果这个时序性被打乱，必将影响最后球的出手速度。这个时序性，不仅与各个转动中心出现最大速度的时间先后有关，还与其时间间隔相关。如表4所示，研究发现孙雅婷时序性好，且各环节出现最大速度间隔大，表明其作用时间长，最后出手速度也最大。而只有受试者于雪肩最大速度出现在肘最大速度之后0.02s。可能这个原因使得其出手速度较其他受试者都低。这也说明了鞭打动作个环节依次加速、制动的时序性的重要性。
从表4中还可以看出,各环节动作达到最大速度的时间间隔非常小，都小于0.1s，这与其他研究者的结论[7]是一致的。这提示我们上肢鞭打动作各环节的配合需要十分的精确。因此对这些项目的运动员不但要进行肌肉力量的训练,还要有专门的方法训练各环节的动作协调与配合[7]。本研究建议受试者于雪可专门训练动作的协调与配合。
本研究统计了受试者手尖最大速度出现时刻与出手时刻的时间差，平均为0.015，有四个受试者是在出手时同时手尖达到最大速度。
本研究还统计了受试者出手前躯干在垂直轴上的位移范围，平均为0.269m(国外可达0.5～0.8m)[5]，通过对受试者躯干在垂直轴上的位移与出手速度进行相关性研究，发现其相关系数为-0.072。说明对于高水平运动员，球的出手速度与身体在垂直方向上的位移不存在明显的相关性。这个结论与BrucecElliott和andJulieArmour所研究的结论一致，表明出手速度与身体在垂直方向上的位移无明显相关性。但是鉴于身体在垂直方向上的位移越大，越容易越过防守对方，加大射门的威胁，所以本研究还是建议在不影响球速的条件下尽量增加身体在垂直方向上的位移。
在出手前0.22s阶段内，本研究发现孙雅婷与其他几个受试者腕关节表现不一样，如图7所示，孙雅婷在出手前0.04s时明显有一个压腕动作，即腕关节角度从原来的伸的状态变到曲的状态，而其他受试者都没有做到这点，其腕关节都是始终是伸的状态，虽然也有压住腕的动作，即腕关节角度始终是处于伸状态，其角度是在增加，但是只能描述成是顶住腕，而没有出现有扣腕动作，其中受试着莫凤敏在出手前0.08s已经达到最大值，之后开始减少，似乎表明该受试者在射门前0.08秒时塌腕了[3],在水球的训练中要求运动员在出手时要压腕，最后是手尖拨球，类似于投掷铅球时的拨球动作，但本研究所的的数据表明除孙雅婷外其他受试者没有充分用到腕关节来加速球，没有完全把动量传递给球，使得球没有达到可能的最大速度。
研究统计了受试者出手速度平均约为18.82m/s。这个水平已经接近BrucecElliott和andJulieArmour所研究的男子水平(19.1m/s)，他们研究的女子水平为14.7m/s[5]，但此数据是1988年的。从国际泳联的官方网站上看到，2005年国际最高水平接近22m/s。
3结论
1)水球大力射门动作技术特征为鞭打类动作。因此可将鞭打动作的基本理论作为水球射门动作技术的理论基础。
2)超越器械阶段，躯干跃起高度虽然与出手速度无相关性，但是为加大射门威胁，提倡尽可能加大跃起高度。面对球门的初始姿势可影响到躯干肌肉完成拉长－缩短活动，躯干向前扭转的速度。
3)大力向前挥臂射门动作阶段，该阶段是鞭打动作的实现关键阶段，动作的好环很大程度上决定了出手速度。该阶段个动作时序性很重要。出手时的压腕动作很重要，它是用力的最后一个环节，与投掷铅球的“拨球”动作类似。
4)受试运动员为中国国家队现役队员，从对测试结果的分析显示她们射门动作技术已具有较高水平，但也存在许多不足，主要表现为：①普遍存在射门时跃起位移小，射门威胁不大。②小部分受试者鞭打动作时序性不好，影响了出手速度。③大部分受试者出手瞬间末端环节没有发上力，扣腕动作没有做好，只是把球推出去。
参考文献：
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