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高等運動生物力學 版權信息
- ISBN：9787030719775
- 條形碼：9787030719775 ; 978-7-03-071977-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高等運動生物力學 內容簡介
運動生物力學研究體育運動中人體運動力學的行為規律與機制，是力學和生命科學結合的前沿交叉學科。運動生物力學涵蓋了體育、生物、醫學、物理、材料、力學與工程等多個領域的學科，是體育學、力學、生物學、信息科學發展的新的驅動力和生長點。本書由緒論、運動生物力學研究方法、運動表現與技術的生物力學分析、運動訓練的生物力學、運動控制與協調的生物力學以及足與鞋的運動生物力學等六章內容構成，結合大量案例，深入淺出地闡述了運動裝備改良、運動損傷評估、競技表現提升與健康促進等相關內容，體現了各學科的交叉與融合。本書可協助讀者對運動生物力學學科前沿進行探索，進一步加強創新能力的培養。
高等運動生物力學 目錄
目錄
**章緒論1
**節運動生物力學概述1
一、運動生物力學的學科特性1
二、運動生物力學的學科任務4
三、運動生物力學的學習要求7
第二節運動生物力學學科發展歷程與展望8
一、運動生物力學的學科演變8
二、運動生物力學的學科展望10
第三節運動生物力學概念與理論11
一、運動生物力學的基礎概念11
二、運動生物力學原理12
三、人體運動的力學特征12
第四節運動生物力學研究方法13
一、運動生物力學信息收集13
二、運動生物力學數據采集14
三、定性與定量分析方法15
第五節運動生物力學研究內容16
一、人體生物力學參數16
二、骨、關節、肌肉、肌腱和韌帶生物力學17
三、運動生物力學的應用實例19
第二章運動生物力學研究方法22
**節運動生物力學研究方法的基礎知識22
一、人體測量23
二、運動學測量28
三、動力學測量39
四、肌電圖測量43
五、人體運動的生物力學建模與仿真48
第二節運動生物力學研究方法的應用52
一、人體肌肉骨骼系統動力學建模與仿真52
二、人體運動仿真軟件在運動生物力學中的應用57
三、有限元建模在運動生物力學中的應用62
第三章運動表現與技術的生物力學分析68
**節體能主導類周期性項目的運動生物力學——以賽艇為例68
一、賽艇技術的基本原理解構68
二、影響賽艇成績的生物力學因素70
第二節技能主導類隔網對抗性運動項目的運動生物力學——以網球為例78
一、網球發球的生物力學動作特征78
二、網球正手擊球生物力學研究80
三、擊球動作的運動生物力學分析81
四、網球發球運動定量評價分析與應用84
第三節體能主導類快速力量性項目的運動生物力學——以舉重為例87
一、舉重的動作技術階段87
二、舉重的運動學和動力學研究90
第四節體能主導類耐力性運動項目的生物力學——以越野滑雪為例94
一、越野滑雪技術95
二、越野滑雪技術的運動生物力學95
第四章運動訓練的生物力學102
**節運動訓練的生物力學基礎102
一、運動技術原理概述103
二、體育運動中人體基本動作結構特點及動作機制108
三、跑的技術原理113
四、跳躍運動的技術原理119
第二節肌肉力量訓練的基礎理論與應用124
一、肌肉收縮的力學特性124
二、肌肉收縮的生物力學性能與人體運動125
三、肌肉力量訓練的生物力學130
第三節核心力量訓練的生物力學理論與應用131
一、核心力量的概念131
二、核心力量訓練的意義132
三、核心力量訓練方法133
四、核心力量訓練內容133
五、核心力量訓練的合理應用時機134
六、核心力量訓練在應用中應該注意的問題134
七、核心力量對運動的影響135
八、核心力量訓練在競技體育運動中的實踐135
九、核心力量在體育項目中的應用136
第五章運動控制與協調的生物力學140
**節運動系統和步態140
一、運動的基本要求141
二、穩態步態特征142
三、步態周期的每個階段144
四、時間和距離因素144
五、穩態步態的運動學描述145
六、穩態步態中的肌肉激活模式147
七、穩態步態的關節動力學149
八、步態適應152
九、啟動步態157
第二節步態控制機制158
一、步態發生器159
二、中樞模式發生器160
三、下行影響161
四、肌肉骨骼對步態的影響163
第三節感覺系統與步態控制163
一、體感系統163
二、視力166
三、前庭系統166
第四節認知系統與步態167
一、穩定步態中的雙任務表現167
二、跨越障礙物過程中的雙重任務性能168
第五節樓梯行走170
一、上臺階170
二、下臺階171
三、根據感官提示的變化適應樓梯行走模式171
第六節雙任務步行的研究171
一、雙任務步行研究的概述171
二、使用手機行走對步態的影響173
第六章足與鞋的運動生物力學181
**節足部形態的生物力學研究181
一、基于統計形狀模型的三維足型建模181
二、裹足老年女性的生物力學研究185
第二節兒童青少年足部生長及力學功能對鞋具研發的啟示186
一、兒童青少年足部生長和力學功能與鞋具設計的關系186
二、相關研究概述187
三、研究結果的分析與討論207
四、研究的局限性和未來展望209
第三節運動生物力學實證研究對成人運動鞋研發的啟示210
一、運動生物力學實證研究與成人運動鞋研發的關系210
二、相關研究概述211
三、相關研究的啟示218
**章緒論1
**節運動生物力學概述1
一、運動生物力學的學科特性1
二、運動生物力學的學科任務4
三、運動生物力學的學習要求7
第二節運動生物力學學科發展歷程與展望8
一、運動生物力學的學科演變8
二、運動生物力學的學科展望10
第三節運動生物力學概念與理論11
一、運動生物力學的基礎概念11
二、運動生物力學原理12
三、人體運動的力學特征12
第四節運動生物力學研究方法13
一、運動生物力學信息收集13
二、運動生物力學數據采集14
三、定性與定量分析方法15
第五節運動生物力學研究內容16
一、人體生物力學參數16
二、骨、關節、肌肉、肌腱和韌帶生物力學17
三、運動生物力學的應用實例19
第二章運動生物力學研究方法22
**節運動生物力學研究方法的基礎知識22
一、人體測量23
二、運動學測量28
三、動力學測量39
四、肌電圖測量43
五、人體運動的生物力學建模與仿真48
第二節運動生物力學研究方法的應用52
一、人體肌肉骨骼系統動力學建模與仿真52
二、人體運動仿真軟件在運動生物力學中的應用57
三、有限元建模在運動生物力學中的應用62
第三章運動表現與技術的生物力學分析68
**節體能主導類周期性項目的運動生物力學——以賽艇為例68
一、賽艇技術的基本原理解構68
二、影響賽艇成績的生物力學因素70
第二節技能主導類隔網對抗性運動項目的運動生物力學——以網球為例78
一、網球發球的生物力學動作特征78
二、網球正手擊球生物力學研究80
三、擊球動作的運動生物力學分析81
四、網球發球運動定量評價分析與應用84
第三節體能主導類快速力量性項目的運動生物力學——以舉重為例87
一、舉重的動作技術階段87
二、舉重的運動學和動力學研究90
第四節體能主導類耐力性運動項目的生物力學——以越野滑雪為例94
一、越野滑雪技術95
二、越野滑雪技術的運動生物力學95
第四章運動訓練的生物力學102
**節運動訓練的生物力學基礎102
一、運動技術原理概述103
二、體育運動中人體基本動作結構特點及動作機制108
三、跑的技術原理113
四、跳躍運動的技術原理119
第二節肌肉力量訓練的基礎理論與應用124
一、肌肉收縮的力學特性124
二、肌肉收縮的生物力學性能與人體運動125
三、肌肉力量訓練的生物力學130
第三節核心力量訓練的生物力學理論與應用131
一、核心力量的概念131
二、核心力量訓練的意義132
三、核心力量訓練方法133
四、核心力量訓練內容133
五、核心力量訓練的合理應用時機134
六、核心力量訓練在應用中應該注意的問題134
七、核心力量對運動的影響135
八、核心力量訓練在競技體育運動中的實踐135
九、核心力量在體育項目中的應用136
第五章運動控制與協調的生物力學140
**節運動系統和步態140
一、運動的基本要求141
二、穩態步態特征142
三、步態周期的每個階段144
四、時間和距離因素144
五、穩態步態的運動學描述145
六、穩態步態中的肌肉激活模式147
七、穩態步態的關節動力學149
八、步態適應152
九、啟動步態157
第二節步態控制機制158
一、步態發生器159
二、中樞模式發生器160
三、下行影響161
四、肌肉骨骼對步態的影響163
第三節感覺系統與步態控制163
一、體感系統163
二、視力166
三、前庭系統166
第四節認知系統與步態167
一、穩定步態中的雙任務表現167
二、跨越障礙物過程中的雙重任務性能168
第五節樓梯行走170
一、上臺階170
二、下臺階171
三、根據感官提示的變化適應樓梯行走模式171
第六節雙任務步行的研究171
一、雙任務步行研究的概述171
二、使用手機行走對步態的影響173
第六章足與鞋的運動生物力學181
**節足部形態的生物力學研究181
一、基于統計形狀模型的三維足型建模181
二、裹足老年女性的生物力學研究185
第二節兒童青少年足部生長及力學功能對鞋具研發的啟示186
一、兒童青少年足部生長和力學功能與鞋具設計的關系186
二、相關研究概述187
三、研究結果的分析與討論207
四、研究的局限性和未來展望209
第三節運動生物力學實證研究對成人運動鞋研發的啟示210
一、運動生物力學實證研究與成人運動鞋研發的關系210
二、相關研究概述211
三、相關研究的啟示218
展開全部
高等運動生物力學 節選
**章緒論 學習目標： 熟悉運動生物力學的學科特征和學科任務，明確運動生物力學的學習要求和學習方法。 了解運動生物力學的學科演變與學科展望，明確運動生物力學的基礎概念，掌握基礎運動生物力學原理與力學特征。 掌握運動生物力學信息的收集途徑、數據采集與分析方法，明確運動生物力學研究內容，了解人體生物力學參數，骨、關節、肌肉生物力學及其應用。 生物力學（biomechanics）是應用力學原理和方法來解釋生物系統的結構和功能，本章主要講授運動生物力學的基本概述，包括運動生物力學的學科發展歷程，運動生物力學的概念及理論、研究方法與研究內容。通過本章 的學習，可以了解什么是運動生物力學、運動生物力學在體育運動中的應用，以及運動生物力學與其他學科之間的聯系。 **節運動生物力學概述 一、 運動生物力學的學科特性 運動生物力學是一門較為年輕的交叉學科，其理論及方法借助于力學、機能解剖學和運動生理學等相關橫向學科的理論與方法。在多學科相互交叉、融合之下逐步形成了運動生物力學這一獨有的學科。從運動生物力學學科 的研究對象、方法、手段和內容考察，其具有以下四個明顯特征。 （一） 研究對象的復雜性 運動生物力學的主要研究對象是人，人體運動是在一個不連續的多界面、多細胞結構、多功能的神經反饋作用下所進行的復雜的身體行為，同時也是具有情感意識的復雜生物材料系統。人體運動是由神經系統協調全身各器 官，并通過運動器官的活動直接完成運動動作的，與此同時，在人的意識控制下又進行了自覺的、有目的的、有意識的行為活動，通過人體神經系統的不斷正、負反饋使動作達到準確精細的程度。 運動生物力學主要探究的是人體的內部運動行為和外部運動行為。人體的內部運動行為包括肌肉、骨骼、關節和韌帶的力學特性及其對整體運動的約束，神經、體液控制的生物反饋系統對運動功能的影響及人體功能的代償 等；人體的外部運動行為主要包括人體運動的空間關系、時間關系、時空關系，運動狀態及其改變（Winter，1979）。運動生物力學研究的另一個重點是人體的內部運動行為與外部運動行為之間的因果關系。人體的本質是一個 開放的，具有自組織、自適應的巨系統，開放就意味著人體與所處環境存在物質和信息交流，而各個子系統的變化對整個巨系統的變化具有極其重大的影響。 （二） 研究方法的綜合性 研究方法是指在科學發展和研究中發現新現象及新事物，或提出新理論、新觀點，揭示事物內在規律的工具和手段。人們在從事科學研究的過程中不斷總結、提煉出*有效的研究方法，學科發展亦是如此。運動生物力學是 機能解剖學、運動生理學和力學的交叉融合，這就決定了研究方法的綜合性。運動生物力學的研究方法主要是牛頓力學所應用的方法體系，但由于研究對象復雜性所導致的人體的生物拒測性、人體動作的隨機性和人體功能的代 償性等生物學因素而受到制約。 牛頓力學是以牛頓運動定律和萬有引力定律為基礎，研究速度遠小于光速的宏觀物體的運動規律。其理論和方法基本適用于人體運動的外部力學規律的描述，但人體運動是一個極其復雜的系統集合，外部運動的力學行為是 由眾多內部力學行為綜合作用的體現。只運用力學的研究方法會面臨相當的局限性。例如，生物材料的黏彈性特征會使人體運動器系本構方程的建立遇到邊界條件缺乏可靠性的問題。又如，跳遠技術中，助跑、踏跳、騰空、落 地各個要素均可以通過運動學或動力學特征量加以描述，但各個要素*佳未必就是整體*佳，需要的是四個要素的協調與匹配。因此，通常是把整個跳遠技術看成一個系統，既單獨分析各個要素的力學特征，又綜合評價各個要 素之間的力學關系，目的是尋求整個動作系統的*佳化。人體運動器械的力學特性的深入研究必然涉及生物學領域，如肌肉的張力特性不僅與肌纖維結構和類型有關，而且與受神經系統控制的生物電特性有關，只運用生物學方 法會受到人體內部復雜性的限制，邊界條件難以確定，完全的量化研究幾乎無法實現，對結果進行正確性的檢驗也比較困難（Frontera et al.，2015）。因此，對人體運動力學行為進行研究時，力學研究方法結合生物學研究 方法就成為了運動生物力學必然的研究方法。 人體整體運動是由各個局部運動組合而成的，各個局部運動又是人體內部各運動系統綜合作用的結果。因此這種內部各局部運動之間的配合、協調乃至自動化，以及內部運動行為對人體整體運動結果的影響就顯得更為重要 。因此，系統研究方法也成了必然。系統研究方法是一種由“綜合”到“細分”再到“綜合”的研究方法，即從整體出發，先綜合，后分析，*后又回歸到綜合的方法，是可以把定性和定量有機統一的研究方法，不僅可以定性 地揭示系統的性質和功能，而且可以借助數學語言定量準確及可視化地描述整個系統的運動狀態和規律。 （三） 測量技術的先進性 任何一門發展相對完善的學科，必須具備兩個條件： **是要有自身比較完整的學科理論體系；第二是要有自身系統的研究方法，自然科學的學科尤其如此。但研究方法只是總體的指導思想，測量技術則是在研究方法指導 下的具體操作，是完成研究方法所確定的測量、分析和評價工作的工具，是一種硬設備。現代科學技術日新月異，尤其是電子學、機械學、材料學、光學、激光技術、傳感器技術、計算機技術等相關學科的飛速發展，為現代體 育儀器器材領域的研究提供了有力的技術支撐，并且該領域也正朝著一個新興的邊緣學科——體育工程學發展。1996年在英國謝菲爾德召開了**屆國際體育工程學術討論會，此后每兩年召開一次。在第二屆（1998年）討論會 上，成立了國際體育工程協會（International Spors Engineering Asociation， ISEA），在全球范圍內吸引了廣泛學者的參與。 現代測量技術通常都配套強大的分析技術，這在很大程度上依賴于計算機技術的進步，新的測量技術和分析技術的進步是進行新理論探索的有效途徑，運動生物力學學科的發展史表明，方法上的進展與測量技術的進步極大 地推進了運動生物力學學科的發展。通過體育儀器器材的研制，不僅可以提高運動訓練的效率和安全性，而且可以加速實現競技體育“更快、更高、更強”的目標。體育儀器器材主要包括比賽和防護器材、訓練與鍛煉設備、測 試及監控儀器。例如，1871年，伊 梅布里奇（E.May Bridge，1830—1904）使用按順序排列的24臺照相機拍攝了馬在奔跑時的連續照片，開始了運動學參數的連續測量；此后多臺高速攝像機同步系統、三維測力系統，以及攝 像機、測力臺同步系統的運用，人體運動能在三維空間上可視化呈現并獲得數字化反饋；雷達測速儀、激光測速儀和光纖測速儀的引入及應用，使人們可以迅速而方便地測量人體或運動器械的運動速度；X線片、肌電圖、熒光透 視等醫學影像技術的應用則打開了研究人體內部結構及運動行為內部機制的大門，將研究的“觸角”伸向人體運動自控體系領域；γ射線掃描技術和計算機斷層掃描（computed tomography， CT)技術的應用實現了活體環節質量 和質心位置的準確測量；國外公司研制的測力板具有4096個傳感器，可以精確測量人體步態運動中足底各個區域的受力及其變化（Karlsson et al.，2000）。隨著大量高端測試設備的廣泛應用，運動生物力學已成為體育科學 學科體系中科技含量較高的學科，運動生物力學的測量技術和分析技術將不斷進步。 （四） 研究內容的實踐性 運動生物力學是一門理論與實踐結合較為緊密的應用性學科，對競技體育、大眾健康和特殊群體等領域具有極強的實踐指導意義。**，在運動技術診斷、分析和評價領域的作用十分突出。不僅可以對優秀運動員的動作技 術做出生物力學診斷，從而幫助和指導運動員改進和完善運動技術，實現運動技術的*佳化，而且可以總結和提煉出符合運動技術力學原理的一般規律，以指導常規的運動訓練和體育教學。第二，在健康促進和特殊人群健身指 導領域的作用十分重要。不僅可以對普通人和特殊群體的基本活動進行生物力學評估和分析，以提出符合人體活動力學原理的標準動作規范，而且可以對一些肢體損傷或功能損失并需要康復的特殊人群（如殘疾人）的動作進行 生物力學診斷和分析，以制訂符合力學原理的康復及預防訓練手段（Gibson，2016）。第三，在設計和改進運動裝備領域的作用日益重要。關于競技體育運動器材，可以設計符合運動生物力學原理的訓練、測試、監控、比賽和 防護器材，以提高運動訓練的有效性和安全性，并有利于挖掘個體運動潛能，幫助運動員個體提升表現。關于全民健身器材，可以對健身器材，以及運動鞋、帽、包等日常健身用品進行符合生物力學原理的功能設計，使人與運 動器械之間的耦合程度達到*高。第四，在預防損傷與功能康復領域的作用日益突出。運動生物力學與骨傷科、矯治外科等學科的關系密切，可以通過人體環節參數，肌肉、骨骼、關節生物力學參數的測量與分析，幫助解決骨 傷科的臨床問題，為損傷預防與康復手段的選擇提供理論依據。除此之外，運動生物力學所研究領域的實踐性還體現在可以為運動選材提供有關身體形態和運動功能的測試指標與測試方法、特殊群體（如殘疾人）分級等，為運 動技術的動作創新和技術優化提供計算機模擬和運動仿真。 二、 運動生物力學的學科任務 （一） 運動技術改善 提高運動成績常用的方法是改進運動員的技術動作。運動成績可以通過多種途徑進行提高。高效的運動涉及神經肌肉的解剖學、生理學，以及心理學相關的多種能力。由于運動生物力學不僅要研究人體運動的表現形式和產 生運動的原理，同時也要研究影響人體運動的外界條件與運動技術的相互關系。運動生物力學根據人體的形態功能特點結合對運動場地、器材的改進，研究*合理、*有效的運動技術，以求達到*好的運動成績。動作技術改進 *常見的一種表現形式是教練員或體育教師利用生物力學的定性分析方法來改進運動技術的過程。另外，研究人員發現用新的或更先進的技術來提高運動水平時，需要使用生物力學定量分析方法來評定新技術，并與教練員或體 育教師溝通，指導他們在教學或訓練上推廣使用。 運動技術分析是競技運動的生物力學主要研究任務之一，對運動技術進行分析主要以以下4個步驟為主： **，確定所要分析的動作目標。第二，確定影響這一目標的生物力學因素。第三，確定這些因素與技術動作目標之 間的關系及影響程度。例如，標槍投擲項目的目標是投得遠，通過對該項運動特征的分析，了解到影響標槍投擲成績的直接因素包括標槍飛行的初始條件、標槍的參數和天氣因素；深層間接影響因素包括身體素質、形態學、技 術、心理等多重因素（Morriss et al.，1996）。第四，通過實驗手段測定影響運動技術分析目標的因素，以尋求改善動作技術的*佳方法及手段。 （二） 運動裝備設計 當今體育成績的提高與運動器材的發展密切相關。歷屆奧運會金牌之爭，在某種意義上也是高科技之戰，而運動生物力學理論與方法的運用在這一方面同樣起著舉足輕重的作用，它可以通過改良各項運動器材來幫助運動員 實現運動成績的提高。近年來，隨著“科技助力殘奧”理念的提出及殘疾人競技體育的快速發展，國內外聚焦殘疾運動員競技表現提升的運動生物力學研究不斷涌現。 科技助力表現受到了廣泛的關注。一個經典的例證就是撐竿跳高的變遷。當竹竿、金屬竿取代堅硬沉重、沒有彈性的木桿后，撐竿跳高的紀錄曾節節攀升。待到輕巧而富有彈性的玻璃纖維、碳纖維桿問世后，由于助跑速度 的增加和動能、勢能轉換效率的大幅度提高，撐竿跳高成績飛越性突破了烏克蘭選手布勃卡創造的6.14m紀錄（Linthorne et al.，2012）。Langelier 等（2013）設計了一款新型坐式滑雪器，加拿大越野滑雪隊在2010年冬殘 奧會的比賽中成功應用。該滑雪器能夠幫助運動員有效調整前后質心以避免向兩側偏移，這是滑雪動作控制和運動表現提升的關鍵因素，該坐式滑雪器設計同時能夠有效調
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