运动生物力学课程教学大纲08版.docx
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运动生物力学课程教学大纲08版
《运动生物力学》课程教学大纲（08版）
一、说明
（一）课程定义：
运动生物力学是研究体育运动中人体（包括器械）机械运动规律及其应用的科学，本课程介绍其中与体育运动技术（包括体育健身运动）最密切相关的部分，课程名称为“运动生物力学”。
（二）编写依据：
本大纲按照学院对本科课程教学改革的要求，以课程内容改革为中心，关注社会对体育专业人才的基本需求和特殊需求、全民健身、青少年体质健康等问题，并结合运动生物力学课程特点、我院体育专业学生的实际情况而制定。
（三）目的任务：
大学本科体育类专业学习运动生物力学主要是用于运动技术（包括体育健身运动）的分析和评价；分析运动技术是以采集到的运动技术数据为基础；评价运动技术是以人体运动基本原理为依据、同时以优秀运动员相关数据为参照。
这些知识除了可以用于竞技运动以外，还可以用于全民键身锻练、青少年健康锻练的动作分析和指导。
本课程适用于运动训练专业、以及其它体育类专业等。
（四）课程编码：
20080726。
（五）学时数与学分：
本课程36学时，2学分。
二、教学内容与学时分配
教学安排
教学基本内容
讲授
讨论
实践
实验
小计
第一章运动生物力学导论
4
4
第二章运动技术数据
6
4
10
第三章运动生物力学基本原理
8
2
10
第四章运动技术分析（选学基础知识及部分实例）
10
2
12
合计
28
8
36
注：
八个实验教学内容根据学生实际情况选择其中4项，占8个学时，并鼓励有兴趣的学生利用业余时间到中心实验室完成其它实验内容。
三、教学内容与知识点
第一章运动生物力学导论
知识点：
运动生物力学在体育学科体系中的地位和作用；运动生物力学四个基本概念（运动生物力学，运动技术原理（又称动作技术原理），最佳运动技术，运动技术分析（又称运动技术诊断））；运动生物力学的三个热点问题（运动技术分析服务于竞技体育，竞技体育的需求带动了相关仪器设备和测量技术的发展，全民健身体育为运动技术分析提供了更大的活动空间）；运动生物力学的五项基本任务（研究人体形态结构、机能的力学特性，为运动员选材提供依据；揭示运动技术原理，为有意识的利用人体运动规律提供支持；进行运动技术诊断，为体育参加者制定最佳运动技术解决方案；对体育器械进行力学性能测试，为优化运动器械提供力学依据；对动作结构进行受力分析，为预防运动创伤和促进康复提供辅助方案）；运动技术分析基本工作步骤专论。
第二章运动技术数据
知识点：
运动学数据对运动技术分析的意义（关节位置、关节角度、位移、角位移、速度、角速度、加速度、角加速度）；动力学数据对运动技术分析的意义（动力曲线、冲量）；运动学数据的采集及应用（影像测量原理，影像数字化基础，影像测量方法，影像测量相关问题讨论，运动学数据的其它测量方法）；动力学数据的采集及应用（力传感器，测力台，平衡台，足底压力鞋垫，电阻应变片的应用，动力曲线分析举例，步态动力曲线，跳跃动力曲线，投掷铅球最后用力动作曲线）；
实验教学：
实验一：
在图片上测算人体总重心；实验二：
运动技术录像解析教学软件的使用；实验三：
三维测力台测力实验；实验四：
人体静态平衡稳定能力的测定；实验五：
应变片粘贴实验；
第三章运动生物力学基本原理
知识点：
人体运动的基本形式（人体的线运动，人体的角运动，复合运动）；匀变速直线运动；斜抛运动；体育动作分析常用运动曲线（“运动轨迹”曲线，“速度-时间”曲线，“加速度-时间”曲线）；动量定理（含动量守恒定理）；动量定理在体育运动中的应用（投掷类,打击类，蹬伸类，缓冲类）；动量矩定理（含动量矩守恒定理）；动量矩定理在体育运动中的应用（定轴转动动作特点，定点转动动作特点，腾空后转动动作的特点，翻转动作类，相向动作类，扭转动作类，局部肢体绕关节转动类）；稳定性原理及其应用；流体力学原理及其应用（流体力学基本知识，伯努利定律，马格努斯效应）；骨受力特征（受力形式，人体承受外力极限能力的比较，肌肉活动对骨受力形式的影响，体育运动对骨结构的影响）；肌肉力学特征（肌肉力学模型、肌肉力量训练、肌肉松驰现象）；杠杆原理（人体杠杆分类，人体关节杠杆类型举例）；复杠杆原理；关节运动顺序性原理；鞭打动作原理。
实验教学：
实验六：
一维平衡板测量人体重心；实验七：
纵跳实验（肌肉松驰现象或惯性力现象）。
第四章运动技术分析
知识点：
运动技术分析的概念（运动技术分析或运动技术诊断，运动技术分析的作用举例）；运动技术要素；运动技术要素的数据形式及其作用（动作姿势，动作幅度，动作变化率，用力方式，力的作用效果，动作协调性，肌电图数据）；选用运动技术要素的要点（依据运动技术任务和特征选择要素，突出主要运动技术要素，各运动技术要素的优化组合）；划分运动技术环节（关键技术环节，技术环节相互联系）；确定运动技术分析的对象、地点和测量方法；数据处理与数据分析；运动技术分析中主要问题讨论（运动技术模式问题，运动技术诊断问题，技术训练的针对性问题）；主要体育项目运动技术分析举例（跑的运动技术分析；跳的力学原理及主要技术环节分析（跳远，跳高）；投掷运动技术分析；举重运动技术分析；竞技体操运动技术分析（含9个常用技术动作分析）；游泳运动技术分析。
实验教学：
实验八：
动态力的应变测试方法。
四、考核
（一）考核形式：
采用笔试答卷（闭卷）考试与平时学习情况相结合。
（二）成绩计算
采用百分制评分。
平时成绩占20％，实验教学成绩占20%。
平时成绩以任课教师上课和作业完成记录为依据进行量化后评分，要求不缺勤，听课认真，按时完成作业；实验教学成绩以实验报告为评分依据。
考试成绩占60％，以学生考试卷面成绩为依据。
五、教材与参考教材
（一）教材
《运动生物力学（运动技术分析与评价）》，刘北湘编著，成都：
四川科学技术出版社2008年2月出版。
（二）参考教材
（1）电子教材《运动生物力学（运动技术分析与评价）教学资源》，刘北湘制作，教材的随书赠品。
（2）《运动生物力学研究方法与实验》石玉琴等编成都：
西南财经大学出版社1995年1版。
（3）《运动生物力学》体育院校函授教材，石玉琴等编 北京：
人民体育出版社1999年12月第1版。
（4）《运动生物力学》体育学院通用教材北京：
人民体育出版社1990年第1版
实验一在图片上测算人体总重心
【实验目的】
1．了解在影像上测算人体总重心的基本原理。
2．掌握测算人体总重心的方法。
【实验原理】
首先选定人体模型，即把人体看着是由14—16个刚体环节组成的多刚体系统。
本实验选取布拉温-菲舍尔的14个刚体的人体模型。
再根据选定的人体模型，确定人体的惯性参数值。
应用合力矩定理：
合力对某坐标轴之矩等于各个分力对同一坐标轴之矩的代数和，计算出人体总重心的位置。
即
式中：
Pi为各环节的相对重量，xi、yi为各环节重心的横坐标和纵坐标，X、Y为人体总重心的横坐标和纵坐标。
【实验器材】
1．人体图片一张
2．直尺一把
3．计算器一个
【实验步骤】
1．在图片上建立直角坐标系OXY。
2．在实验报告纸上画好如下表格，并根据所选定的布拉温-菲舍尔人体模型，分别将其各环节重心至近侧端的百分比和各环节相对重量等人体惯性参数值，填入表格中的“百分比”栏和“环节相对重量”栏。
环节
名称
环节长度
环节重心至近侧端长
环节重心坐标
环节相对重量（Pi）
Pixi
Piyi
百分比
实长
xi
yi
头
-
-
-
0.0706
躯干
0.44
0.4270
上臂
左
0.47
0.0336
右
0.47
0.0336
前臂
左
0.42
0.0228
右
0.42
0.0228
手
左
-
-
-
0.0084
右
-
-
-
0.0084
大腿
左
0.44
0.1158
右
0.44
0.1158
小腿
左
0.42
0.0527
右
0.42
0.0527
足
左
0.44
0.0179
右
0.44
0.0179
合计
1.0000
3．在图片上标出人体肩、肘、腕、髋、膝、踝关节中心点的位置；用线段连接相邻关节中心点成“人体棍图”（踝关节和脚尖用线段相连）。
4．在图片上测量人体各环节的长度（以毫米为单位），并将数据填入表格中的“环节长度”一栏。
5．用人体环节的长度值乘以百分比值，得到实长值，填入表格中的“实长”一栏。
6．以人体近侧端关节点为起点，在环节连线上用“实长”值量取该环节重心的所在位置，并作上标记。
7．确定头和手的重心位置，并作上标记。
侧面观时，头的重心在耳廓上缘中点；正面观时，头的重心在两眉中间。
手的重心在中指的掌指关节处。
8．测量各环节重心的横坐标值xi和纵坐标值yi，分别填入表格中的xi栏和yi栏中。
9．用各环节的横坐标值xi和纵坐标值yi分别乘以相应环节的相对重量，将其乘积值分别填入表格中的Pixi栏和Piyi栏中。
10．将表格中所有的Pixi值相加，所有的Piyi值相加，分别填入表格中的“合计”栏中，合计栏中的两个数据就是人体总重心的横坐标和纵坐标。
11．根据人体总重心的横坐标值和纵坐标值，在图片上标定出人体总重心的位置。
【注意事项】
1．注意人体各关节点的位置判断，尽量减小位置判断误差。
2．测量工具的精度要达到mm级。
实验二运动技术录像解析教学软件的使用
【实验目的】
1.掌握运动技术影像数字化的基本方法。
2.掌握获取运动技术的运动学数据的方法，并会计算人体重心的位移、速度和人体关节角度、人体关节角速度等运动学参数。
【实验原理】
使用运动技术录像解析教学软件，可以解析出静态图片和运动技术影像中人体总重心的位置、人体总重心的速度、人体的关节角度和人体关节角速度等运动学数据。
下面分别介绍其解析原理。
（1）、人体总重心的位置
与在图片上测算人体总重心的原理相同。
（2）、人体的关节角度
两个相邻环节间的夹角就是人体的关节角度，因此通过两个相邻环节的三个关节点的坐标（三个关节点构成任意三角形），应用余弦定理便可求出关节角度。
例如：
假设肩关节坐标为（x1,y1），肘关节坐标为（x2,y2），腕关节坐标为（x3,y3），则肘关节夹角为
式中
（3）、人体总重心的位移、速度
根据摄像机的拍摄频率f及实际拍摄某一动作的运动技术影像的帧数N，可以计算该动作所用的时间：
。
XX文库-让每个人平等地提升自我根据计算出的第1张图片和第N张图片的人体的总重心位置坐标（X,Y），可以计算人体总重心在该动作过程中的位移、速度。
人体总重心在该动作过程中的位移量为：
其中
为第N张图片的人体总重心坐标，
为第1张图片的人体总重心坐标。
从第一张图片到第N张图片间的平均速度为：
（4）人体关节角速度
根据计算出的第1张图片的某一个人体关节角度
和第N张图片的同一个人体关节角度
，可以求出从第一张图片到第N张图片间该关节处相邻两环节的相对平均角速度为：
【实验器材】
1.计算机一台（需安装了运动技术录像解析教学软件）
2.静态图片若干张
3.运动技术影像一套
【实验步骤】
一、静态图片解析
1.启动计算机。
2.双击桌面上
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