科技为体育插上翅膀（之三）

仅仅靠运动员和教练员的汗水取得优异成绩的时代已经过去，以科技手段促进成绩进步，标志科技体育时代的到来。各种现代科技理论，如系统论、信息论和控制论广泛应用到运动训练中。据俄罗斯学者统计，有150多项指标影响运动员成绩，分属遗传学、医学、形态学、营养学、生理学、解剖学、生化学、生物力学、组织学、管理学、教育学等不同学科。激光技术、电子技术、计算机技术等高科技的尖端技术在运动训练中得到广泛运用，从运动员选材到冲刺世界纪录无一不留下高科技的烙印。

　　

　　世界纪景因姿势而改变

　　

　　人类对运动极限的突破有时仅仅是改变一下运动姿势的结果！可千万不要小看了这些小小的改变，变化虽小，里面可包含了人体动力学、生物力学、运动仿生学等“多多”的深奥理论呢！

　　1896年4月10日是第一届奥运会男子百米赛跑决赛的日子，当时的短跑比赛并未规定统一的起跑姿势，因此起跑线上的5位选手各自拉开架势，准备出发。选手中，第四道，美国选手伯克的起跑姿势最为引人注目：他双手手心向下按在地上，两腿前后分开，两脚的地方挖了两个小坑，俯身弓腰，臀部高高抬起，观众对伯克标新立异的起跑姿势感到非常好奇，他们议论纷纷，哄笑不已，甚至有人认为照这样蹲着起跑非摔跤不可!但之后的事情让人们大跌眼镜：只见伯克第一个从起跑线飞出，最终以12秒夺得了冠军!

　　生物力学知识能给出伯克“蹲踞式”起跑姿势合理的科学解释。通过对蹲踞式起跑姿势和站立式起跑姿势的生物力学对比分析发现：蹲踞式起跑姿势和站立式起跑姿势中肌肉用力顺序是不相同的，蹲踞式起跑中水平支撑反作用力明显大于站立式起跑时的水平支撑反作用力，蹲踞式起跑时获得的水平后蹬力远大于站立式起跑所获得水平后蹬力，将使加速过程增快，能在较短的时间内达到最大速度。

　　伯克取得的巨大成功证实了蹲踞式起跑姿势的优越性和科学性，推动了这项技术的传播和普及，后来，经过不断改进和完善，蹲踞式起跑方法成为现代田径运动中短跑项目的统一起跑方法，人类的短跑世界纪录也在这种起跑的帮助下不断提高。

　　另一个因动作姿势改变而不断创造新纪录的经典事例发生在跳高项目中。从运动成绩的角度看，一部现代跳高运动史其实也是一部跳高姿势的演化史，跳高成绩的每一次飞跃都与运动员寻求更加科学的跳高姿势密切相关：1876年英国运动员布鲁克斯采用跨越式跳高姿势首先突破1.83米大关：1887年，美国选手佩基以改良过的剪式跳高姿势成功越过1.93米的高度；1895年，美国选手斯文尼斯以东方滚式跳高姿势创造出1.97米的世界记录；1912年，美国选手赫瑞尼采用西方滚式的跳高姿势成为世界上第一个跳过2米高度的人；1941年，美国选手斯蒂尔以俯卧式跳高姿势跳过2.11米……

　　1968年墨西哥奥运会上，在那个俯卧式姿势还占统治地位的时代，美国运动员理查德·福斯伯凭借自己创造的背越式姿势一举跃过了2.24米的高度，它距当时2.25米的世界纪录仅差1厘米。背跃式跳高姿势自然地利用了人体高度与弹跳的关系，只要脚有足够的力量和借助跑步的飞跃，人的头部能先越过去的地方，全身也能飞跃过去。这个符合人体工程学和人体力学原理的创新姿势使人类跳高的极限在此后几十年间上升了20厘米，达到2.45米。

　　结合运动力学和人体工程学原理的游泳姿势的改变使人类游得更快。早期的奥运会游泳比赛并不是像和今天一样按照不同泳姿分项比赛，而是只按比赛的长度来分项的，当时运动员以侧泳泳姿为主。在1912年斯德哥尔摩奥运会上，来自夏威夷的美国选手杜克·卡哈纳莫库首次采用了自由泳泳姿，结果他将100米泳的世界纪录整整提高了5秒。这个成绩在当时简直令人难以置信，赛后裁判们把他的游泳距离反复测算了4遍才承认成绩有效。从此以后，自由泳泳姿在全球普及开来。

　　让看惯了固定姿势运动的人接受新的姿势真不是件容易的事，但谁又能担保未来一个又一个有着科学依据的“怪异”姿势不会一次又一次地让人类的运动成绩更高、更快呢?

　　

　　世界纪录高原制造

　　

　　上世纪60年代，非洲的肯尼亚、坦桑尼亚等国的运动员开始了对国际长跑比赛的长期统治，由于他们居住和训练地都在东非高原，因此引发了人们对海拔高度与人体及运动成绩关系的关注。

　　正当人们纷纷推测在一定海拔高度进行训练将可能会有助于提高耐力运动成绩时，1963年，国际奥委会决定，第19届奥运会将于1968年在海拔高度为2240米的墨西哥城举行。高海拔使人们对生活在平原地区的运动员能否适应自然环境，能否发挥出最佳竞技状态表现出很大的忧虑。

　　不出人们所料，在墨西哥城奥运会上，果真有一部分运动员因不适应这里的高原环境而导致运动成绩不理想，然而令人难以置信的是，这届本不被人们“看好”的奥运会竟然“集中”诞生了一批“高龄”世界纪录：美国选手海因斯以9秒9打破男子100米世界纪录，这一纪录保持了15年之久；男子200米决赛中，美国选手托姆·史密斯以19秒8首破20秒大关，这一纪录保持的时间是11年：男子400米跑世界纪录被美国选手李·伊万斯打破，成绩是43秒86，它在10年之后才得以被改写：男子跳远比赛中，美国著名选手鲍勃·比蒙跳出“世纪一跳”——8米90，超出当时世界纪录整整55厘米，这项惊人纪录保持了23年，成为田径世界纪录中有数的几个“老资格”纪录之一，直到1991年才被美国名将鲍威尔打破。

　　在辉煌成绩之外，在奥运会结束后更发生了一些令人迷惑的事情：很多在奥运会时状态不佳的运动员，他们在回到平原地区后不久，竟然纷纷达到了本人的最佳竞技状态!

　　因为这些奇怪现象的发生，高原环境与运动成绩间的关系引起了人们深入的思考，人们由此发现了自然环境对运动成绩的影响以及如何利用高原环境对运动员进行特殊训练的新型训练手段。

　　物理学知识告诉我们，重力随高度上升而减小，高度每上升1000米，加速度每秒可提高0.3厘米。这样，从理论上分析，一些运动项目如果在高原上比赛，运动能力的发挥可能要更高一些。比如，根据弹道学计算原理，在相当于墨西哥城的海拔高度推铅球时成绩可提高6厘米，链球可提高53厘米，标枪69厘米，铁饼62厘米。另一方面，随着高度的增加，空气逐渐稀薄，空气阻力也随之减小。经测算，在1829米的高度，空气密度将减低19.9％：在2398米高度，空气密度将减低25.7％。空气阻力的减小对于短跑、跳远等项目有着“意想不到”的好处。

　　1984年，意大利体育记者吉奥·阿普雷里诺在一家体育杂志上发表了一项新颖独特的见解，认为在今后所有的大型比赛上，要将成绩、风速、体育场地海拔高度以及空气的温度、湿度和压力准确记录在案，然后研究制订出各项常数，以此来对选手的成绩进行换算，把那些有助于或妨碍运动员出成绩的各种因素除掉或加上。他的观点得到了一些物理学家和地理学家的支持，也引起了国际业余田径联合会的重视。1987年，在意大利罗马召开的国际业余田联成立75周年大会上，当时的国际业余田联主席内比奥罗将阿普雷里诺的这一建议提交大会进行了讨论。

　　现在，人们根据物理学知识，可以很容易地计算出影响田径运动员比赛成绩的各种天气、地理因素，并揭示出他们之间的关系。只要将比赛时的风速情况按照顺风、逆风分列开来，再列出比赛时的空气湿度、温度及比赛场地的海拔高度等影响比赛成绩的因素，将其与运动成绩的关系进行换算，就可以制成换算表格。按照这一方法，在任何时间和地点，在任何气候条件下创造的运动成绩，只要查对一下换算表，就可以知道其在外部极端标准下的真正成绩。如果把比蒙在创造“世界一跳”时的环境因素考虑进去，按照阿普雷里诺换算方法换算的话，那么比蒙这一跳的实际成绩应该修正为8.58米!

　　如果从地理学和人体科学的角度分析，利用高原环境进行运动训练也有着充分的科学依据。高原自然环境总的特点是低气压、低氧、风沙大、日照时间长、日夜温差大、太阳辐射量和紫外线辐射量及宇宙射线辐射量高。人体生理学研究表明，在海拔2000米左右的高原地带，运动员即使在没有训练负荷的情况下，有氧代谢系统仍要承受着一定的负荷，这样，经过一段时期，运动员的机体就会发生适应性变化，再加上进行系统训练，运动员机体内的血红蛋白、白细胞和血球容积等将大大增加，人体耐酸能力也因此得到相应提高，从而可以在短时期内迅速提高运动员的训练水平。

　　今天，高原训练的方法已经被广泛采用在备战奥运会的训练中。1992年巴塞罗那奥运会游泳比赛有一半以上共计93块奖牌的获得者都在美国海拔高度2134米的弗拉格斯塔高原训练基地训练过，1996年亚特兰大奥运会，金牌总数排在前八位的美国、俄罗斯、德国、中国等国家均在不同程度上派遣运动员在奥运会前进行了高原训练。

　　

　　计算机“算”出来的冠军

　　

　　体育科学研究者们普遍认为有两个变量能够帮助优秀运动员不断创造佳绩：一个是体育运动器材。另一个就是人类自己的身体。在传统的体育训练中，运动员运动技巧的改进主要是依靠教练员和运动员的自身经验，而当先进的计算机、高速摄影机、电子传感器等高科技设备进入体育领域之后，这种被动的局面发生了革命性的改变。

　　计算机在体育训练领域大显身手的第一个产物是对运动员的动作技术分析。20世纪70年代末，开风气之先的美国研制出一种指导投掷运动员进行训练的计算机系统，此系统能用高速摄像机拍摄下运动员的连续运动过程，并迅速进行数据处理，用图像反映出投掷物(标枪、铁饼)出手后几秒内的运动轨迹和状态，显示出加速度、速度、角度、角速度等各种运动参数，还能将实际参数与计算机的优化数据进行比较，指导运动员及时改进动作，进而提高成绩。

　　这套近乎“完美”的系统在实践中取得了极大的成功。美国铁饼运动员马克·威尔金斯在1976年奥运会前的最好成绩是66.78米，此后计算机专家和田径教练员利用这套系统对他的技术动作进行了“会诊”。计算分析后发现，威尔金斯的技术动作中有两处不合理，一是旋转时鞋与地面摩擦系数过大，消耗了一部分能量：二是膝关节支撑技术有点小毛病。专家们认为，如果这两条都能有所改进的话，威尔金斯保持的世界纪录还将能提高3米!之后，威尔金斯根据专家建议的方法进行训练，真的将自己保持的世界纪录由66.78米提高到70.86米!这个实例鼓舞了很多人，并由此产生了一个意气风发的口号“我们设计成绩”!

　　长期以来，选材的依据是教练员的眼光。而通常说来，眼光这东西富于经验性，缺乏科学性，或者说缺乏由科学性所支撑的预见性，难以判断那些不大起眼的男孩与女孩，日后哪一个会出落成翱翔蓝天的天鹅，因此，在奥运会历史中不乏“丑小鸭”的故事。

　　当计算机技术被广泛应用于训练领域后，单靠眼光和经验挑苗子的做法已经落伍了。从运动训练学角度来看，选材的实质就是根据基础数据指标做出预测，面对大面积选材来说，被调查对象成百上千，原始数据动辄上万，若用人工统计，工程量浩繁，而如果用计算机程序，在输入原始数据后，很快就能得到结果。计算机选材系统能够对被测者进行各种生理和心理的测试，为选择运动员提供摄氧量、神经类型、身高趋势、营养状况等科学指标，通过对各项指标的综合判定，决定取舍。

　　80年代末期，日本内海运动电脑公司在顺天堂大学体力测定研究室、运动生理学研究室、田径研究室等各研究室和东京大学医务电子研究室的指导下，研制出一种可以提供运动适用性诊断和训练处方的计算机。为了寻求运动的“适应度”、“可塑度”，研制中输入了曾参与东京和莫斯科奥运会的大约4000名运动员的体型和体能资料。使用者将自己的年龄、性别、身高、体重、胸围、反复横跳、垂直跳等12项资料输入计算机，屏幕上就会出现最适合你的运动项目是什么，其次是什么，再其次是什么的答复。

　　这家公司曾用这套系统对优秀马拉松运动员宗茂做了诊断。当时输入的资料是：身高178厘米，体重6l千克，胸围87厘米。反复横跳44次，垂直跳54厘米，背肌140千克，握力49千克，俯卧上体抬起56厘米，站立前屈11厘米，肺活量5320毫升。结果，屏幕上显示宗茂对28个项目的适应度和可塑度，而马拉松在28个项目中显出最高值，其次是竞走。说明宗茂如果选择竞走，也有可能成为优秀运动员。这种“选材计算机”在汉城奥运会上大受欢迎。

　　当然，真正的计算机选材决不像这个系统这么简单，它主要还是通过对被测试者的各种心理、生理指标进行分析，根据内定的标准和统计规律决定取舍或给出结论。(文章代码：0818)

　　

　　[责任编辑]常汝先