楊博

【摘 要】體育運動中的許多動作蘊含著豐富的物理學(xué)知識，為了有效提升學(xué)生的運動能力和體育成績，體育教學(xué)中教師要善于結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的一些物理學(xué)知識進(jìn)行教學(xué)，這是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生體育成績的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】體育運動 物理學(xué)知識 融會貫通

【中圖分類號】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）33-0131-03

體育教學(xué)中有不少學(xué)生成績不理想，除了較差的身體素質(zhì)外，錯誤的動作習(xí)慣往往是影響運動成績提高的重要因素。中學(xué)體育教師在教學(xué)中要善于結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的一些力學(xué)、運動學(xué)知識，指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)動作，正確理解標(biāo)準(zhǔn)體育動作中蘊含的物理學(xué)知識，使學(xué)生知其然，更知其所以然，讓他們看到自己學(xué)過的一些物理知識在體育運動實踐中的具體應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教育教學(xué)效果，增強學(xué)生體質(zhì)。

下面是筆者在體育教學(xué)實踐中遇到的幾個普遍問題，從中可以看出這一觀點的合理性與可行性。

一 “老師，我們最怕800米、1000米測試，怎樣提高成績”

許多學(xué)生非常害怕國家學(xué)生體質(zhì)測試項目中的800米和1000米跑，總是詢問提高這兩個項目成績的秘訣。要提升成績和發(fā)展學(xué)生耐力素質(zhì)，提高學(xué)生奔跑中的有氧與無氧代謝能力當(dāng)然很重要，但教學(xué)訓(xùn)練中也常?？吹胶芏鄬W(xué)生跑步成績差，動作不理想，存在不少問題，這也是影響成績提高的重要因素。學(xué)生長期形成的錯誤奔跑習(xí)慣，要得到根本改變不是件容易的事，不從動作的力學(xué)原理上講清講透，學(xué)生很難真心配合老師改掉自己的毛病，提高體育成績。如跑步中上肢的擺動問題、下肢的蹬地問題、大小腿的折疊問題、上下肢的協(xié)調(diào)配合問題、身體重心的平穩(wěn)問題、速度的均衡性問題……這些問題大都能用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的一些物理知識加以解釋，有必要給學(xué)生講清楚。跑步過程中的身體運動包含兩種基本形式：一是身體整體的水平運動，二是上下肢分別圍繞肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的周期性擺動。如何提高肢體的轉(zhuǎn)動效率，推動整個身體實現(xiàn)合理高效的水平位移，這需要對動作的各個環(huán)節(jié)有正確的認(rèn)識。

跑步過程中支撐腿蹬地后，不少學(xué)生忽視小腿以膝關(guān)節(jié)為軸的積極折疊，小腿托著跑得既吃力又難看。對此，教師一味強求學(xué)生注意大小腿折疊，往往收不到好的效果，如果教師能夠結(jié)合學(xué)生已學(xué)過的力學(xué)知識，強調(diào)想要提高蹬腿后的前擺速度，縮短擺動腿的轉(zhuǎn)動半徑至關(guān)重要。因為積極折疊能有效縮短擺動腿的轉(zhuǎn)動半徑，減小擺動腿的轉(zhuǎn)動慣量，減少轉(zhuǎn)動阻力，加快下肢的擺動速度。因此，跑步蹬地后正確的擺腿方法是，小腿以膝關(guān)節(jié)為軸，腳后跟盡力向臀部靠近，形成有效折疊，學(xué)生理解了折疊的原理和意義后，改進(jìn)動作是很容易的。

跑步中上肢的擺動也非常重要，但很多學(xué)生不理解，總認(rèn)為跑步是用腿來跑，上肢的動作無關(guān)緊要。實際教學(xué)訓(xùn)練中，單純要求學(xué)生模仿正確的擺臂動作，重復(fù)練習(xí)，學(xué)生容易產(chǎn)生抵觸情緒，不愿重復(fù)單調(diào)枯燥的擺臂練習(xí)。若想得到好的教學(xué)效果，教師有必要結(jié)合學(xué)生所學(xué)的相關(guān)物理學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生觀察跑步過程中上下肢的擺動特點。學(xué)生會發(fā)現(xiàn)上下肢的擺動頻率驚人的一致，同側(cè)肢體的擺動方向相反，上肢的擺動幅度會與下肢的擺動幅度同步增加或同步減小。在此基礎(chǔ)上，提問學(xué)生跑步過程中下肢為什么會與上肢協(xié)同擺動？當(dāng)學(xué)生了解到，上下肢的同步擺動首先是維持身體平衡，其次是上肢正確有力的擺動產(chǎn)生的能量會不斷轉(zhuǎn)移到下肢，上肢有力的前擺與迅速制動，其產(chǎn)生的動量（矩）不會消失，會沿著身體軀干及下肢骨干這一運動鏈條迅速傳遞到地面，使足底對地面的作用力瞬間增大。根據(jù)牛頓第三定律，地面返給足底的支撐反作用力也會同步等量增大，使得蹬踏更有力，跑得更快。認(rèn)識到這些，學(xué)生自然會主動改正以往錯誤的奔跑習(xí)慣。

跑步過程中，也有不少學(xué)生上肢擺動雖然積極，但方法錯誤。譬如，上肢擺動時肘關(guān)節(jié)角度太大，擺動半徑過長，這樣的擺動阻力大、速度慢。根據(jù)跑動中上下肢同步運動的現(xiàn)實，如此擺臂會直接影響跑步時腿的擺動速度，進(jìn)而影響跑步成績。再如，上肢左右擺動幅度過大，上肢的擺動方向與下肢的擺動方向不一致，導(dǎo)致跑步時整個身體重心不穩(wěn)，身體產(chǎn)生較大的左右晃動，影響奔跑速度。如果把跑步的人體看成一個運動的質(zhì)點，身體左右晃動，質(zhì)點的運動軌跡必然是一條來回擺動很大的波形線而非直線，所以這樣的擺臂必然會使身體行程大大超過實際測試距離。教學(xué)中，教師可以找一些學(xué)生中典型的正反面范例，作為一面鏡子，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，改進(jìn)錯誤動作，提高成績。

在800米、1000米測試的過程中，還常?？吹接行W(xué)生頻繁變換跑速，忽快忽慢，教師應(yīng)明確指出這樣的跑法很費力，比勻速奔跑要消耗更多體力，并指導(dǎo)學(xué)生從牛頓第二定律中尋找答案。通過研究，學(xué)生們會發(fā)現(xiàn)頻繁變換跑速，實際相當(dāng)于頻繁改變身體的運動狀態(tài)，使身體不停地產(chǎn)生加速度，會額外消耗體力，這樣跑不如勻速跑更省力。

二 “老師，我立定跳遠(yuǎn)時怎么總是使不上勁，跳不遠(yuǎn)”

立定跳遠(yuǎn)成績的好差與很多因素有關(guān)，好的身體素質(zhì)當(dāng)然很重要，但符合力學(xué)原理的屈膝、擺臂、制動、發(fā)力更是立定跳遠(yuǎn)起跳的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。恰如跑步一樣，很多學(xué)生之所以跳不遠(yuǎn)，首先是忽視了起跳前合理的上肢預(yù)擺對立定跳遠(yuǎn)的重要性，總認(rèn)為起跳是腿上的事兒，沒有領(lǐng)會到大幅度快速擺臂與迅速制動的力學(xué)意義。亦如跑步一樣，上肢協(xié)調(diào)、大幅度擺動所產(chǎn)生的動量（矩），會在制動的瞬間沿著身體軀干及下肢運動鏈迅速地傳遞到地面，增加起跳瞬間足底對地面的作用力，同時獲得地面給予的超出體重兩至三倍的支撐反作用力，促使人跳得更遠(yuǎn)。這一用力過程包含了動量（矩）守恒定律和牛頓第三定律在體育運動中的經(jīng)典運用。

為了驗證立定跳遠(yuǎn)的快速擺臂與迅速制動，會導(dǎo)致學(xué)生體重瞬時增大的結(jié)論，筆者曾組織學(xué)生做了相關(guān)實驗，取得了良好的教學(xué)效果。取一個帶刻度指針盤的體重計，讓學(xué)生站在秤面上，要求他們仔細(xì)觀察靜立在秤面上與雙臂前后擺動時，秤盤指針讀數(shù)如何變化。通過實驗觀察，學(xué)生們清楚地看到靜立在秤面上體重是正常的，而站在秤面上雙臂擺動，秤盤的指針讀數(shù)會發(fā)生變化，體重會減小或增加。雙臂向著地面方向快速擺動，也就是下擺時秤盤指針迅速逆時針擺動，體重減?。浑p臂逆著地面的方向快速擺動，也就是上擺時秤盤指針會迅速順時針擺動，體重增加。擺臂的幅度越大、速度越快、制動越急，秤盤讀數(shù)的增加或減小的改變量越大，特別是雙臂逆著地面的方向由下向上加速擺動并突然制動時，制動的瞬時秤盤讀數(shù)會大過本身體重的三倍左右。通過這樣的實驗，學(xué)生認(rèn)識到有效的擺臂與快速制動對瞬間獲得支撐反作用力的重要性，自然重視起跳前的擺臂。當(dāng)然，擺臂、制動與起跳的銜接必須一氣呵成，不能脫節(jié)，否則再大的擺臂動量矩也難以轉(zhuǎn)化成有效的支撐反作用力。

在此基礎(chǔ)上，教師還要指出立定跳遠(yuǎn)相當(dāng)于運動力學(xué)中的斜上拋運動，提醒學(xué)生回顧斜上拋運動的拋射角度與拋射距離的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生注意立定跳遠(yuǎn)的起跳角度?？吹阶约核鶎W(xué)的物理知識有了用武之地，學(xué)生探究學(xué)習(xí)的熱情自然高漲。

三 “老師，我們班幾個人的百米速度都比他們班的選手快，而4×100m接力賽為什么總跑不過人家”

學(xué)校運動會前，九（1）班的幾個學(xué)生向我抱怨他們幾個的百米速度都比九（4）班的選手要快，但在前兩年的學(xué)校田徑運動會上，他們班的4×100米接力賽卻都敗給了九（4）班，很不服氣，想在初三的田徑運動會上“復(fù)仇”?；谒麄兊膶嵙?，筆者引導(dǎo)這幾位同學(xué)在接力跑的傳接棒上下功夫。首先提示他們，接力的關(guān)鍵就是要求下一棒能接續(xù)上一棒的“力”，簡言之就是要想辦法接續(xù)上一棒隊員的速度，盡可能減少傳接棒時的速度損耗。要順利實現(xiàn)這個目標(biāo)，傳接棒的隊員在傳接棒瞬間，在保持快速奔跑的同時須盡量減小傳接棒瞬間兩人的相對速度差，努力使傳接棒瞬間相對速度差為零，這樣傳接棒就會又快又穩(wěn)。為了使學(xué)生容易理解，筆者引導(dǎo)學(xué)生觀看飛機空中加油的視頻，同學(xué)們得出結(jié)論，要實現(xiàn)高速飛行狀態(tài)下飛機的空中加油成功，前提條件是要保持兩架相鄰飛機的相對速度差為零。同理，快速奔跑狀態(tài)下的傳接棒，瞬間速度差越小，傳接棒效率就越高越可靠。明白了這個道理，4×100米接力賽中，在20米接力區(qū)內(nèi)傳棒的隊員不再刻意減速，接棒隊員也不再被動地等待接棒，追求快速奔跑狀態(tài)下的速度差最小化接棒，使他們順利地戰(zhàn)勝了對手，“復(fù)仇”成功。

四 “老師，我怎么總是接不好球，接球時不是接不住就是總受傷”

在籃球傳接球教學(xué)中，許多學(xué)生抱怨接不住球，教師只是簡單強調(diào)苦練，效果往往不佳。對中學(xué)生而言，體育教學(xué)與訓(xùn)練中合理地引入一些力學(xué)原理是明智的。根據(jù)牛頓慣性定律，飛行狀態(tài)的籃球具有保持原有運動狀態(tài)的特性，接球者在接球的瞬間，要把每秒數(shù)十米飛行狀態(tài)中的球變成手中“聽話”的球，其加速度的改變量是很大的，如果沒有策略地生硬接球，球的沖力會產(chǎn)生撞擊效果，必然接不穩(wěn)，弄不好還會傷人?？茖W(xué)的接球策略是，面對來球伸手迎球，在球與手碰撞的瞬間屈肘，身體重心后撤做相應(yīng)退讓動作，拉長接球動作的線路長度，延長接球時間，緩解快速來球的沖力，減小來球的沖擊和傷害。這一接球過程是沖量定理在體育運動中的具體運用。

體育運動中這一定理的運用十分普遍，如跳遠(yuǎn)比賽中使用的沙坑、跳高項目中使用的海綿包、許多富于彈性的鞋底、拳擊手套及沙袋中的彈性填充材料等，這些都是為了延長兩個物體撞擊時力的作用時間，減小沖擊力，因為物體撞擊瞬間的沖力大小與物體動量的改變量成正比，與撞擊時的作用時間成反比。明白了這一原理，學(xué)生在足球、排球等很多球類運動的接球技術(shù)中能得以運用。球類運動的接球包括很多跳起落地的緩沖動作，由于重力作用從高處落下時，為了減小地面對人體的沖力，我們可利用下肢幾個大關(guān)節(jié)順次彎曲退讓緩沖，延長落地時地面沖力的作用時間，減小快速落地時地面對身體的沖擊力。所以，學(xué)好、用好動量定理和沖量的概念，掌握減小沖力的方法，不僅對體育運動本身的優(yōu)化，對體育運動中的自我保護(hù)也有很重要的意義。

綜上所述，在中學(xué)體育教學(xué)訓(xùn)練中，對一些體育動作原理的講解和錯誤動作的糾正，教師要善于結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗和物理學(xué)知識儲備，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真分析，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練熱情，培養(yǎng)學(xué)生運用已掌握的物理學(xué)知識解決實際問題的能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，這樣必然能夠取得事半功倍的效果。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕、汪二款〕