人體科學在體育素質(zhì)能力培養(yǎng)中作用
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摘要:現(xiàn)如今對高校學生的素質(zhì)評價不僅僅局限于學習成績，而是囊括了學習、實踐能力、身體素質(zhì)等方面的綜合評價。運動人體科學對人體和體育運動之間的關系進行研究，使人們能夠科學、健康的進行體育活動。研究將運動人體科學與高校體育素質(zhì)培養(yǎng)相結合，旨在提高高校學生的體育素質(zhì)能力，培養(yǎng)人才。實驗結果顯示，基于運動人體科學的體育素質(zhì)分析模型可以很好地將學生的體育素質(zhì)進行權重分類，并借此進行針對性的轉(zhuǎn)向素質(zhì)培訓，此外通過對高校中的學生測試結果顯示，參與測試的10名學生在接受實驗前的運動損傷人數(shù)平均每周3人，而實驗后的運動損傷人數(shù)下降至每周0．29人。以上結果證明，運動人體科學在高校體育素質(zhì)能力培養(yǎng)中能起到關鍵性的作用，能夠有效指導學生針對性進行素質(zhì)培養(yǎng)，避免受傷，提高學生的體育素質(zhì)。
關鍵詞:運動人體科學;體育素質(zhì);素質(zhì)培養(yǎng);體育運動
前言
經(jīng)濟高速發(fā)展，我國人民的生活質(zhì)量也隨之在不斷提高，越來越多的人開始重視身體健康。在此背景下，高校學生的體育素質(zhì)能力也越來越被重視，成為衡量人才的重要指標之一［1］。高校體育教學是提高學生體育素質(zhì)的重要途徑，能夠使高校學生身心全面發(fā)展，提高身體素質(zhì)和心理素質(zhì)［2－3］。運動人體科學包含了運動生理學、運動生物化學、運動康復學、運動解剖學等知識，能夠指導運動者科學、健康地進行體育鍛煉，避免受傷，進而提高體育素質(zhì)和身體素質(zhì)［4］。研究將運動人體科學融入高校體育素質(zhì)培養(yǎng)，提升高校學生的體育素質(zhì)能力。研究結果表明，運動人體科學能夠有效地培養(yǎng)高校學生的體育素質(zhì)能力，提高學生的身體素質(zhì)，促進學術全面發(fā)展。
1基于運動人體科學的高校體育素質(zhì)培養(yǎng)系統(tǒng)設計
1．1運動人體科學在體育素質(zhì)培養(yǎng)中的機制分析
在人體運動科學基礎上進行體育素質(zhì)能力的培養(yǎng)，也就是針對人體上下肢運動素質(zhì)的培養(yǎng)，上下肢運動素質(zhì)中包含了力量素質(zhì)、速度素質(zhì)、耐力素質(zhì)、靈敏素質(zhì)以及韌性素質(zhì)［5－6］。本次研究利用人體運動科學來對測試者的上下肢運動素質(zhì)進行分析，以此建立良好的體育素質(zhì)培養(yǎng)體系。通過動作實驗的形式完成對人體上下肢運動素質(zhì)的分析，即基于運動人體科學對常見的運動動作進行分析和練習，如仰臥起坐、俯臥撐、引體向上等。運動動作分析能夠使學生在進行某個動作時，充分了解到關節(jié)的運動形式，以及哪些肌肉參與了該運動，和肌肉的工作性質(zhì)、肌肉工作的固定條件［7－8］。具體內(nèi)容為:對初始動作進行描述;劃分動作階段;對各個運動動作中的運動環(huán)節(jié)和運動情況進行描述，并分析運動時原動肌的工作情況;綜合評價各個動作。通過設置途中跑分析模型來對人體上下肢的運動素質(zhì)進行探究，分析模型見圖一。如圖一所示，對上肢手臂的主要動作進行分析，則能分解為上肢前擺動作和上肢后擺動作;對下肢腿部的主要動作進行分析，可將途中跑分解為后蹬、折疊前擺、下壓以及著地緩沖等4個單動作。對后蹬動作和折疊擺動作進行分析，后蹬動作時，人體能夠獲得向前的力，蹬地力量越大，蹬地的動作幅度越大，步幅就越大，角速度也相應地增加，跑速就越快。后蹬動作階段，參與工作的原動肌主要是環(huán)節(jié)運動方向同側(cè)的肌肉群，如臀大肌、股后肌、臀中肌等;這些肌群爆發(fā)式向心收縮，使人能夠產(chǎn)生加速度運動。此外，肌群的收縮導致髖關節(jié)舒展，骨盆后傾并隨著臀中肌和臀小肌的收縮發(fā)生同側(cè)轉(zhuǎn)動。折疊擺則是由多個動作組合而成的復合動作，有繞髖關節(jié)的轉(zhuǎn)動和人體向前的平動。在擺動的過程當中，大腿的擺動可分為前擺和后擺。在進行后擺動作時，股后肌群固定，小腿彎屈，并隨著大腿的向前擺，形成一個科學的大腿和小腿的折疊動作，減小大腿進行前擺動作的轉(zhuǎn)動半徑，增大角速度［9］。根據(jù)轉(zhuǎn)動定律，則有公式(1)。M=I·β(1)在公式(1)中，M表示轉(zhuǎn)動力矩;I表示轉(zhuǎn)動慣量;β表示轉(zhuǎn)動角加速度。其中轉(zhuǎn)動慣量的計算方式如公式(2)所示。I=m·r2(2)公式(2)中，m表示轉(zhuǎn)動物體的質(zhì)量;r表示轉(zhuǎn)動半徑。轉(zhuǎn)動力矩的計算方式如公式(3)所示。M=F·r(3)公式(3)中，F(xiàn)表示使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。聯(lián)立公式(1)、公式(2)和公式(3)，則有公式(4)。F=m·r·β(4)根據(jù)公式(4)可知，大腿繞髖關節(jié)轉(zhuǎn)動，當屈髖肌群的收縮力固定，下肢質(zhì)量不變時，大腿的轉(zhuǎn)動半徑與角轉(zhuǎn)動加速度呈負相關，因此對大腿繞髖關節(jié)的轉(zhuǎn)動半徑進行調(diào)整能夠有效地提升短跑速度。
1．2基于人體運動科學的體育素質(zhì)模型建立
本次研究以高校體育為背景，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡從高校大數(shù)據(jù)中提取學生運動數(shù)據(jù)，并通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的分類功能將所有的運動數(shù)據(jù)進行分類［10］。為了降低卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練時間，同時保證計算正確率不變，針對訓練函數(shù)提出了分數(shù)階處理節(jié)點理論，減少了訓練時間。分數(shù)階具有記憶性和遺傳性，本次將Sigmoid作為訓練函數(shù)來進行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡中的生物神經(jīng)元特征模擬，其表達式為:f(x)=11+e－x(5)式(5)中的x表示訓練時間，訓練函數(shù)的一階導表示為式(8)。f＇(x)=e－x(1+e－x)2(6)從式(6)中可以看出，當x為0時，函數(shù)出現(xiàn)極大值，函數(shù)不存在陡峭的波形，也就表示得不到快速收斂，訓練函數(shù)的0．5階導數(shù)如式(7)所示。D0．5f(x)=1Γ(0．5)∫x0f(1)(t)(x－t)0．5=1槡π∫x0e－t(x－t)0．5(1+e－t)dt(7)通過式(7)，可以看出在x接近0或1時的收斂速度遠快于一階導數(shù)，可以大大降低網(wǎng)絡的訓練時間。將運動數(shù)據(jù)經(jīng)過預加重之后導入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分析模型中，數(shù)據(jù)識別過程見圖二所示。圖二中顯示，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡將從高校體育大數(shù)據(jù)庫中將多項關于學生的運動數(shù)據(jù)進行整理，其中包含了文本信息、圖片信息以及視頻信息。隨后將多個數(shù)據(jù)輸入到卷積層，經(jīng)卷積層進行特征識別，最后在輸出層設置五個神經(jīng)元，分別是量素質(zhì)培訓神經(jīng)元、速度素質(zhì)培訓神經(jīng)元、耐力素質(zhì)培訓神經(jīng)元、靈敏素質(zhì)培訓神經(jīng)元以及韌性素質(zhì)培訓神經(jīng)元。通過分類的方法將卷積層處理后的運動數(shù)據(jù)分別輸出到不同的輸出層，輸出公式見式(8)。Ti，k=θ∑n－1b=1Xb，kYTb+i+ak(8)式(8)中的n表示卷積器的寬度，YTb+i為第i組的輸入數(shù)據(jù)特征矢量，Xb，k代表著第k組的卷積器權值，網(wǎng)絡偏置設為ak。
2運動人體科學在體育能力培養(yǎng)中的應用
2．1體育素質(zhì)分析模型測試
研究實驗選擇某高校的運動數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫進行模型的訓練測試，測試環(huán)境在Windows上進行，并將數(shù)據(jù)集中的20%作為訓練集，剩余80%數(shù)據(jù)作為測試集，最終模型的測試結果見圖三。從圖三中可以看出，研究中提出的體育素質(zhì)分析模型能夠在迭代次數(shù)達到20次后，損失值降至最低點，逐漸趨于穩(wěn)定，并在迭代次數(shù)達到15次時，模型的精確度也逐漸趨于穩(wěn)定，最終在0．981上下浮動。通過模型測訓練結果可以得出，體育素質(zhì)分析模型具有較好的精確性，并且損失值較小，在學生體育素質(zhì)培養(yǎng)中具有較大的價值。
2．2運動人體科學在體育素質(zhì)培養(yǎng)的體現(xiàn)
同樣以基于運動人體科學的體育素質(zhì)模型進行分類，選擇某高校體育專業(yè)的10名學生進行實驗，將每名學生的運動數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)輸入到模型中。最終以權重大小將所有學生的體育素質(zhì)分類排出，結果顯示見表1。從表1中可以看出，在基于運動人體科學數(shù)據(jù)對10名參與實驗的學生進行信息分析后，按照權重大小對學生表現(xiàn)出的人體信息進行大小分類。從信息表現(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)10名學生中的各項體育素質(zhì)不盡相同，其中權重的大小表示著體育素質(zhì)分析模型對實驗對象運動數(shù)據(jù)中所表現(xiàn)出的主要素質(zhì)的體現(xiàn)。當實驗者所表現(xiàn)出的體育素質(zhì)權重較小時，說明該學生的該項體育素質(zhì)可能是學生的短板，應當加強訓練。
2．3運動人體科學在體育素質(zhì)培養(yǎng)中的作用效果為了解運動人體科學在體育素質(zhì)培養(yǎng)中的作用效果，研究中將通過分析參與實驗的10名學生在經(jīng)過體育素質(zhì)模型分析后，進行針對性的素質(zhì)培養(yǎng)得出的結果和實驗前的相關數(shù)據(jù)進行對比分析。主要參與研究的指標為受試者的運動損傷變化情況，統(tǒng)計并對比實驗前和實驗后10名學生中在7周內(nèi)的運動損傷的運動數(shù)量，如圖四所示。在圖四中能夠看出，在接受實驗前，無針對性的素質(zhì)培養(yǎng)中，在第1周中10名學生中共有3名學生出現(xiàn)了運動損傷的情況，同樣的，在第2周也有3名學生出現(xiàn)運動損傷;在第3周以及第四周，出現(xiàn)運動損傷的學生數(shù)量得到控制，兩周都只有2名學生出現(xiàn)了運動損傷的情況;但是自從第5周之后，10名學生中出現(xiàn)運動損傷的情況逐漸增加，主要原因在于，長期的無針對性的素質(zhì)培養(yǎng)所帶來的危害是難以預料的，并在第6周和第7周中已經(jīng)各有4名學生表現(xiàn)出運動損傷的情況。在學生經(jīng)過調(diào)養(yǎng)，接受實驗后進行體育素質(zhì)培養(yǎng)的7周內(nèi)，學生在前3周內(nèi)并未出現(xiàn)運動損傷，只在第4周和第7周中各出現(xiàn)了1名學生運動損傷。以上結果表明，基于運動人體科學對高校學生體育素質(zhì)進行分類，然后借此進行針對性培養(yǎng)是有效的，并且不可否認的是，當利用運動人體科學進行學生的體育素質(zhì)培養(yǎng)可以很大程度上避免學生在過程中出現(xiàn)受傷的情況，實現(xiàn)了安全、科學的運動。
3結語
隨著我國教育界的不斷完善，各大高校都在強調(diào)學生應當以提升自身綜合能力為前提，在參與課堂學習的同時需要保持良好的體育訓練。為提升高校學生的體育素質(zhì)，特采用運動人體科學進行研究分析，利用運動人體科學的相關數(shù)據(jù)對學生在運動中所表現(xiàn)出的體育素質(zhì)短板進行分析，并以此提出針對性的培養(yǎng)計劃。結果中顯示，體育素質(zhì)分析模型針對學生運動數(shù)據(jù)的不同，將學生的體育素質(zhì)進行分類排序，在此基礎上對學生進行針對性的專項練習，可以發(fā)現(xiàn)在接受實驗前的學生中在7周內(nèi)出現(xiàn)運動損傷的人數(shù)最多時為一周4人，而在接受實驗后，學生普遍未出現(xiàn)運動損傷的情況。綜上所述，運動人體科學在高校體育素質(zhì)能力培養(yǎng)中具有較為突出的作用，能夠有效指導學生正確進行體育活動，通過針對性訓練減少了學生的受傷情況。但是研究僅針對學生的運動數(shù)據(jù)進行分析，未深入探究運動人體科學對學生心理的影響，還需要日后進一步深入研究。
作者:蔡建光 徐佳 單位:湖南科技大學體育學院