人體科學在體育素質能力培養中作用
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摘要:現如今對高校學生的素質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培養相結合，旨在提高高校學生的體育素質能力，培養人才。實驗結果顯示，基于運動人體科學的體育素質分析模型可以很好地將學生的體育素質進行權重分類，并借此進行針對性的轉向素質培訓，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平均每周3人，而實驗后的運動損傷人數下降至每周0．29人。以上結果證明，運動人體科學在高校體育素質能力培養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培養，避免受傷，提高學生的體育素質。
關鍵詞:運動人體科學;體育素質;素質培養;體育運動
前言
經濟高速發展，我國人民的生活質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的重要途徑，能夠使高校學生身心全面發展，提高身體素質和心理素質［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，進而提高體育素質和身體素質［4］。研究將運動人體科學融入高校體育素質培養，提升高校學生的體育素質能力。研究結果表明，運動人體科學能夠有效地培養高校學生的體育素質能力，提高學生的身體素質，促進學術全面發展。
1基于運動人體科學的高校體育素質培養系統設計
1．1運動人體科學在體育素質培養中的機制分析
在人體運動科學基礎上進行體育素質能力的培養，也就是針對人體上下肢運動素質的培養，上下肢運動素質中包含了力量素質、速度素質、耐力素質、靈敏素質以及韌性素質［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進行分析，以此建立良好的體育素質培養體系。通過動作實驗的形式完成對人體上下肢運動素質的分析，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、肌肉工作的固定條件［7－8］。具體內容為: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節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節運動方向同側的肌肉群，如臀大肌、股后肌、臀中肌等;這些肌群爆發式向心收縮，使人能夠產生加速度運動。此外，肌群的收縮導致髖關節舒展，骨盆后傾并隨著臀中肌和臀小肌的收縮發生同側轉動。折疊擺則是由多個動作組合而成的復合動作，有繞髖關節的轉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動半徑，增大角速度［9］。根據轉動定律，則有公式(1)。M=I·β(1)在公式(1)中，M表示轉動力矩;I表示轉動慣量;β表示轉動角加速度。其中轉動慣量的計算方式如公式(2)所示。I=m·r2(2)公式(2)中，m表示轉動物體的質量;r表示轉動半徑。轉動力矩的計算方式如公式(3)所示。M=F·r(3)公式(3)中，F表示使物體發生轉動的力。聯立公式(1)、公式(2)和公式(3)，則有公式(4)。F=m·r·β(4)根據公式(4)可知，大腿繞髖關節轉動，當屈髖肌群的收縮力固定，下肢質量不變時，大腿的轉動半徑與角轉動加速度呈負相關，因此對大腿繞髖關節的轉動半徑進行調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模型建立
本次研究以高校體育為背景，通過卷積神經網絡從高校大數據中提取學生運動數據，并通過卷積神經網絡的分類功能將所有的運動數據進行分類［10］。為了降低卷積神經網絡的訓練時間，同時保證計算正確率不變，針對訓練函數提出了分數階處理節點理論，減少了訓練時間。分數階具有記憶性和遺傳性，本次將Sigmoid作為訓練函數來進行卷積神經網絡中的生物神經元特征模擬，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，函數出現極大值，函數不存在陡峭的波形，也就表示得不到快速收斂，訓練函數的0．5階導數如式(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，可以大大降低網絡的訓練時間。將運動數據經過預加重之后導入到卷積神經網絡數據分析模型中，數據識別過程見圖二所示。圖二中顯示，卷積神經網絡將從高校體育大數據庫中將多項關于學生的運動數據進行整理，其中包含了文本信息、圖片信息以及視頻信息。隨后將多個數據輸入到卷積層，經卷積層進行特征識別，最后在輸出層設置五個神經元，分別是量素質培訓神經元、速度素質培訓神經元、耐力素質培訓神經元、靈敏素質培訓神經元以及韌性素質培訓神經元。通過分類的方法將卷積層處理后的運動數據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組的輸入數據特征矢量，Xb，k代表著第k組的卷積器權值，網絡偏置設為ak。
2運動人體科學在體育能力培養中的應用
2．1體育素質分析模型測試
研究實驗選擇某高校的運動數據作為數據庫進行模型的訓練測試，測試環境在Windows上進行，并將數據集中的20%作為訓練集，剩余80%數據作為測試集，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分析模型能夠在迭代次數達到20次后，損失值降至最低點，逐漸趨于穩定，并在迭代次數達到15次時，模型的精確度也逐漸趨于穩定，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，在學生體育素質培養中具有較大的價值。
2．2運動人體科學在體育素質培養的體現
同樣以基于運動人體科學的體育素質模型進行分類，選擇某高校體育專業的10名學生進行實驗，將每名學生的運動數據作為原始數據輸入到模型中。最終以權重大小將所有學生的體育素質分類排出，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據對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出的人體信息進行大小分類。從信息表現中可以發現10名學生中的各項體育素質不盡相同，其中權重的大小表示著體育素質分析模型對實驗對象運動數據中所表現出的主要素質的體現。當實驗者所表現出的體育素質權重較小時，說明該學生的該項體育素質可能是學生的短板，應當加強訓練。
2．3運動人體科學在體育素質培養中的作用效果為了解運動人體科學在體育素質培養中的作用效果，研究中將通過分析參與實驗的10名學生在經過體育素質模型分析后，進行針對性的素質培養得出的結果和實驗前的相關數據進行對比分析。主要參與研究的指標為受試者的運動損傷變化情況，統計并對比實驗前和實驗后10名學生中在7周內的運動損傷的運動數量，如圖四所示。在圖四中能夠看出，在接受實驗前，無針對性的素質培養中，在第1周中10名學生中共有3名學生出現了運動損傷的情況，同樣的，在第2周也有3名學生出現運動損傷;在第3周以及第四周，出現運動損傷的學生數量得到控制，兩周都只有2名學生出現了運動損傷的情況;但是自從第5周之后，10名學生中出現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培養所帶來的危害是難以預料的，并在第6周和第7周中已經各有4名學生表現出運動損傷的情況。在學生經過調養，接受實驗后進行體育素質培養的7周內，學生在前3周內并未出現運動損傷，只在第4周和第7周中各出現了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進行分類，然后借此進行針對性培養是有效的，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培養可以很大程度上避免學生在過程中出現受傷的情況，實現了安全、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，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據對學生在運動中所表現出的體育素質短板進行分析，并以此提出針對性的培養計劃。結果中顯示，體育素質分析模型針對學生運動數據的不同，將學生的體育素質進行分類排序，在此基礎上對學生進行針對性的專項練習，可以發現在接受實驗前的學生中在7周內出現運動損傷的人數最多時為一周4人，而在接受實驗后，學生普遍未出現運動損傷的情況。綜上所述，運動人體科學在高校體育素質能力培養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據進行分析，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