乒乓球击球过程中步法运动学特征比较：交叉步与滑步

摘要

本研究提出了一种用于探究乒乓球击球过程中交叉步与滑步之间地面反作用力特征的实验方案。

摘要

交叉步和滑步是乒乓球运动中的基本步法。本研究提出了一种用于探究乒乓球击球过程中交叉步与滑步步法地面反作用力特征的实验方案。16名健康的男性国家一级乒乓球运动员（年龄：20.75 ± 2.06岁）在了解实验目的和具体细节后，自愿参与本实验。要求所有受试者分别采用交叉步和滑步步法将球击入目标区域。通过测力台测量参与者在前后方向、内外侧方向以及垂直方向上的地面反作用力。本研究的关键发现为：交叉步步法的后向地面反作用力（0.89 ± 0.21）显著大于滑步步法（0.82 ± 0.18）（P = 0.014）；然而，交叉步的侧向地面反作用力（-0.38 ± 0.21）显著低于滑步步法（-0.46 ± 0.29）（P < 0.001），且交叉步的垂直地面反作用力（1.73 ± 0.19）也显著低于滑步步法（1.9 ± 0.33）（P < 0.001）。基于动力链机制，滑步击球时下肢更优的动态表现可能有利于能量传递，从而提升挥拍速度。初学者应首先从滑步击球技术开始学习，再逐步练习交叉步技术。

引言

乒乓球在体育训练和竞赛实践中已持续发展了一百多年¹。随着经济全球化和文化交流的深入，乒乓球在各国迅速发展^2,3。例如在克罗地亚，乒乓球不仅在俱乐部中开展，也在大学、学校甚至宿舍中广泛进行⁴。对运动员而言，建立运动分析体系有助于训练和比赛⁵。在乒乓球比赛中，运动员需要制定良好的战术以争取赢得比赛⁶。此外，步法是乒乓球必须掌握的技术之一，也是乒乓球训练的基础和关键环节之一。滑步（chasse step）和交叉步（cross-step）是乒乓球的基本步法⁷。每一项运动技能都有其基本的力学结构，生物力学研究对乒乓球技术的进步与发展具有重要意义。在训练和比赛中，乒乓球运动员通过步法移动来准确找到击球位置⁷。因此，有必要对乒乓球步法进行深入研究。

不同地区的乒乓球运动员在步法上存在差异，亚洲运动员在训练和比赛中使用步法的频率高于欧洲运动员⁸。在比赛中，高水平乒乓球运动员击球时用时更短、步法更稳定，并能留出足够时间准备击打下一个来球

方案

本研究经中国宁波大学人体伦理委员会批准。在向所有受试者告知乒乓球实验的目标、细节、要求和实验步骤后，均获得了其签署的知情同意书。

1. 乒乓球实验准备

1. 将USB接收器插入计算机的并行端口，并打开动作捕捉红外相机和模数转换器。
   注意：在本实验室中，测力台（采样频率为1000 Hz）与动作采集系统配合使用，测力台采集的数据通过同一系统进行显示和初步分析。测力台的默认采样频率为1000 Hz。
2. 双击桌面上的软件图标以启动跟踪软件。
   注意：在打开软件之前，请清除实验环境中的所有障碍物，并清洁地面。
3. 若硬件连接正常，每个相机节点将显示绿灯。当所有相机的指示灯均为绿色时，在本地系统中选择八个相机。
4. 在透视窗口中点击相机，并将闪光强度设置为0.95–1，增益设为1倍（x1），阈值设为0.2–0.4，最小圆形比设为0.5，灰度模式设为自动，最大斑点高度设为50。
5. 将T形校正架放置在拍摄区域中心，并在系统中选择八个相机。使用二维模型确认相机能够识别T形校正架，且无噪声点。
   1. 将T形校正架置于相机区域中心。点击系统准备，在L形框架下拉列表中选择5标记棒& L形框架。然后....

结果

如图2和表2所示，交叉步法的后向地面反作用力（0.89 ± 0.21）显著大于滑步步法（0.82 ± 0.18）（P = 0.014）。然而，交叉步法的侧向地面反作用力（-0.38 ± 0.21）显著低于滑步步法（-0.46 ± 0.29）（P < 0.001）。此外，交叉步法的垂直地面反作用力（1.73 ± 0.19）也显著低于滑步步法（1.9 ± 0.33）（P < 0.001）。在乒乓球击球过程中，交叉步法与滑步步法在内侧或前向地面反作用力方面均未观察到显著差异（P > 0.05）。

讨论

本研究旨在探讨乒乓球击球过程中交叉步与滑步的地面反作用力特征。本研究的主要发现如下：交叉步法的前后方向地面反作用力显著大于滑步法；交叉步法的侧向地面反作用力显著低于滑步法；交叉步法的垂直地面反作用力显著低于滑步法。

Marsan 等人（2020 年）表明，除峰值地面反作用力外，牛顿第二定律可作为地面反作用力数值的良好估算方法¹⁸。本研究的结果显示，地面反作用力的数值接近 Marsan 等人（2020 年）观测到的测量值，这进一步支持了本研究的结论。一次完美的击球需要全身的协调配合。脚步模式的控制依赖于身体各部位相互作用的协调序列，所有环节的最佳激活被称为 "动力链"^11,19,20。下肢作为动力链的起始点，通过动力链的连续运动，将下肢充分激活的能量传递至上肢^9,

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
14 mm 直径被动式逆反射标记点	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n=22
双面胶带	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		用于将标记点固定于皮肤
测力台	Advanced Mechanical Technology, Inc.		测量地面反作用力
运动追踪相机	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n= 8
T形架	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-
有效加密狗	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		Vicon Nexus 1.4.116
Vicon 数据采集站 ADC	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-