運動生物力學(xué)輔仁大學(xué)學(xué)術(shù)資源網(wǎng)

1、運動生物力學(xué)專題研究,林清山 博士,目前國際潮流,無論是政治 .經(jīng)濟.醫(yī)學(xué).教育.體育.競技與電腦科技等,均已邁向精緻分工.運動科學(xué)也順著時代潮流而誕生.運動生物力學(xué)(sports biomechanics)就是運動科學(xué)(sports science)中的分支,sports biomechanics名詞的出現(xiàn)來探討人體運動的現(xiàn)象,大約只有四十年的歷史,舉凡訓(xùn)練量化.場館設(shè)施改善.器材更新等均有驚人成就. 2004雅典奧運勇奪

2、史上最光榮2金2銀1銅. 2005世大運超空前6金2銀4銅(上屆大坵3金3銀5銅)等佳績,科研介入,功不可沒.,目錄,第一章　運動與力學(xué)基本概念回顧　　 第一節(jié)　力學(xué)基本概念　　　第二節(jié)　運動基本概念　　　第三節(jié)　落體與拋射體　　　第四節(jié)　運動定律,目 錄,第二章　運動生物力學(xué)導(dǎo)論 第一節(jié)　生物力學(xué)（Biomechanics） 第二節(jié)　運動生物力

3、學(xué) （Sports biomechanics） 第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法 第四節(jié)　如何學(xué)習(xí)運動生物力學(xué),目 錄,第三章　運動技術(shù)定性分析 （Qualitative analysis） 第一節(jié)　何謂定性分析？ 第二節(jié)　定性分析之步驟 第三節(jié)　定性分析之限制,目 錄,第四章　運動技術(shù)定量分析

4、 （Quantitative analysis） 第一節(jié)　何謂定量分析法？ 第二節(jié)　儀器紀(jì)錄法 第三節(jié)　實驗與誤差 第四節(jié)　人體肢段資料之建立 第五節(jié)　人體肢段記號位置設(shè)定 第六節(jié)　運動學(xué)資料之計算,目 錄,第五章　動力學(xué)專題研究 第一節(jié)　動力學(xué)文獻(xiàn)選讀 第二節(jié)　Gait way儀器操作與實

5、習(xí),目 錄,第六章　運動學(xué)專題研究 第一節(jié)　運動學(xué)文獻(xiàn)選讀 第二節(jié)　動作分析系統(tǒng) 儀器操作與實習(xí) （APAS; Kwon 3D),第一章　運動與力學(xué) 基本概念回顧,第一節(jié)　力學(xué)基本概念,長度（length）位置，角度 (position: location with

6、 respect to a particular reference frame) 時間（time）(displacement: change in position)（eg: ankle path）先後順序、持續(xù)性（EMG）,第一節(jié)　力學(xué)基本概念(續(xù)),質(zhì)量（mass）,物體（mass）,效應(yīng)（displacement）,外力(force),,地心

7、引力,當(dāng)F1=F2，且m1>m2時，則V2>V1∵W=mg，當(dāng)m1>m2時，W1>W2,第一節(jié)　力學(xué)基本概念(續(xù)),力（force） 外在效應(yīng)（外力）（external force）－改變物體之運動狀態(tài) 內(nèi)在效應(yīng)（內(nèi)力） （internal force）－ 改變物體型態(tài)大小、方向與施力點任一改變，效應(yīng)即隨之改變省力與費力（槓桿原理）,,第二節(jié)　運動基本概念,目的：包括下列測量以瞭解與評

8、估運 動現(xiàn)象： 速度（velocity） 旋轉(zhuǎn)（rotation）（角度變化） 加速度 (acceleration),第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),速度（velocity）(change in position with respect to time) 長度性速度：e.g 12分鐘跑走 時間性速度：e.g 400公尺瞬時速度：e.g 計速器 分速度,初速度　　　水平速度（投擲）,,垂直

9、速度,e.g 一位短距離跑者之體角為30°，速度為 10m/sec，求其水平與垂直分速度？,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),速度（velocity）平均速度角速度：物體轉(zhuǎn)動時角位移之時間變率,,,（θ為弧度，弧度=57.3°）,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),旋轉(zhuǎn)（rotation）（角度變化）：作用力沒有通過重心時所產(chǎn)生之運動現(xiàn)象。 （e.g 橄欖球，來福槍） 身體動作之旋轉(zhuǎn)（e.g 踝關(guān)節(jié)路徑） 運動

10、器具之旋轉(zhuǎn)原理：旋轉(zhuǎn)體上某一點之直線速度與該點至旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),旋轉(zhuǎn)（rotation）（角度變化）力矩（torque）：T=f×d 為力與力臂之乘積轉(zhuǎn)動慣量：等於質(zhì)量與旋轉(zhuǎn)半徑平方之乘積。（e.g 球拍加重、球桿加長、握棒方式、鏈球、跆拳踢擊…）,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),加速度(acceleration: change in velocity with respect to ti

11、me)：乃速度變化之能力。 正加速度：物體向前推進(jìn)或移動，愈來愈快。負(fù)加速度：向後移動或愈來愈慢。零加速度：不動或等速移動。重力加速度：9.8m/sec2，但因受空氣阻力影響，拋射體向下加速度並非固定。,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),加速度：乃速度變化之能力。 角加速度：角速度之時間變化 直線加速度,,,Kinematics Dynamics

12、 Kinetics (取自Miller Doris I, Biomechancis of sport ,pp40-63) ),,,第二節(jié)　運動基本概念(續(xù)),平衡與穩(wěn)定 影響穩(wěn)定平衡因素 重心落在支持基底內(nèi)基底面大

13、?。ㄍ稊S迴轉(zhuǎn)）重量（重量上升、穩(wěn)定上升）但不適敏捷性快速之項目重心高度迴旋（eg 陀螺、腳踏車）,第三節(jié)　落體與拋射體,落體(垂直拋射運動) 　　輕而拋射線高的物體因受空氣阻力之影響, 水平速度漸次減慢至零而只剩垂直速度,造成拋射而直線下落之運動現(xiàn)象.,,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),落體(垂直拋射運動) 自由下落之物體受牛頓地心引力理論重力加速度之影響，造成物體不斷增加下降之速度。對於判斷物體下落之位置與時間，顯得格外重要。

14、例:球超網(wǎng)高1.2　m ,求所能扣球時間為何？（t=0.495sec),,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),拋射體 （物體離開地面或支撐點）拋物線當(dāng)空氣阻力不足以影響物體拋射之軌跡（落體）時，該物體便產(chǎn)生一個弧形的軌跡，此種物體移動之路徑，數(shù)學(xué)上稱為「拋物線」（Parabola）。且該物體受地心引力作用以9.8m/sec2的固定加速度落向地球。 運動員對於拋射體飛行路徑之判斷能力可以影響接住或投擲拋射體之技術(shù)，但有時運動員本身也是一

15、種拋射體。,,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),拋射體 影響拋射體運動的三個主要變項(自變項),,最大高度,水平距離,飛行時間,拋射出手速度、角度高度,e.g 高爾夫球桿長短?速度 桿頭擊球面?角度,,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),拋射體 影響拋射體運動的三個主要變項(自變項) 何者較重要如何預(yù)測與推估(regression),,,,,.,,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),拋射體 拋射體運動的三個主要變項

16、 影響水平距離之因素為何? 水平距離= Vo^2sin2Q/g Q=tan-1 Vy/Vx,,第三節(jié)　落體與拋射體(續(xù)),拋射體 拋射體運動的三個主要變項 當(dāng)角度= 90°時可得空中時間最長、高度最高； 當(dāng)角度= 45°時，起點高度=落點高度時，可得最遠(yuǎn)水平距離； 當(dāng)角度> 45°時，起點低於落點，水平距離↑； 當(dāng)角

17、度< 45°時，起點高於落點，水平距離↑。 e.g 棒球傳球與接高飛球之判斷，自外野傳至本壘以彈跳一次就達(dá)本壘之球速最快，否則拋物線直接傳回會使空中時間增長（因垂直方向分速度↑）。 e.g 跳遠(yuǎn),,第四節(jié)　運動定律,功能用來預(yù)測或操控物體未來之運動形式 。慣性定律 動者恆動，靜者恆靜，且質(zhì)量↑慣性↑ (T.E=PE+RKE+TKE, M=m v),,,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),慣性定律 之應(yīng)用:

18、 推鉛球 撐竿 急速運(盤)球,,,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),加速度定律 力量加諸物體而產(chǎn)生加速度之移動，其活動時之加速度與力量大小成正比（e.g 人力推車）。,,,力,物體（骨骼、肌肉）,外在效應(yīng)（移動、滑動、滾動…）,內(nèi)在效應(yīng)（張力、壓力、剪力、扭力…）,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),加速度定律 加速度於運動上之應(yīng)用: 正加速:

19、 負(fù)加速: 標(biāo)槍 wilson 網(wǎng)球,,,,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),反作用力定律 作用力與反作用力同時出現(xiàn)，且力量相同、方向相反。 e.g 跑步速度↑(V=SL*SF)，則著地時間↓，空中時間↑，地面反作用力↓，因此速度無法突破極限（另一為手臂擺動與下肢擺動無法配合）。,,,,屈臂以減小轉(zhuǎn)動慣量，加快擺臂速度,步頻加快,,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),反作用力定律 影響反作用力之因素:

20、 表層差異 反作用之方向,,,,第四節(jié)　運動定律(續(xù)),,,,討論: 力學(xué)理論如何應(yīng)用在投擲項目上?,第二章　運動生物力 學(xué)導(dǎo)論,第一節(jié)　生物力學(xué),乃結(jié)合生物學(xué)（biology）與力學(xué)（mechanics）而成的一門科學(xué)。原本應(yīng)用於醫(yī)學(xué)、復(fù)健、解剖及太空科學(xué)之研究方面，由於針對病患走路之研究，效果頗佳，因此將生物力學(xué)的觀念與研究方法應(yīng)用在人體動作分析上而形成所謂「運

21、動生物力學(xué)」（sport biomechanics）。,,,第二節(jié)　運動生物力學(xué),乃描寫、分析與評估人體運動時，身體之內(nèi)在與外在力量，以及這些力量所造成影響的一門學(xué)問。亦即根據(jù)生物學(xué)與力學(xué)之觀點與方法來分析評估人體動作，以改善運動技術(shù)，提升運動成績?yōu)槟康摹?,,第二節(jié)　運動生物力學(xué)(續(xù)),運動生物力學(xué)分為靜力學(xué).動力學(xué). 運動學(xué).材料力學(xué)與流體力學(xué)等領(lǐng)域,根據(jù)研究目的使用儀器也有所不同.運動學(xué)是研究人體在空間的線性及角位移.速度和加速

22、度的一門學(xué)問,最常使用的器材是高速攝影機.動作分析系統(tǒng)和電腦等.靜力學(xué)與動力學(xué)是研究作用於人體或其使用器材的內(nèi)力及外力的一門科學(xué), 所研究的力包括重力.GRF,最常使用測力板.張力計及加速規(guī)等.,,,第二節(jié)　運動生物力學(xué)(續(xù)),主要研究內(nèi)容有針對肌力（EMG）、運動中各關(guān)節(jié)活動範(fàn)圍與模式、地面反作用力、動作分析（motion analysis）與步態(tài)分析（gait analysis）、身體活動效率與最佳化動作模式（optimizati

23、on）之建立等。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法,運動生物力學(xué)之研究著重於分析方法，對運動員之身體及其在時間和空間之姿勢進(jìn)行定性和定量之評定，並導(dǎo)出造成其差異之原因，進(jìn)而擬定訓(xùn)練處方與改進(jìn)之道。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),通常運動生物力學(xué)之研究方法有下列種類：直接觀察 視覺之觀察乃最早期之研究方法，雖無法獲得正確而客觀之?dāng)?shù)據(jù)，但亦可作為體育教學(xué)與運動訓(xùn)練之參考依據(jù)（定性分析）。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法

24、(續(xù)),身體測量（anthropometry）測量身體建立各肢段之重量、體積、密度、重心、位置、轉(zhuǎn)動貫量等資料→進(jìn)一步分析身體重心位置與各關(guān)節(jié)應(yīng)力之相關(guān)情形。包括有直接測量法、屍體解剖法、反應(yīng)力板法、浸水法、攝影法與數(shù)學(xué)模式法等。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),身體測量（anthropometry）目的: 測量身體重心原理:力矩平衡原理 單肢段 雙肢段

25、 參肢段 多肢段,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),時間分析 目的：瞭解人體或肢段在各段距離間 行進(jìn)之速度變化情形。儀器: 分段計時器例如: 測量跳遠(yuǎn)助跑最後十公尺之四 步速度變化情形,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),攝影分析（cinematography analysis） 目的：將人體活動之過程紀(jì)

26、錄下來，以進(jìn)行更多、更精確、更客觀之人體活動分析，乃最廣泛被使用之研究方法。 工具：高速攝影機（e.g peak 5）、錄影帶、監(jiān)控器、Trigger（同步儀）與數(shù)位化軟體、座標(biāo)比例尺等。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),攝影分析（cinematography analysis） 座標(biāo)比例尺: 進(jìn)行座標(biāo)值與實際值之轉(zhuǎn)換, 將數(shù)位化座標(biāo)與實際長寬之

27、 比例 ,建立線性關(guān)係, 比如: 水平軸H=AX+B 垂直軸V=AY+C,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),角度測量器（electro goniometry）分析 目的：分析人體關(guān)節(jié)在活動過程中變化之 情形。 工具：角

28、度測量器、擴大器（amplifier）、 示波器（oscilloscope）。方法：將角度測量器置於關(guān)節(jié)中心位置， 並且固定其兩軸於相鄰肢段之縱軸 上，使得角度器之兩軸隨肢段之活 動而改變其角度測量值。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),肌電圖（electromyography , EMG）分析 目的：測量人體肌肉

29、在運動過程中的 肌肉電位變化情形，以了解人 體不同部位肌肉參與之強度、 時間順序與相互之合作關(guān)係， 以作為運動技術(shù)分析之重要資 料來源。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),肌電圖（electromyography , EMG）分析 方法: 電極法實例: 跑步各階段各主要肌

30、群之EMG,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),測力板（force plate）分析 目的：在測量人體運動過程中，作用 於外的力量大小、方向、作用 力之位置、衝量、壓力中心分 佈、著地時間、第一、第二峰 值等，亦為運動生物力學(xué)研究 的重要方法之一。,,,第三節(jié)　運動生物力學(xué)之研究方法(續(xù)),

31、測力板（force plate）分析 原理：在Kistler測力板的四個角落內(nèi),各裝有三個方向的壓電材料感應(yīng)器(piezoelectric,又稱sensor)可以接收到從測力板上傳來不同方向的力量資料.F1=Fx1+Fy1+Fz1,F2=Fx2+Fy2+Fz2 F3=Fx3+Fy3+Fz3, F4=Fx4+Fy4+Fz4 F1+F2+F3+F4=合力(其作用點即為壓力中心),,,第四節(jié)　如何學(xué)習(xí)運動生物力學(xué),運動生物力學(xué)

32、乃一門整合之科學(xué)，包括下列諸學(xué)科： 相關(guān)學(xué)科 物理學(xué)（運動學(xué)、靜力學(xué)、動力等）數(shù)學(xué)（微積分、三角函數(shù)、線性代數(shù)）統(tǒng)計學(xué)人體解剖學(xué)、人體生理學(xué)電腦操作能力,,,第四節(jié)　如何學(xué)習(xí)運動生物力學(xué)(續(xù)),主要專業(yè)分析能力：由於運動生物力學(xué)主要測量人體之運動現(xiàn)象，因此下列專業(yè)分析能力是必備的： 分析與解釋測量結(jié)果攝影分析之能力建立人體運動模式之能力處理實驗數(shù)據(jù)之能力攝影與測力板資料相互驗證之能力肌電圖分析能力,,,第三章

33、 運動技術(shù) 定性分析,第一節(jié)　何謂定性分析？,凡是研究資料之蒐集不是以度量作為計數(shù)之研究方法稱之為「定性分析」研究法，其資料蒐集之方法包括有調(diào)查、觀察與訪問等，其目的乃在針對局部現(xiàn)象(關(guān)鍵性動作)之了解，而非全面性與普遍化。,第一節(jié)　何謂定性分析？(續(xù)),特徵： 針對人體活動過程進(jìn)行觀察重描述而非量度重發(fā)生之過程(因)而非結(jié)果長期或多次對小樣本之觀察 (樣本 次數(shù)

34、)建立模式以為定量分析之基準(zhǔn),,,第一節(jié)　何謂定性分析？(續(xù)),優(yōu)點： 針對動作之優(yōu)劣可立即提供修正（回饋）節(jié)省時效與人力、財力適用教學(xué)與訓(xùn)練上對於較大（明顯）錯誤之動作可立即矯正,第一節(jié)　何謂定性分析？(續(xù)),缺點：研究者若缺乏專業(yè)知識與能力，很難觀察出動作之優(yōu)劣與缺點之所在時間較短且複雜之動作不適合使用此法信度與效度令人質(zhì)疑觀察之動作缺乏代表性不適合於研究上,第二節(jié)　定性分析之步驟,使用定性分析方法來分析運動技術(shù)

35、之 過程包括:（Thomas&Nelsom,1990） 一.定義研究主題 二.建立模式 (一)決定運動最後結(jié)果 (二)細(xì)分運動最後結(jié)果 (三)蒐集資料 (四)分析資料 (五)回饋與建議,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),使用定性分析方法來分析運動技術(shù)之 過程包括:（Thomas&

36、;Nelsom,1990） 定義研究主題 選擇某一特定動作作為研究主題乃是確保該研究價值之所在，絕不可為研究而研究。必須為解決問題而研究，比如跳高之起跳動作、網(wǎng)球之發(fā)球動作與短跑之著地動作以及投手重心之位移等關(guān)鍵性動作。,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),建立模式動作分析乃由動作之結(jié)果推導(dǎo)到原因，亦即必須先確定結(jié)果為何？再決定影響（產(chǎn)生）結(jié)果之要素，進(jìn)而再細(xì)分該些要素。通常運動之結(jié)果包括有：長度、高度、距離、得分、時間與重量等客觀性結(jié)

37、果以及評分與優(yōu)劣（順暢）等主觀性結(jié)果。,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),力學(xué)模式建立之步驟如下： 一.決定運動之最後結(jié)果 二.細(xì)分運動結(jié)果 三.資料蒐集 四.資料分析 五.回饋與建議,,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),力學(xué)模式建立之步驟如下： 決定運動之最後結(jié)果（Hay&Reid

38、,1988） 客觀性－可直接測量的 主觀性－不能直接測量的,,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),力學(xué)模式建立之步驟如下： 細(xì)分運動結(jié)果 數(shù)學(xué)方法：跳遠(yuǎn)距離=起跳距離+飛行距離+著地距離－後倒距離 機械學(xué)方法 ：e.g 跑步，時間（秒）,,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),,時間,距離,速度,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),決定影響細(xì)分結(jié)果之要素,,速度,步幅,步頻,起蹬距離,飛程,著地距離,地面時間,空中時

39、間,起蹬速度,起蹬角度,起蹬高度,空氣阻力,重力,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),決定影響細(xì)分結(jié)果之要素 Temporal patterns in running (BIOMECHANICS IV pp.106-110),,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),重要細(xì)部動作說明 (飛程與空中時間)起蹬速度：大腿後擺與加速度、膝關(guān)節(jié)伸展速度、踝關(guān)節(jié)下蹬等起蹬角

40、度：臀部上提、軀幹前傾起蹬高度：膝關(guān)節(jié)著地期之伸屈（cushioning phase）空氣阻力：體型、服裝 重力,,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),資料蒐集 直接觀察法－適合於簡單之動作教學(xué)或短時間之體育教學(xué)，提供教學(xué)立即回饋。 間接觀察法－照相或攝影方式，收集動作過程，對於很快卻較複雜之動作進(jìn)行反覆分析研究。,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),注意：所觀察之動作需具代表性（無熱身或疲勞情況下不宜）不能以單一次動作作為分析之用（

41、15次至20次為宜）觀察者之位置應(yīng)適中 ，e.g 跑步動作分析資料前勿對學(xué)生提供任何訊息,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),資料分析 目的：根據(jù)力學(xué)模式評估受試者運動技術(shù)之優(yōu)劣進(jìn)行所謂「質(zhì)」的分析，來分析運動技術(shù)之力學(xué)組成要素。 e.g 跳遠(yuǎn) 距離=起跳時身體重心與起跳板之水平距離+飛程+落地時身體重心與著地點之水平距離，再細(xì)分各要素。,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),資料分析 e.g 跳遠(yuǎn) 距離( R ) =起跳時身體重心與起

42、跳板之水平距離 (S1)+飛程 (S2 )+落地時身體重心與著地點之水平距離 (S3 )，再細(xì)分各要素。 R=S1+S2+S3=3.46%+88.74%+7.80% ( 取自Vladimin Popov ),第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),資料分析 一流跳遠(yuǎn)運動員起跳之速度,角度與成績之關(guān)係: (速度利用率) (許樹淵 , pp512)運動員 成績 速度(呎/秒) 角

43、度 模擬最佳化角度 G.Bell 25呎5吋 29.85 21度50分 40度33分 R.Poston 27呎2吋 31.29 29度50分 43度39分 O’Wen 26呎8 吋 30.18 22度 43度35分 E.Shelby 26呎

44、 30.50 20度 43度37分 Ovanesian26呎10吋 30.34 20度10分 43度35分,第二節(jié)　定性分析之步驟(續(xù)),回饋與建議 目的：提供選手改進(jìn)缺點以提升運動表現(xiàn)。 作法：提出評價，說明錯誤動作對運動表現(xiàn)之影響，以及改進(jìn)方法與程序。(診斷 矯正 最佳化),,,,第三節(jié)　定性分析之限制,缺乏外在效

45、度小樣本或?qū)賯€案研究，推論至他人有其困難度。因此做結(jié)論時需謹(jǐn)慎。,第三節(jié)　定性分析之限制(續(xù)),模式之正確性 模式之建立因研究者之專業(yè)與經(jīng)驗（e.g 無跳高經(jīng)驗者）而很難一致，沒有一成不變之模式。 效度與信度（validity & reliability） 因研究方法乃是以研究者之判斷為主，因此其對技術(shù)之評估與推論易流於主觀。,第四節(jié)　定性分析文獻(xiàn)介紹,網(wǎng)球發(fā)球之定性分析 (發(fā)球

46、力學(xué)模式) (中華民國大專院校八十三年度體育學(xué)術(shù)研討會 ,1994,6. pp.377-378),第四章　運動技術(shù)定量分析,第一節(jié)　何謂定量分析法？,凡是使用儀器針對所關(guān)心變數(shù)(自變數(shù)與依變數(shù))在控制之下進(jìn)行實驗以蒐集資料之過程。資料之取得並非來自研究者之慣常、權(quán)威、直覺或推理。,第一節(jié)　何謂定量分析法？(續(xù)),定量分析法乃屬一種科學(xué)研究方法，其主要研究過程包括有： 建立假設(shè) (eg:跳高與鉛球))所謂「假

47、設(shè)」（hypothesis）乃是對待解決問題提出暫時或嘗試性之答案。假設(shè)需為解決問題 , 具實用性與價值性.,第一節(jié)　何謂定量分析法？(續(xù)),蒐集資料（data) (B.H&B.W控制一致) 蒐集假設(shè)性之資料以驗證假設(shè)之真?zhèn)我越鉀Q問題，因此資料必須盡量直接與假設(shè)有關(guān)，也因此「實驗設(shè)計」（experimental design）是必需的。,第一節(jié)　何謂定量分析法？(續(xù)),實驗設(shè)計目的: (如:稻米收獲量) 一.決定

48、所要操弄的自變項與所要觀察的依變項 二.考慮控制哪些外來無關(guān)變項,以觀察此自變 項對依變項所產(chǎn)生之影響 三.實驗設(shè)計如果錯誤或不當(dāng),不但不能獲得正 確答案,可能造成錯誤或與事實相反之結(jié)論.,第一節(jié)　何謂定量分析法？(續(xù)),處理並分析資料 實驗所得資料通常是雜亂無章的，必須使用統(tǒng)計方法以達(dá)（一）簡化所得資料，了解其分佈情形（二）檢驗變項間關(guān)係之有無程度。(有相關(guān)不一定有因果關(guān)係),第一

49、節(jié)　何謂定量分析法？(續(xù)),獲得結(jié)論 結(jié)論之獲得必須根據(jù)證據(jù)（資料），而不可訴諸情緒，經(jīng)由適當(dāng)實驗設(shè)計蒐集資料以及統(tǒng)計分析後，可以判定哪些事項對所研究之主要事項產(chǎn)生影響。,第二節(jié)　儀器紀(jì)錄法,儀器是實驗所使用之工具，以幫助研究者獲得和處理資料之用，乃不可或缺之工具，對於儀器使用之知識與相關(guān)之研究必須常接觸與吸收。,第二節(jié)　儀器紀(jì)錄法(續(xù)),儀器使用之目的：可呈現(xiàn)刺激－反應(yīng)效果 操弄自變項以觀察此項改變對依變項所產(chǎn)生之影響（量角器

50、 跑步機) 控制實驗條件（環(huán)境）除了所操弄變項之外，可能還有其他因素會使依變項發(fā)生改變，必須設(shè)法把該些因素之影響力消除，以免干擾實驗結(jié)果。（e.g速度與地面反作用力 . 能量消耗）,第二節(jié)　儀器紀(jì)錄法(續(xù)),--測量或紀(jì)錄運動表現(xiàn)（行為） 儀器可針對受試者之動作是否隨實驗處理（自變項）之不同而有所改變加以測量紀(jì)錄（e.g 攝氧量 自2m/s起） 處理實驗資料 原始資料（raw data）乃一群零散之?dāng)?shù)據(jù)，無法看出其中意義，

51、研究者必須利用儀器（電腦）將這些資料加以處理。,第三節(jié)　實驗與誤差,誤差（error）：測量值與真實值之差。人體實驗誤差之發(fā)生乃不可避免。 真實值未知，實驗力求測量值符合真實值，通常以多次之測量值之平均數(shù)代表真實值。(測量值=真實值+_誤差值),誤差值越小則測量值信度越高.,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),誤差之來源： 人為因素e.g 讀取碼表時間，看錯或登記錯儀器因素e.g 操作方法錯誤或未經(jīng)校正與實際情境不符e.g 跑步機

52、上測量最大耗氧量(treadmill & douglas bag)成長與練習(xí)練習(xí)與否會影響測量值,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),誤差之種類： 系統(tǒng)誤差：乃指實驗之精確度（accuracy），亦即測量值與真實值之吻合程度（效度）（validity），通常以標(biāo)準(zhǔn)差（δ）來表示，公式為校正可減少誤差。,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),eg: 甲班100m成績 若 乙班 SD=0.43 N

53、 tr Xn –X (Xn-X)^2 1 12’’3 -0.02 0.0004 2 12’’4 0.08 0.0064 3 12’’6 0.28 0.0784 4 12’’1 -0.23 0.0484 5 12’’2

54、 -0.12 0.0144 M=12.32 SUM=0.148 S.D=0.192353 4SD 乙班,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),誤差之種類： 隨機誤差：乃指實驗之精密度（precision），可說是實驗結(jié)果之再現(xiàn)性（reproducibility），又稱「信度」（reliability），或可靠性。經(jīng)得起檢驗的.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料信度之種

55、類： 一.短期資料的信度 (一)器材:相同器材,相同實驗,但資料獲得沒有一致性,導(dǎo)致誤差值極大.如:肌電的電極片貼紮位置.肌表層流汗等. ( 二)受試者:受試動作前後差異大,如:初學(xué)者的動作為非常態(tài),應(yīng)多次重覆測試. (三)研究者:本身觀念是否偏執(zhí)而導(dǎo)致執(zhí)行的偏差,如:問卷內(nèi)容的設(shè)計.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料信度之

56、種類： 二.長期資料的信度 (一)器材:長期多次的相同實驗, 器 材的架設(shè)是否移位,如:攝影時 是否相同距離.高度.水平與快 門等. (二)受試者:外在的運動環(huán)境與內(nèi)在的

57、選 手動作穩(wěn)定性 ,以求得客觀 的常態(tài)資料. (三)研究者:是否建立常態(tài)的紀(jì)錄資料.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),建立資料信度之方法： 一.研究者內(nèi)在信度的建立 (一)多位研究者共同蒐集相同信號,由最高專業(yè)者審視訊號.如

58、:在肌電與測力板測量中如何找出正確的攫取內(nèi)容. (二)多種器材共同蒐集訊號,相互比對其訊號的認(rèn)知差距.如:同步測試後,相同時間點在不同資料上的解釋.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),建立資料信度之方法： 二.測試過程外在信度的建立 (一)必須說明器材場地設(shè)計使用與訊號攫取的方法. (二)受試者對象.等級.分組,與實驗題目的關(guān)係必須

59、說明. (三)受試情境與場地環(huán)境的統(tǒng)一.如:相同的問卷,戶外實驗時的相同環(huán)境控制等.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料效度的種類： 實驗設(shè)計的結(jié)構(gòu)內(nèi)容必須符合題目所需的內(nèi)容,才是有效用的資料,無效用的資料即使訊號攫取過程正確(信度高),也無意義可言. 一.表面效度:如兩種不同跳水方式在跳板的反作用力測試,兩種動作必須明顯區(qū)分.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料效度的種類：

60、 二.內(nèi)容效度:如動作分期是否完整,以備客觀處理. 三.預(yù)測效度:如選才的實驗,變相的選擇正確則結(jié)果預(yù)測性高. 四.一致效度:如肢段重心的測量,不同的測量器材結(jié)果都相同. 五.結(jié)構(gòu)效度:如同一訓(xùn)練法實施於不同程度的受試者,結(jié)果皆顯著表示效度高.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),影響資料效度的因素： 一.內(nèi)容效度:指實驗變因的控制如器材.研究者與受試者所

61、致的訊號誤差大,則使實驗的自變項與因變項無法操控. 二.外在效度:指實驗結(jié)果的重覆驗證,如A藥對人類(不分性別.年齡…等)是否相同有效,以外在效度重覆驗證內(nèi)在效度.,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料誤差的來源 一.蒐集前 (一)不當(dāng)?shù)男Ｕ?(二)不當(dāng)?shù)氖褂脙x器(如電極片不 乾淨(jìng),導(dǎo)致雜訊

62、) (三)不正確的測量位置 (四)儀器本身的精確度 (五)電流與電壓不穩(wěn) (六)外在環(huán)境的不統(tǒng)一(如溫度),,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料誤差的來源 二.蒐集階段 (一)取樣頻率設(shè)定錯誤(易失真) (二)不當(dāng)?shù)呐臄z距離(焦距

63、) (三)攝影機機身不水平 (四)多臺攝影時的高度距離不一 (五)遙控啟動振動攝影 (六)機身移位,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),資料誤差的來源 三.資料處理階段 (一)影像太小(影像是實體的20-25%最清 楚)

64、 (二)畫面清晰度與解析度不清影響點選 關(guān)節(jié) (三)研究者對動作的熟悉度與人體解剖 不夠瞭解 (四)點選關(guān)節(jié)後轉(zhuǎn)換數(shù)位化時的頻率不 當(dāng) (五)太疲累注意力不集中,,第三節(jié)　實驗與誤

65、差(續(xù)),資料誤差的來源 四.資料分析階段 (一)文獻(xiàn)閱讀不詳 (二)統(tǒng)計考驗方式錯誤 (三)軟體操作不熟練,,第三節(jié)　實驗與誤差(續(xù)),如何減少誤差？ 增加測量次數(shù)可使信度提高( eg: strides)儀器校正可使效度增加平滑數(shù)據(jù)（smoothing data）(eg:傅立葉函數(shù))原始資料通常曲折不平滑，且

66、只能概略代表真實值之範(fàn)圍。,第四節(jié)　人體肢段資料之建立,肢段（segment）資料建立之重要性 目的:定量分析主要在蒐集人體運動過程 之運動學(xué)資料以為分析研究之用.在人體運動之研究上，大多是將人體之動作拍攝紀(jì)錄下來，再進(jìn)行數(shù)位化（digitizing），才能計算運動過程之重心、位移、速度以及加速度等運動學(xué)資料，以作為傷害或復(fù)健與運動訓(xùn)練之參考。,第四節(jié)　人體肢段資料之建立(續(xù)),肢段

67、（segment）資料建立之重要性 在進(jìn)行數(shù)位化後，需要有人體肢段之基本資料比如肢段重量、肢段重心、肢段轉(zhuǎn)動慣量與肢段旋轉(zhuǎn)半徑等，才能進(jìn)行重心、位移等運動學(xué)變數(shù)之計算。,第四節(jié)　人體肢段資料之建立(續(xù)),資料內(nèi)容：人體肢段資料包括 肢段重量(王金成 pp.58)肢段通常分為頭與頸、軀幹、上臂（左右）、前臂（左右）、手（左右）、大腿（左右）、小腿（左右）、與腳（左右）等14個肢段17個關(guān)節(jié)點，各肢段重量通常以該肢段與全身重量之比例

68、來表示。,第四節(jié)　人體肢段資料之建立(續(xù)),資料內(nèi)容：人體肢段資料包括 肢段重心 (Winter pp.150-152)以肢段縱軸上之重心位置到肢段近端或遠(yuǎn)端之距離，與該肢段總長度之比例來表示。,第四節(jié)　人體肢段資料之建立(續(xù)),肢段轉(zhuǎn)動慣量（moment of inertia） 以各肢段中心位置對肢段縱軸之轉(zhuǎn)動慣量來表示（I=mr2）。 肢段旋轉(zhuǎn)半徑（radius of gyration） 肢段重心距近端或遠(yuǎn)端之長度。,第五