運動員的技術與科學：運動員技術診斷的妙用
102/12/09
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湯文慈｜
國立體育大學競技學院競技與教練科學研究所
運動員的挑戰
運動員要在激烈的競技運動中脫穎而出實屬不易，要在國際上奪冠更是難上加難。除了每場都要全力以赴外，也需要夜以繼日、努力不懈地練習自己專項的基本技術，好讓身體能夠牢記每個基本動作，熟練每項技術，成為某一項運動的專家。但前提是，練習的動作必須符合動作技術原理，而且是最佳的技術，否則不僅運動表現無法提升，也容易讓身體處於慢性或急性傷害的風險中。
然而，如何找出動作的優秀技術原理與最佳技術？最佳技術應遵循哪些大原則？最佳技術是否因人而異？
找尋每項運動的技術動作模式與最佳技術並不容易。以跳高為例，從最早的跨越式到現今的背越式，技術的演進都是為了追求如何越過橫桿而不斷進化的，背後都有許多科學原理，因而成為優秀運動員的動作技術模式。
透過優秀運動員的動作技術診斷與科學原理的輔助，可以探討並建立每項運動的一般動作技術原理，利於推廣運動、提高技術水準與訓練效果，也能讓優秀運動員了解各個複雜動作的技術要領、自己的問題所在，並找出符合自己身體條件的動作模式，有效改善自己的技術，追求更高、更快、更強的奧運精神。
技術診斷的用處
運動員技術診斷，就是利用科學儀器，記錄運動員執行專項動作時的技術動作特徵、肌肉活化與協調控制情形，探討影響這個專項運動技術的重要科學原理，整合運動員生理基礎與分析專項能力特徵，以協助教練與運動員綜合評估其動作效率、姿勢控制，並能即時回饋。
透過紅外線攝影機、高速攝影機、加速規等檢測工具，記錄運動員動作過程中的運動學特徵，如位移、速度、加速度與角度、角速度、角加速度，用測力板測量人體動作施力在環境中所受到的反作用力，檢驗動作的差異性、一致性、穩定性，以及動作形態是否符合動力鏈等，做為修正動作技術的依據。
肌肉收縮時會產生電位變化，因此可以透過肌電圖找出運動員肌肉的活化情形、活化順序、共收縮與作用拮抗模式、啟動時序、疲勞的影響等，以診斷運動員在執行動作時是否正確地使用每一條肌肉，並做為肌力、肌耐力與協調訓練的參考。
用最具效率的動作達成競技的目的，一直是教練與運動員關注的事。透過技術動作特徵分析與肌電分析的整合，獲得力量—肌電比、力矩—肌電比、共收縮指數等，可評估運動員是否能在控制範圍內的肌肉用力得到最佳的動作效益，以判斷運動員是否需在技術層面進一步改善。
射箭、射擊等需要追求精準的運動選手，必須有很高的穩定度，以免比賽時失之毫釐，差之千里。透過足壓與平衡板系統的量測，能反應運動員在持重負荷與瞄準需求下，整體站姿是否平穩。此外，不同運動員有不同站姿特性，透過評估可協助教練改善姿位。
運動員在執行動作後立即觀察自己的動作或重要比賽的過程，能迅速分析動作並修正策略。
技術診斷的流程
技術診斷是為了找出影響技術的關鍵問題，越是高水準的技術動作，問題越容易隱藏在細節中。因此，實際的運動技術診斷流程，需要有深入與整合性的診斷計畫，並依照會談、觀察、量測與評估、診斷、計畫、訓練介入、成效驗收並持續監測等的順序進行。
與教練和運動員會談是以「運動員」技術為中心，來解決問題的一種雙向溝通。教練與運動員提出其技術瓶頸，而技術診斷團隊以專業科學背景提供改進方案。這過程須由教練及運動員以口語提示技術重點，並經診斷人員找出可能影響這個技術的適當參數。
技術診斷與問題解決建立於各項參數的量測，診斷人員需要教練協助以了解運動員自身條件與其所關心的動作技術特性，或運動場上影響技術表現的關鍵，繼而提出符合需求的診斷計畫，包含運動員基本能力測試、受測動作、運動環境設定、量測儀器、檢測參數等。
依據診斷目的，蒐集各期別動作的相關參數，如位移、速度、加速度的運動學參數，地面反作用力、關節力量、力矩的動力學參數，肌電訊號與足壓分布情形等，經過資料處理與分析後，診斷人員把數據解讀為有意義的技術特徵訊息，以發現運動員執行動作時是否符合技術動作原理、個別差異、作功效率情形等。
與教練討論量測與評估結果後，整合其他領域的相關紀錄與參考文獻，確立運動員技術問題及影響因子。
診斷技術問題後，再透過動作模擬系統找出最佳技術。運動員最佳技術需同時考量力學效益、身體素質、生理條件、結構限制等，為運動員設計個人最佳技術並訂定訓練計畫。
在向教練、運動員提出改善建議時，需了解教練與運動員對於訓練計畫的想法，搭配其他專業，並經詳細溝通協調後，才能正式介入最佳技術的訓練計畫。
定期檢視訓練介入後的成效，並長期監測記錄運動員動作情形，確認是否達到最佳技術且維持穩定，並透過網路平台進行遠端協助與即時回饋。
技術診斷的利器
攝影機是最常見的技術診斷工具，可以完整記錄運動員的技術動作。攝影機依功能可分為高速攝影機與紅外線攝影機兩種。高速攝影機可以記錄人眼無法直接觀察到的細微動作，供診斷人員事後以慢動作觀察運動員執行動作的細節。紅外線攝影機則能透過貼在運動員身上的反光點，精準記錄運動員執行動作時身體各關節點的線運動，經過資料處理得到各關節的角運動，以分析其動作技術特徵。
幾乎每項運動的動作技術都是在地面上進行，許多動作技術也包含起跳與落地動作，這時身體都受到地面反作用力的影響。透過測力板的量測，可以得到動作時身體承受的反作用力，以檢視地面動作、起跳與落地動作對於地面反作用力的影響。例如，落地時彎曲膝蓋進行緩衝與地面反作用力的峰值大小是否有關聯，峰值越大，便越容易使運動員產生急性傷害。
肌肉收縮牽引關節運動，透過肌電儀的測量可以得知肌肉用力程度與動作時肌肉活化的順序，也可以得知肌間協調機制是否正常、肌肉是否疲勞等。肌肉活化是人體動作之因，通常會利用攝影機，觀察診斷運動員動作時是否正確使用每一條肌肉進行專項動作的控制與拮抗、各肌肉啟動順序是否符合動力鏈原則等。
即時動作分析系統可以匯入動作影像，並進行簡易的2D運動學分析，在一般訓練場合都能使用，便於教練與運動員立即檢視當下練習的動作並即時修正，提升訓練品質與效率。
其他如足壓測量系統、平衡板、等速肌力測量儀器等，都可用以輔助診斷不同項目與不同動作技術。
技術診斷的應用
筆著曾經研究過我國大專盃前6名優秀游泳選手的捷式划手動作，並與奧運等級游泳選手的動作比較，發現國內優秀選手與國外奧運等級選手在划手動作軌跡上大致相似，然而少了在入水後的一個不太明顯的小動作—有升力效果的搖櫓動作。
此外，我國優秀游泳選手在划手動作後段的運動接近等速，國外奧運等級游泳選手後段划手動作則仍持續加速。雖然最後一段的加速動作較費力，動作效率低，但在追求游泳競速的成績上卻有相當程度的幫助。這些細微的部分很難用肉眼觀察到，足見運動員技術診斷的應用價值。
國外部分專業運動科學中心協助優秀運動員進行技術診斷已有數十年的歷史，如澳洲的坎培拉國家運動科學中心便提供許多運動科學的專業協助，其內設有長40公尺、寬20公尺、高10公尺的運動生物力學實驗室，透過專業診斷人員與多種新穎科學儀器，記錄運動員實際動作的資料，並配合教練進行技術診斷與調整。
我國國訓中心正在擴建，已陸續增添許多診斷測量儀器與設備，如高速攝影機系統、足壓測量系統、肌電系統等，並置有專業檢測技術人員。期望未來能夠有更完整的儀器設備與充裕的人力，對國內優秀運動員提供技術診斷的專業服務，培養出更多的優秀運動員。
精益求精
隨著科技的不斷進步，為了使測量能更加精準，診斷儀器都在持續進步中，技術診斷人員也需不斷精進儀器操作技巧、診斷技術與改進診斷流程。另一方面，市面上已有越來越多的簡易儀器可供教練及選手使用，如具備高速攝影功能的攝影機、分段速度計時器等，都可直接架設在運動員平時訓練的場館內，便於即時回饋。
過去，生物力學分析與技術診斷已與其他運動科學領域如生理、心理、營養等合作。未來，更應重視運動科學在比賽場上的應用，從基層體育便開始灌輸教練及運動員技術診斷與運動科學的概念，輔助運動員技術的提升，穩固金字塔底端的根基，才能培養出更多的優秀運動員與教練團隊。
