跑步訓(xùn)練中運(yùn)動強(qiáng)度的控制研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

跑步訓(xùn)練中運(yùn)動強(qiáng)度的控制研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：體育教學(xué)中，跑步訓(xùn)練是一項(xiàng)重要的教學(xué)內(nèi)容，在體育跑步訓(xùn)練運(yùn)動強(qiáng)度的控制方法中，通常采用閉環(huán)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，這樣的訓(xùn)練方法成本高，并且需要實(shí)時(shí)監(jiān)測心率，增加了控制的復(fù)雜性。為解決控制系統(tǒng)復(fù)雜及成本高的問題，提出一種基于跑步機(jī)的運(yùn)動處方強(qiáng)度的開環(huán)控制方法，并通過實(shí)踐控制方案的準(zhǔn)確性，首先獲取學(xué)生基本生理信息，測試其運(yùn)動運(yùn)動心肺耐力，確定靶心率區(qū)間;然后根據(jù)強(qiáng)度與心率的線性關(guān)系，獲取運(yùn)動強(qiáng)度控制方案;其后根據(jù)運(yùn)動強(qiáng)度與速度、坡度的關(guān)系，獲取合理的速度和坡度，基于跑步的運(yùn)動方法強(qiáng)度進(jìn)行開環(huán)控制，實(shí)際心率與靶心率一致，為跑步運(yùn)動方法強(qiáng)度提供了一種簡單、科學(xué)有效、低成本的控制方法，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于體育教學(xué)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動強(qiáng)度;心肺;耐力;開環(huán)控制

前

言：

跑步訓(xùn)練看似簡單，但是在實(shí)際訓(xùn)練中，需要注意的的地方有很多，這項(xiàng)訓(xùn)練也是體育教學(xué)中的重要內(nèi)容，但是不合理的跑步強(qiáng)度不僅不會起到強(qiáng)身健體功能的作用，還會給身體帶來損害。心率是反應(yīng)心臟功能的重要指標(biāo)之一，是眾所周知的一個(gè)生理參數(shù)，且因其具有實(shí)用性、及時(shí)性、易測性、無創(chuàng)傷等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于運(yùn)動訓(xùn)練實(shí)踐。對于在機(jī)械跑步的運(yùn)動而言，不同的運(yùn)動目標(biāo)有不同的靶心率區(qū)間，學(xué)生按照靶心率運(yùn)動能夠確保健身的有效性及安全性。此外跑步機(jī)的運(yùn)動強(qiáng)度主要由速度和坡度決定，而心率是反應(yīng)運(yùn)動強(qiáng)度的一個(gè)重要參數(shù)，相關(guān)研究已經(jīng)證明運(yùn)動強(qiáng)度與運(yùn)動心率存在明顯的線性關(guān)系。因此為了保證跑步健身的安全有效，本文根據(jù)運(yùn)動目標(biāo)對應(yīng)的靶心率確定運(yùn)動強(qiáng)度，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了實(shí)際心率和靶心率的一致性。目前，多數(shù)跑步運(yùn)動采用閉環(huán)訓(xùn)練體系，根據(jù)心率反饋，調(diào)整跑步機(jī)的速度和坡度。進(jìn)而達(dá)到控制運(yùn)動強(qiáng)度的目的，針對上述存在的問題，本文提出了一種跑步訓(xùn)練運(yùn)動強(qiáng)度的開環(huán)控制方法：預(yù)設(shè)靶心率，根據(jù)靶心率設(shè)計(jì)運(yùn)動強(qiáng)度，制定跑步機(jī)的速度和坡度控制方案。該控制方案不需反饋控制，以降低系統(tǒng)的控制復(fù)雜性和成本;此外該控制方法也無需實(shí)施心率監(jiān)測，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)控制的復(fù)雜性。本文最后通過分析和探究，得知該運(yùn)動強(qiáng)度控制方法的合理性和實(shí)用性。

1.運(yùn)動強(qiáng)度控制方法跑步機(jī)運(yùn)動強(qiáng)度軟件控制原理

首先，根據(jù)學(xué)生身體素質(zhì)和能力的實(shí)際情況，預(yù)測其最大心率。最大心率預(yù)測可采用公式：

其次，學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動心肺耐力，即運(yùn)動能力（functionalcapacity，F(xiàn).C）測試。F.C測試采用跑步機(jī)二級/三級負(fù)荷實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，其測試原理基于運(yùn)動心率和運(yùn)動強(qiáng)度呈線性關(guān)系的理論，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測學(xué)生在給定強(qiáng)度下的運(yùn)動心率，計(jì)算其運(yùn)動心率達(dá)到最大心率時(shí)所需的最大運(yùn)動強(qiáng)度。

最后，根據(jù)學(xué)生基本信息、健康情況及運(yùn)動心肺耐力測試數(shù)值，獲取運(yùn)動目標(biāo)，根據(jù)運(yùn)動目標(biāo)對應(yīng)的最大心率百分比得到靶心率范圍。再根據(jù)心率和運(yùn)動強(qiáng)度的線性關(guān)系，計(jì)算出給定運(yùn)動目標(biāo)對應(yīng)的運(yùn)動強(qiáng)度范圍。

根據(jù)運(yùn)動強(qiáng)度與速度、坡度之間的關(guān)系，將運(yùn)動強(qiáng)度EC的量值轉(zhuǎn)換成速度和坡度量值，并通過程序控制跑步機(jī)動力電機(jī)的轉(zhuǎn)速和升降電機(jī)的推力，以自動調(diào)整跑步機(jī)的速度和坡度。其中EC與速度和坡度的換算關(guān)系如下。運(yùn)動強(qiáng)度與速度和坡度之間的公式如下。

2.跑步訓(xùn)練中運(yùn)動強(qiáng)度的控制

首先，通過對學(xué)生身體能力和素質(zhì)信息的了解，進(jìn)行運(yùn)動風(fēng)險(xiǎn)評估。決定學(xué)生是否進(jìn)行運(yùn)動心肺耐力測試。根據(jù)對學(xué)生身體情況的了解、運(yùn)動心肺耐力等，確定其運(yùn)動目標(biāo)，即將抑郁、焦慮、失眠、正常的學(xué)生運(yùn)動目標(biāo)設(shè)為保持健康模式，將肥胖、血脂異常的學(xué)生運(yùn)動目標(biāo)設(shè)為減脂模式。保持健康模式運(yùn)動強(qiáng)度由下限值逐步上升到上限，然后逐步下降到下限，周期往復(fù)，該模式運(yùn)動適用人群沒有特別禁忌，應(yīng)用于普通有氧健身、心肺耐力提升鍛煉;然后平緩下降到下限，周期往復(fù)。

促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的課堂變革中，需要教師將教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，而以往的教學(xué)模式顯然已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)需求，教師不僅要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，更要運(yùn)用積極有效的措施優(yōu)化教學(xué)形式，使學(xué)生對體育課的跑步訓(xùn)練形成較為全面的知識認(rèn)知結(jié)構(gòu)，因此推動體育教學(xué)更好發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)就在于教師的態(tài)度，只有教師能夠立足于學(xué)生未來，用發(fā)展的眼光看待體育教學(xué)，端正自身教學(xué)態(tài)度，學(xué)生才會更加服從教師的課程安排;反之，如果體育教師的教學(xué)態(tài)度并不端正，就會直接影響學(xué)生對待體育學(xué)習(xí)的態(tài)度，不僅注意力不會放在跑步基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)上，在跑步過程中就會呈現(xiàn)出懶散、放松的態(tài)度，這不僅不能達(dá)到體育鍛煉強(qiáng)身健體的目的，對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的不良影響則是更為嚴(yán)重的。

其次。在靶心率區(qū)間對應(yīng)的運(yùn)動強(qiáng)度范圍內(nèi)，保持健康、減脂運(yùn)動強(qiáng)度。具體測試步驟是學(xué)生首先進(jìn)行跑步機(jī)的適應(yīng)性跑步練習(xí)，至少隔一天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。實(shí)驗(yàn)前，確定學(xué)生心情平靜，狀態(tài)良好。然后進(jìn)行伸展運(yùn)動，以防止運(yùn)動時(shí)肌肉損傷，隨后進(jìn)行運(yùn)動心肺耐力測試，完成運(yùn)動心肺耐力測試后，休息至少10min后，開始實(shí)驗(yàn)，包括3個(gè)階段：熱身3rain，運(yùn)動10rain，放松3min。根據(jù)運(yùn)動強(qiáng)度控制方案，自動調(diào)整跑步機(jī)速度和坡度，強(qiáng)度訓(xùn)練每1分鐘變化1次。學(xué)生在訓(xùn)練的過程中佩戴心率測量設(shè)備，跑步機(jī)速度小于等于6km/h時(shí)，學(xué)生步行，跑步機(jī)速度大于6km/h時(shí)，學(xué)生跑步，在學(xué)生運(yùn)動過程中，及時(shí)準(zhǔn)確的記錄學(xué)生實(shí)時(shí)心率、靶心率及運(yùn)動強(qiáng)度。

因此，在體育跑步訓(xùn)練教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生本身認(rèn)識到體育鍛煉的重要性，只有這樣學(xué)生才會從思想上認(rèn)定體育鍛煉會為身體健康及意識培養(yǎng)帶來益處，從而感受到跑步訓(xùn)練的真正魅力，因此這就需要教師根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)，因材施教，使每個(gè)學(xué)生都能被重視起來，在開發(fā)學(xué)生潛能的基礎(chǔ)上，使每個(gè)學(xué)生都能對跑步訓(xùn)練產(chǎn)生濃厚的興趣，喜愛并熱情上這項(xiàng)運(yùn)動。

總

結(jié)：

本文提出了一種基于靶心率的運(yùn)動處方強(qiáng)度開環(huán)控制方法，無需監(jiān)測心率和反饋控制，降低了成本和控制的復(fù)雜性，可知，實(shí)際心率和靶心率基本一致，說明了通過靶心率預(yù)設(shè)運(yùn)動強(qiáng)度的合理性，保證了訓(xùn)練的有效性和安全性，也說明了開環(huán)控制也可以滿足學(xué)生運(yùn)動心率按照靶心率變化的目的，體育課堂中跑步訓(xùn)練的策略是多樣化的，教師應(yīng)根據(jù)自己班級學(xué)生的特點(diǎn)因材施教，多采取趣味性、競技性的方式來激勵(lì)學(xué)生、鼓舞學(xué)生。在