躲避球冠軍選手不同投擲動作之運動學分析

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(1)I. 國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系碩士學位論文. 躲避球冠軍選手不同投擲動作之運動學分析. 研究生：陳志岳指導教授：蔡虔祿. 中華民國 103 年 7 月中華民國臺北市 I.

(2) 躲避球冠軍選手不同投擲動作之運動學分析 2014 年 6 月研究生：陳志岳指導教授：蔡虔祿摘要研究目的：以運動學的方法分析躲避球選手在原地站立與移動步時，採用過肩與側肩投擲之差異。方法：以十名 102 年全國躲避球賽冠軍選手為研究對象，平均年齡 11.86±0.54 歲，平均身高 158±9.16 公分，平均體重 52.34±17.33 公斤。使用十台 VICON MX-13+攝影機(150Hz)拍攝人體動作，及一台 FASTEC 高速攝影機(150Hz)同步拍攝球離手後的軌跡。以 VISUAL 3D 動作分析系統，計算人體運動學參數；球速部分則使用 Kwon 3D 軟體來計算。以 SPSS20.0 版統計軟體，進行無母數弗里曼二因子等級變異數分析，比較投擲動作之差異，若達顯著差異，再做事後比較，顯著水準訂為 α= .05。研究結果顯示：移動側肩投擲動作的球速最快，兩種側肩投擲動作比兩種過肩投擲動作有較大的向上垂直速度，兩種移動投擲動作比兩種原地投擲動作有較大的重心向前速度，原地過肩投擲動作在球離手時的身體重心合速度最小。移動側肩投擲動作有較長的跨步長、在加速期時有較大重心位移。原地過肩投擲動作在加速期有較大的肩外展角度、軀幹側彎角度、軀幹屈曲角速度，球離手時有較大膝關節角速度、軀幹前傾角速度、軀幹側彎角度、肩外展角度、肩軸角度較面向非慣用手方向。移動側肩投擲動作在加速期有較大的軀幹旋轉角速度，球離手時肩內旋角速度，離手後球速。由本研究的結果建議學童在躲避球比賽時多採用移動側肩投擲動作。. 關鍵詞：過肩、側肩、原地投擲、移動投擲. i.

(3) Kinematical Analysis of Dodgeball Champions Among Different Throwing Movements June, 2014. Graduate student：Chih-Yueh Chen Advisor：Chien-Lu-Tsai. Abstract The aim of this study was to compare the kinematics differences among Dodgeball overhand and sidearm throwing when the players stand still and step moving throw. Method: Ten national champion Dodgeball game players in Taiwan were served as the participants (age 11.86±0.54 years, height 158±9.16 cm, weight 52.34±17.33 kg). Ten Vicon MX-13+ Motion Capture systems (150Hz) and one Fastec High Speed Camerac (150Hz) were synchronized used to collect the kinematics data. The VISUAL 3D motion analysis system was utilized to calculate the kinematics data of the players. The Dodgeball velocity was calculated by using Kwon 3D software. The variables were compared by the Friedman two-way analysis of variance nonparametric statistical test and the post hoc comparison by using SPSS 20.0 software, the significant levels was as α = .05. The results showed the released ball initial velocity of the sidearm step moving throwing was the fastest. The COM vertical velocities of the sidearm throws were significant greater than the overhead throwing. There were significant greater COM velocities in step moving throws than the standing throws. The resultant COM velocity was the least in the standing overhead dodgeball throwing. When the player throws the dodgeball step moving sidearm throwing, the player might have a longer percentage of the strike length; in the phase of acceleration, the player might have a larger displacement of COM, When the player throws the dodgeball standing, overhand throwing has the larger angle of shoulder abduction, angle of lateral trunk tilt, angular velocity of the trunk bending. When the ball is released, there will be a greater angular velocity of forefoot knee joint, angular velocity of the front trunk tilt, angle of lateral trunk tilt, angle of shoulder abduction, and shoulder axis angle would tend toward non-dominant hand of the player. When the player throws the dodgeball in motion, the sidearm throwing has a greater angular velocity of the trunk rotating in the phase of acceleration, angular velocity of shoulder internal rotation while the time of the ball released, and velocity after the time of the ball released. As the results, we recommend the sidearm step moving throw.. Keyword：overhand, sidearm, standing throw, step moving throwing. ii.

(4) 謝誌. 三年前進入師大修課，蔡虔祿老師曾說：「創造生命中的感動」，而方進隆老師也說過：「應把握有限生命在美好事物上記錄」，兩位老師課堂上教悔，深深觸動自己內心，進修過程酸甜苦辣都是具有意義及價值，慎重致謝三年以來走進志岳生命中貴人，您的鼓勵與激勵是讓志岳得以轉化成長的動能。感謝家豪老師不時鼓勵與提醒，感謝恆儒老師、長福老師、德嘉老師准許志岳跟一般生旁聽與學習，不只在力學領域上專業知識上的沐浴，更讓我學習科學角度看待事物因果，更感謝親愛虔祿老師不斷的給予引導與信心增強，讓志岳獲得當學生以來最有滿足的成就感。感謝尹彰學長在實驗、資料分析及論文寫作上不斷的給予志岳協助、建議與支持，甚至也時常關心志岳家裡剛出生小孩概況，志岳及怡滿對於尹彰學長充滿深深的感激。感謝耀毅哥帶領志岳在儀器及軟體上的操作與論文實驗上的幫忙。感謝謝安、文星鼎力相助，感謝實驗室尹鑫、玲雅、育銘、子享、博涵的解惑，讓志岳成長。感謝在職班同學桎銘共同的奮戰。志岳的生命因有你們更加豐富，本篇論文從無到有，是因各位貴人才能完成，另外特別致謝新竹西門智蛟主任您的大力支持，實驗期間從新竹至台北來回四趟的奔波，讓志岳更覺得要把這研究好好的完成，沒有你的大力支持，不會有這次的躲避球力學研究、還有感謝恆儒老師、劉強老師在口試時的回饋及寫作經驗分享。感謝逝世的奶奶林苾從小對我的教育，感謝爺爺德和、爸爸朝燦、媽媽秀枝、岳父萬生、岳母素琴及我最可愛的女兒宥寧。最後更要感謝親愛的老婆怡滿的陪伴與支持，在進修時不斷提升我的心靈，讓志岳能靜下心來面對隨時不斷而來的挑戰。親愛的虔祿老師，回想初入力學領域，對於未知挑戰及恐懼，老師總是在關鍵時刻，給予志岳提點與引導，而在困頓時刻您幽默的言教與身教，一直是觸發志岳繼續向前動力，將來也會學習您的理念，在自己的崗位上發散至其他角落，進修以來從老師身上學習到，對於未發生的事，雖是充滿變數，但堅定信念，願意嘗試，將會有特別的收穫。. 志岳深深一鞠躬. iii.

(5) 目. 次. 中文摘要 ................................................................................................................................ i 英文摘要 ............................................................................................................................... ii 謝誌 ...................................................................................................................................... iii 目. 次 .................................................................................................................................. iv. 表. 次 ................................................................................................................................. vii. 圖. 次 ................................................................................................................................ viii. 第壹章. 緒論 ................................................. 1. 前言 ...............................................................................................................................1 第一節問題背景 .........................................................................................................2 第二節研究問題 .........................................................................................................3 第三節研究目的 .........................................................................................................4 第四節研究範圍 .........................................................................................................5 第五節研究限制 .........................................................................................................5 第六節名詞操作性定義..............................................................................................5 第七節研究重要性 .....................................................................................................9. 第貳章. 相關研究文獻探討 .................................... 10. 第一節兒童投擲能力發展的過程及研究 .................................................................10 第二節下肢因素影響投擲表現相關文獻 .................................................................13. iv.

(6) 第三節上肢投擲在運動學相關文獻 ........................................................................15 第四節文獻探討總結 ...............................................................................................18. 第參章研究方法 ............................................. 19 第一節研究對象 .......................................................................................................19 第二節實驗設計 .......................................................................................................20 第三節實驗時間與地點............................................................................................ 20 第四節實驗設備與器材............................................................................................21 第五節場地設置 .......................................................................................................24 第六節實驗步驟 .......................................................................................................25 第七節資料分析 ....................................................................................................... 27 第八節統計分析 .......................................................................................................28. 第肆章結果與討論 ........................................... 30 第一節線運動學參數比較 ........................................................................................30 第二節角運動學參數比較 ........................................................................................43 第三節結語 ...............................................................................................................60. 第伍章結論與建議 ........................................... 61 一、結論 ......................................................................................................................61 二、建議 ......................................................................................................................61. v.

(7) 引用文獻 .................................................... 62 中文部分: .................................................................................................................... 62 外文部分: ....................................................................................................................66. 附件一受試者同意書 ......................................... 70 附件二受試者基本資料表 ..................................... 71. vi.

(8) 表. 次. 表 3-1-1 實驗參與者基本資料 ............................................................................................19 表 3-4-1 反光球位置說明表 ................................................................................................23 表 4-1-1 躲避球不同投擲動作球速無母數弗里曼考驗事後比較表...................................31 表 4-1-2 躲避球不同投擲動作各分期時間無母數弗里曼考驗事後比較表 .......................33 表 4-1-3 躲避球不同投擲動作跨步長百分比無母數弗里曼考驗事後比較表 ...................35 表 4-1-4 躲避球不同投擲動作加速期重心位移無母數弗里曼考驗事後比較表 ............... 37 表 4-1-5 躲避球不同投擲動作球離手時重心速度無母數弗里曼考驗事後比較表 ...........39 表 4-2-1 躲避球不同投擲動作在準備期角度無母數弗里曼考驗事後比較表 ...................43 表 4-2-2 躲避球不同投擲動作在加速期角度無母數弗里曼考驗事後比較表 ...................46 表 4-2-3 躲避球不同動作在加速期角速度參數無母數弗里曼考驗事後比較表 ...............49 表 4-2-4 躲避球不同投擲動作球離手時角度參數無母數弗里曼考驗事後比較表 ........... 52 表 4-2-5 躲避球不同投擲動作球離手角速度參數無母數弗里曼考驗事後比較表 ........... 55 表 4-3-1 原地站立與移動步在過肩與側肩投擲動作達顯著差異比較表 ...........................60. vii.

(9) 圖. 次. 圖 1-6-1 過肩示意圖 .............................................................................................................6 圖 1-6-2 側肩示意圖 .............................................................................................................6 圖 1-6-3 原地投擲示意圖 .....................................................................................................7 圖 1-6-4 移動投擲示意圖 .....................................................................................................7 圖 1-6-5 投擲動作角度示意圖 .............................................................................................8 圖 2-1-1 兒童投擲能力發展階段(資料來源：曾祥倫，2007) ...........................................10 圖 2-1-2 投擲動作技巧發展表 (資料來源：蕭柏琪，2012) .............................................11 圖 2-3-1 棒球投手動作分期(資料來源：Fleisig,1996) ......................................................15 圖 2-3-2 手球射門動作分期（資料來源：Tillaar ＆ Ettema,2007） ...............................16 圖 3-2-1 研究架構............................................................................................................... 20 圖 3-4-1 VICON 攝影機 ...................................................................................................21 圖 3-4-4 高速攝影機 ...........................................................................................................21 圖 3-4-5 同步訊號接收器 ...................................................................................................21 圖 3-4-6 實驗參與者反光球黏貼位置 ................................................................................22 圖 3-5-1 球網架設...............................................................................................................24 圖 3-5-2 場地佈置圖 ........................................................................................................... 25 圖 3-6-4 實驗流程圖 ........................................................................................................... 26 圖 4-1-1 躲避球不同投擲動作球速差異圖 ........................................................................32 圖 4-1-2 躲避球不同投擲動作各分期時間差異圖.............................................................34 圖 4-1-3 躲避球不同投擲動作跨步長百分比差異圖 .........................................................36 圖 4-1-4 躲避球不同投擲動作加速期重心位移差異圖 .....................................................38 圖 4-1-5 躲避球不同投擲動作球離手時重心速度差異圖 .................................................41 圖 4-2-1 躲避球不同投擲動作在準備期近端肢段與遠端關節角度差異圖 ......................45 圖 4-2-2 躲避球不同投擲動作在加速期近端肢段與遠端關節角度差異圖 ......................48. viii.

(10) 圖 4-2-3 躲避球不同投擲動作在加速期近端肢段與遠端關節角速度差異圖 .................. 51 圖 4-2-4 躲避球不同投擲動作在球離手時近端肢段與遠端關節角度差異圖 ..................54 圖 4-2-5 躲避球不同投擲動作在球離手時近端肢段與原端關節角速度差異圖 .............. 57. ix.

(11) 第壹章. 緒論. 本章共分為八個部分：前言；第一節、研究背景；第二節、研究問題；第三節、研究目的；第四節、研究範圍；第五節、研究限制；第六節、名詞操作型定義；第七節、研究重要性，以下將分別依序說明研究內容。. 前言根據教育部在 1962 年「國民學校體育標準」的體育課程綱要指出，因考量投擲能力的發展及在體育課能讓全體學生共同參與，便納入躲避球課程，近年來相關躲避球的研究中大多提到在小學易於推展主要因素為規則簡單，學童拿起球來，即可以享受跑、跳、擲、閃等身體活動，且可滿足學童課間運動效果（范希真，2002)。國內陸陸續續也相繼出現躲避球的研究，但大多提到過去在台灣的歷史演進、體育教學、體適能、運動能力等主題的相關探討（張博勝，2012；陳淑卿，2010；黃玉清，2010；范春源，1994）然而躲避球課程既是納入教育部教材課程內，但似乎缺少以生物力學角度來分析，這項普遍存在於國小體育課程中，關於投擲動作過程中運動力學研究的說明或解釋。 Wickstrom（1975）提到兒童在投擲能力的發展過程為低手至上肩，李村祺與卓俊伶（1998）影響兒童投擲的相關因素與手掌的大小有關，Burton、Greer & Wiese（1992）提到工作限制因素會降低兒童投擲動作的型態，在不同投擲動作的棒球研究中，對球速的結果大多是過肩投擲快於側肩投擲方式（王順正，1991；Kreighbaum & Barthels,1996）而劉于詮、陳五洲、黃泰源（2005）及劉強與廖于誠（2013）的研究中，不同投擲物重量在結果參數上的差異，另外在相關投擲類型研究中不同變項的肢段關節參數對球速研究當中，也顯示這兩項變項間存在著相關性，所以綜合以上所述，希望可以在躲避球研究中，進一步瞭解在不同投擲動作的分析上，是否會如 Wickstrom（1975）提到投擲動. 1.

(12) 作發展的順序，對於國小球員有可能學習投擲動作過程中，並非唯有過肩動作的選擇，並且在球體大小與重量也有別棒球、手球，是否也會因受限於工作限制因素，而造成在肢段關節，甚至其他參數對於促進運動表現或投擲臂的影響有不同的結果，期盼在未來研究中進一步的分析與整理，以補足這項課程內容在運動力學上的量化結果，進而提供實證研究數據做為教學及研究人員參考。. 第一節. 問題背景. 一、躲避球的起源根據國立教育資料館的 96 年體育課程單項教學影片指出躲避球運動源自於英國，隨著歐洲移民新大陸盛行於美國，於西元 1910 由美國傳入日本，1913 年日本列入學校體育教材，當時台灣正處日治時期，而在台灣屬於日本人所讀的「小學校」體育課程中首次出現躲避球的活動，1914 年台灣人就讀的「公學校」體育課程內容也開始有了躲避球課程（范春源，1994），但近年來在台灣小學推行的躲避球比賽形式，主要是根據 1985 年日本西山逸成先生，將舊式規則修訂成為現在的新式躲避球。然而新、舊規則差異較大的部分在於比賽中選手需要更多的移動。二、躲避球動作上的疑慮在投擲動作過程部分，躲避球目前常見投擲動作在上肢部分可分為過肩及側肩投擲（Wang ＆ Sakurai,2010），在下肢移動部分可分為原地投擲、移動投擲、空中接球落地後投擲，在步伐方面可分為併步、交叉步等。由於目前國內比賽及教學中大多以過肩投擲為主，較少側肩投擲動作，主要原因為大多教練認為側肩投擲會對投擲臂有較高的受傷風險，選擇過肩投擲會有較快的球速，但缺少實證的研究結果來說明是否符合此一推測，在類似的投擲研究中分別指出不同動作在運動學參數上的差異，如王順正（1991）棒球研究中指出不同投擲動作過肩球速確實快於側肩球速，但在肘關節受力情形側肩投擲受力小於過肩投擲受力。蔡鏞申（2007）少棒球員研究中的調查顯示在肘關節角度方面受過傷球員在肘關節角度小於非受過傷球員，王順正（1991）研究中也提到不同動作. 2.

(13) 在投擲臂肘關節角度的變化情形也會有所差異。蔡鏞申（2007）研究中曾提出，如果選手為增加球速或投球變化，迫使肩、肘產生更大的力量或是改變投球姿勢來達到所要的目的，而這可能使得關節受力變大，受傷機會也相對增加。三、兒童投擲能力的發展在關於兒童動作發展過程會先身體軀幹開始發展由大肌肉、大幅度的粗略動作，在逐漸學會小肌肉的精細動作，在投擲發展順序部分由低手至上肩，另外過去也有研究關於影響國小學童投擲能力的因素與手掌大小有關，主要是球的大小限制了投擲動作。而在力學領域研究中使用不同球重量的變項也會影響投球過程有不同力學參數的變化（Wickstrom,1975；Gallahue,1996；曾祥倫、邱文信，2008；李清祺、卓俊伶，1998；楊一德，2011；劉于詮，2004；劉強，2013）。四、小結綜合以上過去相關研究與理論的觀點，以及目前國內現況躲避球教學對於側肩或是過肩在不同投擲動作上到底有何差異的疑慮，如果能提供以運動生物力學研究方法及考量國小學童投擲能力的發展過程及影響因素，來進行躲避球選手的相關實證分析，或許能幫助現場教學的教練們更清楚不同動作差異性為何?對投擲臂有何影響，在指導國小躲避球員時，可以掌握對於促進投擲表現的相關因素及避免不適當的動作所造成的風險，也是本次實驗想要一探究竟的動機，環顧國內在當前相關躲避球的諸多研究當中，也缺乏以力學角度，來探究不同動作之間的到底存在著何種差異性，希望能以運動生物力學的方法，整理出相關量化的參數，以提供相關教學及研究人員做為參考。. 第二節. 研究問題. 躲避球在國內小學為深受學童喜愛及熱門的一項運動，目前尚無對於躲避球投擲動作在力學上的研究，而國內的小學的教學現場中，對於躲避球的過肩與側肩投擲動作尚有許多疑慮尚待釐清，在過去關於投擲的棒球研究中王順正（1991）上肩與側臂投手在肘關節角度上有所不同，吳亭諭（2008）的少棒研究中受傷球員與非受傷球員在肘關節. 3.

(14) 比較中亦達顯著差異，劉于詮、陳武洲、黃泰源（2005）在輕重球的肢段序列參數上的研究結果亦有差異，另外在兒童投擲動作發展相關研究及理論中，提到兒童在投擲能力的動作發展過程為低手至上肩，而動作的表現會隨著手掌及球體大小所影響造成動作表現的層次下降(Wickstrom，1975；Burton et al.，1992；李村祺、卓俊伶，1998），因此本研究欲瞭解的問題如下：一、瞭解躲避球投擲時過肩與側肩動作差異。二、動作差異對運動表現的影響。三、動作差異對傷害風險的影響。四、以兒童投擲動作發展理論來瞭解人體肢段關節在運動學參數之差異。. 第三節. 研究目的. 本研究的目的希望透過此次的實驗，分析國內頂尖躲避球學童在不同投擲動作的差異性比較，期盼未來能提供相關教學人員參考。分析參數分敘如下：一、線性運動學參數（一）. 球速。. （二）. 準備期、加速期、跟隨期各分期時間及總動作時間。. （三）. 跨步長距離百分比。. （四）. 加速期三度空間重心位移。. （五）. 球離手時三度空間重心速度。. 二、角運動學參數（一）. 準備期軀幹、肩關節、肘關節角度。. （二）. 加速期軀幹、肩關節、肘關節角度及角速度。. （三）. 球離手時軀幹、肩關節、肘關節角度及角速度。. 4.

(15) 第四節. 研究範圍. 根據本次研究問題欲瞭解過肩與側肩投擲動作之差異性，因此本次研究範圍，設定為在下肢兩種狀態中原地站立與移動步時，對於上肢使用過肩與側肩投擲之差異。實驗對象為十名 102 年全國躲避球賽國小男童組冠軍隊選手，拍攝影像由傳球員球離手開始至實驗參與者胸前接球位置，再將球擲出至球離手後球空中飛行至球網落地的連續過程，最後將針對不同投擲動作在前導腳膝蓋最大屈曲角度至球離手後肩最大內旋角度進行線運動學與角運動學的分析。. 第五節. 研究限制. 本研究主要為探討原地站立與移動步時在過肩與側肩投擲動作之差異，資料蒐集部分是在實驗室內進行，並非比賽場地，但為了模擬比賽情境，預計將會請教練或球員進行餵球，讓受試者於胸前接球，在受試者前方 3 公尺處規劃一面 2m × 2m 球網為投擲目標，與在比賽中瞄準防守球員為目標的準確度或許有所差異，準度部分則不在此次實驗內討論。. 第六節. 名詞操作性定義. 一、過肩（overhand）: 當球出手瞬間點的與實驗室額狀面座標角度呈 135 度以上的投法(王順正，1991) 。. 5.

(16) 180 °. 135 ° °. 90. ° 0. 圖 1-6-1 過肩示意圖二、側肩（sidearm ）當球出手瞬間點的與實驗室額狀面座標角度接近平行的投法(王順正，1991) 。 180 °. 135 ° 90 °. 0. °. 圖 1-6-2 側肩示意圖. 三、原地投擲（standing throw）如圖 1-6-3 所示接球後前腳抬起後落地時將球擲出。. 6.

(17) 圖 1-6-3 原地投擲示意圖四、移動投擲（step moving throw）如圖 1-6-4 接球後前腳抬起向前一步落地後，後腳向前跟隨落地後，前腳在向前抬起落地後擲出。. 圖 1-6-4 移動投擲示意圖五、引臂期開始：前導腳最大膝關節彎曲角度出現時,代表受試者準備開始向前投擲。六、引臂期結束：投擲臂肩關節向後引臂，此時肩關節水平外展達到最大角度。七、加速期開始：肩關節水平外展達到最大角度後開始水平內收。八、加速期結束：投擲臂肩關節水平向內收到球離手。九、球離手瞬間：於受試者矢狀面架設一台高速攝影機來判斷球離手畫面。十、跨步長百分比:前導腳與推蹬腳的踝關節中心之距離，標準化除以受試者身高，單位％H（陳書瑋、湯文慈、龔榮堂、鴻宗穎，2011）。十一、關節角度示意圖. 7.

(18) 90∘. +. 180∘. 0∘. -. 90∘. 90∘. 0∘. + 0∘. ∘ (A). (B). (C). 20∘ 0∘. 20∘ 0∘. 80∘ 0∘. -. +. (D). +. (E). -. (F). 50∘ 0∘. -. (G). (H). 圖 1-6-5 投擲動作角度示意圖，（A）肩內外旋角度，（B）肩外展內收角度，（C）肩水平內收外展角度，（D）肘屈伸角度，（E）軀幹側彎角度，（F）軀幹前傾角度，（G）肩峰兩點與實驗室座標的夾角為肩軸角度，（H）膝屈伸角度。. 8.

(19) 第七節. 研究重要性. 國內相關躲避球的教學研究著重於體適能、團隊凝聚力、參與動機、課程教學居多，然而對於不同投擲動作造成生物力學上的參數有何影響的研究，目前還未有相關的實證參數，希望藉此研究分析的數據與結果，希望能夠提供未來相關教學人員參考及應用。本研究主要實驗參與對象為全國躲避球賽男童組冠軍隊球員，在實驗參與者的選擇上，因通過各縣市內選拔初賽，進而晉級全國決賽獲得冠軍，應具代表性意義，藉由本次實驗分析國內優秀躲避球學童在不同投擲動作上各關節參數的異同點，也藉此觀察在投擲能力上，是否因球體較大因素，可能影響在不同投擲動作中的表現（Wickstrom,1975； Burton,Greer & Wicsc,1992），以及不同動作對投擲臂的影響，作為提供未來相關探討國小學童投擲研究的參考，期盼對於國內在躲避球發展及教學上能夠貢獻一己之力。. 9.

(20) 第貳章. 相關研究文獻探討. 目前國內尚未有關於躲避球力學分析的研究，所以本章將蒐集過往相關棒球與手球的研究，內容涵蓋兒童投擲動作發展及運動力學下肢及上肢研究，試圖藉由文獻的彙整，找出影響國小學童投擲躲避球的相關因素及未來進行研究需要注意的研究方法。以下將分三節來進行相關文獻探討，第一節、兒童投擲能力發展的過程及研究；第二節、下肢因素影響投擲表現相關文獻；第三節、上肢投擲在運動學相關文獻；第四節、結語。. 第一節. 兒童投擲能力發展的過程及研究. 一、兒童投擲能力發展階段的過程學者 Langendorfer(1980)提到兒童投擲能力發展過程，會經過四個階段變化過程，每個階段特徵如下圖 2-1-1 所示：. 圖 2-1-1 兒童投擲能力發展階段。(資料來源：曾祥倫，2007). 10.

(21) 對於每階段過程描述如下：第一階段（step1）特徵：投擲時手臂無由後向前的準備動作；第二階段特徵(step2)：投擲時手肘彎曲增加且球在頭旁邊；第三階段特徵之一 (step3-1)：投擲時手肘有了伸展在頭部後的準備動作；第三階段特徵之二(step3-2)：開始有了側面向後的準備動作；第三階段特徵之三(step3-3)：投擲臂直接向上舉起；第四階段(step4)特徵：手臂由下往後移動(曾祥倫 2007)。 Wickstrom（1975）指出兒童投擲動作發展的過程，會由低手投擲再到最後的單手過肩。Newell(1986)以動態系統理論觀點兒童投擲會受工作、個體、環境因素會影響動作表現。Burton et al.（1992）當手持的球體直徑越來越大，超過受試者的手掌時，投擲動作的層次則會逐漸降低。李村棋與卓俊伶（1998）在國小學童對牆投擲躲避球研究中發現手掌長短會影響軀幹動作在動作上的顯著差異。二、研究兒童投擲能力發展的方法評估兒童投擲能力發展概況，過去許多學者都會使用早期的因素分析法或整體分析法. （. Burton,Greer,. ＆. Wiese-Bjornstal,1992;Langendorfer,1980;Langendorfer. ＆. Robertom,2002;Wild,1938）來評估，主要目的是瞭解兒童投擲過程中所表現動作的層次。. 圖 2-1-2 投擲動作技巧發展表 (資料來源：蕭柏琪，2012). 11.

(22) 國內相關研究也依據國外學者 Burton et al.（1992）經由前述方法發展出的投擲動作技巧發展表（Developmental Sequences for the One-Hand Overhand Throw for Force）如圖 2-1-1，作為研究工具，其內容分為五個層次，交由所認定的專家評分，每個層次技巧分最高分為 4、3、3、3、3 得分愈高則代表動作層次愈高，國內許多學者也分別針對國小學童在投擲能力上，進行了許多變項的研究，大致上為不同性別、年齡、手掌大小、不同下肢步伐對投擲距離的探討（李村祺、卓俊伶，1998；曾祥倫，2007；林素如，2010；邱文信，2010；蕭柏琪，2012）。三、近年關於國小學童投擲研究曾祥倫（2007）提到隨著時代及研究器材的變遷對於投擲動作技巧發展表是否需要更新則待進一步探討（曾祥倫，2007）。邱文信（2010）比較國小男童在分別在 10、20、 30 的距離下在肌群活化時序中發現，20 公尺較其他目標符合動力鏈傳遞過程。蕭柏琪 (2012)研究將國小學童分為投擲紙飛機組與擲網球組，比較投擲距離與透過量表得分，發現紙飛機組效果在距離及動作層次分數表現較網球組好。鄭力文、邱文信與陳鴻仁 (2012 )以運動學觀點探討兒童過肩投擲研究中，提到在指導兒童投擲動作時，如果能給予適當指導語將能使學習更為有效。目前國內關於學童投擲研究也逐漸以運動生物力學儀器來進行相關因素與探討（邱文信，2009，2010），大多集中在於研究下肢的變項研究，目前在上肢不同動作的研究及討論不多。因此未來如能輔以運動學參數，來瞭解國小躲避球員不同投擲動作探討，或許能幫助相關指導學童或研究人員有更多的參考依據。四、小結一、國內學童相關投擲研究中的研究變項，近年來大多以動態系統理論觀點中的工作、個體、環境限制進行研究(Newell，1986)，探討投擲過程中的動作層次高低，或是專家評定分數直接對應投擲表現進行相關的分析，國小學童階段投擲能力是有可能因投擲物體較大或手掌較小的工作與個體限制在投擲動作層次表現上差異影響。二、考量動態系統影響投擲的因子，綜合上述理論觀點與生物力學研究方法，將招募優. 12.

(23) 秀國小男童躲避球員、以相同周長為 67 公分、重量 320 公克的比賽用球、針對不同動作所擲出最快球速進行分析比較，呈現線性運動學及角運動學參數，進而釐清在不同投擲動作過程中，差異性為何，將所得研究結果，提供給相關教學及研究人員參考。. 第二節. 下肢因素影響投擲表現相關文獻. 一、動力鍊的影響投球過程是從下肢到軀幹再傳遞到上肢，由近端到遠端的一連串動力鏈過程，動力鏈有如一條鞭子的效應，最後在末端釋放出最快的速度（許樹淵，1999；程正欣、張怡雯，2008；陳政宇、何金山，2009)。二、下肢貢獻度 Toyoshima(1974)在棒球投球動作的過程中，需仰賴軀幹和下肢肢段46.9％~50％作為提供肌力的產生來源，以維持身體各個肢段在整個投球動作過程中的平衡及流暢度，使得整個投球動作的表現趨於完善。學者Werner等(2008)的研究對於下肢如何影響棒球投球球速做了下列描述：在前腳著地到肩關節最大外旋時間，前腳著地膝關節彎曲角度、前腳著地肘關節彎曲角度越小、肩關節最大外旋角度越大、肘關節彎曲角速度越大，軀幹旋轉角速度越大，球離手時膝關節彎曲角度越大、軀幹前傾角度越大有關。顯示下肢關節參數變化在投球動力鏈的起始是一項重要的觀察參數。以下將整理過去相關下肢參數的研究結果。 (一). 跨步長百分比在棒球投擲過程下肢跨步距離參數與球速的關係，洪玉山（2008）在不同跨步距離. 研究中顯示，87％與77％跨步幅度，球速分別為31.57+1.6m/s快於29.14+1.98m/s。林俊龍（2012）棒球研究在逐步回歸分析中指出，在國中組跨步距離百分比較大的投手其球速也較快，推測原因為對投球動作有較好掌握度。 (二). 膝關節參數. 13.

(24) 在膝關節參數方面，Matsuo 等（2001）比較快、慢兩組棒球投手球速在膝關節最大彎曲角速度的差異，球速慢的 260°/s 大於球速快的 161°/s 。學者 Escamilla,Fleisig,barrentine,andrewa, & Moorman(2002)比較美韓兩國棒球投手在球離手瞬間的膝關節參數與球速差異，發現球速快的美國投手在膝關節屈曲角度32 ± 9°小於韓國投手48 ± 14°，在球速方面則是美國投手38+1.3m/s快於韓國的34.6 ± 1.0m/s。學者林俊龍（2011）指出棒球投球離手時膝關節角度越大，前腳越穩固，球速越快，軀幹旋轉角速度越大傳遞到上肢動能越多（林俊龍，2012）。然而Escamilla等（2002）與林俊龍（2011）的棒球研究，球速的快慢與膝關節參數大小變化可能有密切的相關。 (三). 軀幹參數在軀幹參數方面，球速快的棒球選手離手時，較大的膝關節角度伸展，可能使軀幹. 前傾角度加大，造成了軀幹更大的角位移，進而加大軀幹施力的位移量（林俊龍，2005）。另外在比較不同型態的投擲項目顯示(林俊龍，2012；古國宏，2006)，原地棒球在膝關節 133.8 度小於助跑標槍的 173.1 度，在軀幹角度上則是棒球的 29.5 度大於 20.5 度，兩項目雖為不同投擲類運動，分別以追求球速與投擲距離的最佳表現，對於關節角度上是會有不同差異，但在本次躲避球的實驗中，對於相同的球體都在追求較快球速的條件下，在不同移動型態在膝關節、軀幹屈曲角度是如何影響投擲表現，或許也可幫助在兒童不同下肢變項影響投擲因素的研究上，提供相關運動學參數上的參考與說明（曾祥倫，2007；邱文信，2010；林素如，2010)。三、小結由上述相關文獻的整理過程中發現，如果將投球時的動作以鞭打過程來說明，跨步腳在與地面接觸時便形成固定端，藉由地面上的力量會依序在踝、膝、髖、軀幹、肩、肘、腕關節與各個肢段間在關節位移、角度、角速度等參數，由下而上形成逐漸增加後又逐降低的波型，以一層層此消彼長的層次波動，而這樣的波動會在投球過程，由下肢與地面接觸的遠端也就是固定端，再到軀幹近端，再至上肢遠端表現出來，最後釋放出能量於遠端球體上，借由這樣的過程與先前不同投擲型態的研究中發現，下肢參數在不. 14.

(25) 同條件下，在關節及軀幹參數上亦也有所差別，究竟躲避球投擲在原地站立及移動步動作中，在下肢各參數在動力鏈過程上是否膝關節與軀幹的角度、角速度會有不同的變化，而這樣的變化是否會影響出手後的球速，是未來想進一步瞭解與探討的原因。. 第三節. 上肢投擲在運動學相關文獻. 一、不同投擲研究動作分期近年來分析相關投擲研究的方法，必須將動作過程訂定分期，而目前相關棒球的研究大多採用 Fleisig(1996)的六個分期定義（林俊龍，2012；劉強，2009；陳書瑋，2009；吳亭諭，2008），分期階段如下圖 2-3-1 所示。另外在國內目前進行手球不同射門投擲動作研究部分大多採用 Tillaar & Ettema（2007）所提到的分期定義（張勇詮，2008；許君恆，2011），分期階段如下圖 2-3-2 所示。整理上述研究不同分期定義發現，在棒球及手球研究中在加速期部分的定義上是以肩關節最大外轉角度至球離手後為加速期開始與結束，相異部分則是下肢有無抬腿，其中主要針對各關節活動情形與球速及手臂傷害的風險進行探討。以下將針對各階段分析的參數進行整理。. 圖 2-3-1 棒球投手動作分期(資料來源： Fleisig,1996). 15.

(26) 圖 2-3-2 手球射門動作分期（資料來源：Tillaar ＆ Ettema,2007） (一). 重心參數王順正（1991）棒球研究中比較上肩與側肩投手在加速期重心位移參數差異，側肩. 在三度空間重心位移距離方面皆大於上肩，差距較大的部分為側肩前後距離 51.95cm 大於上肩 32.86cm，在合速度方面上肩投手 1.69m/s 小於側肩投手 1.82m/s，球速結果為上肩投手 35.56m/s 快於側肩投手 32.71m/s。其中對於側肩在前後距離大於上肩，學者王順正（1991）表示雖然有較明顯的向前利益，但在側向與垂直空間也大於上肩情況下推測可能是造成球速慢於上肩的因素。張勇詮（2008）在手球射門動作三軸向的重心位移距離比較中，引臂期前後位移距離肩上射門 63.1cm 大於四分之三射門 48.8cm；左右位移距離肩上射門 11.3cm 大於 10.3cm；垂直位移距離肩上射門 4.13cm 小於 6.2cm。加速期前後重心位移距離肩上射門 5.19 ± 0.87cm 小於四分之三射門 8.79 ± 0.67cm；左右重心位移距離肩上射門 1.32 ± 0.37cm 大於四分之三射門 0.15 ± 0.03cm；垂直重心位移距離肩上射門 0.29 ± 0.01cm 小於四分之三射門 0.34 ± 0.01cm，兩種動射門動作球速結果為肩上射門 22.02 ± 0.4m/s 與四分之三射門 22.06 ± 0.5m/s 無顯著差異(張勇詮、李志雄，2008)。 (二). 肩關節參數林俊龍（2012）大學組棒球投手在加速期之前肩關節最大外轉角度為 172.5 ± 13.4. 度，球速為 31.9 ± 1.6m/s；許君恆（2011）在甲組手球球員在加速期之前肩關節最大外轉角度為 132.14 ± 18.26 度，球速為 20.86 ± 1.42m/s；張勇詮與李志雄（2008）在手球. 16.

(27) 四分之三肩上射門肩關節最大外轉角度為 120 ± 4.52 度，球速為 22.02 ± 0.4m/s。另外在球離手時，學者林俊龍（2012）棒球研究與張勇詮（2008）手球研究在肩關節外旋角度也顯示為 143.1 ± 14.1 度與大於 134.51 ± 2.37 度。 (三). 肘關節參數林俊龍（2012）棒球研究與張勇詮（2008）手球研究在肘關節屈曲角度分別為 117.9. ± 14.5 度與 101.6± 2.64 度。在出手瞬間時則是 41.0 ± 7.2 度小 52 ± 5.65 度。學者吳亭諭（2008）在有無內側手肘疼動少棒球員在手臂舉起期肘關節角度的差異發現，有受過傷角度為 91.2 ± 17.0 度小於無受過傷 101.3 ± 10.4 度，且達顯著差異。二、小結 (一). 在手球與棒球文獻中發現對於同樣也是奮力向前一擲的條件下，重心速度及位移距離差距似乎也隨著球體較大也越來越小，由於在過去投擲研究中因時代背景及器材方法的關係，是否與 Btlrton et al.(1992）提出的觀點一致，期盼藉由躲避球的研究來瞭解，在相較於國小學童來說球體較大條件下，以運動生物力學的方法來觀察，是否在上肢參數有不同的差異。也能以力學方法輔助兒童投擲發展領域來提供相關數據，進一步瞭解及說明影響投擲動作層次下降的其他因素(Newell，1986)，以提供相關研究人員之參考。. (二). 在肩關節參數部分發現較小球體在手臂舉起期肩關節最大外轉角度有較大的角度。學者 Sabick, Michelle,Michael, Richard, ＆ Richard（2004）提到在加速期前，肩關節外轉角度越大，可提供角度越大，球速也越快，但肘關節外翻壓力也會較大。. (三). 在肘關節參數方面上述的棒球與手球研究中似乎球體大小在投擲過程肘關角度也有些許差異。然而學者吳亭諭（2008）的研究中，在受過傷與非受過傷的少棒球員中在手臂舉起期時肘關節亦呈現不同的角度顯著性差異，是否在躲避球不同投擲動作中，在肘關節角度的變化情行如何，是想進一步來觀察在肘關節角度之間的差異，藉以提供相關教學人員參考。. 17.

(28) 第四節. 文獻探討總結. 綜合上述相關運動力學研究與學童投擲發展發現：一、在運動生物力學的研究方法中，能藉由時間、距離、速度、角度與角速度來探討人體肢段關節在投擲各個分期中對於球速或投擲臂的影響，不同動作的差異性在各關節參數亦有可能不同，過去有也許多實證研究在不同球重量上會對投擲表現有所影響（劉于詮，2004）但是在球體的大小是否造成動作上需要改變或適應，如上圖 2-1-1 （Langendorfer,1980；Newell,1986；Btlrton et al,1992），對於由下而上的投擲動作改變，是否又符合兒童投擲能力的發展，又或是以動力鏈過程來觀察不同投擲動作的關節參數投擲的時序，對於運動表現是有增進的效益?或是在投擲臂上有差異的影響，目前也僅止於相關棒球與手球投擲研究來推測躲避球的結果，但是對於小學學童在投擲躲避球較大球體的情況下，或許對於不同動作之間的差異情況，目前是需要提供相關線索來依循。國內小學在躲避球課程上也深受學童喜愛，每年也都定期舉辦全國賽 (黃玉清，2010)，對於國小校園的躲避球的盛行與普遍，如能以實際躲避球球體與選手來進行研究，或許能更貼近現場的教學人員有所參考及幫助，甚至在過去探討兒童投擲能力發展的相關研究亦有所參考及貢獻。二、從動態系統研究觀點中兒童投擲動作能力的影響會隨著手持物體大小，影響投擲動作的表現，對於投擲能力的表現層次下降，在校園現況中，也可觀察到因個別生長因素不同，對於投擲動作表現上，如 Wickstrom（1975）所提到由下至上的投擲動作發展，另外上圖 2-1-1 中也可發現在階段 3 至 4 中的動作，也似乎是以側擲方式再丟擲，推測可能原因除了上述學者提出的研究及理論外，是否是較能運用到軀幹部分，身體近端較大的肌肉相較於遠端的較小的肌肉方便使力，但目前這樣的研究探討也不多，國內的躲避球教學實際現況，大多採行過肩投擲為主要的學習方式，對於側肩投擲到底在動作過程上的差異為何？目前也無相關實證研究結果可以參考與比較，在這方面也較為不明？因此期盼能在未來躲避球不同投擲動作的分析上能整理出相關參考依據，來輔佐現場教學及相關研究人員參考。. 18.

(29) 第參章研究方法. 研究方法與步驟分為八個部分分述如下：第一節、研究對象；第二節、實驗設計；第三節、實驗時間與地點；第四節、實驗設備與器材；第五節、場地設置；第六節、實驗步驟；第七節、資料分析；第八節、統計方法。. 第一節. 研究對象. 本研究以全國躲避球錦標賽男童組冠軍隊成員為研究對象，共計 10 位實驗參與者。每位參與者皆為受測前無手臂傷痛且具穩定的投擲動作能力之優秀球員，實驗之前請家長及實驗參與者簽署實驗參與者同意書。受試者基本資料如下表 3-1-1。. 表 3-1-1 實驗參與者基本資料年齡（歲）. 身高（cm）. 體重（kg）. 平均數. 11.86. 158.00. 52.34. 標準差. 0.54. 9.16. 17.33. 19.

(30) 第二節一、. 實驗設計. 研究架構. 圖 3-2-1 研究架構. 第三節. 實驗時間與地點. 一、實驗地點：國立台灣師範大學公館校區生物力學實驗室。二、實驗時間：中華民國 102 年 8 月~12 月。. 20.

(31) 第四節一、. 實驗設備與器材. 設備 10 台 ViconMX-13+攝影機，擷取頻率為 150Hz，拍攝受試者投擲動作。. (一). 圖 3-4-1 VICON 攝影機 (二). FASTEC 高速攝影機一台，架設於受試者右側 2 公尺處，頻率為 150Hz，收集投擲臂球離手瞬間畫面及球離手後球速。. 圖 3-4-4 高速攝影機 (三). Hispec 高速攝影機軟體，拍攝實驗參與者矢狀面球離手畫面。. (四). 同步訊號器及同步燈裝置，連結後架設攝影機右下角以捕捉同步訊號燈光。. 圖 3-4-5 同步訊號接收器. 21.

(32) (五). 桌上型電腦兩步。. (六). Vicon Nexus1.6 版軟體進行資料蒐集後處理。. (七). SPSS 20.0 版統計分析軟體進行整理後數據統計分析。. 二、. 其他器材 (一). 人體動作反光點(Plug-in-Gait Marke) 。. 圖 3-4-6 實驗參與者反光球黏貼位置. 22.

(33) 表 3-4-1 反光球位置說明表反光球代號. 部位. 反光球位置. 反光球代號. 部位. 反光球位置. LFHD. 頭. 頭左前方. LASI. 骨. 髖骨左前方. RFHD. 部. 頭右前方. RASI. 盆. 髖骨右前方. LBHD. 頭左後方. LPSI. 左髂後上棘. RBHD. 頭右後方. RPSI. 右髂後上棘. 頸椎第七節. BALLT. 躲避. 球頂端. BALLU. 球. 球低端. C7 T10. 軀幹. 胸椎第十節. CLAV. 鎖骨. STRN. 胸骨. RBANK. 背部右後方. LSHO. 左. 左手肩峰. RSHO. 右. 右手肩峰. LUPA. 手臂. 左手上臂. RUPA. 右手上臂. 左手肘外側上髁. RELB. 手臂. LMELB. 左手肘內側上髁. RMELB. 右手肘內側上髁. LFRA. 左手前臂. RFRA. 右手前臂. LWRA. 左手橈股前髁. RWRA. 右手橈股前髁. LWRB. 左手尺骨前. RWRB. 右手尺骨前. LFIN. 左手中指掌指關節. RFIN. 右手中指掌指關節. 左腳大腿. RTHI. 左腿大轉子. RGT. LKNE. 左腳膝蓋股骨外髁. RKNE. 右腳膝蓋股骨外髁. LMKNE. 左腳膝蓋股骨內髁. RMKNE. 右腳膝蓋股骨內髁. LTIB. 左腳脛骨. RTIB. 右腳脛骨. LANK. 左腳腳踝腓骨外側. RANK. 右腳腳踝腓骨外側. LMANK. 左腳腳踝脛股內側. RMANK. 右腳腳踝脛股內側. LTOE. 左腳趾頭. RTOE. 右腳趾頭. LMT1. 左腳第一蹠趾關節. RMT1. 右腳第一蹠趾關節. LMT5. 左腳第五蹠趾關節. RMT5. 右腳第五蹠趾關節. LHEE. 左腳足跟. RHEE. 右腳足跟. LELB. LTHI LGT. 左腳. 23. 右腳. 右手肘外側上髁. 右腳大腿右腿大轉子.

(34) (二). 馬丁尺 1 把：測量受試者肢段參數。. (三). LED 燈泡數顆：同步燈亮為同步訊號。. (四). 同步燈電線 1 條：連接燈泡與電腦主機一。. (五). 高速攝影機延長線 1 條：連接告訴攝影機與電腦主機二。. (六). 比例尺長寬各為 1 公尺：定義實驗參與者空間座標。. (七). 球網一組長寬各為 2 公尺：實驗參與者投擲標的。. (八). 緊身褲：提供實驗參與者穿著。. (九). 透氣膠帶數卷：固定實驗參與者身上反光球。. 第五節. 場地設置. 一、球網架設. 圖 3-5-1 球網架設. 24.

(35) 二、10 台 Vicon 架設位置如圖 3-5-1 所示，頻率設定為 150Hz。三、高速攝影機頻率設定 150Hz。四、餵球員。. 圖 3-5-2 場地佈置圖. 第六節. 實驗步驟. 以下將分別說明就實驗流程及受試者動作過程描述。一、實驗流程： (一). 實驗開始前進行球網架設及場地佈置。. (二). 校正紅外線攝影機、檢查儀器同步裝置。. (三). 向受試球員說明本次實驗目的及流程須知。. (四). 請受試球員換裝後進行熱身活動。. (五). 依據 Plug-in-Gait Marke 人體反光球黏貼位置，於受試者身上進行反光球黏貼。. (六). 測量受試者人體肢段參數。. (七). 擷取受試球員，攝靜態姿勢及動態姿勢拍攝畫面。. (八). 請受試球員手持一公尺見方木板，面向高速攝影機，進行比例板拍攝。. (九). 在收集不同投擲動作前，請受試者試擲 2-3 球，待受試球員準備就緒後，再開. 25.

(36) 始進行拍攝。. 器材準備及球網架設. VICON 攝影機. 儀器架設、校正與同步裝置設定. FASTEC 高速攝影機 LED 燈同步裝置. 說明實驗目的及流程. 換裝後進行熱身活動. 於受試球員身上黏貼反光球. 測量人體肢段參數. 受試球員靜態姿勢及動態姿勢拍攝. 受試球員比例板拍攝. 以平衡次序，隨機搭配開始擷取投擲動作參數. 檢查資料是否完整. 進行資料整理與分析. 圖 3-6-4 實驗流程圖. 26.

(37) 二、受試者動作設計: 受試球員將由傳球員傳球至胸前接球位置模擬接球後投擲，再依照平衡次序，隨機搭配分別進行不同投擲動作。成功資料判定說明如下: (一). 投球過程必須經由實驗人員觀察投擲到目標網內。. (二). 投擲過程無反光球掉落。. (三). 受試球員接球位置不在上手胸前位置接球，而是在腹部位置接球，此球判斷無效。. (四). 成功動作定義為出手時，過肩投擲需高於 45 度，側肩投擲需低於 45 度。. (五). 每種動作各收取成功三次動作，取最快一次球速作分析。. (六). 因要求以實驗參與者以最大力量投擲，將引出最佳動作（Roberton，1984）。. 第七節. 資料分析. 使用軟體如下：一、. Nexus1.6 版:將 Vicon 高速攝影機收集受試者身上反光球資料，進行反光球點的命名及補點及修勻後輸出 C3D 檔 (薛尹彰，2009) 。. 二、. Visual 3D: 輸出 C3D 檔後，匯入 Visual 3D 軟體，輸入參與者身高、體重及肢段參數以建立模型(薛尹彰，2009) 。. 三、. 身體肢段建立：以關節兩側黏貼的反光球記算出關節中心點，近端關節加上遠端關節決定肢段，座標系統是利用相同肢段的近、遠端（靠近人體軀幹的為近端，反之遠端）關節中心連線得到長軸（Z），取其單位向量為；關節兩側反光球連線與外積決定 Y 軸方向，取其單位向量為；X 軸方向之單位向量由與外積決定。待全身肢段建立完成，便以完成靜態姿勢的設定，接著匯入動作檔，利用軟體中尤拉角公式計算出上肢關節的角度、角速度(薛尹彰，2009) 。. 四、. 關節角度定義：遠端肢段（下以遠端表示）相對於近端參考肢段（下以近端表. 27.

(38) 示）的旋轉，因此肘關節角度為前臂（遠端）相對於上臂（近端）、肩關節角度由上臂（遠端）相對於軀幹（近端）旋轉、軀幹角度相對於實驗室座標、膝關節角度為小腿（遠端）相對於大腿（近端）。關節角速度定義為遠端肢段相對應近端肢段的關節之間的向量，軀幹、肩、肘肢段關節角速度定義與上述角度相同。五、. 肩軸角度計算方式如下：（一）. 使用 EXCEL 計算左右肩峰（LSHO 與 RSHO）與實驗室 X 軸夾角兩點座標向量，計算公式：(X1-X2)/SQRT(Y1-Y2)2+(X1-X2)2). 六、. （二）. 再以 ACOS 算出弧度. （三）. 再以 DEGREES 算出角度. 球速的計算:透過 Kwon 3D 軟體在畫面中燈亮時，點擊該畫面及球離手後的球中心點第一張至球飛行出矢狀面畫面，最後輸出資料。藉由資料中燈亮時間點與球離手後五張畫面的時間關係，來同步比對在 Visual 3D 的同步訊號，判斷球離手時間點與球速計算，球速的計算方式如下：. 球速度：. /時間. 第八節. 統計分析. 研究所得到的參數資料輸入 SPSS 20.0 版軟體進行無母數弗里曼二因子等級變異數分析（Friedman two-way analysis of variance nonparametric statistical test）來檢定不同動作變項間的差異性，顯著水準設為 α=.05，如達顯著，再進行事後比較，其事後比較的計算方法及公式如下： ∣Ru – Rv∣ ≧ Z × [ K×(K-1)/6N ]1/2. 28.

(39) Ru 、Rv：組的等級平均數； N：樣本數； K：處理組數上述公式中的Z值須經查表而來(林清山，1992)，方式如下說明： Z 的計算：P(概率)=0.5-α/[K×(K-1)] α 為顯著水準.05 得 P 為 0.4583，查附表 A(林清山，1992)，得 Z 為 1.73；本次實驗為受試者有 10 位；比較 4 種動作差異，經上述方式，帶入計算得事後比較為 ∣Ru – Rv∣ ≧0.7737 表示有顯著差異。. 29.

(40) 第肆章結果與討論. 本章將分為：線運動學參數比較、角運動學參數比較、結語來呈現。在第一、二節結果部分，將先以表格呈現，各變項差異陳述在後，再依各變項差異進行討論，最後以圖呈現動作間之差異。此外加入原地投擲與移動投擲比較，觀察下肢兩種變項是否具有優勢，因不在研究範圍內僅在本章中進行討論。第三節結語部分，依據本次研究問題及範圍，將原地投擲與移動投擲兩種情況下，在過肩與側肩動作差異以表格呈現。以下將依序下列四個部分來進行結果與討論： 1.. 原地投擲時，上肢過肩與側肩的差異性比較，以下簡稱「原地投擲之上肢變項比較」。. 2.. 移動投擲時，上肢過肩與側肩的差異性比較，以下簡稱「移動投擲之上肢變項比較」。. 3.. 過肩投擲時，下肢原地投擲與移動投擲差異性比較，以下簡稱「過肩投擲之下肢變項比較」。. 4.. 側肩投擲時，下肢原地投擲與移動投擲差異性比較，以下簡稱「側肩投擲之下肢變項比較」。. 第一節. 線運動學參數比較. 過去相關投擲研究中，有諸多相關線運動學參數的研究結果，討論不同上肢投擲動作變項差異性（王順正，1991；張勇銓，2008），此外以兒童投擲動作發展理論觀點來看，限制因素影響，會降低投擲動作表現層次（Burton et al.1992；李清棋、卓俊伶，1998）因此對於躲避球投擲究竟適合的投擲方式為何，而在線運動學參數來看又有何差異？本節將依序以「球速」、「整體動作時間」、「準備期時間」、「加速期時間」、「跨步長百分比」、. 30.

(41) 「重心位移」、「重心速度」，來呈現此次研究的結果，以下將先以表格結果呈現，結果的陳述與討論在後，以提供未來選手或教練在訓練上及比賽中參考。一、. 不同投擲動作球速比較. 表 4-1-1 躲避球不同投擲動作球速無母數弗里曼考驗事後比較表全國躲避球賽男童組冠軍隊選手（N＝10) 事後比較動作原地. 平均數（m/s) 過肩. 16.48±1.81. 側肩. 16.85±1.62. 卡方. 原地側肩移動過肩移動側肩 * --. *. 8.576* 移動. 過肩. 16.71±1.33. --. --. *. 側肩. 17.80±1.79. --. --. --. *p<.05. 由表4-1-1原地投擲之上肢變項比較中過肩與側肩不同投擲球速無顯著差異；移動投擲之上肢變項比較中移動側肩球速顯著快於移動過肩；過肩投擲之下肢變項比較中，原地站立與移動步，無顯著差異；側肩投擲之下肢變項比較中，移動步球速顯著快於原地。由圖4-1-1中顯示，移動側肩動作球速顯著快於其他三種動作，推測可能影響因素：移動一步，使得身體獲得位移動能轉移至遠端球速上。此外於錄影畫面受試者在移動側肩動作準備投球時，會先略微向後方向旋轉軀幹之後再往前方向旋轉，此時近端軀幹有較多旋轉的動能，藉由軀幹旋轉獲得向前水平加速移動。而畫面中移動過肩投擲相較下對於軀幹旋轉較少，但移動後軀幹會先略微後傾在向前方向屈曲，推測可能動作軀幹差異性，影響到躲避球投擲在遠端球速的能量釋放，而這樣動作也與兒童投擲動作發展理論中提到兒童投擲能力發展順序以軀幹近端大肌肉活動粗動作，至遠端小肌肉精細動作的順序發展相似。過去兒童投擲動作發展領域的學者Burton et al.(1992）提到限制因素可能造成投擲動作表現層次下降，因此推測本次受試者可能因手掌大小及個體因素，相對在手持較大. 31.

(42) 投擲物的工作限制因素，影響投擲動作的表現（李清棋、卓俊伶，1998），對於側肩動作來說較接近層次下降動作，在躲避球投擲動作表現上，可能受限制因素所影響，使得在移動過程中，執行較簡單的動作是利於出手後球速，綜合上述相關理論及研究推測可能是影響本次球速結果的差異因素。. 圖 4-1-1 躲避球不同投擲動作球速差異圖. 32.

(43) 二、. 不同投擲動作時間比較. 表 4-1-2 躲避球不同投擲動作各分期時間無母數弗里曼考驗事後比較表事後比較動作時間動作分期. 變項. 卡方. 原地側肩移動過肩移動側肩. （sec）過肩. 0.429±0.18. 側肩. 0.528±0.16 21.000*. 過肩. *. *. --. *. *. 0.919±0.24. --. --. 側肩. 0.841±0.27. --. --. 過肩. 0.342±0.09. 側肩. 0.347±0.08. 過肩. 0.320±0.12. --. --. 側肩. 0.350±0.12. --. --. 過肩. 0.085±0.07. 側肩. 0.078±0.06. 過肩. 0.077±0.07. --. --. 側肩. 0.074±0.06. --. --. --. 過肩. 0.857±0.18. *. *. 側肩. 0.953±0.18 21.000*. --. *. *. 過肩. 1.315±0.26. --. --. 側肩. 1.264±0.26. --. --. 原地準備期時間移動 --. 原地 1.989. --. 加速期時間移動 --. 原地 1.063. --. 跟隨期移動. 原地動作總時間移動 --. *p<.05. 由表 4-1-2 動作的總時間及準備期的時間參數中發現，在原地投擲之上肢變項比較中過肩與側肩投擲之間的時間參數比較並無顯著差異，所以在原地站立狀態下接到球後. 33.

(44) 到出手時，選擇過肩或側肩投擲，在動作總時間及準備時間並無差異；移動投擲之上肢變項比較中，過肩與側肩也亦無顯著差異；過肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著長於原地站立；側肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著長於原地站立。圖 4-1-2 中顯示，有移動的兩種擲球在動作總時間及準備期均長於原地投擲，其中移動側肩球速又快於原地投擲，因此可提供教練參考在移動步狀態下對控球時間率（陳榮男，2013）的策略考量，較能增添比賽的獲勝率。另在下圖 4-1-2 中也可觀察到，加速期及跟隨期差異性比較皆無顯著差異，但球速卻有差異，和過去許多棒球及手球研究中，加速期時間會影響球速的結果不同，因此加速期中的關節肢段活動情形是必須進一步探討的，才能更清楚動作之間差異情形，進而瞭解躲避球不同動作對於運動表現或傷害風險的影響。. 圖 4-1-2 躲避球不同投擲動作各分期時間差異圖. 34.

(45) 三、. 不同投擲動作跨步長百分比. 表 4-1-3 躲避球不同投擲動作跨步長百分比無母數弗里曼考驗事後比較表事後比較變項. 跨步長百分比(%). 卡方. 原地側肩移動過肩移動側肩. 過肩. 51±0.06. 側肩. 53±0.06. 過肩. 54±0.04. --. --. *. 側肩. 56±0.04. --. --. --. 原地跨步長百分比移動. * 10.419*. --. * *. *p<.05. 由表 4-1-3 在過步長百分比差異性比較中，在原地投擲之上肢變項比較中過肩與側肩無顯著差異；但在移動投擲之上肢變項比較中，移動側肩顯著大於移動過肩；過肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著長於原地站立；側肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著長於原地站立。圖 4-1-3 可瞭解到，以上肢投球動作為基準，在相同上肢動作下，下肢移動方式是會影響跨步長距離百分比長短，這樣的差異可能是向前移動的動能帶動到前腳落地的跨步距離，但是否因此差異影響了球速，則需進一步觀察重心參數對於投球向前利益(王順正，1991)才能較為清楚是否動作差異性在重心參數亦有相同情形。此外較特別的是在下圖 4-1-3 中，移動過肩與原地側肩的跨步長百分比比較中，無顯著差異，推測或許移動過肩投擲，在手持球體及移動動作由簡單動作變為複雜動作，影響引臂動作的完整度，使得動作較不流暢，回顧實驗影片部分受試者，在進行移動過肩投擲時，步伐會有停頓的情況，推測是受試者手掌大小個體因素及球體較大工作限制，造成移動過肩投擲時間較長原因，可能因此在跨步長百分比距離，在移動過肩與原地側肩兩種動作無差異。上述移動過肩與原地側肩這兩種動作，經事後比較在球速及跨步長百分比參數無顯著差異，但是在動作總時間上卻是移動過肩顯著長於原地側肩動作時間，這也代表在進. 35.

(46) 攻中，使用移動過肩動作時間，不如原地側肩時間短，且在球速上亦無差異，也因此使得攻擊球員，在面對防守者時可能較無優勢，而此結果可提供教練在比賽策略中的參考。. 圖 4-1-3 躲避球不同投擲動作跨步長百分比差異圖. 36.

(47) 四、. 不同投擲動作的加速期重心位移比較. 表 4-1-4 躲避球不同投擲動作加速期重心位移無母數弗里曼考驗事後比較表事後比較參數. 動作. 重心位移距離 (cm). 過肩. 39.90±13.54. 側肩. 42.10±10.38. 卡方原地側肩移動過肩移動側肩 *. *. 原地總位移距離. --. *. 11.485* 過肩. 45.00±21.18. --. --. *. 側肩. 53.20±20.60. --. --. --. 過肩. 38.33±12.97. *. *. 側肩. 39.99±10.50. 移動. 原地前後位移. --. *. 15.240* 過肩. 45.84±18.00. --. --. *. 側肩. 54.58±18.34. --. --. --. 過肩. 5.20±2.01. 側肩. 6.75±2.02. 移動. 原地 --. 側向位移. 6.840 過肩. 7.17±2.96. --. --. 側肩. 8.73±3.90. --. --. 過肩. 5.86±3.67. 側肩. 7.00±4.10. 過肩. 6.86±4.24. --. --. 側肩. 8.86±4.07. --. --. 移動 --. 原地 --. 垂直位移. 4.440 移動 --. *p<.05. 由表 4-1-4 中在加速期的總位移及三度空間位移中發現，在側向及垂直距離不同動作間無顯著差異，但在總位移及前後位移部分，則是呈現一致相同的顯著差異，其中在原地投擲之上肢變項比較中，過肩與側肩無顯著差異；在移動投擲之上肢變項比較中，. 37.

(48) 移動側肩顯著大於移動過肩；過肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著大於原地站立；側肩投擲之下肢變項比較中移動步顯著大於原地站立，其中在而重心總位移與前後空間位移參數比較在動作差異性上的結果，也與跨步長百分比參數有一致性的統計結果。學者王順正（1991）曾經探討過肩投手與側肩投手在三度空間重心位移對於球速結果的推測，其中談論到投球的向前利益，本次實驗結果與學者王順正的研究結果側肩有較大於過肩動作位移相符，以下圖 4-1-4 來看本次研究在側肩投擲擁有較多前後方向的位移距離，其中移動投擲之上肢變項比較中，側肩更達顯著於過肩動作，有助投球向前的利益，但較特別的是，在王順正（1991）棒球研究中，在側向位移空間，側肩投擲有較多的側向位移，分散了投球向前利益，但在本次實驗統計結果側向空間無顯著差異。本次躲避球研究在側向空間則顯示無顯著差異，推測可能因球體較大，重量較重因素，影響了加速期重心側向位移有不同結果。回顧受試者影片，過肩與側肩投擲在球離手的軀幹位置，側肩較面向前方，球便離手而去，是否躲避球投擲時軀幹參數的活動情形，受限於球體及重量因素影響，恰巧抑制了身體側向偏移離心作用，使得重心側向位移在過肩與側肩投擲動作差異不大，需在驗證球離手時軀幹參數差異，才能更清楚是否是躲避球體因素，影響了側肩投擲在側向位移的活動。. 圖 4-1-4 躲避球不同投擲動作加速期重心位移差異圖. 38.

(49) 五、. 不同投擲動作球離手時重心速度比較. 表 4-1-5 躲避球不同投擲動作球離手時重心速度無母數弗里曼考驗事後比較表事後比較參數. 動作. 重心速度(m/s). 過肩. 0.44±0.16. 側肩. 0.55±0.12. 卡方. 原地側肩移動過肩移動側肩 *. *. *. 原地合速度. -11.606*. 過肩. 0.59±0.17. --. --. 側肩. 0.63±0.18. --. --. --. 過肩. 0.38±0.13. *. *. 側肩. 0.42±0.13. --. *. *. 移動. 原地前後分速度. 12.360* 過肩. 0.54±0.14. --. --. 側肩. 0.53±0.18. --. --. 過肩. 0.04±0.12. 側肩. 0.10±0.12. 移動 --. 原地 --. 側向分速度. 1.560 過肩. 0.08±0.10. --. --. 側肩. 0.07±0.13. --. --. 過肩. 0.05±0.27. *. 側肩. 0.24±0.24. 移動 -*. 原地垂直分速度. --. *. 17.640* 過肩. 0.06±0.23. --. --. *. 側肩. 0.23±0.23. --. --. --. 移動. *p<.05. 表 4-1-5 中球離手時重心合速度差異性比較中，在原地投擲之上肢變項比較中過肩顯著小於側肩合速度；在移動投擲之上肢變項比較中過肩與側肩投擲無顯著差異；過肩投擲之下肢變項比較中，移動步重心合速度顯著大於原地站立；側肩投擲之下肢變項比. 39.

(50) 較中，移動步與原地站立無顯著差異。前後方向的分速度上，原地投擲之上肢變項比較過肩與側肩無顯著差異，在移動投擲之上肢變項比較中過肩與側肩無顯著差異；過肩投擲之下肢變項比較移動步前後方向分速度顯著大於原地站立；側肩投擲之下肢變項比較移動步顯著大於原地站立。在垂直向上方向的分速度顯示，在原地投擲之上肢變項比較中，側肩向上分速度顯著大於過肩；移動投擲之上肢變項比較中側肩向上分速度顯著大於過肩；過肩投擲之下肢變項比較中，移動步與原地站立無顯著差異；側肩投擲之下肢變項比較，移動步與原地站立無顯著差異。依據上述研究結果，在球離手合速度參數中，王順正（1991）曾以探討三度空間重心合速度與分速度來瞭解棒球研究不同投球動作對投球時向前利益分散的影響，由下圖 4-1-5 顯示本次研究中，在合速度部分在原地投擲之上肢變項比較中側肩有較大的合速度，有利於投球的球速，但在移動投擲之上肢變項比較中過肩與側肩則無明顯差異，但從前後空間分速度來看，此時過肩與側肩投擲比較差異性不大，差異較大部分在移動步顯著大於原地站立的前後分速度，也就是移動步會產生較大的向前分速度，因此有促進向前投球利益，但在垂直部分則發現，本次躲避球側肩投擲顯著多於過肩投擲，有較多向上方向的分速度，而此現像，也曾在王順正（1991）棒球側臂投手較上臂投手有較多的垂直方向分速度情形相符，推測可能是側肩投擲動作開始初期先是向後引臂，此時重心略微向下方向，接著軀幹開始加速旋轉，在加速擺臂時重心隨之升高已至球離手時達到較大的垂直分速度差異。對於是否因此影響球速，則需再進一步觀察其他參數，才能更為清楚。. 40.

(51) 圖 4-1-5 躲避球不同投擲動作球離手時重心速度差異圖. 41.

(52) 六、. 小結：從上述結果與討論中，我們發現在上肢變項過肩與側肩及下之變項原地投擲與移動. 投擲，具有些差異性存在。但較特別的是，在移動過肩的球速與原地側肩球速，無達顯著差異，這代表移動過肩雖有移動步，但卻無法反映在球速上的優勢，從動作時間上來看，甚至比原地側肩時間來得長，因此在比賽策略中，以短時間攻擊製造防守球員壓迫性的考量下，原地側肩是比移動過肩有時間上的優勢。另外在跨步長百分比中，移動過肩與原地側肩比較平均數也相近，僅差約1％，而這可能是移動過肩與原地側肩的球速相近因素之一（林俊龍，2010；洪玉山，2008），而這樣結果以兒童投擲能力發展觀點來看，對於手持球體的掌握度較不易，在移動過肩的動作過程較難於原地側肩動作，下肢移動較原地站立技巧難度高，也就形成了工作限制（Newell,1986），較簡單的原地側肩，較易於身體近端軀幹活動，影響到球速發揮。此外發現躲避球在球離手時，側肩投擲的垂直向上分速度大於過肩投擲，跟王順正（1991）側臂比較上臂投法在球離手時有較大的垂直向上分速度情形相符，但本次躲避球研究發現過肩與側肩兩種動作平均數差距更大，推測可能在投擲過程時，因球體較大，重量較重及受試者手掌對球的掌握度等限制因素影響（Newell,1986），在投擲過程中需要更多身體軀幹協同作用，才能順利將球擲出。. 42.

(53) 第二節. 角運動學參數比較. 過去相關投擲研究中，有諸多相關角運動學參數的研究結果，討論對運動表現及傷害風險的影響（Barrenrine, Matsuo, Escamilla, Fleisig, & Andrews,1998；吳亭諭，2008），但對於躲避球在過肩與側肩投擲動作過程中，關節角度與角速度變化，究竟有何差異在本節將依序分成「準備期」、「加速期」、「球離手時」三個部分，以下將先呈現表格結果，在進行結果的陳述與討論，以提供未來選手或教練在訓練上及比賽中參考。. 一、. 不同動作在準備期的差異. 表 4-2-1 躲避球不同投擲動作在準備期角度無母數弗里曼考驗事後比較表事後比較變項. 角度（deg）卡方原地側肩移動過肩移動側肩過肩. -29.5±9.1. 側肩. -23.5±7.2. 過肩. -25.2±5.5. --. --. 側肩. -24.2±7.3. --. --. 過肩. 44.8±10.7. 側肩. 40.0±10.4. 過肩. 43.9±6.6. --. --. 側肩. 43.3±9.0. --. --. 過肩. -23.8±13.9. 側肩. -26.4±12.3. 過肩. -23.4±14.6. --. --. 側肩. -27.3±13.8. --. --. 原地軀幹後傾移動. 原地最小肘屈曲移動. 原地最大肩水平外展移動. *p<.05. 43. 5.400. 3.960. 3.240. --. --. --. --. --. --.

(54) 由表 4-2-1 中，分別在軀幹後傾角度、最小肘屈曲角度、最大肩水平外展角度三項參數中，分別進行了原地投擲之上肢變項比較、移動投擲之上肢變項比較、過肩投擲之下肢變項比較、側肩投擲之下肢變項比較皆無顯著差異。由下圖 4-2-1 中後傾角度雖無顯著，但從平均數來看，原地過肩較大於原地側肩、移動過肩、移動側肩大出較多後傾角度，推測是手掌所持球體較大在過肩投擲時的引臂過程，必須使用到更多的軀幹後頃角度，而在側肩投擲動作，因統計結果比較無顯著差異，代表向後引臂過程是相似的，另外在移動狀態時的過肩與側肩平均數差距，似乎又更小。在肘關節參數雖亦無顯著差異，本次實驗在準備期肘關節角度範圍約在 40.0 ±10.4 度至 44.8 ± 10.7 度，相較林俊龍（2012）棒球研究國中投手肘關節角度約在 105.6 ± 16.6 度，在引臂時肘關節角度有所差距，推測可能是球體較大，重量較重，受試者在持球時手掌部分屈曲含住球體，因此迫使肘關節自由度受限，向後引臂時肘關節活動屈曲角度不大。最大肩水平外展部分，雖然側肩均大於過肩，但本次研究結果均無顯著差異。但此結果對於防守球員來說，攻擊球員向後引臂的過程，會影響防守球員是否有時間思考接球或閃球，進而影響防守的策略。另外當引臂動作相似時，或許防守球員可能較無法預測，蔡意雯與劉強（2008）提到棒球投手在準備投球時，如果能減少運動學參數的差異，可能對打者有隱蔽性的效果，本次實驗對象為全國男童組冠軍隊球員，而在準備期所觀察的參數，皆無達顯著差異，或許進攻時的引臂動作在面對防守球員，可能製造動作隱蔽性的效果。. 44.

(55) 圖 4-2-1 躲避球不同投擲動作在準備期近端肢段與遠端關節角度差異圖. 45.