優秀青少年競走選手下肢動作的生物力學分析

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(1)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. 優秀青少年競走選手下肢動作的生物力學分析. 研究生：林芝羽指導教授：黃長福. 中華民國 107 年 2 月中華民國臺北市.

(2) . 優秀青少年競走選手下肢動作的生物力學分析 2018 年 2 月研究生：林芝羽指導教授：黃長福摘要. 田徑運動的競走項目是近年來東方人在奧運會中屢創佳績、嶄露頭角的競技項目，優異的成績表現取決於成熟的技術能力，其中許多文獻指出下肢動作是主要的技術關鍵。本研究目的欲探討國內優秀青少年競走選手在不同速度(高速 90%、低速 60%)的下肢動作技術之差異。方法：國內優秀青少年競走選手八名（身高：1.64 ±0.08 公尺、體重： 55.5±6.5 公斤、年齡：14.6±0.7 歲、訓練年齡 3±0.5 年）參與實驗。使用兩台測力板 (Kistler, 1000 Hz) 和 8 台紅外線攝影機（Vicon, 200Hz）拍攝競走動作，實驗中取五次成功的兩個週期步態，以其中最穩定的一步（Step）擷取運動學和動力學參數，所得之數據使用成對樣本 t 檢定 (Paired-Simples t Test) 進行比較分析，顯著水準為 α = .05。結果：步態支撐期的腳跟觸地階段（Heel Strike），下肢踝關節的背屈（Dorsiflexion）角度，呈現高速大於低速。腳尖離地階段（Toe-Off）踝關節的蹠屈（Plantarflexion）角度，呈現高速小於低速。下肢膝關節於腳跟觸地階段，伸展角度呈現低速大於高速。左、右腳於支撐期著地的最大地面反作用力（GRF）皆呈現高速顯著大於低速之情形。高速時，擺盪期的時間比顯著大於低速呈現 49：51。結論：（1）以低速進行長距離的訓練，選手的下肢關節在支撐期有較佳的關節角度控制，並使其能完全伸展下肢動作，進而有效增加關節活動度的使用。（2）高速時，支撐期的地面反作用力較大，有效率地使用踝關節力量能幫助身體的向前帶動。（3）高速時，支撐期的時間減少，擺盪期的時間隨之增加。. 關鍵詞：競走、青少年、生物力學、下肢動作. iii.

(3) . The biomechanical analysis of lower limb movement in elite junior race walkers February, 2018 Student：Chih-Yu Lin Advisor：Chen-Fu Huang. Abstract Introduction: In recent years, Asian athletes have become more competitive in the field of race walking, most notably in their performance at the Olympics. The improvement in performance can be attributed to more advanced training techniques. Previous studies indicate that lower limb movement is the most important factor in overall performance of race walkers. The purpose of this study is to compare the lower limb movements of Taiwanese elite junior race walkers at two different speeds (high speed 90% and low speed 60%) in order to observe any differences in technique. Methods: Eight elite junior race walkers in Taiwan ( 4 males and 4 females, height: 1.64 ±0.08 m, weight: 55.5±6.5 kg, age: 14.6±0.7 years, training age: 3±0.5 years, ) participated in this study. Eight Vicon Motion System cameras ( 200Hz ) and two Kistler force plates ( 1000Hz ) were used in conjunction to capture lower limb movement. Five successful gait cycles for two speeds were collected, of which the most stable gait cycle out of the captured movements was used for comparison of the kinematic and dynamic parameters. A paired sample t test was performed for statistical analysis ( α = .05 ). Results: At the point of the heel strike, the ankle’s angle of dorsiflexion is significantly larger when walking at the higher speed, while the knee does not extend as fully for both speeds. In toe off phase, the ankle’s angle of plantar flexion is significantly smaller at higher speed. Both left and right feet’s GRF in the stance phase is considerably larger at higher speed. At high speed, the stance phase to swing phase time ratio is 48.9 : 51.1, while at low speed the time ratio is 51.9 : 48.1. As the speed increases, time spent in stance phase decreases, while time spent in swing phase increases. Conclusion:（1）When training at low speed for long distances, the athlete’s lower limb joints have more control over the angle of movement in stance phase and can fully extend their movements, therefore effectively increasing utilization of joint mobility.（2）At higher speed, the GRF during stance phase is greater and efficient use of ankle strength can help to drive the body forward.（3）Also at higher speed, time spent in stance phase is reduced, while time spent in swing phase is accordingly increased.. Keywords: Racewalking, Junior, Biomechanics, Lower limb. iv.

(4) . 謝. 誌. 渡過無數個惡夢與驚嚇，轉眼間，我終於完成許多當初以為的不可能，彷彿前天才敲定實驗流程，昨天才做完實驗。臺師大碩士班的在學期間，遇到許多貴人與優秀的師長們，這些年的學習與探索實在獲益良多，讓我能用寬廣的視野看未來，以不同的角度體悟事物的多面向。首先要感謝指導教授黃長福老師，在學期間的照顧與諄諄教誨，感謝國立體育大學張嘉哲教授給予本研究在實驗設計上提供明確的方向與引導 ; 此外，碩士論文的研究與撰寫，承蒙口試委員劉強教授、李恆儒教授的悉心指導，感謝你們的用心並給予本論文各項寶貴建議與指教，使得本篇研究更為完整而充實。感謝實驗室的尹鑫學長、建志學長、虹臻等人，幫助本研究在實驗操作流程能如此順利，以及口試當天即時支援與幫助的之譽和之譽哥哥。另外，感謝畢業校友贊仰學長、柏任學長、博涵學長在軟硬體使用操作的協助，特別感謝羅瑭芸學姊擔任智囊團角色，繁忙之中不忘抽空解決芝羽所遇到的疑難雜症，熱心提供各項軟體援助，並且幫忙寫程式解決錯綜複雜的資料處理問題。感謝明湖國中的葉慶年老師給予芝羽許多信心鼓勵，使得面對工作與課業同時並進，有更多自主的發揮空間。感謝此次參與本研究的所有受試者以及明湖國中競走團隊，從前測到正式實驗的各項協助與參與，因為你們使得本篇研究得以順利完成。最後，一定要感謝我最愛的家人總是在背後默默地支持著我，因為你們的陪伴、鼓勵與信心開導，使得我擁有更多動力去面對難題和挫折，如此方能順利完成本人的第二個碩士學位。因此，真心感謝這段期間幫助過我的所有人。林芝羽謹誌於國立台灣師範大學體育學系中華民國一零七年二月. v.

(5) . 目. 次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表論文授權書中文摘要…………………………………..…………………….……………………………iii 英文摘要……………………………………………………………..………………………..iv 謝誌………………………………………………………………………….…………………v 目次………………………………………………………………….…………...……………vi 表次…………………………………………………………………………………..………vii 圖次…………………………………………………………………................……….………x. 第壹章. 第一節. 研究背景..…………………………………………………………………1. 第二節. 研究目的..…………………………………………………………………6. 第三節. 研究假設..…………………………………………………………………8. 第四節. 研究的重要性………………………………………………………………9. 第五節. 研究範圍與限制…...……………………………………………………9. 第六節. 名詞操作性定義…...…………………………………………………………10. 第貳章. 文獻探討…...…………………………………..……………………12. 第一節. 走路、跑步和競走的步態差異.………………………………………………12. 第二節. 競走規則與技術要領…………………………………………………..……19. 第三節. 相關競走的技術研究……...………………………………………………26. 第四節. 文獻總結………………………………..…...………………..…..…………32. 第參章. 緒論…...………………………………………………………………1. 研究方法…...…………………………………..……………………34 vi.

(6) . 第一節. 研究對象…..…...……………………………………………………34. 第二節. 實驗時間與地點…...………………………………………………..……35. 第三節. 實驗測量儀器和設備……..……..…………………………………………35. 第四節. 實驗流程與步驟……………..……..…...………………..…..…………38. 第五節. 實驗設計架構圖………………….…...……………..…………..………41. 第六節. 資料處理…...…………………………………………………………………42. 第肆章. 第一節. 步長、步頻與步態身體重心垂直位移……………………………………46. 第二節. 支撐期和擺盪期下肢關節角度………………………………..……47. 第三節. 支撐期最大地面反作用力…...………………………………………………50. 第四節. 支撐期和擺盪期時間比……………………...………………..…..…………51. 第伍章. 討論 …...…………………………………..……………………52. 第一節. 步長、步頻與步態身體重心垂直位移之探討………………………………52. 第二節. 支撐期的下肢關節角度.………………………………………………..……55. 第三節. 擺盪期的膝關節角度變化…...………………………………………………57. 第四節. 最大地面反作用力與支撐期步態的比較…...………………..…..…………59. 第五節. 比較支撐期與擺盪期的時間比…...……………..…………..………61. 第陸章. 結果 …...…………………………………..……………………46. 結論與建議...…………………………………..……………………62. 第一節. 結論…...……………….………………………………………62. 第二節. 建議….....………………………………………………..……62. vii.

(7) . 參考文獻...…………………………………..……………………64 中文部分……………...…………………………………………………………………64 英文部分……………...…………………………………………………………………64. 附錄………...…………………………………..……………………67 附錄一…...…………………………………………………………………67 附錄二…...…………………………………………………………………68 附錄三…...…………………………………………………………………69 附錄四…...…………………………………………………………………70 附錄五…...…………………………………………………………………71 附錄六…...…………………………………………………………………72 附錄七…...…………………………………………………………………73 附錄八…...…………………………………………………………………74 附錄九…...…………………………………………………………………75 附錄十…...…………………………………………………………………76. viii.

(8) . 表. 次. 表 1- 1 台灣競走發展沿革 ........................................................................................................4 表 2- 1 不同速度之步長、步頻變化相關之研究（本研究之整理） ..................................22 表 2- 2 比較 Senior 和 Junior 組的動力學參數 (Tucker & Hanley, 2017) ...........................25 表 2- 3 地面反作用力（GFR）數值 (Hanley, Drake, & Bissas, 2009) ................................26 表 3- 1 受試者基本資料 ..........................................................................................................34 表 3- 2 受試者最佳成績與速度設定 ......................................................................................34 表 4- 1 步長、步頻與步態身體重心垂直位移 ......................................................................46 表 4-2 支撐期下肢關節角度差異摘要表 ...............................................................................47 表 4-3 擺盪期下肢關節角度 ...................................................................................................49 表 4-4 擺盪期下肢關節角度差異摘要表 ...............................................................................49 表 4- 5 不同速度之最大地面反作用力 ..................................................................................50 表 4- 6 最大地面反作用力動力學分析摘要表 ......................................................................50 表 4- 7 支撐期與擺盪期時間比例分析摘要表 ......................................................................51. ix.

(9) . 圖次圖 2- 1 步態說明圖（資料來源 http://www.studyblue.com）...............................................13 圖 2- 2 走路的步態（資料來源 http://www.studyblue.com）...............................................13 圖 2- 3 支撐腿的動作分期（資料來源 http://www.studyblue.com）...................................14 圖 2- 4 擺動腿的動作分期（資料來源 http://www.studyblue.com）...................................15 圖 2- 5 走路與跑步的步態 ......................................................................................................16 圖 2- 6 走路與跑步的差異 ......................................................................................................17 圖 2- 7 競走的步態 ..................................................................................................................18 圖 2- 8 競走技術 ......................................................................................................................20 圖 2- 9 腳掌落地時的位置與要求 ..........................................................................................20 圖 2- 10 身體重心在步態循環過程上下起伏 ........................................................................23 圖 2- 11 地面反作用力（GRF）四個分期圖(Tucker & Hanley, 2017) ................................24 圖 3- 1 Vicon 紅外線高速攝影機 ...........................................................................................36 圖 3- 2 Vicon3D 三維動作分析系統.......................................................................................36 圖 3- 3 校正器材 ......................................................................................................................36 圖 3- 4 測力板與放大器 ..........................................................................................................37 圖 3- 5 Visual3D 5.0 動作分析系統 ........................................................................................37 圖 3- 6 實驗室配置圖 .............................................................................................................38 圖 3- 7 反光球黏貼位置圖 ......................................................................................................39 圖 3- 8 實驗流程圖（本研究繪製） ......................................................................................41 圖 5- 1 最大地面反作用力(Hanley & Bissas, 2016)...............................................................59 圖 5- 2 步態支撐期的單峰和雙峰圖 ......................................................................................60. x.

(10) . 第壹章. 第一節. 緒論. 研究背景. 競走是田徑運動中需要耐力及技術的長距離項目，緣起於 1867 年的英國，1908 年成為奧運正式競賽項目，奧運會中分別有男子 20 公里和 50 公里，以及女子 20 公里。選手必須於合理的技術規範中創造優異的成績表現。1996 年起國際田聯重新制定新的競走規則，選手於競賽的行進間必須符合兩項規範，一為腳跟從落地的那刻起腿部必須全程保持伸直至腳尖離開地面。二為選手必須保持一隻腳在地面上，雙腳不能同時離開地面（IAAF Rule 230.2）。因此，比賽的過程中不得有「屈膝」（Bent Knee）或「騰空」（Loss of contact）違例之情形，若經裁判判定有違規事實則給予「黃牌」警告一支，三張黃牌即一張「紅牌」，選手於比賽過程中得到三張紅牌，則被判罰出局取消比賽資格。如此嚴格的要求，使得教練在訓練選手的過程中，特別重視技術層面的要求，尤其是下肢動作的技術能力。目前競走在學術與實務的發展以歐洲為主要重點發展，許多優秀選手與教練皆來自於歐洲各地，在技術層面的專業度亦優於世界各國。. 東方霸主：中國競走的競技發展中國大陸的競走發展始於 1950 年代，1980 年至 2000 年推向高峰，這段期間內有 20 個省紛紛成立競走隊，國內外比賽場次非常多，競爭體系從國家隊、省隊到市隊一路下來培育出不少優秀選手，國際成績相當輝煌，競走專項也是中國在奧運會取得最多金牌的項目之一。第 25 屆奧運會陳躍玲獲得女子 10 公里競走金牌開始，1999 年劉宏宇接連獲得世界盃和世界錦標賽獲得金牌，中國最具代表性的競走女選手王麗萍於 2000 年參加奧運會獲得 20 公里競走金牌，更將中國競走水平推至另一高峰。新一代中國競走女子界新秀劉虹參加過三屆奧運會，打破王麗萍的最佳成績，更於 2016 年里約奧運奪下 20 公里金牌而被視為王麗萍的接班人。中國競走優秀的成績表現是全世界有目共睹。然而這一路發展並非順遂，1996 年競走規則被重新制定，中國選手於雪梨奧運後開始出. 1.

(11) . 現斷層，加上訓練理念與方法陳舊，導致選手成績普遍不穩定。大型賽會中經常以「騰空」被判技術性違規，中國政府為取得更好的技術資源，紛紛將優秀的教練、選手送去義大利移地訓練，接受歐洲國家的新知、新技術的學習，教練及選手們意識到技術層面的要求與琢磨需要不斷精進，同時減少選手訓練或比賽的運動傷害，才得以創造更卓越的成就。 2009 年開始加強國際間的交流，更新訓練觀念，技術水平有效提升，中國競走選手於 2016 年里約奧運拿下兩面金牌因而奠定中國競走於國際的實力，並開啟了另一高峰。. 台灣競走發展沿革：國內競走專項發展的必要性我國競走發展起步較晚，自 2006 年起迄今不過十一年之久，中華民國田徑協會開始推廣競走項目，於台北市大同高中舉辦第一屆全國競走錦標賽。爾後，每一年的 11 月皆持續舉辦全國競走錦標賽。2012 年全國中等學校運動會（台北田徑場舉辦），首次將國中 3000 公尺（男子/女子組）以及高中 5000 公尺（男子/女子組）列為比賽正式項目。 2013 年大專運動會（宜蘭運動公園田徑場）首次將 10000 公尺（男子/女子組）列為比賽正式項目。全國中等學校運動會和大專運動會皆為中學（國中/高中）和大專競技選手的重大賽會，每當重大賽會的到來，選手們無不卯足全力應戰，這兩場全國性盃賽雖為不同層級的競技賽會，但是對於中學（國中 13-15 歲;高中 16-18 歲）和大專競技選手相對重要。全國中等學校運動會對於中學競技選手而言是場不可忽視的重要性升學盃賽，國中選手競技表現優異可以參加獨招考試的方式升學，若是取得保送資格可以直接進入潛力高中繼續從事訓練，高中選手若於賽會有亮眼的突出性競技表現，除了能取得保送資格，另外還能以獨招或甄省甄試等多元的入學方式，進入理想的大學且繼續從事訓練。倘若選手成績表現優異，全國中等學校運動會亦是提供優秀青少年競技選手前往亞洲青少年錦標賽和世界青少年錦標賽，為國爭光的大好機會。大專運動會對於大專競技選手而言，若於賽會取得單項前三名或團體成績前兩名者，可以取得專任運動教練資格，對於未來出社會多了一個工作選擇。若競技表現優異且達國際賽會比賽資格，可以進入國. 2.

(12) . 家隊並享有專業的培訓為國家效力，或是得到繼續升學的機會以進入理想的學校就讀研究所。中華民國田徑協會以及各縣市的單項協會對於專項的支持與重視，期望全面落實專業。各級學校以及基層教練對於選手在專業技能的培育、資源的提供，使得 2012 至 2013 年，競走專項於台灣發展的相當迅速。2013 年首次於全國運動會將 20 公里（男子/女子組）列為比賽項目並於台北田徑場舉辦，全國運動會為國內賽會的最高殿堂，這亦是國內於田徑賽場首次出現奧運會男子/女子組 20 公里的競走項目。中華民國田徑協會為提升國內競走水準及競技能力之專業與國際賽會同步，2015 年 6 月起公佈競走項目的修正，將國中男子/女子組原 3000 公尺修正為 5000 公尺，高中男子/女子組原 5000 公尺修正為 10000 公尺，且於 2016 年四月起全國中等學校運動會正式實施。各縣市為配合全國中等學校運動會的項目修正，亦於各縣市級運動賽會（全中運選拔賽）全面修正。另，國小將原 2000 公尺修正為 3000 公尺（男子/女子組），並於全國小學運動會同步實施。 2012 至 2015 年對於競走專項而言是個突破性轉變的一年，2017 世界大學運動會在即，政府、各專項協會至基層學校對於選手競技的培育，專業的資源提供，無不卯足全力為國內體育專業拼搏。期望國內優秀的競技選手皆能登上國際舞台，一展身手，為國爭光。回顧 2012-2013 年全國中等學校運動會、大專運動會以及全國運動會，將競走項目列入正式比賽中，得以發現競走的發展成效漸漸深根於台灣田徑，我國選手認真投入專項訓練為取得國際賽會的比賽資格，至今短短三、四年選手的優異表現已代表台灣參與「世界青少年田徑錦標賽」、「亞洲青年田徑錦標賽」以及「青年奧運會」等各大型國際賽會，期待未來能挑戰奧運標準，並向同為東方驕傲的中國看齊。2015 年亞洲 20 公里競走錦標賽，我國競走好手張珈鳳以 1 小時 44 分 53、張洧綝以 1 小時 33 分 00，雙破 20 公里競走的全國紀錄，一併達到 2017 台北世大運培訓標準。張洧綝更於同年的全國運動會（高雄世運主場館）以 1 小時 32 分 48，締造全國新猷。2016 年亞洲 20 公里競走錦標賽，張洧綝再次繳出 1 小時 29 分 38，刷新自己保持的全國紀錄。張珈鳳則以 1 小時 40 分 17，改寫個人最佳成績，可見我國競走選手的實力逐年提升，透過訓練及國際賽會的多方刺激，慢慢讓全世界看見台灣的競走實力。. 3.

(13) . 表 1- 1 台灣競走發展沿革年份. 事件. 備註（舉辦地點）. 2006 中華民國田徑協會舉辦第一屆全國競走錦標賽. 台北市大同高中. 全國中等學校運動會，首次將國中 3000 公尺以及高中公台北田徑場尺列為比賽正式項目宜蘭運動公園田徑場 2013 大專運動會首次將 10000 公尺列為比賽正式項目台北田徑場 2014 全國運動會首次將 20 公里列為比賽項目中華民國田徑協會公佈競走項目的修正： 2015 變更競賽距離全國中等學校運動會國中組 3000 公尺更改為 5000 公尺全國中等學校運動會高中組 5000 公尺更改為 10000 公尺全國小學運動會 2000 公尺更改為 3000 公尺 2012. （本研究整理）中國與台灣競技發展之困境然而「成功不是偶然」，競技表現的卓越非一朝一夕所能達成，甜美果實的背後往往是基層教練與選手努力不懈造就而成。中國選手於 2004 年雪梨奧運後選手成績普遍不穩定，加上訓練理念與方法陳舊，選手曾多次因為技術被判違規出局，經過無數次的比賽失利後進而檢討，從學術領域方面著手，開始研究外國優異選手與中國競走選手的技術差異，從而意識到小步頻、快頻率的走法很難獲得國際競走裁判的認同(董海軍 & 郝勇霞, 2008)。由此可見，下肢的動作技術對競走選手而言是相當重要。過去許多國外及中國文獻探討競走選手的下肢關節動作技術，將髖、膝、踝關節的角度、著地速度、騰空時間等參數提出研究討論。反觀，國內競走發展與中國甚至歐洲國相比，在培育選手及訓練延續的部分，成效仍有限。國內許多選手升學後放棄訓練者比比皆是，因升學銜接離開基層教練後紛紛殞落，原因為諸多大專院校對於競走專項發展成效不彰，熟知競走專項技能之教練甚少，因此較難給予選手明確的專項訓練指導方針，造就選手產量較少且難以延續，這亦將影響國內整體競技能力，鑒於國內競走之現況，使得要縮短國內與國際間的差距，仍須共同努力以提升競技水準的延續。此外，在學術領域上之發展，從生理學、心理學、生物力學甚至是教育教學的觀點，探討競走相關議題的研究發表甚少，目前國內未對於競走. 4.

(14) . 技術提出相關研究的發表與專研，甚為可惜。有鑑於此，本研究期望透過生物力學的觀點針對國內優秀青少年競走選手的下肢動作進行研究分析，期望本研究結果能提供基層教練為訓練時作為評估之依據。. 5.

(15) . 第二節. 研究目的. 本研究探討國內優秀青少年競走選手於不同速度（高速 90%，低速 60%），下肢動作技術的運動生物力學參數之差異，藉由實驗對競走選手的下肢動作技術有更深層的了解，期盼實驗結果能提供予競走選手及教練在訓練時作為參考之依據。本研究擬分析之參數如下: 一、競走的步長（Step Length）本研究所指的步長為右腳腳跟觸地至左腳腳跟觸地（左腳腳跟觸地至右腳腳跟觸地）的距離。二、身體重心高度差競走行進間的身體重心垂直起伏位置。三、支撐期（Stance Phase）（一）雙腳支撐期的時間（Double Support Time）:支撐腿與擺動腿同時於空中騰空的時間。（二）單支撐期（Single Support）的下肢關節角度（Limb Angle） 1.. 腳跟觸地（Heel Strike）階段: 髖（Hip Angle）、膝（Knee Angle）、踝（Ankle Angle）關節角度。. 2.. 垂直支撐（Midstance）階段: 髖（Hip Angle）、膝（Knee Angle）、踝（Ankle Angle）關節角度。. 3.. 腳趾離地（Toe-Off）階段: 髖（Hip Angle）、膝（Knee Angle）、踝（Ankle Angle）關節角度。. 四、擺盪期（Swing Phase）（一）擺動腿的下肢關節角度（Limb Angle）. 1.. 加速期/後擺（Initial Swing/Acceleration）階段: 膝關節角度（Knee Angle）。. 2.. 中段擺盪/垂擺（Midswing）階段: 膝關節角度。. 3.. 減速/前擺（Terminal Swing/Deceleration）階段 : 膝關節角度。. 6.

(16) . 五、支撐期（Stance Phase）與擺盪期（Swing Phase）時間比步態週期包含支撐期與擺盪期，本研究將一個完整的步態週期時間標準化後，支撐期與擺盪期於一個完整步態中，分別佔多少的時間比例。. 7.

(17) . 第三節. 研究假設. 本研究所設之假設為：一、優秀青少年競走選手於不同速度（高速或低速）的步長及步態身體重心垂直位移有差異。二、不同速度單支撐期的下肢關節角度（一）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢關節角度（髖關節、膝關節、踝關節）於腳跟著地(Heel Strike)階段有差異。（二）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢關節角度（髖關節、膝關節、踝關節）於垂直支撐階段（Mid-stance）有差異。（三）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢關節角度（髖關節、膝關節、踝關節）於蹬伸離地(Toe-Off )有差異。三、不同速度擺盪期的下肢膝關節角度（一）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢膝關節角度於加速期/後擺（Initial Swing/Acceleration）階段有差異。（二）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢膝關節角度於中段擺盪/垂擺（MidSwing）階段有差異。（三）優秀青少年選手不論於高速或低速，下肢膝關節角度於減速/前擺（Terminal Swing/Deceleration）階段有差異。四、優秀青少年競走選手於不同速度（高速或低速）的最大地面反作用力有差異。五、優秀青少年競走選手於不同速度（高速或低速）的步態支撐期和擺盪期時間比有差異。. 8.

(18) . 第四節. 研究的重要性. 競走項目起源於英國，過去一直都是歐洲人的天下，近年來，中國競走選手紛紛於國際賽會中屢創佳績，更在奧運會的殿堂奪得優異的成績，打破東方人的身體構造、基因甚至體能條件不如西方人之刻板印象。然而，國內的競走選手以及競技培育發展較晚，自民國95年起迄今不過十一年之久，為吸取新知創造更優異的成績表現，國內許多競走選手、教練們自行籌促經費赴中國移地訓練，各縣市政府極力舉辦講習會、研習營，甚至邀請中國的教練與選手分享成功的經驗談，期望快速與國際接軌，不過這樣的推動成效只限於一些特定發展的基層學校，卻未能實質全面性的落實競走的專項發展，目前國內在學術上對於競走的相關研究甚少。1993年許樹淵於競走技能教學與效果趨向分析中，對於國內現況作簡要概述及教學建議 ; 2015年李怡娟提出抗力球核心訓練將有助於提升國小競走選手的競技運動表現。同年，劉妍玲以自述的方式，講述自己從退役的田徑選手如何投入競走專項訓練，突破自己並代表縣市出賽全運會的經驗分享。2016年劉虹於里約奧運奪下20公里女子組的金牌，在這個屬於東方人的競走世代，國內卻沒有針對競走技術做相關研究甚為可惜，然而技術層面對於競走選手而言是決定競技能力的決勝關鍵，因此本人透過國外文獻回顧與整理，以生物力學角度切入競走的下肢動作技術，並優先針對國內優秀青少年競走選手的下肢動作技術做觀察，期望本研究結果能提供於基層教練和選手做為參考之依據，進而提升選手的競技能力，未來培育更多優秀的競走新生代生力軍。. 第五節. 研究範圍與限制. 一、本研究募集八名國內優秀青少年競走選手，作為本研究的受試對象，研究中僅探討不同速度是否影響選手在下肢動作的技術差異，上肢動作的帶動方式及相互影響則不列入本次研究。二、本研究礙於實驗空間之限制，將高速設為 90%以確保受試者執行動作技術之安全性考量，因而列為本研究的實驗限制。. 9.

(19) . 第六節. 名詞操作性定義. 一、競走田徑運動的長距離項目之一，奧運會的競走比賽分為男子 20 公里與 50 公里以及女子 20 公里。二、競走規則國際田聯制定競走規則，選手於競賽的行進間必須符合兩項規範，一為腳跟從落地的那刻起腿部必須全程保持伸直至腳尖離開地面。二為選手必須保持一隻腳在地面上，雙腳不能同時離開地面。（IAAF Rule 230.1）三、警告（Caution）裁判利用「肉眼」監督的方式，判定選手有無「騰空」(Loss of contact)或「屈膝」 (Bent Knee)的違規情況。若發現違規則會舉黃牌黃牌（Yellow Paddle）警告選手，黃牌可分為「屈膝」與「騰空」的違規，累積三張黃牌即得到一張紅牌的違規。（IAAF Rule 230.4）四、紅牌（Red Cards）經由裁判的評定，累積達三張紅牌者將被取消比賽資格。（IAAF Rule 230.5 And 230.6）五、優秀青少年競走選手代表縣市或學校參加全國單項協會舉辦之指定盃賽或教育局舉辦之升學盃賽，並曾獲得前八名之青少年（14 至 16 歲）選手。六、身體重心高度差本研究指的是行進間身體重心的垂直起伏。七、下肢關節（Limb Angle）本研究主要指的是髖（Hip）、膝(Knee)、踝(Ankle)三個關節的統稱。八、步態（Gait）一般走路的步態包含支撐期（Support Phase）和擺動期（Swing Phase）。九、支撐階段（Stance Phase）和擺盪階段（Swing Phase）支撐期可包含單支撐期（Single / Single-Leg Support）和雙支撐期（Double / DoubleLeg Support）。擺盪期（Swing Phase）發生於一隻腳準備於未乘載身體重量的時候，同時帶動身體向前的過程，可分為加速期亦可稱為後擺（Initial Swing/Acceleration）、中段擺盪亦可稱為垂擺（ Mid-Swing ）和減速亦可稱為前擺（ Terminal. 10.

(20) . Swing/Deceleration），共三個階段。十、單支撐期（Single / Single-Leg Support）本研究將於單支撐期中分別進行探討，腳跟觸地（Heel Strike）垂直支撐（Mid-stance）和腳趾離地（Toe-Off）等三階段。十一、雙支撐期（Double / Double-Leg Support）雙支撐期指的是後擺腿（Toe-Off）推蹬完準備離地的那一刻，同時接著前擺腿的觸地（Heel Strike）瞬間，兩腿同時於地面支撐的過程，稱為雙腳支撐階段。此階段必須保持身體與地面持續觸地並強調雙膝伸展。十二、騰空階段（Float Phase/Double Unsupported Phase ）後擺腿（Toe-Off）推蹬完畢離開地面的瞬間，畢緊接著前擺腿（Heel-Contact）準備觸地的空中時間。. 11.

(21) . 第二章. 文獻探討. 競走是一個技術性非常高的耐力型項目，選手在比賽的過程中必須以較快的速度完成長距離的比賽，同時還需要兼顧過程中的動作技術，1996 年開始國際田聯重新制定新的競走規則，競走是一步接著一步連續性的過程，選手著地時必須接觸於地面，不得有顯而易見（肉眼可見）的「騰空」(Loss Of Contact)發生，擺動向前的腿從著地的那一刻開始至垂直支撐的階段，必須伸直且不可有「屈膝」(I.E. Not Bent At The Knee)的動作（IAAF Rule 230.1），若違反規則者將會被給予黃牌警告，三張黃牌即得到一張紅牌，若選手於比賽時得到三張紅牌將予以取消比賽資格。在嚴格要求的規範之下，可以得知下肢技術對競走選手之重要性將攸關選手能否完成比賽會且發揮優異表現。因此，良好的技術動作將有助於選手於比賽的穩定表現。本章節將相關文獻進行整理，分為第一節走路、跑步和競走的步態差異;第二節競走規則與技術要領;第三節下肢動作技術分析; 第四節相關競走研究;第五節文獻總結。. 第一節. 走路、跑步和競走的步態差異. 一、走路的步態走路是身體的一種移動方式，也是每天最自然的動作行為模式，我們可以隨心所欲的控制走一步的大小甚至走路的速度。通常走一小步（Step）指的是從右腳腳跟至左腳腳跟的距離（或右腳腳尖至左腳腳尖），反之異同。一個步長（Step Length）則為右腳至左腳（或左腳至右腳），兩腳之間距離的加總。一個跨步（Stride）指的是一隻腳從著地支撐開始到另一隻腳著地支撐，最後再回到同一隻腳的過程，而跨步長（Stride Length）指的是這個過程的距離（詳見圖 2-1）。一個完整的步態週期包含站立支撐期（Stance Phase）與擺盪期（Swing Phase）。. 12.

(22) . 圖 2- 1 步態說明圖（資料來源 http://www.studyblue.com）. 圖 2- 2 走路的步態（資料來源 http://www.studyblue.com）二、走路的支撐期與擺盪期（一）支撐期站立支撐期可以分為單支撐與雙支撐階段(詳見圖 2-2)，單支撐指的是支撐腿承受身體重量的支撐過程，分別為腳跟觸地、腳掌貼地、垂直支撐、腳跟離地和腳趾離地，共五個分期階段(詳見圖 2-3)。雙支撐指的是擺動腿與支撐腿同時於支撐於地面。走路的步態週期中支撐期佔 65%、擺盪期佔 35%，其中腳跟觸地佔整體步態的 10%，此時期又稱為雙腳支撐或雙支撐期階段。單支撐期中的垂直支撐佔整體步態 40%，也是此時期最主要的階段，支撐腿要能支撐身體的重量，身體必須平衡於支. 13.

(23) . 撐腿，髖關節要能穩定必須保持身體平衡，著地時脛骨要在另一隻擺動腿的前面。雙支撐期是從一隻腳開始支撐到另一隻腳支撐結束的過程，此時期兩腳同時接觸於地面。（二）擺盪期走路的過程中，單腳對地面的支撐作用將帶動另一隻腳的同時擺盪，擺盪期發生於一隻腳準備於未乘載身體重量的時候，同時帶動身體向前的過程，可分為加速期（ Initial Swing/Acceleration ）、中段擺盪（ Mid-swing ）、減速（ Terminal Swing/Deceleration）三個分期階段，佔總整體步態 40%，擺盪期的加速發生於腳離地的瞬間，一般步態中膝屈曲（Flexion）和踝屈曲(Dorsiflexion)，其最主要的作用為幫助身體加速向前移動。中段擺盪也就是未乘載身體重量的主要階段，此時另一腿正在做垂直支撐的動作。擺盪期的最後減速階段主要準備進行接續另一隻腳的觸地動作，此時前後側大腿肌群正在同時進行作用，前側四頭肌幫助腿於向前擺動，觸地時膝關節能伸展，後側大腿肌群進行髖關節的屈曲動作。走路的過程中隨著兩隻腳的支撐與擺盪左右持續地進行相互交換，因而將身體朝水平方向帶動。. 圖 2- 3 支撐腿的動作分期（資料來源 http://www.studyblue.com）. 14.

(24) . 圖 2- 4 擺動腿的動作分期（資料來源 http://www.studyblue.com）三、走路與跑步的步態差異（一）走路至跑步的轉換過程在較慢的速度中，人體以走的動作型態運作，在較快的速度則以跑的動作型態運作，兩者最大的差異在於走的動作型態中含有雙腳支撐期的過程，而跑的動作型態則有騰空期的過程(Farley & Ferris, 1998)。跑步的步態週期中支撐期佔 40%、擺盪期佔 30%，其中騰空的發生於整體步態週期中佔 30%（圖 2-5），不同於走路的步態。走路與跑步在速度中有不一樣的變化，隨著移動速度增加，會出現跑的動作，跑的過程會使得支撐期的時間縮短，隨即出現騰空的現象（Float）取代雙腳支撐期。 Seger（2006）於研究中提及走路至跑步的動作轉移過程中，轉移前的雙腳支撐期縮短，轉移後，雙腳支撐期消失，取而代之的是騰空期的出現並增加其時間，隨著速度的上升，走路的足底接觸期會持續減少，直到跑步的型態出現仍有這樣的情況發生。這意味著支撐期的時間縮短，相對的在擺盪期則是逐漸的增長。在過去許多走跑研究中發現，人體在走路時有較長的著地時間，以及較短的擺盪時間，但隨著速度增加，著地時間減少，而擺盪時間增加;在跑步時，這樣的狀態則更加明顯。. 15.

(25) . 圖 2- 5 走路與跑步的步態 (資料來源 http://clinicalgate.com/assessment-of-gait) （二）走至跑的支撐期與擺盪期變化林寶城 and 王金成 (1993) 於研究中指出走路的步態週期比例支撐期為 63.5%、擺盪期為 36.6%，當轉變為跑步的型態，支撐期與擺盪期的比例各占 50% 左右。當速度逐漸增快，人體的步頻持續的增加，步態週期也從 60%的支撐期與 40% 的擺盪期轉變為各 50%左右，表示支撐期的持續時間逐漸在縮短，轉移過後，雙腳支撐期消失，取而代之的是跑的動作中騰空期的特性（圖 2-6），且單足支撐的時間也逐漸縮短。透過競走步態模式的對稱即可變性因素研究中發現一貫的動作之穩定、對稱性，訓練時需要平衡身體的兩側肌肉發展(Tucker & Hanley, 2017)。. 16.

(26) . 圖 2- 6 走路與跑步的差異 (資料來源 http://clinicalgate.com/assessment-of-gait) （三）走至跑的下肢關節角度變化走路、競走與跑步的下肢關節（骨盆、髖、膝和踝）有著相似的動作過程，不過隨著速度的提升，關節角度的活動範圍也因此增加。舉例來說，一般走路時髖關節的屈曲角度約為 40 至 45 度,跑步時髖關節屈曲角度則為 60 至 75 度。不過在膝關節的角度變化卻有些不同，Williams, Snow, and Agruss (1991) 於一篇競走與長距離選手的擺動腿比較研究中提到，長跑選手於跑步過程中，擺動腿的膝關節屈曲角度界的 47 至 57 度，競走時擺動腿的膝關節屈曲角度則界於 87 至 108 度 (Knicker & Loch, 1990; Zhang & Cai, 2000) ，所以不同部位的關節彼此相互作用、相互影響，不同階段的動作技術，反映出不同的動作需求能力。. 17.

(27) . 四、優秀競走選手的步態研究（一）競走之步態競走的步態週期包含支撐期與擺盪期，支撐期分為單支撐階段與雙支撐階段，單支撐階段包含腳跟觸地、垂直支撐和腳趾離地三個分期階段。雙支撐階段指的是擺動腿與支撐腿同時於支撐於地面。擺盪期可分為加速、中段擺盪、減速三個分期階段。競走與走路、跑步的步態相似，唯一的不同在於單支撐期（腳從著地開始至離地）和雙支撐期（前後腿同時著地）的過程中，都必須將膝蓋伸直。支撐腿與擺動腿在相互交換的持續過程，至少維持一隻腳著地於地面，不可同時離開地面。然而在高速的持續行走過程中，為求得更快的秒數，難免有騰空的現象發生。因此根據規則指出選手著地時必須接觸於地面，不得有顯而易見（肉眼可見）的「騰空」 (Loss Of Contact)發生。然而這個肉眼難以辨別的範圍為 60 毫秒以下，若超過 70 毫秒則被視為「騰空」犯規。因為 70 毫秒以上的騰空時間是比較明顯，人的眼睛可以清晰辨別（董海軍，郝勇霞，2008）。倘若技術能力不足的選手將有可能出現「騰空」與「屈膝」的現象。. 圖 2- 7 競走的步態 (資料來源 https://deronbelt.wordpress.com/2012/07/26/the-race-walk) （二）競走的支撐期與擺盪期 Murray, Guten, Mollinger, and Gardner (1983)於一篇奧林匹克競走選手的研究中發現，兩位優秀競走選手在支撐期與擺動期的比例分別為 51:49 和 50:50，在競走的步態過程. 18.

(28) . 中，支撐期與擺動期各佔一半。Hanley, Drake And Bissa (2011) 分析二十三屆 IAAF 世界盃競走錦標賽，發現競走選手在支撐期與擺動期的比例男生為 45:55; 女生為 47:53，由此可知競走於持續走的過程中是不得有騰空的情況，即使騰空也是在可以接受的肉眼容許範圍內，因此為了獲得更快的走速，在訓練上必須縮短支撐期的時間。. 第二節. 競走規則與技術要領. 1996 年競走規則重新修正，對於「騰空」與「屈膝」有更明確的定義，過去文獻針對國外優秀選手做了許多動作分析研究，尤其是下肢的動作技術，可見其重要性對於提升選手的競技表現扮演著重要角色。競走技術與普通走步相比，其特點是骨盆前後轉動大，腰部有一定的扭動，兩臂積極擺動，步幅大、頻率高，身體重心軌跡波動小，移動速度快，動作自然協調、節奏感強。一、競走規則競走是一步接著一步連續性的過程，選手著地時必須接觸於地面，不得有顯而易見（肉眼可見）的「騰空」發生，擺動向前的腿從著地的那一刻開始至垂直支撐的階段，必須伸直且不可有「屈膝」(I.E. Not Bent At The Knee)的動作（IAAF Rule 230.1）。二、技術特徵根據國際田聯所制定的規則，從著地至離地起不可以有「騰空」和「屈膝」的技術性違規，雙腳落地時，腳掌必須成一直線，原因為使得身體能有更好地向前動力。盡量避免雙腳腳掌於落地時呈現交叉的現象，或是兩腳分開地落在平行線位置（詳見圖 2-9）。競走不同於一般走路的差異在於骨盆旋轉的角度較大，當兩腿沿著一條直線向前走時，骨盆的轉動可以幫助增加步長(Murray Et Al., 1983; Knicker & Loch, 1990)。. 19.

(29) . 圖 2- 8 競走技術 (資料來源 https://www.tutorialspoint.com/racewalking). 圖 2- 9 腳掌落地時的位置與要求 (資料來源 https://www.tutorialspoint.com/racewalking). 20.

(30) . （一）不同速度與步長、步頻之關係步長是決定競走速度一項很重要的關鍵(Hanley, Bissas, & Drake, 2013)，普通走路步長約為 70 至 80 公分，而競走步長可達 90 至 110 公分。一般優秀長距離選手的步長距離介於 3.2 至 3.3 公尺(Elliot & Ackland, 1981; Hanley et al., 2011; Williams et al., 1991)，世界最優秀的競走選手的步長距離介於 2.1 至 2.4 公尺（女生），2.4 至 2.7 公尺（男生）(Hanley, Bissas, & Drake, 2012)。 Tucker and Hanley (2017)在一篇步態對稱性與變化性的研究中，針對 35 名世界級優秀競走選手做分析，將所有受試者分成 Senior 和 Junior 兩個群組，Senior 組有十八名競走選手（十三名男性，五名女性）、（27 ± 7 歲, 1.77 ± 0.08 公尺, 65.9 ± 10.2 公斤）, Junior 組有十七名競走選手（九名男性，八名女性）（19 ± 1 歲, 1.74 ± 0.08 公尺, 60.6 ± 10.1 公斤），其中 Senior 組速度為 3.6±0.1 公尺/秒，Junior 組速度為 3.4±0.9 公尺/秒，其中 Senior 和 Junior 組的步長距離（此處步長指的是 Step Length）分別為 1.1±0.1 和 1.1±0.1 公尺。步頻為 3.2±0.1 和 3.1±0.1 赫茲。楊虎强 (2016)競走運動員走速與技術效率的實驗研究，參與實驗的受試者為中國一級的優秀競走選手，以不同速度觀察競走選手的運動學參數變化（如表 2-1），研究發現步頻與走速呈線性關係，提高走速主要以加快步頻為主，而加快步頻往往會出現騰空現象，雙腳支撐階段隨之消失，容易造成犯規之風險。單信海 (1997)女子競走運動員在不同走速下運動生物力學技術指標的變化，研究中以江蘇競走競走運動員朱曉蘭作為實驗受試者，（全運會第三名），研究結果亦提出步頻與走速呈線性關係且隨著走速的提高，步頻明顯加快。我們知道要提升選手整體的速度，除了要求步長提升之外，步頻也是決定速度的一個重要因素，普通走路每分鐘約走 100 至 120 步，競走則達 180 至 200 步。速度決定於步長和步頻，兩者相輔相成，缺一不可。. 21.

(31) . 表 2- 1 不同速度之步長、步頻變化相關之研究（本研究之整理）楊虎强 (2016) 競走運動員走速與技術效率的實驗研究為例（N=1，Female）速度（m/s）. 步長（m）. 頻率（Hz）. 3.6 3.9 4.2. 1.1 1.1 1.2. 3.3 3.5 3.7. 單信海 (1997)女子競走運動員在不同走速下運動生物力學技術指標的變化（N=1，Female）速度（m/s）. 步長（m）. 頻率（Hz）. 3.8. 1.1. 3.3. 4.0. 1.1. 3.5. 4.3. 1.2. 3.7. （二）騰空時間騰空時間指的是支撐腿腳尖蹬離地面瞬間至另一隻前擺腿腳跟觸地為止所用的時間，有學者提出關於騰空時間以 42 毫秒以下的騰空時間是視覺無法辨識，4270 毫秒以內的時間人的眼睛難以辨識清楚，70 毫秒以上的騰空時間是比較明顯，人的眼睛可以清晰辨別(董海軍 & 郝勇霞, 2008)。Tucker And Hanley(2017)於青少年和青年競走選手的步態可變性及對稱性研究中，發現透過跑步機的實驗測試發現騰空時間縮短於 53 毫秒。既然在競走過程中無法比免騰空時間，因此競走選手需要合理的利用騰空時間，加大步長與加快步頻，以助於提高成績表現。另外，騰空時間將影響身體重心上下起伏，由於比賽的過程中是由裁判以肉眼判斷選手行進間是否有「騰空」的違規，然而有些時候動作的成形於視覺模糊地帶，難以判斷時，裁判將會以身體重心的上下起伏作為判定指標。許多學者在競走規則的規範下，不斷的透過研究將此列為參考指標，給予教練專業的建議進而修正選手的動作，以優良的技術動作達成 IAAF 所制定的規則。. 22.

(32) . （三）身體重心人體移動的過程中造成身體頂點位置的高低起伏，其現象是因為雙腳併攏位於身體下方會有較高的重心位置，雙腳跨步成一前一後的動作會有較低的重心位置，步態即是這兩個動作步段的循環，所以重心就會在一定的範圍內重複地產生位移。由此可見，重心上下位移的程度和步長有關，步長較長者，重心位置轉次數少且步幅與身體動作相對穩定，反之，步長較短者，重心位置轉換次數較多且步幅與身體動作較不穩定。此外，推測跑步會比走路有更多的上下重心位移之情形。因此位移所產生之加速度大小以及方向也可以用來判別步態的對稱性 (Saini, Kerrigan, Thirunarayan, & Duff-Raffaele, 1998)。. 圖 2- 10 身體重心在步態循環過程上下起伏不過有趣的是，McMahon and Cheng (1990)的研究顯示，在運動員方面，跑步的速度和身體上下重心位移成反比，也就是說，速度越快反而重心上下位移的範圍越小。一般來說，優秀的長跑選手，在跑步的過程中，身體重心上下移動的範圍較一般人小 (Heise & Martin, 2001) ，其目的是為了減少跑步中多餘的體力消耗，所以較小的重心位移視為較有效率的跑法 (Williams & Cavanagh, 1987) 。因此技術能力較好的競走選手在高速下的身體重心位置相對平穩且步長較長。研究發現，在步態的過程中，後腳推蹬前後時期會有比較明顯的身體重心向前和垂直方向的加速度，其原因為腳踝推蹬地面且離地的瞬間，將影響人體的動作(DeVita & Hortobagyi, 2000; Judge, Ounpuu, & Davis 3rd, 1996)。然而，競走的動作過程中特別要求身體的. 23.

(33) . 平穩向前，由於技術層面較高，比賽的過程中，裁判在判定技術動作是否違規非常嚴格，甚至會以身體的重心高低起伏為評判標準，判定選手是否有「騰空」違規的現象。因此特別強調水平方向的加速度移動。（四）最大地面反作用力最大地面反作用力（Ground Reaction Force ，簡稱 GRF）於競走的步態支撐期分別為 Impact Force、Loading Force、Mid-Stance Force 以及 Push-Off Force 等四個階段。Impact Force 的最大峰值定義為一開始觸地時的 70 毫秒左右的時間，Loading Force 的垂直方向最大地面反作用力的軌跡，峰值出現於前支撐期階段。Mid-Stance Force 發生於 Loading Force 和 Push-Off Force 期間的最小值。Push-Off Force 的垂直方向地面反作用力的峰值出現於後支撐期階段（如圖 2-11），所有力量數值皆需要經過體重的標準化（BW）(Tucker & Hanley, 2017) 。. 圖 2- 11 地面反作用力（GRF）四個分期圖(Tucker & Hanley, 2017) Tucker and Hanley (2017)研究中，針對 35 名世界級優秀競走選手分成 Senior 和 Junior 兩個群組做分析（如表 2-2），Senior 組有十八名競走選手（十三名男性，五名女性）、（27 ± 7 Years, 1.77 ± .08 M, 65.9 ± 10.2 Kg）, Junior 組有十七名競走選手（九名男性，八名女性）（19 ± 1 Years, 1.74 ± 0.08 M, 60.6 ± 10.1 Kg），Senior 組其中十三名男性選手曾參與奧林匹克運動會或或世界錦標賽，完成過 20 公里的. 24.

(34) . 競賽（平均個人最佳成績為 1:23:41±1:32），其中有九位完成過 50 公里的競賽（平均個人最佳成績為 3:52:53±5:52），Senior 組的女性受試者亦完成過 20 公里的競賽（平均個人最佳成績為 1:31:44±1:38），Junior 組的受試者曾參與世界級賽會，世界青少年錦標賽或世界青年錦標賽等，完成十公里競賽（男生平均個人最佳成績為 43:41±1:10 ; 女生平均個人最佳成績為 49:37±1:36）。研究中，受試者平均速度 Senior 組為 3.6±0.7 公尺/秒，Junior 組為 3.4±0.9 公尺 /秒，發現兩個組間在地面反作用力（GRF）的最大峰值（Loading force），出現顯著差異（P<.05）。而 Loading force 也是地面反作用力（GRF）四個分期中乘載最多的力量。表 2- 2 比較 Senior 和 Junior 組的動力學參數 (Tucker & Hanley, 2017) GRF（BW）. Senior. （%）. Junior. （%）. P. d. Impact force Loading force Mid-stance force Push-off force. 1.6±0.4 1.9±0.2 1.6±0.4 1.6±0.2. 3.7±1.4 2.2±0.4 3.7±1.6 1.9±0.5. 1.6±0.3 1.9±0.1 1.5±0.3 1.6±0.1. 4.9±2.7 2.8±0.7 4.7±3.2 2.5±1.2. 0.124 0.003 0.246 0.063. 0.56 1.12 0.41 0.67. Hanley, Drake, 和 Bissas 於 2009 年發表的研究中，針對 40 名曾參與國家或國際級的競走選手作相關研究，並分為 Senior Men 組（31 ± 11 歲, 1.81 ± .08 公尺, 72 ± 7 公斤）、Senior Women 組（26 ± 7 歲, 1.67 ± .03 公尺, 56 ± 8 公斤）、Junior Men 組（17 ± 1 歲, 1.80 ± 0.1 公尺, 65 ± 11 公斤）以及 Junior Women 組（16± 1 歲, 1.67 ± .04 公尺, 56 ± 4 公斤），等四個群組做探討分析。受試者的行走速度設為 105%（± 2），相當於選手賽季最佳之成績。Senior Men 組實驗的過程中 Senior 組的受試者（多為 20 公里競走選手）須完成 10 公里的距離，Junior 組須完成 5 公里的距離。受試者於跑步機進行實驗，並擷取其生物力學資料進行比較，如表 2-3。研究發現，Senior Men 組和 Junior Men 組在 Impact Peak 峰值明顯小於 Senior Women 組和 Junior Women 組，推論其原因可能為男性競走選手在技術表現明顯優於女性競走選手。由競走選手的垂直地面反作用力參數中，得以幫助瞭解選手於行進間試圖維持較高的速度並提高身體重心。長距離競走不同於一般走路的步態形式，. 25.

(35) . 最大力量峰值通常會高於一般典型的走路(Levine & Richards, 2012)。適當的力量用於垂直支撐階段能利於減少波動而影響速度的發揮。垂直支撐階段盡量減少較大的垂直力量在後支撐期（Last Stance）(Lafortune, Cochrane, & Wright, 1989)，下肢膝關節動作從過度伸展（Hyperextension）至腳尖離地時的屈曲動作的過程，盡量要求身體重心形成一條較為平穩的軌跡線，下肢動作於後支撐期至前擺腿的過程，不只是一般走路的鐘擺形式，競走的垂直軌跡線必須相對平穩，動作型態不同於一般走路反而會類似於跑步的形式(Pavei, Cazzola, La Torre, & Minetti, 2014)。優秀競走選手於支撐期階段，下肢膝關節呈現完全伸展的狀態，腳尖離地前提供有用的向前動力，減少身體重心的垂直推進力。此外，膝蓋的完全伸展至離地的過程，擁有良好技術的選手可以有效率的減少騰空的機會。表 2- 3 地面反作用力數值 (Hanley, Drake, & Bissas, 2009) GRF（BW）. Impact Peak. First Peak Force. Mid-Support Force. Second Peak Force. Senior Men （N=15）. 1.48±0.21. 1.77±0.13. 1.30±0.28. 1.57±0.11. Senior Women （N=7）. 1.56±0.21. 1.80±0.19. 1.41±0.32. 1.55±0.10. Junior Men （N=10）. 1.40±0.18. 1.79±0.10. 1.36±0.28. 1.61±0.09. Junior Women （N=8）. 1.56±0.19. 1.73±0.11. 1.34±0.20. 1.68±0.05. 第三節. 相關競走的技術研究. 國外針對競走專項的研究可以區分為生理學、心理學、生物力學、體育教學和運動傷害等五大類別。由於競走是一個技術性較高的長距離項目，專項規範中必須符合兩項規則，不可「騰空」或「屈膝」。因此培養選手於該專項的技術能力將有助於提升其競技表現。國外針對技術相關的研究多半以競技選手的整體既為主要探討，而以下肢技術的研究較廣泛。. 26.

(36) . 2008 年於俄羅斯 Cheboksary 舉辦第二十三屆 IAAF 世界盃競走錦標賽，Hanley, Drake And Bissa (2011)將傑出 20 公里的競走選手男女各 30 名分別進行運動學的研究，受試者成員包含 2004 年的奧林匹克運動會的男子組冠軍，以及 2004 和 2008 年的女子奧林匹克運動會冠軍得主，另外有八名曾獲得奧林匹克運動會及世界盃的獎牌。研究中比較男女的速度、步長和頻率以及一步所需的時間、觸地時間、騰空時間、支撐期與擺動期的比例等。以及下肢關節（髖、膝、踝）的角度變化。男生在觸地時的膝關節角度介於 177°至 184°度，女生的膝關節角度介於 174 至 183 度，在垂直支撐階段男生有 72%的接觸時間，膝關節會有過度伸展的情形，而女生有 76%的接觸時間，膝關節有過度伸展的情形。髖關節於支撐期觸地時的角度男女分別為 11 和 13 度，腳踝離地時男生和女生髖關節分別有 10 和 9 度的過度伸展，腳踝離地的踝關節角度大於觸地時的角度。過去文獻主要針對優秀奧運選手和世界盃的選手進行技術研究，近幾年才開始針對青少年做相關研究，Sawamura (2016)分析初學競走選手的運動學參數研究中發現初學者與有經驗的競走選手相比，支撐期的時間較長。因此建議初學者，訓練時可以縮短支撐期的時間且增加擺盪期的時間，進而增加步長提升競技能力。然而，較多研究針對運動學等參數進行探討，不過以步長、頻率、身體重心起伏、支撐期時間等為主要探討參數，目前較少文獻針對初學者的下肢關節角度做探討。反觀國內的競走學術研究現況，目前國內對於競走的議題研究甚少，有三篇研究發表分別為：1993 年許樹淵於競走技能教學與效果趨向分析中，對於國內現況作簡要概述及教學建議; 2015 年李怡娟提出抗力球核心訓練將有助於提升國小競走選手的競技運動表現。同年，劉妍玲以自述的方式，講述自己從退役的田徑選手如何投入競走專項訓練，突破自己代表縣市出賽全運會的經驗分享。回顧國內相關競走文獻與國外的競走研究相比，不論是從生理學、心理學甚至是生物力學的角度出發探討競走領域的研究，國內在此議題的相關研究發表甚少。 Hanley and Bissas (2017)世界級競走選手的下肢功率型態分析研究中，針對 10 個不同國籍的 17 名競走選手做下肢相關的研究，受試者包括 10 名男子（26±3 歲，. 27.

(37) . 1.79±0.05 公尺，67.1±7.9 公斤）和 7 名女子（26±5 歲，1.66±0.05 公尺，55.8± 4.8 公斤）。所有受試者的平均速度為 3.7±0.7 公尺/秒，步頻為 1.6±0.1 赫茲，步長為 2.3±0.2 公尺，相當於平均步幅長度比為 132.8±7.6 百分比。平均接觸時間為 0.283±0.02 秒，飛行時間為 0.03±0.01 秒。足底比率為 21.4±1.8 百分比，足底比例為 27.0±1.3 百分比。接觸地面的平均膝關節角度為 180±2 度，垂直支撐期伸展約為 185±4 度，在腳尖處彎曲到 148±4 度，平均踝關節角度為 106±3 度，平均髖關節角度為 184 度。並提及教練應注意髖關節和踝關節肌肉對能量產生的重要貢獻，以及需要發展膝關節屈肌力量以降低傷害風險。本研究將探討選手於支撐期的三個階段，觸地、垂直支撐及腳尖離地的下肢關節角度與動作，不同階段的下肢關節在動作要求也會有所差異。Zhang and Cai (2000) 研究結果顯示支撐腿於全部支撐期時間約為 157±5 秒，過去有研究提到，欲提升競走的速度能力，必須減少支撐期的時間，以達到更好的效率。一、支撐期的下肢關節技術（一）踝關節踝關節的技術在競走的速度能力中扮演著很重要的關鍵，有效率地幫助身體朝水平方向推進，有力量的踝關節能產生較大的動力，同時產生較遠的水平距離，因此競走的訓練中會特別加強踝關節的力量訓練。競走的步態過程中，腳跟觸地時，踝關節因為背屈動作，因此在所有支撐期中角度最小，腳尖離地時，踝關節正在做跖屈動作於支撐其中角度最大。踝關節背屈動作於著地瞬間，幫助膝關節的伸展，同時吸收地面能量直至離地，腳尖離地時的踝關節跖屈動作，釋出所有的能量及力量於地面，幫助身體向前移動。Zhang and Cai (2000) 研究結果顯示亦符合此一現象，支撐期的腳跟觸地階段，踝關節角度為 112.7±2.4°, 垂直階段踝關節角度為 116.8±1.3 度，腳尖離地階段踝關節角度為 134.9±4.1 度。踝關節持續向前行進過程中的保持屈曲，則可以減少空中「騰空」的時間，倘若向前行進過程中，腳掌於離. 28.

(38) . 地前已離開地面，則會造成騰空的狀況，因此合適的踝關節角度將有助於適應競走規則的規範。（二）膝關節一般認為競走在行進的過程中必須保持一隻腳從腳跟著地開始到腳尖離地結束，都是維持膝蓋垂直的狀態，這樣的過程不同於一般正常的走路，然而這卻是有利於競走選手(Murray et al., 1983)，Knicker and Loch (1990) 定義合理的膝蓋垂直的範圍介於 175 至 185° 度。Zhang and Cai (2000)研究提出在支撐期的腳跟觸地階段，膝關節角度為 181.1±2.1 度, 垂直支撐階段膝關節角度為 185.7±3.4 度，腳尖離地階段膝關節角度為 146.5±3.8 度。由於 42 毫秒以下為人眼難以辨識的時間，Zong And Sai (1992) 提出，膝關節於支撐期階段必須維持持續伸直至少 42 毫秒。Zhang and Cai (2000) 則提出膝關節於支撐垂直階段至少持續保持伸直 84 毫秒。膝蓋的伸直可以獲得很好的瞬間能量，但同時也是最容易造成後大腿屈肌群傷害的風險 (Hanley et al., 2013) ，原因為此肌群是參與髖關節和膝關節運動的雙關節肌，其主要作用為屈曲膝關節以及伸展髖關節。（三）髖關節髖關節主要繞著垂直軸旋轉，主要目的是延長步長距離，神經系統控制髖關節的旋轉，垂直軸是透過槓桿原理旋轉向前，透過訓練有助於使得每一步提升至少 20 公分，積極地向前做送髖動作亦可以幫助擺動腿往前帶動，因此髖關節的技術對於競走而言是相對重要(Sun, Zhang, & Fan, 2012)，有效率的控制骨盆將有助於幫助競走選手獲得更好的前進速度(Hoga Et Al. 2000)。競走不同於一般走路的差異在於骨盆旋轉的角度較大，當兩腿沿著一條直線向前走時，骨盆的轉動可以幫助增加步長 (Knicker & Loch, 1990; Murray et al., 1983)。因為競走選手要獲得更快的速度，必須藉由髖關節的迅速伸展且成功的減少支撐時間(Lafortune et al., 1989)。二、擺動期的下肢關節技術. 29.

(39) . 擺動腿的擺盪發生於空中移動的過程中，有效率的擺動腿技術可以增加節奏頻率和速度(Smith & Hanley, 2013) ，其可分為加速期、中段擺盪、減速三個階段。從腳尖離地至下一次腳跟觸地前的過程中，此時擺動腿準備於未乘載身體的重量。Villa (1990) 建議擺動腿於擺盪的過程中，不宜把腳抬得太高，應該持續的在地面進行動作轉換，減少空中停留的時間以避免產生「騰空」動作。亦有研究提出擺盪期膝關節從 87 至 108 度，為合理的角度範圍。Zhang and Cai (2000) 則提到膝關節於中段擺盪（Mid-Swing）時，關節角度呈 100.9±5.6 度，另外，擺盪期中擺動腿的膝關節角度會影響角速度，建議擺動腿半徑角度範圍不宜過大，合適的膝角度對於競走技術穩定很重要。三、競走常見的錯誤動作初學者在學習競走技術的過程中，經常會出現一些錯誤的動作，造成的原因可能為選手身體素質的能力不足，因而造成動作變形。也可能是在模仿技術的過程中形成了錯誤的動作，錯誤的動作一旦形成沒有即時修正，日積月累下極有可能造成運動傷害。以下列出最常見的錯誤動作：表 2-1 最常見的競走錯誤動作序號. 常見錯誤動作. 產生的原因速度與技術能力不相符，步伐過大，蹬. 1. 無雙支撐階段，有騰空犯規現象地向上而不是向前腳著地瞬間直至垂直面，腿不能. 走的速度與身體訓練和技術能力無法平. 伸直（一腿或兩腿無法伸直）. 衡，腿部肌肉的專項能力不足. 2 繞垂直軸轉髖不夠，擺臂的動作不正 3. 延兩條平行線走，腳步過分外轉. 確，形成橫向擺動，造成腳的落地動作不正確繞垂直軸轉髖過多，擺臂的動作不正. 4. 腳著地超過中線，造成交叉行走. 確，形成橫向擺動並超過身體中線，造成腳的落地動作不正確. 30.

(40) . 腳著地前過早伸直，腳離地面遠，脛前 5. 全腳掌著地（步伐小）肌的力量不足過早伸直擺動腿著地，腳離地面遠，柔. 6. 腳跟僵硬的著地（易造成損傷）軟度較差腿的前擺過大，軀幹後傾，腰、腹、背. 7. 腳著地，重心位置偏移力量不足擺動腿過分向上擺動，蹬地時腳過分積. 8. 向前跨步時，膝抬過高極用力，髖的轉動不足蹬地時腳過分積極用力，造成後撩小腿. 9. 蹬地後向上「撩」小腿的動作蹬地方向不是向前而是向上，後蹬角度. 10. 「跳躍式」的走，重心起伏過大過大，擺臂時聳肩長期競走伸直腿下壓過大力，腿部專項. 11. 支撐腿超過一百八十度肌力不足. 12. 蹬地時腿過分外轉. 13. 髖部動作不明顯. 繞垂直軸轉髖過多，形成上體側向搖擺髖關節的柔性差和活動度差，腰部動作僵硬，屈肘角度過小，軀幹扭轉不夠. 14. 身體前傾、屈髖. 腰、腹、背部肌肉力量不足. 15. 身體後仰. 腰、腹、背部肌肉力量不足. 16. 步長過短. 繞垂直軸轉髖幅度不夠，腿部肌力不足髖主要是繞前後軸轉動，常低頭行走造. 17. 兩臂橫向擺動成肩、背肌肉僵硬身體左右方向力量不均衡，長期同一個. 18. 兩臂動作不正確方向行走. 19. 聳肩（肩部緊張）. 肩部肌肉僵硬，過分屈肘. 31.