一、选题依据与研究目的

    （一）选题依据

    目前，以微型电子计算机为核心的新技术革命正在使现有人类的生产结构、生活方式，乃至社会结构发生巨大的交化。信息资源已成为人类发展与进步的一种重要能源。微机技术和信息技术的发展和应用成为促进国民经济中各部门发展的一个积极因素。体育领域尤其是运动训练过程中，信息量大并以人为研究主体，更应充分应用现代的新技术和新方法。因此，运用微机解决运动训练过程中各种复杂的问题，处理、反馈体育运动中各种信息，建造体育运动知识工程，已成为当前体育科学研究中亟须解决的问题。

    游泳训练过程如同其他运动项目一样，是一个不断增强人体运动能力和竞技心理水平的生物控制过程。运动员在教练员的指导下进行训练，并从现有的竞技状况向理想的竞技状况发展。科学的指导训练应包括“诊断分析”“判断”“制订计划”三个基本的环节，它们是实施运动训练的前期工作。所谓的“诊断分析”，是指教练员通过各种各样的方式从运动员身上取得反映运动员身体机能水平的各种信息；所谓的“判断”，是指对所取得的信息进行分析并作出判断；而“制订计划”指根据判断确定训练任务，选择训练方法和手段的过程。该三阶段是相互紧密联系而各又具有本身特点的系统，只有通过科学、准确、全面的“诊断分析”，才能作出正确的“判断”，从而制订出合理的训练计划。因此，对运动员训练水平、身体状况的检查评定，显得至关重要。

    正如一切生物控制过程一样，研究运动训练控制过程就是研究运动员机体在运动训练过程中的控制、调节和信息处理规律的科学。而鉴于生物体的极端复杂性，运用建立一个可能和它在物理、化学本质上极不相同，只是在行为和功能上表现出来某种相似性的模型来研究生物原型，是生物控制论的最基本的研究方法。因此，研究建立相应能反映人体运动能力、机能水平变化规律的数学模型，是进行运动训练控制的先决条件。

    运动训练过程是一个不可分割的大系统。所谓的系统，就是指为实现某个目标而建立起来的秩序。因此，本文认为实现训练目标的系统应该具有严格的规律性和秩序性，如运动训练过程中的“诊断分析”“判断”和“制订计划”三者一环扣一环，相互不能混淆、不能分割的一系列过程。研究运动训练过程中的系统化问题很有必要。

    建立相应能反映人体运动能力变化规律的模型，要求运动员的交化规律按某种准则进行以实现运动训练过程的最佳控制，并附之以一套常规计算机程序是当前微机应用于运动训练中最活跃的领域。它能使运动训练的控制从经验型走向定量化、自动化。然而，正如钱学森所指出，19世纪的机械化到20世纪的自动化，是科学技术、人类文明的一介大发展：那么，20世纪70年代兴起的电子计算机化到21世纪的智能化，会把计算机已经发展的方向推到一个更高的高度。“被日本政府作为第五代计算机语言的PROLOC语言为我们实现运动训练控制过程走向智能化提供了良好的软件环境。为了迎接世界的挑战，有必要将智能技术应用于运动训练中，并使运动训练的控制朝智能化方向发展。”

    研究表明，优秀男子游泳运动员取得最佳成绩的年龄一般为19～21岁，需经过8～10年的正规训练，而11～12岁则是游泳运动员多年系统训练的开始。同时，此阶段年龄的运动员运动能力提高的速度快，幅度大，几乎所有的身体素质指标都达到最高增长率。因此，为保证多年训练的顺利进行，以及使运动员能在运动素质发展敏感期达到事半功倍的效果。建立及完善该年龄组运动素质的检查手段具有积极的意义。

    （二）国内外的研究状况

    运用系统工程的科学方法，建立定量化、程序化和最佳化的训练模型，并对照模型，运用信息原理对运动员实施有目的、有针对性的训练，是现代训练方法变革的核心。在过去的几年中，运动训练理论得到了很大的发展。如徐本力提出：“单纯人的控制，还不能实现最佳化控翻，还必须有机器的控制，这里的机器指的是训练计划和包括电脑在内的各种训练用的仪器、设备。现代训练充分地运用了现代科技成果去实现运动训练的最佳控制服务，使运动训练的控制系统形成了‘人机混合’的高效能系统。”苏联B·H·普拉托诺夫认为，训练过程确定与校正的循环周期就是建立模型—比较模式，以达到诊断目的—制订训练工作方针—选择训练手段制订训练计划的过程。田麦久博士提出对运动员现状的分析、训练指标的确定是运动训练过程中的两个中心环节，并提出了运动训练过程的基本模式。

    上述研究都从理论上阐述了运动训练过程中对运动员现实状况的诊断分析、训练指标的确定以及训练计划制订的重要性和连续性。

    对游泳训练过程实施有效控制的研究，国内外学者都几乎从建立模型开始，尤其以关于运动员身体素质模型的研究较为显著。而关于少年儿童运动员的素质模型特征的研究，国外更为广泛。少年儿童运动员模型的建立，能够准确地确定教学和训练的方向，从而提高工作成效。苏联库滋涅佐夫提出，周期性运动项目专项身体训练水平模式的建立应包括在完成内部结构与主要练习相似的测验练习时运动员素质发展水平。苏联、民主德国等都分别制订了为育材服务的少年儿童等级运动员专项素质水平的训练模型。

    微机在运动训练过程中的应用，国内外都刚刚起步，并取得了一定成果，如英国霍里米森研究的运用电子计算机制订游泳间歇训练计划。陈敏行等运用微机编制训练计划。民主德国据运动员的各项身体素质、专项成绩和各种训练负荷等多种数据及生理指标，编制了预测运动员成绩的微机程序指导训练，使运动员恩德尔在奥运会上破了记录。

    然而，有关11～12岁游泳运动员水中专项素质模型的研究目前国内尚未见报道，尤其是使诊断分析、判断、制订训练计划形成系统化的研究，国内外都未见报道。

    （三）研究目的

    当前各国在运动场上的竞争已发展成为运动竞技中的科技战。各种新技术在世界体育强国得到广泛的应用，并成为称雄于世界体坛的重要原因。因此，为努力提高我国竞技运动水平，应当不失时机地应用各种新技术为体育运动训练服务。

    对智能技术及其应用开发在各个领域都受到重视，专家系统的开发在当前信息爆炸时代获益更大。运用该新技术与当前运动训练方法的变革核心——模式训练相结合，使对运动员现实状况的诊断分析由数值逻辑推理向智能推理发展，无疑具有十分深远的意义。

    本课题的研究目的是通过建立11～12岁男子百米爬泳运动员水中专项素质的发展模式、预测模型、评价标准以及训练咨询系统，并试图以微机为运行硬件，智能语言TurboProlog为软件环境，使游泳运动训练过程的控制系统化，并向智能化发展，为游泳训练提供服务作理论和方法上的初步研究。

    二、研究对象与研究方法

    （一）研究对象

    本文选取了11～12岁男子百米爬泳项目运动员为测试对象。先后到广东、广西、上海、湖南、河南等省市重点业余体校游泳队进行测试。测试人数为91人，运动员百米爬泳成绩均在1分20秒以内。

    （二）研究方法

    1. 调查法和阅读法。就有关测验项目的选取进行走访，信访调查，对咨询系统的功能，设计进行了广泛的阅读和调查访问。

    2. 测验法。通过广泛的阅读资料，参考国内外研究成果和调查结果，初选出能反映运动员一般情况以及速度、速度耐力，耐力、力量和柔韧能力发展水平的12个测验项目进行测试。

    3. 数据处理方法。采用相关法和正态分布原理对初选测验项目进行有效性、可靠性和正态性检验。并采用逐步回归分析法对各交量之间的关系进行分析，以BASIC为算法语言，DBASE-II为数据管理系统，在BL00520型IBM-PC机进行数据处理。

    4. 建立模式。在完成数据处理的基础上，建立百米爬泳水中专项素质训练水平的发展模式，并制订出适当的评分标准。

    5. 系统程序的编制。采用人工智能语言编译型TurboProlog进行编写。

    三、研究结果与分析

    （一）发展模式及评价标准的建立

    1. 检查性测验项目的选择与分析

    （1）检查性测验项目目的确定。为客观地控制运动训练过程，必须对运动员经过相当长时间的训练后，在训练课和小周期负荷量的影响下，以及一些具体练习负荷量的影响下，机能状况的变化进行评定。“运动成绩是反映运动员训练水平信息最强的指标，然而，仅通过运动成绩对运动员的训练水平作出判断是不够的。要提高运动成绩，必须使运动员在多年训练中的各个阶段都达到最佳状态。”必须进行检查性测验，把少年运动员应该达到的模型指标作为目标，阐明既要有最佳协调的发展，又要求避免揠苗助长。所谓的检查性项目是指在标准条件下，对凭经验大致估计的个人一般的身体训练、技术水平进行研究，尽可能从数量上表示出来这种永平的相对程度。通过这种检查性项目的测定，能使各运动素质的发展与训练目标保持一致性，并及时发现训练中的偏差，对整个训练过程实行最有效的控制。

    检查性项目的选择应符合下列几条要求：

    第一，所选择项目应能客观地、科学地反映百米爬泳运动员水中专项素质水平；

    第二，测验项目应简单、可靠，便于教练员和运动员日常使用；

    第三，对运动成绩的提高最有作用；

    第四，最具有代表性。

    通过预备性测试，本文对12个测验项目进行了筛选，采用相关法进行相关分析，选取显著水平P＜0.01的7个项目作为正式测验项目。并对所选的正式测验项目进行了可靠性、有效性检验。

    结果分析表明，素质测验项目与百米爬泳成绩的相关较密切，故认为各测验项目的选择基本上正确可靠。此外，采用正态分析法对7项指标进行检验，均具有正态性，说明各项指标可反映研究对象的总体水平。

    （2）检查性项目的筛选。采用逐步回归分析法，选取7项水中身体素质指标为自变量，百米爬泳成绩为因变量，选出反映百米爬泳成绩变化信息量最强的主要身体素质指标。2×25米爬泳短冲均值、50米爬泳短冲、4×50米爬泳90%速度的间歇游均值（间歇10秒）、4×100米爬泳90%速度的同歇游均值[间歇1分30秒]四项是影响百米爬泳成绩的主要身体素质指标。从定量分析的结果来看，2×25米爬泳短冲和50米爬泳短冲分别反映了绝对速度、爆发力和速度的信息，而4×50米爬泳间歇游和4×100米爬泳间歇游则分别反映了速度耐力和专项耐力的信息，与苏联C·π·柯诺夫（1980）、B·H·普拉托诺夫、民民主德国M·J·NabatniKova研究结果一致。

    从理论上讲，身体素质是人体速度、耐力、力量、灵敏、柔韧等能力的综合表现，并具有明显的专门性，专项素质水平愈高，愈有助于提高专项技术水平和运动成绩。而从中找出最基本的、最重要的素质，并以此作为日常训练的检查性项目，是进行运动训练控制的必要条件。

    从能量供应学说的角度分析，百米爬泳项目的特点是强度高，运动时间持续在1′20″之内，主要以ATP-CP及糖酵解系统供能，要求供能效率高，耐酸能力强。因此，绝对速度、速度、速度耐力和专项耐力对百米爬泳项目来说是至关重要的。该理论恰好验证了逐步回归分析结果。

    （1）25米爬泳短冲反映绝对速度能力和爆发力。该指标不仅能反映肌肉收缩号放松的交替能力和神经系统兴奋与抑制的转换能力，即反映动作速度能力；同时能反映作为在最短时间内游最大距离的速度力量指标。

    （2）50米爬泳短冲反映了速度素质。该指标反映了机体在工作过程中维持ATP-CP供能能力和调用糖酵解系统供能速率的能力，以及肌肉保持最大工作强度的能力。因此，其可作为迅速调用糖酵解供能的有效训练手段。

    （3）4×50米爬泳间歇游反映了速度耐力素质。研究表明，糖酵解供能系统在全力运动30～60秒运动时供能百分比最大该指标能反映运动员在高强度运动中，高效率地调用糖酵解系统供能和神经、肌肉耐酸的能力。训练中此方法的特点是休息时问短，每次练习后血乳酸不可能恢复到原来水平，血乳酸值大大高于前次运动后的乳酸值。故该练习可作为发展糖酵解供能能力和神经、肌肉耐酸能力的方法。

    （4）4×100米爬泳间歇游反映了运动员专项耐力。专项耐力是运动员有机体为了获取专项成绩而最大限度动员机能能力克服专项负荷所产生疲劳的能力。显然，100米距离与1500米距离所要求的专项耐力不同，前者的耐力取决于无氧过程对能量的转化、利用能力的可能程度和效率。所以，发展运动员无氧耐力是该项目所必不可少的。而采取最高强度的90%～95%，练习时间持续20″-2′，组间间歇1′-1′30″，完成3～4组练习是评价该项目运动员专项耐力较合理的方法。

    2. 预测百米爬泳成绩回归方程的建立

    （1）回归方程的可靠性检验，尽可能精确的数学模型是正确评价的保证。通过上述理论上的分析，逐步回归所选取的检验性测验项目的基本上可取，要建立准确的百米成绩预测模型还必须进一步验证模型可靠程度。本文运用数理统计方法的原理对方程作了相应的检验，各项检查性项目对百米成绩的影响具有高度显著，方差分析P＜0.01，故认为方程具有显著效果。

    4. 百米爬泳水中专项素质的评定及标准

    评价是指通过对照某些标准来判断测量结果，并赋予这种结果以一定意义和价值的过程。在运动训练控制过程中，仅具有“模式”还不够，必须具有适当的评价标准，因此，为了便于评价，必须首先采用标准百分进行标准化处理。本文采用体育评价中常用T分量表方法。即T=50+X-XδS×100，制订出各项评定标准分数，同时从“综合、均衡、适应”三方面对百米爬泳运动员水中专项素质进行评定。

    （1）各因素综合发展水平的评定

    运动生理学研究表明，人体各项身体素质之间都存在互相联系、互相促进、互相制约的关系，从中枢神经系统的变化来分析力量、速度、耐力和灵敏等素质都对兴奋和抑制两个神经过程的强度、均衡性和灵活性产生不佳的影响。如进行速度耐力训练，中枢速度系统产生强度高，持续时间长的兴奋和抑制过程，对发展速度、耐力都有积极作用。从运动生物化学角度来看，进行任何运动训练都影响肌肉中的结构与收缩蛋白的含量，以及ATPP的有氧和无氧再合成过程。因此，训练中必须注意保持各主要素质的综合发展，经常检查评定运动员素质综合发展状况，是游泳训练过程中的一项监督内容。

    Sy值越大，说明综合发展的整体水平越高，评分一般分三个等级，即高水平、中等水平和低水平。

    （2）各素质发展均衡度的评定

    各素质之间不仅具有互相促进的关系，同时也具有互相制约的关系。研究表明：“有时过分地发展某一素质时可能使其他素质受到抑制，而使素质间最有效的联系被破坏”。发展速度耐力、力量、灵敏等素质，对大脑皮层中多个相应中枢的兴奋、抑制过程的强度、均衡性、灵活性都有不同影响的另一面，如力量和速度都要求神经过程的强度大，而一般耐力只要求中等强度。速度、灵敏素质要求神经过程的灵活性很高，而一般耐力只要求中等强度。若长期侧重发展某一素质，由于机体机能的变化与条件反射的分化向着与训练练习条件相应的方向发展，使某一素质可能提高，面对另一些素质可能引起下降。

    从生化角度来看，运动训练方法具有特异的“靶细胞”功能。如速度练习，重点是发展ATP无氧再合成过程，并使CP储备和肌糖元含量增多；耐力练习重点发展ATP有氧再合成过程，提高内脏器官的工作能力和使肝糖元含量增加，若过多地发展速度，则不能保证耐力素质的提高。

    同时，在多年系统训练的开始阶段过多地发展某一素质，必定会影响运动员后期的发展。因此，对各素质均衡度的检查评定对成功的训练是十分必要的。

    方差是测定总体中各变量标志变动度的重要指标，本文采用方差原理作为评定运动员各素质均衡度（Ba）的方法，说明Ba值越小，各素质发展的比例关系越均衡、协调。评价等级分为均衡、基本均衡和不均衡三个等级。

    （3）百米爬泳成绩与综合发展水平适应程度的评定

    该指标反映各素质的综合发展水平与百米成绩是否适应，一般来说百米成绩的发展与素质的综台发展水平相适应。百米成绩的高低集中反映了素质综合发展水平的程度。Fi值越小，说明两者问的适应程度越好。如果适应程度相矛盾或异常时，可能由于以下几种情况所致。第一，可能由于技术动作的不合理而制约运动能力的发挥；第二，可能因比赛或测验的心理状况而影响运动能力的充分发挥。评定分为适应、基本适应和不适应三等。

    （4）“综合、均衡、适应”评定标准的制度

    以上三种评定标准的制度是根据正态分布原理，以样本的平均数为基数，把平均数两侧占总体50%的变量值作中等水平，高于平均数的20%作为高水平，低于平均水平的30%为低水平。以样本数据的标准化处理结果代入三种计算方法，得出相应评定分值。经统计学处理，制订出评分标准阈值。

    （二）训练咨询系统的内容及程序设计

    运用“发展模式”及其评价标准对运动员水中专项素质的检查评定是数值逻辑的定量分析过程。然而，定量分析并未实现科学的评价，必须以定量作为阐明定性的客观基础，使定性与定量有机统一，才能实现科学的评价。同时，运动训练过程中“诊断分析”“判断”“制订训练计划”是有秩序的系统，对于模式及评价标准的建立只完成了实施运动训练前期工作的“诊断分析”环节，并且在“诊断分析”过程中需解决较繁琐的数学工作。若完成“判断”“制订训练计划”二个环节还必须处理大量的信息。因而，这一系列的工作是一项十分复杂的知识工程。鉴于此，为了能准确、快速地实现运动员素质水平的检查评定，以及解决这项复杂的知识工程工作，有必要引用最新的信息处理技术。

    1. 训练咨询系统的内容：本系统的研究方法是采用人工智能领域中建造专家系统的技术。系统内容包括知识库、数据库、推理机和查询语言四大部分，其中知识库和推理机是本系统的核心。

    （1）知识库本系统知识库的建造仅基于本领域的事实。即根据具有权威性的体育院校通用《游泳》教学书和美国《游泳科学训练综合指导》一书中的训练原理，经过设计组织知识库、格式化规则、组织知识规划过程，整个过程要经过规则精选、系统的重新设计，而形成咨询系统的知识库。

    知识规则的表示是运用逻辑三段论的推理形式表示。规则的形式为：

    （规则规则名）

    （如果前提1……前提m）

    （那么结论1……结论n）

    规则分三大类。第一，诊断运动员水中专项素质现状的规则（J类）；第二，确定训练目标和任务规则（T类）；第三，选择训练方法（S类）和训练手段（y类）的规则。例如：

    {规则JT}

    （如果Sy≥64.3）

    [则（各素质综合发展水平高）]{规则TT}

    [如果（各素质综合发展水平）]

    [则（可加强百米主项比赛能力的训练）]{规则ST}

    [如果（加强百米主项比赛能力训练）]

    [则（选择比赛训练法）]{规则yT}

    [如果（选择比赛训练法）]

    [则（采用主项距离或短于主项距离、间歇长、强度最大、次数少的练习）]}

    （2）推理机：本系统的推理是原始数据出发运用知识库中的知识，推出结论。采用精确推理是，即通过“发展模式”和评价标准的数值逻辑运算推出结论。

    （3）数据库：用于存贮运动员档案资料和规则语言、训练方法和训练手段等以供查询使用。

    2. 咨询系统程序的设计

    本系统程序设计的总目标是运用智能语言对11～12岁男子百米爬泳项目运动员水中专项素质作出定量的诊断分析，并提供适当的训练咨询训练服务。系统功能包括对运动员水中专项素质的检查评定，训练任务、目标的确定以及训练方法、手段的选择等。

    程序采用编译型Turbo Prolog语言编写，程序框图、运行硬件为IBM-PC机，操作系统为PCDOS。程序清单另附。

    四、结论与建议

    （一）结论

    1. 本研究运用数理统计的方法，通过定量分析确定2×25米爬泳短冲均值，50米爬泳短冲，4×50米爬泳90%速度间歇游，4×100米爬泳90%速度间歇游，可作为评定11～12岁男子百米爬泳运动员水中专项素质的检查性测验项目，作为日常训练的反馈指标。

    2. 评定百米爬泳运动员水中专项素质程度，应从各素质的综合发展水平、各素质发展的均衡程度，以及百米成绩与综合发展水平的适应度三方面进行评定。

    3. 本研究所建立的预测模型可作为11～12岁男子百米爬泳项目运动员百米成绩的预测模型。

    4. 本文采用智能语言应用于游泳训练控制过程，是智能技术在我国体育中的一次实践性偿试。

    5. 运动训练过程中“诊断分析”“判断”“制订训练计划”是训练中十分重要的三个环节。应使之形成系统化。

    （二）建议

    1. 对运动员水中专项素质的综合评价还可结合生理、生化、心理等指标，使评价更趋于科学、准确。

    2. 本研究结果还应进一步在实践中加以检验完善和扩充。

    （本文为武汉体育学院1989届硕士毕业论文节选，同年6月在北京体育学院获教育学硕士学位）

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