第二节 体育科学的学科及其内容结构

一、一门成熟学科的条件

根据ICSSPE编辑的体育科学指南第五版的内容，一门成熟学科的条件是：“独特的研究对象和研究领域；比较完整的知识体系；专门的方法学；自成体系的专业学术组织及其他（学术刊物、是否是高校的一门课程等等）。”

（一）独特的研究对象和研究领域

一门成熟学科一定有严格的研究对象和所要解决的实际问题的范围。虽然有与其他学科的交叉，但其主体地位是明显的。在体育科学指南第五版中提出的16门学科，包括9门准学科，都反映了各门学科的独特研究领域或者对象。例如运动生物力学的研究对象和领域是了解和解释人体运动在结构和功能之间的联系；运动生理学主要是研究人体各系统对运动的响应，这种响应取决于练习的强度、频率和形式，以及与周围环境的相互作用，饮食以及一个人的身心状态。

（二）比较完整的知识体系

一门成熟学科一定是在其研究领域中已从零碎知识中整理出了理论，这是判别一门学科是否成熟的重要指标，有了理论，形成了知识体系，就能指导实践，产生巨大的力量，进一步推动学科的发展。例如运动生物力学已经形成了动作技术分析及最优化、运动链的运动学和动力学分析、薄弱环节分析、肌肉动力学、阻力性质和训练效果转移、运动创伤力学等。

如同上一节所述，一门成熟学科的知识体系不是凭空而来的，而是从已经不同程度地确立的具有相对悠久历史的学科（母学科）中应用来的，然后在所关注的专题或所要解决的实践需要的问题中，利用观察、描述、寻找事物之间的相关性以及实验研究反复地验证，按照基于词语数据（逻辑推理）和基于数字数据（实验）的认识来获得科学知识，逐步形成对社会生产力和科学技术的发展动力。当有些科学知识会变得过时了，就要继续研究证实新产生的科学知识，所以，一门成熟学科的知识体系到一定时候会分化出几门子学科，使学科继续向前发展。

（三）专门的方法学

一门成熟的学科必须有自己的获取科学知识的方法学，例如在生物力学中最常用的三种方法是定性、定量和预测的方法。定性的方法包括对人体运动性质的系统地观察和反省的判断，采用像阶段分析模型和时间分析模型这样的观察模型。定量分析在定性分析基础上进行，去掉了定性分析中的主观成分，核心是选择关键变量。预测分析主要是依靠数学模型，而在运动生理学中应用聚合酶连锁反应（PCR）、X射线晶体学、质谱分析和核磁共振成像技术，从刺激-反应中探索人体各系统对身体活动的响应规律。采用什么方法取决于所要探索的问题和研究的目的。一门成熟的学科由于主体知识的特殊性，具有自己独特的主要的研究方法。

（四）自成体系的专业学术组织及其他

例如运动生物力学，在国内有中国体育科学学会下属的运动生物力学分会，在国际上有国际生物力学学会（ISB）和国际运动生物力学学会（ISBS），同时有应用生物力学杂志（原名国际运动生物力学杂志）等。在各体育院系中都开设有运动生物力学课程，因此，运动生物力学是一门成熟的学科。

又如运动生理学，它在国内的学术组织是中国体育科学学会下属的运动医学分会，国际上是国际运动医学联合会（FIMS）下属的运动生理学学会。专业刊物有应用生理学杂志、运动员训练杂志和运动生理学在线杂志等，在各高等体育院系中都设有运动生理学课程等。

上述一门成熟学科的条件不是绝对的，随着学科的发展会增加或减少一些。但是，这些条件为我们的学科发展指出了一个方向和目标。

二、当前国际体育科学学科情况

由ICSSPE在2008年出版的第5版体育科学指南中汇总了16门成熟的体育科学学科和9门准学科（体育科学专题范围），表1-1供参考。

在前两版的体育科学指南中，还提出过运动和视觉（图1-6）。当前在我国一门大家比较重视的发展迅速的准学科是体育工程学，它已在某些高校中作为一个新专业在试办。期望有一天能加入到成熟学科目录中。

列出这些也只是一家（ICSSPE）之言，虽然有权威，但也不必顶礼膜拜，而是提供一种参考（北京体育大学图书馆正在与奥林匹克文献信息中心合办的《体育信息报导》上详细介绍每门学科的情况，每期一个学科，感兴趣的读者可去查阅）。取长补短是进步、发展之道。我们应根据我国情况，从体育实践出发，发展自己的有特色的学科。我国体育院系中已有一些自己的学科，例如，民族传统体育学等。

三、运动科学是人类认识自身的一个过程

人类在认识自然和社会的进程中，也在不断地认识自身。人类对自身认识的每一个进步都会对人类的生存、健康、繁衍和社会进步带来福祉。人类对自身规律的认识是从两个方向进行的：一头是治疗疾病、抢救生命和恢复健康；另一头是提高健康水平、增强体质和挑战极限。前者形成医学科学体系，后者则是体育与运动科学体系。体育与运动科学是人类认识自身的一条途径。它与医学科学有联系又有区别。由于体育与运动科学的研究对象是健康人体和运动员，它受到的限制和约束比医学科学（研究对象主要是病人）的要多。所以，它的发展落后于医学科学，需要努力加强。

现代奥林匹克的格言是“更快、更高、更强”，既体现了原始体育要展示人体强壮体格的本意，也反映了人类要认识自身结构、功能及其发展规律的愿望。最初，人们只是崇拜或展示“自然”的强壮人群的人体，后来，人们企图通过训练“塑造”出健美的体格，为此，就要开始认识人体自身发展的规律。运动科学的核心是研究人体运动，为了提高运动的效果、效率和安全性，首先是研究分析动作结构及其组成要素，也就是研究人体运动器系的规律，并逐渐形成了运动生物力学、运动解剖学、人体测量与评价、运动技能学等学科。但是，运动器系的活动需要能量供应，一个能展示“更快、更高、更强”的运动器系需要有强壮的消化系统、呼吸系统和血液循环系统等提供能源（营养和氧气），同时还要有一个“强壮”的神经系统对运动器系的各部分，身体各个系统方面进行协调、平衡、控制和调节，才能形成一个整体展示“更快、更高、更强”。也就是说，表面上是运动器系在展示“更快、更高、更强”，实际上是整个人体的表现。其次，运动科学又关注运动器系的活动对人体各部分的作用，即不同的动作结构、练习方法（强度、持续时间、训练-休息的结合、所用阻力的性质、类型等）对身体的不同部位和/或器官系统产生的不同作用，并逐渐形成了运动生理学、运动生物化学、运动

医学等学科。这反映了人们企图“塑造”自己身体的愿望，也体现了通过身体活动达到祛病延年、强身健体的体育目的。由于20世纪的运动科学处于形成和开创时期，所以，主要是各学科分开独立地研究，缺乏通盘的考虑。例如，运动生物力学对动作技术的分析很少考虑对身体的消化、呼吸、血液循环、感觉和神经系统的作用，而运动生理学在研究身体活动对人体的作用时，对起刺激作用的动作结构、练习方法、阻力性质、类型等也是关注不够，这种分兵独进的状况是不利于认识人体运动规律和提高身体素质与表现（成绩）的。人体是一个整体，各器官系统和各部分之间是互相联系的，所以应该把起刺激作用的动作结构、练习方法、强度、阻力性质、类型、持续时间等定量化，再把它与身体各系统的反应联系起来寻找增强体质和提高成绩的规律。另外，人体又是一个活的有机体，内部的系统结构和功能时刻进行着新陈代谢，不断地在生长、演化和破坏、死亡，因此，运动人体科学必须有进化、发展和适应，变化的观点。任何规律都不是一成不变的，都是有一定的适用范围的20]，不仅要知道历史，更要前瞻未来。

运动人体科学是人类认识自身规律的一个途径。如果说在20世纪我们主要是从母学科借鉴知识来解释人体运动，那么，在21世纪就应把认识人体运动的规律作为己任。例如，现在提出了神经系统确定自己身体各组织，器官的具体位置所用的坐标系是与工程师用来确定外部物体空间位置所用的坐标系（笛卡儿直角坐标系、极坐标系等）是不一样的9]，那么，认识神经系统使用的坐标系及其规律就应是运动人体科学的任务。不是说只由运动科学来完成，但是，从运动人体科学角度来讲，一定要有这种认识，把认识人体自身规律作为目标才能使学科向深度和广度发展，才会兴旺发达，才会对人类发展做出应有的贡献。

四、运动之翼，朝阳之业

作为体育科学和工程学之间交叉学科的体育工程虽然在300多年前就已问世。但是，只是到了后工业化时代和奥运会成为人类世界规模最大、影响最大的活动，以及人的寿命越来越长，一生中工作时间越来越短、休闲时间越来越多的最近几十年才得到迅速发展。1996年在英国塞菲尔德Sheffield召开了第一届国际体育工程学术讨论会，以后每两年召开一次。在第二届讨论会上（1998年），成立了国际体育工程协会International Sports Engineering Association。相应地，在奥运会及世界重大比赛上，不断地出现了像帮助澳大利亚队称雄世界风阻力非常小的“超级自行车”；帮助飞人约翰逊创造了百米跑世界纪录重量只有150 g的“水晶鞋”；还有“鲨鱼装”泳衣、“克拉克”冰鞋等等，新运动装备和新器械层出不穷。此外，国际体育工程协会在世纪交替之际作了一次世界范围的调查，结果表明体育工程（包括体育仪器、器材、装备、保护用品、运动鞋、服装等）在2000年的市场规模已达800亿美元，对这样一个运动之翼、朝阳之业，我们不能无动于衷，应该研究它、熟悉它、驾驶它，使它为我国的竞技体育、全民健身事业、全面建设小康社会目标以及为我国的经济可持续发展服务。

（一）“更快、更高、更强”之翼

在运动实践中，教练员、运动员想要做到“更快、更高、更强”，主要是从三个方面着手的：①提高运动员的身体运动能力，俗称体能，即做提高身体运动的“能源”方面的工作；②改进运动员的技术，即如何用高效率的方法去运动，从力学角度讲，是做减小阻力，节约能源的工作，从生物力学角度讲，还有一个最大限度地调用人体体能的问题；③心理训练，即提高人对环境的适应和相互作用的能力，提高人的精神意志对人体各种生理功能的协调和控制能力。

体育工程与运动员的“更快、更高、更强”表现紧密相关。从某种程度上讲，运动员一点也离不开体育工程，即使是最简单的跑步，运动员也要受服装、跑鞋等的影响。体育工程的这种影响如下。

◎高水平、高质量的竞赛器材、用具以及服装、鞋帽等直接影响运动员的成绩和表现。例如，自行车的流线型设计，会大大减小人-车系统的空气阻力，进而提高成绩；旧冰鞋使踝关节僵硬不能动，不仅减小了蹬冰的力，而且容易使运动员受伤。“克拉克”冰鞋使鞋与冰刀之间可以开合运动，既让滑冰成绩提高一大步，又使损伤几率减小许多；体操器械质量（主要是在弹性方面）的每一次提高，都会使体操运动员的表现提高水准，例如，过去的自由体操用地毯，弹性小，运动员要完成二周空翻都很困难。现在改用弹性良好的弹簧式地板，运动员可做三周甚至四周空翻；各种球的物理性质（包括重量、大小、硬度、表面粗糙度、材料质地等）都对球的运动带来直接影响等等，举不胜举。虽然各个国际单项运动联合会对竞赛用器材、装备有特定规则，但是先进的、更高质量的器材、装备、用具始终在不断地取代旧的规则规定的器材和用具。竞赛用的器材还包括各种计量工具（计时、测距、计数、测速等）以及成绩显示，记录和统计用具。

◎满足各种专项运动和各个运动员特殊要求的训练器材，高水平运动员的力量、速度、柔韧和耐力都是非常专门化的。能针对专项运动特殊要求的训练器材和设备对提高训练效果是十分重要的。例如，适用于短跑运动员的拉伸训练（plyometrics），适合于艺术体操运动员的柔韧训练仪等。选用合适的训练器材、装备，会提高训练效果，否则，会产生相反的结果。例如，让短跑运动员骑功率自行车，训练出来的下肢肌肉力量对短跑成绩没有好处，因为研究已经证明，短跑运动员股四头肌的力量-长度曲线特征与自行车运动员的刚好相反（见上述）。

另外，体育器材、用具和装备的改变，反过来会影响运动员的技术结构。例如，运动员过去使用竹竿来完成撑竿跳高的技术与现在使用玻璃纤维竿完成撑竿跳高的技术是不同的。国际田联采用新标枪，国际乒联规定用大球后，运动员的技术动作就要适应新器材、新装备和新用具。

◎采集和获取运动员各种运动学信息（主要是摄影及分析技术、光电测速以及加速度仪等）、动力学信息（各种测力台、测力传感器、压力垫、应变仪等）、人体生物电信息（肌电图仪、心电图和脑电图等）的仪器，以及各种医学成像技术、计算机模拟技术等。这些仪器获取的运动员各种信息使我们对运动员的技术、训练效果和反应等有了及时和准确的了解，使训练和竞赛建立在更科学的基础上。

综上所述，体育工程为运动员“更快、更高、更强”提供强有力的支援，是“运动之翼”。

（二）吸引民众参与运动，提高人民生活质量

现代社会发展趋势是人的寿命越来越长，工作时间越来越少，休闲时间越来越多。在这种情况下，如果引导民众选择一种健康的朝气蓬勃的生活方式，不仅有利于社会朝正确的方向发展，也有利于提高人民的生活质量，并使经济持续发展。

健康的生活方式表现之一是吸引民众参加体育活动，强身健体，祛病延年，陶冶情操，和谐群体。体育工程在吸引民众参与运动方面大有作为，各种各样小型的有效的健身器材会吸引民众参加运动，例如许多健身路径就吸引了许多民众来运动。

（三）一个朝气蓬勃的新兴市场

日本政府在20世纪80年代组织了一次市场调查：“从市场观点看日本体育工业的基本政策”11]，有下列特点。

◎日本的日用消费必需品的普及几乎达到了饱和状态。

◎日本人的平均寿命将达80 岁，今后人的空闲时间几乎要占人生的1/3 时间，应该在设计民众的生活方式和社会系统时考虑到空闲时间的利用。

◎休闲生活动机（要充分消遣空闲时间）通过与某些具体的生活方式相结合，将成为未来消费经济增长的支持力量（图1-7）。

◎如果参与业余体育活动的人数增加了，消费就会扩大（表1-2）。随着参加业余体育活动的群体增加，对钱、货物和服务的需要也就扩大了。但并不是所有的日本人都在空闲时间参加体育活动，因此，还有个吸引他们参与体育活动的问题。

调查报告提出要把体育工业发展成为与空闲时间有关的基础工业，并且认为这不是单纯获得利润的工业，也是致力于改善日本人的生活质量的工业，而且这个市场的前景非常广阔。据日本国际工贸部（MITI）休闲发展中心的测算， 1988年日本整个休闲市场的份额是58兆日元（约5.8亿美元），而体育市场只有4.2兆日元（约4200万美元）。发展的潜力非常大的（表1-3）。英国在1997年也做过调查，表1-4列出了1995年商业体育部分的收入情况，表1-5列出了体育经济为社会提供的就业岗位的情况。根据国际体育工程协会调查估算，2000年世界体育器材市场的价值有800 亿美元，各发达国家都在努力抢先占领这一市场。因此，体育工程被人们称之朝阳产业。

（四）体育工程的构架

体育工程是介于机械工程学和体育科学之间的一门学科，它是把机械（含服装、鞋）设计制造、自动化控制和反馈、计算机模拟和仿真技术和材料科学等高新技术，与以运动生物力学、运动生理学、运动解剖学、运动技能学习和控制、人体测量与评价、运动训练学为主的人体运动科学相结合，共同研究、设计、制造适合人体结构和运动特点的体育器材、仪器、装备、用具、服装、鞋和防护用品等，进一步帮助人体发掘本身的潜能，使之强身健体和更快、更高、更强，享受生活乐趣，提高生活质量。因此，体育工程应促使搞机械（含服装、鞋）工程方面的专家，运动人体科学方面的专家、教练员和运动员，从事体育用品制造、营销方面的企业家，以及从事运动项目管理的人员结合起来。

有人说，机械工程应用于体育方面，不是与应用于广播电视、农业、林业等等其他行业一样吗？不一定搞那么复杂，自己搞也行。但是，实践证明，体育工程是与人体紧密结合的，而且是与人体的千变万化的运动相结合的，光靠工程学往往是事倍功半，也可能以失败告终。

体育工程有一条重要的原则是“量体裁衣”，而不能“削足适履”，不同人种、国籍、族群都会有显著的形态结构，运动功能等方面的差异，而运动员的个体差异更加突出，这就要求体育工程产品必须适应使用者的情况。我们应该清醒地认识到，他国发明的“超级自行车”、神奇网球拍、“水晶鞋”等等基本上是按该国运动员的特征研制的，对他们来说是量体裁衣的，对我们则是削足适履。这也是为什么我们特别要呼吁建设我国体育工程研究基地的主要原因。如果始终依赖进口器材装备，一是被人占领市场，二是尚未开始比赛，我们就处于不利地位了。

（五）努力发展我国的体育工程事业

1.当前要走产、学、研相结合的道路

体育工程包括从运动生物力学到工程学的广泛学科，无论是用于竞技体育比赛、训练、测试和防护装置的体育工程，还是用于全民健身用的设施，它既不是传统的体育科学，不是主流的工程学，也不是一般的人机工效学（Ergonomics）。在没有培养出专门的体育工程专业人员，尤其是建立体育工程硕士和博士培养方案之前，最好是让运动生物力学等学科的运动技术科学人员、包括智能机械在内的工程物理人员以及体育用品厂商企业家结合在一起共同完成某项体育工程任务，在完成任务中创造成果、积累经验、培养人才。

与此同时，在大学和研究机构中开设相关课程，逐步建立体育工程研究生培养方案，为体育工程的发展提供坚实的基础和人才库。

2. 在开拓应用领域的同时加强基础工作

当前，我国开展的体育工程工作绝大多数是开拓应用的领域，例如，我们和中科院合肥智能机械研究所、多威体育用品有限公司合作研究的跑、跳训练测试鞋，以及其他单位所做的柔韧训练仪、划船训练仪、摆动臂负重训练器等等，都是就某个项目、某种需要所做的具体工作。这些工作在开拓体育工程的应用领域方面发挥了作用，也取得了可喜的成果。在开始阶段，由于认识的局限性、资金、技术和人力资源等方面的限制，尤其是在我国的体育用品厂商企业目前的实力尚不雄厚的情况下，首先开拓应用领域这是必然的。但是，应该清醒地认识到，缺乏基础的应用是盲目的、没有后劲的和无法攀登顶峰的。著名的贝诺.M. 尼格（Benno M.Nigg）教授和卡瓦纳（Cavanagh，R.G.）教授所做的人足-鞋-作用表面相互关系和作用的基础工作，为耐克、阿迪达斯等著名品牌运动鞋的发展奠定了坚实的基础。日本政府公共关系部和国际工贸部MITI在1988年做的调查：“从体育市场观点看日本体育工业的基本政策”为日本的体育工程发展计划提供了依据。英国在1997年也对英国的体育工程情况做过调查。这些调查虽然不会产生眼前利益，但对整个体育工程来说是至关重要的。

体育工程基础工作的面是很广泛的，甚至包括基本的测试手段，例如，测试棒球棒、网球拍等的打击中心的仪器。但是，根据体育工程的一条最重要的原则：要“量体裁衣”，不能“削足适履”，体育工程最重要的基础工作是探索我国人体的形态、结构和运动的特点和规律，建立中国人体特征的数据库。其他学科如人体解剖学、人机工效学、体育测量与评价等等可能已经积累了许多的数据，但是，体育工程的基础数据有其自己特点的，例如，人体组织尤其是肌肉组织的自然频率、人体运动链（不是单个关节）的运动幅度、既能满足竞技动作要求的加速度又不超过肌肉骨骼系统损伤阈值的摩擦系数范围、不同体型人体的环节参数测定等等，其他学科是不会做的，需由体育工程自己来做。这些基础性的工作越早开始做、做得越深入和越扎实，对体育工程的发展和作用就越大。

基础性工作特点是周期长、见效慢、难度大、投入大、风险高。因此，需以国家支持为主，同时要依托高等学校和科研院所的实验室来做，有些工作尚需得到方方面面的配合和支持。

3. 不走独木桥

虽然目前对体育工程还没有一个得到公认的确切定义，但是，从前几届国际体育工程学术讨论会的论文及其他文献的内容来看，体育工程的领域是十分广泛的。各个体育项目和活动所用的比赛、训练和表演用的器材、装备、服装、鞋帽等用品以及安全保护装置等，供研究和测试用的仪器、工具和通信设备等，除了体育场馆、游泳池等体育建筑外，几乎涵盖了所有的体育用品。这给我们的启示是：在发展我国体育工程事业时，应鼓励大家根据各自的条件、基础和优势，在体育工程的各个领域中去发展，做出自己的特色来，不要集中在一两个方面“走独木桥”。例如都去做鞋、做服装等，而忽略了其他的健身器材、训练设备、高精仪器等研制。

4. 加强国际合作

应该承认我国在体育工程方面与国际水平相比总体上是落后的，因此，应向体育工程搞得好的国家如英国、芬兰、日本和美国等学习，同时，加强与国际体育工程协会的合作与交流，鼓励我国学者参加两年一届的国际体育工程学术讨论会。合作的方式方法可以多种多样，2006年11月22日国家体育总局科研所与英国联合在北京召开的研讨会就是一种形式。有条件的大学或科研所可以邀请一些有造诣的体育工程专家来华做专题讲学，时间长一点，问题讲的深一点，也可以与有兴趣的国家合作搞个研究项目或调查，或共同做个工程项目等等。他山之石，可以攻玉，加强国际合作一定会有力地促进我国体育工程的发展。

（六）几点建议

为了推动我国的体育工程事业，提出以下几点建议。

◎ 在中国体育科学学会下设立一个体育工程分会，联系、团结各方面专家学者，开展交流成果，传播信息，加强合作，定期举办学术讨论会。对外联络国际体育工程协会，引进新思想、新技术和新方法，进行人员交流，以促进我国体育工程加速发展。

◎ 在高等院校和研究所建立若干个体育工程研究基地，以期研制、开发、生产和营销具有中国特色的、有自主知识产权的体育器材、装备和用品，既为竞技体育做贡献，也为我国争夺日益扩大的体育工程的国内外市场打下基础。同时，也为我国在全面建设小康社会的宏伟目标中，为我国人民培养健康的生活方式、群众体育休闲娱乐、强身健体，建设和谐社会做贡献。

这些研究基地还可以在培养人才、学科建设、对外交流、传播信息等方面发挥作用。

◎ 加强调查研究，尽早建立比较科学的、健全的我国人体形态结构、运动特征等方面的数据库，供体育工程研发使用。例如，我国有许多生产田径鞋、篮球鞋、足球鞋等企业，但是没有田径运动员、篮球运动员和足球运动员的足型数据库。

◎ 进一步探讨分析体育用品市场，寻找发挥自己特长，千万不要千军万马过独木桥，表面看起来，竞争激烈，实际上是在整体上受损。例如，各专项运动的竞赛器材，要求科技含量高，虽然市场份额不太大，但是，一旦被竞赛规程批准接纳，由运动会组委会选用，那么，就有可能独霸市场，而且，对我国运动员公平参赛也会有好处。在大众市场方面，项目很多，核心是要建立品牌，以质量、价格占领市场。

上述之见，不一定正确，只希望能起到抛砖引玉的作用。