跑步训练中运动强度的控制研究

摘  要：体育教学中，跑步训练是一项重要的教学内容，在体育跑步训练运动强度的控制方法中，通常采用闭环系统，控制系统设计复杂，这样的训练方法成本高，并且需要实时监测心率，增加了控制的复杂性。为解决控制系统复杂及成本高的问题，提出一种基于跑步机的运动处方强度的开环控制方法，并通过实践控制方案的准确性，首先获取学生基本生理信息，测试其运动运动心肺耐力，确定靶心率区间;然后根据强度与心率的线性关系，获取运动强度控制方案;其后根据运动强度与速度、坡度的关系，获取合理的速度和坡度，基于跑步的运动方法强度进行开环控制，实际心率与靶心率一致，为跑步运动方法强度提供了一种简单、科学有效、低成本的控制方法，可进一步推广应用于体育教学。

关键词：运动强度;心肺;耐力;开环控制

前  言：

跑步训练看似简单，但是在实际训练中，需要注意的的地方有很多，这项训练也是体育教学中的重要内容，但是不合理的跑步强度不仅不会起到强身健体功能的作用，还会给身体带来损害。心率是反应心脏功能的重要指标之一，是众所周知的一个生理参数，且因其具有实用性、及时性、易测性、无创伤等特点广泛应用于运动训练实践。对于在机械跑步的运动而言，不同的运动目标有不同的靶心率区间，学生按照靶心率运动能够确保健身的有效性及安全性。此外跑步机的运动强度主要由速度和坡度决定，而心率是反应运动强度的一个重要参数，相关研究已经证明运动强度与运动心率存在明显的线性关系。因此为了保证跑步健身的安全有效，本文根据运动目标对应的靶心率确定运动强度，并通过实验验证了实际心率和靶心率的一致性。目前，多数跑步运动采用闭环训练体系，根据心率反馈，调整跑步机的速度和坡度。进而达到控制运动强度的目的，针对上述存在的问题，本文提出了一种跑步训练运动强度的开环控制方法：预设靶心率，根据靶心率设计运动强度，制定跑步机的速度和坡度控制方案。该控制方案不需反馈控制，以降低系统的控制复杂性和成本;此外该控制方法也无需实施心率监测，进一步降低了系统控制的复杂性。本文最后通过分析和探究，得知该运动强度控制方法的合理性和实用性。

1.运动强度控制方法跑步机运动强度软件控制原理

首先，根据学生身体素质和能力的实际情况，预测其最大心率。最大心率预测可采用公式：

其次，学生进行运动心肺耐力，即运动能力（functionalcapacity，F.C）测试。F.C测试采用跑步机二级/三级负荷实验进行，其测试原理基于运动心率和运动强度呈线性关系的理论，通过实时监测学生在给定强度下的运动心率，计算其运动心率达到最大心率时所需的最大运动强度。

最后，根据学生基本信息、健康情况及运动心肺耐力测试数值，获取运动目标，根据运动目标对应的最大心率百分比得到靶心率范围。再根据心率和运动强度的线性关系，计算出给定运动目标对应的运动强度范围。

根据运动强度与速度、坡度之间的关系，将运动强度EC的量值转换成速度和坡度量值，并通过程序控制跑步机动力电机的转速和升降电机的推力，以自动调整跑步机的速度和坡度。其中EC与速度和坡度的换算关系如下。运动强度与速度和坡度之间的公式如下。

2.跑步训练中运动强度的控制

首先，通过对学生身体能力和素质信息的了解，进行运动风险评估。决定学生是否进行运动心肺耐力测试。根据对学生身体情况的了解、运动心肺耐力等，确定其运动目标，即将抑郁、焦虑、失眠、正常的学生运动目标设为保持健康模式，将肥胖、血脂异常的学生运动目标设为减脂模式。保持健康模式运动强度由下限值逐步上升到上限，然后逐步下降到下限，周期往复，该模式运动适用人群没有特别禁忌，应用于普通有氧健身、心肺耐力提升锻炼;然后平缓下降到下限，周期往复。

促进有效学习的课堂变革中，需要教师将教学目标进行精准定位，而以往的教学模式显然已经不能满足现代教学需求，教师不仅要转变教学理念，更要运用积极有效的措施优化教学形式，使学生对体育课的跑步训练形成较为全面的知识认知结构，因此推动体育教学更好发展的关键点就在于教师的态度，只有教师能够立足于学生未来，用发展的眼光看待体育教学，端正自身教学态度，学生才会更加服从教师的课程安排;反之，如果体育教师的教学态度并不端正，就会直接影响学生对待体育学习的态度，不仅注意力不会放在跑步基础知识的学习上，在跑步过程中就会呈现出懒散、放松的态度，这不仅不能达到体育锻炼强身健体的目的，对学生学习态度的不良影响则是更为严重的。

其次。在靶心率区间对应的运动强度范围内，保持健康、减脂运动强度。具体测试步骤是学生首先进行跑步机的适应性跑步练习，至少隔一天进行实验测试。实验前，确定学生心情平静，状态良好。然后进行伸展运动，以防止运动时肌肉损伤，随后进行运动心肺耐力测试，完成运动心肺耐力测试后，休息至少10min后，开始实验，包括3个阶段：热身3rain，运动10rain，放松3min。根据运动强度控制方案，自动调整跑步机速度和坡度，强度训练每1分钟变化1次。学生在训练的过程中佩戴心率测量设备，跑步机速度小于等于6km/h时，学生步行，跑步机速度大于6km/h时，学生跑步，在学生运动过程中，及时准确的记录学生实时心率、靶心率及运动强度。

因此，在體育跑步训练教学中，教师要引导学生本身认识到体育锻炼的重要性，只有这样学生才会从思想上认定体育锻炼会为身体健康及意识培养带来益处，从而感受到跑步训练的真正魅力，因此这就需要教师根据学生的个性特点，因材施教，使每个学生都能被重视起来，在开发学生潜能的基础上，使每个学生都能对跑步训练产生浓厚的兴趣，喜爱并热情上这项运动。

总  结：

本文提出了一种基于靶心率的运动处方强度开环控制方法，无需监测心率和反馈控制，降低了成本和控制的复杂性，可知，实际心率和靶心率基本一致，说明了通过靶心率预设运动强度的合理性，保证了训练的有效性和安全性，也说明了开环控制也可以满足学生运动心率按照靶心率变化的目的，体育课堂中跑步训练的策略是多样化的，教师应根据自己班级学生的特点因材施教，多采取趣味性、竞技性的方式来激励学生、鼓舞学生。在体育跑步教学中，教师要根据学生的爱好和兴趣来选择合适的游戏，更好地让学生在体育跑步训练运动中增强体育锻炼的能力，跑步不单单是对学生的身体锻炼，也是对学生心理的激励和精神的陶冶，只有掌握了这些正确的跑步策略，才能促进学生身心全面发展，从而实现体育教师独特的价值。

参考文献

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作者简介：曹群海，男，1979.9，汉，湖南郴州，本科，中学高级教师，研究方向为初中体育课堂教学。