人体是由各器官系统组成的有机体，体育锻炼增强体质包括很多科学规律，例如体育锻炼的科学定量化就和锻炼效果密切相关，不同性别、体质、年龄的人，其锻炼内容、方法、生理心理负荷强度等均有不同的科学要求。

（一）体育锻炼的能量供应理论

能量代谢则是指物质代谢过程中所伴随着的能量释放、储存、转移与利用的过程。食物中的糖类、蛋白质、脂肪既是建造机体结构、实现自我更新的原料，又是机体内能量的来源。运动时能量供应有其一定的生理规律，认识这些规律对正确选择体育锻炼内容、方法及提高成绩有一定帮助。

人体运动时的直接能源是来自体内一种特殊的高能磷酸化合物——三磷腺苷（ATP）。肌肉活动时，肌肉中的ATP在酶的催化下，迅速分解为二磷酸腺苷（ADP）和磷酸，同时放出能量供肌肉收缩。但是人体肌肉内ATP含量甚微，只能供极短时间消耗，因此肌肉要持续运动，就需及时补充ATP。

人体运动时，当ATP分解放能后需要及时补充，补充的途径有3条：即磷酸肌酸（CP）分解、糖的无氧酵解及糖与脂肪的有氧氧化，生理学上称之为运动时的3个供能系统。人体从事的各种不同的运动，其能量供应都分别属于这3个供能系统，而发展这3个供能系统的方法又各不相同。

1.磷酸原系统（ATP-CP系统）

磷酸肌酸（CP）是贮存在肌细胞内的另一种高能磷化物。当ATP分解放能后，CP立刻分解放能以补充ATP的再合成，由于这一过程十分迅速，不需要氧气也不会产生乳酸，因此，生理学上将它与ATP一道合称为非乳酸系统，又称磷酸原系统。

生理学研究证明，全身肌肉中ATP-CP系统供能能力仪能持续8秒左右。这一系统供能能力的强弱，主要和绝对速度有关，如果要提高50米、100米等短距离跑的绝对速度，就要发展磷酸原系统的供能能力。发展这一系统的供能能力的训练方法最好是采用持续10秒以内的全速跑，重复进行练习，中间间歇休息30秒以上。如果间歇时间短于30秒，则由于磷酸原系统恢复不足，会产生乳酸积累。

2.乳酸能供能系统

当人体肌肉快速运动时间持续较长后（8～10秒），磷酸原系统供能能力已不能及时供ATP补充，于是动用肌糖原进行无氧酵解供能。这一系统供能时不需要氧，但产生乳酸积累，故称为乳酸能系统。机体产生的乳酸在氧供应充足时，一部分继续氧化释放能量，另一部分合成肝糖原。乳酸是一种强酸，在体内积聚过多，会产生酸中毒，使机体工作能力下降，故乳酸能系统有供能能力，但持续时间也不长（约33秒）。

乳酸能系统供能能力的优劣主要与速度耐力有关。中距离跑主要需要速度耐力，100米、200米跑的后程及不少球类运动也都需要速度耐力。要提高速度耐力，就要发展乳酸能系统的供能能力。最适宜的手段是全速（或接近全速）跑30～60秒，间歇休息2～3分钟。这种手段能使血乳酸达到最高水平，能锻炼和提高对高血乳酸的耐受能力，提高乳酸能系统的供能能力。

3.有氧供能系统

在氧供应充足的条件下，机体利用糖和脂肪氧化分解成二氧化碳和水，释放大量能量来合成ATP，这种有氧氧化供能过程称为有氧供能系统。其中糖有氧氧化产生的能量为糖酵解的13倍，故其维持的工作时间较长。

虽然磷酸原系统和乳酸能系统在运动中提供了大量能量，但归根结底，ATP、CP的合成、糖酵解产物乳酸的消除，都是通过有氧氧化来实现的。所以，肌肉活动能量最终来源还是糖和脂肪的有氧氧化，而糖和脂肪又来自食物。

人体的有氧供能能力和心肺功能有关，是耐力素质的基础，要提高这一供能能力，主要采用较长时间的中等或较低强度的匀速跑或较长段落的中速间歇训练等方法。

人从事任何一种运动时，能量供应很少仅属于一种供能系统，大多数情况下是上述3个供能系统均参与供能，只不过不同的运动3个供能系统所占的比例各不相同。如100米跑，主要是磷酸原系统及乳酸能系统供能为主；长跑则主要由有氧供能系统供能；400米跑等练习以乳酸能系统供能为主；1500米跑则对3个供能系统均有较高要求。因此，在体育锻炼中应根据自己的特点，主要发展哪一个系统的供能能力，恰当选择手段与方法。

（二）体育锻炼超量恢复的理论

新陈代谢是有机体生命活动的基本特征之一，是同化作用和异化作用的对立、统一进行的。体育锻炼是对机体新陈代谢过程的一种刺激，它能引起组织系统发生兴奋，加剧物质代谢和能量转换，造成代谢的不平衡。人在进行体育锻炼时，体内新陈代谢过程比平时大为加强，能量消耗增加，以不断满足运动时的能源的需要。运动后身体的能量物质不仅可以恢复到原有水平，而且还会超过原有水平，这种现象叫“超量恢复”。能量物质的恢复过程大致可分为三个阶段：第一阶段是运动当中，恢复过程就已经开始，这时机体一边进行锻炼消耗能量，一边补充和恢复能量物质，由于消耗大于补充，因此能量物质的贮量逐渐下降；第二阶段是运动结束后，此时能量物质消耗已逐渐减少，而恢复过程却不断增强，锻炼中消耗掉的能量物质不断得到补充，直至恢复到锻炼前的原水平；第三阶段是超量恢复阶段，能量物质恢复到原水平后并未停止，而是继续恢复补充，在这一段时间中，能量物质的恢复可超过原有贮备的水平，比锻炼前能量物质的贮量还要多。但是，过一段时间后，能量物质的贮备又回到原来水平。如果经常坚持体育锻炼，不断增强能量物质的恢复过程，超量恢复便能达到更高程度，体质也就不断得到增强（见图2-1）。

图2-1　超量恢复示意图

“超量恢复”出现的早晚与运动量的大小、疲劳程度以及营养供给有关，在身体锻炼中，运用人体超量恢复的规律来指导身体锻炼，要根据各自的身体条件、年龄和锻炼基础合理地安排运动量和锻炼持续时间，既能引起机体超量恢复，又不要超过机体适应的界限。

（三）体育锻炼的最大摄氧量理论

人体好像一部大机器，各个器官不停地工作着，各个器官的活动都需要消耗能量，可以说人体进行一切生命活动和保持恒定的体温都需要能量。这些能量从哪里来？人体既不能直接利用太阳的光能，也不能利用外界供给的电能、机械能，人体所需的能量只能通过体内糖、脂肪和蛋白质分解获得所需要的能量。而这些营养物质分解需要氧化才能分解释放出能量。人体不断消耗吸进的氧气来氧化营养物质（糖、脂肪、蛋白质）所释放出的能量供给各器官活动的需要。所以人体有氧能力的提高，是在某种程度上摄氧量的提高。摄氧量也叫吸氧量或耗氧量，是指人体吸进体内并被组织细胞实际消耗利用的氧量。安静时，人体每分钟的摄氧量为0.25～0.30升，与安静时每分钟的需氧量相比，运动时摄氧量随着运动强度的加大而增加。从事剧烈运动时，因受到循环、呼吸系统等机能的限制，每分钟摄氧量增加到一定限度就不能再增加，即达到摄氧量最高水平，故称为最大摄氧量，即运动的每分钟能够摄入并被身体利用的氧的最大数量。一般成年人最大摄氧量每分钟2～3升，而有训练的运动员可达4～5升，优秀的耐力运动员可达6～7升。因此，要提高最大摄氧量，参加体育锻炼者应注意6点。

（1）最大摄氧量通过锻炼只能提高5%～25%，其他95%～75%主要是受遗传因素的影响，但个别人通过锻炼则又可提高25%以上。力量锻炼不能提高最大摄氧量，研究实验表明，采用中等负荷的循环力量练习，每组重复10～15次，组间休息15～30秒最大摄氧量变化很小或没有变化。

（2）最大摄氧量的提高与锻炼次数有关。实验证明每周要保持3次的锻炼，如果每周少于2次锻炼，最大摄氧量的变化不显著。短期的锻炼不能提高人体的有氧适应能力，需要10～20周才能有效。对成年人来说，每周锻炼不应少于2次，每次不应少于10分钟，否则，不能起到保持和提高健康水平的作用。

（3）要想改进身体的组成，使去脂体重（净体重）的比例增大，每周的锻炼也不能少于3次，每次至少持续20分钟，消耗的热量每次应接近300千卡。如果每周锻炼4次，则每次消耗热量应接近200千卡。

（4）提高最大摄氧量的最低阈值，应为“最大心率储备”的60%左右（50%的最大摄氧量）。最大心率储备是指最大心率与安静时心率差，再加上安静时的1/2的心率。对青年人来说相当于心率达到130～150次/分的水平，老年人此值可低至110～120次/分。(www.daowen.com)

（5）最初练习跑，每周3次以上，每次超过30分钟，有可能引起足膝的损伤，为此可选用不同的项目交替进行练习。持续锻炼是保持良好锻炼效果的重要因素。如果停止锻炼2周，工作能力就会显著下降，停止锻炼4～12周，已提高的心脏、呼吸健康水平可下降50%。停止锻炼10周～8个月后，健康状况就会回到锻炼前的水平。

（6）最近研究表明，年龄不是耐力锻炼的障碍，中老年人最大摄氧量的变化与青年人相似，只是年龄大的人需要更长的时间，才能适应锻炼。

（四）运动负荷有效价值阈的理论

1.运动负荷

所谓运动负荷，就是人体在运动活动中所承受的生理刺激。按其对人体产生刺激的性质，运动负荷相应地被分为负荷强度和负荷量两个方面。这种划分的意义在于：一方面便于我们了解、认识并研究运动负荷，而更重要的是便于安排和调节运动负荷。在实际运用中，负荷量和负荷强度彼此互为存在的条件，即没有一定强度的量和没有一定量的强度，都是没有意义的。

另一方面，负荷量与负荷强度之间又存在着明显的反比关系，即提高负荷的强度，则要相应减少负荷的量；增加负荷的量，则要相应降低负荷的强度。大负荷强度和大负荷量的练习（如用很快的速度跑相当长的一段距离）有机体承受不了，而小负荷强度和小负荷量的练习（如用慢速跑一段很短的距离）又难以获得练习效果。在运动实践中，安排和调节运动负荷，一般是通过调节影响负荷量和负荷强度的各个因素来实现的。

2.运动负荷的有效价值阈

无论是便于用百分比确定负荷强度的练习（如走、跑、游、举重等），还是很难用百分比确定负荷强度的练习（如球类、体操、武术、游戏等），都可以根据运动负荷价值阈理论，来把握体育锻炼的效果。运动负荷价值阈，是按一定的心率区间来确定运动负荷的一种计量标准。尽管因为有个体差异性的存在而不可能确定一个运动负荷价值阈的绝对标准，但由于具有正常健康水平的人之间差异并不明显，因此，以“一定的心率区间来确定运动负荷”的运动负荷价值阈理论，仍具有普遍的指导意义。体育锻炼的目的在于有效地增强体质，应以有氧代谢为主。据国内外有关研究成果表明：科学体育锻炼有效价值范围所处的心率为120～140次/分之间。当心率在110次/分以下时，机体的血压、血液成分、尿蛋白和心电图等，都没有明显的变化，锻炼身体的价值不大；心率在130次/分的运动负荷时，每搏输出量接近或达到一般人的最佳状态，锻炼身体的效果明显；心率在150次/分的运动负荷时，每搏输出量开始出现了缓慢的下降；心率增加到160～170次/分之间，虽无不良的异常反应，但未能呈现出更好的健康迹象。因此，从事体育锻炼的健康人的负荷的有效价值范围应保持在120～140次/分的心率之间。心率在此范围内波动的时间，应占一次锻炼总时间的2/3为宜。

生理学实验还证明：心率在110～140次/分时，每搏输出量大；心率在140～180次/分时，每分钟输出量最大。因此，在体育锻炼过程中，适当安排强度较大，持续时间较短的无氧代谢练习，有助于提高负氧债能力。还要根据自己的年龄、体质状况确定有氧代谢的运动负荷。目前，国内外常采用以下三种方法，确定运动负荷的计量标准。

（1）卡沃南式的公式：

即接近极限负荷的每搏次数（假如是每分钟200次），减去安静时的每搏次数（假如是每分钟60次）乘以70%，再加安静时每搏次数60次。

（200-60）×70%+60=158（次/分）

（2）以运动负荷有效价值范围中心率150次/分～130次/分的运动负荷为指标。

（3）以180次/分为基数减去体育锻炼者的年龄数，作为体育锻炼时每分钟的平均心率数值。

以上运动符合标准是体育科学锻炼的经验总结。在选择体育锻炼运动负荷时，还必须加强自我监督，感觉运动后是否舒适，以不影响正常学习和生活为准。

（五）运动技能形成的理论

1.运动技能及运动技能的生理本质

运动技能是人体在运动中学习掌握和有效完成专门运动动作的能力。随着运动技能的形成，会促进身体素质的发展，身体素质提高了，对进一步促进和改善运动技能打下了良好的基础，所以运动技能和身体素质之间是相互影响相互促进的。从生理本质来看，运动技能是复杂的、连锁的、本体感受性的运动条件反射。

由于运动技能是复杂的运动条件反射，所以参与运动技能形成的中枢不是一个而是多个，其中既有运动中枢，又有支配内脏活动的中枢，还有与视、听、皮肤感觉等有关的中枢参与。由于运动技能是连锁的运动条件反射，所以运动技能基本上都是成套动作，反射活动不是单一的，而是成串的，前一个动作的结束，成为后一个动作开始的刺激信号，这样动作之间的关系就像锁链一样。由于运动技能又是本体感受性的运动条件反射，所以在形成运动技能的过程中，本体感受器不断发放传入神经冲动至运动中枢，再由运动中枢发放神经冲动传至肌肉，使肌肉的收缩和放松更加准确、更加协调，本体感受器在运动技能的形成过程中起着相当重要的作用。

在运动技能形成之后，各种感觉刺激会引起大脑皮质有关中枢有规律、有顺序、有严格时间间隔地交替产生兴奋和抑制，并按一定形式和格局形成一个系统，大脑皮质的这种机能系统称为运动动力定型。运动动力定型建立之后，可使肌肉收缩和放松更加有规律、有顺序、有严格时间间隔地进行。所以运动技能的形成，实际上也是建立运动动力定型的过程。

2.运动技能形成的过程

运动技能的形成实质上是在大脑皮质建立运动条件反射的过程或者说是在大脑皮质建立暂时性神经联系的过程，运动技能形成的过程，可人为地划分为4个相互联系的过程。

（1）泛化过程。在形成运动技能的初期，由于体内外的刺激会通过感受器传人大脑皮质的相应中枢并使相应中枢兴奋，加上此时大脑皮质内抑制过程尚未建立，所以大脑皮质的兴奋和抑制过程都呈扩散状态，因此，将形成运动技能的初期阶段称为泛化阶段。由于大脑皮质的兴奋和抑制处于广泛扩散状态，所以出现的运动动作不协调、不准确，并出现多余和错误动作，而且动作完成很费力。泛化过程一般出现在学习新动作的开始阶段，所以在此阶段的教学和训练，应特别注意动作的主要环节，不要过于抓动作细节。应用正确的示范和简练的讲解，使学生建立起正确的动作概念。

（2）分化过程。随运动技能的逐步改进，运动技能的形成过程就由泛化过程进入分化过程。在分化过程大脑皮质的兴奋和抑制过程，不论在时间和空间上均日趋集中和完善，由于在分化过程内抑制过程不断完善，所以多余动作和动作不协调现象消失，错误动作得到了纠正，能顺利连贯地完成成套技术动作。在分化过程虽运动动力定型初步建立了，但运动技能还不巩固，所以在较强的新异刺激出现时，常使建立起的内抑制过程遭到破坏，又会出现多余动作和动作的不协调现象。在分化过程要特别注意对动作细节的严格要求，并让学生多体会和思考动作的细节，使分化抑制得到进一步发展。

（3）巩固过程。分化过程以后就进入巩固过程。巩固过程的特点是大脑皮质的兴奋和抑制过程，不论在空间和时间上都更加集中，动作也更加精确、省力、协调，动作细节完成的更加正确，甚至某些动作环节在无意识情况下也能完成。在环境条件发生变化时，动作不易被破坏，说明运动动力定型更加巩固，巩固过程中内脏器官的机能活动与肌肉活动配合得也很协调和完善。在巩固过程运动动力定型虽然已比较巩固，如果长期不进行练习，那么已形成的运动技能还会消退，而且越是难度大的复杂性高的动作技能，越容易消退。所以运动技能达巩固阶段后，也应经常从事练习，进一步提高技术水平，使运动动作达到自动化程度。

（4）自动化过程。在无意识情况下能自如地完成某些动作称为动作自动化。篮球运动员在比赛中不需考虑如何传球和运球，只要考虑如何配合战胜对方就行了；走路、骑自行车不必考虑持把和踏动自行车前进，这些都是动作自动化现象。达到动作自动化阶段后，可无意识情况下完成某些动作，然而动作的完成仍然要在大脑皮质参与下才能实现。