1987—2019年国外冬季两项体育科学研究现状与启示
——基于知识图谱的可视化分析

王润极，张茜岚，阎守扶，吴 昊

冬季两项运动起源于斯堪的纳维亚半岛，项目发展有着4 000多年的历史。项目由越野滑雪和射击两个竞赛单项组成。其项目本身的复杂性、竞争的激烈性和独特的比赛形式日益吸引着更多学者的关注。20世纪90年代，美国、俄罗斯、英国等国家学者就对冬季两项运动员关键竞技特征展开了探讨[1，2];进入21 世纪，随着世界范围内竞技体育科学化水平的快速提升，各国学者将运动现场和实验室的关联研究作为探究比赛与训练之间关系的方法[3];2010年以后，可穿戴设备广泛应用于运动训练领域[4，5]。很多以前不易获得的量化数据都可以在先进科技支撑下获取到[6]，极大地促进了冬季两项竞技体育科学化训练水平的提高。科学化研究量与质的提升为项目竞技水平的提高打好了基础，也为项目未来的研究与发展指明了方向。与国外相比，我国冬季两项竞技运动的发展历史悠久，但相关研究较为分散，且缺乏清晰的目标方向和问题导向。这既不利于科学研究的进一步开展，更不利于冬季两项项目整体水平的提升。基于此，笔者对国外冬季两项体育科学研究进行了梳理与总结，探究其研究热点和发展动向，为我国学者把握冬季两项研究趋势、开拓研究国际视野、更新研究视角，以及找准研究切入点提供借鉴。

1 数据来源与研究方法

本研究数据来源于美国科学情报所(ISI)研发的WOS核心合集数据库(Web of science Core Collection)。笔者以“biathlon”为检索词，并以“主题”为检索范围，选择文献语种为“English”，文献类型为“Article or Review”，时间设定为1987～2019年，共检索到132篇期刊文献。去除无作者、重复、征文启事等无效文献，最终获得有效文献111篇。

科学知识图谱是一种将信息可视化技术、图形学、计算机科学等与科学计量学结合起来的交叉科学研究方法。它能够通过可视化图像将科学研究包含的大量数据信息展现出来，形成凭借经验很难获得的直观的学科领域总体图景、发展态势与结构特征等[7，8]。基于以上优点，科学知识图谱受到了国内外学者的欢迎，尤其在情报研究领域得到广泛运用。本研究借助Cite Space V(版本号:5．2．R2．SE．5．26．2018)软件，分析发文数量、国家分布和主要研究机构，并归纳出国外冬季两项领域的研究现状;绘制国外冬季两项体育科学研究领域的高频关键词共现知识图谱。结合文献资料法，以揭示其研究热点及发展脉络，为清晰地认识和把握发展趋势提供支撑(见图1)。

图1 本研究数据搜索、归纳、统计技术路线

2 结果与分析

2．1 国外冬季两项体育科学研究的时空分布特征

2．1．1 时间分布特征发文量在时间尺度上的变化能在一定程度上反映该领域的发展速度与趋势。通过统计1987－2019年国外冬季两项体育科学的文献发文量(见图2)，发现该领域的文献发文量呈现出波浪式递增发展趋势。这种趋势大致分为3个阶段:第1阶段为爆发式增长阶段(1987－1994年)，8年内文献共计23篇，占文献总量的29．5%，尤其是1992年的研究文献达到了6篇;第2阶段为波浪起伏阶段(1995—2010年)，16年文献共计43篇，占文献总量的35．9%;第3阶段为持续高峰阶段(2011年—2019年)，9年内文献共计45篇，占文献总量的34．6%。由此可见，近10年国外冬季两项项目研究保持稳定，发文量与此前15年基本持平。这也从侧面反映了伴随着冬季竞技体育的快速发展和冰雪项目世界大赛的增多，各国对冰雪运动项目开始高度重视。图2的结果显示:每逢冬奥会举办年份，与冬季两项项目相关的研究明显增多。随着2006年都灵冬奥会上冬季两项项目增加女子选手参赛，以及男子12．5、15公里集体出发比赛，围绕着女运动员和长距离比赛的相关研究逐渐增多[9，10]。现代冬季两项作为重要的冬季运动之一，与其相关的研究呈现持续和稳定的发展态势。

图2 国外冬季两项体育科学研究年发文量分布

2．1．2 国家分布特征利用Cite Space V对研究冬季两项的国家与地区进行可视化分析，能有效判断该领域研究实力的分布情况。图谱中，每个圆点代表一个节点(即代表一个研究冬季两项的国家)，其节点大小与该国家的发文量成正比;节点最外层的圆环(紫色)代表其中心性(Centrality)。它是测度节点在网络中重要性的一个指标，是联系沟通其他节点的枢纽。本研究所选择的111篇文献共分布于17个国家和地区(见图3)。其中发文量大于10篇的有美国(17篇)、挪威(14篇)和法国(10篇)，紧随其后的是奥地利(9篇)、瑞典(8篇)、加拿大(7 篇)、德国(8 篇)、英国(8 篇)、瑞士(7篇)、意大利(6篇)、波兰(6篇)、乌克兰(5篇)、俄罗斯(4篇)、芬兰(2篇)。

图3 国外冬季两项体育科学研究国家共现图谱

从中心性来看，瑞典以较大优势(0．45)位列第一，这与瑞典体育体制近10年高度重视体育竞技水平有关。瑞典通过实施高水平竞技体育计划，为运动员提供生理、心理、医学服务。以 Hans－Christer Holmberg[11，12]为代表的瑞典科研人员秉持“没有数据就没有计划，没有测试就没有训练”的理念，设立专门的测试中心，将研究与实践紧密结合。值得注意的是，瑞典很多的体育研究项目直接为运动员参加奥运会服务。科技保障的稳步推进和科研水平的提高助力瑞典冬季两项项目成绩取得突破性进展[13]。美国、挪威和加拿大位列第二到第四。挪威在2002年到2018年的5届冬奥会中共获得50枚金牌。雪上项目是挪威的特色和优势项目，冬季两项是挪威的绝对优势项目。深厚的历史积淀、成熟的选材体系和严谨的训练理念是支撑其冬季两项项目在冬奥会中常年保持统治地位的原因。其中，挪威体育学院从1991年就开始了运用大型可升降跑台进行轮滑模拟训练，科研测试和模拟训练无缝对接，多种仪器的组合可以快速分析越野滑雪过程中地形、坡度以及速度的变化，并结合运动员自身的机能状况综合分析评价[14]等相关研究。Oyvind Sandbakk、Thomas Losnegard等挪威冬季竞技体育科研专家在越野滑雪、冬季两项和高山滑雪等项目上的科学研究正引领冬季竞技体育项目的发展[15，16]。此外，在图3中没有出现亚洲国家或地区在该领域的研究，表明亚洲国家在国际冬季两项领域还没有发出属于自己的学术声音。因此，提高我国冬季两项项目研究学者的国际视野和综合素养，提升我国在该领域的国际影响力，应是今后学界努力的方向。另外，统计国外冬季两项体育科学研究机构共计17个(见图4)。其中发文量大于5篇的机构有挪威体育学院、意大利费拉拉大学、瑞典的瑞典大学、奥地利萨尔斯堡大学等。其中，挪威作为冬季体育强国，在冬奥会历史上一直处于第一集团，与挪威体育学院的发展是分不开的。其运动表现实验室、Geilo滑雪中心和挪威体育精英学校等科研训练场馆起到了关键作用，将科技助力冬奥的服务从实验室向训练场前移，向实战靠拢，既注重训练数据的采集、分析和实时反馈，又注重实际效果和细节变化，为挪威冬季两项运动员在训练比赛中出现的关键问题提供解决方案，是挪威冬季两项项目保持核心竞争力的有力支撑[14]。上述结果显示高校是冬季两项体育科学研究的重要阵地。深入探索和认识科学研究与训练、比赛实践之间的关系，应该发挥高校科学研究集聚优势，结合冬季两项运动发展的宏观备战策略和冬季两项项目教练员、运动员训练和比赛中的具体需求，大力开展科研攻关，为我国冬季两项项目的发展提供有价值的智力服务。

图4 国外冬季两项体育科学研究机构共现图谱

2．2 国外冬季两项体育科学研究学科领域分布特征

冬季两项项目不仅是人与人之间运动能力的竞争，同时又是人与器械、人与自然相适应的野外运动，以提升运动员竞技表现为目标。冬季两项体育科学研究依托于多学科知识作为基础保障，逐渐成为一个多学科融合发展的研究领域。运行Cite Space V 软件，选择“Category”(学科类别)，生成冬季两项体育科学研究学科类别共现图谱(见图5)。

图5 国外冬季两项体育科学研究学科类别共线图谱

研究发现:体育学(Sport Sciences)以发文量63篇排第 1位;运动生理学(Physiology，11篇)、运动心理学(Psychology，10篇)分列2、3位;社会科学(social sciences)、神经科学(Neuroscience)、运动医学和实验(Medicine，Research＆ Experimental)、多学科科学(Multidisciplinary sciences)、工程与工业(Engineering＆industrial)位列其后。从中心性来看，运动心理学(Psychology，中心性0．59)中心性最高;其次是应用生理学(Applied Psychology，0．20)、体育学(Sport Sciences，0．15)、社会科学(Social sciences，0．07)等都从各自学科角度对冬季两项运动进行了有益探索。此外，值得注意的是，最新研究中出现以生理心理学为基础理论，借助生理心理学技术手段，对冬季两项运动员竞技能力的提升进行训练监控的文献。而从图5中生理学和心理学两个学科之间的连接线密集程度较高，表明冬季两项体育科学研究依托生理心理学理论和技术可能成为一种趋势。从以上学科类别共现图谱得知，目前，国外冬季两项体育科学研究已经形成了以体育学为主体，以运动生理学和运动心理学为支撑，以人体工程学[17，18]、运动生物力学[19]、医学[20]和计算科学为辅助的复合型学科群。这些学科共同促进了冬季两项体育科学研究的纵深和快速发展。

2．3 国外冬季两项研究的前沿热点分析

2．3．1 关键词共现分析本研究运用Cite Space V软件对国外冬季两项体育科学研究的关键词进行提取统计，并通过可视化的形式将其充分展现，方便对国外冬季两项体育科学研究的热点内容进行深入的分析与讨论(见图6)。图谱中，每个圆点代表冬季两项体育科学研究的一个关键词;节点最外层的圆环(紫色)代表其中心性，是测度节点在网络中重要性的一个指标。图6中出现频次和中心性较高的节点共同构成了国外冬季两项体育科学研究的热点内容。由于同一个关键词在不同的文献中有不同的表达方式[21]，因此在统计结果中有些表示相同意义的词语，对其进行合并处理将会对分析结果产生重要意义，最终将关键词规范合并后得到冬季两项体育科学研究高频及高中心性关键词词表(见表1)。

图6 国外冬季两项体育科学研究关键词共线图谱

表1 冬季两项研究高频及高中心性关键词列表

知识图谱显示:国外冬季两项体育科学研究的热点集中于竞技表现、身体素质、疲劳和恢复、损伤、射击，以及运动生理和心理的实验等方面，研究的对象主要集中在冬季两项的精英运动员。由图6和表1可见，biathlon出现频次最高，为27次，中心性0．42;其次是exercise出现19次，中介中心性为0．37;第三为performance出现18次。这表明，冬季两项项目本身和冬季运动是冬季两项体育科学研究重点关注的方面，也体现了冬季两项运动的最终目的就是为了提升运动员竞技表现。此外，balance、shooting、fatigue、shooting performance 等关键词构成了冬季两项体育科学研究的关键问题。之所以在冬季两项训练和比赛中增加射击稳定性训练、有氧能力训练，就是因为在比赛过程中，运动员经常会出现射击命中率下降、滑行动作不稳定等由于疲劳导致的一系列问题。因此，通过分析当前国际冬季两项体育科学研究领域的研究热点，可以为我们提升运动员竞技表现提供更多可切入的视角。

Power、Balance也是本列表中的高频词汇，共出现10次。作为冬季两项体能训练中有关身体素质训练中经常出现的一组词汇，其在冬季两项运动的训练和比赛过程中的指导意义重大。越野滑雪要求运动员有最强大的心率储备和有氧代谢能力;射击要求运动员具有稳定的神经肌肉联络系统，不仅可以使得运动员在射击过程中保持神经系统的稳定，同时可以让运动员在射击击发过程中保持身体姿势的平衡与稳定，把影响射击成绩的肢体摇摆和步枪摇摆的不利因素降到最低。所以基础体能的提高是维持高水平竞技表现的根基。

美国在20世纪90年代进行了大量的科学研究，并将研究结果所形成的理论充分运用到竞技体育实践中，为当时冬季两项运动在美国的开展奠定了坚实的基础;英国、俄罗斯等发达国家的研究者也在冬季两项运动项目中寻找提高竞技体育成绩和运动表现的突破点[12，1]。1987年，有学者通过测试冬季两项运动员上半身和下半身的无氧功率分析其无氧能力，发现二者的峰值功率和平均功率无显著差异。下肢无氧功测试结果显示，冬季两项运动员与对照组相比，在峰值功率和平均功率上均有显著性差异[25]。

国外学者对于冬季两项运动的关注度逐渐提高，尤其是1992年Hoffman等对冬季两项运动的研究成果[26，27]为后续研究指明了方向。更多的学者对冬季两项运动员的制胜因素展开了探讨，针对竞技水平的提升提供突破性解决方案。但是，在20世纪90年代，由于实验条件和测试水平的制约以及对于项目的理解并不十分深入，只是从宏观层面观测和解释某些生理及心理现象的产生。2000年前后，随着职业体育的快速发展和世界大赛的增多，国际竞技体坛开始重视训练的科学化，国外运动训练监控的相关方法手段日益更新，对运动训练监控的研究与日俱增[28]。有学者认为射击过程不应该在呼吸暂停时击发，心率的下降有助于持枪的稳定性，但是在冬季两项运动的心血管反应与射击准确性方面并无显著的相关性[29，30]。在关注冬季两项运动员机体疲劳时，不仅要关注体位或强度，击发、平衡性、瞄准等技术动作的处理，更要充分考虑运动员心率、压力等生理、心理方面的准备，从而做出最接近正确的判断。研究发现，越野滑雪后不会影响射击过程的感知觉，也不能被大强度运动后射击表现下降所解释，反而大强度运动会对射击过程的短时记忆增加困难程度，并使运动员使用选择性记忆来进行击发[31]。

总而言之，射击过程、射击表现、精力回收、心理学和滑行射击转换等关键词汇均涉及在冬季两项运动中的射击环节，射击过程在冬季两项比赛中的重要性越来越受到各国研究者的关注和重视。威斯康星州医学院和弗吉尼亚州医学中心运动表现与技术实验室的教授M．D Hoffman敏锐地感知到决定冬季两项竞技运动的致胜因素是动与静的快速转换。与此同时，剧烈运动间重要的衔接部分恰恰是射击过程。

2．3．2 高频共被引文献分析知识基础在很长时间内非常稳定，对一个领域的理论研究具有促进作用[32]。运行 Cite Space V 软件，选择“Cited Reference”，对冬季两项体育科学研究被引文献进行分析。聚类结果显示此聚类图谱的模块值Q=0．768、平均轮廓值S=0．611 8，表明此聚类结果科学合理。通过对32篇高频被引文献进行二次分析与筛选，重点探寻其主要研究方向，最终得出15篇经典文献组成的国外冬季两项体育科学研究的知识基础。

当前针对冬季两项项目的体育科学研究主要集中在冬季奥运会上运动员的竞技表现。15篇被引文献中，有6篇是围绕历年冬奥会中高水平运动员的运动学特征分析，基本代表了本领域的研究基础;在15篇被引文献中，有6篇是关于冬季两项运动员的射击表现。在冬季两项运动中，人对于枪械的使用以及射击过程中枪对于人的作用力都会成为比赛中不可避免的一部分。有研究将2001/2002赛季的世界杯赛和奥运会的成绩结合影响比赛成绩的项目因素对冬季两项的结构特征进行了有针对性的研究。提出冬季两项是在完全不同运动项目背景下(北欧滑雪和精准射击)产生的混合型运动项目[33]。2007年，有学者运用运动生物力学方法，评估了冬季两项运动员三种射击姿势(站姿、卧姿和适用于步枪站立位的震颤测试)下的射击成绩。结果表明，适用于步枪站立位的震颤测试在安静状态下射击和在以90%最大心率滑雪滑行2．1公里后完成射击具有显著性差异[34]。这说明这种震颤状态能够有效分辨体位控制时的疲劳程度。为了更好地控制机体的稳定性，运动员在疲劳时的机体稳定性控制方面的研究尤为重要。法国学者Grebot探讨了冬季两项运动射击过程中枪托施加与运动员肩部的力量，他认为站姿和卧姿相比，步枪靠在肩部的位置不同，在卧姿射击时，肩部更多的是对枪械托板底部施加作用力，而站姿射击时，肩部更多的是对枪械托板的上部施加更大的作用力。研究结果表明，冬季两项运动员在持枪射击过程中，疲劳因素是限制其通过肩部和手部有效稳定持枪的重要因素[35]。2006年奥地利研究者Baca采用快速反馈图像技术系统对射击过程和结果呈现实时图像，帮助运动员和教练员在射击前后通过视频快速看到自己的枪口瞄准移动情况和射击结果，进而做出相应调整[36]。这种训练方式对于射击过程的细微调整至关重要。

在15篇被引文献中，还有3篇文献与疲劳和恢复有关。2010年奥地利萨尔茨堡大学Sattlecker等通过两个阶段研究对冬季两项运动疲劳的影响因素及生物力学机制进行了研究。第一阶段先通过7分钟的上、下肢的运动制造运动疲劳的模型，并通过站位偏差反映疲劳程度来观察射击方向的准确性。结果发现，站位偏差不受下肢疲劳的影响，而站姿的稳定性与射击过程有显著的相关性[37]。2016年，Sattlecker等对22名参加世界杯和欧洲杯的冬季两项运动员(8名女性、14名男性)进行了无负荷情况下和12．5公里越野滑行负荷之后的卧姿和站姿的射击测试。结果表明，在卧姿射击时，不论是在无负荷状态还是在模拟滑行负荷之后，肩部受力能够明显鉴别出在无负荷状态射击和在模拟滑行后的步枪垂直摇晃[38]的差别。其中，站姿无负荷射击的结果能够通过身体摇摆程度参数和步枪摇晃程度参数结果预测得出，且高水平和低水平运动员在射击线路上的摇摆程度有显著区别。这给我们提供了一个重要的启示，即在不同疲劳程度时要采用不同射击策略。在运动负荷对身体造成一定刺激的情况下，运动员采用卧姿射击时，应当更加专注降低步枪的垂直摇晃程度，而在站姿射击时则应将关注点更多地放在减小身体摇摆的幅度上。

综上所述，冬季两项体育科学研究的文献讨论了项目特征、射击姿势、疲劳、稳定性、瞄准等问题。可以发现，冬季两项体育科学研究的知识基础是由于运动强度的提高造成运动员机体上下肢疲劳程度的加深，进而影响肩部和持枪动作的稳定性，增加枪械和人体之间的作用力，影响运动员在射击击发过程中的瞄准和控制力。随着对射击环节的关注度逐渐增加，各国学者也将先进仪器设备投入在此过程当中，以追求更精准的射击和快速的结果反馈，进而指导训练实践。因此，在我国冬季两项项目具体训练实践中，应发挥科技引领作用，使运动员的射击表现真正达到科学、高效。

2．3．3 研究演进脉络分析通过对国外冬季两项体育科学研究的演进脉络分析发现:冬季两项体育科学的研究对象虽然以运动员为主体，但是涉及的研究方向逐渐从越野滑雪单项转向了射击单项[39]。这表明，随着研究的不断深入，冬季两项比赛中运动员的射击表现更加受到重视。进一步分析发现，与射击有关的心理方面的研究也逐步被应用于实践中[40，41]。在具体的冬季两项体育科学研究中，运动心理学一直是学者们密切关注的重点内容。可以说，对运动员的竞技表现进行分析，很重要的是不能够忽视机体生理和心理的协同效应对人的影响。学者和教练们都致力于使用多学科的方法对运动员的机能状态进行评估与判断，并且寻求最佳的方法来获得科学、有效的数据。目前，这一方面的应用研究增长势头强劲。因此，关于冬季两项运动员生理心理协同效应与竞技表现的关系研究将是未来研究的一个趋势。

3 结论与启示

(1)从1987—2019年，冬季两项体育科学研究领域的文献发文量呈现波浪式递增趋势。其中，以美国和挪威为代表的体育强国展现出引领态势。国外冬季两项体育科学研究以高校为重要根据地，我国应发挥高校科学研究集聚优势，结合国家宏观战略需求和项目具体问题大力开展科技服务。亚洲国家在国际网络知识图谱中影响力较小，未来应不断提升我国冬季两项学者的国际视野和综合素养，以此提升我国在该领域的国际影响力。

(2)国外冬季两项体育科学研究已经形成了以体育学为主体，以运动生理学和运动心理学为支撑，以人体工程学、运动生物力学、医学和计算科学为辅助的复合型学科群。我国应加快冬季两项运动与其他学科的交叉研究，拓宽研究的深度与广度。

(3)国外冬季两项体育科学研究的热点集中于竞技表现、身体素质、疲劳和恢复、损伤、射击，以及运动生理和心理的实验等方面，研究对象主要集中在冬季两项的精英运动员。这深刻反映了冬季两项运动的复杂性。

(4)冬季两项体育科学研究方向主要集中于冬奥会中冬季两项运动员的竞技表现，射击过程中的稳定性，注重疲劳对竞技表现的影响，以及运动员生理心理协同效应与竞技表现的关系等。我国学者应积极关注国际前沿动态，把握研究动向和趋势，更新研究视角、拓宽研究思路，与国际上先进的冬季两项体育科学研究接轨。