【参赛里约奥运会】 2016年，山东省有54名运动员、9名教练员入选里约奥运会中国体育代表团，参加在巴西里约热内卢举行的第31届夏季奥运会，获得4枚金牌、4枚银牌、5枚铜牌，有17人次获得第4至8名，金牌数居全国各省（区、市）第二位，奖牌数和前8名人次数均居全国各省（区、市）第一位。
本届奥运会，山东运动员参加了乒乓球、射击、体操、柔道、击剑、射箭、羽毛球、皮划艇、赛艇、帆船、田径、游泳、摔跤、拳击、铁人三项、排球、足球、篮球、自行车、举重共20个大项、49个小项的比赛。射击运动员张梦雪获女子10米气手枪冠军，为中国代表团拿下首金；乒乓球运动员张继科、李晓霞继伦敦奥运会之后，再次双双获得乒乓球男、女团体冠军；女排运动员杨方旭与队友团结拼搏，获得本届奥运会女排冠军。同时，李晓霞、张继科、杜丽、孙一文4人分别获得银牌；杜丽、孙一文、张成龙、于颂、李越宏5人分别获得铜牌；王大鹏、魏萌、辛鑫、杨哲、马晋、吴海燕、杨曼、李影、于伟、江燕、张馨月、薛常锐、杨俊霞、张敏、余成刚、赵景滨、冯彬17人分别在13个项目上获得第4至8名。
本届奥运会，山东运动员占中国代表团运动员总数的13%，入选人数居全国首位。同时，山东运动员首次参加奥运会拳击、铁人三项、排球等项目的比赛，并在26个小项上进入前8名。参赛项目数、获得奖牌数和进入前8名人数均是山东参赛历届奥运会最多的一次。曾经参加过奥运会的老运动员15人，占28%。第四次参加奥运会的杜丽、第二次参加奥运会的李晓霞、张继科和张成龙共夺得2金、3银、2铜共7枚奖牌。首次参加奥运会的年轻运动员39人，占72%，共夺得2金、1银、3铜共6枚奖牌。张梦雪为中国体育代表团实现了“开门红”，杨方旭为中国女排夺冠做出了重要贡献，击剑运动员孙一文获得1银、1铜，摔跤运动员于颂、射击运动员李越宏获得2枚铜牌。山东运动员在射击、飞碟等项目上创造新的奥运会纪录。其他部分运动员虽然未获得奖牌，但也取得中国参加奥运会历史的最好成绩。辛鑫获得女子10公里马拉松游泳比赛第4名，杨哲获得男子105公斤级举重比赛第4名，薛长锐获得撑竿跳高比赛第6名，都打破了欧美运动员垄断这些项目前8名的历史，实现重要突破。
2016年山东省运动员参赛里约奥运会前八名成绩统计表
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┃ 运动员 │ 项目 │ 成绩 │ 备注 ┃
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┃ 张梦雪 │［射击］ 女子10米气手枪 │ 金牌 │创奥运会决赛纪录，中国首金 ┃
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┃ 李晓霞 │［乒乓球］ 女子团体 │ 金牌 │助中国奥运三连冠 ┃
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┃ 张继科 │［乒乓球］ 男子团体 │ 金牌 │助中国奥运三连冠 ┃
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┃ 杨方旭 │［排球］女子排球 │ 金牌 │时隔12年中国再夺金 ┃
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┃ 杜丽 │［射击］ 女子10米气步枪 │ 银牌 │资格赛创奥运会纪录 ┃
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┃ 李晓霞 │［乒乓球］ 女子单打 │ 银牌 │ ┃
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┃ 孙一文 │［击剑］ 女子重剑团体 │ 银牌 │击剑奥运最好成绩 ┃
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┃ 张继科 │［乒乓球］ 男子单打 │ 银牌 │ ┃
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┃ 孙一文 │［击剑］ 女子重剑个人 │ 铜牌 │ ┃
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┃ 张成龙 │［体操］ 男子团体 │ 铜牌 │ ┃
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┃ 杜丽 │［射击］ 女子50米步枪三姿 │ 铜牌 │ ┃
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┃ 于颂 │［柔道］ 女子+78公斤级 │ 铜牌 │ ┃
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┃ 李越宏 │［射击］ 男子25米手枪速射 │ 铜牌 │ ┃
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┃ 王大鹏 │［射箭］ 男子团体 │ 第4名 │ ┃
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┃ 魏萌 │［射击］女子双向飞碟 │ 第4名 │资格赛创奥运会纪录 ┃
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┃ 辛鑫 │［游泳］女子马拉松 │ 第4名 │实现中国该项目历史性突破 ┃
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┃ 杨哲 │［举重］男子105公斤级 │ 第4名 │创中国男举大级别最好成绩 ┃
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┃ 马晋 │［羽毛球］女子混合双打 │ 第4名 │ ┃
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┃ 于伟 │［竞走］ 男子50公里个人 │ 第5名 │ ┃
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┃ 江燕 │［赛艇］ 女子四人双桨 │ 第6名 │ ┃
┃ 张馨月 │ │ │ ┃
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┃ 薛长锐 │［田径］ 男子撑竿跳高 │ 第6名 │创中国在该项目奥运最好成绩 ┃
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┃ 杨俊霞 │［柔道］ 女子63公斤级 │ 第7名 │ ┃
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┃ 张敏 │［赛艇］ 女子双人单桨 │ 第7名 │ ┃
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┃ 吴海燕 │［足球］女子足球 │ 第8名 │ ┃
┃ 杨曼 │ │ │ ┃
┃ 李影 │ │ │ ┃
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┃ 余成刚 │［赛艇］男子轻量级四人单桨│ 第8名 │ ┃
┃ 赵景滨 │ │ │ ┃
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┃ 冯彬 │［田径］ 女子铁饼 │ 第8名 │ ┃
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【竞赛成绩】 除里约奥运会山东获得4枚金牌外，在2016年度世界大赛中，山东运动员另有7人次获得世界冠军。在年度全国最高水平比赛中，山东在16个项目上获得37枚全运小项的金牌，其中，柔道6枚，皮划艇5枚，田径4枚，射击、摔跤各3枚，自行车、游泳、拳击、橄榄球、篮球各2枚，赛艇、举重、体操、射箭、跆拳道、排球各1枚，金牌数居全国前列。在国家体育总局2016年“全国体育事业突出贡献奖”集体和个人表彰中，山东有7个单位和20名工作人员分别获得集体奖和个人奖。
2016年山东省运动员获得世界冠军一览表
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┃ 序号 │ 运动员 │ 项目 │ 比赛名称 │ 比赛地点 │ 日期 ┃
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┃ 1 │ 李晓霞 │ 乒乓球女子团体 │ 第53届世界乒乓球锦标赛 │ 马来西亚 │ 3月6日 ┃
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┃ 2 │ 陈梦 │ 乒乓球女子团体 │ 第53届世界乒乓球锦标赛 │ 马来西亚 │ 3月6日 ┃
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┃ 3 │ 张继科 │ 乒乓球男子团体 │ 第53届世界乒乓球锦标赛 │ 马来西亚 │ 3月6日 ┃
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┃ 4 │ 方博 │ 乒乓球男子团体 │ 第53届世界乒乓球锦标赛 │ 马来西亚 │ 3月6日 ┃
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┃ 5 │ 张薇 │ 大金属球女子双人 │ 第10届世界女子大金属球锦标赛 │ 摩洛哥 │ 10月10日 ┃
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┃ 6 │ 付高峰 │ 散打80公斤级 │ 第八届世界杯武术散打比赛 │ 陕西西安 │ 11月6日 ┃
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┃ 7 │ 孙培原 │ 男子长拳 │ 第一届世界杯武术套路比赛 │ 福建福州 │ 11月19日 ┃
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【备战全运会】 2016年，全省各训练单位精心组织了运动员夏训和冬训。省体育局“备战办”及时开展训练督导，及时查摆备战中的问题，逐一制订针对性措施，强化训练工作的过程管理。进一步完善训练质量考核制度，细化指标体系，提高训练组织管理工作的制度化、程序化和规范化水平。开展训练公开课活动，发挥金牌教练员“传帮带”作用，提高教练员的执教水平。各训练单位组织实施2016年度注册工作，在2015年度代表资格确认工作中，全省共注册运动员9853人，其中首次注册1499人、双重注册182人，与上周期同比增加近3000人。加强竞赛政策研究和情报信息工作，进一步了解队伍建设和主要对手情况。召开冬训工作会议，对三年备战工作进行认真总结，对冬训和十三运会参赛工作进行全面部署。完成并强化2020年东京奥运会、2021年第十四届全运会队伍的组建工作。
【职业体育】 足球。为备战十三运会足球项目，全省组建了备战十三运会男足甲组、乙组队伍，形成新的男足备战体系。男子足球甲组队伍以鲁能泰山足球俱乐部预备队1997—1998年龄段的运动员为班底，青岛中能足球俱乐部的运动员为补充完成组队，男子甲组年内获得全国锦标赛第4名的成绩；男子足球乙组队伍以鲁能泰山足球学校1999—2000年龄段的运动员为班底，青岛中能、青岛黄海足球俱乐部运动员为补充完成组队，男子乙组年内取得全国锦标赛第2名、联赛第5名的成绩。山东女足成年队以5胜3平6负的战绩获得女超联赛第四名，创造了该项赛事的历史最佳战绩。山东女足青年队获得联赛第六名的成绩。
篮球。在2015—2016赛季中国男子篮球职业联赛上，山东高速男篮（成年队）时隔两个赛季再次闯入季后赛，获得第5名。女篮青年队参加全国青年篮球联赛获得第2名，参加全国女子篮球青年锦标赛获得第6名；参加全国U17女子篮球集训赛获得冠军。男篮青年队参加全国青年篮球联赛获得第4名，参加全国男子篮球青年锦标赛获得第6名；参加全国U17男子篮球集训赛获得冠军，同比上周期备战阶段有大幅提高。女篮成年队参加全国女子篮球锦标赛获得第三名，创造参加该赛事历史最好成绩。
排球。在2015—2016赛季全国男排联赛上，山东男排获得第三名。青年男排获得全国青少年U21男排锦标赛冠军、全国青少年U19男排锦标赛第3名，以青年队为班底，参加全国成年男排锦标赛并获得第4名。青年女排获得全国青少年U20女子排球锦标赛第3名，全国青少年U18女子排球锦标赛冠军，全国青少年冠军赛冠军。
乒乓球。在2016年中国乒超联赛男子团体第一阶段的排名赛中，山东魏桥·向尚运动乒乓球俱乐部取得14胜1负的成绩，在积分榜上排名第一；女子团体第一阶段的排名赛中，山东鲁能乒乓球俱乐部女队以11胜4负的成绩排名第一，山东齐鲁交通乒乓球俱乐部排名第三。在第二阶段的决赛中，山东鲁能女队获得乒超亚军。