李 克，關(guān) 欣，紀(jì)之光

(1.遼寧衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院體育教研室，遼寧沈陽(yáng) 110101;2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)體育教學(xué)部，遼寧沈陽(yáng) 110866; 3.上海體育學(xué)院研究生部，上海 200438)

3歲至6歲幼兒跑步步態(tài)特征的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

李 克1，關(guān) 欣2，紀(jì)之光3

(1.遼寧衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院體育教研室，遼寧沈陽(yáng) 110101;2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)體育教學(xué)部，遼寧沈陽(yáng) 110866; 3.上海體育學(xué)院研究生部，上海 200438)

為了闡明3歲至6歲健康兒童跑步步態(tài)特征，為幼兒動(dòng)作發(fā)展過(guò)程和促進(jìn)幼兒健康成長(zhǎng)提供理論依據(jù)。采用二維攝像和錄像解析的方法，對(duì)3歲至6歲兒童跑步進(jìn)行拍攝，然后進(jìn)行分組分析，通過(guò)對(duì)相鄰年齡間比較以及同年齡不同性別比較發(fā)現(xiàn)，性別因素對(duì)幼兒的跑步步態(tài)特征影響不顯著，相鄰年齡組之間步態(tài)特征呈現(xiàn)顯著差異。幼兒著地運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與成人存在差異，幼兒在緩沖起始階段，蹬伸末段的關(guān)節(jié)角度四歲以后表現(xiàn)出接近成人的穩(wěn)定狀態(tài)。5幼兒在騰空階段，髖、膝關(guān)節(jié)有明顯隨年齡增大的趨勢(shì)，踝關(guān)節(jié)在四歲前五歲后有明顯變化差異。

健康幼兒;跑步;步態(tài)分析;運(yùn)動(dòng)學(xué)

跑步是幼兒在日常生活中最常見(jiàn)的基本動(dòng)作之一，同時(shí)也是鍛煉幼兒身體的手段之一。跑的發(fā)展不僅影響兒童少年的運(yùn)動(dòng)能力，而且對(duì)他們未來(lái)體質(zhì)的強(qiáng)弱、運(yùn)動(dòng)能力的高低都有著重要的影響。因此國(guó)內(nèi)外體育科研和教學(xué)機(jī)構(gòu)都把兒童不同時(shí)期跑的發(fā)展作為重要的研究課題［1－3］。

跑步運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)幼兒骨骼肌肉神經(jīng)生長(zhǎng)，發(fā)展肌肉力量，幼兒通過(guò)跑步鍛煉可以提高身體的靈敏度和活動(dòng)速度，鍛煉協(xié)調(diào)性和平衡性，可以提高耐力與心肺功能。運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它需要各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，主要是神經(jīng)系統(tǒng)是否具備了調(diào)節(jié)的能力。幼兒都存在著運(yùn)動(dòng)能力的潛力，早期給予他們各種不同刺激和適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，有助于運(yùn)動(dòng)能力的提前出現(xiàn)和發(fā)展［1］。在幼兒剛剛學(xué)會(huì)跑步時(shí)，受肌肉力量發(fā)展情況、運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性好壞和平衡能力的影響，將表現(xiàn)出不同的步態(tài)特征。本文從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)角度出發(fā)，利用影像分析方法，對(duì)幼兒步態(tài)進(jìn)行技術(shù)分析，根據(jù)步態(tài)特征的差別，分析其影響原因，從而加強(qiáng)教學(xué)的科學(xué)性和針對(duì)性，進(jìn)而提出改進(jìn)意見(jiàn)，以便促進(jìn)幼兒體格健康成長(zhǎng)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

實(shí)驗(yàn)于2009年12月—2010年6月分別在沈陽(yáng)某幼兒園進(jìn)行了圖像采集，研究對(duì)象年齡為3～6歲，見(jiàn)表1。

1.2 研究方法

1.2.1 攝像測(cè)量法 采用二維攝像，使用一臺(tái)SONY攝像機(jī)(采樣頻率為50Hz)對(duì)3歲至6歲健康幼兒跑步的動(dòng)作進(jìn)行了側(cè)面的定點(diǎn)拍攝。拍攝完畢對(duì)影像進(jìn)行視頻采集，并運(yùn)用運(yùn)動(dòng)解析系統(tǒng)對(duì)采集的視頻進(jìn)行分析。通過(guò)分析對(duì)跑步運(yùn)動(dòng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成、動(dòng)作技術(shù)特征、運(yùn)動(dòng)效果以及影響因素進(jìn)行探索研究。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象分組情況

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 使用Excel建立原始數(shù)據(jù)庫(kù)資料，所有數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件處理，測(cè)試結(jié)果均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析方法，P＜0.05有顯著性差異，P＜0.01有非常顯著性差異，P＞0.05無(wú)顯著性差異。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 跑的運(yùn)動(dòng)技術(shù)生物力學(xué)分析

跑是人類(lèi)活動(dòng)的基本動(dòng)作之一，是很多體育項(xiàng)目的基礎(chǔ)。跑步是全身大部分肌肉、骨骼和關(guān)節(jié)參與的位移動(dòng)作模式，主要包括手臂的擺動(dòng)和下肢交替邁步等多個(gè)局部動(dòng)作。如果將體育運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作分為周期性和非周期性兩大類(lèi)，跑是周期性運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，即人體下肢雙腿做蹬擺運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)腿快速前擺，支撐腿蹬伸獲得人體移動(dòng)的動(dòng)力，支撐腿離地后進(jìn)入騰空階段，騰空結(jié)束擺動(dòng)腿著地后進(jìn)入支撐緩沖，再后蹬離地，而上肢一直是配合下肢做屈臂前后擺動(dòng)，如此往返下去，使人體產(chǎn)生位移［2］。不同時(shí)期的幼兒由于肌肉力量的不同，在跑步過(guò)程中表現(xiàn)出不同的步態(tài)特征。

2.2 跑步的階段劃分

一般將跑步途中的一個(gè)單步分為三個(gè)階段、三個(gè)時(shí)相來(lái)分析。①緩沖階段:著地時(shí)相(擺動(dòng)腿著地瞬間)到蹬伸時(shí)相(人體重心在支撐點(diǎn)垂線時(shí)刻)。②蹬伸階段:蹬伸時(shí)相到離地時(shí)相(支撐腿離地瞬時(shí))。③騰空階段:離地時(shí)相到著地時(shí)相。

2.2.1 單步各階段所用時(shí)間 由表2可以看出，在同性別相鄰年齡各單步階段所用時(shí)間分析可得，除了騰空階段有顯著差異外(P＜0.05)，其他階段均無(wú)顯著差異。同年齡不同性別所用各階段時(shí)間都無(wú)明顯差異。

緩沖階段是由擺動(dòng)腿著地瞬間到重心在支撐點(diǎn)垂線時(shí)刻，是在緩沖過(guò)程中由阻力變動(dòng)力逐步加速的過(guò)程。幼兒緩沖階段比例較成人的大。由于幼兒下肢肌肉發(fā)育不完全，肌肉退讓性功能弱，控制能力差，不能完全利用緩沖階段為蹬伸階段做功。蹬伸階段是到支撐腿離地瞬間，下肢的膝、踝關(guān)節(jié)完成蹬伸動(dòng)作，幼兒腿部力量小，蹬伸時(shí)不能完全做功，支撐腿著地時(shí)間較長(zhǎng)，所以蹬伸階段占百分比較成年人大。同時(shí)騰空階段較成年人時(shí)間短。

表2 幼兒?jiǎn)尾礁麟A段所用時(shí)間及所占比列

2.2.2 緩沖階段 經(jīng)分析相鄰年齡段幼兒著地緩沖過(guò)程各關(guān)節(jié)變化，發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)角度變化差異顯著(P＜0.01)，其他關(guān)節(jié)差異不顯著，由此可知幼兒緩沖能力提高主要與改變膝關(guān)節(jié)角度有關(guān)。這可能是由于幼兒肌肉力量發(fā)展程度不夠和平衡能力不足，所以不能像成年人，主要用踝關(guān)節(jié)做負(fù)功完成緩沖，膝關(guān)節(jié)主要是通過(guò)股四頭肌退讓性工作的加固作用，承擔(dān)身體的基本重力，并保證支撐腿的剛性支撐，以有利于力的有效傳遞［3］。這一特征在男女間差異不顯著(P＞0.05)。

由表3可以看出年齡較大的幼兒比年齡較小的幼兒在緩沖階段各關(guān)節(jié)角度變化大。隨著年齡增長(zhǎng)，肌肉力量、協(xié)調(diào)能力提高，各關(guān)節(jié)角度變化都在增加。同時(shí)跑步時(shí)身體的前傾角也增大，這與整個(gè)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)能力提高有關(guān)。

表3 緩沖階段各年齡段幼兒角度變化(°)

由表4可以看出在幼兒著地瞬間各關(guān)節(jié)的角度，隨著年齡增長(zhǎng)髖、踝關(guān)節(jié)角度相應(yīng)增加。經(jīng)分析相鄰年齡幼兒髖關(guān)節(jié)有顯著差異(P＜0.01)，踝、膝關(guān)節(jié)角度變化4歲以后隨年齡的增長(zhǎng)無(wú)明顯差異(P＞0.05)，接近成年人在著地瞬間膝、踝關(guān)節(jié)并沒(méi)有伸至最大，而是為了后續(xù)的蹬伸做準(zhǔn)備，留有蹬伸的空間，從而在蹬伸時(shí)獲得更大反作用力的能力。

在緩沖過(guò)程中，踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)是由小腿三頭肌肌健等的彈性變形與復(fù)原完成的，就要求踝關(guān)節(jié)的肌腱有非常好的彈性和強(qiáng)度，強(qiáng)度大在蹬伸階段可支撐住髖膝關(guān)節(jié)肌肉的蹬伸力［4］。幼兒的這種能力較弱，隨著年齡增長(zhǎng)彈性越好，在緩沖階段可儲(chǔ)存的能量更多，緩沖的能力越強(qiáng)。

表4 各年齡段幼兒著地瞬間關(guān)節(jié)角度時(shí)值(°)

2.2.3 蹬伸階段

由表5可以看出，幼兒在蹬伸過(guò)程中各關(guān)節(jié)變化隨年齡增加而增加，分析相鄰年齡幼兒膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)變化都有顯著差異(P＜0.05)。髖、踝關(guān)節(jié)與軀干角變化沒(méi)有顯著差異(P＞0.05)。不同性別同年齡間無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

在腿蹬伸離地時(shí)，髖、膝、踝關(guān)節(jié)依次伸展，在完成蹬伸動(dòng)作時(shí)，隨著年齡的增加各關(guān)節(jié)角度變化增大，其中膝關(guān)節(jié)變化最明顯，關(guān)節(jié)角度變化越大，做更多功，為以后的騰空提供更多動(dòng)力。

跑步時(shí)的蹬伸主要目的是為了盡可能減少水平方向分速度的損失，同時(shí)盡可能減少垂直方向分速度的增加，通過(guò)改變身體姿態(tài)可以實(shí)現(xiàn)，幼兒隨著年齡增長(zhǎng)，這種調(diào)整的能力沒(méi)有明顯變化。

表5 蹬伸階段各年齡段幼兒角度變化(°)

由表6可以看出，隨著年齡增長(zhǎng)，幼兒在在蹬伸結(jié)束時(shí)的髖、踝、膝(4歲后)關(guān)節(jié)角度沒(méi)有明顯差異(P＞0.05)，同年齡男女之間的各關(guān)節(jié)無(wú)顯著差異(P＞0.05)。由于膝關(guān)節(jié)從165°伸展到180°時(shí)，膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)之間的距離非但沒(méi)有增加，反而縮短了8mm。這是由于股骨關(guān)節(jié)面向股骨關(guān)節(jié)面曲率半徑大的那一部分滑動(dòng)的原因［4］。由此膝關(guān)節(jié)蹬伸結(jié)束時(shí)的角度隨年齡的變化不大。同時(shí)可見(jiàn)隨著年齡的增長(zhǎng)，兒童這種使各關(guān)節(jié)角度處于適宜角度的能力越來(lái)越接近成年人，從而在蹬伸結(jié)束時(shí)各關(guān)節(jié)角度，保證膝關(guān)節(jié)沒(méi)有過(guò)分蹬伸，而是保持一定屈曲角度，更有利于下一步擺動(dòng)腿。

表6 各年齡段幼兒蹬伸瞬間關(guān)節(jié)角度時(shí)值(°)

2.2.4 騰空階段 表7經(jīng)檢驗(yàn)可以得出，相鄰年齡男(女)間髖、膝關(guān)節(jié)角度有明顯差異(P＜0.01)。隨著幼兒年齡的增加，髖關(guān)節(jié)差異越明顯，在空中屈膝折疊收腿的能力越強(qiáng)。因此，幼兒控制自己身體形態(tài)的能力也相應(yīng)增強(qiáng)，同齡男女之間沒(méi)有顯著差異(P＞0.05)。

幼兒在該階段跑步時(shí)沒(méi)有雙腳同時(shí)離地的騰空階段，由于擺動(dòng)時(shí)膝關(guān)節(jié)的屈曲能減小腿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，更容易使腿擺動(dòng)，而腿擺動(dòng)情況會(huì)直接影響到蹬地的效果。由此主要研究在騰空時(shí)，屈膝折疊的情況。大腿開(kāi)始前擺后小腿迅速向大腿做屈膝折疊，在蹬伸時(shí)相達(dá)到最大屈曲程度，由于擺動(dòng)時(shí)膝關(guān)節(jié)的屈曲能減小腿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，更容易使腿擺動(dòng)，而腿擺動(dòng)情況會(huì)直接影響到蹬地的效果［5］。

表7 各年齡段幼兒騰空收腿時(shí)關(guān)節(jié)角度時(shí)值(°)

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1)幼兒由于腿部力量和身體協(xié)調(diào)性的發(fā)育不足，導(dǎo)致從走向跑的學(xué)習(xí)存在一個(gè)過(guò)渡階段。

2)幼兒跑的過(guò)程中各階段時(shí)間沒(méi)有明顯的性別差異，同性別相鄰年齡間只有騰空時(shí)間有明顯差異，其他方面均無(wú)明顯差異。

3)幼兒著地運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與成人存在差異，由于幼兒下肢肌肉力量發(fā)育不足，主要表現(xiàn)在踝關(guān)節(jié)的緩沖不足，導(dǎo)致緩沖時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲角度過(guò)大。

4)幼兒在緩沖起始階段，蹬伸末段的關(guān)節(jié)角度4歲以后表現(xiàn)出接近成人的穩(wěn)定狀態(tài)。

5)幼兒在騰空階段，髖、膝關(guān)節(jié)有明顯隨年齡增大的趨勢(shì)，踝關(guān)節(jié)在4歲前5歲后有明顯變化差異。

6)幼兒在3至6歲這個(gè)年齡范圍內(nèi)，跑步時(shí)的下肢關(guān)節(jié)角度，時(shí)間與時(shí)值變化，沒(méi)有明顯的性別差異。

3.2 建議

根據(jù)本文中對(duì)3至6歲幼兒跑步步態(tài)的研究和分析以及得出的結(jié)論，建議家長(zhǎng)與老師還要根據(jù)幼兒的年齡特點(diǎn)，設(shè)計(jì)游戲情景，從而激發(fā)幼兒對(duì)跑步的興趣。家長(zhǎng)在幼兒的成長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，適當(dāng)給幼兒進(jìn)行增強(qiáng)下肢力量、平衡能力以及動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的練習(xí)。這有助于幼兒盡早完成從走向跑的過(guò)渡期，盡快學(xué)會(huì)跑步，使摔倒的幾率降低。同時(shí)，跑的學(xué)習(xí)也為以后完成跳、投及其他更復(fù)雜的活動(dòng)打下基礎(chǔ)，更好地鍛煉身體，提高幼兒的機(jī)能水平，增強(qiáng)幼兒的身體健康。

［1］李長(zhǎng)征，陶 建，張效恭，等．對(duì)幼兒運(yùn)動(dòng)潛力與早期體育的探討［J］．教育科學(xué)，1997(2):45．

［2］Naodoyaura Maki I，Tasu ukimura．Acquirement of stability and mobility infant gait［J］．Gait Posture，2002，16:69－77．

［3］王 新，鄭錫明．幼兒跑步能力差異性的生物力學(xué)分析［J］．沈陽(yáng)體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(4):81－83．

［4］錢(qián)競(jìng)光，宋雅偉，葉 強(qiáng)．步行動(dòng)作的生物力學(xué)原理及其步態(tài)分析［J］．南京體育學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006(4):1－7．

［5］左 莉，鄧 紅．影響幼兒走跑能力相關(guān)因素的分析［J］．蘭州學(xué)刊，2006(6):91．

［6］閆紅光，王 新．體育運(yùn)動(dòng)基本動(dòng)作原理與分析［M］．沈陽(yáng):沈陽(yáng)體育學(xué)院，2007．

Kinematic Analysis on Characteristics of Running Gait for 3 to 6 Years Old Children

LI Ke1，GUAN Xin2，JI Zhiguang3
(1.Department of Physical Education，Liaoning Health College of Vocational Technology，Shenyang 110101，Liaoning，China; 2.Department of Physical Education，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，Liaoning，China; 3.Graduate Department，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China)

The paper is to specify the running gait characteristics of 3 to 6 years old healthy children and to provide theoretical basis for the development of infants’movement and the promotion of their healthy growth．Through adopting 2D camera and video analytical method，running of 3 to 6 years old children was shot and then analyzed by group．Comparing the results from the angles of adjacent age and different gender of the same age，the results show that the element of gender has no significant influence on children’s running gait characteristics，but there is obvious difference within the children of the adjacent age group．There is difference in kinematic characteristics of touching ground between children and adults．In the beginning of children’s buffering phase，the joint angle of children four years older at the end of the kicking stroke is close to status of adults．There is an obvious trend that children’s hip，knee joint increases as the age grows during swing phase; there is obvious change in ankle joint before the age of four and after the age of five．

healthy children;running;gait analysis;kinematics

G804.4

A

1004－0560(2011)06－0099－04

2011-10-01;

2011-11-16

遼寧省自然科學(xué)基金課題，課題編號(hào)為20102210。

李 克(1963－)，女，副教授，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)解剖學(xué)。

責(zé)任編輯:喬艷春

?運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)