3歲至6歲幼兒跑步步態特征的運動學分析

李 克，關 欣，紀之光

(1.遼寧衛生職業技術學院體育教研室，遼寧沈陽 110101;2.沈陽農業大學體育教學部，遼寧沈陽 110866; 3.上海體育學院研究生部，上海 200438)

3歲至6歲幼兒跑步步態特征的運動學分析

李 克1，關 欣2，紀之光3

(1.遼寧衛生職業技術學院體育教研室，遼寧沈陽 110101;2.沈陽農業大學體育教學部，遼寧沈陽 110866; 3.上海體育學院研究生部，上海 200438)

為了闡明3歲至6歲健康兒童跑步步態特征，為幼兒動作發展過程和促進幼兒健康成長提供理論依據。采用二維攝像和錄像解析的方法，對3歲至6歲兒童跑步進行拍攝，然后進行分組分析，通過對相鄰年齡間比較以及同年齡不同性別比較發現，性別因素對幼兒的跑步步態特征影響不顯著，相鄰年齡組之間步態特征呈現顯著差異。幼兒著地運動學特征與成人存在差異，幼兒在緩沖起始階段，蹬伸末段的關節角度四歲以后表現出接近成人的穩定狀態。5幼兒在騰空階段，髖、膝關節有明顯隨年齡增大的趨勢，踝關節在四歲前五歲后有明顯變化差異。

健康幼兒;跑步;步態分析;運動學

跑步是幼兒在日常生活中最常見的基本動作之一，同時也是鍛煉幼兒身體的手段之一。跑的發展不僅影響兒童少年的運動能力，而且對他們未來體質的強弱、運動能力的高低都有著重要的影響。因此國內外體育科研和教學機構都把兒童不同時期跑的發展作為重要的研究課題［1－3］。

跑步運動可以促進幼兒骨骼肌肉神經生長，發展肌肉力量，幼兒通過跑步鍛煉可以提高身體的靈敏度和活動速度，鍛煉協調性和平衡性，可以提高耐力與心肺功能。運動是一個復雜的過程，它需要各系統的協調配合，主要是神經系統是否具備了調節的能力。幼兒都存在著運動能力的潛力，早期給予他們各種不同刺激和適當的訓練，有助于運動能力的提前出現和發展［1］。在幼兒剛剛學會跑步時，受肌肉力量發展情況、運動的協調性好壞和平衡能力的影響，將表現出不同的步態特征。本文從運動生物力學角度出發，利用影像分析方法，對幼兒步態進行技術分析，根據步態特征的差別，分析其影響原因，從而加強教學的科學性和針對性，進而提出改進意見，以便促進幼兒體格健康成長。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

實驗于2009年12月—2010年6月分別在沈陽某幼兒園進行了圖像采集，研究對象年齡為3～6歲，見表1。

1.2 研究方法

1.2.1 攝像測量法 采用二維攝像，使用一臺SONY攝像機(采樣頻率為50Hz)對3歲至6歲健康幼兒跑步的動作進行了側面的定點拍攝。拍攝完畢對影像進行視頻采集，并運用運動解析系統對采集的視頻進行分析。通過分析對跑步運動技術的結構組成、動作技術特征、運動效果以及影響因素進行探索研究。

表1 實驗對象分組情況

1.2.2 數理統計法 使用Excel建立原始數據庫資料，所有數據采用SPSS 17.0統計軟件處理，測試結果均用平均數±標準差(X±SD)表示，統計學分析采用獨立樣本t檢驗分析方法，P＜0.05有顯著性差異，P＜0.01有非常顯著性差異，P＞0.05無顯著性差異。

2 研究結果與分析

2.1 跑的運動技術生物力學分析

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

2.2 跑步的階段劃分

一般將跑步途中的一個單步分為三個階段、三個時相來分析。①緩沖階段:著地時相(擺動腿著地瞬間)到蹬伸時相(人體重心在支撐點垂線時刻)。②蹬伸階段:蹬伸時相到離地時相(支撐腿離地瞬時)。③騰空階段:離地時相到著地時相。

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

緩沖階段是由擺動腿著地瞬間到重心在支撐點垂線時刻，是在緩沖過程中由阻力變動力逐步加速的過程。幼兒緩沖階段比例較成人的大。由于幼兒下肢肌肉發育不完全，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、踝關節完成蹬伸動作，幼兒腿部力量小，蹬伸時不能完全做功，支撐腿著地時間較長，所以蹬伸階段占百分比較成年人大。同時騰空階段較成年人時間短。

表2 幼兒單步各階段所用時間及所占比列

2.2.2 緩沖階段 經分析相鄰年齡段幼兒著地緩沖過程各關節變化，發現膝關節角度變化差異顯著(P＜0.01)，其他關節差異不顯著，由此可知幼兒緩沖能力提高主要與改變膝關節角度有關。這可能是由于幼兒肌肉力量發展程度不夠和平衡能力不足，所以不能像成年人，主要用踝關節做負功完成緩沖，膝關節主要是通過股四頭肌退讓性工作的加固作用，承擔身體的基本重力，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節角度變化大。隨著年齡增長，肌肉力量、協調能力提高，各關節角度變化都在增加。同時跑步時身體的前傾角也增大，這與整個運動的協調能力提高有關。

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節的角度，隨著年齡增長髖、踝關節角度相應增加。經分析相鄰年齡幼兒髖關節有顯著差異(P＜0.01)，踝、膝關節角度變化4歲以后隨年齡的增長無明顯差異(P＞0.05)，接近成年人在著地瞬間膝、踝關節并沒有伸至最大，而是為了后續的蹬伸做準備，留有蹬伸的空間，從而在蹬伸時獲得更大反作用力的能力。

在緩沖過程中，踝關節的活動是由小腿三頭肌肌健等的彈性變形與復原完成的，就要求踝關節的肌腱有非常好的彈性和強度，強度大在蹬伸階段可支撐住髖膝關節肌肉的蹬伸力［4］。幼兒的這種能力較弱，隨著年齡增長彈性越好，在緩沖階段可儲存的能量更多，緩沖的能力越強。

表4 各年齡段幼兒著地瞬間關節角度時值(°)

2.2.3 蹬伸階段

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

在腿蹬伸離地時，髖、膝、踝關節依次伸展，在完成蹬伸動作時，隨著年齡的增加各關節角度變化增大，其中膝關節變化最明顯，關節角度變化越大，做更多功，為以后的騰空提供更多動力。

跑步時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，同時盡可能減少垂直方向分速度的增加，通過改變身體姿態可以實現，幼兒隨著年齡增長，這種調整的能力沒有明顯變化。

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，幼兒在在蹬伸結束時的髖、踝、膝(4歲后)關節角度沒有明顯差異(P＞0.05)，同年齡男女之間的各關節無顯著差異(P＞0.05)。由于膝關節從165°伸展到180°時，膝關節與髖關節之間的距離非但沒有增加，反而縮短了8mm。這是由于股骨關節面向股骨關節面曲率半徑大的那一部分滑動的原因［4］。由此膝關節蹬伸結束時的角度隨年齡的變化不大。同時可見隨著年齡的增長，兒童這種使各關節角度處于適宜角度的能力越來越接近成年人，從而在蹬伸結束時各關節角度，保證膝關節沒有過分蹬伸，而是保持一定屈曲角度，更有利于下一步擺動腿。

表6 各年齡段幼兒蹬伸瞬間關節角度時值(°)

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

幼兒在該階段跑步時沒有雙腳同時離地的騰空階段，由于擺動時膝關節的屈曲能減小腿的轉動慣量，更容易使腿擺動，而腿擺動情況會直接影響到蹬地的效果。由此主要研究在騰空時，屈膝折疊的情況。大腿開始前擺后小腿迅速向大腿做屈膝折疊，在蹬伸時相達到最大屈曲程度，由于擺動時膝關節的屈曲能減小腿的轉動慣量，更容易使腿擺動，而腿擺動情況會直接影響到蹬地的效果［5］。

表7 各年齡段幼兒騰空收腿時關節角度時值(°)

3 結論與建議

3.1 結論

1)幼兒由于腿部力量和身體協調性的發育不足，導致從走向跑的學習存在一個過渡階段。

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

3)幼兒著地運動學特征與成人存在差異，由于幼兒下肢肌肉力量發育不足，主要表現在踝關節的緩沖不足，導致緩沖時膝關節屈曲角度過大。

4)幼兒在緩沖起始階段，蹬伸末段的關節角度4歲以后表現出接近成人的穩定狀態。

5)幼兒在騰空階段，髖、膝關節有明顯隨年齡增大的趨勢，踝關節在4歲前5歲后有明顯變化差異。

6)幼兒在3至6歲這個年齡范圍內，跑步時的下肢關節角度，時間與時值變化，沒有明顯的性別差異。

3.2 建議

根據本文中對3至6歲幼兒跑步步態的研究和分析以及得出的結論，建議家長與老師還要根據幼兒的年齡特點，設計游戲情景，從而激發幼兒對跑步的興趣。家長在幼兒的成長發育過程中，適當給幼兒進行增強下肢力量、平衡能力以及動作協調能力的練習。這有助于幼兒盡早完成從走向跑的過渡期，盡快學會跑步，使摔倒的幾率降低。同時，跑的學習也為以后完成跳、投及其他更復雜的活動打下基礎，更好地鍛煉身體，提高幼兒的機能水平，增強幼兒的身體健康。

［1］李長征，陶 建，張效恭，等．對幼兒運動潛力與早期體育的探討［J］．教育科學，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分析［J］．沈陽體育學院學報，2010(4):81－83．

［4］錢競光，宋雅偉，葉 強．步行動作的生物力學原理及其步態分析［J］．南京體育學院學報(自然科學版)，2006(4):1－7．

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

［6］閆紅光，王 新．體育運動基本動作原理與分析［M］．沈陽:沈陽體育學院，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

遼寧省自然科學基金課題，課題編號為20102210。

李 克(1963－)，女，副教授，主要研究方向為運動解剖學。

責任編輯:喬艷春

?運動人體科學