3岁至6岁幼儿跑步步态特征的运动学分析

李 克，关 欣，纪之光

(1.辽宁卫生职业技术学院体育教研室，辽宁沈阳 110101;2.沈阳农业大学体育教学部，辽宁沈阳 110866; 3.上海体育学院研究生部，上海 200438)

3岁至6岁幼儿跑步步态特征的运动学分析

李 克1，关 欣2，纪之光3

(1.辽宁卫生职业技术学院体育教研室，辽宁沈阳 110101;2.沈阳农业大学体育教学部，辽宁沈阳 110866; 3.上海体育学院研究生部，上海 200438)

为了阐明3岁至6岁健康儿童跑步步态特征，为幼儿动作发展过程和促进幼儿健康成长提供理论依据。采用二维摄像和录像解析的方法，对3岁至6岁儿童跑步进行拍摄，然后进行分组分析，通过对相邻年龄间比较以及同年龄不同性别比较发现，性别因素对幼儿的跑步步态特征影响不显著，相邻年龄组之间步态特征呈现显著差异。幼儿着地运动学特征与成人存在差异，幼儿在缓冲起始阶段，蹬伸末段的关节角度四岁以后表现出接近成人的稳定状态。5幼儿在腾空阶段，髋、膝关节有明显随年龄增大的趋势，踝关节在四岁前五岁后有明显变化差异。

健康幼儿;跑步;步态分析;运动学

跑步是幼儿在日常生活中最常见的基本动作之一，同时也是锻炼幼儿身体的手段之一。跑的发展不仅影响儿童少年的运动能力，而且对他们未来体质的强弱、运动能力的高低都有着重要的影响。因此国内外体育科研和教学机构都把儿童不同时期跑的发展作为重要的研究课题［1－3］。

跑步运动可以促进幼儿骨骼肌肉神经生长，发展肌肉力量，幼儿通过跑步锻炼可以提高身体的灵敏度和活动速度，锻炼协调性和平衡性，可以提高耐力与心肺功能。运动是一个复杂的过程，它需要各系统的协调配合，主要是神经系统是否具备了调节的能力。幼儿都存在着运动能力的潜力，早期给予他们各种不同刺激和适当的训练，有助于运动能力的提前出现和发展［1］。在幼儿刚刚学会跑步时，受肌肉力量发展情况、运动的协调性好坏和平衡能力的影响，将表现出不同的步态特征。本文从运动生物力学角度出发，利用影像分析方法，对幼儿步态进行技术分析，根据步态特征的差别，分析其影响原因，从而加强教学的科学性和针对性，进而提出改进意见，以便促进幼儿体格健康成长。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

实验于2009年12月—2010年6月分别在沈阳某幼儿园进行了图像采集，研究对象年龄为3～6岁，见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 摄像测量法 采用二维摄像，使用一台SONY摄像机(采样频率为50Hz)对3岁至6岁健康幼儿跑步的动作进行了侧面的定点拍摄。拍摄完毕对影像进行视频采集，并运用运动解析系统对采集的视频进行分析。通过分析对跑步运动技术的结构组成、动作技术特征、运动效果以及影响因素进行探索研究。

表1 实验对象分组情况

1.2.2 数理统计法 使用Excel建立原始数据库资料，所有数据采用SPSS 17.0统计软件处理，测试结果均用平均数±标准差(X±SD)表示，统计学分析采用独立样本t检验分析方法，P＜0.05有显著性差异，P＜0.01有非常显著性差异，P＞0.05无显著性差异。

2 研究结果与分析

2.1 跑的运动技术生物力学分析

跑是人类活动的基本动作之一，是很多体育项目的基础。跑步是全身大部分肌肉、骨骼和关节参与的位移动作模式，主要包括手臂的摆动和下肢交替迈步等多个局部动作。如果将体育运动的动作分为周期性和非周期性两大类，跑是周期性运动动作，即人体下肢双腿做蹬摆运动，摆动腿快速前摆，支撑腿蹬伸获得人体移动的动力，支撑腿离地后进入腾空阶段，腾空结束摆动腿着地后进入支撑缓冲，再后蹬离地，而上肢一直是配合下肢做屈臂前后摆动，如此往返下去，使人体产生位移［2］。不同时期的幼儿由于肌肉力量的不同，在跑步过程中表现出不同的步态特征。

2.2 跑步的阶段划分

一般将跑步途中的一个单步分为三个阶段、三个时相来分析。①缓冲阶段:着地时相(摆动腿着地瞬间)到蹬伸时相(人体重心在支撑点垂线时刻)。②蹬伸阶段:蹬伸时相到离地时相(支撑腿离地瞬时)。③腾空阶段:离地时相到着地时相。

2.2.1 单步各阶段所用时间 由表2可以看出，在同性别相邻年龄各单步阶段所用时间分析可得，除了腾空阶段有显著差异外(P＜0.05)，其他阶段均无显著差异。同年龄不同性别所用各阶段时间都无明显差异。

缓冲阶段是由摆动腿着地瞬间到重心在支撑点垂线时刻，是在缓冲过程中由阻力变动力逐步加速的过程。幼儿缓冲阶段比例较成人的大。由于幼儿下肢肌肉发育不完全，肌肉退让性功能弱，控制能力差，不能完全利用缓冲阶段为蹬伸阶段做功。蹬伸阶段是到支撑腿离地瞬间，下肢的膝、踝关节完成蹬伸动作，幼儿腿部力量小，蹬伸时不能完全做功，支撑腿着地时间较长，所以蹬伸阶段占百分比较成年人大。同时腾空阶段较成年人时间短。

表2 幼儿单步各阶段所用时间及所占比列

2.2.2 缓冲阶段 经分析相邻年龄段幼儿着地缓冲过程各关节变化，发现膝关节角度变化差异显著(P＜0.01)，其他关节差异不显著，由此可知幼儿缓冲能力提高主要与改变膝关节角度有关。这可能是由于幼儿肌肉力量发展程度不够和平衡能力不足，所以不能像成年人，主要用踝关节做负功完成缓冲，膝关节主要是通过股四头肌退让性工作的加固作用，承担身体的基本重力，并保证支撑腿的刚性支撑，以有利于力的有效传递［3］。这一特征在男女间差异不显著(P＞0.05)。

由表3可以看出年龄较大的幼儿比年龄较小的幼儿在缓冲阶段各关节角度变化大。随着年龄增长，肌肉力量、协调能力提高，各关节角度变化都在增加。同时跑步时身体的前倾角也增大，这与整个运动的协调能力提高有关。

表3 缓冲阶段各年龄段幼儿角度变化(°)

由表4可以看出在幼儿着地瞬间各关节的角度，随着年龄增长髋、踝关节角度相应增加。经分析相邻年龄幼儿髋关节有显著差异(P＜0.01)，踝、膝关节角度变化4岁以后随年龄的增长无明显差异(P＞0.05)，接近成年人在着地瞬间膝、踝关节并没有伸至最大，而是为了后续的蹬伸做准备，留有蹬伸的空间，从而在蹬伸时获得更大反作用力的能力。

在缓冲过程中，踝关节的活动是由小腿三头肌肌健等的弹性变形与复原完成的，就要求踝关节的肌腱有非常好的弹性和强度，强度大在蹬伸阶段可支撑住髋膝关节肌肉的蹬伸力［4］。幼儿的这种能力较弱，随着年龄增长弹性越好，在缓冲阶段可储存的能量更多，缓冲的能力越强。

表4 各年龄段幼儿着地瞬间关节角度时值(°)

2.2.3 蹬伸阶段

由表5可以看出，幼儿在蹬伸过程中各关节变化随年龄增加而增加，分析相邻年龄幼儿膝关节关节变化都有显著差异(P＜0.05)。髋、踝关节与躯干角变化没有显著差异(P＞0.05)。不同性别同年龄间无显著差异(P＞0.05)。

在腿蹬伸离地时，髋、膝、踝关节依次伸展，在完成蹬伸动作时，随着年龄的增加各关节角度变化增大，其中膝关节变化最明显，关节角度变化越大，做更多功，为以后的腾空提供更多动力。

跑步时的蹬伸主要目的是为了尽可能减少水平方向分速度的损失，同时尽可能减少垂直方向分速度的增加，通过改变身体姿态可以实现，幼儿随着年龄增长，这种调整的能力没有明显变化。

表5 蹬伸阶段各年龄段幼儿角度变化(°)

由表6可以看出，随着年龄增长，幼儿在在蹬伸结束时的髋、踝、膝(4岁后)关节角度没有明显差异(P＞0.05)，同年龄男女之间的各关节无显著差异(P＞0.05)。由于膝关节从165°伸展到180°时，膝关节与髋关节之间的距离非但没有增加，反而缩短了8mm。这是由于股骨关节面向股骨关节面曲率半径大的那一部分滑动的原因［4］。由此膝关节蹬伸结束时的角度随年龄的变化不大。同时可见随着年龄的增长，儿童这种使各关节角度处于适宜角度的能力越来越接近成年人，从而在蹬伸结束时各关节角度，保证膝关节没有过分蹬伸，而是保持一定屈曲角度，更有利于下一步摆动腿。

表6 各年龄段幼儿蹬伸瞬间关节角度时值(°)

2.2.4 腾空阶段 表7经检验可以得出，相邻年龄男(女)间髋、膝关节角度有明显差异(P＜0.01)。随着幼儿年龄的增加，髋关节差异越明显，在空中屈膝折叠收腿的能力越强。因此，幼儿控制自己身体形态的能力也相应增强，同龄男女之间没有显著差异(P＞0.05)。

幼儿在该阶段跑步时没有双脚同时离地的腾空阶段，由于摆动时膝关节的屈曲能减小腿的转动惯量，更容易使腿摆动，而腿摆动情况会直接影响到蹬地的效果。由此主要研究在腾空时，屈膝折叠的情况。大腿开始前摆后小腿迅速向大腿做屈膝折叠，在蹬伸时相达到最大屈曲程度，由于摆动时膝关节的屈曲能减小腿的转动惯量，更容易使腿摆动，而腿摆动情况会直接影响到蹬地的效果［5］。

表7 各年龄段幼儿腾空收腿时关节角度时值(°)

3 结论与建议

3.1 结论

1)幼儿由于腿部力量和身体协调性的发育不足，导致从走向跑的学习存在一个过渡阶段。

2)幼儿跑的过程中各阶段时间没有明显的性别差异，同性别相邻年龄间只有腾空时间有明显差异，其他方面均无明显差异。

3)幼儿着地运动学特征与成人存在差异，由于幼儿下肢肌肉力量发育不足，主要表现在踝关节的缓冲不足，导致缓冲时膝关节屈曲角度过大。

4)幼儿在缓冲起始阶段，蹬伸末段的关节角度4岁以后表现出接近成人的稳定状态。

5)幼儿在腾空阶段，髋、膝关节有明显随年龄增大的趋势，踝关节在4岁前5岁后有明显变化差异。

6)幼儿在3至6岁这个年龄范围内，跑步时的下肢关节角度，时间与时值变化，没有明显的性别差异。

3.2 建议

根据本文中对3至6岁幼儿跑步步态的研究和分析以及得出的结论，建议家长与老师还要根据幼儿的年龄特点，设计游戏情景，从而激发幼儿对跑步的兴趣。家长在幼儿的成长发育过程中，适当给幼儿进行增强下肢力量、平衡能力以及动作协调能力的练习。这有助于幼儿尽早完成从走向跑的过渡期，尽快学会跑步，使摔倒的几率降低。同时，跑的学习也为以后完成跳、投及其他更复杂的活动打下基础，更好地锻炼身体，提高幼儿的机能水平，增强幼儿的身体健康。

［1］李长征，陶 建，张效恭，等．对幼儿运动潜力与早期体育的探讨［J］．教育科学，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，郑锡明．幼儿跑步能力差异性的生物力学分析［J］．沈阳体育学院学报，2010(4):81－83．

［4］钱竞光，宋雅伟，叶 强．步行动作的生物力学原理及其步态分析［J］．南京体育学院学报(自然科学版)，2006(4):1－7．

［5］左 莉，邓 红．影响幼儿走跑能力相关因素的分析［J］．兰州学刊，2006(6):91．

［6］闫红光，王 新．体育运动基本动作原理与分析［M］．沈阳:沈阳体育学院，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

辽宁省自然科学基金课题，课题编号为20102210。

李 克(1963－)，女，副教授，主要研究方向为运动解剖学。

责任编辑:乔艳春

◂运动人体科学