健康幼儿投掷能力发展的运动学分析

关 欣，王 新，魏 国，谢艳春

(1.沈阳农业大学，辽宁沈阳110866;2.沈阳体育学院，辽宁 沈阳110102)

幼儿运动能力发展受其神经发育和身体素质发展影响，并随月龄的增长呈现一定的规律性。幼儿从爬、行走、跑步到跳跃，四肢的运动越来越协调，不同年龄大动作的发展也具有不同的特征［1－4］。投掷对于幼儿来讲是一个很难的动作，需要全身很多部分协调一致的共同参与，并在复杂的生物力学原理支配下，将肌肉收缩产生的力量传递于物体，才能把物体投掷出去。投掷能力对幼儿在日常生活、劳动、体育活动中具有很大的实用价值。能够熟练掌握投掷动作对于儿童积极参与体育活动是非常重要的。要想增加投掷距离，幼儿需要掌握一定的投掷要领。投掷能力的增长是幼儿神经发育以及上肢肌肉力量和协调性发展的表现［5－7］。因此观察监测幼儿的投掷动作特征，探讨及其运动发展规律对幼儿上肢肌肉力量训练有着重要的意义。迄今为止，国内对投掷类动作的探索大多是以提高竞技运动的成绩为目的的调查研究，例如铅球、链球和标枪等比赛项目。此外针对普通健康幼儿投掷能力的发展研究又多以游戏对幼儿价值的研究为主。从运动生物力学角度来定量监测幼儿投掷的动作结构和各阶段的各关节角度变化特征的研究很少。因此从运动生物力学角度出发，利用影像分析方法，对幼儿投掷动作进行技术分析，研究不同年龄段、不同性别在投掷过程的肢体动作特征及发展规律。为科学评价幼儿的成长水平奠定基础，为发展幼儿投掷能力提供正确的指导方向及有效的训练参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

对沈阳东湖幼儿园、省委幼儿园、蒙特梭利早教中心2～6岁幼儿的网球投掷动作进行测试。样本数量见表1。

1.2 研究方法

对幼儿网球投掷动作进行正面和侧面的拍摄，摄像机采用沈阳体育学院冬季运动项目技术诊断与机能评定重点实验室二台sony摄像机(采样频率为50Hz)。两台摄像机主光轴夹角接近90°，两台摄像机高度均为0.8m，选用长宽各1米标尺作为比例尺进行摄像机标定，标定误差＜0.5mm。运用DVracker运动解析系统对视频进行解析。总计21个跟踪点，选取松井秀治15环节人体模型。采用五点平滑法进行数据处理。采用SPSS 13.0统计学软件包处理数据，数据用(±s)表示，两组间比较用独立样本t检验，P＜0.05为差异具有显著性意义，P＜0.01为差异非常显著。

表1 样本数量

2 研究结果与分析

2.1 投掷动作技术分析

投掷是体育活动中常见的基本动作技能之一，需要身体上肢、躯干和下肢的协调一致的配合完成。一个标准的投掷动作可以分为开始姿势、旋转引臂、最后用力和缓冲四个阶段［8－10］。开始姿势阶段:握球手的手指自然分开，把球放在食指、中指和无名指的指根上，大拇指和小指支撑在球的两侧，以防止球的滑动和便于控制出球的方向。掌心不触球。握好球后，身体左侧对投掷方向，两脚左右开立比肩稍宽，左脚尖指向斜前方并与右脚弓在一直线上。

旋转引臂阶段:右膝弯曲，躯干和肩带向右倾斜扭转，重心落在右腿上;左臂微屈于胸前，使球的垂直线离开右脚外侧，以加长用力距离和拉紧左侧肌肉最后用力阶段:右脚迅速用力蹬地，脚跟提起，右膝内转，右髋前送，使上体向左侧抬起，朝着投掷方向转动。当身体左侧接近地面垂直一刹那，以左肩为轴，右腿迅速伸直，身体转向投掷方向，挺胸、抬头，右肩用力向前送，右臂迅速伸直将球向前上方约40°～42°左右推出。球离手时手腕要用力，并用手指拨球。与推球的同时，左腿用力向上蹬直，以增加铅球向前和向上的力量。

缓冲阶段:球出手后，右腿迅速与左脚交换，左腿后举，降低身体重心，缓冲向前的力量，以维持身体的平衡。

但幼儿由于身体发育还不够完善，肌肉力量和身体的协调性较差，且没有经过专业的技术训练，所以采取的是自然投掷方式，开始姿势并不标准只是双脚相平站立，而且在整个过程中躯干的旋转和最后的缓冲并不十分明显甚至基本没有，所以此次研究的主要内容是幼儿在投掷时的引臂和最后用力阶段各关节角度及其发展规律，并探究幼儿中转体出现的情况及动作完成所需时间。

2.2 投掷动作的生物力学分析

从表2可见，通过对同一年龄段不同性别的幼儿的数据进行统计学分析，不同性别之间的各个阶段的各个角度没有明显差异。在对不同年龄段幼儿的数据进行对比分析时，可知腕关节的角度的数据的差值很小，无统计学意义，而肘关节和肩关节的差别较大，有统计学意义，故本文主要研究投掷过程中不同年龄段幼儿引臂和最后用力这两阶段中肩关节和肘关节的变化情况，及最后用力时腕关节角度和投掷所需时间在不同年龄段的特征和区别。

2.2.1 引臂阶段肩、肘关节角度变化情况 从表2可见，3～4岁幼儿引臂时肩关节角度和肘关节角度在年龄上均没有明显的差异。此时的幼儿还没有学会支配上肢做向后引臂的动作。4～5岁幼儿引臂时肩关节角度和肘关节角度开始出现显著性差异即肩关节角度明显变大。幼儿在5岁左右肩关节伸展角度呈现出性别差异，肘关节角度变化不具有性别差异。由此可见，随着年龄的增长幼儿引臂时肩关节和肘关节角度逐渐变大，且年龄段越大肩关节角度增加得越明显。这是幼儿上肢关节运动能力增强的表现，开始采用拉大关节角度，做向后的引臂动作。同时随着年龄的增长，女孩子的引臂动作做得更为明显，这是随着年龄的增长，女孩在动作的柔韧性上要强于男孩，但力量弱于男孩的一种调整表现。引臂时肩关节和肘关节角度伸展越大，可使用力时的工作距离增大，此时参与做功的肌肉拉得越长，产生的弹性势能也就越大，在最后用力时释放出来，可增大肌肉对物体所做的功，从而增大物体出手的速度［9］。这是男孩子在投掷能力随着月龄的增加强于女孩的原因之一。

表2 不同年龄段幼儿引臂结束时肩关节和肘关节角度

2.2.2 最后用力阶段肩、肘关节角度变化情况 从表3可见，3～4岁幼儿间最后用力时肩关节角度和肘关节角度均没有明显的差异。4～5岁幼儿间最后用力肩关节角度和肘关节角度开始出现显著性差异即肩关节角度明显变大。经分析可知随着年龄的增长引臂时肩关节和肘关节角度逐渐变大，且年龄段越大肩关节角度增加得越明显。这是身体逐渐成熟机能逐渐完善的体现，最后用力时肩关节和肘关节角度伸展得越大，可使物体更加远离身体，增加投掷的距离［10］，此外也可增加肌肉对物体产生力的作用时间，增大物体出手时的动能。

2.2.3 物体出手时的腕关节角度 对表4中数据进行分析可知:在物体出手的瞬间，幼儿的腕关节是明显小于180°的。说明在将物体抛出时，幼儿会无意识地屈腕将物体下扣，这样会使物体抛出时的高度降低，缩短在空中的飞行时间，从而使物体的抛出距离减短。从不同年龄段的数据可看出随年龄的增长这种屈腕的程度在逐渐减小，抛出物体时的动作趋于完善，使物体的抛出距离可随之增加。

表3 不同年龄段幼儿最后用力时肩关节和肘关节的角度

表4 物体出手时的腕关节角度

2.2.4 投掷完成所需时间 对表5中数据进行分析可知:投掷完成所需的时间具有随年龄的增长而减小的趋势。因被拉长的肌肉具有随着时间的延长其弹性形变的能力下降的现象即肌肉的松弛效应。因此在引臂时肌肉被拉伸后，其张力会随时间的延长而下降，故时间越短，肌肉产生的弹性势能利用率也就越高;反之，则能量损耗增加，弹性势能的利用率也就会随之降低［10］。所以所用时间的缩短也是动作完善的表现，也是身体协调性提高的表现。

表5 投掷完成所需得时间

2.2.5 转体动作发展情况 从表6可见，幼儿在3岁及以前投掷过程中没有转体动作，从4岁开始出现即有了“侧向投掷”动作特征即躯干的转体动作，躯干的后倾旋转加大最后用力的工作距离，增加身体对物体所做的功;同时躯干的旋转还可使腰部肌肉拉伸产生弹性势能，最后用力时将其释放一同作用于物体，加大物体出手时的动能。从表5中还可看出随年龄增长有转体动作的幼儿比例增大。在4岁左右时有转体动作中的男女比例相差不大，但从5岁开始男生所占比例要明显高于女生。这种差异也是男孩投掷距离远于女孩的主要原因之一。因为扭转可以加大身体将下肢力量传递给上肢的效果，增加出手投掷力量，进而增加远度。

表6 不同年龄段出现转体人数百分比

2.3 幼儿投掷远度变化情况

从表7的研究结果可见，随着月龄的增加，幼儿网球投掷远度有了明显的增加，3岁以后男孩网球投掷远度明显强于女孩，而且随着年龄的增加远度增加得更加明显，说明在投掷技能的发展程度上男孩优于女孩。

表7 幼儿网球掷远测试结果(m)

3 结论

1)2～6岁幼儿在投掷动作发展中男女在投掷远度上性别差异逐渐明显。

2)随着年龄的增长幼儿引臂和最后用力时肩、肘关节角度均有逐渐变大的趋势，4岁以后关节角度增加得愈加明显。

3)物体出手瞬间幼儿有明显的屈腕动作，但随年龄的增长这种屈腕的程度在逐渐减小。这种改变可使物体抛出时出手角度更合理，增加抛出远度。

4)幼儿在3岁以前投掷过程中没有转体动作，从4岁开始出现“侧向投掷”动作特征。躯干的后倾旋转加大最后用力的工作距离，进而增加投掷远度。在4岁左右时有转体动作中的男女比例相差不大，但从5岁开始男生所占比例要明显高于女生。

5)随着年龄的增长幼儿投掷所需时间逐渐减短，能够更有效地将肌肉的弹性势能转换为物体的动能。

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