基于Anybody仿真的3-6岁幼儿跑的动作发展研究

【作者】 赵盼超； 纪仲秋； 姜桂萍； 文蕊香； 李嘉慧；

【机构】 北京师范大学；

【摘要】 研究目的:本文运用生物力学方法同步采集3-6岁幼儿跑动作的运动学、动力学数据,并进行仿真建模分析。比较不同年龄段男生和女生完成动作时跑步时间参数、关节角度、和下肢肌肉力量指标的差异。探究3-6岁幼儿走和跑动作的运动规律,为建立中国幼儿步态参数和跑步特征参数提供参考。了解不同年龄的幼儿关节和肌肉发育的异同,为幼儿园教师和家长提出如何指导幼儿进行良好运动的建议。研究方法:(1)文献资料法:通过查阅中国期刊网数据库(CNKI)、中国硕、博士学位论文数据库、北京师范大学图书馆检索国内外相关文献,并对其整理分析。(2)实验法:在北京市某公立幼儿园随机选择3-6岁健康幼儿63名,分别进行跑的运动,采用BTS红外动作捕捉系统、Kistler三维测力台和VIXTA录像解析系统同步采集运动学、动力学数据。采用SMART Analyzer软件画模板进行关节角度的分析。运用Anybody 5.2仿真建模软件计算出下肢肌肉力量指标。(3)数理统计法:采用SPSS 19.0对实验数据进行分析处理。计算各指标的平均值和标准差;各年龄段和阶段之间多重比较采用LSD法进行检验,。以P<0.05表示差异有统计学意义。采用K-均值聚类分析的方法,按踝关节最大肌肉应力值发力顺序将每个年龄段划分成两个簇组。研究结果:(1)3-6岁幼儿随年龄的增大,跑步周期时间增加,支撑相百分比减小,摆动相百分比增大,摆动期时间增加,并具有显著性差异(P<0.01)。幼儿各年龄段关节角度和关节活动范围不具有显著性的差异。随年龄增长,膝关节内收-外展、屈曲-伸展的活动范围逐渐增大。5岁组儿童的踝关节背屈-跖屈、髋关节内收-外展角度表现出较大的活动范围,呈现随年龄变化的趋势。(2)内外侧腓肠肌肌力3岁组与较大的两个年龄组幼儿具有非常显著性差异(P<0.01),呈现随年龄增大而减小的趋势。缝匠肌肌力4岁组最大,与3岁组具有非常显著性差异(P<0.01)。臀大肌肌力3岁组最大,与4岁组具有显著性差异(P<0.05),与5岁组具有非常显著性差异(P<0.01)。随年龄增长肌力呈现增大趋势的肌肉有:腓骨长肌、趾长伸肌、拇长伸肌、第三腓骨肌和臀小肌后束。随年龄增长呈现减小趋势的肌肉有:外侧腓肠肌、内侧腓肠肌、比目鱼肌和臀大肌上束。(3)按照踝关节肌肉最大值排序顺序将3个年龄组各分成两组,3岁组和4岁组除胫骨前肌外,其他肌肉肌力两类之间具有非常显著性差异,5岁组除内侧腓肠肌外,其他肌肉力两类之间具有非常显著性差异(P<0.01)。(4)3岁组两类之间髋屈伸和踝屈伸角度变化范围具有显著性差异(P<0.05)。4岁组两类之间的膝内收外展最大角度与最小角度具有显著性差异(P<0.05)。5岁组两类之间的支撑相和摆动相具有显著性差异(P<0.05),踝关节最大和最小屈伸角度两类之间具有显著性差异(P<0.05),膝内收外展最大角度两类具有显著性差异(P<0.05)。研究结论:(1)幼儿与成人缓冲模式存在差异,3-6岁幼儿踝关节尚未成熟,多依赖膝关节角度变化进行缓冲。在髋关节屈伸上,4岁组儿童体现出最大的角度变化范围,提示年龄不是动作成熟唯一的划分标准。(2)在动态条件下,3-6岁儿童跑步支撑期间,比目鱼肌呈现最大肌肉力值,内外侧腓肠肌、腓骨长肌、腓骨短肌、拇长屈肌、趾长屈肌呈现出较大的肌肉力值。踝肌跖屈、背屈肌发展差异性较大,在幼儿的体育课程中,应该增加专门发展踝关节背屈肌动作的针对性训练内容。(3)膝关节肌群中股外侧肌上束呈现最大肌肉力值,股二头肌、股中间肌、股直肌呈现较大肌肉力值。膝关节屈伸肌群肌力发展较均衡。(4)K均值聚类结果说明,相同年龄组内有不同的动作发展类型,分别体现在跑步的时空参数方面,年龄不是唯一的分组标准,也不是最合理的分组标准,为今后的研究提供新思路。更多还原