云手動作的運動學分析與體育教學啟示

韋偉南，周 娟，楊 震，蔡 菊，李曉鵬

太極拳集中國傳統(tǒng)文化的哲學理念、中醫(yī)理念、技擊原理為一體，并且具有強身健體、延年益壽、競賽觀賞等功能。[1]國內各大高校也紛紛將其設置為選修或必修大學體育課程，結合當代大學生體質健康水平下降的現(xiàn)象，“練好、練對”太極拳對大學生身體健康與精神面貌有著不可忽視的作用。但在高校開展太極拳教學活動過程中，時常會收到學生反饋訓練后出現(xiàn)膝關節(jié)疼痛癥狀。例如許桂芝等[2]對1302名的大學生進行調查，發(fā)現(xiàn)練習一次24式太極拳出現(xiàn)膝關節(jié)達60.14%、練習次數(shù)越多膝關節(jié)疼痛率越高和膝關節(jié)屈膝角度越大疼痛率越高。趙雙印等[3]對219名練習太極拳的大學生調查，發(fā)現(xiàn)錯誤太極拳動作會導致髕骨、膝關節(jié)韌帶損傷。因為膝關節(jié)是太極拳運動承上啟下的重要關節(jié)，一旦出現(xiàn)錯誤動作后，若無法及時糾正就可能造成膝關節(jié)損傷。

云手動作是太極拳技術動作的“母勢”，亦是太極拳運動必練習的基本功，同時能充分展示太極拳“虛實轉換、含胸拔背、節(jié)節(jié)貫穿”等拳理。因此，本文運用Vican三維運動捕捉系統(tǒng)對高校大學生云手動作的下肢關節(jié)進行分組對比，旨在提高師生對太極拳云手動作的認識，實現(xiàn)規(guī)范化練習云手動作的教學目標。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

招募5名太極拳國家二級運動員以上的學生作為專業(yè)組；招募10名太極拳選修課出現(xiàn)膝關節(jié)疼痛的學生為初學組?；拘畔⑷纾ū?）所示。

表1 受試者基本信息表

1.2 研究方法

1.2.1 實驗法

（1）實驗設備：Vicon三維運動光學捕捉系統(tǒng)（英國）。

（2）實驗流程：①采集受試者的形態(tài)學數(shù)據，并輸入Vicon Nexus軟件；②給受試者粘貼Mark骨性標志點（圖一）；③采集靜態(tài)運動學數(shù)據；④采集云手動作5次；⑤檢查數(shù)據采集情況⑥更換受試者，重復該流程，直至測試結束。具體見（圖二）。

圖一 39個Mark骨性標志點

（3）數(shù)據處理：運用Origin2019進行插值處理；運用Spss26進行獨立樣本t檢驗，統(tǒng)計結果以“均值+標準差”表示。

（4）對比指標：髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)的三維運動數(shù)據。

圖二 實驗流程圖

2 結果與分析

2.1 云手動作階段劃分

定步云手動作具有左右對稱的運動特征，以手部動作為基點，采集完整周期的左右云手動作（如圖三所示），并劃分為起始階段（圖①）、過度階段（圖②）和結束階段（圖③），且過度階段分為右移和左移。

圖三 云手動作階段劃分

2.2 云手動作髖關節(jié)運動學分析

由（圖四）云手動作髖關節(jié)的三維運動均值曲線可以看出：1.矢狀面上，專業(yè)組與初學組的左、右髖運動均值曲線變化情況基本一致，均是以左髖關節(jié)由“屈曲→伸展→屈曲”和右髖關節(jié)由“伸展→屈曲→伸展”。2.冠狀面上，專業(yè)組的左、右髖關節(jié)均呈現(xiàn)“外展→內收→外展→內收”的曲線軌跡，初學組的左髖關節(jié)呈“外展→內收”的變化，右髖關節(jié)與之相反。3.水平面上，專業(yè)組和初學組的左髖關節(jié)運動均值曲線均是呈“外旋→內旋→外旋”變化，而兩組的右髖關節(jié)呈反向變化，但專業(yè)組的髖關節(jié)以外旋為主，而初學組以內旋為主。

圖四 髖關節(jié)三維角度變化均值曲線對比圖

據（表2）兩組髖關節(jié)三維關節(jié)活動范圍比較可得知：專業(yè)組與初學組在矢狀面的左、右髖關節(jié)活動范圍不具顯著性差異（P＞0.05）；兩組在冠狀面的左、右髖關節(jié)均存在顯著性差異（P＞0.05）；而兩組在水平面上，左髖具有顯著性差異、右髖不具有顯著性差異。

表2 髖關節(jié)三維關節(jié)活動范圍比較

2.3 云手動作膝關節(jié)運動學分析

由（圖五）云手動作膝關節(jié)的三維運動均值曲線可以看出：1.矢狀面上，專業(yè)組的左膝關節(jié)具有較為明顯的“屈曲→伸展→屈曲→伸展”的變化趨勢，而初學組的左膝關節(jié)只有平緩的“伸展→屈曲”。2.冠狀面上，專業(yè)組的左膝關節(jié)曲線呈“外翻→內翻”變化趨勢，右膝則先“內翻→外翻”的變化趨勢；而初學組左、右膝關節(jié)主要處于較為平緩的“內翻”階段。3.水平面上，兩組的左、右膝關節(jié)運動曲線較為相似，均是左膝“外旋→內旋→外旋”、右膝“內旋→外旋→內旋”的對稱變化。

圖五 膝關節(jié)三維角度變化均值曲線對比圖

據（表3）兩組膝關節(jié)三維關節(jié)活動范圍比較可得知：專業(yè)組的膝關節(jié)在三維平面的關節(jié)活動范圍大部分大于初學組，但兩組之間的統(tǒng)計結果均不存在顯著性差異。

表3 膝關節(jié)活動范圍比較結果

2.4 云手動作踝關節(jié)運動學分析

由（圖六）云手動作踝關節(jié)的三維運動均值曲線可以看出：1.矢狀面上，專業(yè)組的左、右踝表現(xiàn)出較為明顯的對稱變化趨勢。如左踝關節(jié)由“趾屈→背伸→趾屈”的運動趨勢，右踝關節(jié)呈“背伸→趾屈→背伸”的相反運動趨勢。而初學組的左、右踝關節(jié)均處于較為平緩的“背伸”階段。2.冠狀面上，兩組的左、右踝變化均較為且呈對稱性。3.水平面上，專業(yè)組左踝關節(jié)呈“外旋→內旋→外旋”的變化趨勢，而初學組呈平緩的“內旋”變化；專業(yè)組與初學組的右踝關節(jié)變化趨勢較為接近，均呈現(xiàn)較為平緩的“內旋→外旋→內旋”的小變化。

圖六 踝關節(jié)三維角度變化均值曲線對比圖

據（表4）兩組踝關節(jié)三維關節(jié)活動范圍比較可得知：專業(yè)組在冠狀面和水平面的踝關節(jié)活動范圍較大于初學組，而初學組在矢狀面的踝關節(jié)活動范圍較大于專業(yè)組。而兩組只有水平面的右踝關節(jié)活動范圍具有顯著性差異。

表4 踝關節(jié)活動范圍比較結果

3 分析與討論

3.1 云手動作左下肢關節(jié)運動鏈分析

三個或三個關節(jié)以上環(huán)節(jié)通過關節(jié)相連，組成運動鏈，關節(jié)運動鏈是研究人體運動的基礎，在關節(jié)康復治療中具有重要的運動學與生物力學意義，且運動時髖、膝、踝等多個關節(jié)運動可形成一個閉合的環(huán)。[4]且太極拳的運動也要求各關節(jié)之間需要協(xié)同運動，[5]達到強身健體之效。由圖（四、五、六）的云手動作下肢關節(jié)均值運動曲線對比情況可知，專業(yè)組與初學組的下肢關節(jié)主要是矢狀面上存在較大的關節(jié)運動趨勢差異。因此，以左下肢為例，將專業(yè)組和初學組的髖、膝和踝進行閉環(huán)運動鏈對比。

由（圖七）所示，專業(yè)組和初學組的云手動作起始階段、結束階段的屈曲角度的大小排序均為髖、膝、踝。專業(yè)組和初學組的左下肢關節(jié)運動鏈背伸（平均）峰值出現(xiàn)的順序均為：踝、膝、髖，但專業(yè)組左下肢運動鏈的聯(lián)動表現(xiàn)體現(xiàn)太極拳“節(jié)節(jié)貫穿”的拳理特征。如《太極拳全書》中指出：“其根在腳，發(fā)于腿，主宰于腰，形于手、由腳而腿而腰”的勁力傳遞順序與節(jié)節(jié)貫穿的要求。初學組與專業(yè)組的左髖關節(jié)的運動趨勢曲線較為相似，而膝、踝關節(jié)的運動趨勢曲線存在較大區(qū)別。整個云手動作過程中，初學組左膝關節(jié)的蹬伸幅度較小，處于屈曲階段的時間較長，且初學組冠狀面的左、右髖均處于相對平緩的“內收”時相（見圖四、表2）、左、右膝則處于平緩“外翻”時相（見圖五）、左、右踝關節(jié)在矢狀面則處于平緩的“趾屈”時相。因此，初學組云手動作下肢關節(jié)運動鏈的聯(lián)動變化不符合太極拳的“松腰開胯、襠勁開圓、動靜相隨”的拳論特點。

圖七 矢狀面左下肢關節(jié)運動鏈變化曲線對比圖

太極拳練習過程中膝關節(jié)經常處于半蹲狀態(tài)，而下肢經常進行虛實倒轉，在虛實轉換過程中，膝關節(jié)起到承上啟下的作用，其表現(xiàn)出來的屈膝、扣膝、跪膝等動作，都會使膝關節(jié)受到很大杠桿應力或沖擊力，進而加速膝關節(jié)損傷的出現(xiàn)。[6]綜上，從云手動作下肢髖、膝、踝的單關節(jié)運動學分析和左下肢運動鏈多關節(jié)分析可以推斷，造成初學組出現(xiàn)膝關節(jié)疼痛現(xiàn)象的原因是：1.初學組對太極拳關節(jié)運動順序和拳理認識不足；2.初學組在練習云手（太極拳）時，無法主動放松髖關節(jié)，使整個下肢呈現(xiàn)“夾髖翹臀”的錯誤姿勢，加劇膝關節(jié)的壓力；3.初學組的髖關節(jié)的內收與踝關節(jié)的趾屈聯(lián)合限制膝關節(jié)的運動，造成初學組在云手動作時表現(xiàn)出“屈膝外翻”即跪膝現(xiàn)象，跪膝造成髖、膝、踝形成下肢“弓勁”在膝關節(jié)處中斷，導致斷勁產生的分力作用于膝關節(jié)，[3]長此以往便容易造成膝關節(jié)損傷事件的發(fā)生。

3.2 太極拳在高校體育課程的教學啟示分析

太極拳對大學生的靜態(tài)平衡能力、情緒睡眠調節(jié)、身心健康等方面具有積極作用，且能夠提高大學生體質健康，預防大學生進入亞健康狀態(tài)。與此同時，諸多研究均指出錯誤的太極拳姿勢會導致大學生出現(xiàn)膝關節(jié)損傷現(xiàn)象，尤其是在初學階段。[2][3]因為太極拳在練習過程始終要求下肢保持微屈姿勢，并配合下肢肌肉進行大量的向心和離心轉換，一旦出現(xiàn)準備活動不充分、錯誤動作等情況均有可能造成膝關節(jié)損傷的出現(xiàn)。由于太極拳輕靈、緩慢的運動特點，使得大學生在體育課堂上均能比較快速的學習和掌握太極拳動作的表象，但要真正練好太極拳，深入了解太極拳文化精髓和達到最佳鍛煉效果卻還遠遠不足。結合本文膝關節(jié)疼痛現(xiàn)象的初學組學生與專業(yè)組的運動學分析結果，對高校太極拳課程教學環(huán)節(jié)提出3點注意事項：

1.教師在教授太極拳內容前要引導學生進行充分的準備活動

有研究指出，練習者在準備活動做得不充分或不做準備活動的情況下，進行相關運動往往是造成膝關節(jié)損傷的主要原因。[7]且太極拳是具有“一動無不動，一動百骸隨”的運動特征，需要練習者全身關節(jié)協(xié)調配合，才能真正體悟太極拳運動精髓。因此，需要教師引導學生進行充分的準備活動，以減少因準備活動不充分而導致的膝關節(jié)損傷現(xiàn)象發(fā)生。

2.運用高架教授太極拳動作，講解太極拳運動機制與解析拳理特征

許桂芝等[2]研究指出，膝關節(jié)屈膝度越小，產生關節(jié)疼痛的機會明顯減少。因此，教師可以通過站樁功、太極拳步法或云手等基礎動作的練習引導學生體悟太極拳的運動表象，運用較高的拳架教授學生太極拳動作。在結合部分學生出現(xiàn)的錯誤動作展開集中講解分析，如本文中初學組的髖關節(jié)呈內收、內旋的運動特征（見圖四），踝關節(jié)在矢狀面上呈平穩(wěn)的背屈特征（見圖六），限制膝關節(jié)的屈曲伸展變化，無法實現(xiàn)“虛實轉換、動靜結合”的拳理特征，進而增加膝關節(jié)壓力或造成膝關節(jié)損傷。所以，在太極拳初學階段，教師理因運用高架教學與分析錯誤的動作或者姿勢形成的原因，降低初學者出現(xiàn)膝關節(jié)損傷現(xiàn)象的風險。

3.增加學生下肢力量等輔助練習，指導學生進行訓練后肌肉、關節(jié)放松

候永來[7]研究指出，練習太極拳的過程中，股四頭肌力量不足是造成膝關節(jié)疼痛的又一重要原因。膝關節(jié)的穩(wěn)定性主要依靠股四頭肌和膝關節(jié)周圍韌帶的牽張力維持。在太極拳訓練課中可增加適當?shù)南轮∪饬α亢秃诵牧α康木毩?，如：靠墻靜蹲、太極拳升降樁、仰臥兩頭起等輔助性練習，以便提高膝關節(jié)的穩(wěn)定性與身體的協(xié)調性，避免膝關節(jié)力量不足出現(xiàn)關節(jié)損傷。整堂太極拳訓練課結束前，教師應組織學生進行肌肉、關節(jié)的放松，避免運動疲勞形成損傷堆積的誘因。

4 結論與建議

4.1 結論

1.在云手動作中，初學組與專業(yè)組在冠狀面的髖關節(jié)和矢狀面的膝、踝關節(jié)的運動趨勢變化存在較明顯的區(qū)別，尤其是矢狀面膝、踝關節(jié)的運動趨勢。

2.通過左下肢運動鏈分析，專業(yè)組左下肢的髖、膝、踝關節(jié)的變化趨勢更加符合太極拳“其根在腳，發(fā)于腿，主宰于腰，形于手、節(jié)節(jié)貫穿”的拳理特征。

3.初學組在練習云手時，髖關節(jié)的“相對內收”與踝關節(jié)的“平緩趾屈”聯(lián)合限制膝關節(jié)的運動，使下肢呈“夾髖翹臀”的錯誤姿勢，導致膝關節(jié)壓力增大，進而可能引起膝關節(jié)疼痛現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 建議

1.教師在教授太極拳內容前要引導進行充分的準備活動，提高學生肌肉與關節(jié)的生理活性，為太極拳學習環(huán)節(jié)做好充分準備。

2.運用高架教授太極拳動作，講解太極拳運動機制與解析拳理特征，提高大學生對太極拳運動特征的理解和太極拳練習的質量。

3.設置下肢、核心力量等輔助練習，并指導大學生進行訓練后肌肉、關節(jié)放松，以便提高身體的協(xié)調性和下肢穩(wěn)定性。