韵律性身体活动改善幼儿侧滑步下肢积分肌电贡献率的研究

吴升扣，纪仲秋，李曙刚，刘威彤

韵律性身体活动改善幼儿侧滑步下肢积分肌电贡献率的研究

吴升扣1，纪仲秋2，李曙刚3，刘威彤2

目的：从动作发展的视角出发，将幼儿阶段应掌握的基本动作技能设计到韵律性身体活动中，通过分析幼儿侧滑步下肢肌肉放电情况的变化，比较这种新幼儿韵律性身体活动与一般性幼儿韵律性活动效果差异。方法：将38名受试对象按照年龄随机分为实验组与对照组，实验组幼儿周一至周五每天进行动作发展视角下的韵律性身体活动，每天累计活动时间为20-30分钟，运动干预周期为一年。对照组则进行一般性的韵律性身体活动。运动干预前后，记录受试者侧滑步时下肢肌电活动，选取积分肌电值、下肢主要肌群积分肌电贡献率为指标评估幼儿下肢肌电活动的变化。结果：（1）运动干预后，实验组与对照组的积分肌电贡献率较运动干预前的整体变化为主动肌积分肌电贡献率的上升和拮抗肌积分肌电贡献率的下降。（2）运动干预后，侧滑步第一时相中，实验组3岁组幼儿腓肠肌（右）积分肌电贡献率显著高于对照组，股直肌（右）积分肌电贡献率显著低于对照组；5岁组幼儿腓肠肌（左）的积分肌电贡献率显著高于对照组，股二头肌（左）积分肌电贡献率显著低于对照组。结论：运动干预后，实验组幼儿的侧滑步动作发展水平都有了提高，在做侧滑步时对主动肌与拮抗肌的控制变得更加协调；动作发展视角下的韵律性身体活动在改善幼儿侧滑步动作下肢肌肉放电情况，促进幼儿侧滑步动作发展方面优于一般性的韵律性身体活动。

幼儿；下肢肌电活动；韵律性身体活动；积分肌电贡献率；动作发展

人类动作在儿童动作发展研究中常采用比较简单且实用的分类方法，即根据完成动作时参与肌群的大小，将动作分为粗大动作（Gross Motor）和精细动作（Fine Motor）。粗大动作是指由身体大肌肉或肌肉群产生的动作，包括行走、奔跑、跳跃和投掷等。精细动作是指由身体小肌肉或肌肉群产生的动作，包括绘画、书写，使用刀叉、筷子，弹奏乐器等。根据是否产生空间位置变化、是否涉及外界工具的操控，粗大动作又可进一步分为移动性（Locomotor）动作、非移动性（Non-locomotor）动作和操作性（Manipulative）动作［1］。人们首先需要学习和掌握基本动作技能（Fundamental Motor Skills），才能完成各种复杂动作，如各种体育运动、竞技比赛和舞蹈活动等。动作发展学者一致认为大约在3-8周岁期间，形成人类的基本动作技能［2］。如果在儿童早期没有掌握好正确的基本动作技能，那么将来在更加复杂的动作表现上便会大打折扣［3-4］。

韵律性身体活动是幼儿伴随音乐或歌谣的节奏而进行的各种身体活动，由于它满足了幼儿喜好音乐和舞动的天性，所以在幼儿园得到了广泛的开展。本研究从动作发展的视角出发，设计出新的韵律性身体活动，并对受试幼儿进行为期一年的运动干预。分别在运动干预的前后记录幼儿侧滑步时下肢肌电活动情况，分析侧滑步时幼儿下肢肌电活动特征，检验韵律性身体活动对幼儿侧滑步下肢肌电活动变化的影响，从肌肉放电活动的角度深入分析幼儿粗大动作发展变化。通过比较这种新幼儿韵律性身体活动与一般性幼儿韵律性活动效果的差异，探索在教学实践中促进幼儿动作发展的新途径，为幼儿身体活动的开展提供理论与实证依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取北京市城区某公立幼儿园小、大班共38名幼儿为测试对象，其中3岁组幼儿22人，5岁组幼儿16人。3岁组的幼儿包含了3周岁以上4周岁以下的儿童；5岁组幼儿包含了5周岁以上6周岁以下的儿童。所有被试排除主要脏器有严重疾病，不宜参加运动者；身体发育异常或身体残缺畸形者；无前庭系统疾病病史，无斜视、弱视者。将受试对象按照年龄随机分为实验组与对照组，两组的人数、年龄、性别构成均相同。实验前，对两组幼儿的基本情况（身高、体重、体质指数）进行比较，没有显著性差异后方可进入实验。

1.2 运动干预

本研究的运动干预为两类不同的幼儿韵律性身体活动，干预周期为一年，分为两个学期进行。实验组幼儿周一至周五每天练习新韵律性身体活动，分别安排在课间操、音乐教学活动、舞蹈教学活动中，累计活动时间为20-30分钟/天，对照组则练习一般性的韵律性身体活动。实验组与对照组每次活动频率、活动持续时间和运动强度都相同。分别在实验的前期和后期完成肌电指标的测试。

运动干预的设计：本研究根据目前幼儿韵律性身体活动设计的理论体系［5-6］，结合动作发展科学对幼儿基本动作技能的认识与分类［1，7］，参考Animal Fun［8］、Animal Tracker［9］等幼儿动作发展课程的模式，为实验组设计了新的韵律性身体活动，以促进实验组幼儿的动作发展。对照组则采用现有的韵律性身体活动，或由本园教师自主设计的韵律性身体活动。

实验组参加的每一套韵律性身体活动都由多种基本动作技能组成，包括移动性动作、操作性动作和非移动性动作。移动性动作内容主要有走、跑步、双脚跳、单脚跳、跨跳、垫步跳、滑步、跑步跳等；操作性动作主要有握持、拍、击打、投掷、踢、滚、抛接等；非移动性动作主要有弯曲、伸展、扭曲、旋转、抖动、摇晃、平衡等。对照组参加的韵律性身体活动主要由非移动性动作组成，仅包含了少量的移动性动作和操作性动作。

1.3 下肢肌电活动测试

下肢肌电活动测试仪器为Noraxon表面肌电测试系统（基础版）。采用表面电极双极导联法，暴露受试者下肢待检测肌群部位皮肤，测试前先用去脂酒精棉球对电极安放位置的皮肤进行去脂处理，沿着肌纤维走向将双极表面电极粘贴于肌腹中心处，两电极间相距2cm。测试动作为连续4次向右的测滑步，测试部位为双侧下肢胫骨前肌（TA）、腓肠肌（内侧头）（Gas）、股直肌（RF）和股二头肌（BF）8块肌肉。侧滑步是幼儿阶段应该发展的典型的基本动作技能，且4个连续的侧滑步动作属于周期性运动，在分析下肢肌电活动时便于进行阶段的划分。因此，本研究选取右侧滑步为例分析幼儿侧滑步时下肢肌电活动。为了更加客观地反映受试者的滑步动作能力，揭示滑步动作的肌肉放电情况，本研究进一步分析了4次右侧滑步中的第3个滑步。研究将这个滑步动作划分为三个时相：时相一为右脚着地瞬间至左脚离地瞬间；时相二为左脚离地瞬间至左脚着地瞬间；时相三为左脚着地瞬间至右脚再次落地瞬间。

使用美国Noraxon表面肌电仪器（基础版）自带的软件，对原始肌电信号进行全波整流、滤波（带通滤波10Hz-450Hz）和平滑（RMS，50ms）处理，分析积分肌电值（integrated electromyography，iEMG），并通过不同肌群的积分肌电值计算出积分肌电贡献率。积分肌电值是指对所得sEMG信号进行整流滤波后单位时间内曲线下面积的总和，其数值的高低反映运动时参与肌肉收缩的肌纤维数目和每个运动单位的放电大小［10］，是目前研究肌肉功能活动的一个常用指标［11-13］。肌肉积分肌电贡献率是指运动的某个阶段内特定肌肉发力与所有肌肉发力的比值，用某块肌肉积分肌电与所有单侧腿测试肌肉的积分肌电比值来表示［14-15］。以胫骨前肌（右）为例：胫骨前肌（右）积分肌电贡献率=胫骨前肌（右）iEMG/（胫骨前肌（右）iEMG+腓肠肌（右）iEMG +股直肌（右）iEMG+股二头肌（右）iEMG）。

2 研究结果

实验前的独立样本T检验结果如表1、2、3所示，除第二时相中3岁组股二头肌（右）的积分肌电贡献率外，实验组与对照组侧滑步不同时相中下肢各肌群积分肌电贡献率均无显著的差异（P＞0.05），说明实验分组基本合理。

表1 实验组与对照组第一时相中下肢各肌群的贡献率（实验前对比，单位：%）Table 1 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 1 before the intervention

表2 实验组与对照组第二时相中下肢各肌群的贡献率（实验前对比，单位：%）Table 2 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 2 before the intervention

对实验组实验前后肌肉积分肌电贡献率进行配对样本T检验，结果如表4、5、6所示：第一时相中，3岁组幼儿腓肠肌（右）、腓肠肌（左）实验后的积分肌电贡献率较实验前显著上升（P＜0.05），股二头肌（右）、胫骨前肌（左）、股直肌（左）的积分肌电贡献率较实验前显著下降（P＜0.05）；5岁组幼儿腓肠肌（右）实验后的积分肌电贡献率较实验前显著上升（P＜0.05），股直肌（右）实验后的积分肌电贡献率较实验前显著下降（P＜0.05）。第一时相中，幼儿下肢各肌肉肌电整体变化为腓肠肌（右）、腓肠肌（左）积分肌电贡献率上升，其他肌肉的积分肌电贡献率呈现下降的趋势。

表3 实验组与对照组第三时相中下肢各肌群的贡献率（实验前对比，单位：%）Table 3 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 3 before the intervention

表4 实验组与对照组第一时相中下肢各肌群用力的贡献率（实验后对比，单位：%）Table 4 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 1 after the intervention

表5 实验组与对照组第二时相中下肢各肌群用力的贡献率（实验后对比，单位：%）Table 5 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 2 after the intervention

表6 实验组与对照组第三时相中下肢各肌群用力的贡献率（实验后对比，单位：%）Table 6 iEMG contribution between the experimental group and the control group in phase 3 after the intervention

第二时相中，3岁组幼儿腓肠肌（右）、腓肠肌（左）实验后的积分肌电贡献率较实验前显著上升（P＜0.05），胫骨前肌（左）的积分肌电贡献率较实验前显著下降（P＜0.05）。第二时相中，幼儿下肢各肌肉肌电整体变化为腓肠肌（右）、股直肌（右）、腓肠肌（左）积分肌电贡献率上升，其他肌肉积分肌电贡献率呈现下降的趋势。3岁组幼儿的积分肌电贡献率变化较大，5岁组幼儿积分肌电贡献率变化较小。

第三时相中，3岁组幼儿除了股直肌（右）较实验前显著下降（P＜0.05）外，其他肌肉实验后的积分肌电贡献率变化不具有显著性（P＞0.05）；5岁组幼儿胫骨前肌（右）的积分肌电贡献率较实验前显著上升（P＜0.05），股直肌（右）的积分肌电贡献率较实验前显著下降（P＜0.05）；第三时相呈现出股直肌（右）的积分肌电贡献率下降，胫骨前肌（右）和腓肠肌（左）的积分肌电贡献率上升的趋势。对照组实验前后的配对样本T检验结果显示，3岁组和5岁组幼儿下肢肌肉积分肌电贡献率的变化整体趋势与实验组相近，但变化幅度较小。

对实验组和对照组幼儿下肢各肌肉积分肌电贡献率进行独立样本T检验，结果显示：第一时相中，实验组3岁组幼儿腓肠肌（右）积分肌电贡献率显著高于对照组（P＜0.05），股直肌（右）积分肌电贡献率显著低于对照组（P＜0.05）；5岁组幼儿腓肠肌（左）的积分肌电贡献率显著高于对照组（P＜0.05），股二头肌（左）积分肌电贡献率显著低于对照组（P＜0.05）。第二时相中，其他各指标均没有出现显著性差异。第三时相中，实验组与对照组下肢各肌肉的积分肌电贡献率间的差异不具有显著性（P＞0.05）。

3 分析与讨论

积分肌电贡献率是反映肌肉收缩用力的相对小大，它的细微变化会影响整个动作的协调程度。本研究结果显示，在侧滑步的不同时相中，幼儿下肢肌肉积分肌电贡献率出现了理想的改变，即主动肌积分肌电贡献率的升高、拮抗肌积分肌电贡献率的降低。上述指标的变化表示运动干预后，中枢神经系统对主动肌与拮抗肌的控制变得更加协调，外在表现为幼儿侧滑步动作发展水平的提高。实验组与对照组实验前各时相下积分肌电贡献率并没有显著的差异，而实验后两组间的对比结果显示，实验组在第一时相中，主动肌的积分肌电贡献率整体上高于对照组，而拮抗肌的积分肌电贡献率整体上低于对照组，在第二时相、第三时相中的多个指标也表现出优于对照组的趋势。因此，本研究设计的韵律性身体活动在改善幼儿侧滑步动作下肢肌肉放电情况方面优于一般性的韵律性身体活动。

人类在执行动作的过程类似于计算机进行信息处理的过程。Donders最早提出该理论，认为信息要在中枢系统中经过刺激证明（Stimulus Identification）、反应选择（Response Selection）和反应动作程式组合（Response Programming）三个阶段才能产生动作［16］。动作程式（Motor Program）就像计算机中的程序，当输入指令后，按照提前设定好的程序便会有相应的输出产生。而人体内的动作程式所载录的信息则包括动作过程中需要哪些肌肉参与、肌肉收缩的顺序、不同肌肉收缩的相对时间和收缩力度等，这些信息也称之为动作参数，当参数发生变化时动作便发生了改变。肌电活动正好可以反映这些参数的变化，从而对不同的动作表现进行解释。本研究显示的幼儿下肢积分肌电贡献率的变化，最终都会体现于幼儿外在的动作表现中。即运动干预后，实验组和对照组幼儿的侧滑步动作都得到了发展，且实验组幼儿的侧滑步动作发展优于对照组幼儿。

分析原因，这可能与两种韵律性身体活动设计理念和不同的练习内容结构有关。本研究设计的新韵律性身体活动的目的为促进幼儿粗大动作发展，采用的主要内容为基本动作技能。Morre［17］认为，学习一项新的动作技能如同记住一件事，必须一再地重复这个过程，直到这个过程永久地成为我们能力的一个部分。所以，反复的练习是动作学习的重要过程。新的韵律性身体活动，以幼儿时期的基本动作技能为主要活动内容，将移动性动作如走、跑、单脚跳、双脚跳、滑行、垫步跳等，非移动性动作如弯曲与伸展、扭转与旋转、推拉、摆动与摇晃等，操作性动作如接、掷、拍、踢、击打等设计到活动中，如此经过一年的运动干预和每天的重复练习必然会有助于幼儿基本动作技能模式的学习与掌握。而一般性的韵律性身体活动更加强调运动量或趣味性，动作要素以非移动动作为主，偶然也会出现极少量的移动动作和操作动作，但并不具有针对性。即使在一些涉及使用体育器械的活动中，也未能很好地锻炼到幼儿的操作动作技能，仍是借用这些器械进行非移动动作练习。设计者往往受到传统设计理念的束缚，很难将滑步、击打、投掷等动作模式安排在整套活动中，忽略了许多基本动作模式的学习。

同时，动作基模理论认为在练习中如果能提供更多的动作参数、动作结果和动作环境的变异性，动作基模就会建立得越正确。所以练习期间的变化性应有助于动作基模的建立，进而促进动作学习和动作发展。其他学者也提出了要进行非完全重复的反复练习，在练习的过程中避免繁复的重复过程，应通过略微的变化提高动作练习的效果，在主动的动作学习过程中，形成半自动化的、协调性良好的新动作程式。Berstain［18］也提出类似的观点，认为恰当的练习并不是将动作程式以固定的动作参数一再反复地做出动作，而是一次又一次地尝试解决动作的问题，在不断地修改过程中，找到执行该动作程式的最佳方法。本研究设计的新韵律性身体活动将基本动作技能以各种变异的形式，反复出现于不同的节奏、风格的音乐中，让儿童体验不同的动作参数，从而促使了幼儿更好地掌握这些基本动作模式。而一般性的韵律性身体活动在设计时缺乏对动作参数进行改变，多是将身体各关节的动作组合起来，幼儿体验的动作参数变化自然就不够丰富了。

4 结论

（1）经过一年的运动干预，实验组与对照组的积分肌电贡献率比运动干预前出现了不同程度的改善，整体上表现为主动肌积分肌电贡献率的上升和拮抗肌积分肌电贡献率的下降。这提示中枢神经系统对主动肌与拮抗肌的控制变得更加协调，外在表现为幼儿侧滑步动作发展水平的提高。

（2）运动干预后，实验组幼儿下肢积分肌电贡献率的变化整体上优于对照组，说明动作发展视角下的韵律性身体活动在改善幼儿侧滑步动作下肢肌肉放电情况，促进幼儿侧滑步动作发展方面优于一般性的韵律性身体活动。

（3）幼儿处于动作发展敏感期，幼儿韵律性身体活动的设计应以基本动作技能为主要内容，采用变异的设计方法，创造不断变化的运动环境，帮助幼儿掌握更多的运动模式，促进动作发展。

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An Empirical Study on the Effect of Young Children's Rhythmic Physical Activities on Promoting the Lower Limb iEMG Contribution

WU Shengkou1，JI Zhongqiu2，LI Shugang3，LIU Weitong2

Objective：To integrate the basic movement skills that young children should master into a set of rhythmic physical activities and then compare the effect of the activities with that of existing ones through analyzing the change in young children's lower limb iEMG.Methods：38 children were randomly divided into the experimental group and the control group by age.The experimental group participated in the designed rhythmic physical activities from Monday to Friday，20-30 minutes a day，and the motor intervention lasted for one year，while the control group participated in only common rhythmic activities.Before and after the intervention，The electromyographic activities during children's slide steps were recorded and assessed by the iEMG and the iEMG contribution of the main muscles of lower limbs.Results：（1）After the intervention，the general change in the lower limb iEMG contribution in both groups lies in the rise of agonistic muscle iEMG contribution and the drop of antagonistic muscle iEMG contribution；（2）After the intervention，in the first phase of slide steps，the iEMG contribution of Gas（right）in the experimental group was significantly higher than that of the control group while the iEMG contribution of RF（right）in the experimental group was significantly lower than that of the control group；the iEMG contribution of Gas（left）in the experimental group of 5-year-old children was significantly higher than that of the control group while the iEMG contribution of BF（left）in the experimental group was significantly lower than that of the control group.Conclusion：After the intervention，both groups presented obvious improvement in slide step movement，and showed better control over the coordinated movement of agonistic muscle and antagonistic muscle.The change of lower limb iEMG contribution in the experimental group was better than that of the control group on the whole.This shows that the rhythmic physical activities based on motor development are better than common physical activities in improving muscle discharge of lower limbs during slide steps and in promoting the development of young children's slide steps.

Young Children；Electromyographic Activities of Lower Limbs；Rhythmic Physical Activities；iEMG Contribution；Motor Development

GG808.1 Document code：A Article ID：1001-9154（2016）05-0023-06

G808.1

A

1001-9154（2016）05-0023-06

10.15942/j.jcsu.2016.05.004

（编辑 孙君志）

中国人民大学科学研究基金（中央高校基本科研业务费专项资金资助）项目（16XNF025）。

吴升扣，博士，讲师，研究方向：幼儿动作发展，E-mail：kouziqq@163.com。

1.中国人民大学，北京100872；2.北京师范大学，北京100875；3.河北科技师范学院，河北秦皇岛066004 1.Renmin University of China，Beijing 100872；2.Beijing Normal University，Beijing 100875；3.Hebei Normal University of Science&Technology，Qinhuangdao Hebei 066004

2016-01-28

2016-07-20