云手动作的运动学分析与体育教学启示

韦伟南，周 娟，杨 震，蔡 菊，李晓鹏

太极拳集中国传统文化的哲学理念、中医理念、技击原理为一体，并且具有强身健体、延年益寿、竞赛观赏等功能。[1]国内各大高校也纷纷将其设置为选修或必修大学体育课程，结合当代大学生体质健康水平下降的现象，“练好、练对”太极拳对大学生身体健康与精神面貌有着不可忽视的作用。但在高校开展太极拳教学活动过程中，时常会收到学生反馈训练后出现膝关节疼痛症状。例如许桂芝等[2]对1302名的大学生进行调查，发现练习一次24式太极拳出现膝关节达60.14%、练习次数越多膝关节疼痛率越高和膝关节屈膝角度越大疼痛率越高。赵双印等[3]对219名练习太极拳的大学生调查，发现错误太极拳动作会导致髌骨、膝关节韧带损伤。因为膝关节是太极拳运动承上启下的重要关节，一旦出现错误动作后，若无法及时纠正就可能造成膝关节损伤。

云手动作是太极拳技术动作的“母势”，亦是太极拳运动必练习的基本功，同时能充分展示太极拳“虚实转换、含胸拔背、节节贯穿”等拳理。因此，本文运用Vican三维运动捕捉系统对高校大学生云手动作的下肢关节进行分组对比，旨在提高师生对太极拳云手动作的认识，实现规范化练习云手动作的教学目标。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

招募5名太极拳国家二级运动员以上的学生作为专业组；招募10名太极拳选修课出现膝关节疼痛的学生为初学组。基本信息如（表1）所示。

表1 受试者基本信息表

1.2 研究方法

1.2.1 实验法

（1）实验设备：Vicon三维运动光学捕捉系统（英国）。

（2）实验流程：①采集受试者的形态学数据，并输入Vicon Nexus软件；②给受试者粘贴Mark骨性标志点（图一）；③采集静态运动学数据；④采集云手动作5次；⑤检查数据采集情况⑥更换受试者，重复该流程，直至测试结束。具体见（图二）。

图一 39个Mark骨性标志点

（3）数据处理：运用Origin2019进行插值处理；运用Spss26进行独立样本t检验，统计结果以“均值+标准差”表示。

（4）对比指标：髋关节、膝关节、踝关节的三维运动数据。

图二 实验流程图

2 结果与分析

2.1 云手动作阶段划分

定步云手动作具有左右对称的运动特征，以手部动作为基点，采集完整周期的左右云手动作（如图三所示），并划分为起始阶段（图①）、过度阶段（图②）和结束阶段（图③），且过度阶段分为右移和左移。

图三 云手动作阶段划分

2.2 云手动作髋关节运动学分析

由（图四）云手动作髋关节的三维运动均值曲线可以看出：1.矢状面上，专业组与初学组的左、右髋运动均值曲线变化情况基本一致，均是以左髋关节由“屈曲→伸展→屈曲”和右髋关节由“伸展→屈曲→伸展”。2.冠状面上，专业组的左、右髋关节均呈现“外展→内收→外展→内收”的曲线轨迹，初学组的左髋关节呈“外展→内收”的变化，右髋关节与之相反。3.水平面上，专业组和初学组的左髋关节运动均值曲线均是呈“外旋→内旋→外旋”变化，而两组的右髋关节呈反向变化，但专业组的髋关节以外旋为主，而初学组以内旋为主。

图四 髋关节三维角度变化均值曲线对比图

据（表2）两组髋关节三维关节活动范围比较可得知：专业组与初学组在矢状面的左、右髋关节活动范围不具显著性差异（P＞0.05）；两组在冠状面的左、右髋关节均存在显著性差异（P＞0.05）；而两组在水平面上，左髋具有显著性差异、右髋不具有显著性差异。

表2 髋关节三维关节活动范围比较

2.3 云手动作膝关节运动学分析

由（图五）云手动作膝关节的三维运动均值曲线可以看出：1.矢状面上，专业组的左膝关节具有较为明显的“屈曲→伸展→屈曲→伸展”的变化趋势，而初学组的左膝关节只有平缓的“伸展→屈曲”。2.冠状面上，专业组的左膝关节曲线呈“外翻→内翻”变化趋势，右膝则先“内翻→外翻”的变化趋势；而初学组左、右膝关节主要处于较为平缓的“内翻”阶段。3.水平面上，两组的左、右膝关节运动曲线较为相似，均是左膝“外旋→内旋→外旋”、右膝“内旋→外旋→内旋”的对称变化。

图五 膝关节三维角度变化均值曲线对比图

据（表3）两组膝关节三维关节活动范围比较可得知：专业组的膝关节在三维平面的关节活动范围大部分大于初学组，但两组之间的统计结果均不存在显著性差异。

表3 膝关节活动范围比较结果

2.4 云手动作踝关节运动学分析

由（图六）云手动作踝关节的三维运动均值曲线可以看出：1.矢状面上，专业组的左、右踝表现出较为明显的对称变化趋势。如左踝关节由“趾屈→背伸→趾屈”的运动趋势，右踝关节呈“背伸→趾屈→背伸”的相反运动趋势。而初学组的左、右踝关节均处于较为平缓的“背伸”阶段。2.冠状面上，两组的左、右踝变化均较为且呈对称性。3.水平面上，专业组左踝关节呈“外旋→内旋→外旋”的变化趋势，而初学组呈平缓的“内旋”变化；专业组与初学组的右踝关节变化趋势较为接近，均呈现较为平缓的“内旋→外旋→内旋”的小变化。

图六 踝关节三维角度变化均值曲线对比图

据（表4）两组踝关节三维关节活动范围比较可得知：专业组在冠状面和水平面的踝关节活动范围较大于初学组，而初学组在矢状面的踝关节活动范围较大于专业组。而两组只有水平面的右踝关节活动范围具有显著性差异。

表4 踝关节活动范围比较结果

3 分析与讨论

3.1 云手动作左下肢关节运动链分析

三个或三个关节以上环节通过关节相连，组成运动链，关节运动链是研究人体运动的基础，在关节康复治疗中具有重要的运动学与生物力学意义，且运动时髋、膝、踝等多个关节运动可形成一个闭合的环。[4]且太极拳的运动也要求各关节之间需要协同运动，[5]达到强身健体之效。由图（四、五、六）的云手动作下肢关节均值运动曲线对比情况可知，专业组与初学组的下肢关节主要是矢状面上存在较大的关节运动趋势差异。因此，以左下肢为例，将专业组和初学组的髋、膝和踝进行闭环运动链对比。

由（图七）所示，专业组和初学组的云手动作起始阶段、结束阶段的屈曲角度的大小排序均为髋、膝、踝。专业组和初学组的左下肢关节运动链背伸（平均）峰值出现的顺序均为：踝、膝、髋，但专业组左下肢运动链的联动表现体现太极拳“节节贯穿”的拳理特征。如《太极拳全书》中指出：“其根在脚，发于腿，主宰于腰，形于手、由脚而腿而腰”的劲力传递顺序与节节贯穿的要求。初学组与专业组的左髋关节的运动趋势曲线较为相似，而膝、踝关节的运动趋势曲线存在较大区别。整个云手动作过程中，初学组左膝关节的蹬伸幅度较小，处于屈曲阶段的时间较长，且初学组冠状面的左、右髋均处于相对平缓的“内收”时相（见图四、表2）、左、右膝则处于平缓“外翻”时相（见图五）、左、右踝关节在矢状面则处于平缓的“趾屈”时相。因此，初学组云手动作下肢关节运动链的联动变化不符合太极拳的“松腰开胯、裆劲开圆、动静相随”的拳论特点。

图七 矢状面左下肢关节运动链变化曲线对比图

太极拳练习过程中膝关节经常处于半蹲状态，而下肢经常进行虚实倒转，在虚实转换过程中，膝关节起到承上启下的作用，其表现出来的屈膝、扣膝、跪膝等动作，都会使膝关节受到很大杠杆应力或冲击力，进而加速膝关节损伤的出现。[6]综上，从云手动作下肢髋、膝、踝的单关节运动学分析和左下肢运动链多关节分析可以推断，造成初学组出现膝关节疼痛现象的原因是：1.初学组对太极拳关节运动顺序和拳理认识不足；2.初学组在练习云手（太极拳）时，无法主动放松髋关节，使整个下肢呈现“夹髋翘臀”的错误姿势，加剧膝关节的压力；3.初学组的髋关节的内收与踝关节的趾屈联合限制膝关节的运动，造成初学组在云手动作时表现出“屈膝外翻”即跪膝现象，跪膝造成髋、膝、踝形成下肢“弓劲”在膝关节处中断，导致断劲产生的分力作用于膝关节，[3]长此以往便容易造成膝关节损伤事件的发生。

3.2 太极拳在高校体育课程的教学启示分析

太极拳对大学生的静态平衡能力、情绪睡眠调节、身心健康等方面具有积极作用，且能够提高大学生体质健康，预防大学生进入亚健康状态。与此同时，诸多研究均指出错误的太极拳姿势会导致大学生出现膝关节损伤现象，尤其是在初学阶段。[2][3]因为太极拳在练习过程始终要求下肢保持微屈姿势，并配合下肢肌肉进行大量的向心和离心转换，一旦出现准备活动不充分、错误动作等情况均有可能造成膝关节损伤的出现。由于太极拳轻灵、缓慢的运动特点，使得大学生在体育课堂上均能比较快速的学习和掌握太极拳动作的表象，但要真正练好太极拳，深入了解太极拳文化精髓和达到最佳锻炼效果却还远远不足。结合本文膝关节疼痛现象的初学组学生与专业组的运动学分析结果，对高校太极拳课程教学环节提出3点注意事项：

1.教师在教授太极拳内容前要引导学生进行充分的准备活动

有研究指出，练习者在准备活动做得不充分或不做准备活动的情况下，进行相关运动往往是造成膝关节损伤的主要原因。[7]且太极拳是具有“一动无不动，一动百骸随”的运动特征，需要练习者全身关节协调配合，才能真正体悟太极拳运动精髓。因此，需要教师引导学生进行充分的准备活动，以减少因准备活动不充分而导致的膝关节损伤现象发生。

2.运用高架教授太极拳动作，讲解太极拳运动机制与解析拳理特征

许桂芝等[2]研究指出，膝关节屈膝度越小，产生关节疼痛的机会明显减少。因此，教师可以通过站桩功、太极拳步法或云手等基础动作的练习引导学生体悟太极拳的运动表象，运用较高的拳架教授学生太极拳动作。在结合部分学生出现的错误动作展开集中讲解分析，如本文中初学组的髋关节呈内收、内旋的运动特征（见图四），踝关节在矢状面上呈平稳的背屈特征（见图六），限制膝关节的屈曲伸展变化，无法实现“虚实转换、动静结合”的拳理特征，进而增加膝关节压力或造成膝关节损伤。所以，在太极拳初学阶段，教师理因运用高架教学与分析错误的动作或者姿势形成的原因，降低初学者出现膝关节损伤现象的风险。

3.增加学生下肢力量等辅助练习，指导学生进行训练后肌肉、关节放松

候永来[7]研究指出，练习太极拳的过程中，股四头肌力量不足是造成膝关节疼痛的又一重要原因。膝关节的稳定性主要依靠股四头肌和膝关节周围韧带的牵张力维持。在太极拳训练课中可增加适当的下肢肌肉力量和核心力量的练习，如：靠墙静蹲、太极拳升降桩、仰卧两头起等辅助性练习，以便提高膝关节的稳定性与身体的协调性，避免膝关节力量不足出现关节损伤。整堂太极拳训练课结束前，教师应组织学生进行肌肉、关节的放松，避免运动疲劳形成损伤堆积的诱因。

4 结论与建议

4.1 结论

1.在云手动作中，初学组与专业组在冠状面的髋关节和矢状面的膝、踝关节的运动趋势变化存在较明显的区别，尤其是矢状面膝、踝关节的运动趋势。

2.通过左下肢运动链分析，专业组左下肢的髋、膝、踝关节的变化趋势更加符合太极拳“其根在脚，发于腿，主宰于腰，形于手、节节贯穿”的拳理特征。

3.初学组在练习云手时，髋关节的“相对内收”与踝关节的“平缓趾屈”联合限制膝关节的运动，使下肢呈“夹髋翘臀”的错误姿势，导致膝关节压力增大，进而可能引起膝关节疼痛现象的发生。

4.2 建议

1.教师在教授太极拳内容前要引导进行充分的准备活动，提高学生肌肉与关节的生理活性，为太极拳学习环节做好充分准备。

2.运用高架教授太极拳动作，讲解太极拳运动机制与解析拳理特征，提高大学生对太极拳运动特征的理解和太极拳练习的质量。

3.设置下肢、核心力量等辅助练习，并指导大学生进行训练后肌肉、关节放松，以便提高身体的协调性和下肢稳定性。