基于兒童、青少年健身器材開(kāi)發(fā)進(jìn)行的身體形態(tài)增長(zhǎng)特征研究

The D istinction of Human Body M orphological Characteristics in Children and Youngsters Applying to Fitness Equipment

李 然，蔡 睿，何申杰，劉 智，江崇民

“增強(qiáng)青少年體質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”是國(guó)家體育總局結(jié)合中共中央《關(guān)于加強(qiáng)青少年體育增強(qiáng)青少年體質(zhì)的意見(jiàn)》以及實(shí)施“全民健身與奧運(yùn)同行”長(zhǎng)效機(jī)制的具體需要提出的具有戰(zhàn)略意義的科研項(xiàng)目。研制適合兒童、青少年科學(xué)健身的器材正是其中的重要步驟之一，而研制的前提之一就是要掌握兒童、青少年身體形態(tài)的增長(zhǎng)特征并能夠指導(dǎo)健身器材實(shí)際設(shè)計(jì)。

人體生長(zhǎng)發(fā)育具有階段性和非等比性，因而，人體的身體形態(tài)、機(jī)能、身體素質(zhì)和運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)展都有突增期，即敏感期。身體素質(zhì)的敏感期是指人體某項(xiàng)身體素質(zhì)和運(yùn)動(dòng)能力相對(duì)快速增長(zhǎng)的時(shí)期。在各項(xiàng)素質(zhì)或能力的敏感期間練習(xí)，會(huì)得到明顯的提高，反之，錯(cuò)過(guò)敏感期，會(huì)影響其今后相應(yīng)能力的提高。這種敏感期絕大多數(shù)都是在兒童、青少年時(shí)期。然而，目前我國(guó)尚缺乏較為科學(xué)的青少年使用的健身器材，主要體現(xiàn)在適宜運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、人機(jī)工程以及心理需求等方面，其中，人機(jī)工程學(xué)方面的研究是關(guān)系到健身器材是否適用的一個(gè)重要因素。只有對(duì)兒童、青少年進(jìn)行“量體裁衣”，才能使得健身器材使用起來(lái)舒服和安全，才能進(jìn)一步發(fā)揮健身強(qiáng)體的作用。眾所周知，兒童、青少年時(shí)期是人生中最為重要的生長(zhǎng)發(fā)育階段，人體的各個(gè)器官系統(tǒng)都發(fā)生了巨大的變化。人體形態(tài)也隨之發(fā)生快速變化，形態(tài)指標(biāo)的變化主要反映了骨骼、肌肉和脂肪等組織的生長(zhǎng)發(fā)育情況。兒童、青少年時(shí)期體育鍛煉的主要目的之一是促進(jìn)學(xué)生身體生長(zhǎng)發(fā)育、增進(jìn)健康，使學(xué)生掌握一定的鍛煉身體的知識(shí)、方法。因而，掌握青少年身體發(fā)育的形態(tài)特征和規(guī)律也是指導(dǎo)體育鍛煉的前提。

目前對(duì)兒童、青少年階段身體發(fā)育的研究認(rèn)為，7歲以后，人體各部位的發(fā)育順序一般遵循“向心律”規(guī)律，即按足長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)、下肢長(zhǎng)、手長(zhǎng)、上肢長(zhǎng)、軀干的先后順序從肢體遠(yuǎn)端開(kāi)始發(fā)育，先長(zhǎng)度，后寬度，再圍度，骨骼的變化最快，肌肉落后于骨的生長(zhǎng)速度。由于對(duì)過(guò)多的形態(tài)指標(biāo)測(cè)量較為繁瑣，所以，在以往大樣本人群的身體測(cè)量中主要集中在身高、坐高、胸圍、腰圍、肩寬、骨盆寬、上肢長(zhǎng)和下肢長(zhǎng)等少數(shù)幾個(gè)主要指標(biāo)[2，3]。本研究則在以上的形態(tài)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，將指標(biāo)數(shù)量增加到25項(xiàng)，基本包括了身體各主要部分的長(zhǎng)度、寬度和圍度指標(biāo)。通過(guò)對(duì)7～18歲兒童、青少年25項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)變化趨勢(shì)的綜合分析，完成依據(jù)身體形態(tài)增長(zhǎng)特征的年齡階段劃分。

7～18歲兒童、青少年時(shí)期是人體生長(zhǎng)發(fā)育的重要時(shí)段，但是這一年齡段跨度較大，基本涵蓋了中、小學(xué)各個(gè)年級(jí)。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，對(duì)7～18歲的兒童、青少年粗略的采用相同尺寸的體育器材存在很大不適性，同時(shí)對(duì)以一歲年齡區(qū)別進(jìn)行相應(yīng)的體育器材的研制也過(guò)于繁瑣。所以，對(duì)7～18歲兒童、青少年時(shí)期的身體形態(tài)增長(zhǎng)特征的研究在于能夠?yàn)獒槍?duì)7～18歲兒童、青少年的體育教學(xué)和健身器材研發(fā)提供參考依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

本次測(cè)試對(duì)象為7～18歲的兒童、青少年，每1歲為一個(gè)年齡組，每個(gè)性別年齡組測(cè)試樣本約100人，共計(jì)2 590人。測(cè)試地點(diǎn)為山西省長(zhǎng)治市。采集指標(biāo)為身高、坐高、體重、肩寬、骨盆寬、手長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、上肢長(zhǎng)、下肢長(zhǎng) A （髂前上棘高）、小腿長(zhǎng)（小腿加足高）、拇食指環(huán)長(zhǎng)、拇指長(zhǎng)、手寬、肘關(guān)節(jié)寬、膝關(guān)節(jié)寬、足長(zhǎng)、胸圍、腰圍、臀圍、頭圍、前臂圍、上臂圍、大腿圍、小腿圍和踝圍，共計(jì)25個(gè)形態(tài)指標(biāo)。測(cè)量工具選擇身高坐高計(jì)、體重計(jì)、直腳規(guī)、短馬丁尺、中馬丁尺、長(zhǎng)馬丁尺、游標(biāo)卡尺、拇指長(zhǎng)測(cè)量?jī)x和圍度尺。測(cè)試人員統(tǒng)一培訓(xùn)后分為5組，每組負(fù)責(zé)4～5個(gè)指標(biāo)。每個(gè)測(cè)試日錄入并核對(duì)當(dāng)天數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)分析使用SPSS 10.0軟件，采用Q型聚類(lèi)分析，K-Means聚類(lèi)分析方法。

2 結(jié)果

2.1 7～18歲兒童、青少年身體形態(tài)基本情況

7～18歲的男生和女生身體形態(tài)指標(biāo)的平均數(shù)變化趨勢(shì)與以往的研究一致，遵循“向心律”規(guī)律，即按足長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)、下肢長(zhǎng)、手長(zhǎng)、上肢長(zhǎng)、軀干的先后順序從肢體遠(yuǎn)端開(kāi)始發(fā)育。如圖1、圖2所示，足長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)和下肢長(zhǎng)的平均數(shù)的擬合增量曲線峰值均提前于手長(zhǎng)和上肢長(zhǎng)增量曲線的峰值，坐高增量曲線的峰值在以上形態(tài)指標(biāo)增量曲線峰值之后出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，在本次測(cè)試中，7～18歲男性和女性兒童、青少年人群的選取是較為合理的，其身體形態(tài)的增長(zhǎng)變化規(guī)律和以往研究的一致性，為進(jìn)一步研究?jī)和⑶嗌倌晟L(zhǎng)發(fā)育特征提供了前提。

圖1 7～18歲男性兒童、青少年部分形態(tài)指標(biāo)隨年齡增量曲線圖

圖2 7～18歲女性兒童、青少年部分形態(tài)指標(biāo)隨年齡增量曲線圖

2.2 形態(tài)指標(biāo)反映的生長(zhǎng)發(fā)育的年齡階段差異

隨著兒童、青少年的生長(zhǎng)發(fā)育階段性特征，其各種形態(tài)指標(biāo)也呈現(xiàn)相應(yīng)的階段化特點(diǎn)。各形態(tài)指標(biāo)每年遞增平均數(shù)體現(xiàn)了兒童、青少年生長(zhǎng)發(fā)育的快慢，對(duì)各形態(tài)指標(biāo)每年遞增平均數(shù)的聚類(lèi)分析可以發(fā)現(xiàn)在7～18歲年齡階段形態(tài)指標(biāo)總體變化特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)男生和女生7～18歲共12個(gè)年齡組形態(tài)指標(biāo)每年遞增平均數(shù)進(jìn)行2～5類(lèi)的逐步聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，男生11歲和13歲的形態(tài)指標(biāo)增長(zhǎng)最快，7～14歲年齡段形態(tài)指標(biāo)增長(zhǎng)速度明顯快于15～18歲年齡段（表1）；女生9歲和11歲的形態(tài)指標(biāo)增長(zhǎng)最快，7～14歲年齡段形態(tài)指標(biāo)增長(zhǎng)速度明顯快于15～18歲年齡段（表2）。通過(guò)根據(jù)各形態(tài)指標(biāo)在各年齡階段的貢獻(xiàn)進(jìn)行聚類(lèi)分析，可以從形態(tài)指標(biāo)逐年增長(zhǎng)量上發(fā)現(xiàn)女生生長(zhǎng)發(fā)育提前于男生，但都遵循“先快后慢”的趨勢(shì)，這和以往的研究是相互驗(yàn)證的。然而，通過(guò)本次分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，男、女生增長(zhǎng)最快的階段基本一致，即7～14歲階段，這說(shuō)明盡管男生身體形態(tài)上的生長(zhǎng)增量在11歲以前是相對(duì)慢于女生的，但是之后的生長(zhǎng)增量一定快于女生，所以，在成年階段體現(xiàn)出正常男性的形態(tài)指標(biāo)平均水平高于女性。這種規(guī)律同時(shí)提示，在進(jìn)行兒童、青少年健身器材開(kāi)發(fā)時(shí)，一定要綜合考慮兒童、青少年在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中存在的性別和年齡的差異，只有明確這些差異的具體體現(xiàn)，才能夠做到兒童青少年健身器材的合理設(shè)計(jì)。

表1 本研究7～18歲男性兒童、青少年25項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)每年遞增平均數(shù)的聚類(lèi)分析結(jié)果一覽表

表2 本研究7～18歲女性兒童、青少年25項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)每年遞增平均數(shù)的聚類(lèi)分析結(jié)果一覽表

2.3 依據(jù)形態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行的年齡階段劃分

首先，需要將形態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)中各指標(biāo)平均數(shù)接近的年齡段劃分為一類(lèi)，這是為了體現(xiàn)兒童、青少年身體形態(tài)增長(zhǎng)變化特征的同時(shí)，盡可能減少年齡段的分類(lèi)，避免過(guò)于繁雜和浪費(fèi)。當(dāng)然，這也是兒童、青少年健身器材設(shè)計(jì)工作中必須解決的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。之后，對(duì)各年齡組兒童、青少年男性和女性形態(tài)指標(biāo)平均數(shù)的差值進(jìn)行2～5類(lèi)的逐步聚類(lèi)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是哪種分類(lèi)，都顯示7～12歲年齡段男性和女性形態(tài)指標(biāo)平均數(shù)的差異最小，13～15歲年齡段男性和女性形態(tài)指標(biāo)差異逐漸加大，16～18歲年齡段男性和女性形態(tài)指標(biāo)的差異最為明顯（表3）。所以，有關(guān)涉及到兒童、青少年形態(tài)指標(biāo)的體育教學(xué)和健身器材的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該考慮在13歲以后年齡段兒童、青少年的男、女差別。而在7～12歲年齡段雖然男、女形態(tài)差別很小，但是由于該年齡段增長(zhǎng)速度較快，在進(jìn)行不同年齡段合并時(shí)，跨度不能過(guò)大，應(yīng)該控制在3歲以內(nèi)。綜合以上分析，可以得出較為適合的性別年齡分組：7～9歲年齡組（無(wú)性別差異）；10～12歲年齡組（無(wú)性別差異）；13～15歲年齡組女生；13～15歲年齡組男生；16～18歲年齡組女生；16～18歲年齡組男生。所以，在兒童、青少年健身器材設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其是針對(duì)7～18歲兒童、青少年，器材的類(lèi)型至少應(yīng)該考慮以上6種分組情況，從而做到遵循形態(tài)增長(zhǎng)特征規(guī)律的科學(xué)性和針對(duì)性。

表3 本研究7～18歲男、女兒童、青少年25項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)平均數(shù)差值的聚類(lèi)分析結(jié)果一覽表

3 討論與結(jié)論

通過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)，7～18歲的兒童、青少年身體形態(tài)指標(biāo)的平均數(shù)變化趨勢(shì)遵循“向心律”規(guī)律，女生生長(zhǎng)發(fā)育提前于男生，但都遵循“先快后慢”的趨勢(shì)，其增長(zhǎng)最快的階段基本一致，即7～14歲階段。這種規(guī)律提示，在進(jìn)行兒童、青少年健身器材開(kāi)發(fā)時(shí)，一定要綜合考慮兒童、青少年身體形態(tài)在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中存在的性別和年齡的差異。進(jìn)一步根據(jù)兒童、青少年形態(tài)指標(biāo)特征分析在年齡和性別上的差異，確定較為適合的兒童、青少年性別年齡分組，即健身器材研發(fā)應(yīng)該參考的兒童、青少年性別年齡分組是：7～9歲年齡組（無(wú)性別差異）；10～12歲年齡組（無(wú)性別差異）；13～15歲年齡組女生；13～15歲年齡組男生； 16～18歲年齡組女生；16～18歲年齡組男生。

3.1 大樣本的橫斷面研究生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的可行性

基于兒童、青少年健身器材開(kāi)發(fā)進(jìn)行的形態(tài)生長(zhǎng)特征分析離不開(kāi)對(duì)兒童、青少年人群的科學(xué)選擇和研究方法的正確應(yīng)用。在本研究中，首先要考慮的是選擇橫斷面的研究方式進(jìn)行樣本選擇和測(cè)試，還是進(jìn)行縱向的隨訪調(diào)查研究。其中，橫向研究生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律時(shí)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的研究對(duì)象作一次性的觀測(cè)，結(jié)果主要反映樣本生長(zhǎng)發(fā)育的一般水平和現(xiàn)狀，由于存在同一年齡不同發(fā)育類(lèi)型個(gè)體差異，對(duì)調(diào)查結(jié)果精確度必然產(chǎn)生影響。那么，是否采用縱向追蹤調(diào)查法對(duì)相同的研究對(duì)象進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，則可以比較準(zhǔn)確地揭示兒童、青少年生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律性，減少對(duì)調(diào)查結(jié)果精確度的影響呢?北京體育大學(xué)兒童、青少年生長(zhǎng)發(fā)育追蹤課題組關(guān)于6～17歲學(xué)生的身高生長(zhǎng)的縱向追蹤研究結(jié)果表明，身高在大樣本調(diào)查條件時(shí)，縱向追蹤調(diào)查與橫斷面調(diào)查的平均數(shù)基本一致，在研究群體的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律方面，兩種方法的研究效果應(yīng)該是差異很小，而且，縱向追蹤調(diào)查法容易受到研究周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢、樣本流失等因素的影響[1，6]。所以，綜合考慮以上因素，本研究仍采取橫斷面的研究方式，并且通過(guò)對(duì)兒童、青少年生長(zhǎng)階段身體形態(tài)的變化規(guī)律的分析進(jìn)一步證實(shí)了該研究的可行性。

3.2 兒童、青少年身體形態(tài)變化的規(guī)律性

目前的研究證明：下肢長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)的發(fā)育與身高的發(fā)育有相似特征，均以身高增長(zhǎng)最快的年齡為界，身高增長(zhǎng)高峰之前，各項(xiàng)指標(biāo)隨年齡增大而加大，身高增長(zhǎng)高峰之后則隨年齡增大而減小[3]。此外，人體生長(zhǎng)發(fā)育表現(xiàn)出非等比性，下肢長(zhǎng)度的增長(zhǎng)早于軀干。身高的增加在突增高峰之前是以下肢增長(zhǎng)為主的，其后是坐高。7歲以后，人體各部位的發(fā)育順序一般遵循“向心律”規(guī)律，即按足長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)、下肢長(zhǎng)、手長(zhǎng)、上肢長(zhǎng)、軀干的先后順序從肢體遠(yuǎn)端開(kāi)始發(fā)育，先長(zhǎng)度，后寬度，再圍度，骨骼的變化最快，肌肉落后于骨的生長(zhǎng)速度[2，5，7]。從為兒童、青少年健身器材提供身體形態(tài)依據(jù)的角度來(lái)看，以前的研究是依據(jù)幾個(gè)主要的身體形態(tài)指標(biāo)概括出身體形態(tài)的發(fā)育趨勢(shì)，這對(duì)于理論研究無(wú)疑是重要的，然而將其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，卻往往不知如何下手。此外，較多的身體形態(tài)指標(biāo)如何綜合分析，而不是僅僅考慮到幾個(gè)身體形態(tài)指標(biāo)，也是一個(gè)在實(shí)際分析中需要解決的問(wèn)題。所以，本研究采用聚類(lèi)分析的方式綜合考慮男性和女性兒童、青少年多個(gè)身體形態(tài)指標(biāo)變化在年齡上的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)11歲之前女生身體形態(tài)增長(zhǎng)相對(duì)快于男生，但都遵循“先快后慢”的趨勢(shì)，其增長(zhǎng)最快的階段基本一致，即7～14歲階段。進(jìn)而根據(jù)兒童、青少年身體形態(tài)變化的性別年齡段差異提出了7個(gè)性別年齡分組，以供器材研制參考。

然而，如何更為精確的測(cè)量形態(tài)指標(biāo)變化的細(xì)節(jié)特征顯然是目前人體測(cè)量中的共性問(wèn)題。所以，在今后的研究中，隨著測(cè)量技術(shù)和方法的進(jìn)步，能夠展開(kāi)對(duì)形態(tài)指標(biāo)細(xì)節(jié)變化規(guī)律的研究，將更好地認(rèn)識(shí) 7～18歲兒童、青少年的生長(zhǎng)發(fā)育在身體形態(tài)上的規(guī)律，為研制更先進(jìn)科學(xué)的供兒童、青少年使用的器材和工具提供人機(jī)工程學(xué)參數(shù)。

3.3 兒童、青少年身體形態(tài)特征與人機(jī)工程學(xué)

人機(jī)工程學(xué)是從人的生理和心理特性出發(fā)，研究人，機(jī)，環(huán)境的相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律，以優(yōu)化人-機(jī)-環(huán)境的一門(mén)科學(xué)，是一種把使用產(chǎn)品的“人”作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)的理念，要求產(chǎn)品的外形、色彩、性能等都要圍繞人的生理、心理特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)；然后是一系列的知識(shí)基礎(chǔ)和研究方法，其知識(shí)基礎(chǔ)來(lái)源于工程心理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、技術(shù)美學(xué)、人體測(cè)量學(xué)等，再是整理形成的設(shè)計(jì)技術(shù)，包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件等；這些設(shè)計(jì)技術(shù)再和特定領(lǐng)域的其他設(shè)計(jì)技術(shù)及制造技術(shù)相結(jié)合，就形成符合人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品讓使用者更健康、高效、愉快地使用和享受著它為人們帶來(lái)的便利[4，8]。針對(duì)兒童、青少年設(shè)計(jì)的各種器材，在設(shè)計(jì)中對(duì)人機(jī)工程學(xué)的運(yùn)用已成為衡量其成功與否的關(guān)鍵。其中，很重要的一個(gè)方面就是對(duì)兒童、青少年的身體形態(tài)特征的應(yīng)用。但是，目前的體育器材在設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)不同性別年齡段身體形態(tài)特征的分析。實(shí)際上，由于絕大部分產(chǎn)品來(lái)自于中、小型企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。在設(shè)計(jì)水平上，各種設(shè)計(jì)大部分是模仿國(guó)外成型產(chǎn)品。所以，希望本研究能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)兒童、青少年使用的各種器材制造商提供一定的參考，尤其是在研究和設(shè)計(jì)兒童、青少年使用的健身器材時(shí)能夠科學(xué)的區(qū)分不同性別、年齡兒童、青少年的身體形態(tài)特征，為兒童、青少年提供安全科學(xué)的健身器材，從而有效地發(fā)揮健身器材促進(jìn)兒童、青少年生長(zhǎng)發(fā)育、鍛煉身體的作用。

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