導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物力學(xué)分析方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、高中物理難學(xué)的主觀原因

1.思想放松

剛進(jìn)入高中的學(xué)生思想易松懈,而高中物理的難度遠(yuǎn)非初中物理能比,需要三年的艱苦努力,加上高考的內(nèi)容源于課本而高于課本,具有很強的選拔性,如果高一基礎(chǔ)太差,指望高三突擊,其缺漏的很多知識是非常難完成的,實踐表明多數(shù)同學(xué)會落空。

2.忽視基礎(chǔ)

一些天賦甚高的同學(xué),常輕視基本知識、基本技能和基本方法的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練,經(jīng)常是知道怎么做而不去認(rèn)真演算書寫,只對難題感興趣以顯示自己的“水平”,好高騖遠(yuǎn),重“量”輕“質(zhì)”,陷入題海,到正規(guī)作業(yè)或考試中不是演算出錯就是中途“卡殼”,解題只追求答案的正確性,書寫不規(guī)范,考試時丟分也很嚴(yán)重,久而久之就失去了對物理學(xué)習(xí)的興趣。

3.被動學(xué)習(xí)

一些同學(xué)進(jìn)入高中后,還是有很強的依賴心理,習(xí)慣跟隨老師運轉(zhuǎn),沒有掌握學(xué)習(xí)主動權(quán)。比如坐等上課,課前沒有預(yù)習(xí),對老師要上課的內(nèi)容不了解,上課忙于記筆記,沒聽到“門道”,沒有真正理解所學(xué)內(nèi)容。由于各科信息量都較大,如果不能主動有效地復(fù)習(xí),前學(xué)后忘的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

4.學(xué)不得法

部分同學(xué)上課沒能專心聽課抓不住重點難點,不能體會物理思想方法,對要點沒聽到或聽不全,筆記記了一大本,問題也有一大堆,課后又不能及時鞏固、總結(jié)、尋找知識間的聯(lián)系,只是趕做作業(yè),亂套題型,對概念、法則、公式、定理一知半解,機械模仿,死記硬背。培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,體會 “死記硬背”與“活學(xué)活用”的區(qū)別,掌握好的學(xué)習(xí)方法。

三、轉(zhuǎn)化學(xué)困生的方法

1.培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣

教學(xué)是教師的教和學(xué)生的學(xué)共同的雙邊活動,教師的教只有通過學(xué)生積極、主動的學(xué),才能發(fā)揮作用。教師必須認(rèn)同學(xué)生有自主學(xué)習(xí)的愿望,并且初步具備自主學(xué)習(xí)的條件。教師的任務(wù)是創(chuàng)設(shè)一種有利于學(xué)生學(xué)習(xí)潛能發(fā)揮的情境,使學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能得以充分發(fā)揮。因而在教學(xué)中不可面面俱到,應(yīng)盡量縮短講課時間,教材中凡是學(xué)生能看懂的內(nèi)容一律不講,留給學(xué)生更多時間,讓他們充分思考,不懂的問題在課堂上大膽提出來,師生共同分析、相互交流,引導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究,使其真正成為學(xué)習(xí)的主人。

2.培養(yǎng)思維能力

(1)培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力。物理教學(xué)中多舉實例、多使用教具,讓學(xué)困生大膽地把生活實際抽象概括為物理語言,要求學(xué)困生多讀教材、教師多輔導(dǎo),使他們正確把握概念的內(nèi)涵、關(guān)鍵詞、句,以便在解題中能準(zhǔn)確無誤,舉一反三的應(yīng)用。

(2)加強思維品質(zhì)強度、廣度的訓(xùn)練。為了克服不足,提高抽象思維的強度和敏捷性,教學(xué)中可有意識地進(jìn)行如下訓(xùn)練:①進(jìn)行限時達(dá)標(biāo)訓(xùn)練。對于作業(yè)或課外練習(xí)不能沒有時間約束,要求學(xué)生做作業(yè)時一定要給自己一個時間界限,譬如一節(jié)課中要完成、二十分鐘完成等等;對于稍難的、比較優(yōu)秀的試題要求集中力量進(jìn)行練習(xí)。②重視發(fā)散思維的訓(xùn)練。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的一種形式,它沿著不同的方向去思考,有利于克服學(xué)困生思維呆板、思路多年來狹窄的缺點。 “一題多問”、“一題多思”、 “一題多解”是訓(xùn)練發(fā)散思維的好辦法。

3.循序漸進(jìn)

很多學(xué)生反映高中物理一學(xué)就會,一用就錯,一放就忘,這說明學(xué)生對所學(xué)知識了解不深刻,掌握不全面。因此,在教學(xué)過程中不能操之過急,對所學(xué)的知識不能要求學(xué)生一次到位,而應(yīng)根據(jù)學(xué)生實際情況,適當(dāng)放慢速度,使學(xué)生對概念的理解和掌握隨著認(rèn)識能力的提高螺旋式上升。

如在《牛頓第二定律》一章的教學(xué)中,為使學(xué)生較好掌握定律中加速度和力的關(guān)系及各物理量的物理意義,應(yīng)先將有關(guān)概念作為預(yù)備知識總結(jié)歸納,如力的概念、合力與分力的概念、加速度概念及牛頓第一定律等,以掃除定律學(xué)習(xí)中的障礙,再進(jìn)行定律的實驗和理論討論。在安排學(xué)生練習(xí)時要注意題型和難度的控制,先練習(xí)水平面上的問題,再逐漸深人到斜面問題;先分析物體受一個力的問題,再逐漸深入到物體受兩個、三個力的問題;先研究單個物體問題,再逐漸深人分析連接體問題。

4.化解分化點

高中物理知識易分化的地方多,這些地方一般都有方法新、難度大、靈活性強等特點。對易分化的知識,應(yīng)當(dāng)采取多次反復(fù),加強輔導(dǎo),開辟專題講座,指導(dǎo)閱讀參考書等方法,將出現(xiàn)的錯誤提出來讓學(xué)生議一議,充分展示他們的思維過程,通過變式練習(xí),提高他們的鑒賞能力,以達(dá)到靈活掌握知識、運用知識的目的。

總之,我們要充分認(rèn)識高中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)上的特點和現(xiàn)實困難,尊重學(xué)生的基本實際,多想辦法,研究規(guī)律和遵循規(guī)律,才能更好地幫助學(xué)生跨越物理難學(xué)的這道坎。

參考文獻(xiàn):

篇2

關(guān)鍵詞: 中國美國物理學(xué)習(xí)方法差異原因

近年來,很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)中美兩國教育中有一個奇怪的現(xiàn)象:中國學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中基礎(chǔ)知識扎實,理論修養(yǎng)水平高,學(xué)習(xí)成績較好,可一到科學(xué)研究的實踐領(lǐng)域,就明顯落后于美國學(xué)生。本文探討了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

1.物理學(xué)習(xí)方法的差異

中美兩國學(xué)生學(xué)習(xí)物理主要使用的方法分別是透徹法和滲透法,兩種方法各有千秋。透徹法是中國傳統(tǒng)教育中的一種學(xué)習(xí)方法,指學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,詳盡、深入、透徹地理解所學(xué)的物理知識;而滲透法是一種體會式、漸進(jìn)式的學(xué)習(xí)方法,它循序漸進(jìn)地改造學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。

在我國傳統(tǒng)的物理教學(xué)中,學(xué)生習(xí)慣用透徹法進(jìn)行學(xué)習(xí),他們奉行“知之為知之,不知為不知”的理念,基礎(chǔ)知識扎實,卻無法容忍一知半解的狀態(tài),因而知識面較窄,在學(xué)習(xí)中亦步亦趨,缺乏創(chuàng)新思維;在美國的課堂教學(xué)中,教師善于使用滲透法培養(yǎng)學(xué)生,學(xué)生通常有較強的獨立思考能力與創(chuàng)新意識,易于掌握多學(xué)科的知識,能在混亂的思維中孕育出真理,在從學(xué)習(xí)階段轉(zhuǎn)入研究階段時,可以很快地進(jìn)入狀態(tài),但他們的理論基礎(chǔ)比較薄弱。楊振寧曾說:“中國傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法是一種‘透徹法’。懂得透徹很重要,但是若對不能理解的東西,就抗拒,這不好。‘滲透法’學(xué)習(xí)的好處,一是可以吸收更多的知識,二是對整個的動態(tài),有所掌握,不是在小縫里,一點一點地學(xué)習(xí)?！盵1]我們可以看到,透徹法有利于學(xué)生牢固掌握物理基礎(chǔ)知識,但也使學(xué)生進(jìn)入了一個誤區(qū)。在遇到問題時,他們總是一開始便埋頭苦干,按部就班地作詳盡的分析和定量計算,只是著眼于問題的一點,而不能夠從全局和整體上加以考慮。隨著物理知識難度的不斷加大,學(xué)生透徹學(xué)習(xí)的難度也越來越大。滲透法要求物理教師在教學(xué)活動中要充分認(rèn)識到學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體,要改變物理課堂中“填鴨式”的教學(xué)方式,通過精心設(shè)計教學(xué)活動,在學(xué)習(xí)中適度地滲透難度大一點的物理知識,適度地滲透跨學(xué)科的知識,這樣能使學(xué)生在掌握知識、獲得技能的同時開闊視野。用透徹法學(xué)習(xí),學(xué)生會具有比較深厚扎實的物理專業(yè)知識,而滲透法的運用,學(xué)生會了解物理學(xué)的最新發(fā)展動態(tài),熟悉它與其它相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系,具備堅實的科學(xué)知識基礎(chǔ)。

2.學(xué)習(xí)方法差異產(chǎn)生的原因

2.1學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)習(xí)方式的影響

學(xué)習(xí)環(huán)境狹義是指與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的環(huán)境,廣義還包括與學(xué)習(xí)環(huán)境有關(guān)的環(huán)境和與學(xué)生認(rèn)知動機相關(guān)的內(nèi)部環(huán)境。物理學(xué)習(xí)過程可歸結(jié)為在一定環(huán)境下的激活或鏈接已有相關(guān)經(jīng)驗的過程,可見環(huán)境對于學(xué)生物理學(xué)習(xí)方式的影響。中美兩國不同的文化環(huán)境中孕育出不同的教育理念,美國教育制度倡導(dǎo)自由式的學(xué)習(xí)方法,“學(xué)生常常在亂七八糟之中把知識學(xué)了進(jìn)去,……許多很優(yōu)秀的學(xué)生,其知識體系中的漏洞是非常之多的,而且正確和謬誤常常糾纏在一起”。[2]學(xué)生雖然在學(xué)習(xí)的時候?qū)λ鶎W(xué)的內(nèi)容往往還不太清楚,但是就在這種不太清楚的過程中,已經(jīng)學(xué)到了很多東西。在中國,物理學(xué)習(xí)常被理解為對前人取得的知識成果的吸收,真知必須通過大徹大悟的境界才能獲得,強調(diào)學(xué)習(xí)純科學(xué),學(xué)生缺少對物理知識的真實感知,這樣,就造成了他們比較單一的的知識結(jié)構(gòu)。

2.2教學(xué)方式對學(xué)習(xí)方法的影響

2.2.1封閉和開放的學(xué)習(xí)方式

在我國,物理教師的教學(xué)是封閉的,而美國物理教師的教學(xué)卻是開放的。首先,在美國物理教學(xué)中,教師通常以學(xué)生為中心,注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,課堂氣氛相對比較活躍。而我國的物理教師卻以自我為中心,更擅長傳授式的教學(xué)模式,教師在課堂上不斷地講,學(xué)生安靜地聽,課堂氣氛比較沉悶。其次,美國的物理教師具有一定的獨立性,教學(xué)方法可以不必效仿其他教師。而我國物理教師通常嚴(yán)格按照教科書授課,年輕教師在老教師的指導(dǎo)下進(jìn)行教學(xué),只會向?qū)W生傳授書本知識,卻不會帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實踐操作;只會對學(xué)生進(jìn)行說教和灌輸,卻不善于通過分析學(xué)生的心理,進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。最后,美國物理教師在物理概念、定理、定律的得出常用歸納法,鼓勵學(xué)生多觀察、勤思考,在發(fā)現(xiàn)中學(xué)習(xí)。而我國物理教師常采用演繹法進(jìn)行教學(xué),首先有步驟地闡述概念和理論,然后再舉例說明,其間更注重正確與詳細(xì)。[3]這樣,不同的教學(xué)方式就產(chǎn)生了不同的學(xué)習(xí)方法。

2.2.2通過實驗讓學(xué)生進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)

在美國的物理教學(xué)中,教師更注重實驗的作用。他們認(rèn)為,實驗教學(xué)和直接講述比較,的確要花費很多的時間和精力,而且得出的結(jié)論也不如直接講述的簡潔而明確,但物理學(xué)是一門實驗科學(xué),學(xué)生從物理實驗中所獲得的感性認(rèn)識、探索能力和動手技巧等,不是直接講述所能夠給予的。實驗?zāi)茉黾游锢斫虒W(xué)的趣味性,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,使得他們樂于學(xué)習(xí)物理知識。這種以實驗為基礎(chǔ),有意識地培養(yǎng)學(xué)生從具體到抽象,從直接經(jīng)驗到概括,滲透的過程使學(xué)生的動手能力、創(chuàng)造性得到了很大的提高。[4]而在我國的物理教學(xué)中,教師更注重理論的學(xué)習(xí)、解題技能的提高,忽視演示實驗和學(xué)生的動手操作,以理論課和實驗課的“一體化”統(tǒng)領(lǐng)整個課堂教學(xué)。

2.3課堂教學(xué)評價對學(xué)習(xí)方法的影響[5]

我國的物理課堂教學(xué)評價是一種單向型的評價,重對學(xué)生的總結(jié)性評價,輕形成性評價,評價中傾向于對學(xué)生的甄別和判斷;評價方式以他評為主,缺少人性化,課堂評價的激勵、調(diào)控功能難以發(fā)揮。而美國的物理課堂教學(xué)評價框架由多種要素構(gòu)成,并且采用多種方式測評學(xué)生對重要概念和基本規(guī)律的掌握情況,運用“建構(gòu)―反應(yīng)”模式來測評學(xué)生的解釋、分析、應(yīng)用和表達(dá)科學(xué)信息的能力,采用表現(xiàn)性評價方法,測評學(xué)生觀察、實驗、評估等從事科學(xué)探究活動的能力。與我國相比,美國的物理課堂教學(xué)評價中,更加關(guān)注多維的評價目標(biāo),注重學(xué)生的科學(xué)探究能力、情感態(tài)度與科學(xué)價值觀的培養(yǎng)情況,評價能拉近評價者與學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容的距離,更容易激發(fā)學(xué)生廣泛地吸收物理知識。

21世紀(jì)的文盲不再是目不識丁的人,而是不懂得學(xué)習(xí)方法的人。物理學(xué)作為一門充滿活力的基礎(chǔ)學(xué)科,它需要大批具有開拓和創(chuàng)新、懷疑和批判精神,并懂得如何學(xué)習(xí)的人。因此,我國物理教學(xué)必須貫徹執(zhí)行新課程標(biāo)準(zhǔn),吸取先進(jìn)的教學(xué)思想,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

參考文獻(xiàn):

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[3]丁邦平.中美科學(xué)教育比較[J].中國教育學(xué)刊.2000,(02).

篇3

一、運動生物力學(xué)的定義：

運動生物力學(xué)的定義（國內(nèi)）是運動生物力學(xué)是一門新興學(xué)科，現(xiàn)在比較通用的定義是“運動生物力學(xué)是研究體育運動中人體機械運動規(guī)律的科學(xué)”。國外對這門學(xué)科的定義也大相徑庭究，有些國家把運動生物力學(xué)認(rèn)為是人體內(nèi)部運動器系運動和外部人體整體運動的力學(xué)特性，盡管運動生物力學(xué)在國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一的定義，但是運動生物力學(xué)的作用和研究意義已被各個國家所重視。

二、在技術(shù)教學(xué)中的重要地位

在體育運動中任何一項身體練習(xí)都由一定的動作及動作體系構(gòu)成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運動技術(shù)。合理的運動技術(shù)以運動生物力學(xué)理論為依據(jù)，并富含運動生物力學(xué)原理。而運動生物力學(xué)又以其分析科學(xué)性，結(jié)構(gòu)合理性為體育技術(shù)教學(xué)提供理論和方法上的指導(dǎo)，它可以通過對形形體育動作差別原因的分析，探討出獲得良好技術(shù)的各種力學(xué)條件，從而使學(xué)生更完善地認(rèn)識、學(xué)習(xí)和掌握合理的運動技術(shù)動作。

三、對技術(shù)教學(xué)的積極影響

在技術(shù)教學(xué)中，及時而有針對性地向?qū)W生傳授運動生物力學(xué)原理，往往能引起學(xué)生對學(xué)習(xí)和掌握運動技術(shù)的興趣，并使復(fù)雜的技術(shù)簡單化，從而有利于學(xué)生及時糾正自己的錯誤動作，并防止由于錯誤動作而帶來的運動損傷。

（一）提高學(xué)習(xí)運動技術(shù)的興趣

隨著新科技、新技術(shù)的不斷地推動著體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的運動技術(shù)取代舊的運動技術(shù)，或高級運動技術(shù)取代低級運動技術(shù)，已成為當(dāng)今社會的總體趨勢。新的運動技術(shù)比舊的運動技術(shù)更科學(xué)、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術(shù)總能吸引更多的人去研究和學(xué)習(xí)。在體育技術(shù)教學(xué)中，如何引起學(xué)生對新技術(shù)的興趣是學(xué)習(xí)的第一動力。比如，我們所說的站立式起跑和蹲踞式起跑，相對以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒適，運動員一般都采用站立式起跑。隨著科學(xué)的發(fā)展，運動生物力學(xué)這門學(xué)科逐漸進(jìn)入了人們的視角，從生物力學(xué)的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區(qū)別，蹲踞式起跑更有利于起跑，對于短距離的起跑和起跑后的加速跑這兩個階段從實效性和經(jīng)濟(jì)性這兩個角度而言作用最大，同時也為短距離途中跑和沖刺跑奠定了一定的能源物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)今在全國乃至世界在短距離運動項目中全部必須采用蹲踞式起跑。如此，學(xué)生就會對蹲踞式起跑產(chǎn)生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術(shù)教學(xué)中就會主動、積極地參與并思考、體會技術(shù)細(xì)節(jié)，進(jìn)而縮短掌握技術(shù)動作的時數(shù)，有利于提高技術(shù)教學(xué)效果。

（二）使復(fù)雜的技術(shù)問題簡單化

相對于以往的體育教學(xué)中，當(dāng)體育教師對某一項較為復(fù)雜的技術(shù)過程講解時，學(xué)生常會因為技術(shù)動作太復(fù)雜而影響學(xué)習(xí)，但如果教師能用適當(dāng)?shù)牧W(xué)知識加以分析和運動生物力學(xué)的研究方法往往能使學(xué)生“頓悟”，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如：足球的香蕉球是一項較復(fù)雜的技術(shù)動作，且香蕉球形成的力學(xué)原因也極為復(fù)雜，但根據(jù)球在空中的運行軌跡的力學(xué)現(xiàn)象，我們只要在踢球過程中，保證擊球點的用力通過球心，且不在一條直線上，就為香蕉球的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。因此我們可以運用運動生物力學(xué)中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數(shù)據(jù)的分析，把學(xué)生、運動員的運動技術(shù)進(jìn)行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學(xué)生，學(xué)生可以從動作回放和慢放中知道動作的運動軌跡，和香蕉球擊球點的位置。因此，對復(fù)雜的技術(shù)動作稍加力學(xué)分析，和采用先進(jìn)的設(shè)備便可使復(fù)雜問題簡單化，便于學(xué)生理解并提高教學(xué)效果。

（三）減少損傷以利掌握合理技術(shù)

篇4

關(guān)鍵詞：地方??；生物力學(xué)；腰椎壓力

中圖分類號：TP39；R682.3；R135文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：2095-2163（2015）04-

0引言

氟中毒[1]是一種地方性疾病，輕度的體現(xiàn)為兒童氟斑牙，重度的體現(xiàn)為成人氟骨癥。氟斑牙的調(diào)查對象一般為8～12歲兒童，診斷時醫(yī)生通常需彎腰低頭進(jìn)行。由于一次性調(diào)查人數(shù)較多（碘缺乏病中檢查甲狀腺的情況與之類似），所以盡管勞動強度不大，但醫(yī)生腰酸背痛在所難免，還可能引發(fā)慢性腰痛等脊椎病[2-4]。為此，若把領(lǐng)獎臺特征的階梯式站臺（“領(lǐng)獎臺”）應(yīng)用到兒童氟斑牙診斷中，讓待診兒童按個頭大小分組站于“領(lǐng)獎臺”接受診斷，則有利于減輕醫(yī)生腰部疲勞。醫(yī)生腰椎壓力等數(shù)據(jù)通過法國達(dá)索公司的虛擬樣機軟件CATIA工效學(xué)模塊[5]進(jìn)行“檢測”。

1構(gòu)建CATIA模型

1.1人體生物力學(xué)

生物學(xué)中，人體處于站姿或坐姿時，身體由脊椎、髖骨、腿和腳支撐，主要靠腰椎和髖骨支撐上身體重。其中人體脊椎由7節(jié)頸椎、12節(jié)胸椎和5節(jié)腰椎構(gòu)成，平時靠肌肉維持其“S”形，腰椎粗大且硬，幾乎承受著人體上身的全部重量，并實現(xiàn)前曲后仰、側(cè)曲、扭轉(zhuǎn)等運動，第三、第四腰椎為整個脊椎骨中受力最大的部位。腰椎的不良力學(xué)行為（如長時間壓縮等）[3]將加重腰椎負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生疲勞，甚至引發(fā)腰椎間盤損傷等脊椎病[4]。CATIA軟件的工效學(xué)設(shè)計與分析模塊，應(yīng)用L4～L5[6]非線性三維有限元模型，能夠?qū)ρ祲毫Φ壬锪W(xué)參數(shù)進(jìn)行描述。

1.2人體模型

CATIAV5R20中有美、加、法、日、韓、德、中（臺）共7個國家的人體模型。兒童氟斑牙的現(xiàn)場調(diào)查中，站姿是醫(yī)生診斷病情的主要姿勢。本例采用中國人模型，男性醫(yī)生身高1.75m，待診兒童身高取樣1.35m、1.50m和1.65m，如圖1所示。

（a）1.35m（b）1.50m（c）1.65m

2生物力學(xué)分析及改善措施

2.1生物力學(xué)分析（BSAA）

BSAA指生物力學(xué)單一動作評價，針對給定姿態(tài)下人體的腰椎、關(guān)節(jié)等處受力（或力矩）等進(jìn)行測量。以圖1（a）為例，通過“[開始][工效學(xué)設(shè)計與分析][HumanActivityAnalysis][分析][BiomechanicSingleActionAnalysis…]”即得分析結(jié)果，見圖2。其中L4-L5腰椎壓力由身體負(fù)荷壓力、軸扭曲力和彎曲力三部分組成。

可見，1.75m身高醫(yī)生診斷1.35m、1.50m和1.65m（1.80m僅為分析對照而設(shè)）身高兒童氟斑牙時醫(yī)生L4-L5腰椎壓力分別為2369N、2069N、1679N（醫(yī)生正常站姿時1165N）。隨著接受診斷兒童的身高增大，醫(yī)生工作時的L4-L5腰椎壓力驟減（彎曲力“貢獻(xiàn)”最大）。

2.2改善措施

設(shè)想兒童在接受診斷時分組站于“領(lǐng)獎臺”（見圖4），其嘴巴部位跟醫(yī)生眼睛高度基本平齊（相當(dāng)于醫(yī)生自然站姿），則醫(yī)生L4-L5壓力分別比原來減少50.8%、43.7%和30.6%，如圖3所示。

“領(lǐng)獎臺”作為兒童接受診斷的地點，可使醫(yī)生能以正常站姿工作。該“領(lǐng)獎臺”可如下設(shè)計：

（1）尺寸。三個臺面的長度、寬度均分別為0.6m、0.30m，高度依次為0.30m、0.45m、0.15m；

（2）材質(zhì)及使用方法?？刹捎萌齻€小木匣拼接，便于攜帶（可盛裝工作用品）。

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關(guān)鍵詞：俯背運動 腰部損傷 力學(xué)分析

前言

腰痛一直是困擾人類最常見的疾病，尤其在體育運動中，腰椎損傷嚴(yán)重地威脅著運動員的身體健康和運動成績。據(jù)統(tǒng)計，在運動員中有60%―70%存在不同程度的腰椎疾患。因此腰部疾病的防治成為備受關(guān)注的話題。多年來，國內(nèi)外學(xué)者對腰椎的生物力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，但由于腰椎生理結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及研究手段的局限性，很多問題有待進(jìn)一步的探索，特別是對運動員腰部損傷的防治成了亟待解決的問題。

脊柱是人體的支柱，腰骶部又是軀干連接下肢的橋梁，承受的載荷在整個脊柱中位居首位，同時其活動范圍也相對最大，正因如此，腰椎發(fā)生損傷的機率就較大。近20年來，研究人員用現(xiàn)代化的力學(xué)實驗方法及理論分析計算，終于在腰椎損傷產(chǎn)生機理方面得到了較大的進(jìn)展。實驗表明：腰椎損傷大多是由于腰部脊椎骨、腰椎間盤、肌肉、韌帶的生物力學(xué)平衡關(guān)系被破壞而引起的。造成平衡關(guān)系破壞的原因很多，如長期積累導(dǎo)致脊椎的退行性變化，外力過于強大，活動范圍超過腰椎的最大生理范圍以及不當(dāng)?shù)扔纱艘l(fā)一系列病變。要解決腰椎損傷的問題，應(yīng)該先從腰部的生物力學(xué)性質(zhì)的分析入手。

一、腰背部基本生物力學(xué)分析

1.腰背部肌肉韌帶的基本生物力學(xué)分析

腰背部肌肉分布均勻，通過收縮產(chǎn)生抗拒力維持腰椎的穩(wěn)定。在運動狀態(tài)下，隨著強度和幅度的加大，致使腰部與腰部相關(guān)的肌肉、韌帶產(chǎn)生退變或損傷，從而使腰部承受慣性載荷在總體上相對減少。通過對每塊肌肉的研究證實，活的人體肌肉收縮或舒張時都做功，在相同條件下肌肉收縮所做的功比舒張時所做的功要大。因此，脊柱伸直時所做的向心舒張功要大于屈曲時所做的離心收縮功。

腰部棘突的方位平直向后，棘上韌帶深部纖維聯(lián)結(jié)相應(yīng)的棘突，淺部纖維越過棘突3―4節(jié)，能控制棘突的前屈。棘間韌帶在腰部發(fā)育最強，對腰椎運動的影響也較大。因此，棘上韌帶和棘間韌帶兩種結(jié)構(gòu)對于維持腰椎穩(wěn)定起到了十分重要的作用，不僅控制腰椎的不同類型活動，同時也承受一定的牽拉、扭轉(zhuǎn)載荷。實驗證明在腰部4、5脊椎功能單位上，棘上、棘間韌帶提供12%―16%的張力強度、10%的扭轉(zhuǎn)強度。在屈曲狀態(tài)下，棘上、棘間韌帶對脊柱起穩(wěn)定作用。還有研究證實，兩種韌帶結(jié)構(gòu)在生理活動期間不僅存儲肌肉能量，同時也對脊柱關(guān)節(jié)起穩(wěn)定和保護(hù)作用。

通過解剖學(xué)的研究我們了解到：在相鄰腰椎板之間存在黃韌帶，黃韌帶的構(gòu)成中彈性纖維約占60%―70%，韌帶產(chǎn)生的預(yù)張力對腰椎間盤形成預(yù)應(yīng)力，有助于保護(hù)腰椎及脊柱的穩(wěn)定性，同時還能防止韌帶本身在腰椎后伸時發(fā)生彎折。人在20歲之前黃韌帶的預(yù)張力約為18N，而70歲的老年人黃韌帶的預(yù)張力僅為5N左右。由此看來，20歲前黃韌帶具有較高的彈性機制，腰部柔韌性較好，能承受大活動范圍的腰部動作，伴隨著年齡的增長，黃韌帶的彈性機制逐漸下降，腰部的劇烈運動就容易使腰部產(chǎn)生韌帶拉傷。黃韌帶的生理范圍為5%―50%，超過50%以后，剛性就迅速增加，在被拉長至70%時即會發(fā)生損傷。

2.腰椎的基本生物力學(xué)分析

腰椎位于人體的中部，是脊柱運動的樞紐，其中椎間盤最厚，占椎體高度的1/2。腰椎活動幅度大，當(dāng)彎腰即腰椎屈曲時，椎間盤前窄后寬，使腰椎的生理彎曲由前凸變平或稍微后凸。腰椎伸時，則使腰椎生理彎曲度加大，腰椎的屈伸是以第一骶椎為支點的多關(guān)節(jié)活動。上體前屈時，纖維環(huán)前部膨出，而后部伸直。上體后伸時，后纖維環(huán)松弛后凸，后凸的纖維環(huán)使椎管前后徑縮小，導(dǎo)致神經(jīng)根或馬尾神經(jīng)受壓。另外，腰骶椎間盤不論脊柱呈何種屈伸角度，其載荷形式幾乎均為壓縮應(yīng)力，且應(yīng)力大小與體重、脊柱前屈的角度有關(guān)。由于椎間盤在兩相鄰脊椎骨之間，前后部均受韌帶保護(hù)，尤其前部纖維較厚，并受腹腔內(nèi)壓力的支持，當(dāng)壓縮應(yīng)力足夠大或做長時間靜力性動作時，會導(dǎo)致韌帶和纖維疲勞。此時，髓核向后突出比向前突出的可能性大得多，當(dāng)壓縮應(yīng)力非常大時，就會直接損傷椎骨。

二、俯背運動對腰部損傷的影響

多年來，無論在運動訓(xùn)練或體育教學(xué)以及大眾健身運動中，俯背運動被大多數(shù)人所接受，在運動員的訓(xùn)練過程中運用更為廣泛。多數(shù)研究人員只考慮到它可以增加腰背部及大腿后部肌肉和韌帶的柔韌性，但很少有人研究它是否對人體有不利的影響。畢竟每件事物的存在都是有利也有弊的，所以俯背運動的負(fù)面影響也是不容忽視的。

我們完成某個動作，都是靠關(guān)節(jié)、韌帶及肌肉的拮抗作用來完成的。脊柱的運動也是靠腰椎關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)間韌帶以及脊旁肌肉群發(fā)動的。如上體屈曲時，先從腹直肌及腰大肌開始，然后以上體重量為負(fù)荷使屈曲進(jìn)一步發(fā)展，此時豎脊肌起控制作用，但彎曲程度繼續(xù)加大至完全屈曲后，豎脊肌失去功效，僅靠脊后方韌帶維持以防止關(guān)節(jié)內(nèi)部受傷。從屈曲位到伸直位時，豎脊肌逐漸拉脊柱伸直，到越過中軸至繼續(xù)伸直時腹肌又起控制作用。

對于腰部損傷來說，腰椎的位置結(jié)構(gòu)及其運動形式對損傷都存在極大的影響。腰椎的病變是極其常見的，也可能導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。這與腰椎的活動范圍有著密切的關(guān)系。下表是綜合他人及自己研究所得的結(jié)果，主要表現(xiàn)了腰椎的生理活動范圍。

由表格中可以看出，腰椎各關(guān)節(jié)段的屈伸活動范圍由上到下逐漸增大，而側(cè)彎范圍除腰骶關(guān)節(jié)偏小外其余部分大致相等，軸向旋轉(zhuǎn)則以腰骶關(guān)節(jié)為最大，但仍明顯小于屈伸和側(cè)彎的幅度。這主要與關(guān)節(jié)面的方向相關(guān)。雖然單個腰椎關(guān)節(jié)活動范圍不大，但是五個關(guān)節(jié)疊加起來，其活動的范圍卻很大，而且能夠支持人體的各種腰骶及動作。但腰椎活動的范圍也有一定的局限，如果運動時腰椎活動范圍超過了極限程度，則會導(dǎo)致腰椎的損傷。

通過表中數(shù)據(jù)表明，腰椎前屈的生理范圍應(yīng)不超過50度。大多數(shù)人都有可能在運動中使腰椎屈曲范圍接近甚至超過正常生理范圍，偶爾的運動雖不能造成損傷，但長期積累就會導(dǎo)致疲勞，從而對腰椎引起損傷。因為肌肉韌帶都是粘彈性組織，在其經(jīng)常被拉長時，尤其是過度拉長時就會產(chǎn)生肌肉松弛，此時腰部的肌肉和韌帶起了穩(wěn)定和保護(hù)脊椎的作用，而大量的做俯背運動、過長時間的積累，腰部肌肉就會疲勞，韌帶也會產(chǎn)生松弛，使其穩(wěn)定和保護(hù)的作用減弱。因此，脊柱是更容易因大幅度運動而超出其生理活動范圍造成損傷。實驗證明，俯背運動對腰椎存在一定的損傷，多做則會積累導(dǎo)致腰部慢性損傷，損傷的主要病變是椎骨變形以及腰椎間盤脫出、突出等而壓迫神經(jīng)造成不良后果。

三、結(jié)論和建議

本文主要闡述了長期俯背運動對腰椎及腰背部肌肉和韌帶彈性存在的不良影響。長期積累還會導(dǎo)致肌肉疲勞、韌帶松弛而影響脊柱的穩(wěn)定性，從而使腰椎發(fā)生損傷。

隨著體育運動的發(fā)展，競技體育日趨激烈，運動訓(xùn)練強調(diào)大運動量，腰椎負(fù)荷必然隨之加大，損傷問題就越發(fā)突出了。據(jù)此我從生物力學(xué)角度提出兩方面的措施：一是預(yù)防，要使教練員和運動員充分掌握腰椎及腰背部肌肉韌帶的生物力學(xué)知識，并用以指導(dǎo)實踐，減少導(dǎo)致?lián)p傷的危險動作的出現(xiàn)。如舉重項目中要盡量避免遠(yuǎn)離身體的提鈴動作，體操運動中要縮短靜力性動作的持續(xù)時間。二是及時治療，運動生物力學(xué)研究成果可為臨床提供醫(yī)療依據(jù)，學(xué)習(xí)和掌握腰椎損傷的生物力學(xué)因素及機制將進(jìn)一步推動腰椎疾病的治療。另外在日常生活中，也要盡量避免遠(yuǎn)離身體的脊柱充分前屈的提物動作，從而減少由于肌肉韌帶及纖維疲勞引起的椎間盤髓核突出癥的發(fā)生，避免因過度疲勞而引起的腰部疾患。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 尚桂紅.腰椎運動損傷的生物力學(xué)分析.山東師大學(xué)報，1995.

［2］ 岳壽偉.腰椎生物力學(xué).中國療養(yǎng)學(xué),1997.

［3］ 張智勇.腰椎損傷的生物力學(xué)原理分析.長春大學(xué)學(xué)報，1999.

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關(guān)鍵詞 墊球 生物力學(xué) 方向 力度

中圖分類號：G804.95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

作為一種傳統(tǒng)運動，排球廣受人們喜愛。隨著比賽規(guī)則的不斷改進(jìn)，競爭更為激烈，如時間越來越緊、節(jié)奏越來越快，對排球運動員提出了更高的要求。墊球是排球的一個基礎(chǔ)動作。但實際中，由于用力不同，在以手臂迎擊時，極易出現(xiàn)下網(wǎng)或墊飛的情況，進(jìn)而影響到己方成績。為此，有必要對墊球中所運用的生物力學(xué)原理加以分析，并合理使用，以提高墊球的成功率。

1墊球基本姿勢的生物力學(xué)分析

1.1如何墊大力量球

墊球的準(zhǔn)備動作包括準(zhǔn)備姿勢、擊球手型、手臂角度等。根據(jù)物理學(xué)中力學(xué)原理可知，當(dāng)一個物體對另一個物體施力時，施加的力叫作用力；而另一物體在承受作用力時，會向施力物體也施加一定的力，叫做反作用力。在墊球時，排球?qū)κ直凼┘拥牧礊樽饔昧Γ直塾瓝襞徘驎r產(chǎn)生的力為反作用力。當(dāng)對方擊打的速度過快、力量太大時，如果只是以力打力、正面迎擊，兩股力量作用在一起，容易將球墊飛。所以，面對大力量球時，應(yīng)進(jìn)行緩沖，卸掉一部分力。為此展開試驗，從某班級抽取10人，首先進(jìn)行大力量球的迎擊墊球，每人墊球100次，結(jié)果成功墊給二傳超過40個球的只有3個同學(xué)；墊飛出場的比例較高，下網(wǎng)次之，直接墊入對方場地的最少；然后進(jìn)行卸力墊球，同樣是上面10位同學(xué)，每人墊100個球，由于做了卸力處理，墊給二傳的成功率大大提升，最高者達(dá)到75個，墊飛和下網(wǎng)的幾率則大大降低。

試驗表明，在迎擊大力量球時，若能進(jìn)行卸力處理，墊球的成功率顯然有所提高。分析其中原因，作用力等于反作用力，但經(jīng)卸力處理后的反作用力等于作用力減去緩沖力?？梢姡谂徘蜻\動中，墊球是有技巧的，抓住內(nèi)在的力學(xué)規(guī)律，進(jìn)行恰當(dāng)處理，可有效提高墊球技術(shù)。訓(xùn)練或比賽中所謂的“球感”，便可理解為是運動員自身下意識的利用力學(xué)原理控制球的力量和方向，將球墊到最理想的位置，為進(jìn)攻奠定良好的基礎(chǔ)，即掌握了墊球的生物力學(xué)原理。

對其生物力學(xué)原理進(jìn)行分析，作用力與反作用力相等，當(dāng)球的力量太大時，反彈力一樣很大。所以，面對大力量球，盡量不要直接迎擊，應(yīng)含胸收腹，當(dāng)手臂接觸球后，隨著球向后撤，同時保持肌肉在放松狀態(tài)，緩沖來球的巨大力量。手型應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整，用手臂或手腕控制好墊球的方向。如果擊球點接近身體且位置偏高，可用前臂墊球；而離身體較遠(yuǎn)且位置偏低時，需改作屈肘翹腕的姿勢，用手腕上部進(jìn)行墊球。此過程中的“含胸收腹”、“后撤”等都是緩沖、卸力的動作，主要是為了緩解沖力，有效地控制墊球方向和力度，做好防守。

1.2如何墊中等力量球

當(dāng)來球速度相對較慢、力量稍微減弱時，墊球方法和墊大力量球有一定的區(qū)別。準(zhǔn)備姿勢依舊保持深蹲，其余如手型、擊球點等基本相似，但用手臂應(yīng)及時，要保持放松、速度要慢，借助球自身的反彈力，墊擊球的后下部，同時，蹬地、跟腰、提肩壓腕、抬臂等動作應(yīng)一氣呵成。從此分析中可知，墊大力量球時的一些卸力動作已沒有使用的必要，而是改成了“蹬地”、“跟腰”、“提肩壓腕”等擊球的動作。這是因為中等力量的球速度相對要緩、力量也小些，作用到手臂上后無需再卸力緩沖，反而在力量較弱時還應(yīng)施加部分力，才能保證球順利傳出去。此時，墊球的力量等于球的反作用力加上上臂對球施加的力，如蹬地等動作都是勢力動作。這樣充分證明了墊擊球應(yīng)根據(jù)球的力量性質(zhì)決定。力量稍大，給球的力量則應(yīng)相對減??；而來球的力量相對較小時，應(yīng)適當(dāng)增加對球施加的力。

1.3如何墊擊輕球

墊擊輕球時，與上述兩種情況又有所不同。當(dāng)來球到達(dá)腹前約一臂距離時，運動員應(yīng)將雙臂加緊前身，插入球下，同時配合蹬地、跟腰、提肩、頂肘、壓腕、抬臂等全身協(xié)調(diào)動作迎擊來球，身體重心隨著擊球動作向前上方移動。這些動作也都屬于用力的動作，因為輕球的力量較小，若只憑其自身的反彈力，顯然很難墊到理想位置，這就要求主動擊球，在其反彈力的基礎(chǔ)上，施加一定的作用力，將球順利墊出。

2墊球方向的生物力學(xué)分析

排球是綜合多種因素的一項運動，且訓(xùn)練或比賽中存在很多不確定因素，所以在對手發(fā)來球時，應(yīng)快速移動過去，并對身邊狀況有個明確判斷，掌握好應(yīng)對體側(cè)來球的墊球技術(shù)。從力學(xué)角度來看，當(dāng)有力作用到某物體上，角度不同，反彈力的方向會有所改變。所以要運用體側(cè)墊球技術(shù)，若是左墊球，則以左腳前腳掌內(nèi)側(cè)蹬地，左腳向左跨一步，同時重心移至左腳，兩膝彎曲、雙臂伸出，右肩稍微傾斜，左臂略高于右臂。然后轉(zhuǎn)體、收腹，同時提肩抬臂擊球。若是右墊球，則與以上動作方向相反。為保證球能夠順利傳至理想位置，在提肩抬臂擊球時，手臂內(nèi)側(cè)應(yīng)對準(zhǔn)二傳隊員，此時，球的反作用會朝其固定方向飛去。在改變方向的同時，當(dāng)然也要根據(jù)球力量的大小，采取相應(yīng)的動作。

3結(jié)束語

墊球是排球運動中的基礎(chǔ)動作，必須熟悉掌握，才能做好其它的復(fù)雜動作。墊球的力量和方向較為重要，墊球中即蘊含著精妙的生物力學(xué)原理，面對不同力量的球，應(yīng)以不同的姿勢和力度去迎擊，進(jìn)而提高墊球的成功率。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛傳志，葛傳剛.生物力學(xué)原理在排球墊球技術(shù)中應(yīng)用的研究[J].文學(xué)與藝術(shù)，2011，24（6）.

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關(guān)鍵詞：生物力學(xué)；骨質(zhì)疏松；腰椎；模型；體層攝影術(shù)

脊柱的生物力學(xué)試驗可以通過體內(nèi)和體外試驗兩種方式進(jìn)行。近年來有限元分析法作為一種骨科生物力學(xué)的研究方法越來越受到關(guān)注。有限元分析不僅能模擬脊柱的各種運動方式，還能模擬正常人、患者和手術(shù)后的脊柱外形，從而計算出相應(yīng)的各個結(jié)構(gòu)的受力和位移情況。腰椎的有限元模型可以為骨質(zhì)疏松椎體彌補以上試驗的不足，為骨質(zhì)疏松椎體的生物力學(xué)試驗提供良好的試驗?zāi)Ｐ汀M建立包含多個完整的功能脊柱單位（Functional spinal unite，F(xiàn)SU）骨質(zhì)疏松腰椎的三維有限元模型，模型包括四個椎體和三個個椎間盤。模型將用于骨質(zhì)疏松的椎體的治療評價的生物力學(xué)試驗。

1 資料與方法

1.1  一般資料：①志愿者1名：根據(jù)國人解剖學(xué)數(shù)值選取1個有代表性的健康成年男性志愿者，35歲，身高175 cm，體重73 kg；②General Electrics 64層螺旋CT機；③計算機工作站：Intel（R）Xeon（TM）CPU 3.00 G 雙核四節(jié)點（8 cpu），內(nèi)存：16 G，硬盤：320 G；④醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics 10.0（Materialise's interactive medical image control system 10.0）：一款由比利時Materialise 公司開發(fā)的介于醫(yī)學(xué)與機械領(lǐng)域之間的一套逆向軟件，可以快捷的將CT或是MRI的斷層掃瞄的二維圖像轉(zhuǎn)化為機械領(lǐng)域中CAD/CAM軟件或完全的三維模型；⑤有限元分析軟件MSC.PATRAN 2005：MSC.PATRAN最早由美國宇航局（NASA）倡導(dǎo)開發(fā)的，是工業(yè)領(lǐng)域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統(tǒng)，其開放式、多功能的體系結(jié)構(gòu)可將工程設(shè)計、工程分析、結(jié)果評估、用戶化身和交互圖形界面集于一身，構(gòu)成一個完整CAE集成環(huán)境；⑥有限元分析軟件ABAQUS：ABAQUS由美國公司開發(fā)，是世界知名的高級有限元分析軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。ABAQUS包括一個十分豐富的、可模擬任意實際形狀的單元庫。

1.2  方法與步驟：模型的建立：①螺旋CT掃描：采用General Electrics 64層螺旋CT對已經(jīng)選定的對象進(jìn)行螺旋掃描及斷層圖像處理。掃描時志愿者采取仰臥位靜止不動，盡量保持掃描斷面與身體長軸垂直。掃描參數(shù)如下：層厚0.699 mm，球管電流200 mA、電壓120 kV。②CT圖像處理及保存：在CT工作站中，通過調(diào)整圖灰度、增加對比度等，對圖像觀察細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，得到清晰的骨窗斷層圖像，并將其保存為DICOM格式，刻錄為光盤保存。③CT圖像處理及胸腰段三維圖像的重建：將DICOM格式的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics。在MIMICS中逐層分割提取已選取的CT圖像，去除骨骼周圍軟組織圖像，盡量把胸腰椎T11～T12～L1～L2段從背景中分割。得到處理后每一個斷層的CT圖像，然后重建出胸腰段的三維圖像。④胸腰段椎體三維實體模型的建立和光滑處理：把生成的三維圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Magic rp軟件，利用Remesh模塊對模型進(jìn)行光滑處理，生成光滑和幾何高度近似，具有較好面網(wǎng)格質(zhì)量的模型以便導(dǎo)入Patran前處理軟件，構(gòu)建有限元模型。⑤胸腰段三維模型的前處理：將優(yōu)化的面網(wǎng)格文件導(dǎo)入MSC Patran前處理軟件，生成正常T11～T12～L1～L2段椎體的四面體單元。并在體單元的基礎(chǔ)上根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)的材料屬性不同，把椎體分割成皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、椎體后部3個部分，其中皮質(zhì)骨厚度約為1～2 mm。⑥T11/T12、T12/L1、L1/L2椎間盤的建模過程：在已有的椎體四面體單元的基礎(chǔ)上生成椎間盤和終板模型，采用六面體單元劃分。椎間盤髓核被模擬為不可壓縮的體單元（Hybird）。髓核的體積約占椎間盤體積的35%～45%，靠近中后部1/3。椎間盤的上下表面由1.0 mm 厚的軟骨終板構(gòu)成。⑦關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、椎間盤纖維、韌帶的建模過程：選擇關(guān)節(jié)軟骨，并把關(guān)節(jié)軟骨層的表面接觸選用面-面接觸單元模擬（無摩擦的滑動表面接觸單元），關(guān)節(jié)囊使用三維Truss單元模擬。纖維環(huán)纖維由只承受拉應(yīng)力的Truss單元構(gòu)建，纖維在環(huán)狀體中呈剪刀狀方式走行，并與椎間盤平面成平均25°～40°的夾角。有限元模型包含的前縱韌帶、后縱韌帶、棘上韌帶、棘間韌帶、橫突間韌帶以及黃韌帶均采用只受拉力Truss單元模擬。⑧賦予各結(jié)構(gòu)材料學(xué)參數(shù)：對整個胸腰段有限元模型單元材料相關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)定，構(gòu)建與實際模型在材料參數(shù)和力學(xué)行為上相吻合的三維有限元模型，其中纖維、韌帶、關(guān)節(jié)囊為只受拉應(yīng)力的線彈性材料。各部位的材料屬性見表1。

表1  正常胸腰段有限元模型的材料參數(shù)

結(jié)構(gòu)彈性模量（MPa）泊松比截面積（mm2）皮質(zhì)骨    12 0000.30

松質(zhì)骨1000.2

關(guān)節(jié)軟骨100.4

L5-椎體后部3 5000.25

終板1 0000.4

椎間盤纖維環(huán)基質(zhì)4.20.45

椎間盤髓核0.20.4999

纖維環(huán)纖維500非線性

前縱韌帶200.33 8.0后縱韌帶700.320.0黃韌帶500.360.0棘間韌帶280.335.5棘上韌帶280.335.5橫突間韌帶500.310.0關(guān)節(jié)囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

骨質(zhì)疏松的材料模型為在正常模型材料參數(shù)的基礎(chǔ)上，皮質(zhì)骨、終板、后部結(jié)構(gòu)模量減少33%，松質(zhì)骨減少66%，同時考慮髓核脫水，彈性模量增加1倍，其他結(jié)構(gòu)保持不變。見表2。

表2  骨質(zhì)疏松胸腰段有限元模型的材料參數(shù)

結(jié)構(gòu)彈性模量（MPa）泊松比截面積（mm2）皮質(zhì)骨    8 0400.30

松質(zhì)骨340.2

關(guān)節(jié)軟骨100.4

L5-椎體后部2 3450.25

終板6700.4

椎間盤纖維環(huán)基質(zhì)4.20.45

椎間盤髓核0.40.4999

纖維環(huán)纖維500非線性

前縱韌帶200.338.0后縱韌帶700.320.0黃韌帶500.360.0棘間韌帶280.335.5棘上韌帶280.335.5橫突間韌帶500.310.0關(guān)節(jié)囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

2 結(jié)果

正常脊柱胸腰段三維有限元模型已經(jīng)建立起來。完整的脊柱胸腰段三維有限元模型包括共276 580個四面體單元，8 532個六面體單元，673個桿單元，總計共95 219個結(jié)點。見表3。

表3  正常胸腰椎有限元模型的單元劃分

結(jié)構(gòu)單元類型數(shù)量節(jié)點

95 219椎體骨四面體單元276 580椎間盤、終板六面體單元8 532韌帶、關(guān)節(jié)囊、纖維三維桿單元673

建成后的三維有限元模型與實體組織具有良好的幾何相似性。

完全按照上述步驟我們利用有限元軟件Patran前處理功能，對不同組織的物理特性進(jìn)行定義，皮質(zhì)骨、終板、后部結(jié)構(gòu)模量減少33%，松質(zhì)骨減少66%，同時考慮髓核脫水，彈性模量增加1倍，其他結(jié)構(gòu)保持不變?；痉险鎸嵉纳锪W(xué)要求，真實模擬了骨質(zhì)疏松椎體的材料特性，成功建立了T11～L1的骨質(zhì)疏松有限元模型。見圖1。

圖1  建立關(guān)節(jié)囊、纖維、韌帶的正常胸腰段脊柱有限元模型

3 討論

1974年，Belytschko首先將有限元分析法應(yīng)用于脊柱力學(xué)研究，建立二維椎間盤模型，標(biāo)志著有限元在骨科生物力學(xué)分析中應(yīng)用的開端[1]。Liu等在1975年首次提出三維有限元模型，將其用于椎間盤生物力學(xué)研究并將理論結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行了比較。由于有限元法在求解過程中條理清晰，步驟同一，通用性強，特別適合計算機仿真計算。隨著電腦軟硬件技術(shù)的發(fā)展，有限元法在骨結(jié)構(gòu)生物力學(xué)及醫(yī)療研究中愈顯重要且前景廣闊。

有限元分析不僅能模擬脊柱的各種運動方式，還能模擬正常人、患者和手術(shù)后的脊柱外形，從而計算出相應(yīng)的各個結(jié)構(gòu)的受力和位移情況。脊柱某些結(jié)構(gòu)的外在位移用普通試驗方法容易測得，但內(nèi)在應(yīng)力的改變則需要復(fù)雜的測試技術(shù)，利用有限元分析能夠精細(xì)地得到模型內(nèi)部地受力變化。這比外在位移來說更具有深遠(yuǎn)地意義。而計算機技術(shù)的進(jìn)步及功能完善的專用軟件的問世，為確保有限元模型的精確性奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)今的研究成果使有限元模型不僅能逼真地模擬椎骨、椎間盤，還能將脊柱周圍的韌帶、肌肉直接或者間接地加入模型，使模型更加真實完善。正因為如此，近年來有限元分析法作為一種骨科生物力學(xué)的研究方法越來越受到關(guān)注。有限元模型最大的優(yōu)勢在于可以反映集體內(nèi)部的應(yīng)力變化情況，這是其他試驗方法難以做到的。

3.1  骨質(zhì)疏松腰椎三維有限元模型的建立：有限元建模有多種方法，由于人體結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，同時CT、MRI機器普及，圖像建模的方法比較適合于臨床生物力學(xué)的研究，目前多數(shù)臨床相關(guān)的研究是通過此方法建模的[2-3]。

在本試驗中，我們采用General Electrics 64層螺旋CT對已經(jīng)選定的對象進(jìn)行薄層螺旋掃描及斷層圖像處理。得到清晰的胸腰段椎體骨窗斷層圖像，并將其保存為DICOM格式，再將DICOM格式的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics。這樣通過CT建立的胸腰段椎體有限元仿真模型與真實的胸腰段脊柱在幾何上就近似人體骨形態(tài)。并且我們建立的是四面體椎體模型，四面體相比六面體，對復(fù)雜幾何體的形狀擬和較好。脊柱六面體有限元模型和本課題建立的四面體椎體加六面體椎間盤的胸腰段有限元模型示意圖：見圖2～3。

圖2  脊柱六面體有限元模型

圖3  胸腰段六面體、四面體混合有限元模型

另外，由于韌帶從生理結(jié)構(gòu)上，只承受拉力作用，不受壓力作用，因此，本試驗中采用只受拉力作用的線彈性材料模型，采用三維桿單元模擬，一定程度上符合韌帶的生理特性。由于CT無法建立椎間盤模型（因為在CT上椎間盤的灰度和周圍軟組織的灰度重疊無法取值）且椎間盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，文章根據(jù)椎間盤的生理結(jié)構(gòu)，通過CAD構(gòu)建了簡化的椎間盤模型。椎間盤被固定在相鄰的椎體之間，分散來自椎體的壓力，通過與雙側(cè)軟骨終板結(jié)合的纖維環(huán)和髓核使椎體間具有一定的活動度。

3.1.1 三維胸腰椎體幾何模型的準(zhǔn)確性：我們研究所建立的有限元模型是骨質(zhì)疏松椎體壓縮性骨折好發(fā)的脊柱胸腰段，更符合臨床實際情況。模型的建立選擇健康成年人的胸腰段脊柱作為基礎(chǔ)，應(yīng)用螺旋CT掃描獲得胸腰段脊柱的詳細(xì)輪廓數(shù)據(jù)，經(jīng)Materialise Mimics逆向處理軟件，建立胸腰段脊柱的三維實體模型。本研究采用基于CT原始數(shù)據(jù)的先進(jìn)逆向建模技術(shù)，解決了CAD傳統(tǒng)正向建模技術(shù)無法構(gòu)建骨骼等復(fù)雜幾何體的問題，從而保證了幾何高度近似，為下一步的研究提供了良好的三維模型。

3.1.2 三維胸腰椎體網(wǎng)格模型的優(yōu)點：在對胸腰椎體進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，考慮到椎體的幾何復(fù)雜性，對椎體采用自適應(yīng)四面體網(wǎng)格劃分方法，并對在著重考察和形狀非常不規(guī)則的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化處理，保證了網(wǎng)格模型和幾何模型的高度近似性。因此，本研究的網(wǎng)格模型更加細(xì)化和逼真，保證了計算的準(zhǔn)確性。同時對于椎間盤模型，采用六面體模型，保證了椎間盤纖維模型的合理構(gòu)建。采用椎體骨四面體和椎間盤六面體的復(fù)合網(wǎng)格模型，即保證了網(wǎng)格模型的幾何逼真，又保證了胸腰椎各解剖部位的合理構(gòu)建，為胸腰椎生物力學(xué)的研究提供了良好的網(wǎng)格模型。

3.1.3 胸腰椎模型材料屬性的可靠性：因為試驗條件的限制，本研究胸腰段脊柱有限元模型各部位的材料屬性及基本參數(shù)采用了國外學(xué)者在胸腰椎材料力學(xué)研究中的試驗結(jié)果，并已被不同研究學(xué)者引用進(jìn)行胸腰脊柱的有限元模擬分析[4-6]。雖然因為研究的方法、試驗的條件以及力學(xué)標(biāo)本來自不同地區(qū)人種的關(guān)系，不同研究學(xué)者的材料試驗造成材料屬性有所偏差，但是本研究采用同一學(xué)者的研究結(jié)果，對不同模型進(jìn)行力學(xué)分析，從縱向上進(jìn)行定性比較分析，是合理的。

3.2  胸腰椎模型建立的臨床意義：很多老年病如椎間盤退變，椎體的壓 縮性骨折等都與老年性的骨質(zhì)疏松有關(guān)，而很多的骨質(zhì)疏松椎體的病因和治療均與其生物力學(xué)有關(guān)，因此，分析不同的手術(shù)及創(chuàng)傷對骨質(zhì)疏松的腰椎的影響是十分關(guān)鍵的。精確的生物力學(xué)試驗可以幫助選擇準(zhǔn)確的植入物和手術(shù)方法，指導(dǎo)患者的術(shù)后康復(fù)和鍛煉[7-8]。目前，很多學(xué)者通過有限元模型來進(jìn)行骨科研究，并取得了好的成果[9-12]。本試驗建立的有限元模型可以在計算機上隨意的對椎體產(chǎn)生變形，可以模擬椎體骨折的模型，分析骨折后的生物力學(xué)變化，同時可對目前治療骨質(zhì)疏松骨折的新技術(shù)如椎體成型和后凸成型做比較，以及椎體疏松后內(nèi)固定松動的問題，還可用于腰椎退變性滑脫，能夠很好的模擬腰椎的生物力學(xué)試驗。我們建立此模型想利用此模型觀察骨質(zhì)疏松椎體骨折后椎體成形后的相鄰椎體骨折的問題，最近越來越多的報道認(rèn)為這種骨折與椎體剛度和強度的增強有關(guān)。是否椎體成形術(shù)后的相鄰椎體的骨折是由椎體的生物力學(xué)的改變引起，目前尚無定論。以往試驗利用有限元的方法對椎體增強后的相鄰椎體的生物力學(xué)進(jìn)行了報道，但得出的結(jié)論不一致。這些生物力學(xué)試驗均證明了椎體剛度的增強是目前相鄰椎體骨折的原因[13-14]，認(rèn)為相鄰椎體的骨折與骨水泥增強椎體的彈性模量有關(guān)，但部分學(xué)者認(rèn)為相鄰椎體的骨折和椎體的增強沒有關(guān)系[15]。我們將利用建立的有限元模型對目前比較關(guān)注的椎體成型手術(shù)后的相鄰椎體的骨折問題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。通過更精確的模型來排除其他因素對增強椎體周圍椎體的影響。

3.3  試驗的局限性及展望：有限元模型材料參數(shù)的獲得是通過生物試驗得到的，但是到目前為止，退變組織的材料參數(shù)的獲得對于我們模擬退變的三維有限元模型來說仍是個難以解決的問題，不同研究學(xué)者對材料屬性的定義有所偏差。另外，雖然近年來建立的生物力學(xué)有限元模型越來越接近客觀實體，并且對生物力學(xué)機制有更深入的理解和預(yù)測。但有限元法是一種理論性的分析，只有在更好地結(jié)合臨床檢測與試驗觀察之后，才能最真實地反映脊柱的受力狀況，為疾病的發(fā)生、發(fā)展分析及疾病的治療提供準(zhǔn)確的參考。

今后，我們還將做深入的研究。包括進(jìn)一步完善有限元模型的設(shè)計，特別是退變椎間盤和髓核的有限元模擬，并考慮肌肉力的影響；探討KP治療中骨水泥最佳的注射容積量；骨水泥在治療椎中不同的分布對治療椎體及相鄰椎體的生物力學(xué)的影響；使用不同性質(zhì)的骨水泥對脊柱的生物力學(xué)的影響；把有限元分析和生物試驗的方法良好的結(jié)合起來。

本研究建立的骨質(zhì)疏松腰椎三維有限元模型接近真實的生物力學(xué)標(biāo)本，是理想的研究骨質(zhì)疏松腰椎生物力學(xué)的數(shù)字化模型，可應(yīng)用于胸腰段骨質(zhì)疏松后凸成形術(shù)相關(guān)的有限元生物力學(xué)研究。

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篇8

【關(guān)鍵詞】 生物力學(xué)； 股骨干骨折； 帶鎖髓內(nèi)釘； 鎖釘方式

隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展完善和機動車數(shù)量的不斷增加，骨折的發(fā)病率呈上升趨勢，其中股骨干骨折就約占全身骨折的6%[1]，而髓內(nèi)釘為治療四肢長骨骨折的首選[2]，特別是股骨與脛骨骨折[3]。但是關(guān)于遠(yuǎn)端鎖釘?shù)臄?shù)目目前還有爭議，本試驗就遠(yuǎn)端鎖釘?shù)臄?shù)目進(jìn)行體外生物力學(xué)穩(wěn)定性測試，其結(jié)果為臨床治療選擇治療方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 9具青壯年全長防腐股骨標(biāo)本（均來源于廣東醫(yī)學(xué)院解剖教研室），其中男6具，女3具，年齡21～35歲，體重48～69 kg，平均體重60.1 kg。剔除軟組織后攝X線片，以排除新鮮或陳舊骨折與骨病；再測量標(biāo)本骨密度、髓腔平均直徑和大粗隆外下緣至外上髁的距離作為股骨全長（因扭轉(zhuǎn)夾具固定的平面為大粗隆尖和外髁上緣水平）。股骨普通帶鎖髓內(nèi)釘18套，均為320 mm～360 mm×9 mm～12 mm，鎖釘直徑6 mm，長度30 ～65 mm﹙山東威高骨科材料有限公司生產(chǎn)﹚。

1.2 試驗儀器 CSS—44020電子萬能生物力學(xué)試驗機（長春市實驗機研究所），EDC—120數(shù)字控制器（德國DOLI公司），800—A X線光機（德國西門子公司），UBIS5000型超聲骨密度測量儀（法國DMS公司）。

1.3 方法 標(biāo)本隨機分為A、B、C三組，每組6根，A組采用骨折遠(yuǎn)近兩端各2枚鎖釘鎖定，B組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，最遠(yuǎn)端1枚鎖釘鎖定，C組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，次遠(yuǎn)端1枚鎖釘鎖定。將A、B、C三組股骨標(biāo)本在小粗隆下15 cm處制造1.5 cm骨缺損的股骨干不穩(wěn)定骨折模型，再進(jìn)行帶鎖髓內(nèi)釘固定。本試驗?zāi)M人體正常單足站立狀態(tài)（外展15°），因髖關(guān)節(jié)上的載荷會使股骨產(chǎn)生壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)3種力學(xué)狀態(tài)，根據(jù)實驗需要確定載荷類型為壓縮載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。加載速度由實驗需要與儀器性能共同決定。軸向壓縮實驗：觀察在生理軸向壓縮載荷范圍與最大壓縮載荷下的股骨位移。扭轉(zhuǎn)實驗：觀察在生理扭矩范圍與最大扭矩下的扭轉(zhuǎn)角。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 所有數(shù)據(jù)經(jīng)SAS 8.2軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計量資料以（x±s）表示，組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），兩兩比較采用SNK法，P

2 結(jié)果

2.1 A、B、C組三組在軸向壓縮實驗中最大載荷值兩兩比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；軸向壓縮剛度A組較B、C組稍大，但兩兩比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表1。

2.2 A、B、C組三組在扭轉(zhuǎn)實驗中最大扭矩兩兩比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；水平扭轉(zhuǎn)剛度A組較B組大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；C組較B組大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；A組較C組大，差異亦無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表2。

3 討論

目前，帶鎖髓內(nèi)釘固定已成為股骨骨折的首選治療方法，與鋼板螺釘及外固定架等固定相比優(yōu)勢明顯。首先，帶鎖髓內(nèi)釘屬于中心固定，較其他固定更接近身體活動中心，受到的負(fù)荷更小，應(yīng)力分布均勻，應(yīng)力遮擋少，因而局部骨質(zhì)疏松與再骨折少；其次，帶鎖髓內(nèi)釘固定能確保股骨干的正常軸線，位于股骨干中部的峽部對髓內(nèi)釘有把持作用；第三，股骨干骨折帶鎖髓內(nèi)釘固定多采用閉合穿針技術(shù)，對骨折端血腫血運沒有破壞，對在骨折愈合早期起關(guān)鍵作用的細(xì)胞與體液因子沒有干擾，屬于生物學(xué)固定。

有研究表明，股骨骨折帶鎖髓內(nèi)釘固定后，近端兩鎖釘間應(yīng)變相對較小，遠(yuǎn)端兩鎖釘間應(yīng)變相對較大，遠(yuǎn)端鎖釘較易發(fā)生疲勞性斷裂，特別是遠(yuǎn)端靠近骨折線的鎖釘更易發(fā)生斷裂，近端鎖釘疲勞性斷裂較少[4—5]。遠(yuǎn)端鎖釘放置1枚還是2枚，目前仍有爭論[2]。國外Hajet等通過臨床觀察與生物力學(xué)分析指出，在治療股骨干骨折時遠(yuǎn)端只需放置1枚鎖釘便可牢固固定，不會造成主釘斷裂；對于穩(wěn)定性骨折，有研究表明遠(yuǎn)端用1枚或兩枚鎖釘在旋轉(zhuǎn)與軸向負(fù)荷失效方面無明顯差異，而臨床研究也表明遠(yuǎn)端用1枚或2枚鎖釘鎖定在骨折愈合時間與并發(fā)癥方面沒有區(qū)別[6]。

由生物學(xué)固定原則可知，為了能盡量保護(hù)好骨折部位的血運，減少局部軟組織損傷，不干擾或盡量少干擾骨折部位的局部生物力學(xué)環(huán)境和生物學(xué)環(huán)境，在骨折端復(fù)位滿意及穩(wěn)定性基本相同時，應(yīng)盡可能選擇創(chuàng)傷少的鎖釘方式，這樣更有利于骨折愈合。從筆者的實驗可以看出，遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖定（A組）與遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖定（B組與C組），最大軸向壓縮負(fù)荷與最大扭轉(zhuǎn)負(fù)荷均無顯著差異，遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖定壓縮強度與遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖定壓縮強度無顯著差異，遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖定扭轉(zhuǎn)強度與遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖定扭轉(zhuǎn)強度無顯著差異，此兩種鎖釘方式均可用于股骨中段不穩(wěn)定性骨折。其中，最遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘（B組）抗壓縮能力尚可，抗扭轉(zhuǎn)能力稍差，根據(jù)工程力學(xué)原理，在構(gòu)件斷面劇烈改變的附近區(qū)域，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，成為力學(xué)上的薄弱點[7]，由此原理可知，在次遠(yuǎn)端鎖釘孔未鎖定時，此處必定應(yīng)力相對集中；又扭轉(zhuǎn)剛度與內(nèi)固定物工作長度成反比，最遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘，此時髓內(nèi)釘工作長度增加，相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)剛度降低，如使用這種鎖釘方式，術(shù)后進(jìn)行傷肢旋轉(zhuǎn)功能鍛煉時需慎重，以免斷釘。而次遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘則與遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖釘方式一樣可以安全有效的用于股骨中段不穩(wěn)定性骨折，這與羅先正等[8]主張的在用遠(yuǎn)端單釘交鎖時一定要鎖定靠近骨折端的鎖釘?shù)淖龇ㄊ且恢碌?。因臨床報道遠(yuǎn)端鎖釘斷裂較多[9]，故術(shù)后應(yīng)嚴(yán)格限制負(fù)重，待有大量骨痂形成后再逐漸增加負(fù)重。另外，本實驗中使用的鎖釘直徑均為6 mm，所以筆者認(rèn)為，無論選用哪種鎖釘方式鎖定時，選擇相對直徑較大的鎖釘更安全有效。另外本實驗還發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)端單釘交鎖時內(nèi)固定物屈服絕大多數(shù)表現(xiàn)為鎖釘彎曲，僅有1例表現(xiàn)為骨折端移位；遠(yuǎn)端雙釘交鎖時內(nèi)固定物屈服全部表現(xiàn)為髓內(nèi)釘彎曲。

因此，通過對股骨干中段不穩(wěn)定性骨折模型用帶鎖髓內(nèi)釘固定時3種不同鎖釘方式生物力學(xué)性能進(jìn)行實驗對比研究，得出以下結(jié)論：（1）帶鎖髓內(nèi)釘固定股骨干中段不穩(wěn)定性骨折時，遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘與遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖釘軸向最大載荷及扭轉(zhuǎn)強度沒有明顯差異；（2）股骨干中段不穩(wěn)定性骨折時行帶鎖髓內(nèi)釘固定選擇鎖釘方式時，遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘與遠(yuǎn)端雙釘交鎖鎖釘均可選用，二者均能穩(wěn)定骨折端；（3）在選用遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘時，最好選擇次遠(yuǎn)端鎖釘孔鎖釘方式，其抗扭轉(zhuǎn)剛度優(yōu)于最遠(yuǎn)端鎖釘孔鎖釘方式，發(fā)生疲勞性斷釘?shù)目赡苄孕?；?）股骨干中段不穩(wěn)定骨折行次遠(yuǎn)端單釘交鎖鎖釘為最簡單有效的鎖釘方式，更符合BO內(nèi)固定原則。

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篇9

摘要：在籃球的教學(xué)中投籃技術(shù)占有很大的比重，在中學(xué)的籃球教學(xué)中碰板球是學(xué)生們?nèi)菀渍莆盏耐痘@技術(shù)。本文運用運動生物力學(xué)來分析投碰板球時的出手角度，出手力量，碰板角度，碰板點等，以提高籃球教學(xué)中投碰板籃的命中率，提高籃球教學(xué)的質(zhì)量和激發(fā)中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：籃球教學(xué)；碰板球；生物力學(xué)；分析

投籃是進(jìn)攻隊員為將球投入籃筐而采用的專門動作方法.它是籃球運動的主要進(jìn)攻技術(shù),是籃球比賽中得分的唯一手段［1］。一切技戰(zhàn)術(shù)運用的目的,都是為了獲得投籃得分機會,投籃技術(shù)是組成全隊進(jìn)攻的中心環(huán)節(jié)和決定勝利的重要保證。在籃球教學(xué)中投籃技術(shù)也是保證學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的保障，在中學(xué)的籃球教學(xué)中投籃技術(shù)主要有單手肩上投籃、胸前投籃、單手低手肩上投籃、單手高手肩上投籃［2］。在中學(xué)生身高、年齡、力量還沒有發(fā)育到成熟時期，只有讓學(xué)生感受到籃球的樂趣才激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和運動興趣。根據(jù)中學(xué)生的生理和心理條件，對出手角度、出手力量、碰板角度、碰板點的生物力學(xué)進(jìn)行分析，以提高中學(xué)生籃球的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)積極性。

1.研究方法

1.1理論分析法

運用運動生物力學(xué)理論對投碰板球的技術(shù)動作進(jìn)行分析,以取得提高投籃命中率的理論依據(jù)。

1.2觀察比較法

觀察各種大小比賽：NBA（主要是馬刺隊的鄧肯）、奧運會、CBA等優(yōu)秀運動員投碰板籃動作特點的觀察。

1.3文獻(xiàn)資料法

廣泛查閱有關(guān)籃球教材科技文獻(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)資料,對投碰板球技術(shù)方法進(jìn)行比較分析,從而提出科學(xué)的、正確的碰板投籃技術(shù)。

2.結(jié)果與分析

投碰板球的技術(shù)是指運動員投籃時身體各部位綜合協(xié)調(diào)用力的過程。由下肢蹬地發(fā)力,然后沿著向籃出手的方向伸展身體,特別是借助脊柱伸展的慣性促使下肢、軀干和上肢連貫、協(xié)同配合,將身體各部位肌肉的力量最后積聚于手臂、手腕和手指部位,以伸展手臂、手腕的翻轉(zhuǎn)與抖屈及手指的彈撥動作將球投出.球在空中飛行時已籃板發(fā)生打撞，改變籃球的飛行路線而進(jìn)球的技術(shù)動作［3］。

2.1身體姿勢

運動員投籃前的身體狀態(tài)是保持身體平衡,便于投籃協(xié)調(diào)用力的必需條件.為此正確的身體姿勢要求是腳分前后鈄向站立,投籃手同側(cè)腳在前,兩膝彎曲,含胸收腹,身體重心落在兩腳之間,上體稍前傾,雙手持球于胸前,即形成持球基本站立姿勢.投籃時在此基礎(chǔ)上加上持球手法就是投籃前的準(zhǔn)備動作［4］。

2．2出手拋物線和角度

投籃時球出手后在空中運行的軌跡稱為投籃拋物線.碰板角是指球進(jìn)入籃圈前一瞬間的運行軌跡和籃板發(fā)生打撞的曲線和在該點的切線與籃圈平面所形成的夾角.拋物線的高低影響著碰板角的大小,碰板角合適與否是球能否進(jìn)入籃筐的關(guān)鍵［5］。由于投籃時球出手點低于籃圈水平面,所以,必須依靠適宜的拋物線獲得合理的碰板角度,而拋物線的高低是由投籃時出手角度和出手力量決定的.適宜的拋物線不僅能夠取得合理的碰板角度,也反映了正確的出手力量與角度及其控制球的飛行方向和落點［6］。

2．2．1投不旋轉(zhuǎn)碰板球

不旋轉(zhuǎn)球碰板后基本上以相同的角度反彈回來,入籃角和反射角大致相等.正面碰板和側(cè)面碰板的情況又有所不同.投正面碰板球時,碰板點的高低,取決于投籃的力量和飛行弧線.球的飛行弧度越大,入籃角和反射角也越大,碰板點(在30cm的位置)就應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地也升高一些［7］.如果碰板點很高,又以較小的入籃角碰板時,球?qū)⒃诨@板反彈以后超越籃筐上方而飛過.投側(cè)面碰板球時,碰板后也是以相同的角度回彈出去。球碰籃板后受到籃板的反彈力F作用,獲得較小的入籃角。

2．2．2投旋轉(zhuǎn)碰板球

投出的旋轉(zhuǎn)碰板球比不旋轉(zhuǎn)的碰板球飛行的弧度要高一些。如投正面碰板球是打籃板的垂直面。由于球是向后旋轉(zhuǎn),碰板時球的旋轉(zhuǎn)力是向上作用于籃板,而籃板的切向反作用力則向下作用于球。這樣球在向下的籃板切向反作用力的作用下,第一,會使球的旋轉(zhuǎn)速度減慢;第二,這個向下的籃板切向反作用力使球增加了一個向下的速度v′,于是反射角速度不再是v而是v和v′的合成速度v合。因此說,投向后旋轉(zhuǎn)的碰板球時,不是沿著速度v的方向反彈回來,而是在籃板摩擦反作用力的作用下,向合速度v合的方向彈回。除受到籃板的反彈力F作用外,同時受到因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的籃板的反作用力f的作用,二者的合力方向指向籃圈,使球得到較大的入籃角度,容易中籃。

2．3碰板點

碰板點是運動員投籃時眼睛注視籃板的某一點.它能使隊員在一瞬間目測出籃圈的精確方位和距離,從而判斷投籃出手的用力大小,速度快慢,弧線和落點,使球準(zhǔn)確入籃。碰板投籃的瞄準(zhǔn)點是將球投向籃板并能使球入籃的一點.碰板投籃適用于投籃隊員與籃板平面呈15°-45°角的位置,以30°角左右效果最好。碰板投籃時,可根據(jù)投籃距離、角度的不同,投籃瞄準(zhǔn)點也應(yīng)隨之有所變化。通常投籃的碰板角度小、距離遠(yuǎn),則碰板點離籃圈的距離高而遠(yuǎn);如果碰板角度大、距離近,則瞄準(zhǔn)點離籃圈就應(yīng)低而近。

2.4動作原理 碰撞定律

碰撞定律是動量定理的特例,但應(yīng)用時需考慮不同材料的恢復(fù)系數(shù)問題。在運用碰板球技術(shù)投球時,從籃板與球接觸時起,球先發(fā)生形變,當(dāng)球在達(dá)到極限形變量時開始恢復(fù)。球在恢復(fù)過程中受到球自身彈形變力(彈性勢能的重新釋放),當(dāng)球完全恢復(fù)原形時,球即離籃板而去,籃板失去對球的作用力。可見,球的形變和復(fù)形起到了延長籃板對球的作用時間。

3.結(jié)論

(1)投碰板球技術(shù)含有人體運動的多種規(guī)律,其中,運動生物力學(xué)內(nèi)容起著決定作用.教師和學(xué)生此應(yīng)引起高度重視,在籃球教學(xué)訓(xùn)練中,要充分利用投碰板球技術(shù)的力學(xué)因素,共同攜手積極探索和運用提高投籃命中率的科學(xué)規(guī)律。

(2)投籃動作是由多個技術(shù)環(huán)節(jié)構(gòu)成的,各環(huán)節(jié)之間是相輔相承的整體。掌握投碰板球技術(shù)要重視各環(huán)節(jié)技術(shù)的功能作用與協(xié)調(diào)運作關(guān)系,并注意發(fā)揮各環(huán)節(jié)技術(shù)的綜合效應(yīng)。為學(xué)生奠定良好的籃球基礎(chǔ)，以提高學(xué)生的運動興趣，樹立終身體育的理念打下基礎(chǔ)。

(3)中學(xué)籃球運動教學(xué)訓(xùn)練應(yīng)以投籃技術(shù)為中心,低段學(xué)習(xí)時應(yīng)多進(jìn)行碰板球投籃練習(xí)，以提高學(xué)生的自信心，以帶動其它技術(shù)的全面發(fā)展。教師要嚴(yán)格要求學(xué)生進(jìn)行刻苦訓(xùn)練,要與傳球、運球、突破和假動作等技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行投籃訓(xùn)練,這有利于培養(yǎng)學(xué)生隨機善變意識。加強隊員的心理與作風(fēng)訓(xùn)練,也有助于提高學(xué)生在比賽中的準(zhǔn)確投籃能力。教師充分利用碰板球投籃技術(shù)的力學(xué)因素，積極探索和運用碰板球投籃命中率的科學(xué)規(guī)律，要重視各環(huán)節(jié)技術(shù)的功能作用與協(xié)調(diào)運作關(guān)系。（云南師范大學(xué)體育學(xué)院;云南;昆明；650500）

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篇10

關(guān)鍵詞　推拿　力學(xué)　構(gòu)建　研究　方法　教學(xué)

1、《推拿力學(xué)》教材建設(shè)的意義

推拿是一門古老的中醫(yī)外治技術(shù)，經(jīng)過幾千年的臨床實踐，其療效和使用價值勿庸置疑。在我國高等中醫(yī)院校的推拿專業(yè)課程設(shè)置里，主要有《推拿功法學(xué)》、《推拿手法學(xué)》和《推拿治療學(xué)》三門，綜觀三門課程的知識內(nèi)容，基本上都是對古人經(jīng)驗的總結(jié)和整理，內(nèi)容雖然豐富，但仍然屬于經(jīng)驗醫(yī)學(xué)。中醫(yī)藥現(xiàn)代化是時展的必然趨勢，作為中醫(yī)學(xué)有機組成部分的推拿學(xué)也必然要跟隨時展的步伐。充實和更新學(xué)科知識內(nèi)容，特別是運用現(xiàn)代物理力學(xué)原理、手段和方法研究古老推拿學(xué)所產(chǎn)生的、具有現(xiàn)代科學(xué)內(nèi)涵的新的知識內(nèi)容，將是推拿學(xué)向前發(fā)展和走向現(xiàn)代化的堅實步伐，將為本學(xué)科的發(fā)展注入新的活力。不僅如此，將力學(xué)的定性定量研究思維引入以經(jīng)驗為主的推拿醫(yī)學(xué)，將為手法的作用實質(zhì)和量化規(guī)范性操作提供堅實的理論基礎(chǔ)。構(gòu)建一本好的《推拿力學(xué)》教材，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)實踐探索，學(xué)生在繼承學(xué)習(xí)傳統(tǒng)經(jīng)典推拿知識的同時，運用現(xiàn)代力學(xué)的原理對這些知識進(jìn)行新的認(rèn)識和思考，以及在教學(xué)過程中探索新的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)大量高層次的人才，這對本學(xué)科的發(fā)展具有不可低估的深遠(yuǎn)意義。

2　理論準(zhǔn)備

在探索將傳統(tǒng)推拿經(jīng)驗醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行現(xiàn)代詮釋的理論準(zhǔn)備過程中，我們尋找過很多的方法和路徑，比如動物實驗、臨床醫(yī)技手段和解剖學(xué)原理等，但這些路徑和方法，要么對本學(xué)科問題的解決顯得點點滴滴不夠全面，要么不能切中要害解決不了根本問題。手法的最大特點在于“手法作用于人體，以力為作用特征[1]”，手法的運用過程其實質(zhì)就是一個力的運用過程，傳統(tǒng)手法醫(yī)術(shù)要與現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合，從力的研究入手是一個最佳切入點。因此，可以把“力”的概念作為運用現(xiàn)代科學(xué)思維方式研究手法醫(yī)學(xué)的橋梁和紐帶。

3　《推拿力學(xué)》的教材構(gòu)建

教材的主要知識內(nèi)容是運用借鑒現(xiàn)代物理學(xué)中力學(xué)的研究方法，通過對手法、功法和治療的力學(xué)分析，剖析手法對人體的作用方式和作用實質(zhì)，介紹手法的力學(xué)基礎(chǔ)、力學(xué)特性、力學(xué)作用原理、動力學(xué)效應(yīng)、生物力學(xué)效應(yīng)等，現(xiàn)將主要內(nèi)容介紹如下。

緒論部分主要闡述推拿力學(xué)的基本概念、源流、編寫目的、意義、學(xué)習(xí)方法、臨床運用價值、學(xué)科研究發(fā)展方向等。

在手法的力學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)里，闡述與手法醫(yī)學(xué)密切相關(guān)的力學(xué)概念，例如剛體、力、力矩、笛卡爾坐標(biāo)系、平衡、平移、位移、旋轉(zhuǎn)、自由度、運動學(xué)、載荷、阻力和時間等，并結(jié)合本學(xué)科的特點，介紹這些概念的臨床應(yīng)用及意義。力學(xué)分析的一些基本要術(shù)，比如力的大小、方向、作用點、時間、長度等，與之相關(guān)的還有向量、質(zhì)量、速度、加速度、頻率和固有頻率等等；動力型位移、靜力型位移、張力型位移、生理性載荷、病理性載荷、功能性載荷、組織結(jié)構(gòu)力學(xué)、剪切力、拉伸力和壓縮力；定義舉例；耦合運動；三維空間上的螺旋軸；物理力學(xué)分析方法、力學(xué)計算公式，與本學(xué)科相結(jié)合的臨床應(yīng)用及其意義。

在手法的力學(xué)和生物力學(xué)特性章節(jié)里，運用借鑒現(xiàn)代物理學(xué)對力學(xué)的研究方法，來分析主要手法的力學(xué)特性，畫出主要手法的力學(xué)分析圖[2、3]，給出力臂、力矩、作用點、動力等力學(xué)作用因素，對某些手法(如一指禪推法、按法等)給出其力學(xué)計算公式，從物理學(xué)角度來量化手法的作用量(治療量)，為合理科學(xué)的手法操作打下基礎(chǔ)。結(jié)合人體的生物力學(xué)特性，描述和預(yù)測在手法外力作用時，人體靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展和變化，以及皮膚、皮下組織、血管、神經(jīng)、肌肉、韌帶、淋巴等組織結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的收縮、舒張、酸、脹、麻、熱等生物學(xué)效應(yīng)。

在推拿力學(xué)的研究方法章節(jié)中，主要介紹以下幾種研究方法，一是離體研究方法，二是在體研究方法，三是數(shù)學(xué)模型研究方法，四是骨性模型研究方法。基本的實驗手段，編寫三種，分別是強度實驗、穩(wěn)定實驗和疲勞實驗。推拿力學(xué)主要實驗指標(biāo)。

手法的力學(xué)作用原理和動力學(xué)效應(yīng)。通過對手法力學(xué)特性的分析，運用力學(xué)理論來闡明手法對人體的作用方式和作用途經(jīng)，分析手法中的主要作用因素、次要作用因素和無效作用因素，為提高手法的操作效率打下基礎(chǔ)。從物理學(xué)角度，結(jié)合手法的作用點、力的大小、方向、幅度和頻率等因素，闡明各個手法作用力作用于物體時所產(chǎn)生的動力學(xué)效應(yīng)，例如：沖量效應(yīng)、熱效益、動量效應(yīng)、位移效應(yīng)等。本部分分為三個章節(jié)編寫，一是手法的動作結(jié)構(gòu)、運動學(xué)和運動學(xué)規(guī)律；二是六大類24個基本手法的力學(xué)結(jié)構(gòu)、力學(xué)原理，畫出力學(xué)變化圖，探討手法的合理性；三是手法運動生物力學(xué)實驗，包括手法運動生物力學(xué)的研究方法、實驗儀器及其應(yīng)用、手法力學(xué)信息測錄系統(tǒng)和信息計算機處理系統(tǒng)。

在功法力學(xué)部分，主要研究了易經(jīng)筋十二個功法和少林內(nèi)功中站襠勢、馬襠勢、弓箭襠勢、跨襠勢、并襠勢、大襠勢、懸襠勢、坐襠勢、低襠勢、磨襠勢、亮襠勢、前推八匹馬、倒拉九頭牛、霸王舉鼎、風(fēng)擺荷葉的力學(xué)模型及其基本結(jié)構(gòu)，重點描述每一個動作結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理，對人體整體結(jié)構(gòu)的影響，對人體局部肌肉、骨骼和關(guān)節(jié)的影響，從力學(xué)角度分析探討動作原理、力學(xué)根據(jù)，對重點鍛煉部位畫出力學(xué)分析圖，給出力學(xué)計算公式，探討功法鍛煉的合理性。

在治療學(xué)部分，主要從手法的力學(xué)效應(yīng)上進(jìn)行編寫，選擇了頸椎病和腰椎間盤突出癥兩個疾病，根據(jù)每個疾病的生理特性和病理改變，與手法的力學(xué)原理相結(jié)合，遵照循證醫(yī)學(xué)的觀點，有理有據(jù)地分析手法運用的根據(jù)，從力學(xué)原理提出疾病的治療處方，提出每個疾病手法治療的作用點、力的大小、力的方向、力的作用時間、頻率高低和振幅大小等因素的參考值。

在附篇部分還介紹了手法治療與臨床應(yīng)用研究，主要探討手法對局部組織器官和人體系統(tǒng)的作用。

4　教學(xué)實踐

教學(xué)實踐的目標(biāo)是通過《推拿力學(xué)》的教學(xué)活動，使學(xué)生從根本上擺脫沿襲了幾千年的“就手法而學(xué)習(xí)手法”模仿式學(xué)習(xí)，打破“經(jīng)驗教學(xué)”的舊框架，培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代科學(xué)的研究手段和思維方式來對古老的手法醫(yī)學(xué)做出全新的認(rèn)識和理解。教學(xué)實踐的目的是對教材內(nèi)容進(jìn)行實踐檢驗，探索其科學(xué)性、正確性和有效性，為進(jìn)一步修正提高打下基礎(chǔ)。教學(xué)實踐活動分以下步驟進(jìn)行。

在編寫教學(xué)計劃和實施方案的基礎(chǔ)上，選擇我校2004級針灸推拿專業(yè)五年制和七年制兩個班進(jìn)行教學(xué)實踐，以王國才主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《推拿手法學(xué)》為主干教材，在學(xué)習(xí)該教材的同時，講授《推拿力學(xué)》的相關(guān)知識內(nèi)容，總共54學(xué)時。在教學(xué)過程中，我們邀請了本校和外校各兩名專家共聽取了8學(xué)時的課，課后專家均以書面評價形式對本教材和教學(xué)過程予以了較高評價，并對進(jìn)一步完善和修改提出了寶貴意見。設(shè)計了學(xué)生問卷調(diào)查表，以“A、該教材很有價值對教學(xué)具有積極的促進(jìn)作用”、“B、該教材價值一般對教學(xué)促進(jìn)作用不太大”和“c、該教材使用價值不大對教學(xué)沒有促進(jìn)作用”三個問題供學(xué)生以不記名方式自由選擇，兩個班共211人，回收211份調(diào)查表，選擇“A”的學(xué)生206名，占總數(shù)的97．6％，選擇“B”的學(xué)生5名，占總數(shù)的2．4％，無選擇“C”的學(xué)生。

5　認(rèn)識與體會

力學(xué)貫穿了整個推拿醫(yī)學(xué)的始終，雖然本教材還不夠成熟，甚至有很多錯漏之處，但這畢竟是一種學(xué)科的創(chuàng)新之舉，是一種有益的嘗試，特別是對本學(xué)科的現(xiàn)代化提供了一種啟迪和思路，應(yīng)該代表了本學(xué)科的發(fā)展方向。就目前而言，臨床上手法操作十分混亂，各施各法，沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，手法的量效關(guān)系也一直不能夠確定和量化，本教材的編寫和完善，將為解決長期制約本學(xué)科向前發(fā)展的根本性問題帶來希望。

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