生物力学分析方法范文

导语：如何才能写好一篇生物力学分析方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、高中物理难学的主观原因

1.思想放松

刚进入高中的学生思想易松懈,而高中物理的难度远非初中物理能比,需要三年的艰苦努力,加上高考的内容源于课本而高于课本,具有很强的选拔性,如果高一基础太差,指望高三突击,其缺漏的很多知识是非常难完成的,实践表明多数同学会落空。

2.忽视基础

一些天赋甚高的同学,常轻视基本知识、基本技能和基本方法的学习与训练,经常是知道怎么做而不去认真演算书写,只对难题感兴趣以显示自己的“水平”,好高骛远,重“量”轻“质”,陷入题海,到正规作业或考试中不是演算出错就是中途“卡壳”,解题只追求答案的正确性,书写不规范,考试时丢分也很严重,久而久之就失去了对物理学习的兴趣。

3.被动学习

一些同学进入高中后,还是有很强的依赖心理,习惯跟随老师运转,没有掌握学习主动权。比如坐等上课,课前没有预习,对老师要上课的内容不了解,上课忙于记笔记,没听到“门道”,没有真正理解所学内容。由于各科信息量都较大,如果不能主动有效地复习,前学后忘的现象比较严重。

4.学不得法

部分同学上课没能专心听课抓不住重点难点,不能体会物理思想方法,对要点没听到或听不全,笔记记了一大本,问题也有一大堆,课后又不能及时巩固、总结、寻找知识间的联系,只是赶做作业,乱套题型,对概念、法则、公式、定理一知半解,机械模仿,死记硬背。培养良好的学习习惯,体会 “死记硬背”与“活学活用”的区别,掌握好的学习方法。

三、转化学困生的方法

1.培养自主学习的习惯

教学是教师的教和学生的学共同的双边活动,教师的教只有通过学生积极、主动的学,才能发挥作用。教师必须认同学生有自主学习的愿望,并且初步具备自主学习的条件。教师的任务是创设一种有利于学生学习潜能发挥的情境,使学生的学习潜能得以充分发挥。因而在教学中不可面面俱到,应尽量缩短讲课时间,教材中凡是学生能看懂的内容一律不讲,留给学生更多时间,让他们充分思考,不懂的问题在课堂上大胆提出来,师生共同分析、相互交流,引导学生主动参与、乐于探究,使其真正成为学习的主人。

2.培养思维能力

(1)培养学生的抽象概括能力。物理教学中多举实例、多使用教具,让学困生大胆地把生活实际抽象概括为物理语言,要求学困生多读教材、教师多辅导,使他们正确把握概念的内涵、关键词、句,以便在解题中能准确无误,举一反三的应用。

(2)加强思维品质强度、广度的训练。为了克服不足,提高抽象思维的强度和敏捷性,教学中可有意识地进行如下训练:①进行限时达标训练。对于作业或课外练习不能没有时间约束,要求学生做作业时一定要给自己一个时间界限,譬如一节课中要完成、二十分钟完成等等;对于稍难的、比较优秀的试题要求集中力量进行练习。②重视发散思维的训练。发散思维是创造性思维的一种形式,它沿着不同的方向去思考,有利于克服学困生思维呆板、思路多年来狭窄的缺点。 “一题多问”、“一题多思”、 “一题多解”是训练发散思维的好办法。

3.循序渐进

很多学生反映高中物理一学就会,一用就错,一放就忘,这说明学生对所学知识了解不深刻,掌握不全面。因此,在教学过程中不能操之过急,对所学的知识不能要求学生一次到位,而应根据学生实际情况,适当放慢速度,使学生对概念的理解和掌握随着认识能力的提高螺旋式上升。

如在《牛顿第二定律》一章的教学中,为使学生较好掌握定律中加速度和力的关系及各物理量的物理意义,应先将有关概念作为预备知识总结归纳,如力的概念、合力与分力的概念、加速度概念及牛顿第一定律等,以扫除定律学习中的障碍,再进行定律的实验和理论讨论。在安排学生练习时要注意题型和难度的控制,先练习水平面上的问题,再逐渐深人到斜面问题;先分析物体受一个力的问题,再逐渐深入到物体受两个、三个力的问题;先研究单个物体问题,再逐渐深人分析连接体问题。

4.化解分化点

高中物理知识易分化的地方多,这些地方一般都有方法新、难度大、灵活性强等特点。对易分化的知识,应当采取多次反复,加强辅导,开辟专题讲座,指导阅读参考书等方法,将出现的错误提出来让学生议一议,充分展示他们的思维过程,通过变式练习,提高他们的鉴赏能力,以达到灵活掌握知识、运用知识的目的。

总之,我们要充分认识高中学生在物理学习上的特点和现实困难,尊重学生的基本实际,多想办法,研究规律和遵循规律,才能更好地帮助学生跨越物理难学的这道坎。

参考文献:

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关键词: 中国美国物理学习方法差异原因

近年来,很多学者发现中美两国教育中有一个奇怪的现象:中国学生在物理学习中基础知识扎实,理论修养水平高,学习成绩较好,可一到科学研究的实践领域,就明显落后于美国学生。本文探讨了产生这种现象的原因。

1.物理学习方法的差异

中美两国学生学习物理主要使用的方法分别是透彻法和渗透法,两种方法各有千秋。透彻法是中国传统教育中的一种学习方法,指学生在学习的过程中,详尽、深入、透彻地理解所学的物理知识;而渗透法是一种体会式、渐进式的学习方法,它循序渐进地改造学生的知识结构。

在我国传统的物理教学中,学生习惯用透彻法进行学习,他们奉行“知之为知之,不知为不知”的理念,基础知识扎实,却无法容忍一知半解的状态,因而知识面较窄,在学习中亦步亦趋,缺乏创新思维;在美国的课堂教学中,教师善于使用渗透法培养学生,学生通常有较强的独立思考能力与创新意识,易于掌握多学科的知识,能在混乱的思维中孕育出真理,在从学习阶段转入研究阶段时,可以很快地进入状态,但他们的理论基础比较薄弱。杨振宁曾说:“中国传统的学习方法是一种‘透彻法’。懂得透彻很重要,但是若对不能理解的东西,就抗拒,这不好。‘渗透法’学习的好处,一是可以吸收更多的知识,二是对整个的动态,有所掌握,不是在小缝里,一点一点地学习。”[1]我们可以看到,透彻法有利于学生牢固掌握物理基础知识,但也使学生进入了一个误区。在遇到问题时,他们总是一开始便埋头苦干,按部就班地作详尽的分析和定量计算,只是着眼于问题的一点,而不能够从全局和整体上加以考虑。随着物理知识难度的不断加大,学生透彻学习的难度也越来越大。渗透法要求物理教师在教学活动中要充分认识到学生才是学习的主体,要改变物理课堂中“填鸭式”的教学方式,通过精心设计教学活动,在学习中适度地渗透难度大一点的物理知识,适度地渗透跨学科的知识,这样能使学生在掌握知识、获得技能的同时开阔视野。用透彻法学习,学生会具有比较深厚扎实的物理专业知识,而渗透法的运用,学生会了解物理学的最新发展动态,熟悉它与其它相关学科的联系,具备坚实的科学知识基础。

2.学习方法差异产生的原因

2.1学习环境对学习方式的影响

学习环境狭义是指与学习内容相关的环境,广义还包括与学习环境有关的环境和与学生认知动机相关的内部环境。物理学习过程可归结为在一定环境下的激活或链接已有相关经验的过程,可见环境对于学生物理学习方式的影响。中美两国不同的文化环境中孕育出不同的教育理念,美国教育制度倡导自由式的学习方法,“学生常常在乱七八糟之中把知识学了进去,……许多很优秀的学生,其知识体系中的漏洞是非常之多的,而且正确和谬误常常纠缠在一起”。[2]学生虽然在学习的时候对所学的内容往往还不太清楚,但是就在这种不太清楚的过程中,已经学到了很多东西。在中国,物理学习常被理解为对前人取得的知识成果的吸收,真知必须通过大彻大悟的境界才能获得,强调学习纯科学,学生缺少对物理知识的真实感知,这样,就造成了他们比较单一的的知识结构。

2.2教学方式对学习方法的影响

2.2.1封闭和开放的学习方式

在我国,物理教师的教学是封闭的,而美国物理教师的教学却是开放的。首先,在美国物理教学中,教师通常以学生为中心,注重激发学生学习物理的兴趣,课堂气氛相对比较活跃。而我国的物理教师却以自我为中心,更擅长传授式的教学模式,教师在课堂上不断地讲,学生安静地听,课堂气氛比较沉闷。其次,美国的物理教师具有一定的独立性,教学方法可以不必效仿其他教师。而我国物理教师通常严格按照教科书授课,年轻教师在老教师的指导下进行教学,只会向学生传授书本知识,却不会带领学生进行实践操作;只会对学生进行说教和灌输,却不善于通过分析学生的心理,进而提高学生的学习效率。最后,美国物理教师在物理概念、定理、定律的得出常用归纳法,鼓励学生多观察、勤思考,在发现中学习。而我国物理教师常采用演绎法进行教学,首先有步骤地阐述概念和理论,然后再举例说明,其间更注重正确与详细。[3]这样,不同的教学方式就产生了不同的学习方法。

2.2.2通过实验让学生进行知识的学习

在美国的物理教学中,教师更注重实验的作用。他们认为,实验教学和直接讲述比较,的确要花费很多的时间和精力,而且得出的结论也不如直接讲述的简洁而明确,但物理学是一门实验科学,学生从物理实验中所获得的感性认识、探索能力和动手技巧等,不是直接讲述所能够给予的。实验能增加物理教学的趣味性,培养学生学习物理的兴趣,使得他们乐于学习物理知识。这种以实验为基础,有意识地培养学生从具体到抽象,从直接经验到概括,渗透的过程使学生的动手能力、创造性得到了很大的提高。[4]而在我国的物理教学中,教师更注重理论的学习、解题技能的提高,忽视演示实验和学生的动手操作,以理论课和实验课的“一体化”统领整个课堂教学。

2.3课堂教学评价对学习方法的影响[5]

我国的物理课堂教学评价是一种单向型的评价,重对学生的总结性评价,轻形成性评价,评价中倾向于对学生的甄别和判断;评价方式以他评为主,缺少人性化,课堂评价的激励、调控功能难以发挥。而美国的物理课堂教学评价框架由多种要素构成,并且采用多种方式测评学生对重要概念和基本规律的掌握情况,运用“建构―反应”模式来测评学生的解释、分析、应用和表达科学信息的能力,采用表现性评价方法,测评学生观察、实验、评估等从事科学探究活动的能力。与我国相比,美国的物理课堂教学评价中,更加关注多维的评价目标,注重学生的科学探究能力、情感态度与科学价值观的培养情况,评价能拉近评价者与学习者、学习者与学习内容的距离,更容易激发学生广泛地吸收物理知识。

21世纪的文盲不再是目不识丁的人,而是不懂得学习方法的人。物理学作为一门充满活力的基础学科,它需要大批具有开拓和创新、怀疑和批判精神,并懂得如何学习的人。因此,我国物理教学必须贯彻执行新课程标准,吸取先进的教学思想,培养学生的自主学习能力。

参考文献:

[1][2]程民治,戴风华.培养创新人才之方――诺贝尔奖得主的科学教育观[J].物理通报.2008,(06).

[3]丁邦平.中美科学教育比较[J].中国教育学刊.2000,(02).

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一、运动生物力学的定义：

运动生物力学的定义（国内）是运动生物力学是一门新兴学科，现在比较通用的定义是“运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学”。国外对这门学科的定义也大相径庭究，有些国家把运动生物力学认为是人体内部运动器系运动和外部人体整体运动的力学特性，尽管运动生物力学在国内外还没有形成统一的定义，但是运动生物力学的作用和研究意义已被各个国家所重视。

二、在技术教学中的重要地位

在体育运动中任何一项身体练习都由一定的动作及动作体系构成，而完成每个动作及整套动作都存在着最合理的运动技术。合理的运动技术以运动生物力学理论为依据，并富含运动生物力学原理。而运动生物力学又以其分析科学性，结构合理性为体育技术教学提供理论和方法上的指导，它可以通过对形形体育动作差别原因的分析，探讨出获得良好技术的各种力学条件，从而使学生更完善地认识、学习和掌握合理的运动技术动作。

三、对技术教学的积极影响

在技术教学中，及时而有针对性地向学生传授运动生物力学原理，往往能引起学生对学习和掌握运动技术的兴趣，并使复杂的技术简单化，从而有利于学生及时纠正自己的错误动作，并防止由于错误动作而带来的运动损伤。

（一）提高学习运动技术的兴趣

随着新科技、新技术的不断地推动着体育科学技术的发展，新的运动技术取代旧的运动技术，或高级运动技术取代低级运动技术，已成为当今社会的总体趋势。新的运动技术比旧的运动技术更科学、更合理、更实效，并且更符合人体特点。因此，新技术总能吸引更多的人去研究和学习。在体育技术教学中，如何引起学生对新技术的兴趣是学习的第一动力。比如，我们所说的站立式起跑和蹲踞式起跑，相对以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒适，运动员一般都采用站立式起跑。随着科学的发展，运动生物力学这门学科逐渐进入了人们的视角，从生物力学的角度来剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的区别，蹲踞式起跑更有利于起跑，对于短距离的起跑和起跑后的加速跑这两个阶段从实效性和经济性这两个角度而言作用最大，同时也为短距离途中跑和冲刺跑奠定了一定的能源物质基础，当今在全国乃至世界在短距离运动项目中全部必须采用蹲踞式起跑。如此，学生就会对蹲踞式起跑产生浓厚的兴趣，大有跃跃欲试的欲望，从而在技术教学中就会主动、积极地参与并思考、体会技术细节，进而缩短掌握技术动作的时数，有利于提高技术教学效果。

（二）使复杂的技术问题简单化

相对于以往的体育教学中，当体育教师对某一项较为复杂的技术过程讲解时，学生常会因为技术动作太复杂而影响学习，但如果教师能用适当的力学知识加以分析和运动生物力学的研究方法往往能使学生“顿悟”，从而激发学生的学习积极性。如：足球的香蕉球是一项较复杂的技术动作，且香蕉球形成的力学原因也极为复杂，但根据球在空中的运行轨迹的力学现象，我们只要在踢球过程中，保证击球点的用力通过球心，且不在一条直线上，就为香蕉球的产生创造了条件。因此我们可以运用运动生物力学中常用的研究方法去解决这个问题，利用高速摄影、电视、录像和数据的分析，把学生、运动员的运动技术进行摄影、录像、高速摄影，然后回放给学生，学生可以从动作回放和慢放中知道动作的运动轨迹，和香蕉球击球点的位置。因此，对复杂的技术动作稍加力学分析，和采用先进的设备便可使复杂问题简单化，便于学生理解并提高教学效果。

（三）减少损伤以利掌握合理技术

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关键词：地方病；生物力学；腰椎压力

中图分类号：TP39；R682.3；R135文献标识号：A文章编号：2095-2163（2015）04-

0引言

氟中毒[1]是一种地方性疾病，轻度的体现为儿童氟斑牙，重度的体现为成人氟骨症。氟斑牙的调查对象一般为8～12岁儿童，诊断时医生通常需弯腰低头进行。由于一次性调查人数较多（碘缺乏病中检查甲状腺的情况与之类似），所以尽管劳动强度不大，但医生腰酸背痛在所难免，还可能引发慢性腰痛等脊椎病[2-4]。为此，若把领奖台特征的阶梯式站台（“领奖台”）应用到儿童氟斑牙诊断中，让待诊儿童按个头大小分组站于“领奖台”接受诊断，则有利于减轻医生腰部疲劳。医生腰椎压力等数据通过法国达索公司的虚拟样机软件CATIA工效学模块[5]进行“检测”。

1构建CATIA模型

1.1人体生物力学

生物学中，人体处于站姿或坐姿时，身体由脊椎、髋骨、腿和脚支撑，主要靠腰椎和髋骨支撑上身体重。其中人体脊椎由7节颈椎、12节胸椎和5节腰椎构成，平时靠肌肉维持其“S”形，腰椎粗大且硬，几乎承受着人体上身的全部重量，并实现前曲后仰、侧曲、扭转等运动，第三、第四腰椎为整个脊椎骨中受力最大的部位。腰椎的不良力学行为（如长时间压缩等）[3]将加重腰椎负担，产生疲劳，甚至引发腰椎间盘损伤等脊椎病[4]。CATIA软件的工效学设计与分析模块，应用L4～L5[6]非线性三维有限元模型，能够对腰椎压力等生物力学参数进行描述。

1.2人体模型

CATIAV5R20中有美、加、法、日、韩、德、中（台）共7个国家的人体模型。儿童氟斑牙的现场调查中，站姿是医生诊断病情的主要姿势。本例采用中国人模型，男性医生身高1.75m，待诊儿童身高取样1.35m、1.50m和1.65m，如图1所示。

（a）1.35m（b）1.50m（c）1.65m

2生物力学分析及改善措施

2.1生物力学分析（BSAA）

BSAA指生物力学单一动作评价，针对给定姿态下人体的腰椎、关节等处受力（或力矩）等进行测量。以图1（a）为例，通过“[开始][工效学设计与分析][HumanActivityAnalysis][分析][BiomechanicSingleActionAnalysis…]”即得分析结果，见图2。其中L4-L5腰椎压力由身体负荷压力、轴扭曲力和弯曲力三部分组成。

可见，1.75m身高医生诊断1.35m、1.50m和1.65m（1.80m仅为分析对照而设）身高儿童氟斑牙时医生L4-L5腰椎压力分别为2369N、2069N、1679N（医生正常站姿时1165N）。随着接受诊断儿童的身高增大，医生工作时的L4-L5腰椎压力骤减（弯曲力“贡献”最大）。

2.2改善措施

设想儿童在接受诊断时分组站于“领奖台”（见图4），其嘴巴部位跟医生眼睛高度基本平齐（相当于医生自然站姿），则医生L4-L5压力分别比原来减少50.8%、43.7%和30.6%，如图3所示。

“领奖台”作为儿童接受诊断的地点，可使医生能以正常站姿工作。该“领奖台”可如下设计：

（1）尺寸。三个台面的长度、宽度均分别为0.6m、0.30m，高度依次为0.30m、0.45m、0.15m；

（2）材质及使用方法。可采用三个小木匣拼接，便于携带（可盛装工作用品）。

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关键词：俯背运动 腰部损伤 力学分析

前言

腰痛一直是困扰人类最常见的疾病，尤其在体育运动中，腰椎损伤严重地威胁着运动员的身体健康和运动成绩。据统计，在运动员中有60%―70%存在不同程度的腰椎疾患。因此腰部疾病的防治成为备受关注的话题。多年来，国内外学者对腰椎的生物力学性质进行了大量的研究，但由于腰椎生理结构的复杂性及研究手段的局限性，很多问题有待进一步的探索，特别是对运动员腰部损伤的防治成了亟待解决的问题。

脊柱是人体的支柱，腰骶部又是躯干连接下肢的桥梁，承受的载荷在整个脊柱中位居首位，同时其活动范围也相对最大，正因如此，腰椎发生损伤的机率就较大。近20年来，研究人员用现代化的力学实验方法及理论分析计算，终于在腰椎损伤产生机理方面得到了较大的进展。实验表明：腰椎损伤大多是由于腰部脊椎骨、腰椎间盘、肌肉、韧带的生物力学平衡关系被破坏而引起的。造成平衡关系破坏的原因很多，如长期积累导致脊椎的退行性变化，外力过于强大，活动范围超过腰椎的最大生理范围以及不当等由此引发一系列病变。要解决腰椎损伤的问题，应该先从腰部的生物力学性质的分析入手。

一、腰背部基本生物力学分析

1.腰背部肌肉韧带的基本生物力学分析

腰背部肌肉分布均匀，通过收缩产生抗拒力维持腰椎的稳定。在运动状态下，随着强度和幅度的加大，致使腰部与腰部相关的肌肉、韧带产生退变或损伤，从而使腰部承受惯性载荷在总体上相对减少。通过对每块肌肉的研究证实，活的人体肌肉收缩或舒张时都做功，在相同条件下肌肉收缩所做的功比舒张时所做的功要大。因此，脊柱伸直时所做的向心舒张功要大于屈曲时所做的离心收缩功。

腰部棘突的方位平直向后，棘上韧带深部纤维联结相应的棘突，浅部纤维越过棘突3―4节，能控制棘突的前屈。棘间韧带在腰部发育最强，对腰椎运动的影响也较大。因此，棘上韧带和棘间韧带两种结构对于维持腰椎稳定起到了十分重要的作用，不仅控制腰椎的不同类型活动，同时也承受一定的牵拉、扭转载荷。实验证明在腰部4、5脊椎功能单位上，棘上、棘间韧带提供12%―16%的张力强度、10%的扭转强度。在屈曲状态下，棘上、棘间韧带对脊柱起稳定作用。还有研究证实，两种韧带结构在生理活动期间不仅存储肌肉能量，同时也对脊柱关节起稳定和保护作用。

通过解剖学的研究我们了解到：在相邻腰椎板之间存在黄韧带，黄韧带的构成中弹性纤维约占60%―70%，韧带产生的预张力对腰椎间盘形成预应力，有助于保护腰椎及脊柱的稳定性，同时还能防止韧带本身在腰椎后伸时发生弯折。人在20岁之前黄韧带的预张力约为18N，而70岁的老年人黄韧带的预张力仅为5N左右。由此看来，20岁前黄韧带具有较高的弹性机制，腰部柔韧性较好，能承受大活动范围的腰部动作，伴随着年龄的增长，黄韧带的弹性机制逐渐下降，腰部的剧烈运动就容易使腰部产生韧带拉伤。黄韧带的生理范围为5%―50%，超过50%以后，刚性就迅速增加，在被拉长至70%时即会发生损伤。

2.腰椎的基本生物力学分析

腰椎位于人体的中部，是脊柱运动的枢纽，其中椎间盘最厚，占椎体高度的1/2。腰椎活动幅度大，当弯腰即腰椎屈曲时，椎间盘前窄后宽，使腰椎的生理弯曲由前凸变平或稍微后凸。腰椎伸时，则使腰椎生理弯曲度加大，腰椎的屈伸是以第一骶椎为支点的多关节活动。上体前屈时，纤维环前部膨出，而后部伸直。上体后伸时，后纤维环松弛后凸，后凸的纤维环使椎管前后径缩小，导致神经根或马尾神经受压。另外，腰骶椎间盘不论脊柱呈何种屈伸角度，其载荷形式几乎均为压缩应力，且应力大小与体重、脊柱前屈的角度有关。由于椎间盘在两相邻脊椎骨之间，前后部均受韧带保护，尤其前部纤维较厚，并受腹腔内压力的支持，当压缩应力足够大或做长时间静力性动作时，会导致韧带和纤维疲劳。此时，髓核向后突出比向前突出的可能性大得多，当压缩应力非常大时，就会直接损伤椎骨。

二、俯背运动对腰部损伤的影响

多年来，无论在运动训练或体育教学以及大众健身运动中，俯背运动被大多数人所接受，在运动员的训练过程中运用更为广泛。多数研究人员只考虑到它可以增加腰背部及大腿后部肌肉和韧带的柔韧性，但很少有人研究它是否对人体有不利的影响。毕竟每件事物的存在都是有利也有弊的，所以俯背运动的负面影响也是不容忽视的。

我们完成某个动作，都是靠关节、韧带及肌肉的拮抗作用来完成的。脊柱的运动也是靠腰椎关节、关节间韧带以及脊旁肌肉群发动的。如上体屈曲时，先从腹直肌及腰大肌开始，然后以上体重量为负荷使屈曲进一步发展，此时竖脊肌起控制作用，但弯曲程度继续加大至完全屈曲后，竖脊肌失去功效，仅靠脊后方韧带维持以防止关节内部受伤。从屈曲位到伸直位时，竖脊肌逐渐拉脊柱伸直，到越过中轴至继续伸直时腹肌又起控制作用。

对于腰部损伤来说，腰椎的位置结构及其运动形式对损伤都存在极大的影响。腰椎的病变是极其常见的，也可能导致多种疾病的发生。这与腰椎的活动范围有着密切的关系。下表是综合他人及自己研究所得的结果，主要表现了腰椎的生理活动范围。

由表格中可以看出，腰椎各关节段的屈伸活动范围由上到下逐渐增大，而侧弯范围除腰骶关节偏小外其余部分大致相等，轴向旋转则以腰骶关节为最大，但仍明显小于屈伸和侧弯的幅度。这主要与关节面的方向相关。虽然单个腰椎关节活动范围不大，但是五个关节叠加起来，其活动的范围却很大，而且能够支持人体的各种腰骶及动作。但腰椎活动的范围也有一定的局限，如果运动时腰椎活动范围超过了极限程度，则会导致腰椎的损伤。

通过表中数据表明，腰椎前屈的生理范围应不超过50度。大多数人都有可能在运动中使腰椎屈曲范围接近甚至超过正常生理范围，偶尔的运动虽不能造成损伤，但长期积累就会导致疲劳，从而对腰椎引起损伤。因为肌肉韧带都是粘弹性组织，在其经常被拉长时，尤其是过度拉长时就会产生肌肉松弛，此时腰部的肌肉和韧带起了稳定和保护脊椎的作用，而大量的做俯背运动、过长时间的积累，腰部肌肉就会疲劳，韧带也会产生松弛，使其稳定和保护的作用减弱。因此，脊柱是更容易因大幅度运动而超出其生理活动范围造成损伤。实验证明，俯背运动对腰椎存在一定的损伤，多做则会积累导致腰部慢性损伤，损伤的主要病变是椎骨变形以及腰椎间盘脱出、突出等而压迫神经造成不良后果。

三、结论和建议

本文主要阐述了长期俯背运动对腰椎及腰背部肌肉和韧带弹性存在的不良影响。长期积累还会导致肌肉疲劳、韧带松弛而影响脊柱的稳定性，从而使腰椎发生损伤。

随着体育运动的发展，竞技体育日趋激烈，运动训练强调大运动量，腰椎负荷必然随之加大，损伤问题就越发突出了。据此我从生物力学角度提出两方面的措施：一是预防，要使教练员和运动员充分掌握腰椎及腰背部肌肉韧带的生物力学知识，并用以指导实践，减少导致损伤的危险动作的出现。如举重项目中要尽量避免远离身体的提铃动作，体操运动中要缩短静力性动作的持续时间。二是及时治疗，运动生物力学研究成果可为临床提供医疗依据，学习和掌握腰椎损伤的生物力学因素及机制将进一步推动腰椎疾病的治疗。另外在日常生活中，也要尽量避免远离身体的脊柱充分前屈的提物动作，从而减少由于肌肉韧带及纤维疲劳引起的椎间盘髓核突出症的发生，避免因过度疲劳而引起的腰部疾患。

参考文献：

［1］ 尚桂红.腰椎运动损伤的生物力学分析.山东师大学报，1995.

［2］ 岳寿伟.腰椎生物力学.中国疗养学,1997.

［3］ 张智勇.腰椎损伤的生物力学原理分析.长春大学学报，1999.

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关键词 垫球 生物力学 方向 力度

中图分类号：G804.95 文献标识码：A

0引言

作为一种传统运动，排球广受人们喜爱。随着比赛规则的不断改进，竞争更为激烈，如时间越来越紧、节奏越来越快，对排球运动员提出了更高的要求。垫球是排球的一个基础动作。但实际中，由于用力不同，在以手臂迎击时，极易出现下网或垫飞的情况，进而影响到己方成绩。为此，有必要对垫球中所运用的生物力学原理加以分析，并合理使用，以提高垫球的成功率。

1垫球基本姿势的生物力学分析

1.1如何垫大力量球

垫球的准备动作包括准备姿势、击球手型、手臂角度等。根据物理学中力学原理可知，当一个物体对另一个物体施力时，施加的力叫作用力；而另一物体在承受作用力时，会向施力物体也施加一定的力，叫做反作用力。在垫球时，排球对手臂施加的力即为作用力，手臂迎击排球时产生的力为反作用力。当对方击打的速度过快、力量太大时，如果只是以力打力、正面迎击，两股力量作用在一起，容易将球垫飞。所以，面对大力量球时，应进行缓冲，卸掉一部分力。为此展开试验，从某班级抽取10人，首先进行大力量球的迎击垫球，每人垫球100次，结果成功垫给二传超过40个球的只有3个同学；垫飞出场的比例较高，下网次之，直接垫入对方场地的最少；然后进行卸力垫球，同样是上面10位同学，每人垫100个球，由于做了卸力处理，垫给二传的成功率大大提升，最高者达到75个，垫飞和下网的几率则大大降低。

试验表明，在迎击大力量球时，若能进行卸力处理，垫球的成功率显然有所提高。分析其中原因，作用力等于反作用力，但经卸力处理后的反作用力等于作用力减去缓冲力。可见，在排球运动中，垫球是有技巧的，抓住内在的力学规律，进行恰当处理，可有效提高垫球技术。训练或比赛中所谓的“球感”，便可理解为是运动员自身下意识的利用力学原理控制球的力量和方向，将球垫到最理想的位置，为进攻奠定良好的基础，即掌握了垫球的生物力学原理。

对其生物力学原理进行分析，作用力与反作用力相等，当球的力量太大时，反弹力一样很大。所以，面对大力量球，尽量不要直接迎击，应含胸收腹，当手臂接触球后，随着球向后撤，同时保持肌肉在放松状态，缓冲来球的巨大力量。手型应做适当调整，用手臂或手腕控制好垫球的方向。如果击球点接近身体且位置偏高，可用前臂垫球；而离身体较远且位置偏低时，需改作屈肘翘腕的姿势，用手腕上部进行垫球。此过程中的“含胸收腹”、“后撤”等都是缓冲、卸力的动作，主要是为了缓解冲力，有效地控制垫球方向和力度，做好防守。

1.2如何垫中等力量球

当来球速度相对较慢、力量稍微减弱时，垫球方法和垫大力量球有一定的区别。准备姿势依旧保持深蹲，其余如手型、击球点等基本相似，但用手臂应及时，要保持放松、速度要慢，借助球自身的反弹力，垫击球的后下部，同时，蹬地、跟腰、提肩压腕、抬臂等动作应一气呵成。从此分析中可知，垫大力量球时的一些卸力动作已没有使用的必要，而是改成了“蹬地”、“跟腰”、“提肩压腕”等击球的动作。这是因为中等力量的球速度相对要缓、力量也小些，作用到手臂上后无需再卸力缓冲，反而在力量较弱时还应施加部分力，才能保证球顺利传出去。此时，垫球的力量等于球的反作用力加上上臂对球施加的力，如蹬地等动作都是势力动作。这样充分证明了垫击球应根据球的力量性质决定。力量稍大，给球的力量则应相对减小；而来球的力量相对较小时，应适当增加对球施加的力。

1.3如何垫击轻球

垫击轻球时，与上述两种情况又有所不同。当来球到达腹前约一臂距离时，运动员应将双臂加紧前身，插入球下，同时配合蹬地、跟腰、提肩、顶肘、压腕、抬臂等全身协调动作迎击来球，身体重心随着击球动作向前上方移动。这些动作也都属于用力的动作，因为轻球的力量较小，若只凭其自身的反弹力，显然很难垫到理想位置，这就要求主动击球，在其反弹力的基础上，施加一定的作用力，将球顺利垫出。

2垫球方向的生物力学分析

排球是综合多种因素的一项运动，且训练或比赛中存在很多不确定因素，所以在对手发来球时，应快速移动过去，并对身边状况有个明确判断，掌握好应对体侧来球的垫球技术。从力学角度来看，当有力作用到某物体上，角度不同，反弹力的方向会有所改变。所以要运用体侧垫球技术，若是左垫球，则以左脚前脚掌内侧蹬地，左脚向左跨一步，同时重心移至左脚，两膝弯曲、双臂伸出，右肩稍微倾斜，左臂略高于右臂。然后转体、收腹，同时提肩抬臂击球。若是右垫球，则与以上动作方向相反。为保证球能够顺利传至理想位置，在提肩抬臂击球时，手臂内侧应对准二传队员，此时，球的反作用会朝其固定方向飞去。在改变方向的同时，当然也要根据球力量的大小，采取相应的动作。

3结束语

垫球是排球运动中的基础动作，必须熟悉掌握，才能做好其它的复杂动作。垫球的力量和方向较为重要，垫球中即蕴含着精妙的生物力学原理，面对不同力量的球，应以不同的姿势和力度去迎击，进而提高垫球的成功率。

参考文献

[1] 葛传志，葛传刚.生物力学原理在排球垫球技术中应用的研究[J].文学与艺术，2011，24（6）.

篇7

关键词：生物力学；骨质疏松；腰椎；模型；体层摄影术

脊柱的生物力学试验可以通过体内和体外试验两种方式进行。近年来有限元分析法作为一种骨科生物力学的研究方法越来越受到关注。有限元分析不仅能模拟脊柱的各种运动方式，还能模拟正常人、患者和手术后的脊柱外形，从而计算出相应的各个结构的受力和位移情况。腰椎的有限元模型可以为骨质疏松椎体弥补以上试验的不足，为骨质疏松椎体的生物力学试验提供良好的试验模型。拟建立包含多个完整的功能脊柱单位（Functional spinal unite，FSU）骨质疏松腰椎的三维有限元模型，模型包括四个椎体和三个个椎间盘。模型将用于骨质疏松的椎体的治疗评价的生物力学试验。

1 资料与方法

1.1  一般资料：①志愿者1名：根据国人解剖学数值选取1个有代表性的健康成年男性志愿者，35岁，身高175 cm，体重73 kg；②General Electrics 64层螺旋CT机；③计算机工作站：Intel（R）Xeon（TM）CPU 3.00 G 双核四节点（8 cpu），内存：16 G，硬盘：320 G；④医学图像处理软件Mimics 10.0（Materialise's interactive medical image control system 10.0）：一款由比利时Materialise 公司开发的介于医学与机械领域之间的一套逆向软件，可以快捷的将CT或是MRI的断层扫瞄的二维图像转化为机械领域中CAD/CAM软件或完全的三维模型；⑤有限元分析软件MSC.PATRAN 2005：MSC.PATRAN最早由美国宇航局（NASA）倡导开发的，是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境；⑥有限元分析软件ABAQUS：ABAQUS由美国公司开发，是世界知名的高级有限元分析软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。

1.2  方法与步骤：模型的建立：①螺旋CT扫描：采用General Electrics 64层螺旋CT对已经选定的对象进行螺旋扫描及断层图像处理。扫描时志愿者采取仰卧位静止不动，尽量保持扫描断面与身体长轴垂直。扫描参数如下：层厚0.699 mm，球管电流200 mA、电压120 kV。②CT图像处理及保存：在CT工作站中，通过调整图灰度、增加对比度等，对图像观察细节进行处理，得到清晰的骨窗断层图像，并将其保存为DICOM格式，刻录为光盘保存。③CT图像处理及胸腰段三维图像的重建：将DICOM格式的图像数据导入三维重建软件Mimics。在MIMICS中逐层分割提取已选取的CT图像，去除骨骼周围软组织图像，尽量把胸腰椎T11～T12～L1～L2段从背景中分割。得到处理后每一个断层的CT图像，然后重建出胸腰段的三维图像。④胸腰段椎体三维实体模型的建立和光滑处理：把生成的三维图像数据导入Magic rp软件，利用Remesh模块对模型进行光滑处理，生成光滑和几何高度近似，具有较好面网格质量的模型以便导入Patran前处理软件，构建有限元模型。⑤胸腰段三维模型的前处理：将优化的面网格文件导入MSC Patran前处理软件，生成正常T11～T12～L1～L2段椎体的四面体单元。并在体单元的基础上根据解剖结构的材料属性不同，把椎体分割成皮质骨、松质骨、椎体后部3个部分，其中皮质骨厚度约为1～2 mm。⑥T11/T12、T12/L1、L1/L2椎间盘的建模过程：在已有的椎体四面体单元的基础上生成椎间盘和终板模型，采用六面体单元划分。椎间盘髓核被模拟为不可压缩的体单元（Hybird）。髓核的体积约占椎间盘体积的35%～45%，靠近中后部1/3。椎间盘的上下表面由1.0 mm 厚的软骨终板构成。⑦关节突关节、椎间盘纤维、韧带的建模过程：选择关节软骨，并把关节软骨层的表面接触选用面-面接触单元模拟（无摩擦的滑动表面接触单元），关节囊使用三维Truss单元模拟。纤维环纤维由只承受拉应力的Truss单元构建，纤维在环状体中呈剪刀状方式走行，并与椎间盘平面成平均25°～40°的夹角。有限元模型包含的前纵韧带、后纵韧带、棘上韧带、棘间韧带、横突间韧带以及黄韧带均采用只受拉力Truss单元模拟。⑧赋予各结构材料学参数：对整个胸腰段有限元模型单元材料相关属性进行设定，构建与实际模型在材料参数和力学行为上相吻合的三维有限元模型，其中纤维、韧带、关节囊为只受拉应力的线弹性材料。各部位的材料属性见表1。

表1  正常胸腰段有限元模型的材料参数

结构弹性模量（MPa）泊松比截面积（mm2）皮质骨    12 0000.30

松质骨1000.2

关节软骨100.4

L5-椎体后部3 5000.25

终板1 0000.4

椎间盘纤维环基质4.20.45

椎间盘髓核0.20.4999

纤维环纤维500非线性

前纵韧带200.33 8.0后纵韧带700.320.0黄韧带500.360.0棘间韧带280.335.5棘上韧带280.335.5横突间韧带500.310.0关节囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

骨质疏松的材料模型为在正常模型材料参数的基础上，皮质骨、终板、后部结构模量减少33%，松质骨减少66%，同时考虑髓核脱水，弹性模量增加1倍，其他结构保持不变。见表2。

表2  骨质疏松胸腰段有限元模型的材料参数

结构弹性模量（MPa）泊松比截面积（mm2）皮质骨    8 0400.30

松质骨340.2

关节软骨100.4

L5-椎体后部2 3450.25

终板6700.4

椎间盘纤维环基质4.20.45

椎间盘髓核0.40.4999

纤维环纤维500非线性

前纵韧带200.338.0后纵韧带700.320.0黄韧带500.360.0棘间韧带280.335.5棘上韧带280.335.5横突间韧带500.310.0关节囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

2 结果

正常脊柱胸腰段三维有限元模型已经建立起来。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276 580个四面体单元，8 532个六面体单元，673个杆单元，总计共95 219个结点。见表3。

表3  正常胸腰椎有限元模型的单元划分

结构单元类型数量节点

95 219椎体骨四面体单元276 580椎间盘、终板六面体单元8 532韧带、关节囊、纤维三维杆单元673

建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。

完全按照上述步骤我们利用有限元软件Patran前处理功能，对不同组织的物理特性进行定义，皮质骨、终板、后部结构模量减少33%，松质骨减少66%，同时考虑髓核脱水，弹性模量增加1倍，其他结构保持不变。基本符合真实的生物力学要求，真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性，成功建立了T11～L1的骨质疏松有限元模型。见图1。

图1  建立关节囊、纤维、韧带的正常胸腰段脊柱有限元模型

3 讨论

1974年，Belytschko首先将有限元分析法应用于脊柱力学研究，建立二维椎间盘模型，标志着有限元在骨科生物力学分析中应用的开端[1]。Liu等在1975年首次提出三维有限元模型，将其用于椎间盘生物力学研究并将理论结果与试验结果进行了比较。由于有限元法在求解过程中条理清晰，步骤同一，通用性强，特别适合计算机仿真计算。随着电脑软硬件技术的发展，有限元法在骨结构生物力学及医疗研究中愈显重要且前景广阔。

有限元分析不仅能模拟脊柱的各种运动方式，还能模拟正常人、患者和手术后的脊柱外形，从而计算出相应的各个结构的受力和位移情况。脊柱某些结构的外在位移用普通试验方法容易测得，但内在应力的改变则需要复杂的测试技术，利用有限元分析能够精细地得到模型内部地受力变化。这比外在位移来说更具有深远地意义。而计算机技术的进步及功能完善的专用软件的问世，为确保有限元模型的精确性奠定了基础。现今的研究成果使有限元模型不仅能逼真地模拟椎骨、椎间盘，还能将脊柱周围的韧带、肌肉直接或者间接地加入模型，使模型更加真实完善。正因为如此，近年来有限元分析法作为一种骨科生物力学的研究方法越来越受到关注。有限元模型最大的优势在于可以反映集体内部的应力变化情况，这是其他试验方法难以做到的。

3.1  骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立：有限元建模有多种方法，由于人体结构的不规则性，同时CT、MRI机器普及，图像建模的方法比较适合于临床生物力学的研究，目前多数临床相关的研究是通过此方法建模的[2-3]。

在本试验中，我们采用General Electrics 64层螺旋CT对已经选定的对象进行薄层螺旋扫描及断层图像处理。得到清晰的胸腰段椎体骨窗断层图像，并将其保存为DICOM格式，再将DICOM格式的图像数据导入三维重建软件Mimics。这样通过CT建立的胸腰段椎体有限元仿真模型与真实的胸腰段脊柱在几何上就近似人体骨形态。并且我们建立的是四面体椎体模型，四面体相比六面体，对复杂几何体的形状拟和较好。脊柱六面体有限元模型和本课题建立的四面体椎体加六面体椎间盘的胸腰段有限元模型示意图：见图2～3。

图2  脊柱六面体有限元模型

图3  胸腰段六面体、四面体混合有限元模型

另外，由于韧带从生理结构上，只承受拉力作用，不受压力作用，因此，本试验中采用只受拉力作用的线弹性材料模型，采用三维杆单元模拟，一定程度上符合韧带的生理特性。由于CT无法建立椎间盘模型（因为在CT上椎间盘的灰度和周围软组织的灰度重叠无法取值）且椎间盘结构复杂，文章根据椎间盘的生理结构，通过CAD构建了简化的椎间盘模型。椎间盘被固定在相邻的椎体之间，分散来自椎体的压力，通过与双侧软骨终板结合的纤维环和髓核使椎体间具有一定的活动度。

3.1.1 三维胸腰椎体几何模型的准确性：我们研究所建立的有限元模型是骨质疏松椎体压缩性骨折好发的脊柱胸腰段，更符合临床实际情况。模型的建立选择健康成年人的胸腰段脊柱作为基础，应用螺旋CT扫描获得胸腰段脊柱的详细轮廓数据，经Materialise Mimics逆向处理软件，建立胸腰段脊柱的三维实体模型。本研究采用基于CT原始数据的先进逆向建模技术，解决了CAD传统正向建模技术无法构建骨骼等复杂几何体的问题，从而保证了几何高度近似，为下一步的研究提供了良好的三维模型。

3.1.2 三维胸腰椎体网格模型的优点：在对胸腰椎体进行网格划分时，考虑到椎体的几何复杂性，对椎体采用自适应四面体网格划分方法，并对在着重考察和形状非常不规则的区域进行网格细化处理，保证了网格模型和几何模型的高度近似性。因此，本研究的网格模型更加细化和逼真，保证了计算的准确性。同时对于椎间盘模型，采用六面体模型，保证了椎间盘纤维模型的合理构建。采用椎体骨四面体和椎间盘六面体的复合网格模型，即保证了网格模型的几何逼真，又保证了胸腰椎各解剖部位的合理构建，为胸腰椎生物力学的研究提供了良好的网格模型。

3.1.3 胸腰椎模型材料属性的可靠性：因为试验条件的限制，本研究胸腰段脊柱有限元模型各部位的材料属性及基本参数采用了国外学者在胸腰椎材料力学研究中的试验结果，并已被不同研究学者引用进行胸腰脊柱的有限元模拟分析[4-6]。虽然因为研究的方法、试验的条件以及力学标本来自不同地区人种的关系，不同研究学者的材料试验造成材料属性有所偏差，但是本研究采用同一学者的研究结果，对不同模型进行力学分析，从纵向上进行定性比较分析，是合理的。

3.2  胸腰椎模型建立的临床意义：很多老年病如椎间盘退变，椎体的压 缩性骨折等都与老年性的骨质疏松有关，而很多的骨质疏松椎体的病因和治疗均与其生物力学有关，因此，分析不同的手术及创伤对骨质疏松的腰椎的影响是十分关键的。精确的生物力学试验可以帮助选择准确的植入物和手术方法，指导患者的术后康复和锻炼[7-8]。目前，很多学者通过有限元模型来进行骨科研究，并取得了好的成果[9-12]。本试验建立的有限元模型可以在计算机上随意的对椎体产生变形，可以模拟椎体骨折的模型，分析骨折后的生物力学变化，同时可对目前治疗骨质疏松骨折的新技术如椎体成型和后凸成型做比较，以及椎体疏松后内固定松动的问题，还可用于腰椎退变性滑脱，能够很好的模拟腰椎的生物力学试验。我们建立此模型想利用此模型观察骨质疏松椎体骨折后椎体成形后的相邻椎体骨折的问题，最近越来越多的报道认为这种骨折与椎体刚度和强度的增强有关。是否椎体成形术后的相邻椎体的骨折是由椎体的生物力学的改变引起，目前尚无定论。以往试验利用有限元的方法对椎体增强后的相邻椎体的生物力学进行了报道，但得出的结论不一致。这些生物力学试验均证明了椎体刚度的增强是目前相邻椎体骨折的原因[13-14]，认为相邻椎体的骨折与骨水泥增强椎体的弹性模量有关，但部分学者认为相邻椎体的骨折和椎体的增强没有关系[15]。我们将利用建立的有限元模型对目前比较关注的椎体成型手术后的相邻椎体的骨折问题进行进一步的探讨。通过更精确的模型来排除其他因素对增强椎体周围椎体的影响。

3.3  试验的局限性及展望：有限元模型材料参数的获得是通过生物试验得到的，但是到目前为止，退变组织的材料参数的获得对于我们模拟退变的三维有限元模型来说仍是个难以解决的问题，不同研究学者对材料属性的定义有所偏差。另外，虽然近年来建立的生物力学有限元模型越来越接近客观实体，并且对生物力学机制有更深入的理解和预测。但有限元法是一种理论性的分析，只有在更好地结合临床检测与试验观察之后，才能最真实地反映脊柱的受力状况，为疾病的发生、发展分析及疾病的治疗提供准确的参考。

今后，我们还将做深入的研究。包括进一步完善有限元模型的设计，特别是退变椎间盘和髓核的有限元模拟，并考虑肌肉力的影响；探讨KP治疗中骨水泥最佳的注射容积量；骨水泥在治疗椎中不同的分布对治疗椎体及相邻椎体的生物力学的影响；使用不同性质的骨水泥对脊柱的生物力学的影响；把有限元分析和生物试验的方法良好的结合起来。

本研究建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本，是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型，可应用于胸腰段骨质疏松后凸成形术相关的有限元生物力学研究。

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篇8

【关键词】 生物力学； 股骨干骨折； 带锁髓内钉； 锁钉方式

随着我国交通网络的日益发展完善和机动车数量的不断增加，骨折的发病率呈上升趋势，其中股骨干骨折就约占全身骨折的6%[1]，而髓内钉为治疗四肢长骨骨折的首选[2]，特别是股骨与胫骨骨折[3]。但是关于远端锁钉的数目目前还有争议，本试验就远端锁钉的数目进行体外生物力学稳定性测试，其结果为临床治疗选择治疗方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 9具青壮年全长防腐股骨标本（均来源于广东医学院解剖教研室），其中男6具，女3具，年龄21～35岁，体重48～69 kg，平均体重60.1 kg。剔除软组织后摄X线片，以排除新鲜或陈旧骨折与骨病；再测量标本骨密度、髓腔平均直径和大粗隆外下缘至外上髁的距离作为股骨全长（因扭转夹具固定的平面为大粗隆尖和外髁上缘水平）。股骨普通带锁髓内钉18套，均为320 mm～360 mm×9 mm～12 mm，锁钉直径6 mm，长度30 ～65 mm﹙山东威高骨科材料有限公司生产﹚。

1.2 试验仪器 CSS—44020电子万能生物力学试验机（长春市实验机研究所），EDC—120数字控制器（德国DOLI公司），800—A X线光机（德国西门子公司），UBIS5000型超声骨密度测量仪（法国DMS公司）。

1.3 方法 标本随机分为A、B、C三组，每组6根，A组采用骨折远近两端各2枚锁钉锁定，B组采用骨折近端2枚锁钉锁定，最远端1枚锁钉锁定，C组采用骨折近端2枚锁钉锁定，次远端1枚锁钉锁定。将A、B、C三组股骨标本在小粗隆下15 cm处制造1.5 cm骨缺损的股骨干不稳定骨折模型，再进行带锁髓内钉固定。本试验模拟人体正常单足站立状态（外展15°），因髋关节上的载荷会使股骨产生压缩、弯曲和扭转3种力学状态，根据实验需要确定载荷类型为压缩载荷和扭转载荷。加载速度由实验需要与仪器性能共同决定。轴向压缩实验：观察在生理轴向压缩载荷范围与最大压缩载荷下的股骨位移。扭转实验：观察在生理扭矩范围与最大扭矩下的扭转角。

1.4 统计学处理 所有数据经SAS 8.2软件包进行统计学分析，计量资料以（x±s）表示，组间比较采用单因素方差分析（ANOVA），两两比较采用SNK法，P

2 结果

2.1 A、B、C组三组在轴向压缩实验中最大载荷值两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；轴向压缩刚度A组较B、C组稍大，但两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。见表1。

2.2 A、B、C组三组在扭转实验中最大扭矩两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；水平扭转刚度A组较B组大，差异无统计学意义（P>0.05）；C组较B组大，差异无统计学意义（P>0.05）；A组较C组大，差异亦无统计学意义（P>0.05）。见表2。

3 讨论

目前，带锁髓内钉固定已成为股骨骨折的首选治疗方法，与钢板螺钉及外固定架等固定相比优势明显。首先，带锁髓内钉属于中心固定，较其他固定更接近身体活动中心，受到的负荷更小，应力分布均匀，应力遮挡少，因而局部骨质疏松与再骨折少；其次，带锁髓内钉固定能确保股骨干的正常轴线，位于股骨干中部的峡部对髓内钉有把持作用；第三，股骨干骨折带锁髓内钉固定多采用闭合穿针技术，对骨折端血肿血运没有破坏，对在骨折愈合早期起关键作用的细胞与体液因子没有干扰，属于生物学固定。

有研究表明，股骨骨折带锁髓内钉固定后，近端两锁钉间应变相对较小，远端两锁钉间应变相对较大，远端锁钉较易发生疲劳性断裂，特别是远端靠近骨折线的锁钉更易发生断裂，近端锁钉疲劳性断裂较少[4—5]。远端锁钉放置1枚还是2枚，目前仍有争论[2]。国外Hajet等通过临床观察与生物力学分析指出，在治疗股骨干骨折时远端只需放置1枚锁钉便可牢固固定，不会造成主钉断裂；对于稳定性骨折，有研究表明远端用1枚或两枚锁钉在旋转与轴向负荷失效方面无明显差异，而临床研究也表明远端用1枚或2枚锁钉锁定在骨折愈合时间与并发症方面没有区别[6]。

由生物学固定原则可知，为了能尽量保护好骨折部位的血运，减少局部软组织损伤，不干扰或尽量少干扰骨折部位的局部生物力学环境和生物学环境，在骨折端复位满意及稳定性基本相同时，应尽可能选择创伤少的锁钉方式，这样更有利于骨折愈合。从笔者的实验可以看出，远端双钉交锁锁定（A组）与远端单钉交锁锁定（B组与C组），最大轴向压缩负荷与最大扭转负荷均无显著差异，远端双钉交锁锁定压缩强度与远端单钉交锁锁定压缩强度无显著差异，远端双钉交锁锁定扭转强度与远端单钉交锁锁定扭转强度无显著差异，此两种锁钉方式均可用于股骨中段不稳定性骨折。其中，最远端单钉交锁锁钉（B组）抗压缩能力尚可，抗扭转能力稍差，根据工程力学原理，在构件断面剧烈改变的附近区域，容易导致应力集中，成为力学上的薄弱点[7]，由此原理可知，在次远端锁钉孔未锁定时，此处必定应力相对集中；又扭转刚度与内固定物工作长度成反比，最远端单钉交锁锁钉，此时髓内钉工作长度增加，相应的扭转刚度降低，如使用这种锁钉方式，术后进行伤肢旋转功能锻炼时需慎重，以免断钉。而次远端单钉交锁锁钉则与远端双钉交锁锁钉方式一样可以安全有效的用于股骨中段不稳定性骨折，这与罗先正等[8]主张的在用远端单钉交锁时一定要锁定靠近骨折端的锁钉的做法是一致的。因临床报道远端锁钉断裂较多[9]，故术后应严格限制负重，待有大量骨痂形成后再逐渐增加负重。另外，本实验中使用的锁钉直径均为6 mm，所以笔者认为，无论选用哪种锁钉方式锁定时，选择相对直径较大的锁钉更安全有效。另外本实验还发现，远端单钉交锁时内固定物屈服绝大多数表现为锁钉弯曲，仅有1例表现为骨折端移位；远端双钉交锁时内固定物屈服全部表现为髓内钉弯曲。

因此，通过对股骨干中段不稳定性骨折模型用带锁髓内钉固定时3种不同锁钉方式生物力学性能进行实验对比研究，得出以下结论：（1）带锁髓内钉固定股骨干中段不稳定性骨折时，远端单钉交锁锁钉与远端双钉交锁锁钉轴向最大载荷及扭转强度没有明显差异；（2）股骨干中段不稳定性骨折时行带锁髓内钉固定选择锁钉方式时，远端单钉交锁锁钉与远端双钉交锁锁钉均可选用，二者均能稳定骨折端；（3）在选用远端单钉交锁锁钉时，最好选择次远端锁钉孔锁钉方式，其抗扭转刚度优于最远端锁钉孔锁钉方式，发生疲劳性断钉的可能性小；（4）股骨干中段不稳定骨折行次远端单钉交锁锁钉为最简单有效的锁钉方式，更符合BO内固定原则。

参考文献

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篇9

摘要：在篮球的教学中投篮技术占有很大的比重，在中学的篮球教学中碰板球是学生们容易掌握的投篮技术。本文运用运动生物力学来分析投碰板球时的出手角度，出手力量，碰板角度，碰板点等，以提高篮球教学中投碰板篮的命中率，提高篮球教学的质量和激发中学生的学习兴趣。

关键词：篮球教学；碰板球；生物力学；分析

投篮是进攻队员为将球投入篮筐而采用的专门动作方法.它是篮球运动的主要进攻技术,是篮球比赛中得分的唯一手段［1］。一切技战术运用的目的,都是为了获得投篮得分机会,投篮技术是组成全队进攻的中心环节和决定胜利的重要保证。在篮球教学中投篮技术也是保证学生学习积极性的保障，在中学的篮球教学中投篮技术主要有单手肩上投篮、胸前投篮、单手低手肩上投篮、单手高手肩上投篮［2］。在中学生身高、年龄、力量还没有发育到成熟时期，只有让学生感受到篮球的乐趣才激发学生的学习积极性和运动兴趣。根据中学生的生理和心理条件，对出手角度、出手力量、碰板角度、碰板点的生物力学进行分析，以提高中学生篮球的教学质量和学习积极性。

1.研究方法

1.1理论分析法

运用运动生物力学理论对投碰板球的技术动作进行分析,以取得提高投篮命中率的理论依据。

1.2观察比较法

观察各种大小比赛：NBA（主要是马刺队的邓肯）、奥运会、CBA等优秀运动员投碰板篮动作特点的观察。

1.3文献资料法

广泛查阅有关篮球教材科技文献及网络资料,对投碰板球技术方法进行比较分析,从而提出科学的、正确的碰板投篮技术。

2.结果与分析

投碰板球的技术是指运动员投篮时身体各部位综合协调用力的过程。由下肢蹬地发力,然后沿着向篮出手的方向伸展身体,特别是借助脊柱伸展的惯性促使下肢、躯干和上肢连贯、协同配合,将身体各部位肌肉的力量最后积聚于手臂、手腕和手指部位,以伸展手臂、手腕的翻转与抖屈及手指的弹拨动作将球投出.球在空中飞行时已篮板发生打撞，改变篮球的飞行路线而进球的技术动作［3］。

2.1身体姿势

运动员投篮前的身体状态是保持身体平衡,便于投篮协调用力的必需条件.为此正确的身体姿势要求是脚分前后钭向站立,投篮手同侧脚在前,两膝弯曲,含胸收腹,身体重心落在两脚之间,上体稍前倾,双手持球于胸前,即形成持球基本站立姿势.投篮时在此基础上加上持球手法就是投篮前的准备动作［4］。

2．2出手抛物线和角度

投篮时球出手后在空中运行的轨迹称为投篮抛物线.碰板角是指球进入篮圈前一瞬间的运行轨迹和篮板发生打撞的曲线和在该点的切线与篮圈平面所形成的夹角.抛物线的高低影响着碰板角的大小,碰板角合适与否是球能否进入篮筐的关键［5］。由于投篮时球出手点低于篮圈水平面,所以,必须依靠适宜的抛物线获得合理的碰板角度,而抛物线的高低是由投篮时出手角度和出手力量决定的.适宜的抛物线不仅能够取得合理的碰板角度,也反映了正确的出手力量与角度及其控制球的飞行方向和落点［6］。

2．2．1投不旋转碰板球

不旋转球碰板后基本上以相同的角度反弹回来,入篮角和反射角大致相等.正面碰板和侧面碰板的情况又有所不同.投正面碰板球时,碰板点的高低,取决于投篮的力量和飞行弧线.球的飞行弧度越大,入篮角和反射角也越大,碰板点(在30cm的位置)就应当相应地也升高一些［7］.如果碰板点很高,又以较小的入篮角碰板时,球将在篮板反弹以后超越篮筐上方而飞过.投侧面碰板球时,碰板后也是以相同的角度回弹出去。球碰篮板后受到篮板的反弹力F作用,获得较小的入篮角。

2．2．2投旋转碰板球

投出的旋转碰板球比不旋转的碰板球飞行的弧度要高一些。如投正面碰板球是打篮板的垂直面。由于球是向后旋转,碰板时球的旋转力是向上作用于篮板,而篮板的切向反作用力则向下作用于球。这样球在向下的篮板切向反作用力的作用下,第一,会使球的旋转速度减慢;第二,这个向下的篮板切向反作用力使球增加了一个向下的速度v′,于是反射角速度不再是v而是v和v′的合成速度v合。因此说,投向后旋转的碰板球时,不是沿着速度v的方向反弹回来,而是在篮板摩擦反作用力的作用下,向合速度v合的方向弹回。除受到篮板的反弹力F作用外,同时受到因旋转而产生的篮板的反作用力f的作用,二者的合力方向指向篮圈,使球得到较大的入篮角度,容易中篮。

2．3碰板点

碰板点是运动员投篮时眼睛注视篮板的某一点.它能使队员在一瞬间目测出篮圈的精确方位和距离,从而判断投篮出手的用力大小,速度快慢,弧线和落点,使球准确入篮。碰板投篮的瞄准点是将球投向篮板并能使球入篮的一点.碰板投篮适用于投篮队员与篮板平面呈15°-45°角的位置,以30°角左右效果最好。碰板投篮时,可根据投篮距离、角度的不同,投篮瞄准点也应随之有所变化。通常投篮的碰板角度小、距离远,则碰板点离篮圈的距离高而远;如果碰板角度大、距离近,则瞄准点离篮圈就应低而近。

2.4动作原理 碰撞定律

碰撞定律是动量定理的特例,但应用时需考虑不同材料的恢复系数问题。在运用碰板球技术投球时,从篮板与球接触时起,球先发生形变,当球在达到极限形变量时开始恢复。球在恢复过程中受到球自身弹形变力(弹性势能的重新释放),当球完全恢复原形时,球即离篮板而去,篮板失去对球的作用力。可见,球的形变和复形起到了延长篮板对球的作用时间。

3.结论

(1)投碰板球技术含有人体运动的多种规律,其中,运动生物力学内容起着决定作用.教师和学生此应引起高度重视,在篮球教学训练中,要充分利用投碰板球技术的力学因素,共同携手积极探索和运用提高投篮命中率的科学规律。

(2)投篮动作是由多个技术环节构成的,各环节之间是相辅相承的整体。掌握投碰板球技术要重视各环节技术的功能作用与协调运作关系,并注意发挥各环节技术的综合效应。为学生奠定良好的篮球基础，以提高学生的运动兴趣，树立终身体育的理念打下基础。

(3)中学篮球运动教学训练应以投篮技术为中心,低段学习时应多进行碰板球投篮练习，以提高学生的自信心，以带动其它技术的全面发展。教师要严格要求学生进行刻苦训练,要与传球、运球、突破和假动作等技术结合起来进行投篮训练,这有利于培养学生随机善变意识。加强队员的心理与作风训练,也有助于提高学生在比赛中的准确投篮能力。教师充分利用碰板球投篮技术的力学因素，积极探索和运用碰板球投篮命中率的科学规律，要重视各环节技术的功能作用与协调运作关系。（云南师范大学体育学院;云南;昆明；650500）

参考文献

［1］ 高鹗等.现代篮球［M］.北京:人民体育出版社,1995：218-240

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关键词　推拿　力学　构建　研究　方法　教学

1、《推拿力学》教材建设的意义

推拿是一门古老的中医外治技术，经过几千年的临床实践，其疗效和使用价值勿庸置疑。在我国高等中医院校的推拿专业课程设置里，主要有《推拿功法学》、《推拿手法学》和《推拿治疗学》三门，综观三门课程的知识内容，基本上都是对古人经验的总结和整理，内容虽然丰富，但仍然属于经验医学。中医药现代化是时展的必然趋势，作为中医学有机组成部分的推拿学也必然要跟随时展的步伐。充实和更新学科知识内容，特别是运用现代物理力学原理、手段和方法研究古老推拿学所产生的、具有现代科学内涵的新的知识内容，将是推拿学向前发展和走向现代化的坚实步伐，将为本学科的发展注入新的活力。不仅如此，将力学的定性定量研究思维引入以经验为主的推拿医学，将为手法的作用实质和量化规范性操作提供坚实的理论基础。构建一本好的《推拿力学》教材，以此为基础进行教学实践探索，学生在继承学习传统经典推拿知识的同时，运用现代力学的原理对这些知识进行新的认识和思考，以及在教学过程中探索新的人才培养模式，培养大量高层次的人才，这对本学科的发展具有不可低估的深远意义。

2　理论准备

在探索将传统推拿经验医学知识进行现代诠释的理论准备过程中，我们寻找过很多的方法和路径，比如动物实验、临床医技手段和解剖学原理等，但这些路径和方法，要么对本学科问题的解决显得点点滴滴不够全面，要么不能切中要害解决不了根本问题。手法的最大特点在于“手法作用于人体，以力为作用特征[1]”，手法的运用过程其实质就是一个力的运用过程，传统手法医术要与现代科学相结合，从力的研究入手是一个最佳切入点。因此，可以把“力”的概念作为运用现代科学思维方式研究手法医学的桥梁和纽带。

3　《推拿力学》的教材构建

教材的主要知识内容是运用借鉴现代物理学中力学的研究方法，通过对手法、功法和治疗的力学分析，剖析手法对人体的作用方式和作用实质，介绍手法的力学基础、力学特性、力学作用原理、动力学效应、生物力学效应等，现将主要内容介绍如下。

绪论部分主要阐述推拿力学的基本概念、源流、编写目的、意义、学习方法、临床运用价值、学科研究发展方向等。

在手法的力学基础章节里，阐述与手法医学密切相关的力学概念，例如刚体、力、力矩、笛卡尔坐标系、平衡、平移、位移、旋转、自由度、运动学、载荷、阻力和时间等，并结合本学科的特点，介绍这些概念的临床应用及意义。力学分析的一些基本要术，比如力的大小、方向、作用点、时间、长度等，与之相关的还有向量、质量、速度、加速度、频率和固有频率等等；动力型位移、静力型位移、张力型位移、生理性载荷、病理性载荷、功能性载荷、组织结构力学、剪切力、拉伸力和压缩力；定义举例；耦合运动；三维空间上的螺旋轴；物理力学分析方法、力学计算公式，与本学科相结合的临床应用及其意义。

在手法的力学和生物力学特性章节里，运用借鉴现代物理学对力学的研究方法，来分析主要手法的力学特性，画出主要手法的力学分析图[2、3]，给出力臂、力矩、作用点、动力等力学作用因素，对某些手法(如一指禅推法、按法等)给出其力学计算公式，从物理学角度来量化手法的作用量(治疗量)，为合理科学的手法操作打下基础。结合人体的生物力学特性，描述和预测在手法外力作用时，人体静态和动态力学结构的发生、发展和变化，以及皮肤、皮下组织、血管、神经、肌肉、韧带、淋巴等组织结构所产生的收缩、舒张、酸、胀、麻、热等生物学效应。

在推拿力学的研究方法章节中，主要介绍以下几种研究方法，一是离体研究方法，二是在体研究方法，三是数学模型研究方法，四是骨性模型研究方法。基本的实验手段，编写三种，分别是强度实验、稳定实验和疲劳实验。推拿力学主要实验指标。

手法的力学作用原理和动力学效应。通过对手法力学特性的分析，运用力学理论来阐明手法对人体的作用方式和作用途经，分析手法中的主要作用因素、次要作用因素和无效作用因素，为提高手法的操作效率打下基础。从物理学角度，结合手法的作用点、力的大小、方向、幅度和频率等因素，阐明各个手法作用力作用于物体时所产生的动力学效应，例如：冲量效应、热效益、动量效应、位移效应等。本部分分为三个章节编写，一是手法的动作结构、运动学和运动学规律；二是六大类24个基本手法的力学结构、力学原理，画出力学变化图，探讨手法的合理性；三是手法运动生物力学实验，包括手法运动生物力学的研究方法、实验仪器及其应用、手法力学信息测录系统和信息计算机处理系统。

在功法力学部分，主要研究了易经筋十二个功法和少林内功中站裆势、马裆势、弓箭裆势、跨裆势、并裆势、大裆势、悬裆势、坐裆势、低裆势、磨裆势、亮裆势、前推八匹马、倒拉九头牛、霸王举鼎、风摆荷叶的力学模型及其基本结构，重点描述每一个动作结构的力学原理，对人体整体结构的影响，对人体局部肌肉、骨骼和关节的影响，从力学角度分析探讨动作原理、力学根据，对重点锻炼部位画出力学分析图，给出力学计算公式，探讨功法锻炼的合理性。

在治疗学部分，主要从手法的力学效应上进行编写，选择了颈椎病和腰椎间盘突出症两个疾病，根据每个疾病的生理特性和病理改变，与手法的力学原理相结合，遵照循证医学的观点，有理有据地分析手法运用的根据，从力学原理提出疾病的治疗处方，提出每个疾病手法治疗的作用点、力的大小、力的方向、力的作用时间、频率高低和振幅大小等因素的参考值。

在附篇部分还介绍了手法治疗与临床应用研究，主要探讨手法对局部组织器官和人体系统的作用。

4　教学实践

教学实践的目标是通过《推拿力学》的教学活动，使学生从根本上摆脱沿袭了几千年的“就手法而学习手法”模仿式学习，打破“经验教学”的旧框架，培养学生运用现代科学的研究手段和思维方式来对古老的手法医学做出全新的认识和理解。教学实践的目的是对教材内容进行实践检验，探索其科学性、正确性和有效性，为进一步修正提高打下基础。教学实践活动分以下步骤进行。

在编写教学计划和实施方案的基础上，选择我校2004级针灸推拿专业五年制和七年制两个班进行教学实践，以王国才主编的“十一五”国家级规划教材《推拿手法学》为主干教材，在学习该教材的同时，讲授《推拿力学》的相关知识内容，总共54学时。在教学过程中，我们邀请了本校和外校各两名专家共听取了8学时的课，课后专家均以书面评价形式对本教材和教学过程予以了较高评价，并对进一步完善和修改提出了宝贵意见。设计了学生问卷调查表，以“A、该教材很有价值对教学具有积极的促进作用”、“B、该教材价值一般对教学促进作用不太大”和“c、该教材使用价值不大对教学没有促进作用”三个问题供学生以不记名方式自由选择，两个班共211人，回收211份调查表，选择“A”的学生206名，占总数的97．6％，选择“B”的学生5名，占总数的2．4％，无选择“C”的学生。

5　认识与体会

力学贯穿了整个推拿医学的始终，虽然本教材还不够成熟，甚至有很多错漏之处，但这毕竟是一种学科的创新之举，是一种有益的尝试，特别是对本学科的现代化提供了一种启迪和思路，应该代表了本学科的发展方向。就目前而言，临床上手法操作十分混乱，各施各法，没有统一的规范和标准，手法的量效关系也一直不能够确定和量化，本教材的编写和完善，将为解决长期制约本学科向前发展的根本性问题带来希望。

参考文献

[1]　严隽陶．推拿学．北京：中国中医药出，2003，66

[2]　张建华，孙安达，张之晨．推拿手法的用力技巧．合肥：安徽科学技术出版社，1992：1