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九年制义务教育生物教材的最大特点之一就是增加了大量的实验,其目的在于加强生物学料的实验教学,培养学生的观察能力和实验能力。
所谓实验能力包括以下几个方面:①操作能力:熟练使用显微镜、解剖器、安装实验装置、自行设计各种实验步骤、采集制作植物、动物标本;②获得知识的能力:即在实验过程中通过聆听、观察、阅读、质疑、记录分析实验结果等途径获得知识的能力;③整理分析能力:通过表解、图释记录实验的结果,对实验现象进行分析整理,找出实验成败原因,并能解释实验现象,写出实验报告;④解决问题能力:学生应用与实验有关的知识寻求解答问题的能力。那么我们应该如何培养学生的实验能力呢?在生物实验教学中,我首先根据学生不同的年龄特征和心理特征,采取以下不同的组织形式,循序渐进地培养学生的实验能力。
一、模拟实验
刚进中学的初一学生好奇心强、好动,他们做实验时,注意力分散在实验仪器及用品上,不注意听讲、看老师的示范,在实验过程中不认真操作,观察实验现象不细致。此时。我一般采取模拟方式进行实验。如《显微镜的作用》一课,先讲解显微镜的结构和作用,操作显微镜边讲要点、边做示范,学生边模仿操作。这样模仿操作完显微镜后,再让学生独自操作一两遍,经过几次这样的训练后,学生就基本上学会了显微镜了。模拟实验教学方法的好处是有利于培养学生认真、细致、严谨的科学态度,规范学生的实验操作。
二、分段实验
在模拟实验的基础上,再以分段实验的方式训练学生。如在《用显微镜观察植物的细胞》一课,把实验分为制作并观察洋葱表皮细胞、制作并观察番茄果肉细胞、观察叶表皮永久装片三个阶段。每个阶段实验过程是老师先讲实验操作的要领、做示范,然后学生再独立操作、观察。学生操作观察时老师巡回辅导,一个阶段完成后在进行下一个阶段。各个阶段完成后,老师以问答的方式让学生说出观察到的实验现象:洋葱表皮细胞近似长方体,番茄果肉细胞近似球体,叶表皮细胞形态不规则,但它们都有细胞壁、细胞质、细胞核。老师再补充说明,植物细胞都有细胞膜,但由于它太薄,而且紧贴细胞壁,用光学显微镜是不易观察到的,最后引导学生得出结论,植物都是由细胞结构成的,不同的细胞形态不同,但它们都有相同的结构——细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核。分段实验不仅给学生提供独自操作的机会,培养学生独立操作能力,而且在教师的引导下,使学生逐渐学会观察实验现象、收集实验资料,归纳总结得出结论,从而主动获得知识。
三、独立实验
经过一段时期分段实验的训练后,学生可以在老师的指导下,独立操作实验。方法是实验前,学生在老师的指导下,认真熟悉实验目的、方法、步骤、实验所需的药品、材料。教师提出实验要求,讲清要点,然后再让学生独立操作。教师在操作过程中巡回指导,若发现带共性的问题,要让全班停下来,统一纠正后再继续实验,最后总结实验,指导学生完成实验报告,这样就进一步培养了学生独立实验的能力。通过以上的组织训练后,学生能比较熟练地使用显微镜;能用解剖器解刨小动物;学会植物标本和昆虫标本的采集、制作、初步具备了独立实验的能力。
四、开展课外活动,进一步培养学生的实验能力
演示实验
多数演示实验操作简单效果明显,但也有部分实验按传统的操作方法进行,实验效果较差,达不到预期目的,对于此类实验,教师必须努力创造条件,改进实验方法,增加实验的可见度,便于学生观察。例如“磁场和磁感应线”在中学物理中是2个非常抽象的概念,要让学生建立起这2个概念,必须借助实验。传统的实验方法是将一块磁铁放在玻璃板上,在其上均匀撒些细铁屑,然后轻敲玻璃板,再由教师手托玻璃板绕教室一周,让学生在玻璃板下面直接观察细铁屑的排列情况。这样既浪费时间,同时也不便于观察。如果把玻璃板放在投影仪上,利用投影将细铁屑排列情况反映在大屏幕上,效果会非常好,既节省时间又增加实验的可见性,便于学生观察实验现象。对于部分演示实验,也可以转化为探究性实验。例如关于“浮力的测量”这一实验,在课标中为演示实验。教师完全可以让学生自己动手,利用所给器材测出浮力大小,既锻炼学生的探究能力,又让学生在解决问题的探究过程中获得成功的喜悦。
分组实验
分组实验是培养学生动手能力的重要手段,学生通过亲自实验,熟练掌握操作技能,巩固和验证他们所学的理论知识。因此,教师要认真组织好每一次的分组实验,做到目的明确、要求具体、指导到位。例如“在长度测量中”要求学生掌握刻度尺的“六字”规则,即:1选、2观、3放、4看、5读、6记。这样就可以比较准确测量物体的长度。为了调动学生学习的积极性,也可以把有些验证性实验改为探究性实验,如验证阿基米德原理的实验。具体做法:让学生选实验仪器,根据自己猜想分别进行实验,探究浮力大小与物体密度、液体密度、物体浸在液体中的体积的关系;然后组织学生分析、讨论实验结果,总结得出阿基米德原理的内容。这样既调动每一个学生学习的积极性,又能培养他们自我发现问题、解决问题的能力。
家庭实验
对于教材中安排的家庭实验,教师要鼓励学生积极参与、独立思考、自筹器材、大胆尝试,创造性地运用所学知识,完成家庭小实验。但教学中,笔者发现大多数学生对此实验都有畏难情绪,缺乏应有的自信而不愿意去尝试。为此,笔者有意向学生介绍牛顿、钱学森等中外科学家的事迹,帮助他们树立信心,激发他们的欲望。如在学习“牛顿第一定律”的过程中,笔者抓住时机,适当地向学生介绍牛顿这位人类科学史上的“奇人”,告诉他们牛顿中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象有好奇心,喜欢别出心裁地做些小发明、小实验,自己动手制造各种实验设备。为了制造望远镜,他自己设计研磨抛光机,实验各种研磨材料,终于在公元1668年制成第一架反射望远镜样机。通过介绍科学家的事迹,大大激发学生的学习热情,很多学生都自愿参与其中。同时,教师还要利用一定的时间对学生的创作成果进行交流和评价,引导学生向更高层次发展,对学生都极具诱惑力。
[关键词]小班化;一人一岗;青少年心理
作为十一二岁的五年级学生,正属于八九点钟的太阳,朝气蓬勃。然而,鉴于青少年的年龄特点,在培养五年级学生一人一岗能力方面还有许多的困难。本文将重点分析五年级学生的心理状况,并结合小班化教学特色来探索培养青少年一人一岗能力的方法和路径。
一、五年级学生的心理特点分析
1.处于认知发育期
随着科技的进步,电子智能设备的普及,许多青少年对世界的认知一大部分都是来源于网络,这使青少年的认知会出现很多障碍。研究表明,青少年对事物认知的一个主要特点就是抽象的逻辑思维能力强,直白的说就是青少年时期处于爱幻想的阶段,会生出许多不切实际的幻想。青少年限于年龄和阅历的原因,认知还表现出一个特点就是考虑问题片面化,这是一个通病。
2.感情成长期
青少年时期的学生在感情上是处于快速成长的阶段,对周围事物十分敏感,对于一些可有可无的事情是十分挂记在心中。这一时期的青少年感情成长主要表现为青少年的感情自治,这个时期的青少年在感情心理上努力试图摆脱父母的影响,出现心理问题的时候,总是自己去解决,不去求助父母和老师。我们要辩证的看待这类做法,好的一面是青少年成长了,坏的一面就是青少年自己解决问题容易走向极端。
3.人格逐步形成期
小学五年级是青少年人格逐步形成的重要时期,逐步形成自己的独特的人格。在处理自我和非自我的时候往往会出现迷茫,因为人格的逐步形成使得青少年对人际关系有了初步的认识。这时的青少年会特别在意自己和其他同学,甚至社会人员的关系问题,注意在和别人交往中的感情和手段。自我接纳是这个时期青少年的心理主要特点,青少年在这时期总会和父母、老师的期待产生矛盾,表现出极大的逆反心理。虽然,他们知道有些事情自己做的是错的,但是还是不愿承认错误,宁愿一直错下去。这是一种十分棘手,又普遍存在问题。
二、一人一岗能力培养的方法及路径探索
五年级的青少年正处于心理、生理双重发展的重要时期,这个阶段任何一点外界因素,诸如家庭、学校、社会的影响,对于青少年而言都可能会产生像多米诺骨牌一样的连锁效应。所以,这个阶段的青少年教育十分重要,也是十分敏感的,这就要求广大从事于青少年教育的工作者不能掉以轻心。同样,对于培养五年级学生一人一岗的能力,我们经过诸多考虑和实践之后,总结出一些经验。现在,我们共同探讨一下这些经验。
1.设置岗位要灵活多变
工作岗位这样的名词对于青少年来说还太遥远,许多同学对班级设置的岗位采取排斥态度。鉴于此,我们广大教育工作者可以在岗位设置上采取灵活多变的方法。比如,我们可以用大家比较熟悉的历史上的职位作为我们设置岗位的选择,像有的学校会设置“户部尚书”来管理班级卫生,“刑部尚书”来管理班级纪律。而且,对于岗位设置尽可能的多和全,要实施一个人有一个岗位,使每个人都有责任。当然,对于岗位的设置更多的则是要参考学生的意见,我们可以根据具体的情况而设置。比如,专门负责粉笔的岗位,专门负责门窗的岗位。
另外,在对学生们进行岗位设置的过程中,也要为学生们提供一个可以进行岗位轮换的机会。在每学期的期末或者每个季度,对学生们采取岗位轮换,这种岗位的轮换不仅能够是管理更加公平,同时也更有益于促进学生们各个方面能力和素质的发展。通常来看,这种岗位轮换的时间可以由教师来进行掌控,具体时间以学生们在岗位上的表现情况来制定,例如一名学生已经对一个岗位的工作非常熟悉了,那么就可以对他进行岗位上的轮换,如果关于岗位有不了解或者不熟悉的方面,互相轮换岗位的学生们可以互相请教和帮助,这样也更有利于学生们之间的互相协作能力的提升。这种岗位的互换,不但能够增加学生们的情感交流,同时也能够非常有效的培养学生们的沟通能力和对新环境的适应能力。
总之,要想培养学生一人一岗的能力就必须要先让同学们对这些岗位产生兴趣,然后在工作中培养大家的能力。
2.学生的分工原则
在对学生进行一人一岗设置的过程中,一定要保证每一个学生都能够明确自己的职责,这种责任的分工可以利用班会的时间来进行详细制定,具体的制定内容一定要参考学生们的意见和想法,然后把这些内容制定成一个手册,挂在班级黑板的旁边。在这个手册当中,要把每一个岗位的职责和具体工作内容明确下来,在学期或者季度进行轮换时,保证每一个岗位在进行轮换的过程中不会出现差错。比如,这个月学校要举办室外运动会,在手册中就会标明文艺委员的职责就是组织为运动员加油的啦啦队,并且负责对啦啦队的服装和道具等方面进行管理。同时体育委员的职责是负责向学校申报参赛人员名单,并且组织运动员进行有计划的训练。这种把工作内容明确到手册当中来,就会让学生们更加理解自己应该去做什么,同时还能够对在岗位上的同学起到一定的监督作用,有助于学期末对各个岗位的同学进行评定和奖励。另外,在对学生们进行岗位设置的过程中,一定要考虑到学生们的特点和具体个人情况来进行制定。为了让学生们能够对工作岗位更有兴趣以及更有积极性,一定要在岗位的设置过程中贴近他们的长处和优势。比如,班级里如果有这样的一名同学,在日常的学习生活中不是很突出,话特别少,但是非常具有班级的集体荣誉感,为了让班级能够得到先进班级的荣誉,在打扫卫生或者参加学校活动的时候非常认真。那么这样的同学就可以被设置为卫生管理员或者校服管理员。在一段时间后就会发现这名同学的话多了,各个方面更加突出了,也更愿意和同学以及老师沟通了。所以说,良好的分工和岗位的设置对于学生们来说是非常有益处的。
3.树立学生的服务意识
通常来看,班级的岗位基本可以分为三种类型,分别为负责学科方面的岗位、负责管理班级方面的岗位以及为班级服务类的岗位。负责学科方面的岗位具体包括语文课代表、数学课代表……管理班级方面的岗位包括体育委员、文艺委员……服务类的岗位包括花盆浇水员、饮水机管理员……大家可能认为服务类的岗位作用很小,其实不然。现在孩子大多是独生子女,从小就是“衣来伸手,饭来张口”为别人服务的意识差,大多数都是以自我为中心,在家里基本不干活。
这就要求我们要树立学生的服务意识,通过教育和宣传,让学生明白,培养自己的服务意识不仅可以帮助到他人,还可以实现自己的人生价值。学生终究会走向社会,要在工作中通过为他人提供服务来获得自己人生价值的体现。
教育还只是第一步,更重要的是实践,通过设置一人一岗制度,让学生把自己传授服务的理念运用到具体的岗位上。比如,让那些管理卫生区的同学,就要让他们意识到,自己的工作是为整个班级和学校服务的,这样的工作会得到大家的尊敬。
4.培养学生的责任心
一人一岗很明显的会形成“责任分散效应”,这是一个积极的作用,可以激发起学生的责任心。培养学生的责任意识,首先就是要树立孩子正确的价值观,有些学生会觉得这是班级是大家的,自己只是其中的一分子,没有责任为大家服务。
我们应该给学生树立这样的价值观:只要是这个班集体中的一员,那么就有责任为这个班级负责任,做贡献。当然,学生责任心的培养还离不开家庭的教育,老师要多和家长沟通,让家长一同培养孩子的责任心。
我们经过探索,得出了许多经验,希望以上本文的探索可以为教育教学工作有所贡献,更希望我们的青少年能茁壮成长,将来多为国家做贡献。
参考文献:
[1] 岳颂华,张卫,黄红清等.青少年主观幸福感、心理健康及其与应对方式的关系[J].心理发展与教育,2006,3:93-98.
[2] 刘万里. 潍坊市青少年学生心理健康状况的调查分析[J].当代教育科学, 2005,11:38-41.
【关键词】运动生物力学 表面肌电 难度动作
中华武术历史悠久,博大精深,一直深受来自全世界人民的喜爱。随着现代体育的不断发展,武术套路也在向世界推广的潮流中不断的前进,现如今已逐步发展成为了以现代体育科学为理论指导,以西方竞技体育模式为运动方式的现代竞技体育项目。在跨学科研究以成为常态的新的背景下,近年来涌现出了很多有关运动生物力学在武术套路中的研究与应用的文章。其中的很多文章多采用运动学的方法对武术套路运动员作运动学的数据测量与分析并得出相应的结论。然而通过表面肌电对武术套路难度动作进行分析和研究的文章却不多。如何更好地运用表面肌电技术研究武术难度动作,已成为一个新的研究热点方向。
1.有关运动生物力学的研究内容与方法
运动生物力学是一门边缘学科,同时也是一门应用性很强的学科。运动生物力学分析不仅在人体运动实践中起着重要作用,它还是运动员和教练员做为教学和训练指导的有力工具。近年来它的发展十分迅速。国内的许多理工类、医学类和体育院校都独立开设了这门课程,有些院校还开设了相应的专业,国内一些学者同时出版了许多相应的教材和专著,在该学科上取得一些居国内外先进水平的成果。对人体与物体的运动分析是运动生物力学的重要研究内容,其中对运动位移轨迹的分析是描述运动的重要方面。
运动生物力学主要通过它的分析应用系统进行研究。并运用运动图像分析法、三维测力台法、步态分析法、肌电分析等研究方法对所要研究内容作出测数与分析。第23届国际运动生物力学年会报告上发现国际生物力学应用技术研究和竞技体育研究仍占主流,研究方法不断得到突破,三维摄像和肌电实现同步测量。各高校还相继研发出新的测试仪器和研究系统,这使得运动生物力学研究不断向前发展。
2.运动生物力学在武术难度动作中的研究
在武术套路中指定难度动作分为A、B、C三个难度等级,武术比赛中指定难度动作因其难度大、扣分重、不易完成使其逐渐成为整个套路的核心。提高指定难度动作的训练质量对提高运动成绩至关重要。
2.1 运动生物力学在武术难度动作中的研究过程
通过运动生物力学研究长拳难度动作,一般先把难度动作进行阶段划分,以旋风脚动作为例:旋风脚可以划分为助跑、起跳、空中击响及转体、落地等四个阶段,之后用高速摄像机拍摄或用肌电测试仪进行实验测量,或者两者同时进行,实验结束后,用三维影像分析系统和肌电数据分析系统对所得数据进行处理。最后利用QToolS软件和Excel软件对获得的数据指标进行计算和统计,从而得出想要的结论。
2.2运动生物力学在武术难度动作中的研究发展趋势
通过运动生物力学对武术难度进行研究经历了运动学、动力学、以及多角度分析等三个阶段。
运动学分析阶段主要是通过摄像得出有关难度动作在旋转角度、各关节夹角、以及动作摆动幅度等相关数据并进行分析,这在一定程度上可以对动作进行分析,但不够全面。动力学阶段主要是对武术难度动作进行运动学肌电两方面或多方面测量,不仅从单一运动的角度,更从运动与肌肉发力等多角度进行综合考虑,使研究成果更有价值。多角度分析阶段已不仅仅是再对武术难度动作进行测量分析,将对动作从技术本身从发结合摄像肌电等手段,在运动生理学和运动解剖学等多学科的支持下再对难度动作进行研究,使得研究成果更具说服力。
3.运用表面肌电技术研究武术难度动作
运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究,主要是通过使用肌电测试仪对做难度动作的运动员进行肌电测量,获得数据以后在对数据进行处理,其中比较重要的数据指标有积分肌电,它是计量肌肉放电水平的以单位面积放电量为单位,可以初步了解肌肉在做武术难度动作所做的贡献。还有就是放电的时序,即做武术难度动做过程中各个肌肉的放电顺序,我们可以通过这些方面了解各肌肉在做动作中协调工作的情况,从而实现研究目的。在运用表面肌电技术对武术难度动作进行研究中,时程也是非常重要的,它反映了各肌肉放电所持续的时间,使得我们在研究武术难度动作和安排相关肌肉训练上能得到很多借鉴。运用表面肌电技术研究武术难度动作已成为武术套路难度动作研究的新方向。
4.小结
关于运动生物力学在武术套路中难度动作的研究的文章有很多,通过阅读和整理相关资料,可以把这些所研究文章大致分为以下三个方面。
1.对某一难度动作或组合难度动作的运动学分析,即主要运用三维摄像手段进行拍摄,再运用相关运动分析系统对所拍摄图像进行解析。
2.对某一武术套路难度动作的表面肌电分析。
3.运动生物力学在武术中应用的综述类文章。其中由以前两方面的文章居多。如何使用表面肌电去分析和研究武术套路中的难度动作将会成为未来很好的一个研究方向。
【参考文献】
[1]卢德明.运动生物力学测量方法[M].北京:北京体育大学,2003,347
[2]周继群,徐彩桐.武术套路中“旋风脚”动作的运动生物力学分析与训练[J].天津理工学院学报,2002,16:36一37.
【关键词】 跟骨骨折;跟骨解剖;骨板加压栓;传统AO接骨板;骨板固定;生物力学
跟骨骨折是目前足部最常见的骨折症状, 占成人全身骨折的2.5%, 占足部骨折的62.5%, 大多数的骨折属于关节内骨折, 就目前的统计来看, 致残率达到18%以上[1]。但是, 随着医学技术的发展, 对跟骨骨折的治疗办法也越来越新颖了, 本文通过跟骨解剖接骨板加压螺栓固定跟骨骨折与传统的AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学进行对比研究后发现, 跟骨解剖接骨板加压螺栓固定跟骨骨折的方式比传统AO接骨板的生物力学性能好, 显示出了传统AO接骨板对于固定跟骨骨折的稳定性以及牢固性, 对于骨折来说, 不仅要使跟骨关节面解剖复位以及恢复跟骨的形状, 还要对跟骨做好固定, 保证其恢复的有效性[2]。为了更好的对跟骨解剖接骨板加压螺栓与传统AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学进行对比研究, 现选取20例患者作为分析对象, 详细报告如下。
1 资料与方法
1. 1 一般资料 选取本院在2012年1月~2012年9月收治的20例患者作为分析研究对象, 包括12例车祸受伤患者以及8例血管损伤患者, 年龄在20~50岁之间, 平均年龄为35岁, 这些患者经过检查无其他并发症存在。
1. 2 方法 选用跟骨解剖接骨板以及加压螺栓内固定系统和生物力学试验机对患者进行跟骨的解剖, 把跟骨部位的软组织掀起并保留好跟骨周围的韧带以及关节囊的完整性, 接着可以将跟骨解剖接骨板放置于跟骨的外侧面, 然后将接骨板调整至合适的位置, 然后用专业的电钻从跟骨外侧壁跟骨的丘部经后关节面下方斜向内上方向载距突方向进行钻孔, 接着可以将一枚易断加压螺栓通过接骨板固定到载突距上, 然后再将第二枚易断加压栓也固定在相应的位置, 固定好后, 对跟骨骨折的详细情况做分析。同时, 对选取的患者要进行生物力学测试, 并记录传统AO接骨板跟骨骨折的固定情况。并对两组患者在固定中不可逆位移以及最大位移和弹性位移以及最大负荷数据和最终位移等进行对比分析, 可以采用SPPS13.0统计学软件对实验的数据进行t检验。
2 结果
通过对跟骨解剖接骨板加压螺栓与传统AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学对比研究发现, 在不可逆位移方面无显著差异, 但是在最大位移以及弹性位移和最大负荷方面存在较大差异, 具有统计学意义, 两组间的最终位移无明显差异。
随着医学水平的发展, 人们对跟骨关节内骨折的关注度也越来越高, 对跟骨骨折的固定治疗也越来越受到重视, 寻找出一个固定跟骨骨折的办法是当务之急。虽然现在对于跟骨骨折的固定办法很多, 但是要选用一个安全有效的办法仍是目前面临的问题, 通过对跟骨解剖接骨板加压螺栓与传统AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学对比研究发现, 现在对于跟骨骨折的固定中, 应用最为广泛的手术就是在跟骨外侧置入一块AO接骨板及相应的松质骨螺钉。
近年来, 随着科学技术的发展, 人们对于跟骨关节内骨折采用微创小切口、间接复位以及跟骨解剖接骨板加压螺栓内固定方法越来越信任了。
3 讨论
通过对跟骨解剖接骨板加压螺栓与传统AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学对比研究发现, 传统的AO接骨板固定跟骨骨折的固定主要依靠的是钢板和跟骨外侧壁的摩擦力、螺钉与接骨板的力学交锁、松质骨螺钉的螺纹和骨质的力学交锁, 相比较传统的AO接骨板固定跟骨骨折的生物力学办法具有以下几个特点:跟骨解剖加压螺栓增加了钢板和骨质之间的压力, 从而增大了摩擦力, 使得内侧加压螺帽基底部周径加大了, 紧跟在跟骨内侧壁, 使得跟骨宽度的恢复得到了较好的保证, 同时, 它还增大了固定系统的接触面积, 提高了摩擦力度, 增加了跟骨骨折固定的稳定性[3]。
参考文献
[1] 朱建民,金宗达,王萍花.骨折愈合的一些新概念.中华创伤杂志, 2010,12(4):268-270.
关键词:屈光性近视;轴性近视;生物力学机制
近20年来,我国近视眼患病率在急剧的增加,全国近视患者已超过3亿,在世界排名仅次于“近视第一大国”——日本。近视已成为倍受人们关注的公共健康问题,认知近视眼的发病机制正是解决该问题的关键所在。从近30年来近视眼研究来看,科学家们进行了大量的近视动物模型实验,对近视的发生、发展有了进一步了解。特别在形觉剥夺性近视、遗传基因定位及近视眼生物化学物质改变等方面有较深入的研究。也有学者尝试了生物力学视角的研究,但是目前还没有生物力学模型能解释所有眼的调节机制。因此需要对人眼调节机制进行有关生物力学的基础研究,建立人眼调节机制的生物力学模型,为屈光的研究提供一种新的技术方法。
1.屈光性近视的力学机制
目前,解释调节机制的经典松弛理论[1]认为:调节时睫状肌的环形纤维收缩、悬韧带松弛、晶状体变凸出、屈光力增强、睫状突和晶状体赤道部接近。调节紧张理论[2]认为:调节是由晶状体赤道部受到张力牵引而产生,至少一部分晶状体悬韧带处于紧张状态、晶体中央变凸出周边变平、屈光力增加,并从物理数学模型、尸眼解剖、临床观察等方面进行论证。尽管两种理论存在一定的差别,但是两种理论都认可人眼的调节过程通过三部分眼内组织完成。睫状肌的收缩,睫状肌的收缩使附着在睫状突上的悬韧带张力发生改变,悬韧带张力的变化使晶体的形状发生变化,晶体形状的变化使人眼的屈光力发生变化,完成调节过程。
晶状体的调节主要由睫状肌、悬韧带以及晶状体三部分来实现,其生物力学调节机制的研究基本上从这三方面来展开。“调节本身不仅是传统意义上的睫状肌收缩和晶状体变凸出,同时还伴有晶状体的相对前移调节,对眼的几乎所有屈光构成因素有着显著的影响,视近活动的累积效应是儿童近视眼发生的主要原因”[3]。“悬韧带具有一定的张力,悬韧带在拉断之前平均能被拉长4.48±1.78mm,随着年龄的增长,悬韧带的张力随年龄的增加而减少”[4]。不同屈光状态对睫状肌的动力学影响,睫状肌远点肌肉张力在不同眼屈光状态为一稳定值,且随眼静态屈光度的增加而降低。
由以上的理论研究,我们看以看到睫状肌与晶状体的调节密切相关。对于涉及到的肌肉的运动,我们可以尝试从力学的视角来对屈光不正来进行解读,从而推测屈光性近视产生的原因。笔者认为,屈光不正主要是由于晶状体变凸出,光线聚焦在了视网膜的前方,形成屈光性近视。其生物力学机制可解释为:长时间的近距离作业造成了睫状肌痉挛,并长期处于紧张状态,从而使悬韧带长期处于松弛状态,晶状体不能变凹,也就形成了屈光性近视。
2.轴性近视的力学机制
基于理性分析,认为巩膜强度减弱、眼外肌压迫眼球使眼内压增高等是造成高度近视的原因。但后来的临床及实验研究未能找出相应的证据。对眼球进行了生物力学理论分析,认为“在后部巩膜的应力分布不均,由于上、下斜肌的附着点接近视神经,在调节辐揍时对后部巩膜产生剪切作用,造成后部巩膜延长”[5]。“眼外肌的强直性收缩引起玻璃体内压力升高,在近视的形成中也具有明显作用”[6]。由此,我们不难看出,人们在生物力学的领域已经展开了对近视眼形成机制的研究,研究的重心在于力学的作用点—巩膜。只有对巩膜形变及异化的机制研究清楚,才能为近视眼的矫正奠定基础。
“轴性近视直接与巩膜形变密切相关,因此巩膜、角膜的生长及异化只能表现为眼球壁的不断增厚,不能促成眼轴的延长”[7]。因此眼球的生长必须依赖于眼内压对球壁组织张力,才能形成膨胀性生长。“在同等应力的作用下,前部巩膜的变形最小,赤道部的次之,后部巩膜最大,且高度近视患者的后巩膜承受应力较常人脆弱”[8]。后巩膜加固术能加强薄弱的后巩膜,从而达到抑制轴性近视发展的效果。近视眼巩膜的组织病理学改变早于生物力学特性的改变,并且实验性近视眼的巩膜弹性差,易发生变形,具有较低的承载能力。这些观点都从某一视角对巩膜做了研究,还需要有待进一步的研究。
另外,实验性近视眼后极部巩膜变薄,胶原纤维发生退行性变化即异化(巩膜重塑),而这也是近视眼巩膜弹性差、容易发生变形、具有较低的承载能力的病理基础。“巩膜成纤维细胞胞外基质的代谢、细胞因子的表达及自身生物力学性质等决定巩膜的生物学和生物力学性质。在近视的发生及治疗过程中,伴随有巩膜及巩膜成纤维细胞的力学——生物学特性的变化”[9]。这些理论都为巩膜重塑的生物力学机制提供了充分的理论依据。
笔者认为,轴性近视的形成是建立在屈光性近视的基础之上,当晶状体的不能正常调节已经不足以适应长期的近距离作业的刺激时,眼球就会发生新的变化,及巩膜的异化,从而导致眼球的形变,这种形变与眼外肌有密切的关系。由于长期的近距离作业,眼外肌的分作用力会破坏眼内压平衡,最终促进眼轴变长,形成轴性近视。
3.结论
3.1作为现代文明的产物,近视眼的发生已呈现愈演愈烈的趋势。对于近视形成机制,近30年来在形觉剥夺性近视、遗传基因定位及近视眼生物化学物质改变等方面有较深入的研究,生物力学方面的研究相对较浅。
3.2屈光性近视的力学研究集中于睫状肌、悬韧带以及晶状体的力学参数变化,根据参数变化尝试建立参数模型,从而纠正屈光性调节的理论机制。
3.3轴性近视的力学研究集中于力学的作用点—巩膜。通过对巩膜形变以及异化的研究,人们期望找到矫正轴性近视的突破口。
3.4从力的作用来源视角出发,眼外肌的研究必不可少,但是往往难以着手。眼外肌可以控制眼球的运动,外在的间接研究或许可以为我们研究其力学机制提供一个新的思路。(作者单位:云南师范大学体育学院)
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方法:将30具成年(30-60ys)新鲜尸体(T11-L3)随机分三组,用PMMA包埋后,用MTS机压缩速度及下降距离,制作骨折模型,三组分别行跨节段椎弓根钉固定、跨节段椎弓根钉固定加伤椎椎体成形术、跨节段椎弓根钉固定附加伤椎置钉术进行固定,而后对各组标本背伸、屈曲、左右侧弯以及左右旋转的运动范围进行计算,对比分析各组测定结果。
结果:经统计,在骨折后脊柱在以上6个方向的运动范围均较完整状态发生明显增加(P
结论:骨折后脊柱生物力学发生了改变,运动范围增加,经合理的内固定后可缩小运动范围,且不同的固定方式其生物力学测定结果也有所不同,临床应给予关注。
关键词:后路内固定 胸腰椎爆裂骨折 生物力学
Doi:10.3969/j.issn.1671-8801.2013.08.031
【中图分类号】R4 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8801(2013)08-0032-01
胸腰椎爆裂骨折为比较常见的一种脊柱损伤,一般情况下会采取内固定术对其进行治疗,疗效相对理想。然而近几年有研究发现,对该类患者采取短节段椎弓根螺钉固定方式进行治疗,在后期会诱发进行性后凸畸形、复位丢失、腰背部疼痛以及内固定失效等诸多严重并发症,对预后效果产生了严重影响[1]。本次研究中出于对三种后路内固定方法在对胸腰椎爆裂骨折进行治疗中生物力学变化情况进行对比评价分析的目的,对搜集得到的脊柱标本展开了不同模式下的生物力学测定,并对其测定结果进行了对比分析,现汇报如下。
1 材料与方法
1.1 实验材料。本次实验中脊柱标本来源于近期我院搜集的到的新鲜尸体脊柱标本,共30具,包括男性18具,女性12具,年龄在43-62岁之间,平均(53.4±14.2)岁。生前均未发生脊柱损伤,通过X线检查证实脊柱未出现任何病变。
1.2 方法。
1.2.1 研究方法。将30具成年(30-60ys)新鲜尸体(T11-L3)随机分三组,用PMMA包埋后,用MTS机压缩速度及下降距离,制作骨折模型(椎体压缩
1.2.2 测定方法。在测定过程中对标本给予10Nm的力矩,而后分别展开3轮预加载,从而对蠕变对测量的影响予以消除。第3次对其最大载荷时的瞬时空间坐标值进行测量。每个方向上的最大载荷加载完成后,采集标记点三维坐标值,而后经数学公式对背伸、屈曲、左右侧弯以及左右旋转各个方向的活动度进行计算。
1.3 数据处理。研究中相关数据资料采用SPSS18.0统计学软件处理,各个方向的活动度测量结果等计量资料均采取均数加减标准差(X±S)形式表示,在对比分析中,针对计量资料的对比采取t检验,而计数资料的对比则是采取X2检验,在P
2 结果
经统计,不同状态下各个方向的活动度测量结果存在明显差异,详见表1。
3 讨论
在生物力学研究领域中,将活动度作为脊柱稳定性衡量的一个重要标准,活动度越大,证明脊柱的稳定性越差。在脊柱损伤治疗中,内固定术为常用的一种理想手段,稳定性测定为对疗效进行评价的一个重要指标[2]。本次研究中对不同内固定方式的生物力学稳定性进行了对比,结果发现,跨节段椎弓根钉固定加伤椎椎体成形术、跨节段椎弓根钉固定附加伤椎置钉术的各个方向互动度较跨节段椎弓根钉固定组发生明显缩小。由此可知,跨节段椎弓根钉固定术的稳定性效果不如跨节段椎弓根钉固定加伤椎椎体成形术、跨节段椎弓根钉固定附加伤椎置钉术,临床应对其给予关注,在今后的脊柱骨折治疗中对内固定方式进行合理的选择,以改善临床治疗效果。
参考文献
关键词 高尔夫 挥杆 生物力学
高尔夫球运动是一项以球杆击球入洞的体育运动,被公认为世界上可接触时间最长、温和而智能的运动。高尔夫球曾作为正式的比赛项目参加了1900年和1904年两届奥运会,1904年之后由于场地和水质标准的限制,高尔夫球退出了奥运会的赛场。2009年国际奥委会宣布高尔夫球将作为正式的比赛项目回归2016年里约热内卢奥运会,高尔夫回归奥运会的决议无疑是对高尔夫球运动在全球发展的一次巨大的推动。挥杆技术是高尔夫球的基本动作,技术水平高低决定成败,因此运用运动生物力学研究高尔夫球的挥杆技术将成为国内外科研的重点之一。
一、高尔夫球挥杆技术运动生物力学研究现状
国外学者利用红外线捕捉、高速摄像等采集到的运动学数据进行分析,做成高尔夫自动分析软件、模拟软件,使技术动作得到极大的改进。我国对高尔夫球挥杆技术研究起步较晚。
(一)高尔夫球挥杆技术生物学分析
肌电是生物学研究的重要手段,肌电图能够分析人体完成运动动作时肌肉参与活动的强度、参与工作时间的顺序及相互协作的关系。刘新明通过肌电测试仪和环节受力分析法进行实验,对全挥杆技术动作肌肉工作特征进行了比较,得出全挥杆动作肌肉最大用力时刻的出现晚于击球时刻。
(二)高尔夫球挥杆技术运动学分析
国内对高尔夫挥杆技术运动学分析较为常用的是APAS艾利尔运动技术分析软件及DLT生物力学三维录像分析方法。张吾龙等[1]对我国高尔夫职业选手张连伟短推技术进行了分析,得出挥杆是由肩膀与两臂做动作,上杆轨迹略带弧度,下杆时击球加速,左手引导下杆动作,右手在后辅助向前推。阮哲[3]通过对梁文冲等四名国际优秀高尔夫选手的挥杆技术的三维录像和解析,得出挥杆过程中髋关节率先启动与加速,并引导肩部迅速向旗杆方向加速直至击球瞬间,上肢关节完成类似鞭打动作击球。车旭升等[6]对不同水平的高尔夫球员的木杆挥杆技术动作进行分析,得出高水平高尔夫球运动员的上、下杆挥杆节奏用时比例接近于80:20,击球瞬间高水平球员的身体重心都非常接近原点。孙胜[5]运用三维技术动作分析系统对职业男子高尔夫运动员的推杆技术动作进行了研究,进而揭示推杆头部在时间和空间上整个动作没有像钟摆一样摆动,但像钟摆一样有节奏的摆动推杆的训练会有很大帮助。李淑媛等[9]对男子高尔夫运动员全挥一号木杆技术动作进行信息采集、量化分析:以最大杆头线速度高低划分组别,得出各组上杆阶段用时都在1s左右;下杆阶段高速组比低速组用时更短;高速组上杆过程中,保持右膝关节角基本不变,而低速组则呈现增大趋势;高速组躯干角由瞄球准备到击球几乎保持不变。毛建勋[8]利用二维摄像法和人体录像解析系统对一名高尔夫教练挥杆动作进行了正面的定点拍摄,对所得运动参数进行量化与分析,得出挥杆时要放松肌肉,挥杆时肩部以及挥臂的力量要与转体的力量保持平衡状态;下杆击球时手腕的力量要保留到最后再进行释放。
(三)高尔夫球挥杆技术动力学分析
目前应用于动力学参数的测量手段主要有三维测力台。叶强等[4]对技术定型期球手进行试验,得出上杆初期、后期和下杆初期时间比为7:6:3,通过使用压力板观测击球过程中重量转移的变化,得出杆顶点时刻双足维持均衡,身体扭转相对更充分。
(四)高尔夫挥杆技术运动生物力学理论分析
李睿[2]用运动生物力学的碰撞理论和鞭打原理纠正了挥杆击球中的技术错误,得出高尔夫球的击打特点:击球时杆头速度越大,给予球的初速度越大。挥杆时手臂摆动若要兼具“环绕”的力量和“鞭抽”的力量。
二、趋向预测
随着高尔夫球运动技术研究工作的进展,将运动生物力学的方法手段同现代科技手段结合,采用多机同步测试、录像视频分析系统进行适时的监控和反馈技术动作的研究将会越来越多。可以预见的是,对高尔夫球运动发展的研究将达到一个前所未有的高度。
参考文献:
[1] 张吾龙,陈观云.我国高尔夫职业选手张连伟短推技术的运动学分析[J].武汉体育学院学报.2006.40(3).
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[4] 叶强,曹全军.高尔夫球挥杆击球过程中重量转移的足底压力分析[J].南京体育学院学报(自然科学版).2012.11(5).
[5] 孙胜.职业高尔夫球运动员推杆技术动作的运动学分析[J].中国体育科技.2012.48(1).
[6] 车旭升,金春光.高尔夫木杆挥杆技术动作的运动力学分析[J].河北体育学院学报.2012.26(4).
[7] 叶强,曹全军.高尔夫球挥杆击球过程中重量转移的足底压力分析[J].南京体育学院学报(自然科学版).2012.11(5).
【关键词】 脱钙骨基质颗粒
关键词: 脱钙骨基质颗粒;骨水泥;生物力学;犬 中图号:R687.3 文献标识码:A
摘 要:目的 研究不同质量比的犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的生物力学性能,为临床应用该复合材料修复骨缺损提供理论依据. 方法 按Urist等方法制备犬脱钙骨基质颗粒后,再与骨水泥混合制成含骨粒质量比为0,400,500和600mg・g-1 的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料,对其抗压极限强度、抗弯极限强度、抗扭转极限强度进行测定. 结果 含脱钙骨基质颗粒质量比为0,400,500和600mg・g-1 的复合材料的抗压极限强度分别为(81.0±3.0),(50.4±5.9),(48.8±2.0)和(33.8±3.6)MPa;抗弯极限强度分别为(65.3±6.7),(42.9±8.1),(37.2±2.9)和(25.0±2.4)MPa;抗扭转极限强度分别为(35.5±0.8),(16.3±2.2),(13.1±2.0)和(8.0±1.4)MPa. 结论 犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料具有良好的生物力学性能,易于塑形,能根据需要适应不同部位骨缺损的要求,其中含骨粒质量比为500mg・g
-1 的复合材料生物力学性能及骨诱导活性最为适宜,能作为支架材料有效地修复大块骨缺损.
Keywords:decalcified bone matrix;bone cement;biome-chanics;dogs
Abstract:AIM To study biomechanical properties of differ-ent mass ratio materials impregnated decalcified bone matrix(DBM)with bone cement(BC)in dogs,and seek some soli-dified processes to repair bone defects with the compound material.METHODS The DBM particles and the materials im-pregnated0,400,500,600mg・g
-1 mass ratio DBM parti-cles with BC were made according to the methods of Urist.The compound material compressive strength,bending strength and torsional strength were measured.RESULTS In the compound materials,the ultimate compressive strengths were(81.0±3.0)MPa for0mg・g-1 DBM,(50.4±5.9)MPa for400mg・g-1 ,(48.8±2.0)MPa for500mg・g-1 ,(33.8±3.6)MPa for600mg・g-1 .The ulti-mate bending strengths were(65.3±6.7)MPa for0mg・g-1 DBM,(42.9±8.1)MPa for400mg・g-1 ,(37.2±2.9)MPa for500mg・g-1 ,(25.0±2.4)MPa for600mg・g-1 .The ultimate torsional strengths were(35.5±0.8)MPa for0mg・g-1 DBM,(16.3±2.2)MPa for400mg・g-1 ,(13.1±2.0)MPa for500mg・g-1 ,(8.0±1.4)MPa for600mg・g-1 .CONCLUSION DBM impregnated with BC has better biomechanical properties and perfect plastic property,which could be used to repair large bone defects when it con-tains DBM of500mg・g-1 .
0 引言
研制理想的人工生物材料作为骨移植替代材料用于修复骨缺损,是当前骨科领域研究的主要课题之一.脱钙骨基质颗粒(decalcified bone matrix,DBM)用于骨缺损的修复临床上已多有报道[1-3] ,由于DBM中含有骨形成蛋白而具有诱导成骨作用,但却因矿盐被去除,只留下有机部分骨基质,造成机械强度下降,不能承受应力,因此无法替代骨骼负重功能.骨水泥(bone cement,BC)是一种高分子聚合物,具有一定的生物力学强度,临床上早已被用作人工关节固定材料及骨缺损充填材料[4,5] ,但单纯骨水泥填充骨缺损为机械填充,材料不能降解,且与骨界面间存在力学差异等缺陷.为使骨缺损修复材料有较好的生物力学性能,具备良好的骨传导和骨诱导能力,我们将犬脱钙骨基质颗粒与骨水泥按一定的比例复合制成生物性复合材料用于骨缺损的修复.我们报道这种复合材料的生物力学性能,为复合材料在临床的应用提供一定的科学依据.
1 材料和方法
1.1 材料
犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的制备按Urist等[6] 方法,取健康杂种家犬的四肢长骨,去除骨髓及软组织,砸成碎片,流水冲洗4~5h,用5倍于骨片体积的无水乙醇脱水2h,乙醚脱脂1h,室温下干燥过夜后置-80℃冰柜冻存,取出后用磨碎机将骨片粉碎研磨成骨粒,分样筛过筛筛取直径400~800μm的骨粒.骨粒室温下用0.5mol・L-1 盐酸脱钙3h(按1g骨粒比50mL盐酸),脱钙后骨粒流水冲洗2h,再用5倍于骨粒体积的无水乙醇浸泡1h,乙醚浸泡30min后通风处干燥过夜,制得脱钙骨基质颗粒.将脱钙骨基质颗粒与适量的骨水泥均匀混合,制备成含脱钙骨基质颗粒质量比分别为0,400,500和600mg・g-1 的复合材料,待骨水泥呈面团状时立即用力塞入5mL的注射器针筒内,并用最大力量推压以使复合材料在针筒内紧密接触,待复合材料聚合定型后取出,即制成含不同质量比的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料样本(骨水泥为天津合成材料工业研究所研制).生物力学测试样本[7] 标准抗压试件为直径d=12mm,高度h=24mm的圆柱体,含0,400,500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个,另截取犬的新鲜股骨标本10个,用砂轮磨平加工成直径d=12mm,高度h=30mm的圆柱体,所有试件两端光滑平整,上下同心.标准抗弯试件为直径d=12mm,长度L=60mm的圆柱体,含0,400,500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个,另截取犬的新鲜股骨标本10个,用砂轮磨平加工成直径d=12mm,长度L=80mm的圆柱体.标准抗扭转试件为直径d=12mm,长度L=60mm的圆柱体,含0,400,500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个,另截取犬的新鲜股骨标本10个,用砂轮磨平加工成直径d=12mm,长度L=80mm的圆柱体.
1.2 方法
1.2.1 压缩试验
在材料力学综合试验台上,用生物力学测试装置进行测定.该装置由加载部分、压力和位移传感器、动态应变仪、微型计算机自动记录系统组成,试样测定时统一加载速度为5mm・min-1 .将抗压试件依次放在试验台上,对其施加压缩载荷,直至试件破坏,记下试件破坏时的载荷并算出抗压极限强度.
1.2.2 三点弯曲试验
将抗弯试件置放于综合试验台上,试件跨距为40mm,在其中点加载,直至试件 破坏,记录试件破坏时的载荷并计算抗弯极限强度.
1.2.3 扭转试验
在扭转试验机上,用专用夹具将抗扭转试件的两端分别装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中,对其施加扭矩,加载速度为120°・min-1 ,记录试件破坏时的载荷并算出扭转极限强度.
2 结果
经统计学分析,复合材料中含DBM骨粒为400,500和600mg・g-1 的生物力学性能均低于犬正常股骨组及骨水泥组(P
3 讨论
理想的骨移植材料应具备:①良好的生物相容性;②较强的力学性能;③有诱导成骨作用;④能够被吸收替代;⑤有良好的赋形性.DBM骨粒作为生物性骨缺损修复材料,在体内能被吸收替代,又具有成骨诱导活性,是骨缺损修复的最佳替代材料,但DBM骨粒本身不具备支撑能力,因此不宜用于修复承重长骨.骨水泥作为粘接赋形剂,易于塑形,有一定的力学性能,植入骨内起到镶嵌固定作用.我们将DBM骨粒与骨水泥按一定比例均匀复合,制成复合生物性修复材料,探索一条修复大块骨缺损的可行途径.
骨的生长及骨小梁的构建是根据Wolff定律,按机体生长的需要的应力分布排列,因此骨的生物力学特性较为复杂.修复骨缺损不仅要恢复骨形态的连续,更重要的是重建骨的支撑功能.这就要求骨移植材料的生物力学性能应达到正常皮质骨的力学性能,而不同的部位和不同程度的骨缺损修复要求不尽相同.本组实验中复合材料的生物力学性能低于犬正常股骨组,提示应用复合材料修复承重长骨骨缺损时,肢体应在保护下负重以分散部分载荷.在复合材料中随DBM骨粒所占的质量比增加,材料的抗压极限强度、抗弯极限强度和抗扭转极限强度均呈下降趋势,这是因随材料中DBM骨粒增加,材料间的孔隙及通道增多,造成材料的生物力学性能下降.我们既往在制作复合材料标准试件时[8] ,模具中的材料不予加压使成自然裂隙状态下测定试件的生物力学性能,其结果为BC的抗压极限强度为(59.3±2.2)MPa、抗弯极限强度为(64.3±3.7)MPa;含DBM骨粒400mg・g-1 组的抗压极限强度为(19.3±1.6)MPa、抗弯极限强度为(13.3±1.4)MPa.与模具中材料尽量加压塞紧后测定的力学性能(Tab1)有显著差异.提示临床上修复骨缺损填入复合材料时应尽量加压塞紧,以减少骨粒间的裂隙,便于提高复合材料的机械强度.
含骨粒为400mg・g-1 组及500mg・g-1 组的生物力学性能均高于600mg・g-1 组,P
由于复合材料具有一定的孔隙和较强的生物力学性能,它在修复骨缺损时可作为支架发挥骨传导作用,又因DBM骨粒具有诱导成骨活性,故此种生物源性复合材料有可能成为很有发展前景的骨移植替代材料.我们在动物实验的基础上[9] ,已将复合材料应用于临床治疗肿瘤性骨缺损和长骨大段骨缺损,取得了令人鼓舞的疗效[10,11] ,但其材料在体内的力学性能及吸收降解等问题尚有待于进一步研究.
致 谢 数据的统计学处理得到本校统计学教研室尚 磊的指导.
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