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关键词: 初二学生 物理 笔记方式 学习效果 影响
1.问题提出
记笔记(note taking)是将所学知识进行适当的记录以促进理解和记忆的方法,是学生听课和阅读时普遍使用的学习策略。围绕记笔记活动本身来探索记笔记学习效果的研究主要有以下几种类型:1.记与不记[1];2.记笔记的技术类型(主要涉及传统型、线型和矩阵型)[2];3.提供辅助的类型(主要涉及提供的先行组织者类型和提供的笔记细节的多少等)。这些实验室研究往往是通过录相视频方式呈现授课,学生并无相应的学习材料。但在真实课堂中,学生在听教师讲课时,可以边看教材边看教师板书边记笔记,即,一听、二看、一记。学生在真实课堂中记笔记,可以在专门的笔记本上记,也可以在书上记(如划线、做符号、补充词语或例题等);笔记可以全部写在书上或笔记本上,也可以部分写在书上或笔记本上。那么这些不同的笔记方式对学生的学习会有什么影响呢?
为此,本实验将笔记方式分为四种:只允许记在书上,只允许记在笔记本上,可根据自己的需要部分记在书上、部分记在笔记本上和不记笔记。以上四种水平分别对应四个被试组:书上组、本上组、兼有组和不记组。以初二学生为被试,在真实课堂条件下,研究四种笔记方式对学生学习效果的影响。
2.实验方法
2.1被试。
随机选取江苏省镇江市某县级市区初级中学初二年级一个班的全体学生作为被试,共53人,均龄12.96岁。其中男生27名,女生26名。
2.2材料。
师生所用课本为2007年苏教版初二物理教材(8年级上册),学习内容为《4.1光的折射》;学生记笔记所用工具;一份《4.1光的折射》的测试卷,该试卷由两位从事初中物理教学的高级教师共同拟定,并经过预测修订,包含回忆测试题6题,近迁移测试题2题,远迁移测试题1题。
2.3程序。
2.3.1步骤
实验分为三个阶段。第一阶段为分组阶段。将53名被试按物理成绩和性别分层分为四个组,随机分配到书上组、本上组、兼有组和不记组。第二阶段为听课记录阶段,时间为一节正常课时(45分钟),每组学生根据各组的要求记笔记,课后不回收笔记。第三阶段是测试阶段,实验课结束后,休息10分钟(正常课间休息),学生进入教室进行测验,同时采取措施保证学生之间没有交流,确保测验成绩的真实性。
2.3.2计分
回忆测试题,每题正确计“1分”,错误计“0分”;近迁移和远迁移测试题,每对一步就计“1分”。两位初中物理高级教师独立计分,对差别显著的地方,重新商议达成一致,并求出评分者信度。
2.4数据处理。
全部数据用SPSS16.0进行统计分析。
3.结果
对最近一次物理测试成绩进行方差分析,发现四组不存在显著差异(F=0.083,P=0.969),表明四种记笔记方式被试先前组物理成绩相当。
由表1可知,四种记笔记方式对学习效果的影响均不存在显著差异,P>0.05。
4.分析与讨论
4.1真实课堂条件下,初二学生是否记物理笔记,以及记笔记的方式对学习效果没有影响。
先前的研究表明,讲课速度是影响记笔记效果的直接因素,当材料呈现速度过快或信息密度过高时,记笔记活动与集中精力接受需处理的知识活动相矛盾,记笔记会妨碍有效的编码。在材料呈现速度过慢或信息密度过疏时,不论记与不记,学习者都会自然地进行加工编码。只有在中等呈现速度或被试自定步子的情况下,记笔记对学习才有积极影响[3]。而在真实课堂条件下,教师语速往往都很适中,信息呈现都存在冗余现象;讲课都经过精心设计,特别是对有经验的教师,他们的授课大部分能符合学生的认知规律,分析透彻;特别是对物理这门学科,大部分现象、概念和规律等知识都是通过实验观察总结得到。因此,初二学生在物理课堂时间内仅仅听课就足以掌握所能掌握的内容,记与不记笔记对学习并没有产生明显的即刻的促进作用。再加上有详细的、精心编制的教科书的辅助,记笔记方式也对学习没有产生明显的即刻的促进作用。
4.2真实课堂条件下,记笔记的作用主要体现在外部贮藏功能上。
真实课堂条件下,是否记笔记,以及记笔记的方式对学习并没有明显的促进作用。但这并不意味着学生在课堂时间内记笔记是没有意义的学习活动。对于少数注意力差的学生来说,记笔记可以提高课堂听课效率,培养他们的学习习惯和树立正确的学习态度。对于更多的学生来说,记笔记可以记下当时听课的重要内容、教师的总结及个人的思考,防止遗忘,为以后整理笔记或复习提供正确完整的信息贮备。
4.3提高学生记笔记技术是一项重要而迫切的工作。
记笔记对学习效果没有产生影响,可能还存在另一个原因:学生记笔记的技术较差。Kiewra等指出记笔记既可能产生生成功能又可能产生非生成功能,关键取决于记笔记活动的质与量[2]。而初二学生记笔记大都复制教师板书,处于低水平的信息加工能力状态,因此,提高学生记笔记技术是一项重要而迫切的工作。
参考文献:
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【关键词】高中物理 兴趣 放飞思想
高中物理知识具有较强的理论性与抽象性,学生需要凭借自己的学习能力与理解能力来理解与思考其中深奥的道理,仅凭教师的讲授,对学生而言是无法取得良好的学校效果的,也就更谈不上对物理知识的灵活运用,因此如何根据高中物理知识的特点,采用最事宜的教学方法来引导学生开放思维,使其能够拥有足够的自主学习和探索物理知识的时间与空间,从而愿意参与到教学当中,更大程度的解放思维,最终使学生学习的主体意识等到充分的发挥。本文就高中物理课堂中开展“自由式”教学的方法与注意事项浅谈自己的观点。
一、激发学生学习兴趣
首先,高中物理教师要加强和改革试验教学以激发学生兴趣。物理学科是一门试验科学,物理教学依赖实验而存在,对于学生来说,实验教学较为直观、形象、又去,因此物理实验教学相对于课堂教学来说有更大的吸引力。高中物理教师要充分发挥实验教学的优势,通过新奇多样的物理实验来激发学生的好奇心与求知欲,从而激发学生的学习兴趣。其次,高中物理教师要培养自己良好的教学艺术。具体来说应该着重注意以下几个方面:物理教师应当生动、幽默、风趣,,在课堂教学过程中,通过生动、幽默、风趣的教学语言来感染和吸引学生,赢得学生的喜爱、信赖和敬佩,从而有效激发学生的学习兴趣;同时,教师要有丰富的情感,丰富的情感,不但是课堂教学语言艺术的运用,也是教师道德情操的要求,教师在教学过程中用自己真挚、丰富的情感感染学生,与学生形成情感上的共鸣,善于与学生沟通交流,与学生建立和谐良好的关系,从而提高学生的物理学生兴趣;物理教师要善于广泛收集一些有趣的物理现象,物理学史以及物理学家的故事等,在教学过程中,给学生讲述这些趣事,介绍物理学史的发展、物理学家的情况,不但有利于学生的辩证唯物主义的形成,还能够潜移默化地激发学生的物理学习兴趣。再次,物理教师要学会给予学生成功的体验,以增强学生的自信心,提高学生学习兴趣。因为每个人都有自我实现、获取承认、取得成功的愿望和需求,教师给予学生一个成功的体验,使学生感觉到教师对自己的认可,是增强其自信心的一种有效的手段。这就需要教师在教学时,认真了解学生的实际状况,结合教材内容与学生实际进行有层次的教学设计,努力给每一位同学都创造一些成功体验的机会,使他们得到成功的体验,从而培养学生的自信心,激发学生的学习兴趣。最后,物理教师要把物理教学与学生现实生活结合起来,让学生认识到物理就在身边,鼓励学生观察周围的物理现象,同时利用物理知识来分析与思考问题,激发学生的物理兴趣。
二、教师要适当放手 让学生拥有充足的时间自我思考与领会
首先,教师不能过去束缚学生,要留给学生足够的观察与思考时间。物理知识的学习,需要学生对物理现象的仔细观察,因此这就需要学生在日常学习中注意掌握正确的观察方法,提高观察能力,有利于学生对物理观察的理解以及对物理概念的建立和正确结论的得出。学生只有通过自己的细致观察与思考分析才能顺利的学习物理概念与其中蕴含的知识,真正的领悟、体会物理知识,才能对物理知识达到真正意义上的理解和掌握,如果教师在学生还没有完成自己的思考,对物理问题还没有认识清楚时,就将结论直接告诉给学生,这种“填鸭式”的教学方式会使学生丧失学习兴趣,禁锢学生思想。
其次,教师要为学生留有充足的记忆时间。教师授课之后,学生需要透彻的理解物理知识,这就需要教师以正确的方法引导学生,将物理知识深刻的记忆在自己的脑海里,以便在以后的学习中可以更好的运用,如果学生缺少必要的记忆时间,教师与学生忽视梳理、理解和记忆知识,就会随着时间的推移逐渐遗忘,在做题的过程中就需要重新学习、记忆,如此往复,就会大大降低学生的学习效率。教师在讲解完知识后,学生需要时间去消化与吸收,进行反思,同时教学需要走到学生中间,同学生进行交流与沟通,及时帮助学生排除疑惑,使正确的观点及时巩固。这样才会取得良好的效果。
三、教师要给学生的学习活动留有足够的空间
学习空间是指学生能够拥有自己探索物理知识的活动环节,通过自己亲手做一些常识性的实验来证明物理知识。 例如,在讲述“自由落体运动”时,教师可以先让学生在自己的位置上从一定的高度让物体自由下落,然后学生观察在下落的过程中速度和高度是如何改变的,或是再增加一些探索难度的话,就让学生记录时间,看速度和时间之间的变化关系。这样就能够让学生很快投入到自己的探索活动中,也就进入了课程的探索环节中,促进学生积极的学习即将要学的物理知识。
在物理课堂中教师也不宜将课堂内容安排的太多,如果时间赶的太紧凑,学生长时间处于高度注意状态下就会特别容易疲劳,进而大大降低物理课堂教学效率。所以,在实际物理教学中,教师需要提供给学生足够的空间去思考、理解,争取能够让学生更全面、更详细的掌握物理知识,让学生更加深刻地理解物理知识。把课堂中的内容安排得少一些,时间和空间都宽松一些,这样学生的思维广度就会被提上来,思维空间也就扩大了。同样在书写板书时也不要把黑板写得满满的,在教学过程中,教师的板书写得过于琐细的话会让学生有凌乱的感觉,没有达到板书要简洁、扼要的要求,会给学生造成压力和反感。所以,教师应该在板书设计时给学生留有一定的发挥空间,有意识地留一些内容让学生去回答,并且让学生从中得到相关的信息,这样才能够更加突出重点,让学生清晰地了解容易混淆的知识点,提高学习效率。
四、总结
高中物理教学课堂要给学生足够的自由,时间和空间让学生利用自己已有的学习能力来探索高中物理知识,以提高学生学习的自主性,让学生真正的理解掌握物理知识,提高高中物理课堂的教学效率。
参考文献:
【关键词】初中物理 学困生 转化方向 转化策略
初中物理给学生的第一感觉是有趣,第二感觉就是学好不易。对于农村初中学困生而言这两种感觉尤为强烈。通常情况下,对这些学困生的矫正常常是基于目的的,即端正学习态度与不断刷题,这一思路有直接效果但持续性不好,笔者以为真正的转化策略,应当首先是确定转化方向,然后去确定转化策略。
一、农村初中物理学困生的转化方向
学困生转化的第一分析要素,就是要知道学困的原因是什么?农村初中物理学困生的分析有两个基本前提:一是农村背景;二是学科背景。事实证明,农村孩子在物理学习中表现出来的困难原因不外乎这样的几个:一是农村学生本来有着宽阔的生活背景,这原可为物理学习奠定丰富的经验基础,但是由于当前农村空心化现象严重,加上网络信息的冲击,造成了实际上学生的生活视野并不宽阔,因而事实上并没有丰富的经验来支撑物理概念的构建;二是物理概念都是通过具有一定逻辑关系的语言来描述的,学困生语言能力以及逻辑思维常常比较弱,这就造成了物理概念的构建过程不清晰,理解也常常是生硬的。所谓基础不牢,地动山摇,概念不清,规律就不明,利用概念与规律解题就会出现困难。
因此,农村初中物理学困生的转化,要紧紧围绕丰富学生生活经验、培养学生语言与逻辑能力这个方向来进行。而这个方向的确定又不是很直接的,比如说要丰富学生的生活经验,怎么办?是不是让学生去观察,去多做家庭小实验就可以了?又如要培养学生的语言能力,是不是多阅读就行了?逻辑思维能力又从哪里来?针对学困生转化这一具体问题,这些问题的回答都需要悉心思考。笔者给出的答案是:学生的生活经验要服务于物理学习,那就必须有针对性地进行观察或做做家庭小实验,这个针对性就是面向具体物理概念的针对性;而这些学困生的语言能力与逻辑思维能力,则最好在物理学科基本概念与故事的阅读中去积淀。有了这一思路,农村初中物理学困生的转化策略也就基本确定了。
二、农村初中物理学困生的转化策略
结合以上分析,结合具体的教学实例,笔者提出的农村初中物理学困生转化策略是:
第一,针对具体物理概念的生活体验。初中物理概念不少是生活经验高度概括后的产物,而有针对性的生活体验可以让学困生支撑起物理概念的构建。笔者在密度概念教学中发现一个问题,即如果根据课本上的探究过程去帮学生建立密度概念,会让学生感觉这个过程特别单调,而学困之生问题就更大。于是笔者就针对这些学困生事先做了一个工作:用几个纸杯和一个大的塑料水槽,在实验室的水池旁,让一个学生用一个纸杯等满一杯水,然后倒入水槽中,每倒一次,分别用m和V表示水槽里的水的质量与体积,于是m和V、2m和2V、3m和3V、4m和4V等,就成为他们每一个人对水槽中水的质量和体积的认知。这个过程中学生有针对性的体验,体验过程中不断地重复同一物质(水)的质量与体积,重复的过程中对它们的关系不断形成认识,于是同一物质的质量与体积的比值为定值就容易成为学生的直觉性经验,这种经验对于密度概念的形成来说,有着重要的支撑作用。
第二,基于物理逻辑的学科阅读。理解物理概念与规律需要基本的语言理解与思维能力,而这也是学困生的弱项。在建构阿基米德原理的时候,研究的对象是物体在液体中受到的浮力与物体排开液体重力的关系,人们为什么会想到研究这两者?这两者的关系又是怎样为人们所发现?笔者发现用阿基米德鉴别王冠的故事很有作用,对于这些学困生而言,这个故事的仔细阅读与关系梳理是很重要的:首先,王冠是不是纯金,是无法靠着颜色、软硬这些特性来判断的,而明白这一点,其实可以让学生认识到只有通过学过的密度这一特性才能作出判断;其次,怎样知道王冠的密度呢?这在故事中也是阿基米德遇到的难题,而阿基米德在洗澡时悟到的是什么?或者进一步问“洗澡”的物理意味是什么?而由这个故事引申出去,其与阿基米德原理有什么关系?这就需要将研究的对象转移到“被物体排开液体的重力”上来,即阿基米德洗澡时的灵感源泉――溢出浴缸的水,而思维到了这一步,与探究浮力大小与哪些因素有关的实验中的收集溢出的水并测其重力就有了联系了……在这样的阅读过程中,学困生有机会更清晰地梳理阿基米德原理的得出过程。
三、因材施教视角下物理学困生转化
以上两点策略是笔者在实践中摸索出来的有一定代表性的思路的产物。在探索的过程中还有一点笔者觉得需要强调,那就是学困生作为一个相对少数的群体,因材施教的原则需要更为注重。尽管农村学困生在物理学习方面出现的困难具有一定的共性,但毕竟每个学生还都有着一些个别的原因,因此在注重整体转化策略运用的时候,还是需要从学生个体的一些特点出发,如有的学生是因态度而困,有的是因方法而困,有的则是因为外界的干扰而困等,解决好这些个别问题并结合面上的转化策略,则可以让转化效果更为明显。
【⒖嘉南住
关键词:矮生嵩草;线叶嵩草;处理方法;发芽率;发芽指数
中图分类号:S 330.3 文献标识码:A 文章编号:10095500(2013)01004005
青藏高原被称为世界“第三极”,其地理条件恶劣,在此环境下形成的生态系统极其脆弱\[1,2\]。目前,青藏高原高寒草地退化严重,正危及着高原生态环境及人类的生存,有关青藏高原高寒草甸植被恢复已引起科学工作者的广泛关注\[3,4\]。
嵩草属(Kobresia)植物为莎草科苔草亚科多年生草本植物,是青藏高原高寒地区植被的主要组成物种\[5\],其良好生长对维持青藏高原地区的生态平衡具有十分重要的作用\[6\],而青藏高原独特的生态环境对嵩草属的繁殖和生长也有很重要的意义\[7\]。嵩草属种子发芽率极低,未经处理的嵩草种子室内和室外萌发率分别只有4%和2%\[8\]。矮生嵩草(Kobresia humilis)和线叶嵩草(Kobresia capillifolia)属寒冷中生型多年生草本植物,是高寒草甸植物群落建群种之一\[9,10\],其草质细嫩、营养丰富,为各种家畜喜食,是构成青藏高原的主要生态草种\[11\],对草地的维持及更新具有重要作用。
目前,对该属植物种子打破休眠和提高发芽率的研究已有报道\[12-17\],但主要集中利用化学方法,且处理效果不显著。此次试验分别采用物理方法、化学方法对矮生嵩草、线叶嵩草种子进行处理,探讨提高嵩草属植物种子发芽率的方法,为嵩草属植物有效利用及青藏高原植被恢复提供基础。
1 材料和方法
1.1 样地概况
供试种子采集于甘肃农业大学高山草原试验站的天祝高寒草甸。试验站位于甘肃省天祝县西南乌鞘岭脚下,气候潮湿,空气稀薄、太阳辐射强。年均气温-0.1 ℃,最冷在1月,平均气温-18.3 ℃,最热在7月,平均气温 12.7 ℃,>0 ℃年积温1 380 ℃,7月仍有0 ℃以下低温出现。年降水量416 mm,集中在7,8和9月,年蒸发量为1 592 mm。无四季之分,仅分冷暖两季。
1.2 试验材料
供试种子于2011年8~9月采集,种子采集后于室内风干、筛选后置牛皮纸袋常温贮藏,次年3月开始试验。
1.3 试验方法
1.3.1 处理方法 4%、5%的NaOH分别处理材料3,4和5 h\[18\];用10,20和30 mg/L的GA进行浸泡处理10 h\[19\]。
磨破种皮法在砂纸上打磨种子至种子发亮并能看到小孔为止;低温层积在种子4 ℃恒温条件进行湿沙层积30、60 d;温水浸泡:将种子置于20 ℃的温水中浸泡15,20和30 h\[20\]。
1.3.2 种子萌发和测定项目 采用纸上法(TP)25/15 ℃(16 h高温、8 h低温)自然光照条件培养。每培养皿50粒种子,3次重复,未经处理的完整种子作为对照。每天浇水并记录数据,试验期间有发霉种子,冲洗后放回;并以胚根突破种皮,即“露白”作为种子萌发的标准。萌发试验周期为40 d\[21,22\]。
发芽率(GP)=GN/SN×100%
式中:GN为总的种子发芽数,SN为供试种子总数。
发芽指数(GI)=∑(Gt / Dt)
式中:Gt为在t日的发芽数,Dt为相应的发芽天数\[22\]。
1.4 数据分析
用SPSS(16.0)软件对发芽率、发芽指数利用AVOA进行显著性检验,数值均以“平均值±标准误差”表示。
2 结果与分析
2.1 不同处理对矮生嵩草和线叶嵩草种子发芽率的影响
2.1.1 NaOH处理对种子萌发的影响 矮生嵩草、线叶嵩草种子发芽率与NaOH浸泡的浓度、时间有关。矮生嵩草经4%和5%NaOH溶液浸泡3~5 h,发芽率与对照相比均显著提高(P
2.1.2 GA溶液对种子萌发的影响 经GA溶液浸泡后,线叶嵩草种子均未萌发,发芽率为0,不受GA影响。矮生嵩草经GA溶液处理后,不同浓度处理对种子发芽率影响不同;10 mg/L GA溶液处理后,种子发芽率最高为26%,显著高于30 mg/L溶液处理,与20 mg/L溶液发芽率差异不显著(P
2.1.3 不同物理处理方法对种子萌发的影响 低温层积、温水浸泡和磨破种皮处理对线叶嵩草种子发芽无影响,种子发芽率均为0。层积1月矮生嵩草种子发芽率显著高于对照(P
2.2.2 GA对发芽指数的影响 经不同浓度GA处理后,矮生嵩草发芽指数均有提高,但差异不显著;10 mg/L溶液处理下,矮生嵩草发芽指数最高,随着GA浓度的升高,发芽指数减小,30 mg/L浓度下发芽指数最低,这与发芽率变化趋势一致(表5)。GA处理对线叶嵩草种子发芽指数无影响。
2.2.3 低温层积、磨破种皮、温水浸种对发芽指数的影响 经低温层积、磨破种皮不同物理方法处理后,矮生嵩草发芽指数均显著提高(P
3 讨论与结论
研究结果表明,不同方法处理对不同嵩草种子萌发影响不同;其中,NaOH处理对种子发芽率促进作用最显著。对于矮生嵩草,4%NaOH溶液浸泡3 h处理效果最佳,种子发芽率达到86.6%;而线叶嵩草则在5%NaOH处理3 h后效果最佳。此外,线叶嵩草只在NaOH处理下有萌发,且在5%NaOH处理4、5 h后,有大部分种子坏死,其原因是由于溶液浓度大,浸泡时间久,从而导致种子坏死不能萌发。不同种子对NaOH浸泡浓度响应不同,矮生嵩草对低浓度处理敏感,而线叶嵩草则对高浓度敏感,这可能与种子果皮、种皮结构及内源激素有关。黄锦华等\[23\]研究表明,高含量内源脱落酸直接抑制嵩草种子的萌发,且嵩草种子果皮厚、外表致密、保护组织极厚\[24,25\],使得果皮和种皮透气性和透水性差,胚根和胚芽无法穿破保护组织\[26\],因而嵩草种子野外萌发率极低。另外,有研究发现,嵩草属植物种类居群间存在着大量的染色体数目及倍性变化,且着丝点离散,因此,嵩草属植物种间可能发生了杂交或多倍化,从而影响种子的可育性,这也是种子萌发率低的原因之一\[27\]。
GA处理、温水浸泡、磨破种皮、低温层积处理,除了低温层积30 d矮生嵩草种子发芽率显著高于对照外,其余均无显著促进作用;对线叶嵩草种子萌发无影响。线叶嵩草种子萌发率极低甚至不萌发,除NaOH处理后有显著提高外,其余化学或物理方法均对其无影响。温水浸泡处理10,15和30 h后,种子发芽率变化不大,且与对照差异不显著,说明浸泡时间对种子发芽率无影响,这与侯志兵等\[28\]研究浸种时间对胡枝子种子发芽率影响不相一致。嵩草种子发芽率与储藏条件、海拔等外在环境条件也有关系。王得贤\[29\]研究表明,久治嵩草(K.jiuzhiensis)、线叶嵩草种子在室温储藏后,种子生活力较低温储藏下降的快,劣变进程加快;而随着储藏时间的延长,嵩草种子发芽率提高,结合化学药剂处理,发芽率提高显著\[12,13,30\],说明低温储藏条件下适当延长储藏时间,可一定程度上打破种子休眠从而提高嵩草种子发芽率。
对于发芽指数,NaOH处理后嵩草种子发芽指数与发芽率变化一致,说明NaOH处理在提高种子发芽率的同时,还加快了种子的萌发进程;GA处理后虽然提高了矮生嵩草种子发芽指数,但差异不显著,说明在种子发芽过程中GA对打破休眠内源机理无关,这与王得贤\[31\]报道GA对嵩草属种子的影响可能更多的是药理性作用的研究结论一致;随着GA浓度的升高,种子发芽指数降低,这与刘开业等\[32\]的研究结果相一致。而磨破种皮、温水浸泡、层积等物理方法均显著提高了矮生嵩草的发芽指数,说明物理方法在一定程度上加快了种子的发芽进程,使其萌发集中,缩短了萌发期,利于出苗整齐。
试验说明,NaOH处理对种子萌发促进作用最明显,其他处理对不同种子发芽率影响不同。湿沙层积30 d后显著提高矮生嵩草种子发芽率,层积60 d、温水浸泡、磨破种皮均对矮生嵩草发芽率无显著促进作用,但层积、磨破种皮提高了矮生嵩草种子发芽指数;层积、温水浸泡、磨破种皮对线叶嵩草种子发芽率、发芽指数无影响。
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摘 要 采用文献综述法对运动生物力学在体育教学中的作用进行综述,结果发现:运动生物力学能够减少学生活动过程中微损伤,促进学生健康锻炼;运动生物力学能够有效将体育动作细化,促进学生科学锻炼;运动生物力学理论教学与实践相结合,促进学生体能、身体形态、身体素质协调发展。因此运动生物力学在体育教学中起到决定性作用,同时促进合理科学终身体育锻炼。
关键词 运动生物力学 体育教学 作用
一、运动生物力学在体育教学过程的作用
(一)运动生物力学在径赛运动项目应用
以时间计算的运动项目称为径赛运动[1]。体育教学过程中运动生物力学能够帮助学生学习技术动作原理,促进学生科学理解体育技术动作重要性,减少学生锻炼过程中微损伤。走、跑是体育动作中最基本技术,Jim L认为跑、走除了与两脚与地面接触后交叉时间有关系外,还与脚与地面接触的反作用力有关,作用力如果不按合力F方向传导,就会出现外“八”、内“八”、拖地、螺旋等错误的跑、走动作。体育教学中蹲踞式起跑运动生物力学原理可以发现,膝关节角度前腿在90-111°之间、后腿在118-136°之间有助于启动时合速度达到最大值,提高运动成绩和减少膝盖前交叉和后交叉韧带的微损伤[3]。体育教学中弯道跑应用的公式:F向心力=M(质)×g(重加速)×Tagα等于F圆周向心力=M(质)×V2/R,弯道上F向心力与所跑的半径(R)成反比,与V2、角度、M成正比[2,4]。因此合理控制F向心力能够有效调控身体锻炼时协调能力,保证身体平衡,减少体育课堂中学生快速弯道跑造成的摔伤。
(二)运动生物力学在田赛运动项目应用
以高度或远度计算的项目称田赛运动[1]。田赛运动是体育教学过程应用运动生物力学较多的运动项目,如跳高、铅球等。有研究发现跳跃类的运动项目包含了F水平和F垂直、F合三方面的作用力。跳高是跳跃类里典型的运动,它由F水平力、F垂直力、F合构成,助跑是由F水平力,起跳是由F垂直力,腾空过杆是由F合构成,三者构成跳高完整力学系统,但他们都与速度、角度、质量有关,合理分析运动生物力学有助于学生学习,减少错误动作带来的机体的损伤。铅球是发展力量素质练习的一项重要的考核指标,根据运动生物力S=V0/g[sin2α/2+cos]公式学分析铅球远度,结果发现铅球V0、角度、H有关系[5]。因此可以发现,合理利用生物力学,能够促进学生学习兴趣,也能帮助学生科学合理的锻炼力量素质。
二、运动生物力学理论教学与实践相结合作用
运动生物力学可以直接利用到体育教学课程中,促进体育教学动作的细分,为科学合理体育运动奠定基础,使竞技体育成绩提高和方法的内源理论基础提供保障,同时作为交叉学科在实践中必不可少缺少。著名的铅球教练帕克根据运动生物力学原理制定训练计划,促使21岁的巴恩斯创造23.12米世界纪录。迈克・鲍威尔於采用力学分析原理,对跳远动作细分,找到提高动作途径,最终在1991年东京奥运会上创造了8.95米世界纪录。随着科学发展,生物力学越来越被人重视,有人提出DLT,Kistler,AMTL三维测力平台系统、等速测力仪测试系统,力学测量有测角仪、惯性传感器、加速度仪、位移传感器、力传感器等,以满足不同运动项目的多种需要,此外图像自动识别仪器、高精度红外光点遥测分析系统、磁感应仪器、数学力学模型。因此,可以发现运动生物力学器材出现有助于体育教学过程多远化的发展,同时推动了运动生物力学与教学实践相结合,改善了不合理运动规律,有助于评价学生的身体机能和素质。
三、运动生物力学在体育教学中决定性作用
运动生物力学是研究运动与身体锻炼受力关系,它能够贯穿每个动作即运动模型。每个动作都是符合解剖学、运动生物力学、运动规律,运动模型将力与身体运动轨迹看作了质点运动,分析人体各结构运动与运动规律之间关系,成为体育教学中重要的理论依据[6]。运动生物力能够细化动作技术原理,促进体育教学工作,优化教学课程内容。把运动生物力学与田赛或径赛的运动项目相结合,增强了学生体能、身体形态、身体素质协调发展,使教学过程更为丰富,达到通俗易懂。因此,运动生物力学在体育教学中起到决定性的作用。
四、小结与展望
运动生物力学在体育教学过程中作用不容忽视,它驱动体育教学力学原理,加强了学生科学合理的锻炼身体,促进了体育教学过程多元化,丰富课程教学内容。运动生物力学细化的体育教学过程中动作,使体育教学内容简单性,通俗易懂,增强学生身体形态、素质、体能的协调发展。运动生物力学能够把解剖学、运动规律、动作运行轨迹紧密结合起来,这在体育教学过程中起到决定性作用。
随着时代进步,运动生物力学作为一门交叉学科已在国内多个体育院校开展,但该学科数学和物理知识较多,体育专业学生学起来比较吃力,因此如何使该门学科得到充分的发展还需要进一步探讨。国内运动生物力学的人才比英、美、意大利等国家参与社会实践活动要少,建议教育部门让更多运动生物力学人才到社会实践中指导各阶层的人科学合理锻炼,促进终身体育观念。在体育教学过程中尽量淡化考核成绩,注重体育运动生物力学在教学过程,提高学习的兴趣。
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上海复旦大学 (200433)
关键词 推拿手法 研究 生物力学 机理 综述
中医推拿特有的摆动类手法中,由我国著名推拿医师丁季峰先生创造的滚法,以其科学的操作方法、广泛的适应性以及良好的临床疗效而为大多数推拿医师所采用。但对其生物力学研究方面的起步却比较晚。1993年,上海中医学院推拿系和复旦大学力学系合作,成功研制出FZⅠ型推拿手法测力分析仪。在此基础上,周信文等对滚法进行了一系列研究。滚法的合力作用点轨迹有四种:"心"型、"葫芦"型、"8"字型和"棒槌"型。通过反复的实践发现,不同形状的合力轨迹代表着不同的意义,其中,"心"型和"葫芦"手法基本符合滚法的动作要领,可认为是正确的手法轨迹。理解了不同滚法操作方式产生的合力轨迹形式的不同,以及何种轨迹代表正确的手法操作,就能够在训练中有的放矢地加以正确的纠正,使手法训练朝科学化方向发展。谢志勇等对滚法各方向的分力进行频率分析之后发现,所有分力的主要成分集中在2~15Hz上,说明在滚法施力过程中以低频作用力为主要成分,体现滚法"柔"的特点,使被推拿者不会感到过度冲击。在教师和著名医师的水平力模的频谱图形中还存在少量的20Hz~30Hz的高频成分。说明在正确的推拿施力过程中应有少量水平向高频力成分,即轻微的横向冲击,以配合完成疗效。在垂直力微分频谱图形中的低频成分代表力的慢变化,而高频成分代表力的快变化。教师和著名医师的垂直力微分频谱图形中除了低频成分外还普遍存在高频成分,而学生基本不存在,说明正确滚法垂直力应同时具有快变化和慢变化成分。许士雄等对教师和学生、医生和学生的滚法各方向作用力的时域进行了分析,结果显示,垂直作用力的峰值离散度、峰值时间及总体均匀性,教师和学生对比、医生和学生对比均存在显著差异;水平作用力的情况也大致相同。这些研究显示,滚法要求的均匀性和渗透性在推拿动力学上主要体现在节率性和作用力在强度和时空上的均匀性。以后,陈守吉等还创建了滚法的生物力学模型。
1998年,周信文等采用彩色多普勒超声仪和推拿手法动态信息测录系统,观察了丁氏滚法不同频率、力度和推拿时间对局部血流动力学的影响。结果显示:频率为120次/分的滚法对窝局部血流量的影响大于频率为60次/分(P<0005)、180次/分的滚法(P<005),力度为7千克的滚法对窝局部血流量的影响大于力度为3千克(P<0005)、10千克的滚法(P<001),推拿时间为5分钟时对窝血流量的影响大于推拿时间为25分钟(P<0005),而与推拿时间为10分钟没有统计学差异。作者通过实验推论:滚法推拿最佳频率为120次左右;最佳力度为7千克左右;而最佳推拿时间为5分钟左右,推拿时间加长并不能增加治疗效果,浪费了推拿医师的体力。实验观察中还发现,滚法推拿还可以使对侧窝血流量有所增加,证实了推拿可以使机体整体血液循环得到改善,验证了推拿能"舒筋活络、活血化瘀"的理论。
作为一种临床应用相当广泛的推拿手法,振法历来受到推拿医师的重视。但是由于手法动作本身比较微妙,要将振法的动作术式与要领确切、完整、科学地表达殊非易事,甚至一些论著或者教材中对振法的认识也一直存在着相互矛盾之处。王国才等应用推拿手法测定仪测定了众多推拿医师的振法动态力波形曲线。根据动态力波形曲线的不同,振法可分为平直型和起伏型两种。而振法动作中上肢肌肉的肌电图变化表明:振法运动中主要参与肌肉是前臂屈腕肌群和伸腕肌群以及三角肌的部分肌群,其中又以屈腕肌群占支配地位,而肱三头肌、肱二头肌在动作中基本上是放松的;振法动作是在屈腕肌群和伸腕肌群的交替兴奋和抑制中完成的。这种手法施术者只需在动作的发起阶段用大脑来控制这种交替过程,发起振法动作。而动作一旦开始,则动作的速度、力量、幅度、方向的结束等精细调节的过程会通过建立在椎体外系统中的神经肌肉传导通路自动地完成。这说明,能够产生正确"运动性定型"的、建立在规范动作结构上的技能训练,对振法动作的完成相当重要。比较正确的振法动作和应用强制性力"硬屏"出来的振法的肌电图可以看到,正确的振法动作由于肌肉有节律的收缩而能得到适当的休息、充足的血供和营养,不容易产生疲劳;而错误的手法则不仅费能、耗力,而且整个前臂肌肉神经不能及时获得所需要的血运与营养,不能及时得到休息,因而肌肉容易产生疲劳,动作不易持久。
扳法临床应用得当,可以起到理筋整复、纠正错位的作用,对骨关节错位的疗效满意。但是由于手法用力较猛,不易掌握,临床应用时产生医疗事故的报道时有所见。应用生物力学理论与方法对扳法进行研究,提出一套行之有效的训练方法和临床应用安全范围,对扳法的临床使用是相当重要的。侯筱魁等对屈曲和后伸推拿时腰椎小关节的运动学变化进行了研究,结果显示:后伸手法时,后部小关节不仅在前后和上下方向上发生移动,还存在着侧向的少量位移;施行俯卧位后伸手法时可以造成关节突的重叠,无论上下方向上神经根管的容积均有所缩小,如果手法过猛、过重,会导致小关节等组织的损伤,而反复轻度后伸手法能松解小关节突之间的粘连,可以改善局部循环,对缓解症状有利;正确的推拿手法,即使使腰椎关节活动超出正常范围2°左右也还是安全的。
另一方面,斜扳法治疗腰椎间盘突出症取效的原因,近年一直存在"回纳"学说和"髓核与神经根相对位置改变"学说的争论。要为这个争论作出孰是孰非的判断,也只有通过生物力学研究途径进行。参与Nachemson的方法,章莹等在尸体上模拟腰椎旋转复位法,动态观察了手法过程中髓核内压的变化,发现在手法过程中,髓核内压是逐渐增大的,手法成功时达到最大值,与手法前相比差异显著(P<001)。结果显示:手法过程不能使髓核内压呈负压改变,也因此不能使突出的髓核回纳。从而否认了"回纳"假说。
此后侯氏等以L1~5的完整腰椎为被试标本,设计了平行光脊柱三维运动测量系统,改进加载方法以更好模拟脊柱推拿手法,设置7个腰椎特定点,将观察图像动态变化输入计算机系统,应用工程系统力学中刚体转移计算理论进行计算,获得了腰椎及其后部结构在模拟推拿加载时的三维运动量。根据右旋时完整腰椎的三维运动结果,发现在左侧卧位斜扳时,右侧关节突等构成神经管壁的结构发生定向位移,在各个节段可以不同,但其主运动轴位移的结果可直接扩大神经根管,或牵拉、紧张小关节囊韧带和黄韧带而扩大神经根管。蒋位庄等观察了腰后关节紊乱症时模拟坐姿旋转复位法时各种状态中腰后关节的移动情况以及腰椎后关节内压力变化情况,发现正常脊柱运动时关节内的压力分布不均匀,压力主要分布在关节内的上端和下端,并以后伸时关节内下端的压力为最高。脊柱后伸时,在被测量的三个关节间隙下端的压力持续升高,后伸越大,压力越高,提示过度后伸会对后关节造成损害。在椎间关节失稳状态下,脊柱活动时后关节所承受的压力大大增加,以后伸为例,失稳的L4~5与正常的L3~4相比,压力增加约8倍。模拟脊柱旋转复位手法时,关节内压力呈先高后低的双向曲线,提示在手法的后半程关节内压力达到顶点,在脊柱回复原位后压力下降到手法前的压力。模拟施行旋转复位手法时关节突间移位以及压力的测量结果显示,在手法全过程中,后关节的活动度相当大,当后关节错缝时,受累关节的活动度受到限制。施行手法时,产生的全方位的关节被动活动使关节出现复位倾向。位移传感器测定表明,右侧旋转复位手法时,右侧下关节的位移程度比左侧大,说明旋转复位手法对同侧的后关节调整幅度比较大,马达等采用模拟手法对3具新鲜尸体的脊柱标本进行了L4~5、L5~S1椎间盘后外缘应力变化的测定和脊柱不同位置变化下腰椎小关节相互关系改变的观察。结果发现前屈侧弯旋转法对腰椎小关节的活动幅度最大,直立旋转法次之,向左侧旋转时小关节突作切面的旋转滑动,右侧小关节间隙增大;向右侧旋转时反之。做前屈侧弯旋转时,椎间盘左后外侧压力增高,同时右后外侧压力减低;向左旋转时反之。而当旋转动作结束复原时,出现负压的一侧均出现一个微小的正压。作者认为,这种正负压力的多次反复变化,可以使突出的髓核变位或变形,从而使受压的神经根减张。这些结果证实了"髓核和神经根相对位置改变"学说的正确性。
应用钾离子透入法测痛,观察轻、重不同手法按揉家兔"内关"穴对家兔痛阈的影响时发现,轻重手法均能提高家兔的痛阈,但轻手法的作用可以被纳洛酮翻转而重手法不能;轻重手法的效应均可以被普鲁卡因局封所阻断。这说明:轻重手法镇痛的机制不同。
对推拿手法的生物力学研究极大地促进了推拿手法在临床上的应用,充实了推拿手法的机理研究。尽管目前这类研究尚处于起步阶段,但是随着科学技术的进步,对推拿手法机理的研究肯定能够得到更进一步的进展。
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【摘要】 目的 观察辛伐他汀对骨质疏松大鼠骨代谢和股骨生物力学的影响。 方法 将SD大鼠随机分成假手术组(SHAM)、卵巢切除组(OVX)、卵巢切除加辛伐他汀组(OVX+SIM),每组16只。适应性喂养1周后手术,术后8周给药,OVX+SIM组给予辛伐他汀5 mg·kg-1·d-1,其余2组用等量生理盐水灌服。用药后第4、12周分2批各处死半数大鼠,取血观察各组大鼠的骨源性碱性磷酸酶(BALP)、骨钙素(BGP)的代谢情况。分离股骨进行三点弯曲试验,检测股骨最大载荷、弹性载荷、最大桡度、弹性桡度等生物力学性能。 结果 (1)用药4周,BALP水平OVX+SIM组较OVX组升高(P
【关键词】 辛伐他汀; 股骨; 生物力学; 疾病模型, 动物; 骨质疏松; 骨钙素; 碱性磷酸酶
辛伐他汀对去势大鼠骨代谢和股骨生物力学影响骨质疏松症(osteoporosis, OP)是以低骨量、骨组织微结构退变、骨脆性增加从而导致发生骨折的危险性升高为特征的一种全身性疾病,其主要危害是骨折,骨骼生物力学性能的降低是骨折发生的主要原因之一。近年发现他汀类药物具有促进骨形成和加速骨折愈合的作用[1-2]。去卵巢大鼠可以较好地模拟妇女绝经后骨质疏松状态,笔者以去卵巢大鼠建立绝经后OP模型,给予辛伐他汀(simvastatin,Simv)灌胃,取血观察大鼠骨代谢的变化,取股骨标本进行三点弯曲试验测定骨生物力学指标[3]。以评价Simv对去卵巢大鼠骨代谢及骨生物力学性能的影响,进一步探讨Simv的抗骨质疏松作用。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 动物与分组 选用雌性SD大鼠48只,3~4月龄,体质量240~300 g[上海斯莱克实验动物有限责任公司,动物许可证号:SCXK(沪)2003-0003],适应性喂养1周后,随机区组设计分为:假手术组(sham-ovariectomized rats, SHAM),卵巢切除组(ovariectomized rats, OVX),卵巢切除加Simv组(OVX+SIM),每组16只。
1.1.2 试剂与仪器 Simv片(杭州默沙东制药有限公司,进口药品注册证号:H20030704,批准文号:国药准字号J20040032);大鼠血清骨源性碱性磷酸酶(BALP)、大鼠血清骨钙素(BGP),均为美国ADL公司;电子万能生物力学试验机(CSS-44100型,英国INSTRON公司);全自动生化仪(chemix 180,日本Sysmex公司)。
1.2 方法
1.2.1 造模 1%戊巴比妥纳(4 mL/kg)腹腔注射麻醉。取仰卧位,常规消毒后打开腹腔,切除双侧卵巢。SHAM组以同样术式在卵巢附近切取与卵巢大小相近的脂肪组织。动物自由进食饮水,自然光照。
1.2.2 给药方法 卵巢切除8周后,OVX+SIM组以Simv 5 mg·kg -1·d-1灌胃,(Simv用生理盐水配制成1 mg/mL的混悬液,用前摇匀),连续12周;SHAM组及OVX组予同等体积生理盐水灌胃。用药4周随机处死半数大鼠,12周处死全部大鼠。
1.2.3 血清生化指标测定 各组大鼠处死前摘除眼球取血5 mL,离心分离血清,-80 ℃保存备用。BALP、BGP测定ELISA定量。
1.2.4 三点弯曲实验 将股骨标本自然解冻置于万能电子生物力学试验机上,保持其湿度,测试温度为23 ℃,以股骨中点为加力点,支座跨距23 mm,加载速度1 mm/min,载荷测量精度为0.01 N,挠度测量精度为0.001 mm,匀速加载至标本断裂。加载时注意股骨标本横截面短轴的方向与加载的力的方向一致;支座及加载压头的形状应加工成马鞍形,可控制长骨试件在加载的过程中基本不发生滚动以减少系统误差。计算机描记出载荷-变形(桡度)曲线,分析实验数据并经过换算得出最大载荷、弹性载荷、最大桡度、弹性桡度。
1.3 统计学处理 数据以x±s表示,采用SPSS 12.0 for windows进行检验及分析,多组间比较采用方差分析,P
2 结 果
2.1 血清生化指标测定结果 (1)用药4周,12周OVX+SIM组BALP较OVX组均明显增加(P
2.2 大鼠股骨三点弯曲实验结果 用药4周,最大载荷SHAM组较OVX组明显增加(P
SHAM:假手术组;OVX:卵巢切除组;OVX+SIM:卵巢切除加辛伐他汀组. BALP:血清骨源性碱性磷酸酶;BGP:大鼠血清骨钙素. 与OVX组同时间点比较,:P
SHAM:假手术组;OVX:卵巢切除组;OVX+SIM:卵巢切除加辛伐他汀组. 与OVX组同时间点比较,:P
3 讨 论
BGP是成骨细胞分泌的一种肽类物质,可促进骨钙盐沉积,增加骨细胞的矿化速度,其含量变化直接反映成骨细胞的活性,也直接反映骨形成率或骨转换率。BALP是成骨细胞的一种胞外酶,其含量变化能够直接反映成骨细胞活性。
在骨质疏松发生早期,由于体内雌激素水平降低,机体处于一种高骨转换率的状态,此时体内骨形成和骨吸收均会增高,因此OVX组BLAP水平可维持较高水平,故用药4周,OVX组与SHAM组无明显差异;用药12周,OVX组的血清BALP与SHAM组比较明显下降(P
用药4周,OVX+SIM组大鼠的血清BALP增高,与OVX及SHAM组比较均有差别(P
生物力学特性是反映骨的生长代谢情况的一个重要指标,它是骨量、骨结构连续性、骨皮质厚度及骨的材料特性的综合反映[9]。用药4周,OVX组股骨最大载荷和最大桡度均小于SHAM组,差异均有显著性。最大荷载直接反映松质骨骨小梁的骨质、结构的连续性,皮质骨的强度,最大桡度反映骨组织的变形能力。本实验结果说明OVX组大鼠股骨断裂前所能承受的最大载荷以及股骨发生断裂时,股骨中性线偏离原始位置的最大位移均小于SHAM组,表明去卵巢造成股骨强度和整体抗骨折能力下降,符合骨质疏松后骨生物力学性能的本质特征。分析原因可能为去卵巢后,由于体内雌激素分泌减少,机体处于一种高骨转换率的状态,此时体内的骨吸收和骨形成均会增高,两者的净效应表现为骨丢失。而骨质疏松早期主要是松质骨受累,骨小梁变细、断裂,骨小梁减少,骨髓腔变大,导致骨最大载荷和最大桡度下降。
用药4周,OVX+SIM组股骨最大载荷和最大桡度与OVX组差别无统计学意义。说明4周时虽然Simv能使成骨细胞活性增加,促进成骨,但不能防止去势大鼠的骨丢失,可能其成骨作用微弱,也可能其既促进骨形成同时也促进骨吸收。Sirola等的临床研究表明早期Simv并不能防止骨丢失[10],Frans等报道小剂量的Simv早期促进骨形成也促进骨吸收,使骨量减少[11]。用药12周,OVX+SIM组股骨最大载荷和弹性载荷较4周时明显增加,且为组间最大,差异具有显著性。表明随着时间的延长,Simv的促进成骨作用明显增加,提高了断裂前能承受的最大载荷以及股骨不发生永久形变所能承受的最大载荷,明显改善了股骨的强度。
笔者认为,Simv具有促进骨形成的作用,随时间延长成骨作用加强,能提高股骨的强度,降低骨折发生,为临床骨质疏松的防治增添了实验依据。其促进成骨的作用可能与BLAP和BGP水平密切相关。至于该药物对骨质疏松大鼠股骨力学性能影响的详细机制及药物浓度、作用时间对力学性能的影响,还有待进一步研究。
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[关键词]心理健康;应对方式;武警指挥院校;大学生
应对作为应激与健康的中介机制,对人身心健康的保护起着重要的作用。有关地方大学生及军校大学生的研究表明,应对方式是影响不同专业军校大学生心理健康的主要因素之一,应对方式与心理健康状况显著相关,积极的应对方式有助于提高心理健康水平。武警指挥院校大学生是一个特殊的群体,指挥院校有着严明的纪律,严格的管理,高密度大强度的训练,其生活环境单一,训练、学习任务重,武警指挥院校大学生毕业后都将成为武警部队一线的带兵干部,他们的心理健康状况直接影响武警部队的建设,但关于武警指挥院校大学生心理健康状况及其影响因素的研究却未见报道,本研究旨在掌握武警指挥院校大学生应对方式特点及其与心理健康状况的关系,同时探讨地方生人校学员与战士人校学员的应对方式特点和心理健康状况的异同,为武警指挥院校的心理卫生工作提供有意义的指导。
1 对象与方法
1.1 对象以3所武警指挥院校1115名学员为研究对象,收回1066份有效问卷,有效率95.6%,全部为男性,年龄范围:最小19岁,最大26岁,平均22岁。其中本科生学员798名(占74.9%),大专生268名(占25.1%)。地方生入校学员256名(占24%),战士入校学员810名(占76%)。
1.2 方法 以团体方式进行测试,使用统一的指导语,答卷当场收回。测试工具为①症状自评量表(SCL-90),对该量表每个项目均采用1~5分(自觉无症状至严重)5级评分制记分;②应付方式问卷啪,该问卷共62个条目,包括解决问题、自责、求助、幻想、退避和合理化6个分量表,除第19、36、39、42项选择是得0分,选择否得1分以外,其余条目均选择是得1分,选择否得0分。所选量表均有较好的信度和效度。全部数据采用统计软件SPSS10.0进行t检验、相关等分析处理。
2 结果
2.1 武警指挥院校不同生源大学生应对方式比较武警指挥院校大学生选择应对方式的各因子均值由大到小的排序依次为解决问题、求助、合理化、退避、幻想、自责。战士人校学员与地方高中生入校学员应对方式进行t检验,各因子之间无显著性差异。战士入校学员、地方高中生入校学员应对方式分别与战士及军官应对方式常模比较各因子间有显著性差异,见表1。
2.2 武警指挥院校大学生心理健康状况分析武警指挥院校不同来源大学生SCL-90因子分相互比较及其与全国军校大学生、全国大学生及军人常模比较:武警指挥院校不同来源大学生在强迫、人际、偏执、抑郁、焦虑、恐怖及精神病性各因子分有显著差异,本次测试的学员SCL-90各因子分值均低于国内军校大学生、全国大学生及军人常模(见表2)。
3 讨论
摘要:桩核冠的设计、形态及材料对修复和保留牙体组织有重要意义,选择合适方法进行生物力学分析是研究的重点,本文对国内相关研究的方法、标准、结果作出比较分析,从不同桩冠修复残冠的三维有限元模型建立方法,生物力学分析结论和不同材料桩冠生物力学分析比较作一综述,使今后的研究设计更能准确地为临床修复提供依据。
关键词:桩核冠;三维有限元模型;应力分析;生物力学
中图分类号:R783
在牙齿因创伤、龋坏、牙折等因素引起大量的牙体缺损时,其剩余牙体组织难以使常规的充填、嵌体与冠修复方法固位时,在根管内置入桩,使修复体得以固位以抵抗牙合力和保留牙体组织。对桩核与牙根应力分布及其优化设计的研究,为临床保留牙体组织提供了科学依据。本文对不同桩冠修复残冠的三维有限元模型建立方法、生物力学分析结论和不同材料桩冠生物力学分析比较作一综述。
1.三维有限元模型的建立
有限元法分析残根、残冠、桩核冠修复是一种高效、精确、直观的方法。有限元法的单元大小、形状、数目、载荷情况、假设条件和真实情况的差异以及边界条件等均影响研究结果的准确性Ⅲ。建成后三维有限元模型与实体组织应具有良好的几何相似性。
目前生物体三维有限元建模思路主要是:①CT或层析法获得二维图像,然后提取轮廓数据,自底向上建模;②测量表面形貌,CAD或逆向软件造型;③3D软件直接造型。层析法是一种破坏性建模方法,表面形貌测量不能反映物体内部情况,即便是对修复前后的形貌进行测量也是一种破坏性建模的方法目,而CT断层扫描图像法可以在不破坏物体的情况下测量其表面和内部结构特征;自底向上建模和3D软件直接造型适用于表面形貌简单的模型,对于复杂物体,专用的逆向软件可以实现快速、正确的模型重建。
对桩核冠三维有限元模型建立的CT扫描方式各异,采用蜡块、石膏、环氧树脂包埋离体牙或直接对活体牙进行扫描;层扫间隔各异,分别有0.5 mm,0.625 mm,0.7 mm,1.0 mm;因此各研究在取得断层图像的数量和精确度上有差异。使用方法有,第一种:CAD造型软件SolidWorks2003.CAE软件FEAMAP对SolidWorks生成的实体模型进行网格剖分,建立十节点四面体单元而生成网格。第二种:采用Super SAP有限元软件(93版),通过Au-tO CAD造型及SuperSuff软件和Calcomp Drawing SlateⅡ程序手工划分网格,建立三维结构实体单元,八节点六面体单元和六节点五面体单元目。第三种:利用MIMICS软件读取断层影像数据,三维重建牙体、牙本质、髓腔三个部件,图形以标准的三维文件格式STL分别输出,并将其读入GEOMAGIC软件,修改、调整髓腔形貌形成两个桩,补洞,光滑,转换三角域Bezier曲面为NURBERS曲面,用最少的曲面拟合出各部件的表面形貌,图形以IGEs格式分别输出,导人ANSYS软件,生成牙周膜、牙本质、桩核、牙冠四个部件,选择十节点四面体单元,即solid 92,使用网格划分工具生成四面体自由网格。第四种:有限元软件ANSYS分析,通过图像合成软件建立三维数字模型。单元类型选定为三维结构实体单元SOLID45,利用ANSYS软件中的Mesh命令,直接对模型进行智能网格划分。第五种:I-DEAS有限元分析软件建模,采用10节点四面体二次单元网格划分。
李群等没有通过CT扫描获取图像,而是通过测量牙体每1mm或0.5mm的截面上若干点坐标值,获取样件的基本几何数据,将图像信息输入计算机,使用mentat3.2程序生成轮廓线。进而生成面和体,得到牙体和修复体结构的三维重建模型。再通过MSC.MARC提供的基于公共界面网格划分技术,由封闭网络面向内自动生成实体单元;其几何相似性程度难以确定。
在研究中林川等应用第三种方法建立的模型网格划分后节点数达到330106、单元数达到286874。应用CT扫描结合逆向软件MIMICS和GEOMAGIC建模的方法可行,能较好实现有限元建模的几何相似性、边界约束与载荷相似性、力学性能相似性要求。
2.对磨牙、前磨牙、前牙桩的应力分析
对牙体组织进行应力分析,模型假设所有材料都为连续、均质、各向同性的线弹性体,材料受力变形为小变形,对牙槽骨外周边界进行所有自由度的刚性约束。李晓娜等探索将边界条件假设为牙槽骨底面六个自由度的全约束。所建模型的应力分布较为合理。
应力加载时,对于后牙,第一种:也是多数试验采用的方法,即静态垂直加载于牙冠外表面的截面形心;第二种:模拟最大尖窝交错接触,设置了实体模型面压力载荷:中央窝、近远中边缘嵴、近远中颊尖。第三种,分别以水平、垂直、斜向45度方向施加载荷100N的力,45度斜向力分解为x方向70.7N,Y方向70.7N的咬合力。
对于前牙,第一种:加载量为上中切牙的平均颌力,即117.68N。加载方式作用于上中切牙舌侧切1/3与中1/3交界处切龈向加载。作用力方向与牙体长轴呈40度夹角,另一为沿此作用力的延长线与铸造金属桩核相交加载。第二种:方向与牙冠长轴一致,大小为150N,加载点为牙冠切缘中点。
结果显示,最大应力主要集中在根分叉处、牙颈部,牙颈部舌侧比颊侧大。在无桩时,力沿牙本质传导,牙本质承担全部荷载:有桩时,牙本质承担的力相对小些。因此,模拟天然牙的牙本质承担全部荷载,各个部位的等效应力比残冠的牙体要大。应用锥形桩比应用柱形桩时牙本质所受的应力小。夏春明等在对前牙带角度桩冠的研究中,认为桩冠角度应控制在20度以内,以避免应力过大。由于箍效应的存在,对桩冠颈环设计影响牙本质应力分布。
3.不同材料桩冠修复应力分析
桩材料选择是桩修复的一个重要部分,分析桩材料对牙本质应力分布的影响,对保留剩余牙体组织有重要意义。
铸造玻璃陶瓷桩核冠与铸造金属烤瓷桩核冠在相同载荷作用下,对上中切牙的影响非常接近;尽量采用弹性模量较大的材料来制作桩核。镍铬桩核,采用全瓷冠、金合金冠、镍铬合金冠修复,在牙体中产生的应力峰值在11.370~112.90 MPa之间,金合金桩核组则在74.03~73.63MPa之间。表明桩核材料对牙体应力分布和应力峰值的影响明显,而冠材料对牙体应力的影响不大。桩材料首选金合金,碳素纤维次之,不宜采用不锈钢。
比较同类研究,翁维明等的研究将已做桩冠牙与天然牙的应力分布进行比较更具有临床意义。
4.存在的问题和研究前景