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時間：2023-11-23 10:06:09
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[中圖分類號] TH79 [文獻標(biāo)識碼] A
一、 引言
依據(jù)高等教育內(nèi)外部環(huán)境的諸種變化，以及國家自主創(chuàng)新對于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的要求，在“卓越工程師”培養(yǎng)的教育理念指導(dǎo)下，通過對學(xué)生知識、能力與創(chuàng)新要素的綜合分析研究，本文提出構(gòu)建一種以學(xué)生為中心，以滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的個性化需要，利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的多模式開放型實驗教學(xué)體系。該種實驗教學(xué)體系對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的推動作用主要體現(xiàn)為實驗教學(xué)的多模式化組織以及綜合性開放式實驗考核評估2個方面。
生物醫(yī)學(xué)工程及相關(guān)儀器專業(yè)的學(xué)生在實驗技術(shù)上應(yīng)培養(yǎng)具備生物醫(yī)學(xué)信息采集、傳輸、處理、分析新型生物醫(yī)療電子、信息與儀器等硬件知識、并具備較強的醫(yī)學(xué)應(yīng)用軟件設(shè)計、開發(fā)的能力，能夠?qū)⑿畔⒓夹g(shù)與醫(yī)療管理、醫(yī)療服務(wù)有機結(jié)合的高級醫(yī)學(xué)信息技術(shù)人才。因此在課程內(nèi)容安排上做到面和點的結(jié)合，既要保證知識面廣，同時要重點突出。但現(xiàn)狀是生物實驗與儀器等軟硬件平臺的掛鉤程度不夠。目前生物學(xué)實驗一方面主要涉及以細胞等微觀生物信息為主的實驗數(shù)據(jù)，主要以細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、解剖學(xué)為代表；另一方面涉及以人體生理信息為主的宏觀生理信號為主的實驗數(shù)據(jù)，主要以醫(yī)學(xué)儀器相關(guān)實驗為代表，均以單一化實驗結(jié)果作為實驗考核依據(jù)，限制了學(xué)生主動性和創(chuàng)造性的發(fā)揮。所以生物學(xué)實驗需要結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗，對教學(xué)中存在的問題進行逐步改進。通過調(diào)整實驗內(nèi)容、改革教學(xué)方法、完善考評體系等措施，對于生物實驗分析不能以短期實驗唯一結(jié)果論的定性認識為主，而應(yīng)該強調(diào)以“長時程跟蹤的過程啟發(fā)式”為主的定量累積式分析，即在側(cè)重得到實驗結(jié)果的同時，鼓勵學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺知識，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結(jié)果的理性認識，發(fā)揮實驗課的實踐性優(yōu)勢，得到多樣化的處理結(jié)果，最大程度地增強學(xué)生的自主性與參與性。
在以過程化為主的“一問多答”教學(xué)模式中，采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生提出問題，引起學(xué)生主動思考，從而變結(jié)果灌輸式的被動學(xué)習(xí)為過程啟發(fā)式的主動學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對概念、理論的理解，發(fā)現(xiàn)問題，敢于提出問題，渴求解決問題。而課后的各種實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以直觀地了解教師教學(xué)內(nèi)容安排是否合理，教學(xué)效果是否明顯，為教學(xué)改革提供依據(jù)，從而為創(chuàng)新性高素質(zhì)人才的培養(yǎng)作出應(yīng)有的貢獻[1]。
二、現(xiàn)有模式的現(xiàn)狀及改革途徑
（一）. 微觀生物實驗內(nèi)容由于教學(xué)條件等因素的限制，多局限于顯微鏡使用、或細胞膜通透性等驗證性實驗，對于推動微觀細胞生物學(xué)快速發(fā)展的新技術(shù)新方法，缺少教學(xué)資料與手段；同時，人體生理信息等宏觀醫(yī)療儀器生物實驗的測試側(cè)重于對醫(yī)療儀器面板的操作和各種簡單生理信息的直接獲取。
（二）. 實驗教學(xué)模式單調(diào)，難以激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性?，F(xiàn)行的實驗教學(xué)基本都先由學(xué)生預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，實驗儀器設(shè)備及試劑都由實驗教師提前準備好，學(xué)生只要按照實驗步驟按部就班地做，最后寫出實驗報告。這種實驗教學(xué)模式難以很好地啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，不利于培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。學(xué)生容易無精打采，注意力分散，反應(yīng)遲滯，多數(shù)學(xué)生被動應(yīng)付教師的要求，甚至投機取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化實驗；有的課堂學(xué)生隨心所欲，各行其是，故意搗亂，師生處于一種對抗?fàn)顩r。在這樣的課堂環(huán)境里，教學(xué)任務(wù)難以完成，傳授知識、培養(yǎng)素質(zhì)的目標(biāo)難以實現(xiàn)[2]。
（三）. 實驗教學(xué)缺乏綜合性、設(shè)計性，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。由于課時安排固定、實驗條件的限制，現(xiàn)行開設(shè)的實驗項目多為驗證性實驗，實驗過程及可能出現(xiàn)的問題基本固定，結(jié)果也基本已知，只要按照步驟去做，基本都能達到較好效果。這種模式限制了學(xué)生思維，難以達到學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[3]。
（四）. 實驗課成績評定方式需要進一步完善。實驗課程由于其性質(zhì)的特殊性，往往難以確定完善的考核指標(biāo)和體系，從而導(dǎo)致學(xué)生實驗報告書寫的工整和完整程度決定了最終成績，使得最終實驗課成績評定存在一定的隨意性，從某種程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的動力[4]。
在此評估基礎(chǔ)上，應(yīng)實現(xiàn)的改革途徑主要包含以下兩個方面：
第一，生物學(xué)實驗教學(xué)鼓勵學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結(jié)果的理性認識，發(fā)揮實驗課的實踐性優(yōu)勢，得到多樣化的處理結(jié)果，最大程度地增強學(xué)生的自主性與參與性，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、獨立思考、團隊合作、自主創(chuàng)新的科學(xué)精神；
第二，通過施行開放式多結(jié)果的過程化實驗教學(xué)模式，注重實驗知識的延伸，創(chuàng)造和諧課堂、完善考核制度等改革措施，發(fā)揮實驗課的實踐性優(yōu)勢，努力營造和諧課堂，最大程度地增強學(xué)生的自主性與參與性，培養(yǎng)社會需要的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型、外向型人才。
三、實驗內(nèi)容改革的模塊化設(shè)置
（一）修改完善教學(xué)大綱，科學(xué)合理設(shè)置實驗內(nèi)容。
本專業(yè)實驗本著充分利用現(xiàn)有資源和儀器設(shè)備的原則，綜合考慮知識的難點和重點調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容，以“綜合課程設(shè)計”的2-3個相互銜接的短學(xué)期形式，對原有實驗內(nèi)容進行篩選和整合，依照學(xué)生的實驗技能發(fā)展過程依次開設(shè)基本操作實驗、驗證性實驗、綜合性和創(chuàng)新設(shè)計性實驗。以微觀生物實驗為例，基本操作實驗包括顯微鏡的使用、顯微測量、細胞形態(tài)觀察等內(nèi)容；設(shè)計驗證性實驗包括活體染色、細胞化學(xué)、核酸存在部位及檢測方法、細胞膜的滲透壓及細胞吞噬作用等內(nèi)容；設(shè)計綜合性實驗需要在完成基本操作實驗和驗證性實驗的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生查閱實驗資料及設(shè)計實驗方法，合理利用實驗室資源，充分利用實驗材料來完成實驗，如動物細胞的原代及傳代培養(yǎng)可作為設(shè)計綜合性實驗內(nèi)容。相關(guān)生物實驗進行后，應(yīng)著重加強特定生物信號與相應(yīng)軟件處理的結(jié)合工作。可簡單概況為將專業(yè)軟件類課程打通，開設(shè)一門面向?qū)I(yè)的軟件設(shè)計課程，如“生物醫(yī)學(xué)工程軟件設(shè)計”，或“電子信息技術(shù)及儀器軟件設(shè)計”課程，處理對象可定位為前期獲得的實驗數(shù)據(jù)。而以宏觀的動物生理數(shù)據(jù)為例，離體培養(yǎng)的小雞或蛙心肌細胞信號可通過相關(guān)動物實驗獲得，通過將測試的信號存儲成dap數(shù)據(jù)格式，輸入labVIEW軟件進行鎖相處理編程及特定濾波處理，實現(xiàn)對所弱信號的分析和相應(yīng)數(shù)字信號處理工具的掌握，達到將感性數(shù)據(jù)上升到理性知識的目的。
（二）改革教學(xué)方法，變結(jié)果灌輸式為過程啟發(fā)引導(dǎo)式。
實驗過程中，既要發(fā)掘?qū)嶒灡澈蟮睦碚撝С郑忠囵B(yǎng)技術(shù)意識，重視實驗技術(shù)和方法。同時，鼓勵師生交流，提倡師生間的問答，活躍課堂氣氛。教學(xué)過程中，教師在講清實驗?zāi)康暮驮淼那疤嵯拢膭顚W(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，自主設(shè)計實驗過程并完成實驗，實驗報告可考慮通過建立在各種實驗數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的論文形式完成。
（三）完善考評體系，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的求知欲和對本課程的興趣。
實驗考評體系應(yīng)以過程累積式考核為主，擯棄傳統(tǒng)結(jié)果式考評。以細胞生物學(xué)實驗為例，其考核應(yīng)以考查學(xué)生運用理論重視、運用實驗技術(shù)的能力為主要內(nèi)容，可安排綜合性實驗要求學(xué)生利用所學(xué)的理論知識和實驗技術(shù)進行綜合分析、實際操作、做出實驗結(jié)果。對于實驗技術(shù)，以學(xué)生的直接操作作為考核方式，對于實驗理論的考核，通過閉卷方式完成，也可以通過學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的各信息化平臺分析來進行多結(jié)果式考核。另外，對于能夠自主設(shè)計完成實驗，積極申報完成開放性實驗的學(xué)生給予較大系數(shù)的鼓勵性加分。實驗具體路線圖如下。
四、實驗操作的關(guān)鍵性問題
（一）如何處理實驗室的開放問題。
在改革過程中，實驗設(shè)備資源的開放和教學(xué)方式的開放是該長期化銜接實驗的重要保障。其主要實現(xiàn)途徑為，結(jié)合生物學(xué)和儀器教學(xué)平臺，實施“具體生物弱信號案例教學(xué)法”，采用學(xué)期末“首尾相連”的兩個短學(xué)期和整個學(xué)期的“三明治”夾心時間實施整個實驗課程，并由相關(guān)實驗課的青年教師負責(zé)各實驗室的公共開放時間和相互協(xié)調(diào)。這樣能有效調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，加強課程內(nèi)容的實踐性，在知識的傳授過程中滲透工程技術(shù)的內(nèi)容，使學(xué)生掌握工程設(shè)計、工程實踐的一般規(guī)律和基本方法，避免工科教學(xué)理科化、脫離實際的傾向。如圖2所示針對在體心電信號的測試及信號處理方法，可安排在微觀動物心肌細胞的培養(yǎng)及生物學(xué)方法觀察的細胞生物學(xué)實驗的短學(xué)期時間，同時合并進行在體式心肌細胞搏動的信號及噪聲分析，加強定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關(guān)理論知識與動手能力的結(jié)合（圖2）。
（二）如何充分利用實驗室資源，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計綜合性實驗
第一，以生理儀器平臺為主的硬件實踐動手能力。
當(dāng)完成基礎(chǔ)性生理實驗及相關(guān)軟硬件知識的授課后，以宏觀人體生理信息為主的醫(yī)學(xué)儀器實驗，應(yīng)該以設(shè)計開發(fā)性實驗為主，鼓勵學(xué)生自己設(shè)計開發(fā)醫(yī)學(xué)儀器。同樣以心電信號為例，如心電監(jiān)測儀實驗中，可要求根據(jù)在體式及離體式心電信號的特點（圖3（a）（b）），結(jié)合理論知識，設(shè)計電信號檢測原理圖，用布線軟件軟件畫出其原理圖，并制作電路板、布線和焊接電路，在單片機應(yīng)用開發(fā)環(huán)境中編寫程序并調(diào)試。最后制作簡單心電監(jiān)測儀，通過相關(guān)的虛擬儀器平臺，在示波器上顯示被測者心電圖。同時配合相關(guān)傳感器知識，還可制作體溫計、氣體檢測儀等醫(yī)學(xué)儀器。在此基礎(chǔ)上，還可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺，進行遠程控制。
第二，以微弱生物信號實驗數(shù)據(jù)分析為主的軟硬件結(jié)合能力。
信息技術(shù)的發(fā)展對生物醫(yī)學(xué)信號的檢測、處理以及數(shù)字信號處理幾個方面發(fā)揮著重要的作用。生物信號一般可以分成電信號和非電信號，如心電、肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號。如從處理的維數(shù)來看，可以分成一維信號和二維信號，如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號；而腦電圖、心電圖、肌電圖、x光片、超聲圖片、CT圖片、核磁等則屬于二維信號。醫(yī)學(xué)儀器實驗采集到大量的以上一些宏觀的人體生理信號數(shù)據(jù)，應(yīng)利用學(xué)生的相關(guān)生物醫(yī)學(xué)信號處理的知識，根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號的特點，對所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號進行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸，其研究目的一是對生物體系結(jié)構(gòu)與功能研究，二是協(xié)助對疾病進行診斷和治療。
本學(xué)院的相關(guān)教研室教師結(jié)合labview、DSP等編程工具的實驗教學(xué)案例，對于“虛擬儀器技術(shù)”及“數(shù)字信號處理”的綜合做了以下研究及整合。“虛擬儀器技術(shù)”及“數(shù)字信號處理”是一門應(yīng)用性較強的技術(shù)課程。隨著信息化的發(fā)展，信息技術(shù)不斷地滲透到科學(xué)研究等各個領(lǐng)域中，發(fā)揮著越來越大的作用。科學(xué)實驗、測試信號的處理、工業(yè)生產(chǎn)中自動化生產(chǎn)線的測控等都以信號處理為基礎(chǔ)。我?！皵?shù)字信號處理”實驗，以數(shù)字信號分析為基礎(chǔ)，以數(shù)字濾波為手段，以數(shù)字信號處理為目的，突出譜分析和濾波的應(yīng)用，加大與信號與系統(tǒng)、自動控制原理，以及后繼的通信原理、計算機圖像處理等課程之間的銜接，使其與其他課程實驗融合為一個有機的整體。
以虛擬儀器中的相關(guān)控件調(diào)用為例，解決數(shù)字信號處理課程中的基本知識點“快速傅里葉變換（FFT） 數(shù)字濾波器”的實驗設(shè)置，對本文提出的“多模式過程啟發(fā)型實驗教學(xué)體系”進行具體闡述。
該知識點通常的實驗要求和目的為：①加強對labVIEW相關(guān)控件工具的使用及虛擬儀器技術(shù)編程能力的提高，加深對FFT基本原理和性質(zhì)的理解；②學(xué)習(xí)利用FFT對連續(xù)或離散時間信號進行譜分析，了解可能出現(xiàn)問題及其原因，以便在實際應(yīng)用中能夠正確使用FFT。
按照基本的實驗要求和目的，和多模式開放性原則，對該知識點的實驗設(shè)置如下：
第一，驗證性實驗內(nèi)容。主要通過調(diào)用labVIEW“信號分析模塊”總的FFT函數(shù)，分析序列和其頻譜的特點，設(shè)計產(chǎn)生相應(yīng)的虛擬生理信號及噪聲源，利用數(shù)字信號處理中各濾波器的特點去除噪聲，分析去噪后結(jié)果，并利用相關(guān)原理解釋其中的現(xiàn)象。實驗?zāi)康氖峭ㄟ^形象和具體的內(nèi)容，加深對理論知識的理解。該層面的實驗以直觀、具體和形象化為主要特點，避免復(fù)雜化。學(xué)生不會因為陷入繁雜的具體過程，而影響對理論知識的理解和掌握
第二，綜合、設(shè)計型實驗內(nèi)容。數(shù)字信號處理與所采集到的實驗數(shù)據(jù)具有密切相關(guān)的聯(lián)系。生物醫(yī)學(xué)信號中的特點是微弱、噪聲大，所以濾波和靈敏度是生物醫(yī)學(xué)信號采集的關(guān)鍵。另外生物醫(yī)學(xué)信號的隨機性強，是隨機的且非平穩(wěn)的。正是因為生物醫(yī)學(xué)信號的這些特點，以傅里葉理論為基礎(chǔ)的小波變換方法成為生物醫(yī)學(xué)信號分析的有力工具。利用小波變換能將原始心電信號分解為不同頻率的信號，然后對信號進行重建，此方法能很好地消除心電信號中的基線漂移，抑制工頻和肌電干擾，同時能獲得QT間期的精確值，是本專業(yè)學(xué)生的重要編程思想。
所以，在實際的推進環(huán)節(jié)中，涉及一個短期的課程推導(dǎo)實踐以及長期的過程啟發(fā)式環(huán)節(jié)。其中短期內(nèi)容包括將短學(xué)期等實踐類課程，如“醫(yī)學(xué)軟件編程實習(xí)”和本門課程合并，其課時作為本門課程的實踐環(huán)節(jié)；長期內(nèi)容則包括：①將畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)和課程合并，增加實踐課時；②將所有的硬件測試類課程和相關(guān)軟件分析生理信號內(nèi)容合并。如“C程序設(shè)計”，“數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)”，“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”等。此時授課教師不再為單個教師，而是整個課程群的全體教師；③學(xué)生畢業(yè)嚴格按照“寬進嚴出”的理念操作?？偨Y(jié)后的某“過程啟發(fā)式”實驗具體操作實例如下：
創(chuàng)設(shè)情境，提出問題?？砂才旁谖⒂^動物培養(yǎng)及生物學(xué)方法觀察后，同時協(xié)調(diào)進行在體式動物信號及噪聲分析，加強感性的定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關(guān)理論知識與動手能力的結(jié)合：如細胞離體培養(yǎng)后的各種生物信號指標(biāo)及各種混入的噪聲和分類，在此基礎(chǔ)上結(jié)合該案例講解相關(guān)濾波器的工作原理和基本設(shè)計方法，然后將生理信號提取的設(shè)計任務(wù)作為設(shè)計性作業(yè)布置給學(xué)生。
分組研討，設(shè)計方案。在布置設(shè)計任務(wù)后，教師組織學(xué)生分組研討。根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的強弱和自身特點合理分組，方便學(xué)生間相互協(xié)作，共同提高。學(xué)生利用電子資料庫檢索，查閱相關(guān)資料，獲取豐富的信息資源，通過對各種信息資源的分析研究，提出自己的解決方案。
成果展示，分析歸納。在各小組取得了初步的設(shè)計成果后，教師以課堂教學(xué)形式組織各小組的成果展示與評價。在課堂上通過虛擬實驗室系統(tǒng)和數(shù)字投影儀，展示各種解決方案所取得的生理信號濾波效果，分析它們的優(yōu)缺點，引導(dǎo)學(xué)生分析歸納出解決此類問題的思路與方法，并共同探討最佳設(shè)計方案。
五、結(jié)語
“加強實驗教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)，抓好綜合性和創(chuàng)新性實驗，大力培養(yǎng)學(xué)生實踐能力”是我國高校推進自主創(chuàng)新，落實“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”，培養(yǎng)創(chuàng)新人才所需采取的重要措施[4]。本文總的改革目標(biāo)是“遵循以學(xué)生為本，注重以互動式教學(xué)為核心的教學(xué)觀念，構(gòu)建有利于增強求知欲和創(chuàng)造力的課程教學(xué)模式”。本文提出的多模式開放性實驗教學(xué)體系擯棄短期實驗唯一結(jié)果論的定性實驗，強調(diào)以“長時程跟蹤的過程啟發(fā)式”為主的定量累積式綜合分析實驗，在整個學(xué)年中分階段構(gòu)建以實驗教與學(xué)為中心的綜合型數(shù)字化實驗教學(xué)環(huán)境；鼓勵學(xué)生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號分析方法，加強對信號分析的能力和對結(jié)果的理性認識，發(fā)揮實驗課的實踐性優(yōu)勢。通過施行開放式多結(jié)果的過程化實驗教學(xué)模式，注重實驗知識的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增強學(xué)生的自主性與參與性，積極響應(yīng)國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，培養(yǎng)出具有專業(yè)領(lǐng)域特色，能夠基本獨立完成初級軟硬件規(guī)模設(shè)計和開發(fā)工作的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型、外向型的“卓越工程師”型儲備人才。
[參考文獻]
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一、前言
皮劃艇（靜水）200m作為全新納入奧運會中的比賽項目。其相比較于500米以及1000米而言，距離更短，競爭也相對更為激烈，因此該項目對于運動員的技術(shù)以及素質(zhì)有著更高的要求，使得該項目的運動特征受到了大量運動員以及科研人員的重視。研究項目特征以及生物力學(xué)有著極為現(xiàn)實的意義，對我國的體育競技水平有著極大的促進作用。
二、項目特征研究
1.運動環(huán)境
作為水上運動中的一個項目，皮劃艇項目中的艇和人的重心在上面，浮力中心則在下面，一旦出現(xiàn)偏差便會出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致人艇系統(tǒng)將會持續(xù)在不平穩(wěn)狀態(tài)。該項運動要保證運動員在不平衡過程中可以很好的控制身體姿勢，運用正確的劃槳動作使艇得到水的推動力[1]。若艇處于不平衡狀態(tài)中，為了使艇可以平穩(wěn)而快速的前進，將對運動員的身體控制能力以及平衡力有著極高的要求。
2.運動屬性
該項目一般的比賽時間處于40s～60s間，和300米短跑所需時間相近，然而卻和短跑要克服重力進行大肌肉群做工有所不同，皮劃艇不需要進行承受重力，因此肌肉群的負荷較小。主要是進行磷酸原系統(tǒng)以及乳酸糖酵解進行供能，主要是進行無氧供能，消耗的全部能量中僅僅有10%～20%為有氧供能，比賽全程是一種力竭性做功過程[2]。皮劃艇作為一項快速無氧為主進行周期性的項目，運動員對于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有著極高的要求。
3.競速結(jié)構(gòu)
競速結(jié)構(gòu)就是在皮劃艇比賽的整個過程中對各階段所需速度加以分配以及節(jié)奏安排，研究人員通常將皮劃艇全程分為起航、加速以及途中與沖刺四個部分。合理的競速結(jié)構(gòu)能夠?qū)\動員所具有的生物學(xué)機制進行最大程度的調(diào)動。由于皮劃艇是一項水上運動，在處于靜止過程中保持平衡非常困難，在起航前將會出現(xiàn)顯著地晃動，所以要將比賽全程分為航前準備、沖刺、起航以及途中四個階段。
航前準備階段是使艇保持靜止于水面上得到出發(fā)指令，但是由于皮劃艇相對較窄，一旦運動員重心穩(wěn)定性不佳，要想保證整體的平衡，便要調(diào)動大量的肌肉進行維持平衡，將會使劃槳做功的肌肉量下降，對出發(fā)后的第一漿劃行質(zhì)量造成不利影響，最終對比賽成績造成影響。所以航前準備對于平衡能力以及中心穩(wěn)定性有著極高的要求。起航階段是由靜止不斷加速至穩(wěn)定狀態(tài)，此時要保證一個合理的漿頻，并非是漿頻越快越好，一旦頻率過快將會對體能造成極大的消耗。途中階段此時艇速非常穩(wěn)定，此階段時間以及路程都很長，只有控制好漿頻以及劃槳節(jié)奏，確保一個穩(wěn)定的途中速度，便要利用速度力量對途中速度加以不斷的維持。沖刺階段則要具有極強的爆發(fā)力，在確保每漿效果的基礎(chǔ)上最大限度提升漿頻，以此來取得最快速度，此時艇速呈現(xiàn)顯著地提升。
三、生物力學(xué)方法應(yīng)用和展望
運動生物力學(xué)對于競技體育領(lǐng)域而言，主要是將其運用在合理的訓(xùn)練以及測試中，以技術(shù)角度實現(xiàn)對運動員的監(jiān)控。主要的監(jiān)控形式對運動員的實時運動技術(shù)動力學(xué)參數(shù)以及運動學(xué)參數(shù)進行測定，同時對參數(shù)做出診斷以及評價，以此作為指導(dǎo)運動技術(shù)所學(xué)的理論基礎(chǔ)。錄像解析作為運動學(xué)指標(biāo)獲取的主要手段，將劃槳過程中的身體、艇速、漿角以及位移等方面的角度、角速度的變化情況加以分析，以此作為訓(xùn)練的技術(shù)支撐。在皮劃艇前進過程中流水和漿葉間存在的相互作用不僅僅是主要的動力源，同時也是重要的阻力源，對水-漿作用力已經(jīng)成為主要的動力學(xué)研究指標(biāo)[3]。采用三維運動學(xué)能夠?qū)⑵澩е兴嫔系乃械倪\動指標(biāo)進行獲取，然而在皮劃艇監(jiān)控當(dāng)中，對艇運動現(xiàn)象造成的原因解釋主要是利用水流動力學(xué)，從而實現(xiàn)對運動技術(shù)進行正確的評價。
四、結(jié)語
皮劃艇運動相比其他運動而言，對運動員所具有的平衡力以及身體控制能力有著較高的要求。作為皮劃艇項目研究中最為關(guān)鍵的階段，起航準備將對整個比賽成績造成直接的影響。皮劃艇運動對于運動員體能要求相對較高，要想提高比賽成績，便要在體能的基礎(chǔ)上對能量的利用率加以不斷的提升。而生物力學(xué)將是一種完善運動技術(shù)的重要方式，也將是今后研究的重點內(nèi)容。通過不斷的研究提升我國的皮劃艇競技水平，使我國成為一個運動強國。
參考文獻：
中華武術(shù)歷史悠久，博大精深，一直深受來自全世界人民的喜愛。隨著現(xiàn)代體育的不斷發(fā)展，武術(shù)套路也在向世界推廣的潮流中不斷的前進，現(xiàn)如今已逐步發(fā)展成為了以現(xiàn)代體育科學(xué)為理論指導(dǎo)，以西方競技體育模式為運動方式的現(xiàn)代競技體育項目。在跨學(xué)科研究以成為常態(tài)的新的背景下，近年來涌現(xiàn)出了很多有關(guān)運動生物力學(xué)在武術(shù)套路中的研究與應(yīng)用的文章。其中的很多文章多采用運動學(xué)的方法對武術(shù)套路運動員作運動學(xué)的數(shù)據(jù)測量與分析并得出相應(yīng)的結(jié)論。然而通過表面肌電對武術(shù)套路難度動作進行分析和研究的文章卻不多。如何更好地運用表面肌電技術(shù)研究武術(shù)難度動作，已成為一個新的研究熱點方向。
1.有關(guān)運動生物力學(xué)的研究內(nèi)容與方法
運動生物力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，同時也是一門應(yīng)用性很強的學(xué)科。運動生物力學(xué)分析不僅在人體運動實踐中起著重要作用，它還是運動員和教練員做為教學(xué)和訓(xùn)練指導(dǎo)的有力工具。近年來它的發(fā)展十分迅速。國內(nèi)的許多理工類、醫(yī)學(xué)類和體育院校都獨立開設(shè)了這門課程，有些院校還開設(shè)了相應(yīng)的專業(yè)，國內(nèi)一些學(xué)者同時出版了許多相應(yīng)的教材和專著，在該學(xué)科上取得一些居國內(nèi)外先進水平的成果。對人體與物體的運動分析是運動生物力學(xué)的重要研究內(nèi)容，其中對運動位移軌跡的分析是描述運動的重要方面。
運動生物力學(xué)主要通過它的分析應(yīng)用系統(tǒng)進行研究。并運用運動圖像分析法、三維測力臺法、步態(tài)分析法、肌電分析等研究方法對所要研究內(nèi)容作出測數(shù)與分析。第23屆國際運動生物力學(xué)年會報告上發(fā)現(xiàn)國際生物力學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究和競技體育研究仍占主流，研究方法不斷得到突破，三維攝像和肌電實現(xiàn)同步測量。各高校還相繼研發(fā)出新的測試儀器和研究系統(tǒng)，這使得運動生物力學(xué)研究不斷向前發(fā)展。
2.運動生物力學(xué)在武術(shù)難度動作中的研究
在武術(shù)套路中指定難度動作分為A、B、C三個難度等級，武術(shù)比賽中指定難度動作因其難度大、扣分重、不易完成使其逐漸成為整個套路的核心。提高指定難度動作的訓(xùn)練質(zhì)量對提高運動成績至關(guān)重要。
2.1 運動生物力學(xué)在武術(shù)難度動作中的研究過程
通過運動生物力學(xué)研究長拳難度動作，一般先把難度動作進行階段劃分，以旋風(fēng)腳動作為例：旋風(fēng)腳可以劃分為助跑、起跳、空中擊響及轉(zhuǎn)體、落地等四個階段，之后用高速攝像機拍攝或用肌電測試儀進行實驗測量，或者兩者同時進行，實驗結(jié)束后，用三維影像分析系統(tǒng)和肌電數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對所得數(shù)據(jù)進行處理。最后利用QToolS軟件和Excel軟件對獲得的數(shù)據(jù)指標(biāo)進行計算和統(tǒng)計，從而得出想要的結(jié)論。
2.2運動生物力學(xué)在武術(shù)難度動作中的研究發(fā)展趨勢
通過運動生物力學(xué)對武術(shù)難度進行研究經(jīng)歷了運動學(xué)、動力學(xué)、以及多角度分析等三個階段。
運動學(xué)分析階段主要是通過攝像得出有關(guān)難度動作在旋轉(zhuǎn)角度、各關(guān)節(jié)夾角、以及動作擺動幅度等相關(guān)數(shù)據(jù)并進行分析，這在一定程度上可以對動作進行分析，但不夠全面。動力學(xué)階段主要是對武術(shù)難度動作進行運動學(xué)肌電兩方面或多方面測量，不僅從單一運動的角度，更從運動與肌肉發(fā)力等多角度進行綜合考慮，使研究成果更有價值。多角度分析階段已不僅僅是再對武術(shù)難度動作進行測量分析，將對動作從技術(shù)本身從發(fā)結(jié)合攝像肌電等手段，在運動生理學(xué)和運動解剖學(xué)等多學(xué)科的支持下再對難度動作進行研究，使得研究成果更具說服力。
3.運用表面肌電技術(shù)研究武術(shù)難度動作
運用表面肌電技術(shù)對武術(shù)難度動作進行研究，主要是通過使用肌電測試儀對做難度動作的運動員進行肌電測量，獲得數(shù)據(jù)以后在對數(shù)據(jù)進行處理，其中比較重要的數(shù)據(jù)指標(biāo)有積分肌電，它是計量肌肉放電水平的以單位面積放電量為單位，可以初步了解肌肉在做武術(shù)難度動作所做的貢獻。還有就是放電的時序，即做武術(shù)難度動做過程中各個肌肉的放電順序，我們可以通過這些方面了解各肌肉在做動作中協(xié)調(diào)工作的情況，從而實現(xiàn)研究目的。在運用表面肌電技術(shù)對武術(shù)難度動作進行研究中，時程也是非常重要的，它反映了各肌肉放電所持續(xù)的時間，使得我們在研究武術(shù)難度動作和安排相關(guān)肌肉訓(xùn)練上能得到很多借鑒。運用表面肌電技術(shù)研究武術(shù)難度動作已成為武術(shù)套路難度動作研究的新方向。
4.小結(jié)
關(guān)于運動生物力學(xué)在武術(shù)套路中難度動作的研究的文章有很多，通過閱讀和整理相關(guān)資料，可以把這些所研究文章大致分為以下三個方面。
1.對某一難度動作或組合難度動作的運動學(xué)分析，即主要運用三維攝像手段進行拍攝，再運用相關(guān)運動分析系統(tǒng)對所拍攝圖像進行解析。
2.對某一武術(shù)套路難度動作的表面肌電分析。
3.運動生物力學(xué)在武術(shù)中應(yīng)用的綜述類文章。其中由以前兩方面的文章居多。如何使用表面肌電去分析和研究武術(shù)套路中的難度動作將會成為未來很好的一個研究方向。
【參考文獻】
[1]盧德明.運動生物力學(xué)測量方法[M].北京：北京體育大學(xué)，2003，347
關(guān)鍵詞 生物力學(xué) 運動 控制協(xié)調(diào) 應(yīng)用
人體運動需要在多個部分的共同協(xié)調(diào)配合下完成，而單純運動學(xué)角度只針對物體的運動效果以及其他外作用力的影響進行研究，無法對人體肢體運動控制和協(xié)調(diào)的具體機制作出判斷。生物力學(xué)從關(guān)節(jié)力矩的角度并結(jié)合運動動力學(xué)方法可以對肢體運動的產(chǎn)生方式和作用機制進行科學(xué)合理的分析，推動人體運動控制機制理論研究的發(fā)展。
一、生物力學(xué)與運動控制的關(guān)系分析
肌肉的收縮是人類肢體運動最直接的動力，人體神經(jīng)系統(tǒng)可以對不同部位的新陳代謝速率和能量釋放方式進行調(diào)整，從而起到控制骨骼肌腱可控張力的效果，肌腱又將動力傳給關(guān)節(jié)、韌帶以及骨骼等，最終實現(xiàn)對各個運動單位的控制。神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)包括肌肉運動單位與神經(jīng)元之間的突觸連接、運動單位疊加與肌腱上的合力、肌肉骨骼系統(tǒng)的整合以及關(guān)節(jié)力矩整合協(xié)作四個層次。人體的骨骼、肌肉結(jié)構(gòu)都十分復(fù)雜，因而神經(jīng)中樞系統(tǒng)很難直接對每個運動單位進行控制，目前猜測中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運動目標(biāo)協(xié)作實現(xiàn)方式或者是關(guān)節(jié)水平運動方式進行控制，再由該環(huán)節(jié)傳達至各個運動單元。
二、運動控制的生物力學(xué)研究技術(shù)
（一）生物傳感器技術(shù)
目前生物傳感器技術(shù)在科學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，包括力量、肌電圖、加速度以及位移傳感器等等，這些技術(shù)相關(guān)專業(yè)的教科書以及很多文獻中都有涉及到。隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展三維陀螺儀運動測量技術(shù)應(yīng)運而生，在生物力學(xué)測量中可以對物體的運動速度、不同時間點的方位、角度等數(shù)據(jù)進行測量和記錄，因而可以應(yīng)用于疾病診斷和治療康復(fù)中，該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。
（二）生物力學(xué)建模與仿真
當(dāng)人體運動時除了肢體的外部狀態(tài)，肌肉狀態(tài)、關(guān)節(jié)連接處軟組織的形狀等也會發(fā)生一定的變化，而對這種形變進行觀察和研究的難度較大，因而可以將整個人體作為一個完整的運動系統(tǒng)并以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的人類肢體運動動力學(xué)研究方程，也可以將其稱為生物力學(xué)模型。研究方向以及研究切入點的不同都會對最終的模型構(gòu)建產(chǎn)生影響，一般來說任意運動的計算機模擬或者仿真需要應(yīng)用正向動力學(xué)知識和技術(shù)，而對肢體運動的外力因素進行測量時則需要應(yīng)用逆向運動學(xué)。
（三）運動學(xué)影像技術(shù)
影像技術(shù)在生物力學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用由來已久，隨著科技的進步和科研領(lǐng)域投入的提高，更多新型的運動學(xué)影像技術(shù)開始出現(xiàn)。高速熒光透視技術(shù)可以對人體運動狀態(tài)下的骨骼、關(guān)節(jié)的情況進行精確的分析，拍攝速度更快且由于無侵入性對人體的傷害也更小。將該技術(shù)應(yīng)用于人體醫(yī)療中將大大提高骨科檢驗的準確性。即時超聲波成像技術(shù)可以將人體運動狀態(tài)下的肌肉、肌腱等的形態(tài)包括肌纖維排列、肌肉羽狀角的情況進行成像。
三、運動控制的生物力學(xué)原理
運動控制涉及的生物力學(xué)原理較多，本文就其中幾個較為重要的原理進行分析闡述。人們在做出某個動作之前，為了提高動作的完成效果，往往會先做一個跟目標(biāo)動作方向相反的動作，例如扣籃時先將手臂抬高，一方面下扣動作的幅度更大，另一方面肌肉的彈力也會有所增大，下扣的力量隨之提高，這就是反向動作最佳起始力原理的典型表現(xiàn)。人體神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能的完善性，以及個體肌肉力量和爆發(fā)力量對于體育競賽成績有著重要的影響，在某些體育活動中，人們?yōu)榱双@取運動速度的最大沖量會采取一些助力措施，例如對于跳遠運動員來說，他們在進行跳遠前都會有助跑，鐵餅投擲運動員在投擲鐵餅時，也會有身體的旋轉(zhuǎn)運動等等，以上各項體育運動都是通過延長加速度時間和距離來增加力的作用效果，這體現(xiàn)的是運動速度的最大沖量原理。物體之間的碰撞效果一般會受到以下兩方面因素的影響，即物體質(zhì)量和速度這兩方面的影響，質(zhì)量與速度的乘積稱之為動量，生物力學(xué)中有打擊碰撞動量保持原理，該原理在運動控制中的體現(xiàn)有：網(wǎng)球的擊球、拳擊等等，運動員為了提高碰撞效果在確保撞擊速度時還會提高撞擊的力度。因此，對于運動員來說，一定要掌握運動控制的生物力學(xué)原理，進而將其在際運動中得到充分運用，這對提高運動員成績來說起著非常重要的作用。
四、結(jié)束語
綜上所述，生物力學(xué)的應(yīng)用可以在對關(guān)節(jié)力矩和分量進行分析的基礎(chǔ)上研究神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對肌肉收縮力矩的調(diào)節(jié)模式，主動的肌肉力矩在神經(jīng)系統(tǒng)的控制之下對運動產(chǎn)生的被動力矩進行對抗，在平衡的狀態(tài)之下完成肢體運動動作要求，生物力學(xué)的應(yīng)用大大降低了運動控制協(xié)調(diào)相關(guān)問題的理解難度。
關(guān)鍵詞：生物力學(xué) 運動 散打 教學(xué)
散打是一種以腿法為主的武技，實戰(zhàn)中步法的靈活運用對保證充發(fā)揮腿的威力，取得實戰(zhàn)的勝利具有極其重要的意義。但在教學(xué)中由于教師忽視人體組織結(jié)構(gòu)的解剖與生理特點，導(dǎo)致教學(xué)效果不明顯，甚至學(xué)生運動性損傷等情況比比皆是。運動生物力學(xué)應(yīng)用于散打教學(xué)，不僅有利于對動作的理解和分析，而且可以對動作技術(shù)推陳出新。在跆拳教學(xué)中，如何運用運動生物力學(xué)知識指導(dǎo)教學(xué)，這是我們散打教師和教練探討的熱點。
一、散打教學(xué)中運用生物力學(xué)知識的重要性
體育教學(xué)在向?qū)W生傳授運動技術(shù)的同時，必須首先講解運動技術(shù)的物力學(xué)特性，教會學(xué)生掌握合乎力學(xué)原理的技術(shù)動作，在掌握合理技術(shù)基礎(chǔ)上，盡量使每個學(xué)生按照其自身特點去改進技術(shù)動作。在力的作用，人體和由人所帶動的運動器械的運動狀態(tài)要發(fā)生數(shù)值和方向上變化，要揭示運動發(fā)生的原因和變化的情況，就必須研究運動的動力學(xué)特征。力學(xué)的基本任務(wù)是研究物體的運動和物體受力的關(guān)系。散打教學(xué)中，任何技術(shù)動作都是在人體自身的外力與內(nèi)力的整體作用下完成的，運動物力學(xué)是體育教學(xué)存在和發(fā)展的最重要的理論依據(jù)之一，體育教學(xué)與動生物力學(xué)原理交融滲透、密不可分。作為一名合格的體育教師，必須運動生理學(xué)、技能學(xué)、生物力學(xué)等基礎(chǔ)知識都有所了解。而在這些基礎(chǔ)性學(xué)科中，生物力學(xué)將使體育教師對人體運動的原理、影響人體運動的內(nèi)力外力作用，以及使物體產(chǎn)生運動的原因等有更好的理解，可幫助體育教識別技術(shù)。更為重要的是體育教師在教學(xué)中結(jié)合運動技術(shù)講授運動生力學(xué)知識，學(xué)生容易理解和掌握，克服了在教學(xué)中局限于對技術(shù)運動外的描述，能夠有效分析技術(shù)動作的優(yōu)劣。
二、運動生物力學(xué)知識在散打教學(xué)中的應(yīng)用
（一）身體平衡的破壞
在散打搏擊項群中并非始終要求提高身體穩(wěn)度保持平衡狀態(tài)，有時反而需要快速破壞自身或?qū)Ψ缴眢w的平衡。
1.主動進攻與防守。散打運動中攻防交替變換頻繁。然而無論進攻是防守都應(yīng)體現(xiàn)一個“快”字，即身體或肢體要快速啟動。要達到這一目的，運動員必須在有利于自己啟動的方向上有意識的減小自身的穩(wěn)度，以快速破壞平衡而提高啟動速度。例如，某運動員在連續(xù)進攻中，前一進攻動作完成后如何為后一進攻動作奠定基礎(chǔ)，使之便于身體動作加速，為肌肉正常工作創(chuàng)造條件就顯得十分重要。防守中也是如此，既要考慮自身的穩(wěn)度，又要注意為反擊創(chuàng)造條件。如果防守時過分增大穩(wěn)度是不利反擊的。一般情況下主動降低自身的穩(wěn)度，破壞其平衡的方法有：在提身體重心的同時將重心投影點移至支撐面的邊緣處，或者改變步態(tài)減小
支撐面積，或者改變身體的姿勢等，已達到降低身體在運動方向的穩(wěn)定度的目的。
2.破壞對方的平衡。從力學(xué)角度看，雙方在技術(shù)上的對抗實際上是雙方在某一方向的穩(wěn)定程度對抗。只要一方在某一方向的穩(wěn)度明顯大于對方的穩(wěn)度，在一定的力矩作用下就能首先使對方失去平衡。根據(jù)影響身體平衡的因素我們知道，對方重心的投影點至支撐面邊緣最近方向便是他身體平衡最不穩(wěn)定的方向，若能抓住此時機沿此方向施力，很容易破壞對方身體的平衡。要想沿某一方向破壞對方的平衡，進攻還必須注意調(diào)節(jié)好自身支撐面的形狀和重心投影點的位置，以加強本的再進攻方向的穩(wěn)度，這樣才能達到在保護自己的前提下破壞他人的
衡。
（二）身體平衡的主動恢復(fù)
當(dāng)運動員身體的平衡受到破壞又不能借穩(wěn)定力矩恢復(fù)初始平衡時，人體還能采用一些措施主動地恢復(fù)平衡。
1.補償運動。當(dāng)運動員身體開始失去平衡而傾斜時，人體的相應(yīng)環(huán)節(jié)發(fā)生位置的改變，以調(diào)整人體姿勢，使身體重心的投影點重新回到支撐內(nèi)，恢復(fù)初始平衡。例如人體重心向左偏移時，人體的上肢或軀干主動向右移動以抵消重心的偏移量。
2.改變支撐面。當(dāng)運動員偏平衡位置較遠，平衡嚴重受到破壞時，補償動作便失去作用。這時人體可以采用改變支撐點，形成新的支撐面的方法重新建立平衡或恢復(fù)初始平衡狀態(tài)。改變支撐面的方法有兩種：一是沿著重心偏移方向擴大支撐面，使重心投影點位于新的支撐面，使重心投影點位于新的支撐面；另一種方法是改變支撐面的形狀，使人體重心投影點重新回到新的支撐面內(nèi)。
（三）重心位置偏前或偏后的實戰(zhàn)姿勢
1.重心位置偏前的實戰(zhàn)姿勢特點。當(dāng)兩腳呈前后站立支撐時，如身體過于前傾，軀干與水平面的夾角偏小，則使身體遷移。此時，前腿各環(huán)節(jié)受力大于后腿。這種實戰(zhàn)姿勢是不利于進攻的。因為進攻就要體現(xiàn)一定的效果（動作速度和擊打力量），而制約打擊效果的直接因素之一是整個身體運動的幅度。因此，只有將身體重心適當(dāng)后移，才能達到使身體更好遷移的目的，才便于腿的進攻。根據(jù)運動中移動重心原則可知，支撐重心的腿，能使身體做奔騰、跳躍動作，還能抬腿移步；非支撐重心的腿（虛腿）則可以做橫踢和下劈以及移步動作，
但不能是身體騰起、跳躍。由此看來，身體重心在水平面的投影與支撐腳的間距影響著身體的穩(wěn)定性，虛腿只起輔助作用，進攻則全靠虛腿。從身體遷移的幅度、速度和擊打力量考慮，重心都不能過于偏前。
2.重心位置偏后的實戰(zhàn)姿勢特點。當(dāng)腳步呈前后站立支撐時，如身體過于后傾，則使身體重心偏后。此時后支撐腿各環(huán)節(jié)的受力大于前腿。這種姿勢既有利于提高前腿的進攻速度和力量，又能增大雙方的間距使自己免受擊打。但由于身體的重量主要右后腿承受，因而不利于快速后退或防守反擊。在此狀態(tài)下，對前腿的反應(yīng)速度要求較高，一旦要向后退防守時，前腿需快速有力蹬地，推動身體向后運動，免受對手的擊打。
3.重心位置偏低的實戰(zhàn)姿勢。無論兩腳是前后或左右站立，下蹲支撐時兩腳間距較大，下肢各關(guān)節(jié)彎曲度大，都會使身體重心自然降低，因而增大了支撐面，身體的穩(wěn)定性較好。但此狀態(tài)下下肢各關(guān)節(jié)伸肌的負擔(dān)較重，不利于快速啟動和步伐的調(diào)整。此外還會造成下肢肌肉的疲勞。因此在實戰(zhàn)中不宜長時間的保持這種姿勢。
4.重心位置偏高的實戰(zhàn)姿勢。身體自然放松，兩腳間距小，兩膝彎曲不大，身體重心則偏高。此時下肢各關(guān)節(jié)肌肉的負荷較小，肌肉不宜疲勞，有利于進攻與防守。但不利之處在于動作預(yù)兆較大，容易暴露戰(zhàn)術(shù)意圖，且支撐面較小，身體的穩(wěn)定性較差。
三、結(jié) 論
經(jīng)過幾年的訓(xùn)練和教學(xué)工作。筆者認為：在散打教學(xué)中傳授生物力學(xué)知識，可有助于教師選擇正確的方法和手段，使教學(xué)合理、科學(xué)，從而達到提高教學(xué)質(zhì)量目的，促進教師自身理論水平的提高。在體育教學(xué)中，普及不可缺少的有關(guān)生物力學(xué)知識，比單純講技術(shù)效果要好，它不但可以使學(xué)生了解技術(shù)動作的本質(zhì)、掌握合理技術(shù)、識別技術(shù)動作的優(yōu)劣，而且可以幫助學(xué)生正確學(xué)習(xí)技術(shù)和新項目，學(xué)會自我保護方法，防止傷害事故的發(fā)生。學(xué)生們普遍反映，在體育課中講授生物力學(xué)知識使他們既掌握了技術(shù)動作的關(guān)鍵，又使所學(xué)的知識有機地結(jié)合起來，同時進一步使學(xué)生認識到體育不僅僅是跑跑、跳跳，而且是大有學(xué)問的一門學(xué)科。
參考文獻：
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隨著干細胞研究的迅速進展，“再生醫(yī)學(xué)”已成為21世紀生命科學(xué)領(lǐng)域里的前沿學(xué)科。我校與附屬太和醫(yī)院共同投入1500余萬元，按國際標(biāo)準建成了以人胚干細胞研究為核心的“再生醫(yī)學(xué)研究所”（省衛(wèi)生廳重點實驗室）。2003年，研究所從美國購買了人胚干細胞系（H1）并成功地進行了復(fù)蘇、培養(yǎng)和傳代。2004年3月引進了加籍華僑李東升博士（曾在美國威斯康星大學(xué)WiCell人胚干細胞研究所從事干細胞研究多年，師從人胚干細胞之父Thomson教授）主持研究所的科研工作。截至目前，該所已與數(shù)家國內(nèi)外一流的科研單位建立了合作關(guān)系，并先后承擔(dān)了省市科研項目100余項，20余項科研成果獲省市科技進步獎。另外，作為研究生培養(yǎng)的重要基地，該所已培養(yǎng)碩士40余名，博士2名。在學(xué)院科學(xué)研究和人才培養(yǎng)中，該所正發(fā)揮著越來越重要的作用。
依托省級重點學(xué)科，高標(biāo)準建成臨床醫(yī)學(xué)研究所
學(xué)院內(nèi)科學(xué)、外科學(xué)是湖北省重點學(xué)科，學(xué)科建設(shè)基礎(chǔ)較好。為了推動這兩個學(xué)科快速發(fā)展，學(xué)校投資600余萬元與附屬人民醫(yī)院共建了臨床醫(yī)學(xué)研究所，并從北京醫(yī)科大學(xué)引進王家寧博士（主要從事再狹窄防治的研究）主持研究所的工作。由于研究所擁有成熟的分子生物學(xué)技術(shù)，因此吸引了多位外省的博士和碩士研究生來此進行課題研究工作。該所先后指導(dǎo)50余名研究生，已在國內(nèi)外核心期刊上100余篇，其“重組人VEGF腺病毒載體及其應(yīng)用”獲國家專利。
依托特色學(xué)科，建成高標(biāo)準基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所和生殖醫(yī)學(xué)研究中心
作為一所地方醫(yī)學(xué)本科院校，要想在國內(nèi)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域占有一席之地，在科研方面就必須走特色發(fā)展之路?！熬盼濉?、“十五”期間，學(xué)校在特色發(fā)展上進行了有益探索。
肩鎖關(guān)節(jié)脫位是臨床常見的脫位之一，約占全身關(guān)節(jié)脫位的3.2%，肩部損傷的12%。多因為暴力作用于肩鎖關(guān)節(jié)，導(dǎo)致肩鎖關(guān)節(jié)部分或全部失去正常的對合關(guān)系。本文就當(dāng)前國內(nèi)外對于肩鎖關(guān)節(jié)脫位的各種手術(shù)方法作如下綜述。1 各種手術(shù)方法
1.1 肩鎖關(guān)節(jié)的修復(fù)，固定及重建 克氏針張力帶內(nèi)固定術(shù)是AO學(xué)會早期推薦用于治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位的方法，現(xiàn)基層醫(yī)院應(yīng)用極廣，其原理為克氏針通過肩鎖關(guān)節(jié)然后鋼絲八字捆扎起到固定克氏針的作用。其優(yōu)點有：手術(shù)時間短，加壓均勻，充分吸收肩鎖關(guān)節(jié)各方向尤其是水平及縱向的張力，符合肩鎖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)要求。缺點：由于克氏針固定須經(jīng)肩鎖關(guān)節(jié)固定，不但破壞了肩鎖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨、關(guān)節(jié)軟骨盤，而且限制了肩鎖關(guān)節(jié)的微動的需要，從而產(chǎn)生了肩關(guān)節(jié)僵硬和疼痛等并發(fā)癥，如患者活動過大，尤其是過度前伸和外展，容易發(fā)生退針、斷針甚至刺破胸腔損傷心、肺臟等嚴重并發(fā)癥。喙鎖間鋼絲內(nèi)固術(shù)是應(yīng)用鋼絲固定于喙突根部及喙突正上方的鎖骨之間。其手術(shù)設(shè)計者初衷寄望于僅修復(fù)喙鎖韌帶達到修復(fù)的效果，從而達到避免破壞肩鎖關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)軟骨及纖維軟骨盤的目的。但鋼絲因肩關(guān)節(jié)的活動及本身的生物力學(xué)屬性，易產(chǎn)生疲勞性斷裂，手術(shù)翻修的病例不在少數(shù)。近年來，有部分學(xué)者應(yīng)用鈦纜修復(fù)喙鎖韌帶來治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位并取得良好的效果。鈦纜具有一定的彈性，相對于普通鋼絲，其抗拉力強度是其3-6倍，抗疲勞能力為9-48倍［1，2］。非常符合肩鎖微動的需要。同時，鈦纜具有良好的生物相容性，筆者認為是一種值得推薦的手術(shù)方法。但手術(shù)也存在一定的問題：如術(shù)中鈦纜收縮過緊，發(fā)生喙突或者鎖骨撕脫性骨折的可能。同時鈦纜價格較貴，不是所有患者都能接受。
1.2 喙鎖韌帶的修復(fù)，固定及重建 當(dāng)前應(yīng)用較多的包括Bosworth法、喙鎖韌帶動力重建和喙鎖韌帶靜力重建三種方法。
1.2.1 Bosworth法具體步驟為將一枚加壓螺絲釘加壓固定于鎖骨與其下的喙突之間，同時需修復(fù)肩鎖韌帶加強肩鎖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，而喙鎖韌帶因螺釘固定無需處理。該方法缺點同克氏針張力帶內(nèi)固定術(shù)一樣，因植入的螺釘妨礙肩胛骨與鎖骨的同步旋轉(zhuǎn)功能，限制了肩鎖關(guān)節(jié)的微動，臨床報道螺釘松動滑動導(dǎo)致手術(shù)失敗的例數(shù)不在少數(shù)，目前較少應(yīng)用。
1.2.2 靜力重建 Weaver和Dunn于最早提出此手術(shù)方案，具體操作為鎖骨遠端切除然后將喙肩韌帶自肩峰切斷轉(zhuǎn)移至鎖骨遠端，但事實證明其強度仍不夠。遂后出現(xiàn)了自體或異體肌腱進行喙鎖韌帶重建的報道，包括肱二頭肌長短頭、掌長肌腱、髂脛束、自體闊筋膜移植等。但也有人認為其固定作用還是不夠強，需要一定的外固定給予適當(dāng)?shù)谋Ｗo，否則術(shù)后會產(chǎn)生再脫位的可能；而且，隨著人體的活動的增多及本身血運的不足，移植的肌腱不可避免的出現(xiàn)變性及退化現(xiàn)象。
組織工程學(xué)的進步與發(fā)展拓寬了人們的視角，不斷有臨床報道將人工合成材料運用于臨床領(lǐng)域，目前重建肩鎖韌帶的人工材料應(yīng)用較多的有生物可吸收縫線、生物聚酯韌帶等，通過與常規(guī)手術(shù)對比，療效滿意。楊志明等［3］將胚胎肌腱進行分離并在體外培養(yǎng)，成體后用于TossyⅢ型肩鎖關(guān)節(jié)脫位及鎖骨遠端骨折的患者，取得滿意療效，也沒有出現(xiàn)排異現(xiàn)象，但實驗病例數(shù)過少。李曉東等［4］用高分子聚苯乙烯線重建喙鎖韌帶也取得不錯的效果，因此材料有一定的伸縮性及強度，較符合肩鎖關(guān)節(jié)的微動的特點。此類方法是以后的研究方向，但操作繁瑣，費用不菲，仍未出現(xiàn)成品滿足臨床需求。
隨著Endobutton鋼板對膝部交叉韌帶損傷的廣泛運用，對肩鎖關(guān)節(jié)脫位韌帶的重建成為時下的熱點。其方法為在喙突及上方的鎖骨端鉆孔，采用Endobutton鋼板與Ethibond縫線通過所穿的骨洞進行固定。理論表明，此法較符合肩鎖關(guān)節(jié)的生物解剖，且與膝關(guān)節(jié)韌帶重建一樣具有良好的穩(wěn)定性。但由于是新興手術(shù)，也存在一定的弊端：首先，帶袢Endobutton鋼板不是專為肩鎖關(guān)節(jié)而設(shè)計，在鋼板的規(guī)格上存在是否需重新設(shè)計；其次，介于鎖骨及喙突之間Ethibond縫線的長度和松緊度沒有一定的標(biāo)準；此外，在喙突及鎖骨處的鉆孔不能太大，否則容易造成撕脫性骨折導(dǎo)致手術(shù)的失敗，這點對于老年骨質(zhì)疏松的患者尤為注意；最后，采用Endobutton鋼板、Ethibond縫線等材料比單純應(yīng)用鋼板費用更貴，患者需要一定的經(jīng)濟基礎(chǔ)。
1.2.3 動力性重建 1965年Dewar等首次應(yīng)用此法治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位，其具體操作為將喙突的上端連同肱二頭肌短頭和喙肱肌聯(lián)合肌腱在此的附著處鑿下，將其固定于上方的鎖骨處。Dewar手術(shù)既滿足了肩鎖關(guān)節(jié)靜力學(xué)的穩(wěn)定，又滿足了其動力學(xué)重建需要。聯(lián)合肌腱的移位代替了喙鎖韌帶的功能，是生物學(xué)靜力學(xué)固定，而肌肉的緊縮可糾正肩鎖關(guān)節(jié)的脫位并保持持續(xù)的穩(wěn)定，是生物動力學(xué)固定。林斌等［5］對Dewar手術(shù)與鉤鋼板及張力帶內(nèi)固定治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位的生物力學(xué)進行了比較后認為，認為Dewar手術(shù)后肩鎖關(guān)節(jié)活動略大于正常狀態(tài)，但與正常狀態(tài)下肩鎖關(guān)節(jié)的活動最接近。吳其常［6］通過比較幾種不同手術(shù)方法的療效，證實林斌的生物力學(xué)觀點，但遂后發(fā)現(xiàn)術(shù)后易出現(xiàn)肩峰撞擊綜合癥。因此，CozmaT建議在該手術(shù)的基礎(chǔ)上切除0.5-1cm即改良型Dewar手術(shù)，術(shù)后極大避免了此并發(fā)癥的發(fā)生。此方案的缺點為后期難以維持解剖復(fù)位，易形成關(guān)節(jié)不穩(wěn)，但患者疼痛的幾率并不很高。
1.3 肩鎖關(guān)節(jié)融合固定術(shù) 因肩鎖關(guān)節(jié)在肩外展提供20%的功能，如肩鎖關(guān)節(jié)融合會對患者的活動產(chǎn)生很大的影響，故肩鎖關(guān)節(jié)固定融合不為常規(guī)手術(shù)，但老年患陳舊性者，因其功能要求不高，常規(guī)手術(shù)效果差，可適用于此法。另外其他手術(shù)術(shù)后反復(fù)脫位的患者也可用融合術(shù)作為其最終的治療方案。
1.4 肩鎖關(guān)節(jié)內(nèi)固定術(shù) 肩鎖關(guān)節(jié)內(nèi)固定術(shù)最先由Hachkenbmch等采用，在治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位上效果良好。由于操作簡單，固定穩(wěn)定，目前逐漸成為手術(shù)治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位的主流手術(shù)方法。其原理為通過杠桿作用，平衡鎖骨的張力，為肩鎖韌帶和喙鎖韌帶的修復(fù)創(chuàng)造了無張力的環(huán)境，并且手術(shù)保留了肩鎖鋼板鉤端在肩峰軟骨面一定范圍滑動，非常符合肩鎖關(guān)節(jié)本身微動的生理特點。固定穩(wěn)妥同時允許關(guān)節(jié)適量活動，這是其他手術(shù)都難以具備的，同時內(nèi)固定術(shù)兼有操作簡單、創(chuàng)傷損傷小等優(yōu)點，這些優(yōu)點成就了其成為主流手術(shù)的原因。
當(dāng)前，國內(nèi)醫(yī)院采用的鎖骨鉤鋼板主要有WORTER鎖骨鉤鋼板和AO鎖骨鉤鋼板兩種。前者通過鎖骨遠端的鋼板和穿過肩峰鈍鉤的雙重固定，為復(fù)位的肩鎖關(guān)節(jié)提供一個相對制動的平臺，從而利于已斷裂肩鎖韌帶的修復(fù)。胡勇等［7］應(yīng)用此技術(shù)治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位及鎖骨外端骨折均有良好的效果并主張大力推廣此法的運用。但Wolter鉤鋼板也存在一定的弊端，即手術(shù)的復(fù)雜性較大，尤其在肩峰的穿孔時，其部位、角度以及方向都要非常的精確，如反復(fù)鉆孔會產(chǎn)生劈裂性骨折及孔過大固定不穩(wěn)等情況。因此，相對于AO鉤鋼存在手術(shù)時間長、出血量多等缺點。
相對而言，AO鉤鋼板因設(shè)計更為簡單、手術(shù)時間短、允許肩鎖關(guān)節(jié)微動等優(yōu)點，在臨床運用上更為主流，且效果確切。韓綱等［8］應(yīng)用AO鉤鋼板手術(shù)技術(shù)治療Tossy Ⅲ型肩鎖關(guān)節(jié)脫位并對其中大部分患者進行術(shù)后隨訪，鋼板無滑脫及斷裂現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)一部分患者其肩部活動受限，表現(xiàn)為外展不能平肩等。故作者認為取出鋼板有利于患者的功能恢復(fù)，究其原因，考慮為鋼板的鉤端侵占了正常的解剖空間，與肩峰下因鋼板的鉤端與正常組織的磨損形成滑囊及炎癥物質(zhì)等，所以會產(chǎn)生肩部異樣及疼痛感，且外展活動受限的表現(xiàn)。
1.5 微創(chuàng)手術(shù) 隨著微創(chuàng)在關(guān)節(jié)、腹腔、肺臟領(lǐng)域的廣泛運用，部分臨床工作者采用微創(chuàng)手術(shù)來治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位。同其他部位的微創(chuàng)手術(shù)一樣，具有創(chuàng)傷小，能夠發(fā)現(xiàn)小的病變的特點，而且手術(shù)直觀可靠，無需術(shù)中C臂輔助。Daniel P［9］等在關(guān)節(jié)鏡下行喙鎖韌帶重建手術(shù)，術(shù)后患者功能恢復(fù)良好，隨訪未有并發(fā)癥的發(fā)生。但該手術(shù)的病例不多，隨訪時間不長，其效果仍需進一步去驗證。
1.6 鎖骨遠端切除術(shù) 鎖骨主要由斜方肌、胸鎖乳突肌、胸大肌等附著，其遠端的肌肉附著相對較少，此手術(shù)的基礎(chǔ)為對頸部及肩部的影響相對較少而又減少了肩峰對鎖骨遠端的撞擊。但Eskola等［11］所做的報告認為，肩鎖關(guān)節(jié)脫位常伴有喙鎖、肩鎖韌帶的斷裂，此手術(shù)不能解決畸形和穩(wěn)定的問題，本手術(shù)不值得開展。龔曉峰等［12］認為，鎖骨遠端切除術(shù)并不適用于急性肩鎖關(guān)節(jié)脫位患者，術(shù)后回訪發(fā)現(xiàn)常合并陳舊性脫位，并出現(xiàn)肩鎖關(guān)節(jié)處疼痛。目前，較少單獨應(yīng)用鎖骨遠端切除術(shù)治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位。
1.7 外固定器固定術(shù) 馬儉凡陳源等［13］自制了外固定器，其原理與外固定支架類似。缺點是克氏針制成的外固定器應(yīng)力遮擋較差，易變型。但為堅強的外固定支架提供了雛形。
1.8 多種方法聯(lián)合應(yīng)用 如改良Dewar手術(shù)，即肩鎖關(guān)節(jié)的靜力學(xué)和動力學(xué)重建的基礎(chǔ)上截去0.5-1cm鎖骨遠端切除來預(yù)防遠期的肩峰撞擊綜合癥；AO肩鎖鉤板固定后行肩鎖或者喙鎖韌帶的修復(fù)以達到更完美的生物力學(xué)以及減少鋼板取出后再脫位的可能；采用Endobutton鋼板技術(shù)既是對喙鎖韌帶重建，又在手術(shù)當(dāng)中采用關(guān)節(jié)鏡技術(shù)等。2 問題和展望
綜上所述，對肩鎖關(guān)節(jié)脫位治療方法很多，各種手術(shù)方式都存在它的優(yōu)點和弊端。比如：保守治療制動時間長患者難以耐受、螺絲釘加壓法斷釘及活脫的發(fā)生率較高；Dewar手術(shù)遠期會出現(xiàn)肩峰撞擊綜合癥等。筆者認為關(guān)節(jié)鏡下行鈦纜或者雙Endobutton鋼板可以成為以后的研究方向，雖然目前臨床病例相對較少，手術(shù)操作要求高，而且需要熟練的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)經(jīng)驗，但具有創(chuàng)傷少，固定牢固等優(yōu)點。另外實驗證明，改良Dewar術(shù)肩鎖關(guān)節(jié)最接近于自然狀態(tài)下肩鎖關(guān)節(jié)的活動。國內(nèi)臨床效果僅限于鎖骨鉤鋼板及AO克氏針張力等主流手術(shù)的比較，因此，比較上述幾種手術(shù)方式的術(shù)后療效，評判其效果具有重要的臨床意義。
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【關(guān)鍵詞】胸椎椎弓根螺釘
1胸椎椎弓根的應(yīng)用解剖
1.1胸椎椎弓根螺釘?shù)倪M釘點
胸椎手術(shù)成功的關(guān)鍵在于找好準確的進釘點，熊傳芝等[3]指出,椎弓根較大的變異性是不良置釘率居高不下最重要的原因之一。吳超等[4]認為椎板外緣及上緣對椎弓根的定位有重要的解剖學(xué)價值。史亞民等[5]測得螺釘進釘點T9與T12位于橫突根部中點,T10位于橫突根部上緣,T11位于橫突根部中上1/3點。殷渠東等[6]發(fā)現(xiàn)下胸椎進釘點的水平線應(yīng)在橫突上部、而腰椎在橫突中上部。
1.2胸椎椎弓根螺釘?shù)倪M釘方向、椎弓根螺釘長度、直徑和生物力學(xué)的關(guān)系
螺釘?shù)闹萌敕较驅(qū)ζ涔潭◤姸却嬖谝欢ㄓ绊憽ouis[10]認為在上胸椎有15-20°的內(nèi)斜角,中下段胸椎螺釘直向前。根據(jù)Ebraheim[11]的數(shù)據(jù),T1-2為30-40°,T3-11為20-25°,T12為10°左右。研究表明,在5-30°的范圍內(nèi),隨著內(nèi)聚角的增加,椎弓根螺釘?shù)陌殉至σ苍龃?。等研究表明，與短螺釘相比，長螺釘在體內(nèi)承受的彎曲力矩增加16%，同時平行植入與7°成角植入其彎曲剛度兩者相差25%，螺釘植入的傾斜更符合力學(xué)原則。螺釘?shù)拈L度與把持力有很大關(guān)系，有人主張螺釘長度盡可能達到椎體前緣皮質(zhì)。
1.3孔道準備及孔道失敗后的救措施
釘?shù)罍蕚洌郝莸肋^深過大，均能減小骨質(zhì)對螺釘?shù)摹拔樟Α?。對于安裝螺釘前孔道是否需要攻絲缺乏研究，Zindrick同時發(fā)現(xiàn)攻絲對拔出力量無影響。運用打入螺釘和擰入螺釘比較，發(fā)現(xiàn)無顯著差別。對于固定失效后的孔道準備，Pfeifer在研究修復(fù)材料時采用碎骨片、火柴棒骨質(zhì)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分別填充失效的椎弓根孔道后再用螺釘固定，比較后發(fā)現(xiàn)拔出力依次可獲得失效前的70%、56%和149%，所以對于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以對于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修復(fù)材料填充后再次固定。
1.4螺釘螺紋對生物力學(xué)的影響
內(nèi)錐螺紋釘與外錐螺紋釘?shù)脑O(shè)計有許多相似之處,均克服了松質(zhì)骨螺釘中應(yīng)力集中點,使斷釘?shù)陌l(fā)生率明顯降低。本實驗中在克服拔釘?shù)倪^程中,外錐螺紋釘優(yōu)于內(nèi)錐螺紋釘。有報道70%為最佳的螺釘與椎弓根面積比,并且當(dāng)面積比大于90%時拔出力增加不明顯,卻易發(fā)生爆裂骨折。
1.5螺釘?shù)膸缀涡螒B(tài)、螺釘?shù)牟牧?/p>
kwok等對相似大小的圓錐體形螺釘和圓柱形螺釘進行對比研究，發(fā)現(xiàn)二者的拔出強度無明顯差別，圓錐形螺釘能明顯增加螺釘?shù)闹萌肱ぞ?，但圓柱形螺釘?shù)闹萌肱ぞ嘏c拔出強度無明顯相關(guān)性。結(jié)果表明鈦合金比不銹鋼螺釘具有較高的扭矩和扭轉(zhuǎn)剛度；螺釘拔出和松動是橫向負荷和軸向拔出力綜合作用的結(jié)果。
1.6胸椎椎弓根螺釘技術(shù)存在的不足
在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”單元（Pedicle-ribunit,以下簡稱PRU）螺釘?shù)墓潭ǚ椒?，較置入椎弓根螺釘安全。Misenhimer等的研究結(jié)果也表明,椎弓根釘占據(jù)椎弓根橫徑的80%就會發(fā)生椎弓根膨脹、變形或骨折。因此,在橫徑
2胸椎肋橫突結(jié)合區(qū)螺釘?shù)倪M釘點及進釘方向
國外學(xué)者對肋橫突結(jié)合區(qū)進釘方法進行了研究。他們設(shè)計的方法進釘點均在橫突末端或者肋橫關(guān)節(jié)上，螺釘末端外偏角度較大，這就使術(shù)者在術(shù)中操作器械很困難，術(shù)者不論是采取鋼板連接還是采取固定棒連接，都不能保證螺釘和固定棒或固定鋼板之間的良好接觸，這樣就會增加螺釘折斷的機會。孫建民等以尾傾0-10°進釘，置入24枚PRU螺釘全部成功。椎弓根外置釘技術(shù)采用的螺釘直徑大小取決于椎弓根的高度和PRU的寬度。
3肋橫突結(jié)合區(qū)進釘?shù)牟蛔?/p>
肋椎關(guān)節(jié)為球窩關(guān)節(jié),有一定的活動性,臨床上有肋椎關(guān)節(jié)退變造成胸背痛的報道,經(jīng)肋椎關(guān)節(jié)固定是否也會造成上述癥狀,仍需觀察。相信在不遠的將來，隨著對胸椎椎弓根-肋單元橫突結(jié)合區(qū)置釘技術(shù)的安全性評價及生物力學(xué)研究的進一步深入，在工程師、解剖學(xué)家和臨床醫(yī)師的共同努力下，胸椎椎弓根-肋單元橫突結(jié)合區(qū)置釘技術(shù)會成為越來越成熟且有效的手術(shù)方法，會有越來越多的患者從中受益。
參考文獻
中圖分類號：U172 文獻標(biāo)識碼：A
由于相關(guān)行業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展同步，使得力學(xué)在其中多項技術(shù)的發(fā)展中起著重要的甚至是關(guān)鍵的作用。力學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生既可以從事力學(xué)教育與研究工作，又可以從事與力學(xué)相關(guān)的機械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程專業(yè)的設(shè)計與研究工作，還可以從事數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地球或生命等基礎(chǔ)學(xué)科的教育與研究工作。從這個意義上講，力學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的對口是非常寬的，社會對力學(xué)人才的需求也是很多的。
隨著力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，在本世紀將產(chǎn)生一些新的學(xué)科結(jié)合點，如生物醫(yī)學(xué)工程、環(huán)境與資源、數(shù)字化信息等。經(jīng)典力學(xué)與納米科技一起孕育了微納米力學(xué)將力學(xué)知識應(yīng)用于生物領(lǐng)域產(chǎn)生了生物力學(xué)和仿生力學(xué)；這些都是近年來力學(xué)學(xué)科發(fā)展的亮點?？梢灶A(yù)料，隨著社會的發(fā)展，力學(xué)學(xué)科與環(huán)境和人居工程等專業(yè)的學(xué)科交叉也將會進一步加強。
1工程力學(xué)研究方向
主要學(xué)習(xí)力學(xué)、數(shù)學(xué)基本理論和知識，受到必要的工程技能訓(xùn)練，具有應(yīng)用計算機和現(xiàn)代實驗技術(shù)手段解決與力學(xué)有關(guān)的工程問題的基本能力。畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識與能力：
（1）具有較扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)，較好的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)基礎(chǔ)及正確運用本國語言、文字的表達能力；
（2）較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，主要包括固體力學(xué)、流體力學(xué)、電工與電子技術(shù)、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識；
（3）具有較強的解決與力學(xué)有關(guān)的工程技術(shù)問題的理論分析能力與實驗技能；
（4）具有較強的計算機和外語應(yīng)用能力；
（5）具有較強的自學(xué)能力、創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì)。
主干學(xué)科：力學(xué)。主要課程：理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、電工與電子技術(shù)、計算機基礎(chǔ)知識及程序設(shè)計。
2工程力學(xué)發(fā)展趨勢與學(xué)科交叉
（1）固體力學(xué)方面：
經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的模型和體系可能被突破，它們可能將包括某些對宏觀力學(xué)行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及它們的演化，從而使復(fù)合材料的強化、韌化和功能化立足于科學(xué)的認識之上。固體力學(xué)的發(fā)展，必將推動科學(xué)和工程技術(shù)的巨大進步。
（2）流體力學(xué)方面：
為了盡可能多地開采地下油氣，需要深入研究滲流機理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機制。
化工流程的設(shè)計，很大程度上歸結(jié)為流體運動的計算問題。由于流動的復(fù)雜性，針對若干典型化工設(shè)備進行深入的研究，將為化工設(shè)計和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等提供新方法和基礎(chǔ)。而復(fù)雜流場計算需要各種計算方法和理論，必須發(fā)展新的計算機軟硬件，這就必須在計算流體力學(xué)上投入更大的力量。
（3）一般力學(xué)方面：
隨著技術(shù)的發(fā)展，諸如機器人、人造衛(wèi)星和高速列車等等領(lǐng)域的發(fā)展，亟需解決多體系統(tǒng)的運動和控制、大尺度柔性部件和液體的運動穩(wěn)定性、車輛與軌道作一個高度復(fù)雜非線性系統(tǒng)等的建模，求解理論和方法等的研究分析。
一般力學(xué)近來已經(jīng)進入生物體運動的研究，例如研究人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學(xué)問題。其研究結(jié)果可提供生物進化論方向的理性認識，也可為提高某些機構(gòu)、機械的性能提供指導(dǎo)。
（4）力學(xué)與其他學(xué)科的交叉：
所為學(xué)科的交叉可分三類：學(xué)科內(nèi)部不同分支交叉，例如流體彈性力學(xué)；兩種不同學(xué)科間的交叉，例如物理力學(xué)；兼有前兩者的特點，例如爆炸力學(xué)、物理化學(xué)滲流、生物力學(xué)等。
交叉學(xué)科并非兩個學(xué)科或分支學(xué)科的簡單加合，它基于源學(xué)科又有區(qū)別，它的發(fā)展有利于發(fā)展新學(xué)科并促進源學(xué)科的發(fā)展。
20世紀力學(xué)已經(jīng)與工程交叉產(chǎn)生了工程力學(xué)，與地學(xué)結(jié)合產(chǎn)生了地球流體力學(xué)，與生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)結(jié)合產(chǎn)生了生物力學(xué)等等。
3工程力學(xué)學(xué)習(xí)技巧與方法
主管單位：衛(wèi)生部
主辦單位：衛(wèi)生部口腔種植科技中心
出版周期：季刊
出版地址：四川省成都市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1007-3957
國內(nèi)刊號：51-1493/R
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發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1996
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中圖分類號： G 884 文章編號：1009-783X（2013）06-0573-04 文獻標(biāo)志碼： A
Research on the Comparison of Snatch Technical Parameters of Female Weightlifters on Different Levels
WANG Xiangdong1，REN Jingping2，XU Wenquan3
Abstract：In this paper，10 elite women weightlifting athletes and 10 ordinary women weightlifters are tested through comparing the technical parameters of excellent weight lifting athletes and normal athletes，and find that：（1）There is not much difference between elite athletes and ordinary athletes on the maximum barbell speed and the rising height of barbell on the inertia rise stage and there is no significant statistically difference.（2）In the stretching knee and lifting barbell stage，ordinary athletes of knee joint angle and hip joint angle changes are greater than those of the elite athletes，while in the stretching body and barbell accelerating phase，changes of knee joint angle，hip joint angle and trunk angle are greater than those of the ordinary athletes，but there are no significant differences.（3）In the stretching knee and lifting barbell stage，the barbell height percentage and effective work percentage of ordinary athletes are greater than those of elite athletes，and in the stretching body acceleration phase and barbell inertia rising stage，the barbell height percentage and effective work percentage of elite athletes are higher than those of ordinary athletes，but there are no significant differences.（4）In each action stage，outstanding athletes’ relative average power and relative effective force are greater than the ordinary athlete，especially in the stretching body acceleration phase，elite athletes show more obvious advantages.These differences indicate that excellent athletes have better explosive force level and the action is also more reasonable than that of ordinary athletes.
Key words：female weightlifting；snatch；sport biomechanics；high speed camera
收稿日期：2013-07-12
作者簡介：王向東（1973—），男，山西人，博士，研究員，研究方向為運動生物力學(xué)；任景萍（1970—），女，研究方向為運動人體科學(xué)：徐文泉（1969—），男，副教授，研究方向為運動訓(xùn)練學(xué)。
女子舉重作為我國的優(yōu)勢項目，從2000年至今共計奪取了14枚奧運會金牌。關(guān)于女子舉重的生物力學(xué)研究有許多，但是多數(shù)文章都將優(yōu)秀運動員作為研究對象[1-4]，對普通女子舉重運動員的抓舉動作技術(shù)研究很少見到，尤其從運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)對比優(yōu)秀運動員和普通運動員技術(shù)上的差異的研究還未見到。由于測試時要求對運動員作動作無干擾、非接觸[5]，通過攝像、解析獲取抓舉動作技術(shù)參數(shù)是舉重科研界最常用的手段。采用在杠鈴上安裝傳感器等動力學(xué)手段，不但會干擾運動員做動作，而且比賽中也不允許；因此，通過動力學(xué)測試手段很難獲取運動員真實的技術(shù)參數(shù)。高速攝像的普及和精度的提高使科研人員通過運動學(xué)測量、經(jīng)過計算推導(dǎo)獲得抓舉的動力學(xué)參數(shù)（功、功率和等效力等）成為可能。
本文主要是運用高速攝像采集系統(tǒng)對不同水平運動員的抓舉動作技術(shù)進行錄像采集并通過運動解析手段對技術(shù)動作進行分析，得到不同水平運動員抓舉動作各階段的相關(guān)指標(biāo)。通過對不同水平運動員的常用技術(shù)指標(biāo)進行對比研究，看優(yōu)秀運動員和普通運動員在動作技術(shù)參數(shù)上是否存在差異，進而揭示優(yōu)秀運動員的技術(shù)特征，為舉重技術(shù)診斷提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究對象與方法
1.1 研究對象
本文選取了2011年女子舉重亞錦賽和2011年女子全國冠軍賽的7個級別的20名女子舉重運動員作為研究對象。本研究中選取的10名優(yōu)秀運動員均為各級別的前2名，選取的10名普通運動員均為各級別的后2名。具體情況見表1。
表 1 運動員情況 （n=20）
1.2 研究方法
1.2.1 高速攝像法
在比賽現(xiàn)場運用星高鈦高速攝像采集系統(tǒng)（XGT-BAS-1S）對運動員的比賽動作進行平面定點拍攝（拍攝頻率為100 Hz，拍攝位置為舉重運動員的正側(cè)面，攝像機位置與運動員距離10 m左右，攝像機的主光軸對準運動員的髖關(guān)節(jié)），如圖1所示。
1.2.2 錄像解析法
將拍攝的動作視頻導(dǎo)入到星高鈦解析軟件，根據(jù)抓舉技術(shù)特點選取運動員的肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和杠鈴片中心5個點進行建模并逐幅解析（如圖2所示）。解析后導(dǎo)出每個運動員在5個特征畫面的髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度的變化情況、杠鈴上升高度和杠鈴上升花費時間的變化數(shù)據(jù)及4個動作階段的膝角、髖角和軀干角的變化及杠鈴上升高度的變化情況。
圖 1 高速采集系統(tǒng) 圖 2 簡化模型
1.2.3 動作階段的劃分
本文對抓舉技術(shù)動作地分析是從杠鈴離地瞬間開始到杠鈴達到最高點，這一階段是抓舉動作的主要階段[6-9]。為了便于科學(xué)、細致地分析抓舉技術(shù)動作，將這個動作階段又劃分為4個階段：1）伸膝提鈴階段，從杠鈴離地開始至伸膝最大時刻（膝關(guān)節(jié)角最大），通常稱之為伸膝提鈴動作；2）引膝到位階段，膝關(guān)節(jié)角從伸膝最大時刻開始到引膝最大時刻（膝關(guān)節(jié)角最?。?，即引膝提鈴動作；3）展體加速階段，膝關(guān)節(jié)角從引膝最大時刻（膝角最?。╅_始到杠鈴上升速度達到最大時刻，即最大發(fā)力階段；4）慣性上升階段，從杠鈴上升速度最大時刻開始到杠鈴達到最高點。劃分動作階段的特征畫面如圖3所示。
圖 3 抓舉技術(shù)的特征畫面
1.2.4 研究指標(biāo)及其定義
舉重運動員提舉杠鈴的力可以分解為水平方向的力和垂直向上的力，也就是說運動員對杠鈴分別有水平方向和垂直方向的做功；但是運動員使杠鈴發(fā)生水平方向的運動所做的是無用功，只有垂直向上的做功才是有效功。根據(jù)功能原理得出：W=（12mv22+mgh2）-（12mv21+mgh1），其中m為運動員所舉起的杠鈴質(zhì)量，v2為本階段末杠鈴的垂直速度，g是重力加速度，h2為本階段末杠鈴的高度，v1為本階段杠鈴的初始垂直速度，h1為本階段初始時杠鈴的高度。知道了某一動作階段結(jié)束時杠鈴的速度和杠鈴的質(zhì)量就可以算出此時杠鈴的動能，根據(jù)杠鈴此時的高度和杠鈴質(zhì)量可以算出此時杠鈴的重力勢能，將動能和重力勢能相加便可得到本階段動作結(jié)束時杠鈴的機械能；同理，可求出本階段動作開始時杠鈴的機械能。將本階段動作結(jié)束時的機械能減去本階段動作開始時的機械能便可得出在該動作階段杠鈴機械能的增加，而杠鈴機械能的增加恰恰是因為運動員對杠鈴做了功，由此便可間接求出本階段運動員所做的功的多少，從而更進一步根據(jù)杠鈴上升的高度h，由F=Wh計算出運動員對杠鈴施加的向上的有效作用力F。P=Wt，P1=PG，P為運動員的有效功率，W為運動員所做的有效功，t為杠鈴上升到某一階段所花費的時間，P1為運動員的相對有效功率，G為運動員體重。
1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計法
使用SPSS 17.0對優(yōu)秀運動員與普通運動員抓舉過程中的人體關(guān)節(jié)角度變化、杠鈴上升高度百分比、杠鈴上升花費時間百分比、有效功百分比、相對平均功率和相對有效力等指標(biāo)進行獨立樣本t檢驗，顯著性差異用P
表 2 研究指標(biāo)及其定義
2 結(jié)果與討論
2.1 不同水平運動員最大鈴速和慣性上升階段鈴升的比較
抓舉過程中杠鈴垂直方向的最大鈴速和慣性上升階段杠鈴上升的高度被認為是衡量舉重運動員發(fā)力效果的主要指標(biāo)。多數(shù)教練認為發(fā)力結(jié)束后最大鈴速越大、杠鈴在慣性上升階段上升的高度越高就說明運動員發(fā)力效果越好，運動員的下降定鈴、鎖肩、支撐的時間就越充分，動作的成功率也就越高。反之，抓舉動作就容易失敗。以往的經(jīng)驗告訴我們優(yōu)秀運動員在最大鈴速和慣性上升階段鈴升這2個指標(biāo)肯定要大于普通運動員；但從表3可以看出，對于最大鈴速和慣性上升階段鈴升2個指標(biāo)來說，優(yōu)秀運動員和普通運動員相比數(shù)據(jù)基本相同，甚至普通運動員的最大鈴速平均值比優(yōu)秀運動員還要大。通過對10 名優(yōu)秀運動員和10名普通運動員的最大鈴速和慣性上升階段鈴升進行獨立樣本t檢驗，檢驗結(jié)果顯示二者P值都大于顯著性水平0.05，統(tǒng)計結(jié)果表明優(yōu)秀運動員和普通運動員比較無顯著性差異。
表 3 不同水平運動員最大鈴速和
慣性上升階段鈴升的比較
（n=20）
2.2 不同水平運動員各動作階段身體關(guān)節(jié)角度變化情況
通過運動員在抓舉過程中身體各關(guān)節(jié)角度的變化情況可以看出，運動員在各階段完成動作的幅度大小、是否存在腰背過早參與動作及過早發(fā)力的現(xiàn)象。
通過表4可以明顯看出，在伸膝提鈴階段普通運動員的膝角變化和髖角變化均大于優(yōu)秀運動員，這是因為普通運動員在此階段可能腰背打開過早，存在過早發(fā)力的問題。在展體加速階段優(yōu)秀運動員在膝角變化、髖角變化和俯仰變化方面均大于普通運動員，運動員身體各環(huán)節(jié)伸展越充分對杠鈴做功距離就越長，這說明在抓舉的展體加速階段優(yōu)秀運動員發(fā)力效果明顯好于普通運動員。
通過對優(yōu)秀運動員和普通運動員各動作階段的膝角變化、髖角變化和俯仰變化進行獨立樣本t檢驗，其P值都大于0.05，表明二者在4個動作階段的膝角變化、髖角變化和俯仰變化均無顯著差異。
表 4 不同水平運動員各動作
階段身體關(guān)節(jié)角度變化
（n=20）
2.3 不同水平運動員各動作階段杠鈴上升時間百分比、杠鈴上升高度百分比和有效功百分比情況
從表5可以看出，普通運動員在伸膝提鈴階段的杠鈴上升高度百分比和有效功百分比均大于優(yōu)秀運動員對應(yīng)的指標(biāo)，而在展體加速階段和慣性上升階段優(yōu)秀運動員的杠鈴上升高度百分比和有效功百分比均大于普通運動員對應(yīng)的指標(biāo)。結(jié)合表4數(shù)據(jù)本研究進一步表明，在伸膝提鈴階段普通運動員身體打開過早，髖關(guān)節(jié)過早參與發(fā)力，而優(yōu)秀運動員在展體加速階段由于身體充分伸展，各關(guān)節(jié)同時發(fā)力導(dǎo)致杠鈴上升高度和做功都超出了普通運動員。
表 5 不同水平運動員各動作階段杠鈴上升高度百分比、杠鈴上升時間百分比、有效功百分比 （n=20）
%
通過對優(yōu)秀運動員和普通運動員在各動作階段的杠鈴上升高度百分比、杠鈴上升花費時間百分比和有效功百分比進行獨立樣本t檢驗，結(jié)果顯示所有的P值均大于0.05，表明了優(yōu)秀運動員和普通運動員在抓舉過程中杠鈴上升高度百分比、杠鈴上升花費時間百分比和有效功百分比之間比較均無顯著差異。
2.4 不同水平運動員各動作階段相對平均功率、相對有效力的比較
通過表6可以看出優(yōu)秀運動員在各個動作階段的相對平均功率和相對有效力均大于普通運動員，尤其在展體加速階段優(yōu)秀運動員的優(yōu)勢表現(xiàn)得更加明顯。這些差異表明優(yōu)秀運動員在展體加速階段比普通運動員表現(xiàn)出更好的爆發(fā)力水平，動作技術(shù)更加合理。
表 6 不同水平運動員各動作
階段相對平均功率、相對有效力
（n=20）
注：*表示在各動作階段中優(yōu)秀運動員和普通運動員的相對平均功率和相對有效力間有著顯著差異，P
對優(yōu)秀運動員和普通運動員各動作階段的相對平均功率和相對有效力進行獨立樣本t檢驗，結(jié)果為：1）不同水平運動員在伸膝提鈴和引膝到位階段中相對平均功率的P值大于0.05，展體加速和慣性上升階段中相對平均功率的P值小于0.05，表明二者在伸膝提鈴和引膝到位階段中相對平均功率無顯著差異，在展體加速階段和慣性上升階段中，二者的相對平均功率有顯著差異。2）不同水平運動員各動作階段相對有效力的P值均小于0.05，表明在抓舉4個動作階段中優(yōu)秀運動員與普通運動員的相對有效力存在顯著差異。表面上看，杠鈴的重量是造成差異的主要原因，但最終還是由運動員的專項力量水平?jīng)Q定的。3）在伸膝提鈴和引膝到位階段，優(yōu)秀運動員和普通運動員的相對平均功率無顯著差異，而在展體加速階段二者的相對平均功率存在顯著差異，說明展體加速階段的相對平均功率也是判斷一個運動員是否優(yōu)秀的重要指標(biāo)。
3 結(jié)論
通過比較優(yōu)秀運動員和普通運動員的技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)：
1）在最大鈴速和慣性上升階段鈴升這2個指標(biāo)方面，優(yōu)秀運動員與普通運動員比較，數(shù)據(jù)上相差無幾，統(tǒng)計學(xué)檢驗無顯著性差異。
2）在伸膝提鈴階段普通運動員的膝角變化和髖角變化均大于優(yōu)秀運動員，而在展體加速階段優(yōu)秀運動員在膝角變化、髖角變化和軀干俯仰變化方面均大于普通運動員，但是均無顯著性差異。
3）普通運動員在伸膝提鈴階段的杠鈴上升高度百分比和有效功百分比均大于優(yōu)秀運動員，而在展體加速階段和慣性上升階段優(yōu)秀運動員的杠鈴上升高度百分比和有效功百分比均大于普通運動員，但是均無顯著性差異。
4）優(yōu)秀運動員在各個動作階段的相對平均功率和相對有效力均大于普通運動員，尤其在展體加速階段優(yōu)秀運動員的優(yōu)勢表現(xiàn)得更加明顯，這些差異表明優(yōu)秀運動員在展體加速階段比普通運動員表現(xiàn)出更好的爆發(fā)力水平，動作技術(shù)更加合理。
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