时间：2023-11-23 10:06:09
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[中图分类号] TH79 [文献标识码] A
一、 引言
依据高等教育内外部环境的诸种变化，以及国家自主创新对于创新性人才培养的要求，在“卓越工程师”培养的教育理念指导下，通过对学生知识、能力与创新要素的综合分析研究，本文提出构建一种以学生为中心，以满足创新型人才培养的个性化需要，利于学生自主学习为目标的多模式开放型实验教学体系。该种实验教学体系对创新型人才培养的推动作用主要体现为实验教学的多模式化组织以及综合性开放式实验考核评估2个方面。
生物医学工程及相关仪器专业的学生在实验技术上应培养具备生物医学信息采集、传输、处理、分析新型生物医疗电子、信息与仪器等硬件知识、并具备较强的医学应用软件设计、开发的能力，能够将信息技术与医疗管理、医疗服务有机结合的高级医学信息技术人才。因此在课程内容安排上做到面和点的结合，既要保证知识面广，同时要重点突出。但现状是生物实验与仪器等软硬件平台的挂钩程度不够。目前生物学实验一方面主要涉及以细胞等微观生物信息为主的实验数据，主要以细胞生物学、遗传学、解剖学为代表；另一方面涉及以人体生理信息为主的宏观生理信号为主的实验数据，主要以医学仪器相关实验为代表，均以单一化实验结果作为实验考核依据，限制了学生主动性和创造性的发挥。所以生物学实验需要结合自身的教学经验，对教学中存在的问题进行逐步改进。通过调整实验内容、改革教学方法、完善考评体系等措施，对于生物实验分析不能以短期实验唯一结果论的定性认识为主，而应该强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式分析，即在侧重得到实验结果的同时，鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台知识，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性。
在以过程化为主的“一问多答”教学模式中，采用启发式的教学方法。教师根据教学内容向学生提出问题，引起学生主动思考，从而变结果灌输式的被动学习为过程启发式的主动学习，加深学生对概念、理论的理解，发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题。而课后的各种实验数据处理结果可以直观地了解教师教学内容安排是否合理，教学效果是否明显，为教学改革提供依据，从而为创新性高素质人才的培养作出应有的贡献[1]。
二、现有模式的现状及改革途径
（一）. 微观生物实验内容由于教学条件等因素的限制，多局限于显微镜使用、或细胞膜通透性等验证性实验，对于推动微观细胞生物学快速发展的新技术新方法，缺少教学资料与手段；同时，人体生理信息等宏观医疗仪器生物实验的测试侧重于对医疗仪器面板的操作和各种简单生理信息的直接获取。
（二）. 实验教学模式单调，难以激发学生的积极性和主动性。现行的实验教学基本都先由学生预习实验指导书，实验仪器设备及试剂都由实验教师提前准备好，学生只要按照实验步骤按部就班地做，最后写出实验报告。这种实验教学模式难以很好地启发学生创造性思维，不利于培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。学生容易无精打采，注意力分散，反应迟滞，多数学生被动应付教师的要求，甚至投机取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化实验；有的课堂学生随心所欲，各行其是，故意捣乱，师生处于一种对抗状况。在这样的课堂环境里，教学任务难以完成，传授知识、培养素质的目标难以实现[2]。
（三）. 实验教学缺乏综合性、设计性，不利于学生综合素质的培养。由于课时安排固定、实验条件的限制，现行开设的实验项目多为验证性实验，实验过程及可能出现的问题基本固定，结果也基本已知，只要按照步骤去做，基本都能达到较好效果。这种模式限制了学生思维，难以达到学生综合素质的培养[3]。
（四）. 实验课成绩评定方式需要进一步完善。实验课程由于其性质的特殊性，往往难以确定完善的考核指标和体系，从而导致学生实验报告书写的工整和完整程度决定了最终成绩，使得最终实验课成绩评定存在一定的随意性，从某种程度上影响了学生学习的动力[4]。
在此评估基础上，应实现的改革途径主要包含以下两个方面：
第一，生物学实验教学鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养学生理论联系实际、独立思考、团队合作、自主创新的科学精神；
第二，通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，创造和谐课堂、完善考核制度等改革措施，发挥实验课的实践性优势，努力营造和谐课堂，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型人才。
三、实验内容改革的模块化设置
（一）修改完善教学大纲，科学合理设置实验内容。
本专业实验本着充分利用现有资源和仪器设备的原则，综合考虑知识的难点和重点调整实验教学内容，以“综合课程设计”的2-3个相互衔接的短学期形式，对原有实验内容进行筛选和整合，依照学生的实验技能发展过程依次开设基本操作实验、验证性实验、综合性和创新设计性实验。以微观生物实验为例，基本操作实验包括显微镜的使用、显微测量、细胞形态观察等内容；设计验证性实验包括活体染色、细胞化学、核酸存在部位及检测方法、细胞膜的渗透压及细胞吞噬作用等内容；设计综合性实验需要在完成基本操作实验和验证性实验的基础上，指导学生查阅实验资料及设计实验方法，合理利用实验室资源，充分利用实验材料来完成实验，如动物细胞的原代及传代培养可作为设计综合性实验内容。相关生物实验进行后，应着重加强特定生物信号与相应软件处理的结合工作。可简单概况为将专业软件类课程打通，开设一门面向专业的软件设计课程，如“生物医学工程软件设计”，或“电子信息技术及仪器软件设计”课程，处理对象可定位为前期获得的实验数据。而以宏观的动物生理数据为例，离体培养的小鸡或蛙心肌细胞信号可通过相关动物实验获得，通过将测试的信号存储成dap数据格式，输入labVIEW软件进行锁相处理编程及特定滤波处理，实现对所弱信号的分析和相应数字信号处理工具的掌握，达到将感性数据上升到理性知识的目的。
（二）改革教学方法，变结果灌输式为过程启发引导式。
实验过程中，既要发掘实验背后的理论支持，又要培养技术意识，重视实验技术和方法。同时，鼓励师生交流，提倡师生间的问答，活跃课堂气氛。教学过程中，教师在讲清实验目的和原理的前提下，鼓励学生根据所学知识，自主设计实验过程并完成实验，实验报告可考虑通过建立在各种实验数据分析基础上的论文形式完成。
（三）完善考评体系，激发学生对科学的求知欲和对本课程的兴趣。
实验考评体系应以过程累积式考核为主，摈弃传统结果式考评。以细胞生物学实验为例，其考核应以考查学生运用理论重视、运用实验技术的能力为主要内容，可安排综合性实验要求学生利用所学的理论知识和实验技术进行综合分析、实际操作、做出实验结果。对于实验技术，以学生的直接操作作为考核方式，对于实验理论的考核，通过闭卷方式完成，也可以通过学生对实验数据的各信息化平台分析来进行多结果式考核。另外，对于能够自主设计完成实验，积极申报完成开放性实验的学生给予较大系数的鼓励性加分。实验具体路线图如下。
四、实验操作的关键性问题
（一）如何处理实验室的开放问题。
在改革过程中，实验设备资源的开放和教学方式的开放是该长期化衔接实验的重要保障。其主要实现途径为，结合生物学和仪器教学平台，实施“具体生物弱信号案例教学法”，采用学期末“首尾相连”的两个短学期和整个学期的“三明治”夹心时间实施整个实验课程，并由相关实验课的青年教师负责各实验室的公共开放时间和相互协调。这样能有效调动学生的主观能动性，加强课程内容的实践性，在知识的传授过程中渗透工程技术的内容，使学生掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本方法，避免工科教学理科化、脱离实际的倾向。如图2所示针对在体心电信号的测试及信号处理方法，可安排在微观动物心肌细胞的培养及生物学方法观察的细胞生物学实验的短学期时间，同时合并进行在体式心肌细胞搏动的信号及噪声分析，加强定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合（图2）。
（二）如何充分利用实验室资源，引导学生设计综合性实验
第一，以生理仪器平台为主的硬件实践动手能力。
当完成基础性生理实验及相关软硬件知识的授课后，以宏观人体生理信息为主的医学仪器实验，应该以设计开发性实验为主，鼓励学生自己设计开发医学仪器。同样以心电信号为例，如心电监测仪实验中，可要求根据在体式及离体式心电信号的特点（图3（a）（b）），结合理论知识，设计电信号检测原理图，用布线软件软件画出其原理图，并制作电路板、布线和焊接电路，在单片机应用开发环境中编写程序并调试。最后制作简单心电监测仪，通过相关的虚拟仪器平台，在示波器上显示被测者心电图。同时配合相关传感器知识，还可制作体温计、气体检测仪等医学仪器。在此基础上，还可设置网络数据平台，进行远程控制。
第二，以微弱生物信号实验数据分析为主的软硬件结合能力。
信息技术的发展对生物医学信号的检测、处理以及数字信号处理几个方面发挥着重要的作用。生物信号一般可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号。如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、x光片、超声图片、CT图片、核磁等则属于二维信号。医学仪器实验采集到大量的以上一些宏观的人体生理信号数据，应利用学生的相关生物医学信号处理的知识，根据生物医学信号的特点，对所采集到的生物医学信号进行分析、解释、分类、显示、存贮和传输，其研究目的一是对生物体系结构与功能研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。
本学院的相关教研室教师结合labview、DSP等编程工具的实验教学案例，对于“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”的综合做了以下研究及整合。“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”是一门应用性较强的技术课程。随着信息化的发展，信息技术不断地渗透到科学研究等各个领域中，发挥着越来越大的作用。科学实验、测试信号的处理、工业生产中自动化生产线的测控等都以信号处理为基础。我校“数字信号处理”实验，以数字信号分析为基础，以数字滤波为手段，以数字信号处理为目的，突出谱分析和滤波的应用，加大与信号与系统、自动控制原理，以及后继的通信原理、计算机图像处理等课程之间的衔接，使其与其他课程实验融合为一个有机的整体。
以虚拟仪器中的相关控件调用为例，解决数字信号处理课程中的基本知识点“快速傅里叶变换（FFT） 数字滤波器”的实验设置，对本文提出的“多模式过程启发型实验教学体系”进行具体阐述。
该知识点通常的实验要求和目的为：①加强对labVIEW相关控件工具的使用及虚拟仪器技术编程能力的提高，加深对FFT基本原理和性质的理解；②学习利用FFT对连续或离散时间信号进行谱分析，了解可能出现问题及其原因，以便在实际应用中能够正确使用FFT。
按照基本的实验要求和目的，和多模式开放性原则，对该知识点的实验设置如下：
第一，验证性实验内容。主要通过调用labVIEW“信号分析模块”总的FFT函数，分析序列和其频谱的特点，设计产生相应的虚拟生理信号及噪声源，利用数字信号处理中各滤波器的特点去除噪声，分析去噪后结果，并利用相关原理解释其中的现象。实验目的是通过形象和具体的内容，加深对理论知识的理解。该层面的实验以直观、具体和形象化为主要特点，避免复杂化。学生不会因为陷入繁杂的具体过程，而影响对理论知识的理解和掌握
第二，综合、设计型实验内容。数字信号处理与所采集到的实验数据具有密切相关的联系。生物医学信号中的特点是微弱、噪声大，所以滤波和灵敏度是生物医学信号采集的关键。另外生物医学信号的随机性强，是随机的且非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，以傅里叶理论为基础的小波变换方法成为生物医学信号分析的有力工具。利用小波变换能将原始心电信号分解为不同频率的信号，然后对信号进行重建，此方法能很好地消除心电信号中的基线漂移，抑制工频和肌电干扰，同时能获得QT间期的精确值，是本专业学生的重要编程思想。
所以，在实际的推进环节中，涉及一个短期的课程推导实践以及长期的过程启发式环节。其中短期内容包括将短学期等实践类课程，如“医学软件编程实习”和本门课程合并，其课时作为本门课程的实践环节；长期内容则包括：①将毕业设计环节和课程合并，增加实践课时；②将所有的硬件测试类课程和相关软件分析生理信号内容合并。如“C程序设计”，“数据库基础”，“面向对象程序设计”等。此时授课教师不再为单个教师，而是整个课程群的全体教师；③学生毕业严格按照“宽进严出”的理念操作。总结后的某“过程启发式”实验具体操作实例如下：
创设情境，提出问题。可安排在微观动物培养及生物学方法观察后，同时协调进行在体式动物信号及噪声分析，加强感性的定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合：如细胞离体培养后的各种生物信号指标及各种混入的噪声和分类，在此基础上结合该案例讲解相关滤波器的工作原理和基本设计方法，然后将生理信号提取的设计任务作为设计性作业布置给学生。
分组研讨，设计方案。在布置设计任务后，教师组织学生分组研讨。根据学生自主学习能力的强弱和自身特点合理分组，方便学生间相互协作，共同提高。学生利用电子资料库检索，查阅相关资料，获取丰富的信息资源，通过对各种信息资源的分析研究，提出自己的解决方案。
成果展示，分析归纳。在各小组取得了初步的设计成果后，教师以课堂教学形式组织各小组的成果展示与评价。在课堂上通过虚拟实验室系统和数字投影仪，展示各种解决方案所取得的生理信号滤波效果，分析它们的优缺点，引导学生分析归纳出解决此类问题的思路与方法，并共同探讨最佳设计方案。
五、结语
“加强实验教学和实验环节，抓好综合性和创新性实验，大力培养学生实践能力”是我国高校推进自主创新，落实“高等学校教学质量与教学改革工程”，培养创新人才所需采取的重要措施[4]。本文总的改革目标是“遵循以学生为本，注重以互动式教学为核心的教学观念，构建有利于增强求知欲和创造力的课程教学模式”。本文提出的多模式开放性实验教学体系摈弃短期实验唯一结果论的定性实验，强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式综合分析实验，在整个学年中分阶段构建以实验教与学为中心的综合型数字化实验教学环境；鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号分析方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势。通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增强学生的自主性与参与性，积极响应国家“卓越工程师教育培养计划”，培养出具有专业领域特色，能够基本独立完成初级软硬件规模设计和开发工作的创新型、应用型、复合型、外向型的“卓越工程师”型储备人才。
[参考文献]
[1]张晓东.人才培养与产学研结合实践中的问题及对策[J].沈阳航空工业学院学报，2009，26：41-44.
一、前言
皮划艇（静水）200m作为全新纳入奥运会中的比赛项目。其相比较于500米以及1000米而言，距离更短，竞争也相对更为激烈，因此该项目对于运动员的技术以及素质有着更高的要求，使得该项目的运动特征受到了大量运动员以及科研人员的重视。研究项目特征以及生物力学有着极为现实的意义，对我国的体育竞技水平有着极大的促进作用。
二、项目特征研究
1.运动环境
作为水上运动中的一个项目，皮划艇项目中的艇和人的重心在上面，浮力中心则在下面，一旦出现偏差便会出现翻转力矩，导致人艇系统将会持续在不平稳状态。该项运动要保证运动员在不平衡过程中可以很好的控制身体姿势，运用正确的划桨动作使艇得到水的推动力[1]。若艇处于不平衡状态中，为了使艇可以平稳而快速的前进，将对运动员的身体控制能力以及平衡力有着极高的要求。
2.运动属性
该项目一般的比赛时间处于40s～60s间，和300米短跑所需时间相近，然而却和短跑要克服重力进行大肌肉群做工有所不同，皮划艇不需要进行承受重力，因此肌肉群的负荷较小。主要是进行磷酸原系统以及乳酸糖酵解进行供能，主要是进行无氧供能，消耗的全部能量中仅仅有10%～20%为有氧供能，比赛全程是一种力竭性做功过程[2]。皮划艇作为一项快速无氧为主进行周期性的项目，运动员对于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有着极高的要求。
3.竞速结构
竞速结构就是在皮划艇比赛的整个过程中对各阶段所需速度加以分配以及节奏安排，研究人员通常将皮划艇全程分为起航、加速以及途中与冲刺四个部分。合理的竞速结构能够对运动员所具有的生物学机制进行最大程度的调动。由于皮划艇是一项水上运动，在处于静止过程中保持平衡非常困难，在起航前将会出现显著地晃动，所以要将比赛全程分为航前准备、冲刺、起航以及途中四个阶段。
航前准备阶段是使艇保持静止于水面上得到出发指令，但是由于皮划艇相对较窄，一旦运动员重心稳定性不佳，要想保证整体的平衡，便要调动大量的肌肉进行维持平衡，将会使划桨做功的肌肉量下降，对出发后的第一浆划行质量造成不利影响，最终对比赛成绩造成影响。所以航前准备对于平衡能力以及中心稳定性有着极高的要求。起航阶段是由静止不断加速至稳定状态，此时要保证一个合理的浆频，并非是浆频越快越好，一旦频率过快将会对体能造成极大的消耗。途中阶段此时艇速非常稳定，此阶段时间以及路程都很长，只有控制好浆频以及划桨节奏，确保一个稳定的途中速度，便要利用速度力量对途中速度加以不断的维持。冲刺阶段则要具有极强的爆发力，在确保每浆效果的基础上最大限度提升浆频，以此来取得最快速度，此时艇速呈现显著地提升。
三、生物力学方法应用和展望
运动生物力学对于竞技体育领域而言，主要是将其运用在合理的训练以及测试中，以技术角度实现对运动员的监控。主要的监控形式对运动员的实时运动技术动力学参数以及运动学参数进行测定，同时对参数做出诊断以及评价，以此作为指导运动技术所学的理论基础。录像解析作为运动学指标获取的主要手段，将划桨过程中的身体、艇速、浆角以及位移等方面的角度、角速度的变化情况加以分析，以此作为训练的技术支撑。在皮划艇前进过程中流水和浆叶间存在的相互作用不仅仅是主要的动力源，同时也是重要的阻力源，对水-浆作用力已经成为主要的动力学研究指标[3]。采用三维运动学能够将皮划艇中水面上的所有的运动指标进行获取，然而在皮划艇监控当中，对艇运动现象造成的原因解释主要是利用水流动力学，从而实现对运动技术进行正确的评价。
四、结语
皮划艇运动相比其他运动而言，对运动员所具有的平衡力以及身体控制能力有着较高的要求。作为皮划艇项目研究中最为关键的阶段，起航准备将对整个比赛成绩造成直接的影响。皮划艇运动对于运动员体能要求相对较高，要想提高比赛成绩，便要在体能的基础上对能量的利用率加以不断的提升。而生物力学将是一种完善运动技术的重要方式，也将是今后研究的重点内容。通过不断的研究提升我国的皮划艇竞技水平，使我国成为一个运动强国。
参考文献：
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
关键词 生物力学 运动 控制协调 应用
人体运动需要在多个部分的共同协调配合下完成，而单纯运动学角度只针对物体的运动效果以及其他外作用力的影响进行研究，无法对人体肢体运动控制和协调的具体机制作出判断。生物力学从关节力矩的角度并结合运动动力学方法可以对肢体运动的产生方式和作用机制进行科学合理的分析，推动人体运动控制机制理论研究的发展。
一、生物力学与运动控制的关系分析
肌肉的收缩是人类肢体运动最直接的动力，人体神经系统可以对不同部位的新陈代谢速率和能量释放方式进行调整，从而起到控制骨骼肌腱可控张力的效果，肌腱又将动力传给关节、韧带以及骨骼等，最终实现对各个运动单位的控制。神经肌肉骨骼系统包括肌肉运动单位与神经元之间的突触连接、运动单位叠加与肌腱上的合力、肌肉骨骼系统的整合以及关节力矩整合协作四个层次。人体的骨骼、肌肉结构都十分复杂，因而神经中枢系统很难直接对每个运动单位进行控制，目前猜测中枢神经系统对运动目标协作实现方式或者是关节水平运动方式进行控制，再由该环节传达至各个运动单元。
二、运动控制的生物力学研究技术
（一）生物传感器技术
目前生物传感器技术在科学研究中的应用已经较为广泛，包括力量、肌电图、加速度以及位移传感器等等，这些技术相关专业的教科书以及很多文献中都有涉及到。随着研究的深入和技术的发展三维陀螺仪运动测量技术应运而生，在生物力学测量中可以对物体的运动速度、不同时间点的方位、角度等数据进行测量和记录，因而可以应用于疾病诊断和治疗康复中，该技术在医疗领域的应用也日益广泛。
（二）生物力学建模与仿真
当人体运动时除了肢体的外部状态，肌肉状态、关节连接处软组织的形状等也会发生一定的变化，而对这种形变进行观察和研究的难度较大，因而可以将整个人体作为一个完整的运动系统并以此为基础建立相应的人类肢体运动动力学研究方程，也可以将其称为生物力学模型。研究方向以及研究切入点的不同都会对最终的模型构建产生影响，一般来说任意运动的计算机模拟或者仿真需要应用正向动力学知识和技术，而对肢体运动的外力因素进行测量时则需要应用逆向运动学。
（三）运动学影像技术
影像技术在生物力学研究领域的应用由来已久，随着科技的进步和科研领域投入的提高，更多新型的运动学影像技术开始出现。高速荧光透视技术可以对人体运动状态下的骨骼、关节的情况进行精确的分析，拍摄速度更快且由于无侵入性对人体的伤害也更小。将该技术应用于人体医疗中将大大提高骨科检验的准确性。即时超声波成像技术可以将人体运动状态下的肌肉、肌腱等的形态包括肌纤维排列、肌肉羽状角的情况进行成像。
三、运动控制的生物力学原理
运动控制涉及的生物力学原理较多，本文就其中几个较为重要的原理进行分析阐述。人们在做出某个动作之前，为了提高动作的完成效果，往往会先做一个跟目标动作方向相反的动作，例如扣篮时先将手臂抬高，一方面下扣动作的幅度更大，另一方面肌肉的弹力也会有所增大，下扣的力量随之提高，这就是反向动作最佳起始力原理的典型表现。人体神经肌肉系统功能的完善性，以及个体肌肉力量和爆发力量对于体育竞赛成绩有着重要的影响，在某些体育活动中，人们为了获取运动速度的最大冲量会采取一些助力措施，例如对于跳远运动员来说，他们在进行跳远前都会有助跑，铁饼投掷运动员在投掷铁饼时，也会有身体的旋转运动等等，以上各项体育运动都是通过延长加速度时间和距离来增加力的作用效果，这体现的是运动速度的最大冲量原理。物体之间的碰撞效果一般会受到以下两方面因素的影响，即物体质量和速度这两方面的影响，质量与速度的乘积称之为动量，生物力学中有打击碰撞动量保持原理，该原理在运动控制中的体现有：网球的击球、拳击等等，运动员为了提高碰撞效果在确保撞击速度时还会提高撞击的力度。因此，对于运动员来说，一定要掌握运动控制的生物力学原理，进而将其在际运动中得到充分运用，这对提高运动员成绩来说起着非常重要的作用。
四、结束语
综上所述，生物力学的应用可以在对关节力矩和分量进行分析的基础上研究神经肌肉系统对肌肉收缩力矩的调节模式，主动的肌肉力矩在神经系统的控制之下对运动产生的被动力矩进行对抗，在平衡的状态之下完成肢体运动动作要求，生物力学的应用大大降低了运动控制协调相关问题的理解难度。
关键词：生物力学 运动 散打 教学
散打是一种以腿法为主的武技，实战中步法的灵活运用对保证充发挥腿的威力，取得实战的胜利具有极其重要的意义。但在教学中由于教师忽视人体组织结构的解剖与生理特点，导致教学效果不明显，甚至学生运动性损伤等情况比比皆是。运动生物力学应用于散打教学，不仅有利于对动作的理解和分析，而且可以对动作技术推陈出新。在跆拳教学中，如何运用运动生物力学知识指导教学，这是我们散打教师和教练探讨的热点。
一、散打教学中运用生物力学知识的重要性
体育教学在向学生传授运动技术的同时，必须首先讲解运动技术的物力学特性，教会学生掌握合乎力学原理的技术动作，在掌握合理技术基础上，尽量使每个学生按照其自身特点去改进技术动作。在力的作用，人体和由人所带动的运动器械的运动状态要发生数值和方向上变化，要揭示运动发生的原因和变化的情况，就必须研究运动的动力学特征。力学的基本任务是研究物体的运动和物体受力的关系。散打教学中，任何技术动作都是在人体自身的外力与内力的整体作用下完成的，运动物力学是体育教学存在和发展的最重要的理论依据之一，体育教学与动生物力学原理交融渗透、密不可分。作为一名合格的体育教师，必须运动生理学、技能学、生物力学等基础知识都有所了解。而在这些基础性学科中，生物力学将使体育教师对人体运动的原理、影响人体运动的内力外力作用，以及使物体产生运动的原因等有更好的理解，可帮助体育教识别技术。更为重要的是体育教师在教学中结合运动技术讲授运动生力学知识，学生容易理解和掌握，克服了在教学中局限于对技术运动外的描述，能够有效分析技术动作的优劣。
二、运动生物力学知识在散打教学中的应用
（一）身体平衡的破坏
在散打搏击项群中并非始终要求提高身体稳度保持平衡状态，有时反而需要快速破坏自身或对方身体的平衡。
1.主动进攻与防守。散打运动中攻防交替变换频繁。然而无论进攻是防守都应体现一个“快”字，即身体或肢体要快速启动。要达到这一目的，运动员必须在有利于自己启动的方向上有意识的减小自身的稳度，以快速破坏平衡而提高启动速度。例如，某运动员在连续进攻中，前一进攻动作完成后如何为后一进攻动作奠定基础，使之便于身体动作加速，为肌肉正常工作创造条件就显得十分重要。防守中也是如此，既要考虑自身的稳度，又要注意为反击创造条件。如果防守时过分增大稳度是不利反击的。一般情况下主动降低自身的稳度，破坏其平衡的方法有：在提身体重心的同时将重心投影点移至支撑面的边缘处，或者改变步态减小
支撑面积，或者改变身体的姿势等，已达到降低身体在运动方向的稳定度的目的。
2.破坏对方的平衡。从力学角度看，双方在技术上的对抗实际上是双方在某一方向的稳定程度对抗。只要一方在某一方向的稳度明显大于对方的稳度，在一定的力矩作用下就能首先使对方失去平衡。根据影响身体平衡的因素我们知道，对方重心的投影点至支撑面边缘最近方向便是他身体平衡最不稳定的方向，若能抓住此时机沿此方向施力，很容易破坏对方身体的平衡。要想沿某一方向破坏对方的平衡，进攻还必须注意调节好自身支撑面的形状和重心投影点的位置，以加强本的再进攻方向的稳度，这样才能达到在保护自己的前提下破坏他人的
衡。
（二）身体平衡的主动恢复
当运动员身体的平衡受到破坏又不能借稳定力矩恢复初始平衡时，人体还能采用一些措施主动地恢复平衡。
1.补偿运动。当运动员身体开始失去平衡而倾斜时，人体的相应环节发生位置的改变，以调整人体姿势，使身体重心的投影点重新回到支撑内，恢复初始平衡。例如人体重心向左偏移时，人体的上肢或躯干主动向右移动以抵消重心的偏移量。
2.改变支撑面。当运动员偏平衡位置较远，平衡严重受到破坏时，补偿动作便失去作用。这时人体可以采用改变支撑点，形成新的支撑面的方法重新建立平衡或恢复初始平衡状态。改变支撑面的方法有两种：一是沿着重心偏移方向扩大支撑面，使重心投影点位于新的支撑面，使重心投影点位于新的支撑面；另一种方法是改变支撑面的形状，使人体重心投影点重新回到新的支撑面内。
（三）重心位置偏前或偏后的实战姿势
1.重心位置偏前的实战姿势特点。当两脚呈前后站立支撑时，如身体过于前倾，躯干与水平面的夹角偏小，则使身体迁移。此时，前腿各环节受力大于后腿。这种实战姿势是不利于进攻的。因为进攻就要体现一定的效果（动作速度和击打力量），而制约打击效果的直接因素之一是整个身体运动的幅度。因此，只有将身体重心适当后移，才能达到使身体更好迁移的目的，才便于腿的进攻。根据运动中移动重心原则可知，支撑重心的腿，能使身体做奔腾、跳跃动作，还能抬腿移步；非支撑重心的腿（虚腿）则可以做横踢和下劈以及移步动作，
但不能是身体腾起、跳跃。由此看来，身体重心在水平面的投影与支撑脚的间距影响着身体的稳定性，虚腿只起辅助作用，进攻则全靠虚腿。从身体迁移的幅度、速度和击打力量考虑，重心都不能过于偏前。
2.重心位置偏后的实战姿势特点。当脚步呈前后站立支撑时，如身体过于后倾，则使身体重心偏后。此时后支撑腿各环节的受力大于前腿。这种姿势既有利于提高前腿的进攻速度和力量，又能增大双方的间距使自己免受击打。但由于身体的重量主要右后腿承受，因而不利于快速后退或防守反击。在此状态下，对前腿的反应速度要求较高，一旦要向后退防守时，前腿需快速有力蹬地，推动身体向后运动，免受对手的击打。
3.重心位置偏低的实战姿势。无论两脚是前后或左右站立，下蹲支撑时两脚间距较大，下肢各关节弯曲度大，都会使身体重心自然降低，因而增大了支撑面，身体的稳定性较好。但此状态下下肢各关节伸肌的负担较重，不利于快速启动和步伐的调整。此外还会造成下肢肌肉的疲劳。因此在实战中不宜长时间的保持这种姿势。
4.重心位置偏高的实战姿势。身体自然放松，两脚间距小，两膝弯曲不大，身体重心则偏高。此时下肢各关节肌肉的负荷较小，肌肉不宜疲劳，有利于进攻与防守。但不利之处在于动作预兆较大，容易暴露战术意图，且支撑面较小，身体的稳定性较差。
三、结 论
经过几年的训练和教学工作。笔者认为：在散打教学中传授生物力学知识，可有助于教师选择正确的方法和手段，使教学合理、科学，从而达到提高教学质量目的，促进教师自身理论水平的提高。在体育教学中，普及不可缺少的有关生物力学知识，比单纯讲技术效果要好，它不但可以使学生了解技术动作的本质、掌握合理技术、识别技术动作的优劣，而且可以帮助学生正确学习技术和新项目，学会自我保护方法，防止伤害事故的发生。学生们普遍反映，在体育课中讲授生物力学知识使他们既掌握了技术动作的关键，又使所学的知识有机地结合起来，同时进一步使学生认识到体育不仅仅是跑跑、跳跳，而且是大有学问的一门学科。
参考文献：
[1]李凌云.运动生物力学原理在武术运动中的应用[D].济南：山东师范大学.2002.
随着干细胞研究的迅速进展，“再生医学”已成为21世纪生命科学领域里的前沿学科。我校与附属太和医院共同投入1500余万元，按国际标准建成了以人胚干细胞研究为核心的“再生医学研究所”（省卫生厅重点实验室）。2003年，研究所从美国购买了人胚干细胞系（H1）并成功地进行了复苏、培养和传代。2004年3月引进了加籍华侨李东升博士（曾在美国威斯康星大学WiCell人胚干细胞研究所从事干细胞研究多年，师从人胚干细胞之父Thomson教授）主持研究所的科研工作。截至目前，该所已与数家国内外一流的科研单位建立了合作关系，并先后承担了省市科研项目100余项，20余项科研成果获省市科技进步奖。另外，作为研究生培养的重要基地，该所已培养硕士40余名，博士2名。在学院科学研究和人才培养中，该所正发挥着越来越重要的作用。
依托省级重点学科，高标准建成临床医学研究所
学院内科学、外科学是湖北省重点学科，学科建设基础较好。为了推动这两个学科快速发展，学校投资600余万元与附属人民医院共建了临床医学研究所，并从北京医科大学引进王家宁博士（主要从事再狭窄防治的研究）主持研究所的工作。由于研究所拥有成熟的分子生物学技术，因此吸引了多位外省的博士和硕士研究生来此进行课题研究工作。该所先后指导50余名研究生，已在国内外核心期刊上100余篇，其“重组人VEGF腺病毒载体及其应用”获国家专利。
依托特色学科，建成高标准基础医学研究所和生殖医学研究中心
作为一所地方医学本科院校，要想在国内医学研究领域占有一席之地，在科研方面就必须走特色发展之路。“九五”、“十五”期间，学校在特色发展上进行了有益探索。
肩锁关节脱位是临床常见的脱位之一，约占全身关节脱位的3.2%，肩部损伤的12%。多因为暴力作用于肩锁关节，导致肩锁关节部分或全部失去正常的对合关系。本文就当前国内外对于肩锁关节脱位的各种手术方法作如下综述。1 各种手术方法
1.1 肩锁关节的修复，固定及重建 克氏针张力带内固定术是AO学会早期推荐用于治疗肩锁关节脱位的方法，现基层医院应用极广，其原理为克氏针通过肩锁关节然后钢丝八字捆扎起到固定克氏针的作用。其优点有：手术时间短，加压均匀，充分吸收肩锁关节各方向尤其是水平及纵向的张力，符合肩锁关节的生物力学要求。缺点：由于克氏针固定须经肩锁关节固定，不但破坏了肩锁关节的关节软骨、关节软骨盘，而且限制了肩锁关节的微动的需要，从而产生了肩关节僵硬和疼痛等并发症，如患者活动过大，尤其是过度前伸和外展，容易发生退针、断针甚至刺破胸腔损伤心、肺脏等严重并发症。喙锁间钢丝内固术是应用钢丝固定于喙突根部及喙突正上方的锁骨之间。其手术设计者初衷寄望于仅修复喙锁韧带达到修复的效果，从而达到避免破坏肩锁关节囊、关节软骨及纤维软骨盘的目的。但钢丝因肩关节的活动及本身的生物力学属性，易产生疲劳性断裂，手术翻修的病例不在少数。近年来，有部分学者应用钛缆修复喙锁韧带来治疗肩锁关节脱位并取得良好的效果。钛缆具有一定的弹性，相对于普通钢丝，其抗拉力强度是其3-6倍，抗疲劳能力为9-48倍［1，2］。非常符合肩锁微动的需要。同时，钛缆具有良好的生物相容性，笔者认为是一种值得推荐的手术方法。但手术也存在一定的问题：如术中钛缆收缩过紧，发生喙突或者锁骨撕脱性骨折的可能。同时钛缆价格较贵，不是所有患者都能接受。
1.2 喙锁韧带的修复，固定及重建 当前应用较多的包括Bosworth法、喙锁韧带动力重建和喙锁韧带静力重建三种方法。
1.2.1 Bosworth法具体步骤为将一枚加压螺丝钉加压固定于锁骨与其下的喙突之间，同时需修复肩锁韧带加强肩锁关节的稳定，而喙锁韧带因螺钉固定无需处理。该方法缺点同克氏针张力带内固定术一样，因植入的螺钉妨碍肩胛骨与锁骨的同步旋转功能，限制了肩锁关节的微动，临床报道螺钉松动滑动导致手术失败的例数不在少数，目前较少应用。
1.2.2 静力重建 Weaver和Dunn于最早提出此手术方案，具体操作为锁骨远端切除然后将喙肩韧带自肩峰切断转移至锁骨远端，但事实证明其强度仍不够。遂后出现了自体或异体肌腱进行喙锁韧带重建的报道，包括肱二头肌长短头、掌长肌腱、髂胫束、自体阔筋膜移植等。但也有人认为其固定作用还是不够强，需要一定的外固定给予适当的保护，否则术后会产生再脱位的可能；而且，随着人体的活动的增多及本身血运的不足，移植的肌腱不可避免的出现变性及退化现象。
组织工程学的进步与发展拓宽了人们的视角，不断有临床报道将人工合成材料运用于临床领域，目前重建肩锁韧带的人工材料应用较多的有生物可吸收缝线、生物聚酯韧带等，通过与常规手术对比，疗效满意。杨志明等［3］将胚胎肌腱进行分离并在体外培养，成体后用于TossyⅢ型肩锁关节脱位及锁骨远端骨折的患者，取得满意疗效，也没有出现排异现象，但实验病例数过少。李晓东等［4］用高分子聚苯乙烯线重建喙锁韧带也取得不错的效果，因此材料有一定的伸缩性及强度，较符合肩锁关节的微动的特点。此类方法是以后的研究方向，但操作繁琐，费用不菲，仍未出现成品满足临床需求。
随着Endobutton钢板对膝部交叉韧带损伤的广泛运用，对肩锁关节脱位韧带的重建成为时下的热点。其方法为在喙突及上方的锁骨端钻孔，采用Endobutton钢板与Ethibond缝线通过所穿的骨洞进行固定。理论表明，此法较符合肩锁关节的生物解剖，且与膝关节韧带重建一样具有良好的稳定性。但由于是新兴手术，也存在一定的弊端：首先，带袢Endobutton钢板不是专为肩锁关节而设计，在钢板的规格上存在是否需重新设计；其次，介于锁骨及喙突之间Ethibond缝线的长度和松紧度没有一定的标准；此外，在喙突及锁骨处的钻孔不能太大，否则容易造成撕脱性骨折导致手术的失败，这点对于老年骨质疏松的患者尤为注意；最后，采用Endobutton钢板、Ethibond缝线等材料比单纯应用钢板费用更贵，患者需要一定的经济基础。
1.2.3 动力性重建 1965年Dewar等首次应用此法治疗肩锁关节脱位，其具体操作为将喙突的上端连同肱二头肌短头和喙肱肌联合肌腱在此的附着处凿下，将其固定于上方的锁骨处。Dewar手术既满足了肩锁关节静力学的稳定，又满足了其动力学重建需要。联合肌腱的移位代替了喙锁韧带的功能，是生物学静力学固定，而肌肉的紧缩可纠正肩锁关节的脱位并保持持续的稳定，是生物动力学固定。林斌等［5］对Dewar手术与钩钢板及张力带内固定治疗肩锁关节脱位的生物力学进行了比较后认为，认为Dewar手术后肩锁关节活动略大于正常状态，但与正常状态下肩锁关节的活动最接近。吴其常［6］通过比较几种不同手术方法的疗效，证实林斌的生物力学观点，但遂后发现术后易出现肩峰撞击综合症。因此，CozmaT建议在该手术的基础上切除0.5-1cm即改良型Dewar手术，术后极大避免了此并发症的发生。此方案的缺点为后期难以维持解剖复位，易形成关节不稳，但患者疼痛的几率并不很高。
1.3 肩锁关节融合固定术 因肩锁关节在肩外展提供20%的功能，如肩锁关节融合会对患者的活动产生很大的影响，故肩锁关节固定融合不为常规手术，但老年患陈旧性者，因其功能要求不高，常规手术效果差，可适用于此法。另外其他手术术后反复脱位的患者也可用融合术作为其最终的治疗方案。
1.4 肩锁关节内固定术 肩锁关节内固定术最先由Hachkenbmch等采用，在治疗肩锁关节脱位上效果良好。由于操作简单，固定稳定，目前逐渐成为手术治疗肩锁关节脱位的主流手术方法。其原理为通过杠杆作用，平衡锁骨的张力，为肩锁韧带和喙锁韧带的修复创造了无张力的环境，并且手术保留了肩锁钢板钩端在肩峰软骨面一定范围滑动，非常符合肩锁关节本身微动的生理特点。固定稳妥同时允许关节适量活动，这是其他手术都难以具备的，同时内固定术兼有操作简单、创伤损伤小等优点，这些优点成就了其成为主流手术的原因。
当前，国内医院采用的锁骨钩钢板主要有WORTER锁骨钩钢板和AO锁骨钩钢板两种。前者通过锁骨远端的钢板和穿过肩峰钝钩的双重固定，为复位的肩锁关节提供一个相对制动的平台，从而利于已断裂肩锁韧带的修复。胡勇等［7］应用此技术治疗肩锁关节脱位及锁骨外端骨折均有良好的效果并主张大力推广此法的运用。但Wolter钩钢板也存在一定的弊端，即手术的复杂性较大，尤其在肩峰的穿孔时，其部位、角度以及方向都要非常的精确，如反复钻孔会产生劈裂性骨折及孔过大固定不稳等情况。因此，相对于AO钩钢存在手术时间长、出血量多等缺点。
相对而言，AO钩钢板因设计更为简单、手术时间短、允许肩锁关节微动等优点，在临床运用上更为主流，且效果确切。韩纲等［8］应用AO钩钢板手术技术治疗Tossy Ⅲ型肩锁关节脱位并对其中大部分患者进行术后随访，钢板无滑脱及断裂现象，但发现一部分患者其肩部活动受限，表现为外展不能平肩等。故作者认为取出钢板有利于患者的功能恢复，究其原因，考虑为钢板的钩端侵占了正常的解剖空间，与肩峰下因钢板的钩端与正常组织的磨损形成滑囊及炎症物质等，所以会产生肩部异样及疼痛感，且外展活动受限的表现。
1.5 微创手术 随着微创在关节、腹腔、肺脏领域的广泛运用，部分临床工作者采用微创手术来治疗肩锁关节脱位。同其他部位的微创手术一样，具有创伤小，能够发现小的病变的特点，而且手术直观可靠，无需术中C臂辅助。Daniel P［9］等在关节镜下行喙锁韧带重建手术，术后患者功能恢复良好，随访未有并发症的发生。但该手术的病例不多，随访时间不长，其效果仍需进一步去验证。
1.6 锁骨远端切除术 锁骨主要由斜方肌、胸锁乳突肌、胸大肌等附着，其远端的肌肉附着相对较少，此手术的基础为对颈部及肩部的影响相对较少而又减少了肩峰对锁骨远端的撞击。但Eskola等［11］所做的报告认为，肩锁关节脱位常伴有喙锁、肩锁韧带的断裂，此手术不能解决畸形和稳定的问题，本手术不值得开展。龚晓峰等［12］认为，锁骨远端切除术并不适用于急性肩锁关节脱位患者，术后回访发现常合并陈旧性脱位，并出现肩锁关节处疼痛。目前，较少单独应用锁骨远端切除术治疗肩锁关节脱位。
1.7 外固定器固定术 马俭凡陈源等［13］自制了外固定器，其原理与外固定支架类似。缺点是克氏针制成的外固定器应力遮挡较差，易变型。但为坚强的外固定支架提供了雏形。
1.8 多种方法联合应用 如改良Dewar手术，即肩锁关节的静力学和动力学重建的基础上截去0.5-1cm锁骨远端切除来预防远期的肩峰撞击综合症；AO肩锁钩板固定后行肩锁或者喙锁韧带的修复以达到更完美的生物力学以及减少钢板取出后再脱位的可能；采用Endobutton钢板技术既是对喙锁韧带重建，又在手术当中采用关节镜技术等。2 问题和展望
综上所述，对肩锁关节脱位治疗方法很多，各种手术方式都存在它的优点和弊端。比如：保守治疗制动时间长患者难以耐受、螺丝钉加压法断钉及活脱的发生率较高；Dewar手术远期会出现肩峰撞击综合症等。笔者认为关节镜下行钛缆或者双Endobutton钢板可以成为以后的研究方向，虽然目前临床病例相对较少，手术操作要求高，而且需要熟练的关节镜手术经验，但具有创伤少，固定牢固等优点。另外实验证明，改良Dewar术肩锁关节最接近于自然状态下肩锁关节的活动。国内临床效果仅限于锁骨钩钢板及AO克氏针张力等主流手术的比较，因此，比较上述几种手术方式的术后疗效，评判其效果具有重要的临床意义。
参考文献
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【关键词】胸椎椎弓根螺钉
1胸椎椎弓根的应用解剖
1.1胸椎椎弓根螺钉的进钉点
胸椎手术成功的关键在于找好准确的进钉点，熊传芝等[3]指出,椎弓根较大的变异性是不良置钉率居高不下最重要的原因之一。吴超等[4]认为椎板外缘及上缘对椎弓根的定位有重要的解剖学价值。史亚民等[5]测得螺钉进钉点T9与T12位于横突根部中点,T10位于横突根部上缘,T11位于横突根部中上1/3点。殷渠东等[6]发现下胸椎进钉点的水平线应在横突上部、而腰椎在横突中上部。
1.2胸椎椎弓根螺钉的进钉方向、椎弓根螺钉长度、直径和生物力学的关系
螺钉的置入方向对其固定强度存在一定影响。Louis[10]认为在上胸椎有15-20°的内斜角,中下段胸椎螺钉直向前。根据Ebraheim[11]的数据,T1-2为30-40°,T3-11为20-25°,T12为10°左右。研究表明,在5-30°的范围内,随着内聚角的增加,椎弓根螺钉的把持力也增大。等研究表明，与短螺钉相比，长螺钉在体内承受的弯曲力矩增加16%，同时平行植入与7°成角植入其弯曲刚度两者相差25%，螺钉植入的倾斜更符合力学原则。螺钉的长度与把持力有很大关系，有人主张螺钉长度尽可能达到椎体前缘皮质。
1.3孔道准备及孔道失败后的救措施
钉道准备：螺道过深过大，均能减小骨质对螺钉的“握力”。对于安装螺钉前孔道是否需要攻丝缺乏研究，Zindrick同时发现攻丝对拔出力量无影响。运用打入螺钉和拧入螺钉比较，发现无显著差别。对于固定失效后的孔道准备，Pfeifer在研究修复材料时采用碎骨片、火柴棒骨质、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分别填充失效的椎弓根孔道后再用螺钉固定，比较后发现拔出力依次可获得失效前的70%、56%和149%，所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA。所以对于失效的孔道再次固定可以采用PMMA等有效的修复材料填充后再次固定。
1.4螺钉螺纹对生物力学的影响
内锥螺纹钉与外锥螺纹钉的设计有许多相似之处,均克服了松质骨螺钉中应力集中点,使断钉的发生率明显降低。本实验中在克服拔钉的过程中,外锥螺纹钉优于内锥螺纹钉。有报道70%为最佳的螺钉与椎弓根面积比,并且当面积比大于90%时拔出力增加不明显,却易发生爆裂骨折。
1.5螺钉的几何形态、螺钉的材料
kwok等对相似大小的圆锥体形螺钉和圆柱形螺钉进行对比研究，发现二者的拔出强度无明显差别，圆锥形螺钉能明显增加螺钉的置入扭矩，但圆柱形螺钉的置入扭矩与拔出强度无明显相关性。结果表明钛合金比不锈钢螺钉具有较高的扭矩和扭转刚度；螺钉拔出和松动是横向负荷和轴向拔出力综合作用的结果。
1.6胸椎椎弓根螺钉技术存在的不足
在胸椎可采用“椎弓根―肋骨”单元（Pedicle-ribunit,以下简称PRU）螺钉的固定方法，较置入椎弓根螺钉安全。Misenhimer等的研究结果也表明,椎弓根钉占据椎弓根横径的80%就会发生椎弓根膨胀、变形或骨折。因此,在横径
2胸椎肋横突结合区螺钉的进钉点及进钉方向
国外学者对肋横突结合区进钉方法进行了研究。他们设计的方法进钉点均在横突末端或者肋横关节上，螺钉末端外偏角度较大，这就使术者在术中操作器械很困难，术者不论是采取钢板连接还是采取固定棒连接，都不能保证螺钉和固定棒或固定钢板之间的良好接触，这样就会增加螺钉折断的机会。孙建民等以尾倾0-10°进钉，置入24枚PRU螺钉全部成功。椎弓根外置钉技术采用的螺钉直径大小取决于椎弓根的高度和PRU的宽度。
3肋横突结合区进钉的不足
肋椎关节为球窝关节,有一定的活动性,临床上有肋椎关节退变造成胸背痛的报道,经肋椎关节固定是否也会造成上述症状,仍需观察。相信在不远的将来，随着对胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术的安全性评价及生物力学研究的进一步深入，在工程师、解剖学家和临床医师的共同努力下，胸椎椎弓根-肋单元横突结合区置钉技术会成为越来越成熟且有效的手术方法，会有越来越多的患者从中受益。
参考文献
中图分类号：U172 文献标识码：A
由于相关行业的发展与国民经济和科学技术的发展同步，使得力学在其中多项技术的发展中起着重要的甚至是关键的作用。力学专业的毕业生既可以从事力学教育与研究工作，又可以从事与力学相关的机械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程专业的设计与研究工作，还可以从事数学、物理、化学、天文、地球或生命等基础学科的教育与研究工作。从这个意义上讲，力学专业培养人才的对口是非常宽的，社会对力学人才的需求也是很多的。
随着力学学科的发展，在本世纪将产生一些新的学科结合点，如生物医学工程、环境与资源、数字化信息等。经典力学与纳米科技一起孕育了微纳米力学将力学知识应用于生物领域产生了生物力学和仿生力学；这些都是近年来力学学科发展的亮点。可以预料，随着社会的发展，力学学科与环境和人居工程等专业的学科交叉也将会进一步加强。
1工程力学研究方向
主要学习力学、数学基本理论和知识，受到必要的工程技能训练，具有应用计算机和现代实验技术手段解决与力学有关的工程问题的基本能力。毕业生应获得以下几方面的知识与能力：
（1）具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；
（2）较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括固体力学、流体力学、电工与电子技术、市场经济及企业管理等基础知识；
（3）具有较强的解决与力学有关的工程技术问题的理论分析能力与实验技能；
（4）具有较强的计算机和外语应用能力；
（5）具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。
主干学科：力学。主要课程：理论力学、材料力学、弹性力学、流体力学、结构力学、电工与电子技术、计算机基础知识及程序设计。
2工程力学发展趋势与学科交叉
（1）固体力学方面：
经典的连续介质力学的模型和体系可能被突破，它们可能将包括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及它们的演化，从而使复合材料的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。固体力学的发展，必将推动科学和工程技术的巨大进步。
（2）流体力学方面：
为了尽可能多地开采地下油气，需要深入研究渗流机理并定量化。它的研究还有助于了解各种新陈代谢的宏观机制。
化工流程的设计，很大程度上归结为流体运动的计算问题。由于流动的复杂性，针对若干典型化工设备进行深入的研究，将为化工设计和生物技术产业化等提供新方法和基础。而复杂流场计算需要各种计算方法和理论，必须发展新的计算机软硬件，这就必须在计算流体力学上投入更大的力量。
（3）一般力学方面：
随着技术的发展，诸如机器人、人造卫星和高速列车等等领域的发展，亟需解决多体系统的运动和控制、大尺度柔性部件和液体的运动稳定性、车辆与轨道作一个高度复杂非线性系统等的建模，求解理论和方法等的研究分析。
一般力学近来已经进入生物体运动的研究，例如研究人和动物行走、奔跑及跳跃中的力学问题。其研究结果可提供生物进化论方向的理性认识，也可为提高某些机构、机械的性能提供指导。
（4）力学与其他学科的交叉：
所为学科的交叉可分三类：学科内部不同分支交叉，例如流体弹性力学；两种不同学科间的交叉，例如物理力学；兼有前两者的特点，例如爆炸力学、物理化学渗流、生物力学等。
交叉学科并非两个学科或分支学科的简单加合，它基于源学科又有区别，它的发展有利于发展新学科并促进源学科的发展。
20世纪力学已经与工程交叉产生了工程力学，与地学结合产生了地球流体力学，与生命科学和医学结合产生了生物力学等等。
3工程力学学习技巧与方法
主管单位：卫生部
主办单位：卫生部口腔种植科技中心
出版周期：季刊
出版地址：四川省成都市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1007-3957
国内刊号：51-1493/R
邮发代号：
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1996
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
联系方式
中图分类号： G 884 文章编号：1009-783X（2013）06-0573-04 文献标志码： 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
作者简介：王向东（1973—），男，山西人，博士，研究员，研究方向为运动生物力学；任景萍（1970—），女，研究方向为运动人体科学：徐文泉（1969—），男，副教授，研究方向为运动训练学。
女子举重作为我国的优势项目，从2000年至今共计夺取了14枚奥运会金牌。关于女子举重的生物力学研究有许多，但是多数文章都将优秀运动员作为研究对象[1-4]，对普通女子举重运动员的抓举动作技术研究很少见到，尤其从运动学和动力学参数对比优秀运动员和普通运动员技术上的差异的研究还未见到。由于测试时要求对运动员作动作无干扰、非接触[5]，通过摄像、解析获取抓举动作技术参数是举重科研界最常用的手段。采用在杠铃上安装传感器等动力学手段，不但会干扰运动员做动作，而且比赛中也不允许；因此，通过动力学测试手段很难获取运动员真实的技术参数。高速摄像的普及和精度的提高使科研人员通过运动学测量、经过计算推导获得抓举的动力学参数（功、功率和等效力等）成为可能。
本文主要是运用高速摄像采集系统对不同水平运动员的抓举动作技术进行录像采集并通过运动解析手段对技术动作进行分析，得到不同水平运动员抓举动作各阶段的相关指标。通过对不同水平运动员的常用技术指标进行对比研究，看优秀运动员和普通运动员在动作技术参数上是否存在差异，进而揭示优秀运动员的技术特征，为举重技术诊断提供科学依据。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
本文选取了2011年女子举重亚锦赛和2011年女子全国冠军赛的7个级别的20名女子举重运动员作为研究对象。本研究中选取的10名优秀运动员均为各级别的前2名，选取的10名普通运动员均为各级别的后2名。具体情况见表1。
表 1 运动员情况 （n=20）
1.2 研究方法
1.2.1 高速摄像法
在比赛现场运用星高钛高速摄像采集系统（XGT-BAS-1S）对运动员的比赛动作进行平面定点拍摄（拍摄频率为100 Hz，拍摄位置为举重运动员的正侧面，摄像机位置与运动员距离10 m左右，摄像机的主光轴对准运动员的髋关节），如图1所示。
1.2.2 录像解析法
将拍摄的动作视频导入到星高钛解析软件，根据抓举技术特点选取运动员的肩关节、髋关节、膝关节、踝关节和杠铃片中心5个点进行建模并逐幅解析（如图2所示）。解析后导出每个运动员在5个特征画面的髋、膝、踝关节角度的变化情况、杠铃上升高度和杠铃上升花费时间的变化数据及4个动作阶段的膝角、髋角和躯干角的变化及杠铃上升高度的变化情况。
图 1 高速采集系统 图 2 简化模型
1.2.3 动作阶段的划分
本文对抓举技术动作地分析是从杠铃离地瞬间开始到杠铃达到最高点，这一阶段是抓举动作的主要阶段[6-9]。为了便于科学、细致地分析抓举技术动作，将这个动作阶段又划分为4个阶段：1）伸膝提铃阶段，从杠铃离地开始至伸膝最大时刻（膝关节角最大），通常称之为伸膝提铃动作；2）引膝到位阶段，膝关节角从伸膝最大时刻开始到引膝最大时刻（膝关节角最小），即引膝提铃动作；3）展体加速阶段，膝关节角从引膝最大时刻（膝角最小）开始到杠铃上升速度达到最大时刻，即最大发力阶段；4）惯性上升阶段，从杠铃上升速度最大时刻开始到杠铃达到最高点。划分动作阶段的特征画面如图3所示。
图 3 抓举技术的特征画面
1.2.4 研究指标及其定义
举重运动员提举杠铃的力可以分解为水平方向的力和垂直向上的力，也就是说运动员对杠铃分别有水平方向和垂直方向的做功；但是运动员使杠铃发生水平方向的运动所做的是无用功，只有垂直向上的做功才是有效功。根据功能原理得出：W=（12mv22+mgh2）-（12mv21+mgh1），其中m为运动员所举起的杠铃质量，v2为本阶段末杠铃的垂直速度，g是重力加速度，h2为本阶段末杠铃的高度，v1为本阶段杠铃的初始垂直速度，h1为本阶段初始时杠铃的高度。知道了某一动作阶段结束时杠铃的速度和杠铃的质量就可以算出此时杠铃的动能，根据杠铃此时的高度和杠铃质量可以算出此时杠铃的重力势能，将动能和重力势能相加便可得到本阶段动作结束时杠铃的机械能；同理，可求出本阶段动作开始时杠铃的机械能。将本阶段动作结束时的机械能减去本阶段动作开始时的机械能便可得出在该动作阶段杠铃机械能的增加，而杠铃机械能的增加恰恰是因为运动员对杠铃做了功，由此便可间接求出本阶段运动员所做的功的多少，从而更进一步根据杠铃上升的高度h，由F=Wh计算出运动员对杠铃施加的向上的有效作用力F。P=Wt，P1=PG，P为运动员的有效功率，W为运动员所做的有效功，t为杠铃上升到某一阶段所花费的时间，P1为运动员的相对有效功率，G为运动员体重。
1.2.5 数据统计法
使用SPSS 17.0对优秀运动员与普通运动员抓举过程中的人体关节角度变化、杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比、有效功百分比、相对平均功率和相对有效力等指标进行独立样本t检验，显著性差异用P
表 2 研究指标及其定义
2 结果与讨论
2.1 不同水平运动员最大铃速和惯性上升阶段铃升的比较
抓举过程中杠铃垂直方向的最大铃速和惯性上升阶段杠铃上升的高度被认为是衡量举重运动员发力效果的主要指标。多数教练认为发力结束后最大铃速越大、杠铃在惯性上升阶段上升的高度越高就说明运动员发力效果越好，运动员的下降定铃、锁肩、支撑的时间就越充分，动作的成功率也就越高。反之，抓举动作就容易失败。以往的经验告诉我们优秀运动员在最大铃速和惯性上升阶段铃升这2个指标肯定要大于普通运动员；但从表3可以看出，对于最大铃速和惯性上升阶段铃升2个指标来说，优秀运动员和普通运动员相比数据基本相同，甚至普通运动员的最大铃速平均值比优秀运动员还要大。通过对10 名优秀运动员和10名普通运动员的最大铃速和惯性上升阶段铃升进行独立样本t检验，检验结果显示二者P值都大于显著性水平0.05，统计结果表明优秀运动员和普通运动员比较无显著性差异。
表 3 不同水平运动员最大铃速和
惯性上升阶段铃升的比较
（n=20）
2.2 不同水平运动员各动作阶段身体关节角度变化情况
通过运动员在抓举过程中身体各关节角度的变化情况可以看出，运动员在各阶段完成动作的幅度大小、是否存在腰背过早参与动作及过早发力的现象。
通过表4可以明显看出，在伸膝提铃阶段普通运动员的膝角变化和髋角变化均大于优秀运动员，这是因为普通运动员在此阶段可能腰背打开过早，存在过早发力的问题。在展体加速阶段优秀运动员在膝角变化、髋角变化和俯仰变化方面均大于普通运动员，运动员身体各环节伸展越充分对杠铃做功距离就越长，这说明在抓举的展体加速阶段优秀运动员发力效果明显好于普通运动员。
通过对优秀运动员和普通运动员各动作阶段的膝角变化、髋角变化和俯仰变化进行独立样本t检验，其P值都大于0.05，表明二者在4个动作阶段的膝角变化、髋角变化和俯仰变化均无显著差异。
表 4 不同水平运动员各动作
阶段身体关节角度变化
（n=20）
2.3 不同水平运动员各动作阶段杠铃上升时间百分比、杠铃上升高度百分比和有效功百分比情况
从表5可以看出，普通运动员在伸膝提铃阶段的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于优秀运动员对应的指标，而在展体加速阶段和惯性上升阶段优秀运动员的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于普通运动员对应的指标。结合表4数据本研究进一步表明，在伸膝提铃阶段普通运动员身体打开过早，髋关节过早参与发力，而优秀运动员在展体加速阶段由于身体充分伸展，各关节同时发力导致杠铃上升高度和做功都超出了普通运动员。
表 5 不同水平运动员各动作阶段杠铃上升高度百分比、杠铃上升时间百分比、有效功百分比 （n=20）
%
通过对优秀运动员和普通运动员在各动作阶段的杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比和有效功百分比进行独立样本t检验，结果显示所有的P值均大于0.05，表明了优秀运动员和普通运动员在抓举过程中杠铃上升高度百分比、杠铃上升花费时间百分比和有效功百分比之间比较均无显著差异。
2.4 不同水平运动员各动作阶段相对平均功率、相对有效力的比较
通过表6可以看出优秀运动员在各个动作阶段的相对平均功率和相对有效力均大于普通运动员，尤其在展体加速阶段优秀运动员的优势表现得更加明显。这些差异表明优秀运动员在展体加速阶段比普通运动员表现出更好的爆发力水平，动作技术更加合理。
表 6 不同水平运动员各动作
阶段相对平均功率、相对有效力
（n=20）
注：*表示在各动作阶段中优秀运动员和普通运动员的相对平均功率和相对有效力间有着显著差异，P
对优秀运动员和普通运动员各动作阶段的相对平均功率和相对有效力进行独立样本t检验，结果为：1）不同水平运动员在伸膝提铃和引膝到位阶段中相对平均功率的P值大于0.05，展体加速和惯性上升阶段中相对平均功率的P值小于0.05，表明二者在伸膝提铃和引膝到位阶段中相对平均功率无显著差异，在展体加速阶段和惯性上升阶段中，二者的相对平均功率有显著差异。2）不同水平运动员各动作阶段相对有效力的P值均小于0.05，表明在抓举4个动作阶段中优秀运动员与普通运动员的相对有效力存在显著差异。表面上看，杠铃的重量是造成差异的主要原因，但最终还是由运动员的专项力量水平决定的。3）在伸膝提铃和引膝到位阶段，优秀运动员和普通运动员的相对平均功率无显著差异，而在展体加速阶段二者的相对平均功率存在显著差异，说明展体加速阶段的相对平均功率也是判断一个运动员是否优秀的重要指标。
3 结论
通过比较优秀运动员和普通运动员的技术参数，发现：
1）在最大铃速和惯性上升阶段铃升这2个指标方面，优秀运动员与普通运动员比较，数据上相差无几，统计学检验无显著性差异。
2）在伸膝提铃阶段普通运动员的膝角变化和髋角变化均大于优秀运动员，而在展体加速阶段优秀运动员在膝角变化、髋角变化和躯干俯仰变化方面均大于普通运动员，但是均无显著性差异。
3）普通运动员在伸膝提铃阶段的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于优秀运动员，而在展体加速阶段和惯性上升阶段优秀运动员的杠铃上升高度百分比和有效功百分比均大于普通运动员，但是均无显著性差异。
4）优秀运动员在各个动作阶段的相对平均功率和相对有效力均大于普通运动员，尤其在展体加速阶段优秀运动员的优势表现得更加明显，这些差异表明优秀运动员在展体加速阶段比普通运动员表现出更好的爆发力水平，动作技术更加合理。
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