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生物力学的研究范文1
关键词：运动损伤；防护服装；运动生物力学；防护模型
中图分类号：TS941.2 文献标志码：A
A Study on Protective Cloths Based on Sports Biomechanics
Abstract： Based on introducing sports biomechanics as well as current study on protective equipment and protective clothes， the article draws the conclusion that it is very important to study protective clothes by using sports biomechanics and puts forward the theoretical basis， technical problems and technical route for using sports biomechanics in garment applications.
Key words： sports injury； protective clothes； sports biomechanics； protective model
近年来，我国参与体育运动或日常锻炼的人口越来越多。在对全国体育人口比例的调查中发现，1996年的体育人口在总人口中所占的比例为31.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的时间里增加了5.7个百分点。
但是在运动中，由于人们并未太多地注意保护自己，常常会引起相应的关节、肌肉、韧带的意外损伤。网球运动常常会导致肘部、肩袖部损伤，范？克拉莫（Von Kramer）对网球运动中出现的损伤进行过调查，结果表明，网球运动中肘关节损伤占全部损伤的41%，是最容易损伤的部位；肩袖损伤占其全部损伤的39%，仅次于网球肘。在跑步运动中，常常会发生小腿肌肉拉伤，有研究显示，有高达35% ～ 65%的健身者与专业运动员曾经发生过下肢损伤。老年人、小孩以及肢体残疾人在日常的行走过程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往会因为磕碰、摔倒等突发状况而意外导致肌肉和骨骼损伤。有国外学者曾做过相关的研究，该研究揭示了在老年人的摔倒中，将近53%是因为行走、站立的不稳定所导致的。
运动损伤已经给运动员、业余爱好者、老年人、小孩等带来了伤害，也是人们生命安全的重要隐患之一。也有不少人缺乏自我保护意识，认为在业余的体育锻炼和比赛中，做准备活动，然后再多加注意一些，受伤的几率也就小了，其实这种想法是不正确的。因为这种损伤，比如说扭伤、摔伤、各种磕碰伤，在运动损伤里只占到了2%，它的名称叫做意外伤，而将近98%的损伤是那种运动技术性伤。所以基于运动的生物力学，研制减少骨骼与肌肉损伤的防护性服装，是一个很大的趋向。
1 运动生物力学的研究
运动生物力学是生物力学的分支学科，是研究体育运动中人体机械运动规律的科学。其主要任务是运用生物学和力学的理论和方法研究人体从事各种运动、活动以及劳动的动作技术，使复杂的人体动作技术奠基于最基本的生物学和力学规律之上，并以数学、力学、生物学以及动作技术原理的形式加以定量描述。运动生物力学的发展与研究，为提高体育运动的成绩、预防运动损伤、设计研发防护器材奠定了理论基础。
1.1 运动生物力学的实际应用
对于运动生物力学的研究，特别是在应用上，具有自己的特色，大致可归结为以下几点：
（1）在竞技体育运动动作的技术方面，根据人体的体态、素质、机能等情况，研究适合个人的最佳运动和活动技术的动作方案，并通过动作技术诊断使之逐步完善；
（2）从预防运动损伤的观点出发，对各种体育、活动以及生产劳动进行生物力学分析，找出致伤因素，并设计出相应的预防与治疗措施；
（3）运动生物力学不仅研究人体，而且也研究与运动相关的器械的运动规律，按照人体形态、结构和机能的生物力学特征，设计和改进运动器材、设施、服装与用具以及劳动机器、工具等。
1.2 运动生物力学与防护器材
从运动生物力学的角度出发，对体育运动或健身锻炼中用于防护人身安全、避免运动损伤的器材，提出设计和改进的设想及要求，是一项非常艰巨的学科任务，当前基于运动生物力学研制的防护用品主要有护具、运动鞋。
新型橄榄球头盔与传统头盔相比有着本质的区别，新型头盔的外层覆盖了一种新型树脂吸振缓冲材料，它可以有效地防止运动员以头盔作为进攻武器冲撞对手。在运动的过程中，人体的各个关节肌肉常常由于过多的运动量或瞬间的挥击、拉伸发生拉伤或震伤。戴上护具后，就可以对相应部位的肌肉、韧带加压舒服，减缓可能的过度拉伸，并协助肌肉动作，对关节部位起到支撑作用。对于关节出现不同程度劳损的老人以及正在发育期的小孩来说，进行远足郊游或体育锻炼时，很有必要选择一定的护具。
国内外一线运动品牌，其运动鞋技术的每一项进步都离不开生物力学研究，结构设计和技术创新都遵循人体运动生物力学原理。国际一线运动品牌都拥有自己的核心技术，如Nike的air气囊鞋底科技和足跟稳定技术、Adidas的HUG环抱系统和智能芯片技术、李宁新一代单弦弓减震技术等。无论核心技术如何创新变化，结构设计必须遵循运动生物力学的原理，其主要的生物力学原理是缓震减震、能量回归、足跟控制、模拟踝足和回归自然。
2 防护服装的研究
伴随着运动的普及，传统的防护服装基本上从舒适性、结构设计、功能材料等角度出发进行设计研究，通过研究改变或加强面料的性能来达到服装吸湿排汗透气、防火、防水等效果，或者从服装结构设计出发，采用多开口宽松式设计，在前胸、腋下、前后衣片采用连续开口散热功能设计，设计了一套具有散热功能的篮球比赛服装。而在运动过程中能真正地起到对人体防护作用的，往往都是要通过佩戴护具来达到目的，从拳击的头盔到篮球的护足，每一个易受伤的关节都有相对应的护具来产生防护的效果。
但是现阶段基于运动生物力学研究的运动防护仅限于护具以及运动鞋，而客户对防护服装的要求却逐渐从原来的吸湿排汗等舒适性方面提升到舒适、功能、美观、防护一体化上来，更多地希望可以通过服装本身就可以达到防护人体的目的。
所以，有必要从人体出发，通过测量人体各关节点运动的三维坐标数据的变化，将其转化为人体关节运动的生物力学参数，通过分析生物力学参数数据，建立人体防护模型，明确服装面料与防护模型相互之间的关系，并结合服装材料学、服装结构设计、人体工效学等相关知识，设计具有防护性能的服装。
3 运动生物力学在服装上的应用
在体育运动、日常活动以及生产劳动中骨骼和肌肉损伤是难以避免的问题，解决这一难题，必须以人体运动为目标，运用人体解剖学、人体生理学、力学的理论与方法来探索人体运动规律，根据骨骼和肌肉的变化，建立外部防护模型，获取防护服装所需达到的力学参数，为开发运动防护服装提供理论依据。
3.1 理论依据
在运动过程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比较成熟，是确定肌肉长度、肌肉拉力线、肌力臂、肌力矩、肌力等关键因素，但却没有明确指出骨骼及肌肉损伤的临界值，建立外防护模型是解决该问题的关键途径。
基于人体骨骼与肌肉的动力学模型，模拟在外部约束条件下骨骼和肌肉的变化，通过逆向动力学方程式和有限元模拟获取相关参数，建立外防护机制，即防护模型；在外加反应实验的作用下，明确服装材料的性能与外防护模型之间的关系，为研制高质量的运动防护服装、减少运动过程中骨骼及肌肉的损伤提供理论依据。
3.2 技术问题
（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要运用动态捕捉系统捕捉关键点的运动信息，测量人体在空间的位置和方向，即人体骨骼、关节的运动轨迹。动态捕捉系统通常分类为 3类：机械式、电磁式和光学式，价格不菲。
（2）结合人体运动轨迹的数据，通过人体建模仿真软件进行模拟，并推导出骨骼及肌肉的最优化的防护机制。
（3）通过实验验证分析，明确防护模型与服装面料的性能特征之间的关系，为研发防护性能最优的服装提供依据。
3.3 研究方案
针对一项具体的运动，主要研究内容有以下几个方面：
（1）运用动态捕捉系统捕捉人体关键部位的空间运动轨迹；
（2）借助人体建模仿真软件，将空间运动轨迹的数据转化为生物力学参数，如各关节的位移、速度、加速度及肌肉长度、肌力臂、肌力矩等，进而计算出有关人体防护力学参数；
（3）基于骨骼及肌肉模型，运用逆向动力学的方法，建立人体外部防护机制；
（4）根据各种服装材料的性能，通过有限元的模拟，确定材料的性能与防护模型相互之间的关系，获取防护服装所需的防护参数；
（5）人体建模仿真软件对所获取的服装防护参数进行模拟，以进一步获得最优防护的服装。
技术路线如图 1 所示。
4 结语
运动损伤常常给运动员、体育爱好者、老人、小孩等带来意想不到的身体伤害，然而，传统的防护服装基本上从服装的舒适性角度进行研究，通过改变面料的特性来达到服装的防湿透气、吸湿排汗等，或从服装的结构设计出发，改变服装衣下间隙、开口特征等来提高服装的着装舒适性。国外对于运动防护服及装备的研究则比较深入，从人体的头部到脚的各个器官都配有特定的防护用具，所以基于运动生物力学研究防护服装必将是未来的研究热门。
外防护模型的建立是运动生物力学应用到服装领域的关键，也是制约防护服装研发的主要因素。防护模型的研究处于起步阶段，只有建立起防护模型，才能进一步明确服装材料与防护力学参数之间的相互转化关系，也为研制减少运动损伤的运动装备奠定技术基础。
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生物力学的研究范文2
关键词：运动生物力学理论 学校体操教学 学生能力 教学质量
运动生物力学是研究体育运动技术力学规律的科学，它通过对学校体操各单项运动技术的生物力学分析，提出必要的理论数据，建立标准运动技术的模式，使教练员和运动员明确什么样的动作是正确的运动技术，什么样的动作是错误的运动技术。教练员明确了运动技术的原理，便可通过一定的手段对运动员进行技术诊断，找出技术改进措施，寻求最佳运动技术，以提高训练的科学性。体操技术动作常常是在反正常姿态下完成的，有较强的时空感，完成动作的时间短，学生学习有一定的难度。对体操动作进行正确的技术分析，能帮助教师更深入地理解教材，合理地安排教材内容和运用教学方法，帮助学生正确地理解动作，建立准确的动作概念，加速动作技能的形成，提高学生分析和解决问题的能力，为今后从事教学工作打下良好的基础。
根据运动学和动力学特征将体操动作分门别类，使教学安排科学化。人认知的迁移规律表明，学习者对一些新运动技能的掌握往往受到早先形成的运动技术定势的影响。这种影响表现为正、负两方面，正迁移能促进新技能的形成和发展，而负迁移干扰新技能的形成和发展。体操教师只有对技术动作力学分析，并归纳出各项体操动作力学特征的相同点和不同处，才能在教学中正确地运用迁移规律。笔者在体操教学中依据动作的力学特征，把教材分成几个板块进行教学。例如，技巧中的前滚翻、鱼跃前滚翻，纵箱中的前滚翻，双杠中的分腿坐前滚翻成分腿坐等等，均属前滚翻类动作，作为一个动作板块;双杠中的挂臂撑屈伸上和杠端跳起经屈体悬垂摆动屈伸上，单杠中的经直角悬垂摆动屈伸上，动作特征相同，也归为一个动作板块，等等。这样，按动作板块安排教学，教师运用同结构教学法，能起到学生学一个会一串的作用，学生会产生学了前一个动作对后一个动作有跃跃一试的念头和欲望，达到提高学生学习体操动作的兴趣和主动性。同时，由于动作结构相同，学生也容易建立动作的时空感，掌握正确的用力时机，大大地缩短了学习动作的时间。总之，对体操技术动作进行生物力学分析，掌握其力学特征，都可为体操教师选择教学方法、合理地安排教学内容提供科学的依据，有利于学生理解并掌握技术动作。
体操教师运用生物力学原理分析体操技术动作，能帮助学生区分正确动作与错误动作，明确动作完成程序，使动作规范化。在体操教学中，笔者常常发现学生自认为已掌握了动作，其实所完成的动作是错误的或已改变了动作性质。及时帮助学生分析错误动作的根源并纠正错误是掌握正确技术动作的关键。教师运用运动生物力学分析正确动作和错误动作的区别所在，能强化学生对正确动作的理解，明白动作为什么要这样做，从而及时纠正自己错误动作。例如，技巧项目的头手翻动作，人体重心位置的控制是决定该动作能否顺利完成和动作质量高低的关键所在。不少学生往往对此技术关键没引起充分的认识，因而练习过程不是重心没有移出便开始伸髋，就是重心前移过多而完成不了动作。教师对人体重心未移出、移出适中和移出过多等3种情况所产生的运动力学结果进行分析，学生明白了道理，练习中就会有意识地控制自身重心位置。同时根据自己完成的情况，判断自己错误动作所在，从而有效地纠正错误，建立正确的动作概念，并达到规范化。
提高学生保护与帮助的能力。教师对体操技术动作的生物力学分析，向学生讲明动作动力学和运动学特征，学生领会了该动作的力学原理，对动作有了正确的认识，在此基础上，再指导互相保护与帮助的方法，学生便很容易接受，就能对动作不同类型采用不同的方法，在最需要助力或阻力时给予施力;动作在何处最容易出危险，应站在何处进行保护与帮助。这样，通过一定时间的练习，学生就能较熟练地掌握保护与帮助的方法，从而有效地提高学生保护与帮助的能力;提高学生分析和解决问题的能力。教师在指导分析技术动作的基础上，选择一些较简单的动作让学生独立思考分析，掌握运用生物力学原理分析动作的方法，既学会了动作，又掌握了技术动作方法，从而达到提高分析问题、解决问题的能力。
总之，体操技术教学广泛地运用生物力学原理对技术动作进行分析，能加速学生对技术动作的理解，加速技术动作的完成，提高学生的能力，使教学科学化。
参考文献
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生物力学的研究范文3
【关键词】 山茱萸总甙 骨质疏松 骨生物力学 山茱萸/药效学 大鼠
骨质疏松症(Osteoporosis，OP)是一种以低骨量、骨组织微细结构破坏为特征，伴有骨的易脆性增加和骨折的易患性增加的全身性骨骼疾病［1］。我们在临床实践中发现，“益肾养肝口服液”在治疗骨质疏松方面有着肯定的作用，其主要成分是山茱萸水提液，经临床观察发现，该制剂可明显改善骨质疏松患者的自觉症状和骨密度，及血尿中骨代谢相关的生化指标，延缓老年患者骨密度随增龄而降低的趋势。在此基础上，为进一步明确山茱萸对骨质疏松症的治疗作用和机制，选用山茱萸主要有效成分山茱萸总甙作为研究对象，从骨生物力学的角度对其抗骨质疏松症作用及机理作进一步的基础实验研究。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 选取6月龄Wistar健康雌性大鼠共50只，随机分为5组:假手术组、模型组、山茱萸高剂量组、山茱萸中剂量组、山茱萸低剂量组。每组10只。
1.2 OP动物模型复制 各组大鼠均以3%的戊巴比妥钠1ml/kg，行腹腔麻醉，俯卧位固定。在背部中1/3处剪毛，用碘酒、酒精局部消毒皮肤后自腰椎沿背部正中线向下作纵形切口约2～3cm。沿肩胛线分别于左右两肋下剪开腹肌，可见位于两侧肾脏外下方呈粉红色的卵巢及紧密相连的子宫角，在子宫角上用线打两个结扎，切断子宫角，将卵巢摘除。假手术组仅摘除相当于卵巢大小的一块肠系膜，逐层关闭，缝合切口，术后连续肌注青霉素3d，5万u/只，日1次抗感染。术后所有动物在同一条件(室温19℃～24℃，相对湿度40%左右)用普通饲料饲养，自由饮水。
1.3 给药方法 术后第4d开始灌胃，灌胃的剂量按人与大鼠体表面积比折算成大鼠等效剂量。假手术组和模型组两组灌服蒸馏水20ml/kg，山茱萸组按人用量30g/70kg·d折算，山茱萸高剂量组服用量为3.56g/kg(1.6倍等效剂量)，山茱萸中剂量组为2.16g/kg(1倍等效剂量)，山茱萸低剂量组为1.08g/kg(0.5倍等效剂量)。各组动物灌胃容量相同，均为8ml。每日灌胃1次，每周6次，连续灌胃3个月。
1.4 标本的采集与处理 各组大鼠在灌胃满3个月后断椎处死，各组大鼠在处死前10d和前1d分别按30mg/kg给予两次腹腔注射盐酸四环素(Tetracyclin)，进行活体四环素标记。处死后立即取大鼠双侧胫骨，并去除软组织。双侧胫骨经福尔吗啉固定后做生物力学实验。在WDW10KN微机控制电子万能实验机做三点弯曲实验，加载点位于胫骨上1/3处，两侧支点标距为24mm，试验机匀速加载，加载速度为2mm/min。
1.5 检测指标 最大载荷——骨断裂前所承受的最大力值。最大挠度——骨断裂前所产生的最大变形长度。最大应力——骨标本单位面积上承受的最大载荷值。伸长率——在载荷作用下，骨标本的变形与标距之比，表示骨的塑性能力。
1.6 统计学处理 各组数据均以±s表示，用SPSS 10.5统计软件进行数据分析，采用单因素方差分析方法。
2 实验结果
各组大鼠最大载荷、最大应力、最大挠度、伸长率比较，见表1。表1 各组大鼠最大载荷、最大应力、最大挠度、伸长率比较
3 讨论
《黄帝内经》记载“肾主骨生髓”。后世医家发挥《黄帝内经》的理论，认为骨之强弱与肾中精气盛衰的关系密切，肾中精气充盛，则骨髓生化有源，骨才能得到骨髓的滋养，骨矿含量正常而骨骼强壮。肾虚是骨质疏松症的发病本质。也有学者认为：脾为后天之本，主四肢百骸，先天之精有赖于脾胃运化水谷精微的濡养。肾亏脾虚应为该病发病的基本病理。除此之外，患者因禀赋不同，临床既可兼夹气血亏虚等，致伤原因有别，病理可兼夹寒湿、气滞、血瘀等。在治疗上，基本沿用《内经》中“有骨痿者，补肾法以治之”的观点，以补肾法作为治疗骨质疏松症的基本大法，通过调整肾之阴阳精气的虚少，达到防治骨质疏松的作用。山茱萸酸微温质润，其性温而不燥，补而不峻，既能补肾益精，又能温肾助阳；既能补阴又能补阳，为补益肝肾的要药。益肾养肝口服液是一个比较成熟的院内制剂，以山茱萸为主要成分，它对骨质疏松症的疗效在临床上已得到了充分肯定，大量实验研究也表明其主药山茱萸主要有效成份山茱萸总甙具有补肾益阳的作用［2-4］，能明显改善SAMP6小鼠的骨质疏松状况。
本实验采用摘除大鼠双侧卵巢的方法，复制绝经后骨质疏松模型，大鼠在雌激素减少所致的骨反应上与自然绝经后的骨行为无实质性差别，其骨量丢失在某些方面与绝经后妇女相似，动物模型有方便性，关联性，适合性3个特点［5］。
目前很多实验研究多从骨结构改变角度观察评价骨质疏松及其并发骨折的发病机理和防治方法。骨结构的改变直接影响骨的生物力学性能，使骨的力学强度降低。因此，测定骨生物力学性能的变化是评价骨质疏松的一个重要和特殊的指标。生物力学是根据已经确立的力学原理来研究生物中的力学问题的科学，是力学、生物学、医学等学科之间相互渗透的边缘学科。骨组织是有机质与无机质按一定的力学原理结合而成的复合性材料，骨的无机质使骨硬而坚实，而有机质则使其具有一定的柔韧性。骨在受到外力时其内部组织结构和外部形态都将随之改变，这种改变可直接反映在骨的结构力学和材料力学性能的变化上。骨结构力学参数包括最大载荷、破断载荷、结构刚度、能量吸收、最大挠度等。骨皮质的厚薄的变化及骨小梁的多少的变化均可引起它们的变化。骨材料力学指标有弹性模量、最大应力、伸长率、最大应变、破断应力、破断应变等，它们反映的是骨的材料本身的力学性能，而与骨的大小及形态无关，主要由骨的构成成分及胶原的含量、排列决定。在本次实验中，我们选取了最大载荷、最大挠度、最大应力及伸长率等较有代表性的指标，其中最大载荷是指骨断裂前所承受的最大力值，最大挠度是骨断裂前所产生的最大变形长度，最大应力是骨标本单位面积上承受的最大载荷值，伸长率是在载荷作用下，骨标本的变形与标距之比，表示骨的朔性能力。实验结果显示模型组与假手术组比较，除伸长率外，其它指标均显著下降，提示去势对大鼠胫骨结构力学的改变较为显著，而对材料力学的改变不明显。各治疗组均可改善大鼠胫骨生物力学性能，而以山茱萸总甙中剂量组效果最好，提示山茱萸总甙可改善大鼠胫骨生物力学性能，尤其是结构力学方面。在骨生物力学方面，除伸长率外，模型组的各项指标较假手术组均明显降低，表明造模成功。山茱萸总甙中剂量组的改善作用明显优于其它各组。上述结果提示山茱萸总甙可明显改善去势大鼠的骨骼结构力学状况，防止骨质疏松的发生，值得我们做进一步的研究和开发利用。
参考文献
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生物力学的研究范文4
[关键词]兔；肋软骨；软骨膜；生物力学
[中图分类号]R622 R332 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2012）04-0579-03
Effect of costal perichondrium on biomechanics of transplanted costicartilage in rabbits
JIANG Shan,CHEN Zhen-yu,ZHU Yue-hua,LENG Xiang-feng,ZHANG Wei-na
(Department of Plastic Surgery,Affiliated Hospital of Medical College,Qingdao University,Qingdao 266000,Shandong,China)
Abstract: Objective To study the differences of the cartilage with and without the perichondrium after autologous ectopic transplantation in healthy rabbits,in order to offer theory reference for clinic to make the best use of cartilage. Methods 6 rabbits at the age of six weeks.Each of them the sixth,seventh,and eighth costal cartilages with perichondrium were removed,and divided into two segments at the even length,one segment with perichondrium and the other non-perichondrium.They were buried under the skin of the back at bilaterally symmetrical parts.Two different groups of cartilages were took out after 12 weeks and removed the perichondrium of the cartilages that had it previously. Tensile,compressive and flexural tests were conducted by using SHIMADZU material testing machine. Results The average maximum strength and the strain of tension,compression and flexion of the perichondrium group were higher than those in the non- perichondrium group（P
Key words:rabbit;costicartilage;perichondrium;biomechanics
肋软骨是一种透明软骨，组织具有弹性，移植后易成活，与其他组织相比不易变形，是理想的填充、塑形以及支持材料。自体肋软骨因与机体组织生物相容性佳，无排斥反应，抗感染能力强等优点而被广泛应用于多种整形外科手术，如耳再造、隆鼻等[1]。
肋软骨的生物力学性能对手术效果具有十分重要的影响，具有良好生物力学性能的肋软骨可更好地对抗各种外力作用，取得并维持更为理想的手术效果。现阶段，国内外已有不少对软骨生物力学性能的研究，但大多数以其它部位的软骨为研究对象，如关节软骨等。即使有少量研究肋软骨生物力学性能的，也未能系统阐述肋软骨膜对其的影响[2-3]。已有大量研究表明，肋软骨膜能够促进肋软骨的生长并有利于其塑形[4]，但其对肋软骨生物力学性能的直接影响仍不确定。本研究正是针对上述不足，通过实验研究兔健康肋软骨的极限抗拉强度，最大抗压强度，最大弯曲强度等各项生物力学性能，探讨肋软骨膜对肋软骨的生物力学性能的影响，以期为利用肋软骨行整形手术时选取最佳移植物提供理论参考。
1 材料和方法
1.1.1 实验动物：健康新西兰大白兔幼兔6只，平均体重1.5～2kg，平均周龄6周。
1.1.2 手术方法：地西泮5mg/kg，盐酸氯胺酮30mg/kg肌注麻醉成功后，背部术区备皮，胸腹部备皮，消毒，铺巾。沿左侧肋弓作斜形切口，连软骨膜一起，取出第6、7、8肋肋软骨。胸腹壁切口用5-0丝线逐层拉拢间断缝合。背部两侧对称部位各做三处约0.5cm长纵行切口，同侧切口间隔约1cm，剪刀横向钝性分离皮下至合适长度。将取出的肋软骨从中间切断，形成等长两段，其中一段保留软骨膜，另一段则去除。将各组带软骨膜与不带软骨膜的软骨于背部对称部位埋植于皮下，带软骨膜的埋于一侧，不带软骨膜的埋于另一侧。麻醉苏醒后将兔放入观察室，分笼饲养，术后3日内，每日肌注青霉素40万IU。术后12周取出埋植肋软骨，观察各标本均无明显吸收变形现象，各软骨及软骨膜完整，将埋植前带软骨膜者的软骨膜剥去，埋植前不带软骨膜者不作处理，两组均制成试件以备测量。
1.2 实验仪器及测试条件：在SHIMADZU（日本，AGS-X型）材料试验机上对肋软骨试件进行拉伸、压缩及弯曲试验。实验在室温（18℃～25℃）下进行，且用超声波加湿器保持一定的湿度，实验中过程中用Ringer's液滴注试件，以防试件干燥。用游标卡尺测量试件的长、宽、厚或直径，并以此计算材料的横截面积，同一试验中各试件形状及大小一致。实验采用100N传感器，机器可自动测量变形，各实验均经过预调处理。
1.3 实验过程
1.3.1 拉伸试验：将试件沿肋软骨长轴方向固定于机器上、下夹头间，以5mm/min的速度均匀拉伸直至试件被拉断。为使试件在中间较细部位断裂，将其制成长15mm，厚2mm，两端宽4mm，中间宽2mm的沙漏状。分别测试各标本，记录下各最大拉伸强度值及最大应变。
1.3.2 压缩试验：将标本制成长1mm,直径4mm的圆柱形试件, 沿肋软骨长轴方向放置于试验仪托盘上, 以5mm/min的速度均匀压缩至破坏。分别测试各标本, 记录各最大压缩强度值及最大应变。
1.3.3 弯曲试验：将标本制作成长15mm，直径4mm的圆柱形试件，水平放置于弯曲试验的支点上,跨距15mm,作三点弯曲试验。分别测试各标本, 记录各最大弯曲强度值及弯曲破坏时间。
1.4 统计学处理：采用SPSS18.0行数据统计学处理，所有数据均采用（均数±标准差）表示，采用两独立样本t检验作统计学分析，P
2 结果
2.1 拉伸试验：两组试件拉伸试验应力-应变曲线见图1。从该曲线可以看出埋植前带软骨膜组破坏应力明显大于不带软骨膜组，后者抗拉能力明显减弱。相同的应力作用时, 不带软骨膜组发生的应变更大。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均极限抗拉强度为(3.38±0.17)MPa,平均最大应变为(8.04±0.33)%；不带软骨膜组的平均极限抗拉强度为(2.12±0.15)MPa，平均最大应变为(5.12±0.68)%， 两者相比差异有显著性意义(P
2.2 压缩试验：两组试件压缩试验应力-应变曲线见图2。从图中可以看出不带软骨膜组破坏应力明显小于带软骨膜组。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均最大压缩强度为(8.31±0.61)MPa，平均最大应变为(6.42±0.43)%；不带软骨膜组的平均最大压缩强度为(4.29±0.69)MPa, 平均最大应变为(4.01±0.31)%，两者相比差异有显著性意义（P
2.3弯曲试验：两组试件弯曲试验应力-时间曲线见图3。从该图可以看出, 虽然两组曲线近似, 但带软骨膜组发生破坏的时间为(36.01±3.88)s，明显长于不带软骨膜组的(23.50±3.56)s。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均最大弯曲强度为(7.80±0.51)MPa，不带软骨膜组的平均最大弯曲强度为(4.52±0.30)MPa，两者相比差异有显著性意义(P
3 讨论
3.1 自体肋软骨由于前述各种优点，临床上应用广泛。然而，在取用肋软骨时，常面临着带不带软骨膜的选择。目前，国内外已有大量研究表明，肋软骨膜对肋软骨的生长和塑形有重要的影响作用。与不带软骨膜者相比，带软骨膜肋软骨移植后与周围组织黏连更为紧密，在长度、重量和体积方面的生长均优于同期不带软骨膜移植肋软骨，镜下亦可观察到软骨细胞更为活跃，胶原及蛋白多糖含量显著优于不带软骨膜者[4-5]。由于肋软骨的生物力学性能主要由其基质中的胶原纤维特别是Ⅱ型胶原纤维的数量、分布、空间排列及蛋白多糖的含量所决定[6]，因此，肋软骨膜对肋软骨组织学方面的影响，势必导致肋软骨生物力学性能的改变，进而影响肋软骨作为填充、塑形及支持材料应用于整形手术的效果。
3.2 本实验首次采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）试验机对埋植于兔背部皮下12周的两组肋软骨进行生物力学测试, 分别测试并记录材料在拉伸、压缩、弯曲时的应力-应变关系曲线及应力-时间关系曲线。拉伸试验的结果表明,两组肋软骨的拉伸应力-应变曲线形状相似,均呈非线性指数关系[7]。从图1可看出, 两组肋软骨的拉伸破坏为延性断裂，即先屈服后断裂,带软骨膜组破坏应力明显大于不带软骨膜组，后者抗拉能力明显减弱。相同的应力作用时, 带肋软骨膜组发生的应变较小。对两组各标本进行计算, 结果显示带肋软骨膜组的最大拉伸强度和最大拉伸应变均大于不带肋软骨膜组, 表明后者的抗拉能力有明显的下降。由于抗拉强度主要与软骨基质中胶原的含量、分布以及空间排列有关, 拉伸强度的降低也间接反映了不带软骨膜组肋软骨的胶原特性次于带软骨膜者，与前人的组织学研究结果相一致[8]。
3.3 压缩试验结果表明, 两组的应力-应变曲线均呈现近似线性关系, 带软骨膜组破坏应力大于不带软骨膜组，两者有明显差别。计算结果显示, 带软骨膜组的最大压缩强度和最大压缩应变均大于不带软骨膜组, 表明不带软骨膜组肋软骨抗压能力确有下降。已有研究表明，软骨的抗压能力与软骨基质中胶原和蛋白多糖的变化均有关系[9],不带肋软骨膜组肋软骨抗压能力的下降也从侧面反映了软骨基质中胶原及蛋白多糖的特性变化均不如带软骨膜者。
3.4 弯曲试验中，虽然两组肋软骨的弯曲应力-时间曲线相似,但带肋软骨膜组发生破坏的时间明显长于不带肋软骨膜组；计算结果表明带软骨膜组肋软骨的最大弯曲强度也明显大于不带软骨膜组, 说明不带肋软骨膜埋植肋软骨的抗弯曲的能力降低。
3.5 本研究结果表明，带肋软骨膜埋植肋软骨的极限抗拉强度、抗压强度、弯曲强度等各项生物力学指标均明显优于不带肋软骨膜者。据此，我们可以推测，带软骨膜移植肋软骨可更好地对抗各种外力作用，取得并维持更为理想的手术效果。综合以上各方面因素，利用肋软骨进行整形再造手术时，应优先考虑所取肋软骨保留适量软骨膜。
[参考文献]
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生物力学的研究范文5
【关键词】新课程标准；中学生物；实验能力
引 言
由于生物这门课程则是一门借助于实验与观察当成基本研究方法的实验科学，该学科的重要组成部分就是实验教学。在生物实验教学环节当中，能够做到让学生有效的形成基本的生物学理念，将生物知识进行理解与巩固，使得学生的思维能力、观察能力以及动手能力得到培养，还可以对学生分析与解决问题的能力得到提升。以下则通过几方面来简要说明培养中学生实验能力。
一是对药品特性与仪器原理明确，使得学生的使用能力得到培养
长期以来，根据教育的观点，学生在学习过程当中比单要知其然，甚至还应该做到知其所以然。学生在生物实验教学过程当中，如果不能够透彻的了解药品特性与仪器原理，这就不能做到让学生使用能力形成。比如学生选择低倍镜或者高倍镜，往往出现的情况则是并不能够按照观察对象的特点与观察目的做出正确恰当合理的选择，通常受到对低倍镜与高倍镜的特点并不了解，加上强烈的好奇心的驱使，导致学生在做实验的开始阶段就立马就使用高倍镜，在他们的印象当中总觉得高倍镜相对于低倍镜来说，则能够更清楚的进行观察。学生在使用上的盲目性则是由于学生对于显微镜的基本原理并没有做到充分了解，也并不知道高倍镜放大的倍数大，分辨率高，可是由于所看到的只是很小的实际面积，也就是有着比较小的视野。当出现越高的倍数，这就使得所观察的材料有着更薄的厚度，从这可以了解到，高倍镜的适用范围则是对细节与局部的观察。而低倍镜能够看到比较大的面积，其适用范围则是对材料的整体结构的观察，加上能够对观察目标的寻找。当学生对于这些基本原理有着充分的了解，这样才能做到对高倍镜与低倍镜的合理正确寻找。当将低倍镜往高倍镜转换之后，所出现的是那种不太清晰的图像，而这时候价格细准焦螺旋调节即可，这就能够出现比较清晰的图像。而学生对于以上所提到的操作方法与基本原理充分了解之后，这样才能做到对高倍镜的正确使用。而在多余学生实验过程当中使用药品的能力明确方面，比如在对叶绿体素的提取环节，这就必须要让学生对于叶绿体色素这属于有机物进行了解，这就能够在有机溶剂当中溶解。能够做到让学生了解到叶片细胞液当中的部分有机酸将叶绿素当中的Mg2+替代而转换成为去Mg2+的叶绿素，这对于观察叶绿素产生直接的影响，这样就能够让学生明白为啥不能让层析液浸没滤纸条上的滤液细线，提取液选取为丙酮，在研磨之前还应该加入少量的碳酸钙这种碱性盐。从这就能够了解药品的特性只有让学生明确之后，这样学生在做实验的时候才能游刃有余，使得学生的使用能力得到有效提高。
二是注重读学生分析实验现象与实验程序的能力培养
学生在实验过程当中绝对不能按方抓药，也不能只是对结果强调，而对过程忽视。有鉴于此，教师在实施教学的过程当中必须要积极指导学生对于在整个实验当中的所有步骤所发挥的作用、所有处理意义以及各个步骤相互之间所存在的关系去认真分析，以便从中寻找到合理的方法去解决问题与研究事物。而且在这一过程当中，针对实验失败的原因查找高度重视，这就导致能够对学生提高实验能力产生有利的作用。比如在对植物细胞有丝分裂观察的实验过程当中，其中的步骤为：培养、解离10%HC1、漂洗、染色、压片、观察。而在这些步骤当中，必须要做到让学生明白在10%的HC1溶液当中浸泡根尖所起的作用就是要对于细胞之间的果胶质溶解，从而有着更为松散的根尖细胞，这就对压片提供方便，要是少了这一环节，那么就比较难压散根尖细胞，而在显微镜下观察显得比较困难。教师在实验过程当中必须按照不同的学生程度与涉及原理难易，积极指导学生对于实验的过程进行正确理解，使得能够对实验现象认真分析。
总而言之，教师在实施生物教学的过程当中，必须加强培养学生的分析能力、动手能力。往往会起到事半功倍的效果，这样才能做到对教学质量的全面提高。
【参考文献】
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[2]耿建.“引导-活动-总结-应用”的探究教学模式初探[J].物理教学探讨，2010（03）：12-14.
生物力学的研究范文6
【关键词】小实验；教学探究；动手能力；创新精神
很多学生心中都有那么两个疑问：物理那么抽象难学，我们为什么要学物理？学物理有什么用？一些学生为此对学习物理学产生畏学、厌学情绪。其实要想学生学好物理学也并非难事，它是一门以实验为基础的学科，实验在物理教学中具有十分重要的作用，是培养学生观察、动手、思维能力的重要手段，也是完成教学活动必不可少的环节。所以要求教师在教学中注重理论联系实际，即强调“从生活走向物理，从物理走向社会”；开展物理实验教学既能加强直观教学又能优化探究过程，充分发挥物理实验的教学功能，有助于帮助学生建立概念、理解规律、突破难点。所以物理实验的重要性是可想而知的，下面就物理小实验的教学探讨一下。
一、小实验激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力
现在很多教师在物理教学中，都存在着轻视实验教学的现象，以黑板实验代替真实实验，没有实验器材，仅仅一张嘴巴、一支粉笔、一块黑板完成一次“讲实验”的过程，或运用多媒体多次重现实验过程，而不是“做实验”。老师在讲台上口若悬河，而学生在讲台下有的呼呼大睡，与周公谈天说地；有的双眼迷离，不知道神游到了哪里；或者只是变成了教师的独角戏，演示实验结束，学生就好像看了场精彩的表演，课后成了过眼云烟，感觉这都是老师做的事情，完全与我无关，根本达不到教学目的。
这些教师小看了这些“小实验”，认为这些学生一看就明白的小实验，没必要做，看看就行；或这些实验对于学生可能有点难度，学生不会做也可能不愿做。其实小实验生动鲜明、形象直观，能够激发学生的学习兴趣，产生动手欲望，创造生动活泼、轻松愉快的课堂学习气氛；并且也可以打破学生对科学领域遥不可及的神秘感，发现其实物理就在我身边；激发学生对新事物好奇、求知的强烈欲望，能够有效提高学生对知识的接受能力和理解能力。
前苏联的教育巨匠苏霍姆林斯基有这样一名话：“学生的聪明才智来自他们的手指尖”，揭示了动手实验的重要性。比如讲解磁场的内容时，引导学生用磁铁、钉子、铁屑这些生活中常见的物件动手做实验发现：怎么磁铁会追着跑，换另外一端为什么又互相吸引了？为什么磁铁能吸引铁屑？为什么有的地方吸的多有的地方吸的少？把不带磁性的铁钉放在磁体一端，这时铁钉也可吸引铁屑。咦，为什么？这时，学生的兴趣产生了，课堂气氛马上活跃起来，学生就会七嘴八舌的进行讨论、探讨其原因，教师引导总结得出结果。这样一个小实验下来，不但学生的动手能力提高了，所要掌握的磁性、磁极、磁化等知识点也随着小实验牢牢的记在脑海里。
二、小实验培养学生的合作精神
在学生实验中，如果组织的不好，实验室里的学生就像一盘散沙一样，一次实验课热热闹闹下来什么收获也没有。因此，要想在实验中达到满意的效果，必须让学生成为主体，教师做主导。教师可以结合实验需要把实验学生分组，通过良性的小组竞赛加强学生动手能力、团队合作精神、集体荣誉感等，有助于培养学生正确的竞争意识和能力。同时通过小组成员间的互动和帮助，能使每一个小组成员都有所收获。
例如，测定小灯泡的额定功率这个实验，在实验前，要求分组。在组成小组成员时，一些学优生出于对小组荣誉的考虑或者个人表现欲望强烈，会拒绝或排斥学困生，或者不给学困生展现自我的机会，使学困生变得更加胆小怯弱，自卑心理增强。此时教师要做耐心细致的工作，给学困生建立起“我能行”的信念，提高学生的自信度和自尊心。同时，教师要激发学优生与学困生间相互帮助的学习动机，鼓励学优生对学困生提供帮助，学会会尊重他人，让他们懂得在帮助他人的过程中，享受体验自身价值的快乐，培养他们乐于助人的习惯。组分好后，必须经过讨论、商量，知道实验原理，明确实验目的，设计实验方案，对组内成员进行明确的分工，做好充分准备后才能进入实验室开始操作。在实验过程中，使每个学生都能各尽其责、各司其职，让他们感觉到每次合作学习对于他们来说都是充实而有效的。当然，为了能提高每个学生的动手能力，在不同的实验中，可以让学生互换担当的角色，这样学生可以在不同的环节都得到尝试和体验。在实验过程中，教师应该要巡视指导，配合必要的启发诱导。在实验过程中，学生遇到难题时会马上报告老师，这时候，教师的作用并不是去帮他们立刻解决难题，而应该引导他们如何找出问题关键所在，通过小组的力量把问题解决，这样才会提升学生的分析能力和解决问题的能力，培养学生的团队合作精神。
三、小实验培养学生的动手能力和创新能力
有的学生学习非常刻苦，基础知识丰富、扎实，且善于考试。但他们却普遍存在动手能力差，不善于提出问题和自己动脑解决问题等缺点。所以在物理教学中，变学生实验为学生动手设计实验，巧妙地运用学生身边的一些学习、生活事例和用品进行实验，更有切身体验，更贴近学生的生活实际。如“纸盒烧开水”、“利用虹吸现象给鱼缸换水”、“制作小电话”等小实验、小制作，其实都包含着许多物理知识，有很强的趣味性和知识性，而且会进一步激发学生好奇心，通过多次重复实验，学生会有所发现、有所创新或突发奇想。因此教师要鼓励学生做好这些小实验、小制作，并有意识地在教学中加以讲评。只有这样，才能拓宽学生的思维空间，培养他们的动手能力和创新精神，并对实验过程有一个全面、全新的理解。同时使学生感受到物理知识的应用无处不在，激发他们自觉应用物理知识创造性地解决一些具体问题，这正如著名物理学家爱因斯坦所说：“想象力比知识更重要”。
四、小实验巩固学生对物理知识的掌握和应用
学生动手做小实验的过程其实就是对知识的再现和再学习过程。通过一些课上课后的小实验，学生不但能够愉悦地接受物理新知识，而且能更进一步加深理解和应用物理知识解决生活中常见的问题。比如：生活中常见的鸡蛋，把它放在课堂上，让学生做实验，比比谁的力气大，能把鸡蛋放在手上握烂。通过比试，学生惊奇了，鸡蛋不是非常容易破碎的嘛，我用那么大的力气它也碎不了，可妈妈煎蛋时把蛋在碗的边沿轻轻磕一下，鸡蛋就烂了，这是为什么呀？结果通过这次小实验，学生就能完全体会到这原来是压力与受力面积关系问题。再如：学校每年进行的拔河比赛，为什么我们班每次都输，是不是我们个子比别人矮、力气比别人小呀？教师可以在班里组织一次拔河比赛，让学生在比赛中发现为什么会输，解决怎样才能赢的问题。这样一次比赛下来，学生不但掌握了要学的有关摩擦力的新知识，而且还学会了如何把所学的物理知识来应用于生活中，这其实就是一个巩固所学知识的一个过程。心理学研究表明：人的动作记忆效率比语言文字记忆效率要高好几倍。“百闻不如一见，百看不如一做”说的就是这个道理。
总之，物理小实验可以让学生体会亲自动手实践的乐趣，创造一个轻松愉悦的学习环境；可以集中学生的注意力，亲自动手动脑解决问题、完成实验；可以让学生体验、享受实验成功感，增强学生自信心。但有些物理实验脱离生活，学生不感兴趣的，因此教师应多动心思改装物理实验，设计一些贴近生活的物理小实验，做到不同的实验发挥不同的作用，发挥真正的作用。使物理教学过程成为学生愉悦的情感体验过程，让学生感悟到实际生活中的物理的奇妙和规律，强烈地意识到物理离我们并不遥远，物理其实就在我身边，真正实现从生活走向物理，从物理走向社会。
参考文献：
