人體肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”教學(xué)反思

高建新

引言

“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”(Joint angle effect)是指在骨骼肌收縮引起人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的過程中，由于人體骨骼肌多為單關(guān)節(jié)肌或多關(guān)節(jié)肌，骨骼肌的起止點(diǎn)一般位于不同的骨骼上，骨骼肌在收縮牽引骨骼運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同骨骼所形成的骨杠桿會(huì)形成一定的角度，由于受到外界阻力的影響與骨杠桿的共同影響，骨骼肌收縮的力學(xué)特征與數(shù)值也會(huì)隨著骨杠桿角度的變化而發(fā)生變化，為了方便體育教學(xué)與科研，我們把這一現(xiàn)象叫做肌肉力學(xué)的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”。從該定義的文字解釋上可以看出，“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”涉及到人體解剖學(xué)、肌肉力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，理解起來比較復(fù)雜，因此“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”是高校體育專業(yè)《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》課程的教學(xué)難點(diǎn)之一。在該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中會(huì)遇到以下問題：首先，涉及到《運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)》的關(guān)節(jié)構(gòu)造與運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，骨骼肌起止點(diǎn)方面的知識(shí)；其次，涉及到《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》中的骨骼杠桿物理受力分析；第三，在高等教育出版社出版的《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》教材中P23肌肉收縮形式章節(jié)與P215力量素質(zhì)章節(jié)給出的肱二頭肌“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的肌肉最大力量結(jié)果是不一樣的，前面一章的角度是115度到120度，而后一章給出的是100度，因此，該教材出現(xiàn)前后矛盾的現(xiàn)象。為了讓學(xué)生對(duì)肌肉力學(xué)的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”進(jìn)行深入理解與掌握，對(duì)后續(xù)《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》、《運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)》的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，文章以肱二頭肌為例對(duì)肌肉力學(xué)的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”從以下方面進(jìn)行分析。

1 肘關(guān)節(jié)構(gòu)造與肱二頭肌功能分析

1.1 肘關(guān)節(jié)構(gòu)造分析

在《運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)》的知識(shí)中，肘關(guān)節(jié)是人體中比較復(fù)雜的一個(gè)關(guān)節(jié)，由肱骨、尺骨和橈骨構(gòu)成，按不同的供能分為肱尺關(guān)節(jié)、肱橈關(guān)節(jié)和橈尺關(guān)節(jié)。其中肱尺關(guān)節(jié)為滑車關(guān)節(jié)可圍繞人體的冠狀軸做屈和伸的運(yùn)動(dòng)；肱橈關(guān)節(jié)為球窩關(guān)節(jié)，由于尺骨鷹嘴特殊形狀的限制，不能圍繞人體的矢狀軸做收和展的運(yùn)動(dòng)，但是可以圍繞人體的冠狀軸做屈和伸的運(yùn)動(dòng)；橈尺關(guān)節(jié)為車軸關(guān)節(jié)，可以圍繞人體的垂直軸做旋內(nèi)和旋外的運(yùn)動(dòng)。肘關(guān)節(jié)各個(gè)關(guān)節(jié)中不同的運(yùn)動(dòng)形式都是由不同功能的肌群收縮發(fā)力完成。

1.2 肱二頭肌功能分析

肱二頭肌位于上臂前面，呈梭形，為雙關(guān)節(jié)肌，跨越肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，有長短兩個(gè)頭，長頭起點(diǎn)在肩胛骨盂上結(jié)節(jié)，短頭起點(diǎn)在喙突上，止點(diǎn)是橈骨粗隆。一般情況下，我們認(rèn)為肱二頭肌的作用可以完成屈肘運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上肱二頭肌收縮的作用有三種：第一，可以使肩關(guān)節(jié)圍繞人體的冠狀軸做屈的運(yùn)動(dòng)；第二，可以使肘關(guān)節(jié)中的肱尺關(guān)節(jié)圍繞人體的的冠狀軸做屈的運(yùn)動(dòng)；第三，可以使肘關(guān)節(jié)中的橈尺關(guān)節(jié)圍繞人體的的垂直軸做旋內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。其中，第二種和第三種功能是肱二頭的主要作用，文章主要圍繞肱二頭肌收縮的第二種作用進(jìn)行研究。

2 肱二頭肌力量“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”力學(xué)特點(diǎn)與教學(xué)反思

2.1 肱二頭肌力量“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”費(fèi)力杠桿分析

在完成肘關(guān)節(jié)屈的運(yùn)動(dòng)過程中，參與收縮的主要肌肉有肱二頭肌、肱肌、肱橈肌和旋前圓肌，這些肌肉共同作用完成了肘關(guān)節(jié)屈的運(yùn)動(dòng)形式。為了使分析受力的簡單化，文章主要對(duì)肱二頭肌收縮力量和上臂(肱骨)、前臂(尺骨和橈骨)組成的肘關(guān)節(jié)骨杠桿夾角進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)：肱二頭肌在參與完成肘關(guān)節(jié)屈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，與上臂、前臂組成了一個(gè)費(fèi)力骨杠桿，由于肱二頭肌止點(diǎn)在橈骨粗隆上，距離鷹嘴非常近，動(dòng)力矩小，所以形成費(fèi)力杠桿。文章以100度、90度和60度的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行說明。

2.2 對(duì)《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》教材的教學(xué)反思

在我國師范類院校和綜合性大學(xué)的體育專業(yè)理論專業(yè)課教學(xué)中，《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》是必修教材，有的體育院系甚至開兩個(gè)學(xué)期的該課程。在目前使用的是高等教育出版社的鄧樹勛、王健主編的2015版《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》。該教材對(duì)肌肉力學(xué)的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的文字解釋并不多，也不盡詳細(xì)，只有在教材中P23肌肉收縮形式章節(jié)與P215力量素質(zhì)章節(jié)提及到了這一知識(shí)點(diǎn)，沒有給出受力分析與詳細(xì)的計(jì)算推理過程，只是配合給出了一幅插圖，并且兩個(gè)章節(jié)對(duì)肱二頭肌“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的肌肉最大力量結(jié)果是不一樣的，前面一章的肌肉力量最大值角度是115度到120度，而后一章給出的是100度，出現(xiàn)了前后矛盾的現(xiàn)象。上述問題是文章研究的主要問題，同時(shí)這一問題也讓學(xué)生理解“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”更加困難，也給《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》的教學(xué)帶來諸多不便。

為了弄清《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》教材這一問題出現(xiàn)前后矛盾的現(xiàn)象，筆者進(jìn)行了教學(xué)反思，提出出現(xiàn)上述情況的原因可能會(huì)有以下方面：首先，在教學(xué)時(shí)要知道教材不是萬能的，沒有不錯(cuò)的書，就連一些詞典、字典工具書也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以不要盲目迷信教材，出現(xiàn)矛盾在所難免；其次，肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的受力分析比較難，肘關(guān)節(jié)的夾角不是理想化的杠桿，是由骨杠桿組成，角度測(cè)量時(shí)非常困難，難免會(huì)出現(xiàn)誤差；第三，使肘關(guān)節(jié)屈伸的肌群比較復(fù)雜，肱肌、肱橈肌和旋前圓肌等其他肌肉參與會(huì)影響肱二頭肌的力量大小，從而影響了“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”最后的測(cè)量數(shù)值；第四，《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》教材中只給出了肱二頭肌力量“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的最后數(shù)值，沒有給出分析原理、計(jì)算過程、實(shí)驗(yàn)手段、測(cè)量方法等得出數(shù)據(jù)的方法?？傊谏鲜鏊伎?，筆者認(rèn)為肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”涉及杠桿原理、角度測(cè)量、實(shí)驗(yàn)手段等方面的內(nèi)容，是一個(gè)非復(fù)雜的肌肉力學(xué)問題，值得同行的學(xué)者、專家、教師和科研人員去研究。

3 “關(guān)節(jié)角效應(yīng)”教學(xué)的對(duì)策與建議

3.1 讓學(xué)生認(rèn)識(shí)肌肉力量“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的重要性

有些體育專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”時(shí)，認(rèn)為對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)是一個(gè)可有可無的環(huán)節(jié)，并沒有對(duì)“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)與了解。其實(shí)，這一觀點(diǎn)是不正確的，肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”與人體力量素質(zhì)、不同關(guān)節(jié)構(gòu)造與功能、原動(dòng)肌和肌肉力量訓(xùn)練以及體育專業(yè)后續(xù)課程《運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)》《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》的學(xué)習(xí)是非常有幫助的。作為一名專業(yè)體育理論教師，筆者認(rèn)為學(xué)生應(yīng)當(dāng)對(duì)肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，教師應(yīng)當(dāng)采用與不同教學(xué)方法與手段對(duì)這一問題進(jìn)行講解與教學(xué)。

3.2 重視物理、生物等學(xué)科的理論基礎(chǔ)教學(xué)

《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》是我國大專院校體育專業(yè)的必修課程，因?yàn)樯婕暗缴?、物理、化學(xué)和醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科的知識(shí)，筆者認(rèn)為也是最難掌握的一門課程，學(xué)生學(xué)習(xí)起來是非常吃力的。由于注重體育成績的提高，大部分體育教育專業(yè)學(xué)生的自然科學(xué)理論基礎(chǔ)差，這就給《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》的教學(xué)帶來了困難。為了讓學(xué)生徹底對(duì)肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”進(jìn)行理解與掌握，建議重視物理、生物理論基礎(chǔ)的教學(xué)，這樣才能從理論基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”提供幫助。

3.3 進(jìn)行“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)研究

《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，只進(jìn)行理論教學(xué)是不夠的，在整個(gè)教學(xué)的過程中要進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)模型設(shè)計(jì)。在肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”教學(xué)時(shí)，教師可以采用杠桿原理對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要用到的教學(xué)針器材有測(cè)力架、電子能力計(jì)、滑輪、砝碼、游標(biāo)萬能角度尺等。

3.4 將肌電圖引入到“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的教學(xué)中

結(jié)束語

肌電圖(EMS)是將肌肉興奮時(shí)的電變化經(jīng)過引導(dǎo)、放大和記錄所得到的電壓變化圖形的過程，肌電圖在肌肉力量測(cè)定和臨床醫(yī)學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。筆者建議在有條件師范和綜合性大學(xué)的體育院系中，可以將肌電圖應(yīng)用到肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”的教學(xué)中來，通過對(duì)不同角度時(shí)肌電信號(hào)的強(qiáng)弱的收集得出肱二頭肌“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”數(shù)值的大小。

由于肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”涉及影響因素較多，存在測(cè)量誤差大、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，所以肌肉力量的“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”是《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》教材中較難理解與掌握的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。文章從肘關(guān)節(jié)構(gòu)造、理想化骨杠桿受力分析和教材數(shù)據(jù)對(duì)“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”進(jìn)行了教學(xué)反思，不足之處就是沒有給出肱二頭肌“關(guān)節(jié)角效應(yīng)”受力與相對(duì)應(yīng)角度確切的數(shù)值。