剛體平衡的教學(xué)設(shè)計①

趙新麗　倪 靜

(揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院　江蘇 揚州　225002 )

*揚州大學(xué)教改課題，項目編號：YZUJX2014-30B

剛體平衡的教學(xué)設(shè)計①

趙新麗倪 靜

(揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江蘇 揚州225002 )

*揚州大學(xué)教改課題，項目編號：YZUJX2014-30B

摘 要:本文以“剛體的平衡條件”為例，將案例教學(xué)的思想方法引入物理課程的教學(xué)中，論述在物理教學(xué)中如何使學(xué)生從具體的案例出發(fā)經(jīng)過思考、分析、建立物理模型、應(yīng)用基本理論，得到可能的解決方案，并提煉理論，同時，將物理課堂進行拓展與延伸．

關(guān)鍵詞:物理教學(xué)案例教學(xué)實踐創(chuàng)新能力

案例教學(xué)是教師組織學(xué)生通過對案例的閱讀、思考、分析、討論、交流和評價等活動，提高學(xué)生分析、解決問題能力的一種教學(xué)模式[1，2]．作為一種典型的師生互動教學(xué)模式，它可以彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷，是創(chuàng)新本科課堂教學(xué)模式的有效途徑[3～5]．案例教學(xué)主要通過以下4個環(huán)節(jié)完成教學(xué)內(nèi)容：

(1)介紹案例，提出問題；

(2)分析案例，組織討論；

(3)應(yīng)用理論，審視案例；

(4)評價總結(jié)，形成體系．

多年來傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)物理課教學(xué)中，只注重物理學(xué)自身的“理論化”、“公式化”特點而忽略了物理學(xué)的“醫(yī)學(xué)應(yīng)用”，一遇到實際問題，學(xué)生往往感覺束手無策，無法用已有的理論知識去解決實際問題，更談不上創(chuàng)新．筆者近幾年在物理教學(xué)中引入案例教學(xué)，進行有益的嘗試與探索．本文以《醫(yī)用物理學(xué)》[6]中力學(xué)部分“剛體的平衡條件”為例，構(gòu)成剛體平衡條件“在人體力學(xué)中的應(yīng)用”案例，介紹在教學(xué)中是如何進行案例教學(xué)．

1剛體的平衡條件案例教學(xué)設(shè)計

1.1介紹案例提出問題

2013年4月，湖人與勇士一戰(zhàn)堪稱慘烈，尤其是科比，沖鋒陷陣，3次受傷倒地，表情痛苦．而在這3次受傷中，最后一次無疑是最為嚴重的．當時比賽還剩下3分08秒，科比再次發(fā)動攻擊，在對方嚴防之下，又一次滑倒在地，表情痛苦地捂住了膝蓋，但這一次，科比終于有些支撐不住了，堅持罰完兩個球后，在訓(xùn)練師的攙扶下返回了更衣室．如此關(guān)鍵時刻，科比都挺不住了，足可見傷勢之嚴重．賽后科比接受了核磁共振檢查，檢測結(jié)果給了科比和湖人一個致命的打擊：左腳跟腱完全撕裂．這意味著他的賽季提前結(jié)束．

提出懸念：科比只不過試圖從左側(cè)強行突破巴恩斯的防守，為什么就突然倒在地上，緊緊抓著腳后跟？跟腱完全撕裂，一個多么熟悉的名詞，中國“飛人”劉翔的悲愴與傷痛就始于這脆弱的跟腱．事實上，在他倆之前，曾有包括貝克漢姆、比盧普斯、歐文在內(nèi)的眾多運動明星被這條足跟與小腿間長約15cm的肌腱“打敗”．

問題：

(1)跟腱撕裂到底是怎么回事？

(2)為什么跟腱傷病會是運動員的大敵呢？

(3)只有運動員才會發(fā)生這種事故嗎？

(4)跟腱撕裂如何預(yù)防？

對上述問題分析之前，首先提出問題：人在墊著腳跟站立時，腳的受力如何？

1.2分析案例組織討論

課前導(dǎo)讀：跟腱和腳的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示．首先對所提問題物理情景分析：人在踮著腳跟站立時，使得腳與地面實際上只接觸一個點，人體重量全部施加于此．同時小腿部肌肉、腓骨和脛骨都對腳有力的作用，分別作用于圖2所示各點．踮腳站立腳受力分析如圖3所示．然后通過建立理想化物理模型如圖4：把腳抽象為一個剛體(直桿)，對其進行受力分析，解答案例所提問題．

圖1　跟腱和腳的基本結(jié)構(gòu)

圖2　踮腳站立時腳受力

圖3　腳的受力

圖4　理想化物理模型

1.3應(yīng)用理論審視案例

剛體的平衡條件

∑Fi=0 (靜力平衡方程)

∑MOi=0(轉(zhuǎn)動平衡方程)

應(yīng)用這些條件來分析人體處于平衡狀態(tài)時腳部受力．圖4中rT=5.6cm和rW=10cm的測量都是近似的，且FT和FB與豎直方向的夾角都很小，可認為各力方向都是豎直的，設(shè)FB的作用點O為支點．

據(jù)轉(zhuǎn)動平衡條件有

G×rw-FT×rT=0

(1)

代入數(shù)據(jù)求解得

FT=1.8G

(2)

根據(jù)靜力平衡條件，有

FTcos7°+G-FBcosθ=0

(3)

FTsin7°-FBsinθ=0

(4)

聯(lián)立(2)、(3)、(4)求解，得

FBcosθ=2.8GFBsinθ=0.22G

所以

1.4評價總結(jié)形成體系

通過上面的分析可以看出，當人單腳踮起站立時，小腿肌肉收縮的張力FT約是體重的2倍，而作用在腳上距骨處的力FB，接近體重的3倍，其力的作用線幾乎與豎直方向平行．可見，長期的大運動量、大強度訓(xùn)練，造成跟腱過度勞損，使跟腱力量減退，彈力減弱，長期勞損得不到休息和恢復(fù)，一旦用力過猛就很容易使跟腱斷裂或部分斷裂．

1.5拓展與延伸

從上面的力學(xué)分析知，間接外力對跟腱的損傷有很大的影響．在此建議廣大體育運動愛好者:運動前一定要做好充分的準備活動，使小腿肌肉及肌健活動開, 完成動作要由慢到快；避免跟腱的過度負荷和疲勞；加強跟腱部位以及周圍部位肌肉的力量．

2教學(xué)體會

將理論與案例結(jié)合，通過案例教學(xué)模式的探索與實踐，使我們體會到：

(1)將案例用于醫(yī)學(xué)物理課堂教學(xué)，加強了基礎(chǔ)學(xué)科與臨床學(xué)科的聯(lián)系和結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的

主動性、積極性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力．

(2)根據(jù)研究對象的特性抽象出其力學(xué)模型，應(yīng)用基本理論與方法可以得到相對簡潔的解決該類問題的方法與途徑，有助于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力．

(3)通過對問題的拓展延伸，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，適應(yīng)了新世紀人才培養(yǎng)目標的要求．

3教學(xué)困難與應(yīng)對

客觀的講，案例課堂的完成對教師和學(xué)生都富有挑戰(zhàn)，花費了很多的時間和精力，傳統(tǒng)的教學(xué)課時是遠遠不夠的．案例教學(xué)實施過程中還有很多的困難要克服，但我們堅信只要堅持就會有收獲，也希望大家多提寶貴建議，共同完善案例課堂．

參 考 文 獻

1王光昶,張建煒,陳濤，等.案例教學(xué)法在醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.西北醫(yī)學(xué)教育,2008(6):1136～1138

2周雨青,張玉萍,董科.大學(xué)物理教學(xué)中引入“案例教學(xué)”模式的實踐.中國大學(xué)教育,2011(10)：52～54

3宋海珍,王愛華,趙彤帆，等.“保守系統(tǒng)平衡位置微振動”案例教學(xué)的探討與實踐.物理與工程,2014,24(1):48～54

4王翀,梁猛,楊祎．一種創(chuàng)新實踐教學(xué)模式．實驗室研究與探索,2011,30(7):152～154

5吳軍,胡先志.用案例研究來培養(yǎng)教師的教育技術(shù)能力.教學(xué)與管理,2006(8):39～40

6陳仲本,況明星. 醫(yī)用物理學(xué)(第一版). 北京:高等教育出版社, 2010

收稿日期：(2015-03-31)

作者簡介:趙新麗(1974-)，女，講師，主要從事大學(xué)物理及實驗的教學(xué)工作.