人體肌肉力量的“關節角效應”教學反思

高建新

引言

“關節角效應”(Joint angle effect)是指在骨骼肌收縮引起人體關節運動的過程中，由于人體骨骼肌多為單關節肌或多關節肌，骨骼肌的起止點一般位于不同的骨骼上，骨骼肌在收縮牽引骨骼運動時，不同骨骼所形成的骨杠桿會形成一定的角度，由于受到外界阻力的影響與骨杠桿的共同影響，骨骼肌收縮的力學特征與數值也會隨著骨杠桿角度的變化而發生變化，為了方便體育教學與科研，我們把這一現象叫做肌肉力學的“關節角效應”。從該定義的文字解釋上可以看出，“關節角效應”涉及到人體解剖學、肌肉力學等學科知識，理解起來比較復雜，因此“關節角效應”是高校體育專業《運動生理學》課程的教學難點之一。在該知識點的教學中會遇到以下問題：首先，涉及到《運動解剖學》的關節構造與運動環節，骨骼肌起止點方面的知識；其次，涉及到《運動生物力學》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《運動生理學》教材中P23肌肉收縮形式章節與P215力量素質章節給出的肱二頭肌“關節角效應”的肌肉最大力量結果是不一樣的，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，該教材出現前后矛盾的現象。為了讓學生對肌肉力學的“關節角效應”進行深入理解與掌握，對后續《運動生物力學》、《運動訓練學》的學習打下基礎，文章以肱二頭肌為例對肌肉力學的“關節角效應”從以下方面進行分析。

1 肘關節構造與肱二頭肌功能分析

1.1 肘關節構造分析

在《運動解剖學》的知識中，肘關節是人體中比較復雜的一個關節，由肱骨、尺骨和橈骨構成，按不同的供能分為肱尺關節、肱橈關節和橈尺關節。其中肱尺關節為滑車關節可圍繞人體的冠狀軸做屈和伸的運動；肱橈關節為球窩關節，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動，但是可以圍繞人體的冠狀軸做屈和伸的運動；橈尺關節為車軸關節，可以圍繞人體的垂直軸做旋內和旋外的運動。肘關節各個關節中不同的運動形式都是由不同功能的肌群收縮發力完成。

1.2 肱二頭肌功能分析

肱二頭肌位于上臂前面，呈梭形，為雙關節肌，跨越肩關節和肘關節，有長短兩個頭，長頭起點在肩胛骨盂上結節，短頭起點在喙突上，止點是橈骨粗隆。一般情況下，我們認為肱二頭肌的作用可以完成屈肘運動，但實際上肱二頭肌收縮的作用有三種：第一，可以使肩關節圍繞人體的冠狀軸做屈的運動；第二，可以使肘關節中的肱尺關節圍繞人體的的冠狀軸做屈的運動；第三，可以使肘關節中的橈尺關節圍繞人體的的垂直軸做旋內的運動。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行研究。

2 肱二頭肌力量“關節角效應”力學特點與教學反思

2.1 肱二頭肌力量“關節角效應”費力杠桿分析

在完成肘關節屈的運動過程中，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節屈的運動形式。為了使分析受力的簡單化，文章主要對肱二頭肌收縮力量和上臂(肱骨)、前臂(尺骨和橈骨)組成的肘關節骨杠桿夾角進行研究。研究發現：肱二頭肌在參與完成肘關節屈的運動時，與上臂、前臂組成了一個費力骨杠桿，由于肱二頭肌止點在橈骨粗隆上，距離鷹嘴非常近，動力矩小，所以形成費力杠桿。文章以100度、90度和60度的關節角度進行說明。

2.2 對《運動生理學》教材的教學反思

在我國師范類院校和綜合性大學的體育專業理論專業課教學中，《運動生理學》是必修教材，有的體育院系甚至開兩個學期的該課程。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《運動生理學》。該教材對肌肉力學的“關節角效應”的文字解釋并不多，也不盡詳細，只有在教材中P23肌肉收縮形式章節與P215力量素質章節提及到了這一知識點，沒有給出受力分析與詳細的計算推理過程，只是配合給出了一幅插圖，并且兩個章節對肱二頭肌“關節角效應”的肌肉最大力量結果是不一樣的，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，出現了前后矛盾的現象。上述問題是文章研究的主要問題，同時這一問題也讓學生理解“關節角效應”更加困難，也給《運動生理學》的教學帶來諸多不便。

為了弄清《運動生理學》教材這一問題出現前后矛盾的現象，筆者進行了教學反思，提出出現上述情況的原因可能會有以下方面：首先，在教學時要知道教材不是萬能的，沒有不錯的書，就連一些詞典、字典工具書也會出現錯誤，所以不要盲目迷信教材，出現矛盾在所難免；其次，肌肉力量的“關節角效應”的受力分析比較難，肘關節的夾角不是理想化的杠桿，是由骨杠桿組成，角度測量時非常困難，難免會出現誤差；第三，使肘關節屈伸的肌群比較復雜，肱肌、肱橈肌和旋前圓肌等其他肌肉參與會影響肱二頭肌的力量大小，從而影響了“關節角效應”最后的測量數值；第四，《運動生理學》教材中只給出了肱二頭肌力量“關節角效應”的最后數值，沒有給出分析原理、計算過程、實驗手段、測量方法等得出數據的方法。總之，基于上述思考，筆者認為肌肉力量的“關節角效應”涉及杠桿原理、角度測量、實驗手段等方面的內容，是一個非復雜的肌肉力學問題，值得同行的學者、專家、教師和科研人員去研究。

3 “關節角效應”教學的對策與建議

3.1 讓學生認識肌肉力量“關節角效應”的重要性

有些體育專業的學生在學習肌肉力量的“關節角效應”時，認為對這一知識點是一個可有可無的環節，并沒有對“關節角效應”進行深入的學習與了解。其實，這一觀點是不正確的，肉力量的“關節角效應”與人體力量素質、不同關節構造與功能、原動肌和肌肉力量訓練以及體育專業后續課程《運動訓練學》《運動生物力學》的學習是非常有幫助的。作為一名專業體育理論教師，筆者認為學生應當對肌肉力量的“關節角效應”進行深入的學習，教師應當采用與不同教學方法與手段對這一問題進行講解與教學。

3.2 重視物理、生物等學科的理論基礎教學

《運動生理學》是我國大專院校體育專業的必修課程，因為涉及到生物、物理、化學和醫學等多門學科的知識，筆者認為也是最難掌握的一門課程，學生學習起來是非常吃力的。由于注重體育成績的提高，大部分體育教育專業學生的自然科學理論基礎差，這就給《運動生理學》的教學帶來了困難。為了讓學生徹底對肌肉力量的“關節角效應”進行理解與掌握，建議重視物理、生物理論基礎的教學，這樣才能從理論基礎上對學生學習肌肉力量的“關節角效應”提供幫助。

3.3 進行“關節角效應”的實驗研究

《運動生理學》是一門實驗科學，只進行理論教學是不夠的，在整個教學的過程中要進行教學實驗設計與教學模型設計。在肌肉力量的“關節角效應”教學時，教師可以采用杠桿原理對教學內容進行設計。主要用到的教學針器材有測力架、電子能力計、滑輪、砝碼、游標萬能角度尺等。

3.4 將肌電圖引入到“關節角效應”的教學中

結束語

肌電圖(EMS)是將肌肉興奮時的電變化經過引導、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定和臨床醫學中得到廣泛的應用。筆者建議在有條件師范和綜合性大學的體育院系中，可以將肌電圖應用到肌肉力量的“關節角效應”的教學中來，通過對不同角度時肌電信號的強弱的收集得出肱二頭肌“關節角效應”數值的大小。

由于肌肉力量的“關節角效應”涉及影響因素較多，存在測量誤差大、動態變化等特點，所以肌肉力量的“關節角效應”是《運動生理學》教材中較難理解與掌握的一個知識點。文章從肘關節構造、理想化骨杠桿受力分析和教材數據對“關節角效應”進行了教學反思，不足之處就是沒有給出肱二頭肌“關節角效應”受力與相對應角度確切的數值。