“肌肉牽動骨運動”模型的改進

榮婉婷 劉楊

摘要 針對教材中“肌肉牽動骨運動”模型中存在的不足，結合氣動人工肌肉的制作原理，用簡單易獲的材料進行改進，從而使模型更加真實直觀，便于學生理解。

關鍵詞 肌肉模型 實驗裝置改進 實驗教學

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

“動物的運動”是人教版生物學八年級上冊第五單元第二章第一節內容，本節內容包括兩部分：1運動系統的組成;2骨、關節和肌肉的協調配合。“肌肉牽動骨運動”模型是幫助學生理解骨、關節和肌肉的協調配合完成運動過程的重要裝置。氣動人工肌肉是應用于國內外機器人的一種外形柔軟，輸出力與生物肌肉有著很強相似性的新型執行器，且其制造和使用既簡單又方便。下面擬針對教材中“肌肉牽動骨運動”模型中存在的不足，結合氣動人工肌肉的制作原理，用簡單易獲的材料進行改進，從而使模型更加真實直觀，便于學生理解。

1教材中模型的制作方法及存在的問題

1.1教材中制作模型的方法

教材給出的材料用具為薄的硬紙板、圖釘、橡皮筋等。用硬紙板剪出“上臂骨”和“前臂骨”（圖1），橡皮筋代表“肌肉”，圖釘連接“上臂骨”和“前臂骨”代表“關節”。在模擬屈肘時，捏住代表“肱二頭肌”的皮筋，輕輕拉動;慢慢放開皮筋，但不能使前臂位置完全復原，再捏住代表“肱三頭肌”的皮筋，輕輕拉動，模擬伸肘（圖2）。

1.2教材中模型制作的不足及學生理解上的偏差教材第44頁分別呈現了進行屈肘動作和伸肘動作時，肱二頭肌和肱三頭肌的狀態（圖3）。通過比較可以發現：肌肉收縮時會變短變粗，舒張時會變細變長。基于教材建議制作的模型，在演示時，橡皮筋模擬的肌肉有效地展示了肌肉收縮變短和舒張變長的事實，但未直觀地表現肌肉收縮時變粗和舒張時變細的現象。同時，學生普遍認為橡皮筋繃緊在模擬肌肉的收縮狀態。

2對教參及教材中模型的改進

2.1實驗材料

尼龍編織網（直徑8mm）、乳膠管（外徑6mm）、長條氣球2個、硬紙板、注射器2個（50mL）、細鐵絲、鋼絲鉗、雙面膠、圖釘。

2.2制作方法及使用

用硬紙板分別剪出大小相同的2個“上臂骨”和2個“前臂骨”，再剪7～10條小段硬紙板卷成柱狀，用雙面膠將其分別固定在大小相同的“上臂骨”和“前臂骨”之間，制作出立體的骨模型，再用細鐵絲將骨連接，模擬可活動的“關節”（圖4）。

用尼龍編織網、乳膠管、長條氣球制作模擬的“肱二頭肌”和“肱三頭肌”。從氣球的盲端起始測量，剪取稍長于“肱骨”模型的長度，再剪取約為氣球長度1/3的乳膠管和長于氣球約2～3cm的尼龍編織網。將乳膠管的1/2置于氣球內，另一段暴露在外。這時，將可伸縮的尼龍編織網縮短2～3cm，套在氣球外（圖5）。在氣球盲端用細鐵絲緊緊固定，開口端固定較松，確保用注射器注入氣體時可順暢通過三個材料而不會松動脫離。

將做好的“肱二頭肌”和“肱三頭肌”用圖釘固定在兩個相同骨骼模型之間的柱狀硬紙卷上，至此模型制作完成（圖6）。

用1號注射器向代表“肱二頭肌”的長條氣球注入氣體，觀察“前臂骨”的位置變化;慢慢松開被按壓的1號注射器，同時推動連接“肱三頭肌”的2號注射器，觀察現象。

2.3實驗現象及結論

推動1號注射器時，模擬“肱二頭肌”的長條氣球變短變粗，模擬“肱三頭肌”的長條氣球變細變長。即肱二頭肌收縮，肱三頭肌舒張，生動地模擬了屈肘（圖7）。慢慢松開1號注射器，同時用2號注射器向模擬“肱三頭肌”的長條氣球注氣，可以觀察到“肱二頭肌”變細變長，肌肉舒張，“肱三頭肌”縮短變粗，肌肉收縮，生動地模擬了伸肘（圖8）。

3改進模型后的優勢

1本模型正確模擬肌肉收縮時變短變粗，舒張時變細變長，更加直觀地模擬肌肉真實狀態，從而避免學生出現前述錯誤認知。

2此模型可同時操作兩個注射器，更加真實地還原伸肘時，肱三頭肌收縮的同時肱二頭肌舒張的過程，更好地體現了產生運動至少是由兩組肌肉相互配合完成的。

3分別剪出相同的兩個“上臂骨”和兩個“前臂骨”，并在相同的兩個骨模型之間用柱狀硬紙卷進行粘連，使模擬骨的紙板具有立體感。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良.義務教育教科書·生物學·七年級上冊[M].北京：人民教育出版社，2013：44.

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