人体肌肉力量的“关节角效应”教学反思

高建新

引言

“关节角效应”(Joint angle effect)是指在骨骼肌收缩引起人体关节运动的过程中，由于人体骨骼肌多为单关节肌或多关节肌，骨骼肌的起止点一般位于不同的骨骼上，骨骼肌在收缩牵引骨骼运动时，不同骨骼所形成的骨杠杆会形成一定的角度，由于受到外界阻力的影响与骨杠杆的共同影响，骨骼肌收缩的力学特征与数值也会随着骨杠杆角度的变化而发生变化，为了方便体育教学与科研，我们把这一现象叫做肌肉力学的“关节角效应”。从该定义的文字解释上可以看出，“关节角效应”涉及到人体解剖学、肌肉力学等学科知识，理解起来比较复杂，因此“关节角效应”是高校体育专业《运动生理学》课程的教学难点之一。在该知识点的教学中会遇到以下问题：首先，涉及到《运动解剖学》的关节构造与运动环节，骨骼肌起止点方面的知识；其次，涉及到《运动生物力学》中的骨骼杠杆物理受力分析；第三，在高等教育出版社出版的《运动生理学》教材中P23肌肉收缩形式章节与P215力量素质章节给出的肱二头肌“关节角效应”的肌肉最大力量结果是不一样的，前面一章的角度是115度到120度，而后一章给出的是100度，因此，该教材出现前后矛盾的现象。为了让学生对肌肉力学的“关节角效应”进行深入理解与掌握，对后续《运动生物力学》、《运动训练学》的学习打下基础，文章以肱二头肌为例对肌肉力学的“关节角效应”从以下方面进行分析。

1 肘关节构造与肱二头肌功能分析

1.1 肘关节构造分析

在《运动解剖学》的知识中，肘关节是人体中比较复杂的一个关节，由肱骨、尺骨和桡骨构成，按不同的供能分为肱尺关节、肱桡关节和桡尺关节。其中肱尺关节为滑车关节可围绕人体的冠状轴做屈和伸的运动；肱桡关节为球窝关节，由于尺骨鹰嘴特殊形状的限制，不能围绕人体的矢状轴做收和展的运动，但是可以围绕人体的冠状轴做屈和伸的运动；桡尺关节为车轴关节，可以围绕人体的垂直轴做旋内和旋外的运动。肘关节各个关节中不同的运动形式都是由不同功能的肌群收缩发力完成。

1.2 肱二头肌功能分析

肱二头肌位于上臂前面，呈梭形，为双关节肌，跨越肩关节和肘关节，有长短两个头，长头起点在肩胛骨盂上结节，短头起点在喙突上，止点是桡骨粗隆。一般情况下，我们认为肱二头肌的作用可以完成屈肘运动，但实际上肱二头肌收缩的作用有三种：第一，可以使肩关节围绕人体的冠状轴做屈的运动；第二，可以使肘关节中的肱尺关节围绕人体的的冠状轴做屈的运动；第三，可以使肘关节中的桡尺关节围绕人体的的垂直轴做旋内的运动。其中，第二种和第三种功能是肱二头的主要作用，文章主要围绕肱二头肌收缩的第二种作用进行研究。

2 肱二头肌力量“关节角效应”力学特点与教学反思

2.1 肱二头肌力量“关节角效应”费力杠杆分析

在完成肘关节屈的运动过程中，参与收缩的主要肌肉有肱二头肌、肱肌、肱桡肌和旋前圆肌，这些肌肉共同作用完成了肘关节屈的运动形式。为了使分析受力的简单化，文章主要对肱二头肌收缩力量和上臂(肱骨)、前臂(尺骨和桡骨)组成的肘关节骨杠杆夹角进行研究。研究发现：肱二头肌在参与完成肘关节屈的运动时，与上臂、前臂组成了一个费力骨杠杆，由于肱二头肌止点在桡骨粗隆上，距离鹰嘴非常近，动力矩小，所以形成费力杠杆。文章以100度、90度和60度的关节角度进行说明。

2.2 对《运动生理学》教材的教学反思

在我国师范类院校和综合性大学的体育专业理论专业课教学中，《运动生理学》是必修教材，有的体育院系甚至开两个学期的该课程。在目前使用的是高等教育出版社的邓树勋、王健主编的2015版《运动生理学》。该教材对肌肉力学的“关节角效应”的文字解释并不多，也不尽详细，只有在教材中P23肌肉收缩形式章节与P215力量素质章节提及到了这一知识点，没有给出受力分析与详细的计算推理过程，只是配合给出了一幅插图，并且两个章节对肱二头肌“关节角效应”的肌肉最大力量结果是不一样的，前面一章的肌肉力量最大值角度是115度到120度，而后一章给出的是100度，出现了前后矛盾的现象。上述问题是文章研究的主要问题，同时这一问题也让学生理解“关节角效应”更加困难，也给《运动生理学》的教学带来诸多不便。

为了弄清《运动生理学》教材这一问题出现前后矛盾的现象，笔者进行了教学反思，提出出现上述情况的原因可能会有以下方面：首先，在教学时要知道教材不是万能的，没有不错的书，就连一些词典、字典工具书也会出现错误，所以不要盲目迷信教材，出现矛盾在所难免；其次，肌肉力量的“关节角效应”的受力分析比较难，肘关节的夹角不是理想化的杠杆，是由骨杠杆组成，角度测量时非常困难，难免会出现误差；第三，使肘关节屈伸的肌群比较复杂，肱肌、肱桡肌和旋前圆肌等其他肌肉参与会影响肱二头肌的力量大小，从而影响了“关节角效应”最后的测量数值；第四，《运动生理学》教材中只给出了肱二头肌力量“关节角效应”的最后数值，没有给出分析原理、计算过程、实验手段、测量方法等得出数据的方法。总之，基于上述思考，笔者认为肌肉力量的“关节角效应”涉及杠杆原理、角度测量、实验手段等方面的内容，是一个非复杂的肌肉力学问题，值得同行的学者、专家、教师和科研人员去研究。

3 “关节角效应”教学的对策与建议

3.1 让学生认识肌肉力量“关节角效应”的重要性

有些体育专业的学生在学习肌肉力量的“关节角效应”时，认为对这一知识点是一个可有可无的环节，并没有对“关节角效应”进行深入的学习与了解。其实，这一观点是不正确的，肉力量的“关节角效应”与人体力量素质、不同关节构造与功能、原动肌和肌肉力量训练以及体育专业后续课程《运动训练学》《运动生物力学》的学习是非常有帮助的。作为一名专业体育理论教师，笔者认为学生应当对肌肉力量的“关节角效应”进行深入的学习，教师应当采用与不同教学方法与手段对这一问题进行讲解与教学。

3.2 重视物理、生物等学科的理论基础教学

《运动生理学》是我国大专院校体育专业的必修课程，因为涉及到生物、物理、化学和医学等多门学科的知识，笔者认为也是最难掌握的一门课程，学生学习起来是非常吃力的。由于注重体育成绩的提高，大部分体育教育专业学生的自然科学理论基础差，这就给《运动生理学》的教学带来了困难。为了让学生彻底对肌肉力量的“关节角效应”进行理解与掌握，建议重视物理、生物理论基础的教学，这样才能从理论基础上对学生学习肌肉力量的“关节角效应”提供帮助。

3.3 进行“关节角效应”的实验研究

《运动生理学》是一门实验科学，只进行理论教学是不够的，在整个教学的过程中要进行教学实验设计与教学模型设计。在肌肉力量的“关节角效应”教学时，教师可以采用杠杆原理对教学内容进行设计。主要用到的教学针器材有测力架、电子能力计、滑轮、砝码、游标万能角度尺等。

3.4 将肌电图引入到“关节角效应”的教学中

结束语

肌电图(EMS)是将肌肉兴奋时的电变化经过引导、放大和记录所得到的电压变化图形的过程，肌电图在肌肉力量测定和临床医学中得到广泛的应用。笔者建议在有条件师范和综合性大学的体育院系中，可以将肌电图应用到肌肉力量的“关节角效应”的教学中来，通过对不同角度时肌电信号的强弱的收集得出肱二头肌“关节角效应”数值的大小。

由于肌肉力量的“关节角效应”涉及影响因素较多，存在测量误差大、动态变化等特点，所以肌肉力量的“关节角效应”是《运动生理学》教材中较难理解与掌握的一个知识点。文章从肘关节构造、理想化骨杠杆受力分析和教材数据对“关节角效应”进行了教学反思，不足之处就是没有给出肱二头肌“关节角效应”受力与相对应角度确切的数值。