“肌肉牵动骨运动”模型的改进

荣婉婷 刘杨

摘要 针对教材中“肌肉牵动骨运动”模型中存在的不足，结合气动人工肌肉的制作原理，用简单易获的材料进行改进，从而使模型更加真实直观，便于学生理解。

关键词 肌肉模型 实验装置改进 实验教学

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

“动物的运动”是人教版生物学八年级上册第五单元第二章第一节内容，本节内容包括两部分：1运动系统的组成;2骨、关节和肌肉的协调配合。“肌肉牵动骨运动”模型是帮助学生理解骨、关节和肌肉的协调配合完成运动过程的重要装置。气动人工肌肉是应用于国内外机器人的一种外形柔软，输出力与生物肌肉有着很强相似性的新型执行器，且其制造和使用既简单又方便。下面拟针对教材中“肌肉牵动骨运动”模型中存在的不足，结合气动人工肌肉的制作原理，用简单易获的材料进行改进，从而使模型更加真实直观，便于学生理解。

1教材中模型的制作方法及存在的问题

1.1教材中制作模型的方法

教材给出的材料用具为薄的硬纸板、图钉、橡皮筋等。用硬纸板剪出“上臂骨”和“前臂骨”（图1），橡皮筋代表“肌肉”，图钉连接“上臂骨”和“前臂骨”代表“关节”。在模拟屈肘时，捏住代表“肱二头肌”的皮筋，轻轻拉动;慢慢放开皮筋，但不能使前臂位置完全复原，再捏住代表“肱三頭肌”的皮筋，轻轻拉动，模拟伸肘（图2）。

1.2教材中模型制作的不足及学生理解上的偏差教材第44页分别呈现了进行屈肘动作和伸肘动作时，肱二头肌和肱三头肌的状态（图3）。通过比较可以发现：肌肉收缩时会变短变粗，舒张时会变细变长。基于教材建议制作的模型，在演示时，橡皮筋模拟的肌肉有效地展示了肌肉收缩变短和舒张变长的事实，但未直观地表现肌肉收缩时变粗和舒张时变细的现象。同时，学生普遍认为橡皮筋绷紧在模拟肌肉的收缩状态。

2对教参及教材中模型的改进

2.1实验材料

尼龙编织网（直径8mm）、乳胶管（外径6mm）、长条气球2个、硬纸板、注射器2个（50mL）、细铁丝、钢丝钳、双面胶、图钉。

2.2制作方法及使用

用硬纸板分别剪出大小相同的2个“上臂骨”和2个“前臂骨”，再剪7～10条小段硬纸板卷成柱状，用双面胶将其分别固定在大小相同的“上臂骨”和“前臂骨”之间，制作出立体的骨模型，再用细铁丝将骨连接，模拟可活动的“关节”（图4）。

用尼龙编织网、乳胶管、长条气球制作模拟的“肱二头肌”和“肱三头肌”。从气球的盲端起始测量，剪取稍长于“肱骨”模型的长度，再剪取约为气球长度1/3的乳胶管和长于气球约2～3cm的尼龙编织网。将乳胶管的1/2置于气球内，另一段暴露在外。这时，将可伸缩的尼龙编织网缩短2～3cm，套在气球外（图5）。在气球盲端用细铁丝紧紧固定，开口端固定较松，确保用注射器注入气体时可顺畅通过三个材料而不会松动脱离。

将做好的“肱二头肌”和“肱三头肌”用图钉固定在两个相同骨骼模型之间的柱状硬纸卷上，至此模型制作完成（图6）。

用1号注射器向代表“肱二头肌”的长条气球注入气体，观察“前臂骨”的位置变化;慢慢松开被按压的1号注射器，同时推动连接“肱三头肌”的2号注射器，观察现象。

2.3实验现象及结论

推动1号注射器时，模拟“肱二头肌”的长条气球变短变粗，模拟“肱三头肌”的长条气球变细变长。即肱二头肌收缩，肱三头肌舒张，生动地模拟了屈肘（图7）。慢慢松开1号注射器，同时用2号注射器向模拟“肱三头肌”的长条气球注气，可以观察到“肱二头肌”变细变长，肌肉舒张，“肱三头肌”缩短变粗，肌肉收缩，生动地模拟了伸肘（图8）。

3改进模型后的优势

1本模型正确模拟肌肉收缩时变短变粗，舒张时变细变长，更加直观地模拟肌肉真实状态，从而避免学生出现前述错误认知。

2此模型可同时操作两个注射器，更加真实地还原伸肘时，肱三头肌收缩的同时肱二头肌舒张的过程，更好地体现了产生运动至少是由两组肌肉相互配合完成的。

3分别剪出相同的两个“上臂骨”和两个“前臂骨”，并在相同的两个骨模型之间用柱状硬纸卷进行粘连，使模拟骨的纸板具有立体感。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.义务教育教科书·生物学·七年级上册[M].北京：人民教育出版社，2013：44.

[2]隋立明，包钢，王祖温.气动人工肌肉改进模型研究[J].液压气动与密封，2002，（2）：1-4.

[3]朱正威，赵占良.教师教学用书·生物学·八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2013：106-107.