骨骼关节点

骨骼关节点（精选四篇）

骨骼关节点 篇1

穿戴式外骨骼是一种可穿戴在操作者身体外部的机械机构,它可以给穿戴外骨骼的人提供支撑、保护,增强其运动能力,还能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。

穿戴式外骨骼的大腿、小腿和液压缸组成一个三铰点连杆机构,是整个承载系统的核心。三铰点机构设计的优劣, 决定着液压缸行程的长短和缸径的大小, 直接影响大腿和小腿的受力状况。

针对三铰点机构的优化方法有很多种,如分层优化法、设计变量分离共轭梯度法、遗传算法(GA)和渐进优化方法等。但是对多目标、多约束的连续型函数的优化,由于设计变量多,计算量大,这些方法都可能会出现收敛困难,陷入局部极值,使优化结果出现偏差。为了解决这种连续型函数的优化问题,本文使用了一种改进型的粒子群算法,这是一种新的演化算法,这种算法没有交叉、变异算子,它是通过个体之间的协作来搜寻最优解,利用了生物群体中信息共享的思想,其概念简单,易于实现,收敛迅速,正逐渐得到人们的关注。

1工作原理分析

人在行走时,与地面接触的部位只有脚部,因此整个系统的力是通过脚底传递到地面的。当人体重心与脚部支点保持在同一竖直平面内时,人体处于稳定站立姿态,否则人将前倾或者后仰。

当人背负60 kg重物时,重物重心与脚部支点在水平方向上存在一定的距离,因此,重物会产生一个很大的弯矩M, M=F×S(F为负载,S为重物重心与脚部支点在水平方向的距离)。劳动卫生学研究表明,人体工作负荷量应不超过人体体重的45%,否则将会对人的肌肉和骨骼系统造成损伤。外骨骼服的功能就是承受大部分负载,增强人体运动能力。由实际情况可知,F固定不变,S可以通过调节人体姿势进行调整。通过对人体姿态分析研究可知,人体可通过调节髋关节、膝关节和踝关节之间的夹角来改变身体的重心。当人在穿戴外骨骼服后背负60 kg重物,进行重心调节所需的动力,一部分来自人体肌肉,另一部分将由液压缸来提供。

理想状态下,人在稳定竖直站立时,竖直方向的力由大腿机构通过小腿传递到地面,液压缸不会承受竖直方向的力。本文选取这种理想状态作为研究基础,对三铰点位置的选择进行分析和仿真计算。

2模型受力分析

目前,处于世界领先水平的外骨骼系统是美军的HULC系统,如图1所示。

将大腿、小腿和液压缸结构进行简化,建立受力模型,如图2所示。将液压缸三铰点简化为A、B、C三点,A点为液压缸与小腿的连接铰点,B点为大腿与小腿的连接铰点,C点为液压缸与大腿的连接铰点。

AC(即液压缸)长为l1,BC长为l2,AB长为l3,AC与BC夹角为α,BC与竖直方向夹角为β,AB与水平方向夹角为γ,AB与杆AC夹角为θ,AC(即液压缸)受力为F1,BC受力为F2。

人在稳定站立状态下,整个三铰点系统是一个平衡系统,其合力为0,AB为固定机架,将液压缸上部支点的受力简化为一个竖直方向的力F,对三铰点进行受力分析,得到F1与F的关系:

undefined。 (1)

根据工作原理分析,求解液压缸所受的最小力F1min的过程,就变成一个由多个变量组成,寻求方程最优解的过程,即求解方程(1)的最小值。

3优化方法

作为平面连杆机构,三铰点变幅机构有两个特征,即机构以移动副的相对运动作为输入运动(液压驱动);与机架相连的构件不作为原动件。如何根据最优化方法来设计多铰点机构,使其能最佳地满足设计要求,一直是机构研究的一个重要课题[2,3]。

3.1 基于粒子群算法的三铰点优化

粒子群算法(PSO)是一种新的模仿鸟类群体行为的智能优化算法,运算规则简单,收敛速度快,易于编程实现。一般的粒子群算法由于其搜索空间有限,易陷入局部极值,为了解决这一问题,本文使用了一种改进型的粒子群算法,专门解决连续型优化问题。

在优化过程中,通常一个多目标优化问题可以表示为:

Min f(x)xi= 。 (2)

xi∈ 。 (3)

其中:xi为优化问题的最优解;D为搜索空间的维数;xmin和xmax分别为搜索空间的最小和最大约束条件。

在PSO中,每个优化问题的解都是搜索空间中的一个粒子。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值,每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离,粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索,进行迭代运算。经过d次迭代,第d代的粒子根据下面的公式更新自己的速度和位置:

Vundefined=ω×Vundefined+c1×r1×(pi-Xundefined)+c2×r2×(gi-Xundefined) 。 (4)

Xundefined=Xundefined+Vundefined。 (5)

其中:c1、c2为学习因子;r1和r2为[0,1]范围内的均匀随机数;Xundefined为第i个粒子第d代所处的位置;Vundefined为第i个粒子第d代的飞行速度;pi为第i个粒子的个体极值;gi为粒子的全局极值;ω为惯性权重,用来平衡个体和全局之间的搜索能力[5,6,7]。

优化步骤如下:

(1)初始化m个粒子,包括随机位置和速度的最大值、最大迭代次数。

(2)根据式(4)、式(5)进行一次进化迭代产生中间子代。

(3)判断中间子代与原父代的优劣,对于每个粒子,将其适应值与所经历的最好位置的适应值进行比较,若较好,则将其作为当前的粒子最好位置;将其适应值与全局所经历的最好位置的适应值进行比较,若较好,则将其作为当前的全局最好位置。

(4)根据式(4)、式(5)更新粒子的速度及位置。

(5)判断终止条件是否满足,若满足,则算法结束,否则转到步骤3。

3.2 确定设计变量

由图2可知,当我们求出AB与水平面夹角γ及各个铰点之间的长度关系以后,就可以求得三铰点的位置参数,因此在本次优化计算过程中,选取三铰点之间的长度l1、l2、l3及夹角γ作为设计变量。

3.3 建立目标函数

本次优化以液压缸受力最小为最优解,建立的目标函数为:

undefined。 (6)

通过图2,由余弦定理得到各个夹角与杆长之间的关系:

undefined

undefined。

3.4 设计约束参数

(1)△ABC中存在的约束为:

l1+ l2-l3>0 ;

l1+ l3-l2 >0 ;

l2+ l3-l1 >0 。

(2)人体尺寸之间存在着差异,为使产品适合于一个群体的使用,设计中需要的是一个群体的测量尺寸。然而,全面测量群体中每个个体的尺寸又是不现实的,通常是通过测量群中较少量个体的尺寸,经数据处理后获得较为精确的所需群体尺寸。

本文中根据我国成年人结构尺寸的国家标准GB 1000-88,采用中国南方人第95百分位的人体标准,建立设计变量的约束范围为:

420

335

83

72°<γ<78° 。

3.5 PSO参数选择和仿真

使用MATLAB软件进行编程,设计空间搜索维数为4,粒子群规模为80,惯性权重为0.9,学习因子c1=1.9,c2=2.0,同时对力F定义一个初始值,其中人体负重为60 kg,外骨骼系统自重为20 kg,因此F=800 N。选取不同的迭代次数进行计算,其计算结果见表1。由表1可以看出,通过改进型的PSO得到的计算结果具有稳定性。

当迭代次数为500次时的收敛曲线如图3所示。经过500次迭代后,其计算结果为:F1≈2.44 N ,l1≈426 mm,l2≈340 mm,l3≈90 mm,γ≈72°

通过图3看出,改进型的PSO收敛速度快,F1最小为2.44 N,达到了之前预期的目标。

4结束语

(1)本文使用改进型的PSO解决多目标多约束条件下三铰点机构的优化设计问题,具有计算结果不易陷入局部最优解、收敛速度快、计算准确、稳定性高等优点。

(2)通过优化,计算出了油缸力,为穿戴式骨骼服液压系统的设计提供了数值依据。

(3)由于目标函数中的载荷过于简化,最优工况选取过于理想,与实际情况有一些差距,希望在以后研究中予以改进。

参考文献

[1]尹军茂.穿戴式下肢外骨骼机构分析与设计[D].北京:北京工业大学,2010:1-12.

[2]冯谦,张建红,焦恩璋.液压缸三铰点变幅机构优化设计方法[J].工程机械,1992(12):25-31.

[3]周凌.基于量子粒子群算法的连杆机构的优化设计[J].价值工程,2010(35):291-292.

[4]He Lihong,Yao Nan,Wu Jianhua,et al.Application of modified PSO in the optimization of reactive power[C]//2009Chinese Control and Decision Conference.[s.l.]:[s.n.],2009:3493-3496.

[5]Kennedy J,Eberhart R.Particle swarm optimization[C]//IEEE Int Conf on Neural Networks.Piscataway:IEEE Service Center,1995:1942-1948.

[6]Eberhart R,Kennedy J.A new optimizer using particle swarm theory[G]//Proc on Int Symposium on Micro Machine and Human Science.Piscataway:IEEE Service Center,1995:39-43.

骨骼关节和肌肉教案 篇2

里泽小学

蔡沈娟

教学目标：

1、科学概念：身体的肢体活动由骨骼、关节和肌肉共同完成，不同的运动形式，骨骼、关节和肌肉的组合结构也会有不同。

2、过程与方法：能够在观察的基础上，做出上肢结构形态的观察记录，并能够在不断完善认识的过程中，有意识的对自己的观察记录进行补充完善。

3、情感态度与价值观：能够在独立思考的基础上，与他人分享研究结果，愿意合作交流；能够正确对待观察、研究中不完善的结果，善于在反复观察、研究中完善认识。

教学重点：了解在运动中，骨骼、关节和肌肉的协调运动，及身体在做不同运动的过程中，骨骼、关节和肌肉所发挥的作用。

教学难点：了解身体运动过程中，骨骼、关节和肌肉所发挥的作用。教学准备：课件、记录表、哑铃等。教学过程：

一、导入

1、师：刚才同学们这么轻松地站起来又做下去，你知道是由身体的哪些组织来完成的吗?（大腿、骨骼、肌肉……）

2、其实这是由人体的骨骼、关节和肌肉共同完成的，揭示课题。

二、初步认识骨骼、关节和肌肉及其作用

（一）认识骨骼。

1、师：：刚才我们说到了骨骼，你知道我们的身体里有多少块骨头吗？你能摸到多少块？比比谁摸出的多。

2、学生摸骨数骨（学生在摸骨的过程中感受骨头在身体的分布及特点）

3、小结：（出示人体骨骼图片）其实我们人体的骨头共有206块，有大有小，它们共同组成了人体的支架——骨骼。

4、师：那你觉得骨骼对于我们身体可能起到什么作用呢？（支撑我们的身体、保护着我们的内脏器官、运动）

（二）认识关节。

1、师：是什么将一块块骨头连结在一起的？（关节）

2、师：大家找一找我们人体哪有自由活动的关节？

3、如果我们人体没有关节会怎样？（通过绑住肘关节写字的活动来感受关节使骨骼能够灵活运动，有了关节骨骼才可以按不同的方式运动）

（三）认识肌肉。

1、师：有了骨骼和关节，人体就能运动了吗？（还需要一个动力源——肌肉）

2、找找看，身上哪里有肌肉？动手捏捏，它是怎样的？

3、（带领做曲臂运动）提问：你观察到是哪里的肌肉在起作用吗？这个过程中还有那些部位的组织也参与了？

三、了解骨骼、关节和肌肉的协调作用

1、师：那这些部位的骨骼关节和肌肉是怎样让前臂一伸一屈运动起来的呢，下面我们借助哑铃来研究。我们就以（教师示范）举起哑铃，放下哑铃时上肢的运动来进行观察。课件出示：

(1)小组内轮流做，反复做几次。

(2)分别观察和用手摸摸举起哑铃，放下哑铃时骨骼关节和肌肉的变化。(3活动后请将观察到的和亲身感受到的事实在小组内交流。(4按记录表要求记录。

2、学生观察记录，教师巡视指导。

3、组织交流观察结果，适时补充：在举起哑铃时，我们发现肌肉变硬鼓起（也就是肌肉收缩）牵引着附在它上面的骨骼绕着关节运动。

4、出示屈肘伸肘动画，帮助学生进一步理解。

5、先前我们观察记录的结果描述的准确吗？可以怎样完善？

6、延伸：（起立，弯腰，直立，又弯腰）：解释一下自己的动作是如何产生的？

四、知识迁移

1、人们利用人体骨骼、关节和肌肉的作用，模仿制作了一些工具，他们和人体中的骨骼、关节和肌肉的那些作用相似？(出示图片：吊车、挖掘机、高塔……）

2、小组讨论汇报，想说哪种就先说哪种。（万节天线像关节；吊车像手臂；挖掘机像手掌；高塔像人的骨架……）

五、健康教育

1、师：看来运动离不开骨骼关节和肌肉，怎样才能使我们的骨骼粗壮、肌肉发达、关节更加灵活?

骨骼关节点 篇3

应力遮挡及力学传导理论在临床骨科涉及最多, 是内固定系统在对骨质的影响上最关注的问题。我们从应力遮挡力学概念及力学传导分析出发, 对比分析关节假体和接骨板对骨骼的应力遮挡及力学传导。

1 方 法

1.1 有关应力遮挡力学概念有两个定义

定义1.当不同弹性模量的成分并联承担载荷时, 较高弹性模量的成分承担较多的载荷, 即对低弹性模量成分起到应力、应变遮挡作用[1]。

定义2.两种或两种以上材料组成一个机械系统时, 弹性模量较大的材料承担更多的负荷[2,3]。

以上两个定义基本相同, 它们明确指出:较高的弹性模量材料物质对较低的弹性模量物质在承担负荷时, 起到应力、应变遮挡作用。其基本条件是在并联的情况下。

1.2 人工假体关节置入人体后的力学传导与接骨板固定骨干的力学传导见图1、2[4]。

2 结 果

关节假体与骨骼组成力的传导系统不同于接骨板与骨骼所组成力的传导系统。

3 讨 论

在医学生物力学方面, 力的传导存在着并联和串联, 即固定物与被固定物相互平行固定在一起, 一个力在传导过程中被分解, 一部分沿着固定物传导, 而另一部分沿着被固定物传导, 此为并联。串联是两个物体端端对接, 纵向连接在一起, 一个力从物体的一端直接传导到另一个物体的一端。在并联的情况下, 力在传导过程中, 由于两种或两种以上的物体弹性模量不同 (刚性不同) , 在承担负荷时, 较高弹性模量的成分承担较多的负荷, 对低弹性模量的成分起到应力遮挡, 作用力总体被分解传导, 并可产生应力遮挡效应。在串联的情况下, 力在传导过程中, 虽然两种或两种以上的物体弹性模量不同 (刚性不同) , 在承担负荷时, 负荷作用力通过较高或较低弹性模量的成分逐各下传, 较高弹性模量的成分与较低弹性模量的成分承担相同的原始负荷作用力, 作用力总体不被分解传导, 也就不存在较高弹性模量的成分承担较多的负荷, 对低弹性模量的成分所起到应力遮挡, 也就不存在应力遮挡效应。医学骨科内固定领域方面, 用接骨板、髓内钉等内固定器械固定肢体骨折时, 在力的传导上, 骨骼与接骨板、髓内钉等内固定器械呈并联关系, 内固定物的弹性模量高于骨骼的弹性模量, 承担负荷时, 内固定物对骨骼起到应力遮挡, 使骨骼骨质发生变化, 而产生应力遮挡效应[4]。而人工假体关节置换在力的传导上不同于肢体骨折的固定, 人工关节同骨骼是呈串联关系, 承担负荷作用力时, 作用力通过假体关节传至骨骼或通过骨骼传至假体关节高弹性模量的假体关节与低弹性模量的骨骼承担相同的原始作用力, 是不存在应力遮挡和应力遮挡效应。我们分析, 如图1是人工髋关节及人工膝关节力学传导分析图, 从人工髋关节力学传导分析来看, 作用力F自假体头承重区沿假体颈传至假体柄, 最终分解为作用力F1、F2及作用力F3, 但总原始作用力F作用于骨干的大小没有变化, 关节假体与骨骼承担相同的原始作用力F, 关节假体与骨骼呈串联关系, 也就不存在应力遮挡及应力遮挡效应。人工膝关节力学传导分析相对简单些, 作用力沿骨干传导到假体并继续传导, 呈串联关系, 不存在应力遮挡及应力遮挡效应。图2所示, 骨折接骨板固定的力学传导分析, 承担负荷作用力F被分解为作用力F1及作用力F2, 作用力F1沿接骨板传导, 作用力F2沿骨干传导。在骨折固定区, 由于接骨板与骨骼的弹性模量不同, 这一系统承担负荷作用力时, 高弹性模量的接骨板对低弹性模量的骨骼承担较多的负荷作用力, 接骨板对骨骼起到应力遮挡作用, 并使骨质发生变化, 而产生应力遮挡效应。接骨板与骨骼呈并联关系。在接骨板两端会出现应力集中。在另一方面, 两种或两种以上的物质其弹性及弹性变不同, 只说明它们对能量的储存能力及释放速度不同, 并不改变作用力的大小及作用力的总体方向。

综上所述, 假体关节置换术后关节假体对骨骼并不产生应力遮挡及应力遮挡效应。关节置换术后出现的骨溶解、骨萎缩不是应力遮挡引起的应力遮挡效应。关节置换术后假体出现松动既有生物因素又有机械因素, 而机械因素主要包括假体固定的牢固性、假体作用力的均衡性及抗拒旋转和扭力的能力。但据文献报道, 股骨假体与骨骼有限元分析, 关节假体置换后股骨受力总体模式不变, 而股骨近端应力遮挡显著[5]。因此, 关节假体对骨骼的应力遮挡有待进一步探讨分析。

参考文献

[1]刘建国, 徐莘香.应力遮挡效应与骨关节综合征[J].中华骨科杂志, 1994, 14 (6) :374-378.

[2]王沛.AO技术及相关问题[J].中华骨科杂志, 2000, 20 (10) :629.

[3] Tonino AJ, Davidson CL, Klopper PT, et al.Protection from stress inbone and its effects.Experiment with steel and plastic plates in dogs[J].J Bone Joint Surg 1976, 58B (1) :107-113.

[4]陆裕朴, 葛宝丰, 胥少汀, 等.实用骨科学[M].北京:人民军医出版社出版, 1995.

《骨骼、关节和肌肉》教学设计说明 篇4

作者：xxxx

一、科学教育理论指导

1、科学合理建构生活课堂：生活即教育的倡导者、实践者教育家陶行知曾提出我们的实际生活即是我们的全部的课程。而儿童的生活世界就是学习科学的最鲜活最生动的第一性教材。“生命世界”的教学应尽可能把学生真正地置于真实的生命世界中或者真实的生命系统进课堂，真实的观察与如实的记录描述。

2、科学的引导探究和兴趣培养：小学新课程标准指出：小学生必须注重培养学生良好的科学素养，通过科学教育使学生逐步领会科学的本质，乐于探究，热爱科学，并树立社会责任感；学会用科学的思维方式解决自身学习、日常生活中遇到的问题。在小学阶段，儿童对周围世界有着强烈的好奇心和探究欲望，他们乐于动手操作具体形象的物体，这一时期是培养科学兴趣、体验科学过程、发展科学精神的重要时期。积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。

学生是科学学习的主体。学生对周围的世界具有强烈的好奇心和积极的探究欲，学习科学应该是他们主动参与和能动的过程。科学课程必须建立在满足学生发展需要和已有经验的基础之上，提供他们能直接参与的各种科学探究活动。让他们自己提出问题、解决问题，比单纯的讲授训练更有效。教师是科学学习活动的组织者、引领者和亲密的伙伴，对学生在科学学习活动中的表现应给予充分的理解和尊重，并以自己的教学行为对学生产生积极的影响。

二、生命科学领域教学内容与教学方法梳理

1、教学内容：《骨骼、关节和肌肉》是义务教育课程标准实验教科书四年级科学上册第四单元 我们的身体第2课的内容。在本课的前面是《身体的结构》，学生已经能够用系统的眼光看待人体结构组成，认识到人体的各种生命活动都是不同部分之间相互联系共同协作的结果。在本课探究中，学生不但会知道骨骼对身体的支撑与保护功能、肌肉的运动功能以及关节的连接功能。还会在不同运动的过程中，体验骨骼、关节和肌肉是相互协调共同完成动作的。既对上节课的科学概念进行深化研究，又对后面的有关运动、呼吸、消化等方面的研究做好知识铺垫。

2、教学方法:本课设计采用讨论法、比较法、引导探究法相结合的方法，师生共同完成的探究问题，整个探究过程由浅入深，遵循以人为本的探究教学理念，又通过抓举哑铃动作进行观察、体验。学生会体会到人们做的每项活动，都是通过骨骼、肌肉、关节共同协调完成，以发现探究

为手段，通过观察、体验使学生在探究活动中，主动参与、积极大胆的提出问题并做出合理的猜测。在实际活动中自己感觉骨骼、关节和肌肉的作用。经过反复验证形成正确的科学结论。培养学生对科学的探究兴趣

三、学情分析；

作为四年级的学生，这将是一个有趣而神秘的单元。身体内部的各种活动和变化对于学生来说，是一个个暗箱，学生能够感受到，但不能直接观察。而当学生通过一系列的体验、模拟各部分器官功能的活动，发现身体在工作中的协调工作特点之后，又将会感受到人体那种精密、和谐之美。

四、教学目标；

科学概念：身体的肢体活动由骨骼、关节和肌肉共同完成，不同的运动形式，骨骼、关节和肌肉的组合结构也会有不同。

过程与方法：

1.能够在观察的基础上，解释肌肉变化引起的运动，并能够在不断完善认识的过程中，修正自己的想法。

2.能够将动态的身体活动过程分解为若干动作分别进行细致有目的的观察活动。情感态度与价值观：

1.愿意与他人分享研究结果，合作交流，培养了学生的创新意识和团队精神。

2.能够正确对待观察、研究中不完善的结果，善于在反复观察、研究中完善认识，培养学生实事求是的科学态度。

五、教学重难点；

教学重点；了解在运动中，骨骼、关节和肌肉的协调运动及身体在做不同运动的过程中，骨骼、关节和肌肉所发挥的作用。

教学难点：对肌肉变化引起运动的解释

六、教学准备；

1、教师准备：课件视频、图片、海绵、两根橡皮泥、、豆腐大脑模型、肌肉模型、骨骼模型、一组哑铃、教具等。

2、为每组学生准备：记录纸一张。

七、教学过程设计；

【课时】1课时

一、创激导入：

1.师：同学们我们一起来做一个高抬腿的动作。

2师：同学们，在我们刚刚完成的这个高抬腿动作中，我们的身体哪些部位动起来了？ 生1：大腿。生2：小腿 生3：手臂。

师：同学们说的这些都是人体能够运动的部位。那下面我们就摸摸、看看这些部位，有哪些组织？根据学生回答：

师：（板书：骨头、关节、肌肉）在刚才高抬腿动作中，这三者都参与了运动。今天这节课我们就来探究骨头、关节、肌肉有些什么作用以及这三者在身体肢体活动当中又是怎样相互协调运动的。

二、探究新知:

（一）探究骨骼的作用

1.师：出示人体骨骼模型：介绍我们的体内有一个支架，这就是骨骼。我们人的身体里有206块骨头，（师板书：206块）当这些骨头有机地组合在一起的时候就组成了骨骼。（师板书：骨头——骨骼）

2.师：请同学们仔细观察一下，你发现骨骼还有什么特点?” 生1：骨骼是一节一节的。生2：骨骼有的地方是空的。„„

3.师：你能说出身体中一些骨头的名称吗？” 生1：肋骨。生2：脚趾骨。

4师：骨骼在我们每个人的身体中都有，大家摸到骨头硬，有些骨头围成一些腔体，（教师演示）你能根据这些特点猜测出骨骼有什么作用吗？

生1：我猜骨骼有支撑身体作用。生2：我认为骨骼有保护内脏的作用。

5.师：大家对骨骼的作用做出了合理猜测，怎样验证呢？哪位同学说一下？ 生：做实验。

6.师：同学们，我们已经知道骨骼在我们身体上是确实存在的，我们不能把骨骼拿出来进行

研究，但是我们可以另寻思路。

7.师：同学们假如我们人类没有骨头会是怎么样呢？（指名说）

师：下面我们利用橡皮泥来做一个模拟实验。你们瞧！这是两根同样的橡皮泥（出示两根同样的橡皮泥），我要把这两根橡皮泥立起来，请大家仔细观察看到了什么现象？（一根立起来，一根倒下去）这是怎么回事呢？

生：猜想这根橡皮泥里有什么支撑着。

师：谁愿意到前面来打开它，同学们想一想这根橡皮泥跟我们身体有相似的地方吗？谁能说说吗？

生：这根橡皮泥跟我们的身体有相似的地方，就象我们身体的骨骼一样。

师：在这个模拟实验里，橡皮泥模拟的是肌肉，吸管模拟的是骨骼。直立的橡皮泥与直立的人体是相似的。那我们可以得出什么结论？

生：骨骼有支撑的作用。（师完善板书：支撑）

8.师：刚才同学们说骨骼还有保护的作用，是不是这样的呢？

生1:同学们这是头骨，想想我们的头骨里有什么？（大脑）大脑是一种很嫩、很软的物质，跟我们食用过的豆腐脑很相似，下面我们用豆腐脑来做一个模拟实验，师出示实物投影（豆腐模拟大脑，在上面盖上一个透明的玻璃器皿）指名到板前拍一拍，你发现了什么？（豆腐脑完好）再拿掉玻璃器皿，现在相当于什么没有了？（头骨没有了）再指名拍一拍这个头骨，看到什么现象了？没有头骨的保护，我们的大脑就会象豆腐脑一样稍碰一下就会变形、损坏。请同学们再拍一拍自己的头骨，感觉有问题吗？这说明头骨有什么作用？（师板书：保护）

生2:同学们你们看,这几块骨头围成的这个腔体是胸腔，在胸腔里面有心脏和肺，同学们拍拍胸部有什么感觉？想一想骨骼起到了什么作用？（师连线：保护）

师：现在我们总结一下，骨骼有什么作用？ 生：现在我们知道了骨骼有支撑和保护的作用。

9.师：同学们让我们一起回想一下，在研究骨骼的作用时我们是怎样做的？

首先我们已经知道骨骼比较硬的这一事实，根据骨头比较硬、围成一个腔体这些事实猜测骨骼有什么作用，我们假设人类没有骨头会是怎么样，我们用了一系列的模拟实验、体验活动来验证猜测，达成共识，得出结论：骨骼有支撑和保护的作用。（师副板书：事实——猜测——验证——共识）

（二）探究关节的作用

1.现在我们就用刚才的方法来研究一下关节有什么作用。（师出示课件）

（师示范动作）（两块骨的中间）我们把骨和骨之间的连接叫骨连接，在我们身上有很多骨是连接在一起的，但是有的是不能活动，比如胸骨、肋骨，我们把能活动的骨连接叫关节。比如肘关节、腕关节。

2.师：现在请你根据刚才研究骨骼的方法，设计一个方案研究一下关节有什么作用，请你先自己独立思考完成研究方案，然后把你的想法在小组内说一说。

3、小组代表汇报根据学生汇报（师板书：可活动的），如果我们不让关节活动，就相当于我们没有关节，那将会怎样呢？（师出示教具）谁愿意到板前试一试关节受到限制是什么样的？此时相当于没有什么关节了？（肘关节）（指名板前演示，受限制后的关节运动，请你象我这样做。老师说拍拍头、摸摸脸等）

请一名同学给他下指令做动作，难为难为他。你看到了什么？你想到什么？请台前的同学谈一谈感受。

师：下面的同学你愿意试一试吗？（打开实验材料袋，拿出里面的一号纸卷套在拇指上，二号纸卷套在食指上。）

4.小组体验：受限制的关节运动，可以是写一行字、系扣、系鞋带等动作。

下面请小组长带领你们组的成员把实验材料收集整理好。看看哪一个小组行动最迅速！现在我们开始汇报：你完成的是哪项动作？从中体验到什么？

生：我们没有了关节后很困难，但有了关节之后就可以很灵活地去做事情。（师板书：灵活）师：那我们可以达成什么共识？

生：我们知道了关节可以使我们肢体活动灵活。

师：那同学们想一想我们身体有了关节、骨骼就可以运动起来吗？ 生：不能，还得有肌肉。

（三）探究肌肉的作用

1.师：下面我们继续用这种方法来研究肌肉有什么作用（出示肌肉模型）

师：我们已经知道人体有206块骨头，与之相连的有600多块肌肉。（师板书：600多块）肌肉会有什么作用？下面我们再来做一个体验活动。老师为你们每个小组都准备了一组哑铃（学生用左手拿起放在地上的哑铃，慢慢的移到胸前。反复做一做。用手摸一摸并观察上臂骨肌肉的变化。

2、小组内学生活动（教师巡视）

生：在活动中的感受并记录下来。

3、小组代表汇报并且展示学习成果。

小组代表1：我感觉胳膊向上屈肘时，胳膊上面的肌肉鼓起来。伸开胳膊这块又平了。小组代表2：上面的肌肉还很硬，下面的肌肉也跟着动。

.师：当同学们摸到胳膊上面肌肉变大了，变硬了，鼓起来了，猜想一下，为什么会这样呢？（指名说）

生：有可能是肌肉往一起聚了。

师：下面我们来做一个模拟实验（师出示海绵，我们用海绵来模拟肌肉，模拟演示：怎样才能让它鼓起来？）请你仔细观察：海绵鼓起来之后，老师两只手的距离是变长了还是变短了？

生：变短了。

师：同学们，这个模拟实验与我们的肌肉变化有一样的地方吗？ 生：鼓起来的时候都会变短。

师：当肌肉鼓起来的时候，就是相当于肌肉之间的距离变短了，这就是肌肉的收缩。（师板书：收缩），当它恢复到原来的状态时就是舒张。（师演示：伸臂、曲臂的动作）

4.师：你在观察的时候发现肌肉收缩和舒张时，我们的手臂做了什么动作？ 生1：当肌肉收缩的时候，上臂骨是曲臂的，等舒张的时候，上臂骨是伸臂的。

师：这说明肌肉有什么作用？

生：牵动骨头运动（师板书：牵动骨头运动）

师：同学们，请你猜测一下：那肌肉是怎样长的才能牵动骨头运动呢？ 生：长在同一块骨头上。

师: 究竟肌肉是怎样长的才能牵动骨头运动呢？（出示上臂曲伸臂动画演示）学生观察知道肌肉能牵动（它所附着的）骨头运动起来。师板书：它所附着的。现在看看记录单上填的是不是这样。

(四)、体验“三者”协调运动

1.师：刚才我们研究了骨骼、关节、肌肉的作用，思考一下:在我们刚才进行的这些活动当中这三者都参与了吗？

生：都参与了。

2.（课件出示）请你做一做再想一想:在曲臂、伸臂动作中这三者是怎样协调配合完成动作的？把你的想法在小组内交流一下。

生：汇报

师小结：在曲臂伸臂动作中，是肌肉收缩牵动骨骼带动关节运动的。

3.（课件出示）体验活动：试着做一个动作比如下蹲或者提脚后跟的动作，用手摸一摸，感受骨骼、关节和肌肉是怎样运动的。并请你先在小组内说一说，这三者是怎样相互配合的？（汇报）

4.师小结：在我们身体每一个活动中，骨骼、关节和肌肉这三者都是相互协调配合完成。这也体现了我们身体精密、和谐之美。（师板书：“三者”协调运动完成各种活动）

（五）、拓展延伸

1.师：你经常参加体育锻炼吗？你喜欢什么运动？经常锻炼身体和不经常锻炼身体的人有什么区别吗？

生1：经常参加体育锻炼的肌肉都非常发达。

生2：老师，刚才我的猜想应该是肌肉起到力量的作用。

2.师：你说的非常对，肌肉发达的人是非常有力量的，（播放一段举重运动员的视频和肌肉图片）让学生感受肌肉发达是非常有力量的。

3.师（展示课件：打篮球等图片）我们要想拥有强健有力的肌肉，就必须经常参加体育锻炼

（六）、课堂总结：

师：同学们，通过今天我们这一节课的探究，你有哪些收获？

八、教学评价设计；

本节课教师为了把预设目标如期得到生成而导致在整节课中师生对话较多，引导比例过重，在今后的教学中还应注意对学生的思维引导要有启发性、引导语言的有效性。

九、设计特色简述；

在本课教学中力求体现课标中提出的理念要求“教师是科学探究活动的组织者、引领者和学生的亲密伙伴”，注重把握重难点。在对学生进行前测了解学生已有认知的基础上，引领学生亲历探究骨骼、关节和肌肉作用的活动过程，然后又结合生活中举重、打篮球等运动引导学生体会体育运动的重要性。把问题从知识的大背景中抽出来，又有机的放回大背景中去，打破以往点对点的教学方法。

本节课骨骼、关节和肌肉一课的知识探究采取了比较灵活的处理方法。在引导学生认识骨骼作用时，直接呈现了骨架模型，在学生猜测的基础上，利用了模拟实验和体验活动，帮助学生了解骨骼的支撑保护作用，然后教师启发学生说出探究的方法，有效地指导了后面研究关节和肌肉 的作用。在研究关节作用时，充分发挥学生主体地位，让学生亲自设计实验方案，并从个体体验到人人体验，体现了新课改的理念。本节课最大的特色是用模拟实验和体验活动引导学生思维、自主展开研究贯穿于全课。

十、附：板书设计、学生记录单设计

1、板书设计

副板书:

事实 —— 猜测 —— 验证 —— 共识 骨头: 硬、腔体（206块）模拟实验、体验活动 关节: 能活动

肌肉: 软、硬（600多块）