肌絲滑行模型的制作和應用

陳曉霞，盧元杰

(青島衛生學校,山東 青島 266071)

高職護理專業生理學課程中的肌肉收縮機制目前是用肌絲滑行學說來解釋的,學說內容涉及肌細胞微細結構和生理功能。在生理學教學中,深感肌絲滑行等內容實乃抽象,教師難教,學生難學,傳統的掛圖缺乏立體感,模型體積太小,且無法顯示動態的肌絲滑行過程,即使運用現代化教學手段,也多局限在二維展示［1］。然而,此內容又是肌細胞收縮功能的重點內容,在生理學教學中占有重要地位,客觀上要求學生必須達到理解和掌握程度。

鑒于此,筆者仿照該學說原理,研制了一個肌絲滑行模型并應用于教學。該模型通過編程單片機控制舵機和電磁鐵,啟動肌絲滑行,模擬一個肌節的收縮與舒張過程,生動直觀地揭示了肌肉收縮與舒張的機制［2］。此模型獲第十三屆全國中等職業學?！拔拿黠L采”大賽職業規劃類——創新設計組一等獎。現介紹如下。

1 制作材料和設計原理

1.1 制作材料

單片機、亞克力板、亞克力條、舵機、電磁鐵、繼電器和鐵條等。

1.2 設計原理

模型由肌節模型、動力裝置、控制器和底座4部分組成。肌節模型中的粗肌絲、M線和Z線(為便于形象理解,M線和Z線制作成盤狀)使用亞克力板制作,細肌絲使用鐵條制作,舵機的搖臂和電磁鐵代表橫橋。動力裝置主要由舵機和電磁鐵組成,使用電磁鐵吸附鐵條(細肌絲)模擬橫橋與細肌絲的結合,用舵機搖臂的擺動來模擬橫橋臂的擺動?？刂破鳛閱纹瑱C(保存編寫程序),通過控制舵機擺動,使電磁鐵與鐵條(細肌絲)結合或分離,導致肌節長度變化［3］。底座為亞克力板材料制作的中空底座,內裝單片機、繼電器和電源(見圖1)。

2 制作過程和使用方法

2.1 制作過程

(1)將單片機、繼電器和電磁鐵連接在一起,通電、編程測試其連接、控制是否正確。(2)將舵機、按鍵開關連接到單片機上,通電、編程測試其連接和控制是否正常。(3)將粗肌絲安裝到M線上并固定,再將舵機固定在粗肌絲上,然后將電磁鐵固定在舵機搖臂上。(4)將模擬人體肌肉收縮頻率和幅度而自行編寫的程序燒寫到單片機里,通電進行調試。(5)調試正常后,組裝電池、開關、按鍵等其他零件,完成作品(見圖2)。

圖2 肌絲滑行模型

2.2 使用方法

(1)打開底座左側面板上的電源開關,接通系統電源。(2)調節舵機搖臂上的電磁鐵與細肌絲上相對應的位置,防止細肌絲阻礙舵機搖臂的擺動。(3)按住“肌節收縮”按鈕,舵機搖臂擺動(使電磁鐵吸附鐵條),拖動細肌絲向粗肌絲靠近,細肌絲帶動Z線向M線靠近,導致肌節變短,肌肉收縮。(4)按住“肌節舒張”按鈕,舵機搖臂擺動(使電磁鐵脫離鐵條),拖動細肌絲遠離粗肌絲,細肌絲帶動Z線遠離M線,導致肌節復位,肌肉舒張。(5)關閉底座左側面板上的電源開關,切斷系統電源。

3 功能與特性

3.1 科學性強

能充分準確地顯示肌細胞中細肌絲、粗肌絲、橫橋等微觀結構,展示肌肉收縮和舒張的生理機制;能準確反映教材及教學大綱要求,設計科學合理,能滿足教與學的實際需要［4］。

3.2 直觀性強

借助具體的實物模型展示肌絲、橫橋等微觀結構,使微觀結構宏觀化、直觀化,使抽象知識形象化、具體化、實物化,解決了學生學習中的重點和難點,使學習活動變得簡單、有趣,理論知識變得通俗易懂,從而提高了學生探究與動手能力,激發了其探知生命科學奧秘的興趣。

3.3 適用性強

此模型不僅彌補了教學儀器的不足,而且在一定程度上可培養學生的創新精神和實踐能力,使學生學會求知,學會創造,為全面提高個人素質打下基礎［5］。此外,此模型作為教具可廣泛應用于普通中學、職業中學、中專及大專院校教學。

總之,作為一種學具和教具,肌絲滑行模型既能解決學生學習中的難點,又能用于多種教學活動,讓學生通過“動手、動眼、動腦”積極主動地參與到教學活動中,達到“做中學、學中做”的目的［6］。同時,模型的研發既能培養學生獲取知識、分析和解決實際問題的能力,又有助于其創新能力和科學素養的形成。此外,模型的制作方式對類似教具的開發有一定的啟發意義,有利于更多、更好的教具被開發和使用到教學中,對提高教學質量起到應有的作用。