Программа учебного предмета "Биофизика" для 10-11 классов.

ПРОГРАММА УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА "БИОФИЗИКА"
ДЛЯ 10-11 КЛАССОВ.

Автор: Старченко С.А. канд. пед. наук, директор лицея
Рецензенты: Кузнецов А.И. докт. биол. наук, профессор УГИВМ.

ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Развитие систем научных знаний требует адекватного их отражения в современном образования. Этим объясняется необходимость разработки механизмов внедрения научных знаний в учебный процесс общеобразовательных заведений. Мы считаем, что эффективным направлением повышения целостности естественно-научного образования является включение в учебный план синтезированных учебных дисциплин, имеющих свою логику, историю развития, методику преподавания в высшей школе. Кроме этого, в условиях гуманизации образования,   развития   дифференциальных   процессов возникает необходимость разработки систем научных знаний для детей, проявляющих интерес к естествознанию, имеющих определенный стиль мышления, ярко выраженную предметную мотивацию. Гуманизация требует, чтобы школьник изучал человекознание как интегрированную систему знаний о человеке. Биология - наука о живой форме движения материи, венцом целесообразности которой является человек. Повышение теоретического уровня биологического образования за счет преподавания биофизики обеспечивает повышение уровня гуманизации образования, познания реального мира, себя как субъекта этого мира.

Дифференциация в образовании стимулирует развитие интеграционных процессов в содержании, формах, методах и средствах обучения. Синтезированные науки обладают своим предметом и объектом исследования, понятийным аппаратом, внутренней логикой, теоретическим, методологическим и концептуальным подходом в исследовании объектов. Трансформация в учебный процесс синтезированной науки «Биофизики» обусловлена необходимостью отражения современных научных знаний в учебном процессе общеобразовательных учебных заведений. Преподавание синтезированной дисциплины биофизики способствует формированию у учащихся естественно - научного мышления, целостного представления о наблюдаемых явлениях, обеспечивает направленность личности, ориентирует ее на продолжение обучения в высшей школе естественно-научного профиля.

Учебный предмет « Биофизика» предлагается для учащихся в классах естественно-научной направленности. Биофизика способствует развитию общебиологических знаний за счет их фундаментализации, обобщения и систематизации. Однако в курсе предусмотрено достаточное количество фактологического материала, повышающего интерес учащихся к предмету.

Логика изучения тем и разделов в курсе "Биофизика" определяется традиционной структурой физических знаний. Это обусловлено особенностями строения системы естественно-научного образования в общеобразовательных учебных заведениях. Следует отметить, что при этом сохраняется система научных биофизических знаний, включающих молекулярную, клеточную и системную биофизику. Основной задачей предмета является углубление и расширение системы биологических знаний и представление этих знаний во взаимосвязи со знаниями естественно-научных дисциплин. Предмет призван повысить уровень целостности естественно-научного образования и логически завершить процесс формирования естественно-научной картины мира на уровне школы. Он закладывает основы научно-практических знаний и умений, необходимых для продолжения образования в высших учебных заведениях естественно-научного профиля.

Изучение биофизики способствует формированию и развитию естественнонаучного мышления, структуры деятельности, характерной для естествоиспытателя. Взаимосвязь физических, химических и биологических понятий курса обеспечивается за счет рассмотрения этих знаний в новых синтезированных ситуациях. При этом реализуются принципы научности, доступности, наглядности, связи научных знаний с практикой. Биологические объекты рассматриваются как высшая форма движения материального мира, находящие и проявляющие себя через более простые, химические и физические. В связи с этим подчеркивается и раскрывается обобщенная методология познания физико-химических явлений в живых системах, находящихся в неразрывной связи с окружающей средой, отрабатываются единые подходы к структуре познавательной деятельности при изучении естественно-научных дисциплин.

Ведущая идея предмета - показать внутри предметные и межпредметные связи физических, химических и биологических знаний применительно к живому организму, а также необходимость интеграции знаний для решения задач в области человекознания на теоретическом уровне познания. Основным элементом структуры знаний предмета являются теория кинетики биологических процессов, термо­динамических процессов, теория влияния электромагнитного излучения на живой организм, теория фотобиологических процессов, теория реакции.

Биофизика - экспериментальная наука, поэтому очень важно в учебном процессе предусмотреть формы учебных занятий, характерные для естественных дисциплин. Это прежде всего лабораторные и практические занятия, комплексные практикумы, на которых отрабатываются умения наблюдать, ставить опыты, проводить исследования биологических объектов, решать биофизические задачи.

На лабораторных занятиях отрабатываются биофизические методы, позволяющие исследовать биологический объект. Данные формы занятия уже в школе обеспечивают адаптацию учащихся к вузовской методике обучения. По предмету предусматриваются различные виды познавательной деятельности. Кроме традиционных, особое внимание уделяется самостоятельной работе. В программе предусмотрен перечень докладов, которые позволяют расширить кругозор и практическую значимость рассматриваемого биофизического содержания.

Начинать изучение биофизики следует в 10 классе во втором полугодии, т.к. к этому времени у учащихся сформированы предметные знания по физике, химии и биологии, которые являются опорными.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА «БИОФИЗИКА»

10 класс (32 часа )

ВВЕДЕНИЕ. Биофизика как наука, ее предмет и методы исследования. Основные направления взаимосвязи физики и биологии. История развития биофизики. Место биофизики среди других естественных наук.

БИОМЕХАНИКА. Основные разделы биомеханики. Биомеханические характеристики: кинематические, динамические, энергетические. Темп движения, двигательный цикл, фаза движения. Хронограмма движения. Момент инерции. Момент силы. Полная энергия движущегося тела. Метаболическая энергия. Энергетическая стоимость движения. Безразмерные биомеханические характеристики. Двигательный аппарат человека. 15 - звенная модель человеческого тела. Масс-инерциальные характеристики. Центр масс. Центр тяжести. Расчет массы сегмента тела. Рычажные моменты человека. Колебательные движения опорно-двигательного аппарата человека. Механические свойства костей.

Биодинамика мышц и мышечных сокращений. Понятие о мышцах. Сократимость мышц. Законы Гука для мышечных сокращений. Связь между силой и скоростью мышечных сокращений. Жесткость и твердость мышцы. Податливость и релаксация мышцы.

Биомеханика ходьбы и бега. Хронограммы ходьбы и бега. Полет живых существ. Физические основы полета. Особенности полета живых существ. Биомеханика плавания живых существ. Энергетика плавания.

ГЕМОДИНАМИКА. Физические основы гемодинамики. Уравнение неразрывного потока. Виды давлений. Уравнение Бернулли. Работа по преодолению сил внутреннего трения потока жидкости. Уравнение Ньютона для вязкой жидкости. Число Рейнольдса. Закон Гагена Пуазейля. Физические свойства крови. Плотность и относительная вязкость крови. Движение эритроцитов в сосудистой системе. Скорость оседания эритроцитов. Сердце как механическая система. Фазы сокращения сердца. Зависимость частоты сердечных сокращений от массы животного. Систолический объем. Работа сердца Расчет работы сердца при нагрузке. Биофизические закономерности движения крови в сердечно-сосудистой системе. Пульсовая волна. Давление крови в сосудистой системе человека. Методы измерения давления крови.

БИОАКУСТИКА. Звук как физическое явление. Источники звука. Физические характеристики акустического поля. Отражение и преломление звука, затухание звука. Звук как психофизиологическое явление. Закон Вебера-Фехнера. Уровень интенсивности звука. Бел и децибел. Громкость звука. Пороги звукового ощущения человека и животных. Биофизические основы звукоизлучения в живом мире. Слуховой аппарат млекопитающих. Особенности слухового аппарата птиц и рыб. Шум как стресс - фактор, сто влияние на живой организм. Борьба с шумом. Акустические методы в медицине и ветеринарии. Ультразвук ( УЗ ). Методы его получения и регистрации. Физические свойства УЗ. Взаимодействие УЗ с веществом. Применение УЗ. Действие УЗ на биологические объекты. Использование УЗ в хирургии, терапии и диагностике. Инфразвук(ИЗ). Источники ИЗ и его свойства. Биологическое действие ИЗ.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА «БИОФИЗИКА»

11 класс ( 62 часа)

ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Закрытая и открытая термодинамическая система. Первое начало термодинамики в биологии. Превращение энергии. Энергетический баланс живого организма. Аккумулирование энергии в молекулах АТФ. Теплопродукция. Второе начало термодинамики в биологии. КПД живого организма. Изменение энтропии в биологических системах. Перенос вещества и энергии. Уравнение переноса. Явления переноса: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение, электропроводность. Явление переноса в биологических системах. Диффузия в легких, обмен веществ. Перенос тепла в живом организме. Физические основы терморегуляции в живом организме. Физические основы термолечения. Методы термолечения .

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ. Кинематика клеточных процессов. Проницаемость клеток. Строение мембраны. Мембранный транспорт. Активный и пассивный транспорт в клетках. Мембранная разность потенциалов. Равновесие Доннана. Биопотенциалы покоя и действия. Механизм передачи возбуждения по аксону.    Биопотенциалы органов. Электрические органы рыб. Методы регистрации биопотенциалов. Диагностические методы: электрокардиография, электроэнце­фалография, электромиография. Биофизика нервного импульса. Передача сигнала по нервному окончанию.

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА БИООБЪЕКТЫ. Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Электрическая поляризация. Виды поляризации. Электрокинетические явления. Электрофорез. Мембранная поляризация. Электроемкость живой ткани. Прохождение постоянного тока через живые ткани. Действие постоянного тока на организм животных. Электропроводность ткани. Понятие реобаза и хронаксия. Формула Вейсса. Гальванизация как метод лечения слабым постоянным током. Прохождение переменного тока через живые ткани. Эквивалентные схемы биологических объектов. Полное сопротивление живых тканей переменному току. Дисперсия электропроводности.

Действие переменного тока на организм животного. Методы исследования биообъектов током: реография, реоэнцифалография, реопульманография. Биофизика поражения электричеством. Физиологические механизмы действия переменного тока. Понятия дефибриляция сердечной деятельности. Электронаркоз.

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА БИООБЪЕКТЫ. Живой организм в статическом электрическом поле. Электростатическое поле Земли. Физиологический механизм действия поля на биообъект. Понятие франклинизации и статического душа. Влияние постоянного магнитного поля Земли на биообъекты. Свойства намагниченной воды. Применение постоянных магнитов в медицине. Взаимодействия электромагнитного поля с веществом. Нагревание биообъектов высокочастотным полем. Потери электромагнитной энергии в проводниках и диэлектриках. Угол диэлектрических потерь. Живой организм в электромагнитном поле. Высокочастотная электротерапия и электрохирургия. Дарсонвализация, диатермия, индуктотермия. УВЧ-терапия, микроволновая терапия.

БИОФИЗИКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Природа света. Источники света. Ощущение света. Основы фотометрии. Кривая видимость. Световой поток, сила света, освещенность, яркость. Энергетические фотовеличины. Световые фотовеличины. Фотометрия ультрафиолетовой части спектра. Взаимодействие света с веществом. Фотохимические реакции. Люминесценция. Биолюминесценция. Люминесцентный анализ. Физические и биологические свойства оптического излучения. Видимый свет. Инфракрасное излучение. Биологическое действие ИК- излучения. Биологическое действие УФ-излучения. Физические и биологические свойства лазерного излучения. Применение лазеров в медицине. Биофизика зрительного восприятия. Рентгеновское излучение. Рентгенодиагностика. Биологическое действие рентгеновских лучей.

ОСНОВЫ РАДИОБИОЛОГИИ. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Взаимодействие потока заряженных частиц с веществом. Элементы дозиметрии ионизирующих излучений. Биологическое действие радиации. Действие излучения на клетку. Методы ионизирующих излучений. Метод меченых атомов. Лучевая терапия. Перспектива развития биофизики. Единство реального мира.

ЛИТЕРАТУРА.

1.  Биофизика /Под ред. Л.Г. Костюшко. - Киев: Высш. шк., 1988.-504 с.
2. Волькенштейн М.В. Биофизика. Учеб. пособ. - М. Наука. 1988. -392 с.
3. Старченко С.А. Биофизика-Ю.Учеб.пособ .-Троицк - ТВИ, 1994.-122с.
4.  Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии. -М. Агропромизд. 1989.-271 с.
5. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. -М. Просвещение, 1988.-271 с.
6. Донской Д.Д. Зациорский В.М. Биомеханика - М. Физкультура и спорт. 1979.-264 с.
7 Эссаулова И.Л. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Учеб. иособ./Под ред. А.Н.Ремезовой М.: Высш. школа, 1987.-271 с.
8. Тулькибаева Н.Н., Зубов А.Ф. Задачи межпредметного содержания и методы их решения: Учеб. пособ.- Челябинск, 1993.-94 с.
9.  Беркинблит М Б. Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах. - ML: Наука, 1988.-288 с.
10. Акоев И.Г. Биофизика познает рак.-М.:Наука,1987-160 с.
11.  Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов над учебным материалом по курсу «Физика с осно­вами биофизики» /Сост. Старченко С.А. и др. - Троицк, 1988-94 с.
12. Радиация молекулы и клетки.   /Под ред. Жеребина. В.И -М.Знание, 1984.-160 с.
13. Манойлов В.Е. Электричество и человек. - Л: Энергоиздат, 1988-224 с.
14.  Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. - М: Просвещение, 1989-210 с.
15.  Янцен В.Н. Межпредметные связи в задачах по физике. -Куйбышев 1987.-120 с.
16. Методические указания по изучению к>рса» Физика с основами биофизики» /Сост. Белановский А.С. М:МВА,1985-14 с.
17. Лекции по биофизике. /Ред. Макаров О.П..-Л.: ЛГУ, 1968.-477 с.

ТРЕБОВАНИЯ К УСВОЕНИЮ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА УЧАЩИМИСЯ
ПО БИОФИЗИКЕ В 10 - 11 КЛАССАХ

Требования, предъявляемые к знаниям и умениям учащихся, определяются их физической, химической и биологической подготовкой, а также способностями учащихся переносить эти знания в качественно новые ситуации на базе полученной информации. Учащиеся, изучающие учебный предмет «Биофизика», должны обладать следующими знаниями, умениями и навыками.

Знать биомеханические основы двигательных действий и двигательной деятельности, осознавать сложность и вместе с тем познаваемость двигательной деятельности. Знать теоретические концепции современной биомеханики, владеть основами системного подхода к анализу сложных явлений. Уметь пользоваться методами моделирования и оптимизации двигательной деятельности, уметь синтезировать знания в новых ситуациях, уметь рассчитывать параметры, описывающие механическое движение живого организма.

Знать физические закономерности движения крови в сердечно -сосудистой системе, методы, позволяющие оценить раболу сердца, уметь измерять давление в сосудистой системе, проводить исследование работы сердца.

Знать основы звукоизлучения и звуковосприятия живыми су­ществами, уметь объяснять эволюцию развития, звуковосприятия живой природы. Уметь оценивать звуковой сигнал, измерять его психофизиологические величины, уметь решать задачи на расчет процедур лечения ультразвуком, методы использования ультразвука в медицине.

Знать основы преобразования энергии в живом организме, уметь проводить энергетический анализ некоторых биологических процессов.

Знать основы теории проницаемости, особенности протекания явлений диффузии, теплопроводности, электропроводности в мембранной структуре. Знать сущность образования биопотенциала, особенности протекания возбуждения по нервному окончанию.

Знать особенности поведения живого организма при протекании по нему постоянного и переменного тока. Знать методы воздействия электрическим током на живые организмы, уметь рассчитывать процедуры лечения и профилактики электрическим током.

Знать основы воздействия электромагнитного поля различного диапазона на живой организм, иметь представление о фотометрических величинах, об использовании их в оценке санитарно-гигиенических норм помещения. Уметь проводить оценку освещенности помещений.

Знать биологическое действие ультрафиолетового, инфракрасного и видимого излучения, знать основные направления применения лазерной технологии в медицине. Знать биофизические основы зрительного восприятия различных живых существ, уметь строить изображение в приведенном глазе, оценивать параметры зрительного анализатора.

Знать основы воздействия ионизирующего излучения на живой организм, иметь представление об основных этапах протекания лучевой болезни, уметь делать расчет радиоактивных доз. Знать основы безопасности от оружия массового поражения.

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО
РЕШЕНИЮ БИОФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

1.  Расчет биомеханических характеристик человека.
2.  Работа сердечно-сосудистой системы.
3.  Расчет характеристик акустического поля.
4. Расчет теплового баланса живого организма.
5. Методы воздействия постоянным током на живой организм.
6.  Расчет процедур лечения переменным током человека и животных.
7.  Расчет потерь энергии в электромагнитном поле.
8.  Геометрические построения в зрительном анализаторе.
9.  Расчет фотовеличин оптического диапазона.
10.  Квантово-оптические явления в живых системах.
11.  Расчет доз облучения животных.

 

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО БИОФИЗИКЕ В 10-11 КЛАССАХ

1. Определение массы сегментов тела человека.
2. Изучение упругих свойств костной ткани.
3.  Измерение плотности крови весами Вестфаля.
4. Исследование работы сердца при физических нагрузках.
5. Снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости.
6.  Определение молекулярной массы биомолекул с помощью вискозиметра.
7. Определение порога раздражения живой ткани человека.
8.  Измерение электропроводности живых тканей.
9. Определение импеданса сопротивления живых тканей.
10. Исследование фотометрических величин помещения.
11. Измерение размеров малых объектов с помощью микроскопа.
12. Исследование электросопротивления биологически активных точек человека.

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ УЧАЩИХСЯ.

1. Соотношение между физической и биологической формой движения.
2. Механическое движение в живой природе.
3. Опорно-двигательный аппарат человека и животных.
4. Физическая модель сердечно-сосудистой системы.
5. Акустические методы диагностики человека и животных.
б. Ультразвуковые методы в медицине.
7. Физические основы терморегуляции животных.
8. Ткани живых организмов- проводники постоянного тока.
9. Методы введения лекарственных препаратов в живой организм.
10. Устройство и принципы работы аппарата УВЧ - терапии.
11 .Биоэлектрические явления в живом организме.
12. Свойства рентгеновского излучения при их взаимодействии с живой тканью.
13. Влияние оптического диапазона электромагнитных воли на живой организм.
14. Глаз как оптическая система.
15. Люминисцентный анализ продуктов питания.
16. Метод меченых атомов и его использование в медицине.
17. Стадии протекания лучевой болезни.

Вернуться к списку инновационных образовательных программ

Сайт обновлен: 11.03.2013