Элективный курс "Биофизика человека"

Программа элективного курса для учащихся 8 класса «Биофизика человека» (32 часа).

Автор-составитель: Билалова Патимат Хизриевна, учитель биологии Красносельской СОШ ТУО.

Биофизика (от греч. БИОС-жизнь, греч. фукис-природа):

• Раздел биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех ее уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;

• Это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщено можно сказать, что биофизика изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.

Пояснительная записка.

Основным содержанием курса является физиология человека, т.е. рассмотрение процессов, происходящих в организме с точки зрения физических закономерностей. Выбор человека как основного объекта регистрации связан с тематикой с курсом биологии 8 класса и особенностями подросткового периода, когда строение и принципы работы собственного организма вызывают у учащихся особый интерес и имеют личностную значимость.

Значительное внимание в данном курсе уделяется развитию умения применять полученные из курсов математики и физики знания для решения конкретных задач, связанных с работой своего организма. Несколько занятий курса посвящено физическим и биофизическим методам в современной медицине, новейшим исследованиям в области физических методов диагностики, создания искусственных органов и другим достижениям.

Основными формами работы являются: семинар, эвристическая беседа, практическая работа, просмотр и обсуждение видеоматериалов.

Цели курса:

• Развивать у учащихся представления о всеобщности законов природы, о применимости физических законов к функционированию живого организма;

• Способствовать интеграции знаний, приобретенных учащимися в ходе изучения различных дисциплин естественнонаучного цикла, расширять их кругозор;

• Способствовать более глубокому пониманию сути процессов в живом организме;

• Формировать умение использовать знания о физических явлениях и законах для объяснения биологических процессов, решения простейших биометрических задач;

• Планировать и проводить несложные биофизические, физиологические исследования своего организма.

Планируемые результаты.

Предполагается, что по завершению данного курса учащиеся:

• Расширят свои знания о физиологии человека, о возможностях физических методов в современной методике;

• Научатся использовать знания физических законов для объяснения процессов, происходящих в организме человека, создавать физические модели, демонстрирующие принципы работы различных органов и систем;

• Приобретут навыки проведения простейших биофизических экспериментов и биометрических расчетов.

Возможные формы отчета: реферат, фрагмент урока биологии, учебное пособие –функциональная модель органа или процессов организме.

Содержание программы.

Тема 1. Системы (2 часа)

Понятие система. Биологические системы. Свойства систем. Управление системами. Принцип обратной связи. Физические модели различных видов систем.

Тема2. Электрические процессы в живых организмах (4 часа)

История открытия «Животного электричества». Спор Гальвани и Вольта. Природа животного электричества. Возникновение действия. Возникновении потенциала покоя клетки. Потенциал действия. Возникновение нервного импульса. Нервное волокно и кабель. Передача нервного импульса. Синапсы. Возбуждение и торможение, деполяризация и гиперполяризация мембраны клетки. Нейронные цепи и сети. Статистическое электричество в живых организмах. Электрические органы и вольтов столб. Электрорецепторы. Электростатическое поле как регулятор физиологических процессов. Использование его в медицине. Возможность восстановления поврежденных проводящих путей в организме.

Практические работы.

1. Влияние электрического поля на рост корней различных растений.

2. Измерение биопотенциала человека.

3. Создание моделей Вольтова столба.

4. Измерение скорости распространения нервного импульса.

Тема 3. Биофизика кровообращения (4 часа ).

Гемодинамика. Давление крови в сосудах и закон Бернулли. Работа сердца как насоса. Эффект Доплера и исследование кровотока.

Практические работы.

1. Измерение скорости течения крови в капиллярах.

2. Расчет скорости течения крови в различных сосудах.

3. Расчет величины артериального давления при движении ускорением.

4. Расчет величины артериального давления уровне разных органов с учетом гидростатического давления.

5. Влияние различных факторов на артериальное давление человека.

Тема 4. Физиология и физика дыхания (4 часа)

Механизм работы легких человека и различных животных. Требования к поверхности газообмена. Законы диффузии. Роль поверхностного натяжения воды в процессе дыхания. Дыхание при погружении в воду. Процесс кипения и кессонова болезнь. Дыхание под водой различных животных. Газовые законы и работа плавательного пузыря рыб.

Практические работы.

1. Расчеты работы, совершаемой мышцами при дыхании на разной глубине под водой.

2. Расчет размера альвеол легких.

3. Создание функциональной модели.

4. Создание модели «Картезианского водолаза».

5. Исследование влияния растворенных веществ на коэффициент поверхностного натяжения воды.

6. Способы уменьшения поверхностного натяжения воды.

Тема 5. Осмос и работа выделительной системы (2 часа)

Механизм осмоса. Осмотические явления в живых организмах. Работа выделительной системы. Осмос в растения.

Практические работы.

1. Создание модели осмотической ячейки.

2. Расчет осмотического давления в плазме крови, моче, листьях растений.

Тема 6. Энергетика и тепловой баланс живых организмов (3 часа)

Источники энергии в живых организмах. Процессы преобразования энергии. КПД биологического окисления, биологическое окисление и горение. Способы поддержания постоянной температуры. Тепловой баланс организма. Испарение как механизм теплообмен. Факторы, влияющие на теплоотдачу в окружающую среду. Роль размеров организма, правило Алена, правило Бергмана. Принципы создания одежды для экстремальных температурных условий.

Практические работы.

1. Исследование процессов расщепления питательных веществ под действием ферментов.

2. Расчет своего энергетического баланса. Работа и калорийность пищи.

3. Расчет теплопередачи в зависимости от площади поверхности тела, окружающей температуры и изолирующего материала.

4. Исследование зависимости скорости испарения от фактора внешней среды.

Тема 7. Механика опоры и движения (3 часа).

Рычаги в живом организме. Сила мышц и размеры организма. Почему слоны не бывают размером с кита? Биофизика мышечного сокращения.

Практические работы.

1. Создание различных суставов.

2. Расчет рычагов в скелете человека.

3. Расчет возможных пропорций организма человека.

Тема 8. Фотобиология (3 часа).

Природа света. Действие света на живой организм: повреждающее, энергетическое, информационное. Ультрафиолетовое излучение как повреждающий фактор. Видимый свет как источник энергии для фотографов, преобразование энергии при фотосинтезе. Спектр солнечного излучения как фактор настройки «Биологических часов».

Экспериментальные исследования: влияние света разных длин волн на рост растений; исследование биоритмов человека.

Тема 9. Работа анализаторов человека (3 часа).

Глаз – уникальный оптический прибор. Оптическая система глаза. Фоторецепторы. Звук и его восприятие. Устройство слухового анализатора. Органы слуха и равновесия у различных организмов. Магнитное поле и живые организмы. Магнитные компасы. Экстраординарные возможности органов чувств человека.

Практические работы.

1. Исследование параметров зрения.

2. Исследование параметров слухового анализатора.

3. Эксперимент: «воспринимают ли растения магнитное поле?».

Примерные темы для рефератов.

1. Системы с обратной связью в организме человека.

2. Регуляция по примеру отрицательной обратной связи в экосистемах.

3. Действие электрического тока на человека.

4. Использование электромагнитного излучения для диагностики.

5. Тепловое излучение человека.

6. Энергетический баланс человека и системы питания.

7. Биоритмы человека

8. Вода в организме человека.

9. Опасны ли сотовые телефоны и компьютер.

10. Глаз человека как оптический прибор.

11. Физиологические проблемы космических полетов.

12. Влияние физических нагрузок на физиологию организма человека.

13. Как работают нейронные сети?

14. Осмос в живых организмах.

15. Движение и равновесие.

16. Действие магнитных полей на живые организмы.

17. Обеспечение прочности системы опора.

18. Рычаги в организме человека.

19. Проблемы пересадки сердца.

20. Искусственная почка.

Рекомендуемая литература для учащихся.

1. Богданов К. Физик в гостях у биолога.

2. Вили К., Детье В. Биология (биологические процессы и законы)

3. Ленинджер А. биохимия. Малекулярные основы структуры и функции клетки.

4. Пасечник В.В. биология. УМК для 5-11 классов.

5. Симаков Ю.Г. живые приборы.

6. Сергеев В.Ф. занимательная физиология.

7. Сонин Н.И. и др. «Биология». УМК для 5-11 классов.

8. Тамбиев А. Живые пути планеты.

Рекомендуемая литература для учителя.

1. Беркинблат М.Б, Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах.

2. Блюминфельд Л.А. Проблемы биологической физики.

3. Волькенштейн М.В. Особая биофизика. Монография.

4. Беликов П.С. Дмитриева Г.А. Физиология растений.

5. Губанов Н.И., Утембергенов А.А. Медицинская биофизика.

6. Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах.

7. Физиология человека. М.: Мир, 1996г.