Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Биофизика на уроках физики в 7-9 классах
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Биофизика на уроках физики в 7-9 классах

библиотека
материалов


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИТНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Кафедра физики

Факультет математики, физики и

информатики

специальность «540200 – физико-

математическое образование»

профиль «физика»

квалификация бакалавр физико- математического образования

Форма обучения заочная


КУРСОВАЯ РАБОТА

Биофизика на уроках физики в 7-9 классах




Выполнила: Рудых Татьяна Валерьевна

Научный руководитель: кандидат

физико-математических наук Любушкина Людмила Михайловна




Дата защиты______________________


Отметка _________________________







Иркутск 2009 г.

Содержание

Введение 3

ГЛАВА I. СТАНОВЛЕНИЕ БИОФИЗИКИ

1.1. Вклад ученых в становлении биофизики 5

1.2. Основатель биофизики 10

1.3. Создание квантовой теории 11

1.4. Прикладная биофизика 14

1.5. Перемены в биофизике 16

1.6. Биофизика – как теоретическая биология 18

1.7. Биофизические исследования в физике 21

1.8. Биофизические исследования в биологии 23

ГЛАВА II. БИОФИЗИКА НА УРОКАХ ФИЗИКИ

2.1. Элементы биофизики на уроках физики в 7-9 классах 24

2.2. Применение биофизики на уроках в основной школе 25

2.3. Блицтурнир «Физика в живой природе» 33

Заключение 35

Список литературы 36









Введение

Актуальность исследования:

Мировоззрение является важнейшим компонентом структуры личности. Оно включает систему обобщенных взглядов о мире, о месте человека в нем, а также систему взглядов, убеждений, идеалов, принципов, соответствующих определенному миропониманию. Процесс становления мировоззрения интенсивно происходит в школьном возрасте. Уже в основной школе (7-9 классы) учащиеся должны осознать, что изучение физических явлений и законов поможет им в понимании окружающего мира.

Однако большинство новых учебников по физике, особенно для старшей базовой и профильной школы, не способствуют целостному восприятию изучаемого материала. Интерес детей к предмету постепенно угасает. Поэтому, важной задачей средней школы является создание в представлении учащихся общей картины мира с его единством и многообразием свойств неживой и живой природы. Целостность картины мира достигается наряду с другими приемами и межпредметными связями.

Любая тема школьного курса физики включает в себя элементы научных знаний, которые имеют существенное значение для формирования мировоззрения и для усвоения школьниками основополагающих понятий изучаемой дисциплины. Поскольку в образовательных стандартах и программах содержание естественнонаучных дисциплин жестко не структурировано, то, зачастую, знания у школьников оказываются не систематизированными, формальными.

Проблема исследования состоит в необходимости формирования целостного восприятия физической картины мира и отсутствии соответствующей систематизации и обобщения учебного материала преподаваемой дисциплины, физики.

Цель исследования: Проследить интеграцию двух предметов естественнонаучного цикла – физики и биологии.

Объект исследования: Биофизика и ее связь с другими предметами.

Предмет исследования: Биофизика на уроках физики 7-9 классов основной школы.

Реализация поставленной цели потребовала решения ряда конкретных задач:

  • Изучить и проанализировать учебно-методическую литературу по теме исследования.

  • Проанализировать различные биофизические явления.

  • Подобрать экспериментальные задания, различные виды задач, для решения которых необходимы знания, как физики, так и биологии.


Практическая значимость исследования: результаты работы могут быть рекомендованы для практического использования учителями при обучении физике во всех общеобразовательных учреждениях.

Логика исследования обусловила структуру работы, состоящей из введения, двух глав, заключения, списка используемой литературы. Первая глава посвящена анализу учебной литературы по теме «Биофизика и ее связь с другими предметами», вторая рассматривает связь физики и биологии на примере конкретных заданий.

В заключении подводятся итоги проведенного исследования и даются рекомендации по совершенствованию применения биофизических явлений при изучении школьного курса физики.













Глава I. СТАНОВЛЕНИЕ БИОФИЗИКИ

1.1. Вклад ученых в становлении биофизики.

Биофизика – раздел естествознания, имеющий дело с физическими и физико-химическими принципами организации и функционирования биологических систем всех уровней (от субмолекулярного до биосферного), включая их математическое описание. Биофизика принципиально имеет дело с механизмами и свойствами живых систем. Живое – открытая система, способная к самоподдержанию и самовоспроизведению.

Как многодисциплинарная наука, биофизика сформировалась в 20-м веке, однако ее предыстория насчитывает не одно столетие. Как и науки, обусловившие ее появление (физика, биология, медицина, химия, математика), биофизика претерпела ряд революционных преобразований к середине прошлого столетия. Известно, что физика, биология, химия и медицина – науки тесно связанные, однако мы привыкли к тому, что их изучают порознь и независимо. По существу, независимое раздельное изучение этих наук неверно. Ученый-естественник может задать неживой природе только два вопроса: «Что?» и «Как?». «Что» - это предмет исследований, «как» - каким образом этот предмет устроен. Биологическая эволюция привела живую природу к уникальной целесообразности. Поэтому биолог, медик, гуманитарий могут задать еще и третий вопрос: «Зачем?» или «Для чего?». Спросить «Зачем Луна?» может поэт, но не ученый.

Ученые умели задавать Природе правильные вопросы. Они внесли неоценимый вклад в становление физики, биологии, химии и медицины – наук, вместе с математикой сформировавших биофизику.

Со времен Аристотеля (384 - 322 до н.э.) физика включала в себя всю совокупность сведений о неживой и живой природе (с греч. «Physis» - «Природа»). Ступени природы в его представлении: неорганический мир, растения, животные, человек. Первичные качества материи – две пары противоположностей «теплое – холодное», «сухое – влажное». Основополагающие элементы стихии – земля, воздух, вода, огонь. Высший, наиболее совершенный элемент – эфир. Сами же стихии являются различными комбинациями первичных качеств: соединению холодного с сухим соответствует земля, холодного с влажным – вода, теплого с влажным – воздух, теплого с сухим – огонь. Понятие эфира служило впоследствии основой многих физических и биологических теорий. Говоря современным языком, в основе представлений Аристотеля лежат неаддитивность сложения природных факторов (синергизм) и иерархичность природных систем.

Как точное естествознание, как наука в современном понятии, физика берет начало с Галилео Галилея (1564 - 1642), первоначально изучавшего медицину в Пизанском университете и только потом увлекшегося геометрией, механикой и астрономией, сочинениями Архимеда (ок. 287 - 212 до н.э.) и Эвклида (3 в. до н.э.).

Университеты предоставляют уникальную возможность ощутить временную связь наук, в частности, физики, медицины и биологии. Так в 16-18 веках направление медицины, которое называлось «ятрофизикой» или «ятромеханикой» (с греч. «iatros» - «врач»). Медики пытались объяснить все явления в здоровом и больном организме человека и животных на основании законов физики или химии. И тогда, и в последующие времена, связь физики и медицины, физиков и биологов была теснейшей, вслед за ятрофизикой появилась и ятрохимия. Разделение науки о «живом и неживом» произошло относительно недавно. Участие физики с ее мощными и глубоко разработанными теоретическими, экспериментальными и методологическими подходами в решении фундаментальных проблем биологии и медицины неоспоримо, однако следует признать, что в историческом аспекте физики в большом долгу перед медиками, являвшимися образованнейшими людьми своего времени, и чей вклад в создание фундаментальных основ классической физики неоценим. Конечно же речь идет о классической физике.

Среди старейших предметов биофизических исследований, как ни покажется на первый взгляд странным, должна быть упомянута биолюминесценция, так как излучение света живыми организмами издавна вызывало интерес у натурфилософов. Впервые обратил внимание на этот эффект Аристотель со своим воспитанником Александром Македонским, которому он показывал свечение литорали и видел причину этого в люминесценции морских организмов. Первое научное исследование «животного» свечения сделал Атанасис Кирхер (1601 - 1680), немецкий священник, энциклопедист, известный как географ, астроном, математик, языковед, музыкант и медик, создатель первых естественнонаучных коллекций и музеев, две главы своей книги «Искусство Великих Света и Тени» («Ars Magna Lucis et Umbrae») он посвятил биолюминесценции.

По роду своих научных интересов к биофизикам можно отнести величайшего физика Исаака Ньютона (1643 - 1727), интересовавшегося проблемами связи физических и физиологических процессов в организмах и, в частности, занимавшегося вопросами цветного зрения. Завершая свои «Principia», в 1687 году Ньютон писал: «Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силою и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам».

Один из основателей современной химии француз Антуан Лоран Лавуазье (1743 - 1794) вместе со своим соотечественником астрономом, математиком и физиком Пьером Симоном Лапласом (1749 - 1827) занимались калориметрией, разделом биофизики, который сейчас назвали бы биофизической термодинамикой. Лавуазье применил количественные методы, занимаясь термохимией, процессами окисления. Лавуазье с Лапласом обосновали свои представления о том, что не существует двух химий – «живой» и «неживой», для неорганических и органических тел.

К числу великих наших предшественников, заложивших основы биофизики, следует отнести итальянских анатома Луиджи Гальвани (1737 - 1798) и физика Алессандро Вольта (1745 - 1827), создателей учения об электричестве. Гальвани производил эксперименты с электрической машиной и один из его друзей случайно коснулся ножом ляжки лягушки, которую собирались использовать в суп. Когда мускулы ноги лягушки внезапно сократились, жена Гальвани заметила, что электрическая машина произвела вспышку и поинтересовалась «была ли какая-нибудь связь между этими событиями». Хотя мнение самого Гальвани об этом феномене отличалось в деталях от нижеследующей, точно известно, что эксперимент был повторен и проверен.. Он подготовил почву для длинного противостояния между сторонниками идеи Гальвани, что ток, генерируемый животным может быть причиной сокращения и мнение Вольта, который заявил, что нога служила лишь детектором различий в электрическом потенциале, внешнем для него. Сторонники Гальвани провели эксперимент, в котором никакие внешние электрические силы не участвовали, таким образом доказав, что ток, генерируемый животным может являться причиной сокращения мышц. Но было также возможно, что сокращение было вызвано контактом с металлами; Вольта произвел соответствующие исследования, и они привели к его открытию электрической батареи, которое было так важно, что исследования Гальвани отошли в сторону. В результате изучение электрического потенциала в животных исчезло из научного внимания до 1827. Так как много лет подряд нога лягушки была самым чувствительным детектором различий в потенциале, финальное понимание, что токи могут быть генерированы живыми тканями не пришло пока не были сконструированы гальванометры достаточно чувствительные, чтобы измерить токи генерированные в мускулах и малые различия в потенциале по нервной мембране.

В связи с работами Гальвани по «животному электричеству» нельзя не вспомнить имя австрийского врача - физиолога Фридриха Антона Месмера (1733-1815), развивавшего представления о целительном «животном магнетизме», посредством которого, по его предположению, можно было изменять состояние организма, лечить болезни. Следует отметить, что и сейчас эффекты воздействия электрических магнитных и электромагнитных полей на живые системы во многом остаются тайной для фундаментальной науки. Проблемы остались и, действительно, не угасает интерес современных интересов физиков к изучению воздействия внешних физических факторов на биологические системы.

Однако не успели биология и физика размежеваться, как вышла в свет известная книга «Грамматика науки», написанная английским математиком Карлом Пирсоном (1857 - 1935) в которой он дал одно из первых определений биофизики (в 1892 году): «Мы не можем с полной уверенностью утверждать, что жизнь есть механизм, до тех пор, пока мы не в состоянии указать более точно, что именно понимаем мы под термином «механизм» в применении к органическим тельцам. Уже теперь представляется несомненным, что некоторые обобщения физики…описывают…часть нашего чувственного опыта относительно жизненных форм. Нужна ... отрасль науки, имеющая своей задачей приложение законов неорганических явлений, физики к развитию органических форм. ...Факты биологии - морфологии, эмбриологии и физиологии - образуют частные случаи приложения общих физических законов. ...Лучше было бы назвать ее биофизикой».







1.2. Основатель биофизики

Основателем современной биофизики следует считать Германа Л.Фердинанда фон Гельмгольца (1821-1894), ставшего выдающимся физиком, одним из авторов I закона термодинамики. Будучи еще молодым военным хирургом, он показал, что метаболические превращения в мышцах строгим образом связаны с механической работой, ими совершаемой, и тепловыделением. В зрелые годы много занимался проблемами электродинамики. В 1858 году заложил основы теории вихревого движения жидкости. Он же выполнил блистательные эксперименты в области биофизики нервного импульса, биофизики зрения, биоакустики, развил идею Юнга о трех типах зрительных рецепторов, колебательный характер имеют электрические разряды, возникающие в электрическом контуре. Интерес к колебательным процессам в акустике, жидкостях, электромагнитных системах привел ученого к изучению волнового процесса распространения нервного импульса. Именно Гельмгольц первым начал изучение проблем активных сред, измерив с высокой точностью скорость распространения нервного импульса в аксонах, которые с современной точки зрения являются активной одномерной средой. В 1868 году Гельмгольц был избран почетным членом Петербургской академии наук.

Удивительным образом связаны судьбы русского ученого, физиолога и биофизика, Ивана Михайловича Сеченова (1829 – 1905) и Гельмгольца. После окончания Московского университета в 1856 году вплоть до 1860 года он учился и работал у Гельмгольца. С 1871 по 1876 год Сеченов работал в Новороссийском университете в Одессе, потом в Петербургском и Московском университетах, изучая электрические явления в нервных тканях, механизмы переноса газов в крови.





1.3. Создание квантовой теории

Однако период классической физики 17-19 веков завершился в начале 20 века величайшей революцией в физике – созданием квантовой теории. Это и ряд других новейших направлений физики выделили ее из круга естественных наук. На этом этапе взаимодействие физики и медицины существенно изменило свой характер: практически все современные методы медицинской диагностики, терапии, фармакологии и пр. стали основываться на физических подходах и методах. Этим нисколько не умаляется выдающаяся роль биохимии в развитии медицины. Поэтому следует рассказать о тех выдающихся ученых, с чьими именами связано объединение наук и становление биофизики. Речь идет о физиках, которые вошли в историю биологии и медицины, о медиках, которые внесли существенный вклад в физику, хотя, казалось бы, физикам трудно войти в специфические проблемы медицины, глубоко пронизанной идеями, знаниями и подходами химии, биохимии, молекулярной биологии и т.д. Вместе с тем, и медики встречают принципиальные затруднения в попытках сформулировать свои потребности и задачи, которые могли бы быть разрешены соответствующими физическими и физико-химическими методами. Существует всего один эффективный выход из ситуации, и он был найден. Это – универсальное университетское образование, когда студенты, будущие ученые, могут и должны получить два, три и даже четыре фундаментальных образования - по физике, химии, медицине, математики и биологии.

Нильс Бор утверждал, что «ни один результат биологического исследования не может быть однозначно описан иначе, чем на основе понятий физики и химии». Это означало, что биология, медицина, математика, химия и физика вновь после почти полуторавекового размежевания стали сближаться, в результате чего появились такие новые интегральные науки как биохимия, физико-химия, биофизика.

Британский физиолог и биофизик Арчибальд Вивьен Хилл (р. 1886), Нобелевский лауреат по физиологии (1922) является создателем фундаментальных основ, на которых и сегодня развивается теория мышечных сокращений, но уже молекулярном уровне. Хилл так описал биофизику: «Есть люди, которые могут сформулировать задачу в физических терминах,… которые могут выразить результат с точки зрения физики. Эти интеллектуальные качества, более чем любые особенные условия, физическая аппаратура и методы необходимы, чтобы стать биофизиком… Однако…физик, который не может развить биологический подход, который не интересуется живыми процессами и функциями… кто считает биологию лишь разделом физики, не имеет будущего в биофизике».

Не только в средние века, но и в недавние времена медики биологи и физики на равных правах участвовали в развитии комплекса этих наук. Александр Леонидович Чижевский (1897-1964), получивший среди прочих медицинское образование в Московском университете, много лет занимался исследованиями по гелиохронобиологии, влиянию аэроионов на живые организмы и биофизикой эритроцитов. Его книга «Физические факторы исторического процесса» так и не вышла в печать несмотря на старания П.П.Лазарева, Н.К.Кольцова, наркома просвещения Луначарского и других.

Также необходимо отметить выдающегося ученого Глеба Михайловича Франка (1904-1976), создавшего Институт биофизики АН СССР (1957), получившего Нобелевскую премию вместе с И.Е.Таммом и П.А.Черенковым за создание теории «черенковского излучения». Колебательное поведение биологических систем всех уровней, известное с незапамятных времен, занимало не только биологов, но также физико-химиков и физиков. Обнаружение в XIX веке колебаний в ходе химических реакций впоследствии привело к появлению первых аналоговых моделей, таких как «железный нерв», «ртутное сердце».

Термодинамическая линия развития биофизики естественным образом была связана с эволюцией самой термодинамики. Более того, интуитивно принимаемая естественниками неравновесность открытых биологических систем способствовала формированию термодинамики неравновесных систем. Термодинамика равновесных систем, первоначально связанная преимущественно с калориметрией, в дальнейшем внесла существенный вклад в описание структурных изменений в клетках, метаболизма и ферментативного катализа.

Список выдающихся медиков-физиков можно было бы существенно расширить, но цель – выявить глубокие связи между биологией, химией, медициной и физикой, невозможность дифференцированного существования этих наук. Большая часть биофизических исследований была проведена физиками, заинтересованными биологией; поэтому должен быть способ, позволяющий ученным, обучавшимся физике и физхимии найти свой путь в биологии и познакомиться с задачами, открытыми для физической интерпретации. Хотя классически ориентированные отделения биологии часто предлагают посты биофизикам они не являются заменой для центров, где биофизическим исследованиям уделяется основное значение.

Биофизики обладают способностью разделять биологические проблемы на сегменты, которые поддаются прямой физической интерпретации, а также формулировать гипотезы, которые можно проверить экспериментально. Главный инструмент биофизика – это отношение. К этому можно добавить способность использовать комплексную физическую теорию, чтобы изучать живые объекты, например: потребовались технологии рентгеновской дифракции, чтобы установить структуру больших молекул, таких, как белки. Биофизики обычно признают использование новых физических инструментов, например: атомный магнитный резонанс и электронно-спиновой резонанс – в изучении определенных проблем в биологии.







1.4. Прикладная биофизика

Разработка инструментов для биологических целей это важный аспект новой области – прикладной биофизики. Биомедицинские инструменты вероятно шире всего используется в медицинских учреждениях. Прикладная биофизика важна в области терапевтической радиологии, в которой измерение дозы очень важно для лечения, и диагностическая радиология, особенно с технологиями, которые связаны с локализацией изотопов и сканировании всего тела, чтобы помочь с диагностикой опухолей. Возрастает важность компьютеров при определении диагноза и лечения пациента. Возможности применения прикладной биофизики кажутся бесконечными, так как длинная задержка между развитием исследовательского инструментария и его применением означает, что многие научные инструменты, основанные на физических принципах, уже известных, скоро станут иметь важное значение для медицины.

Российская биофизика как направление науки в значительной степени формировалась в среде выдающихся русских ученых конца прошлого, начала нынешнего века – физиков, биологов, медиков, тесно связанных с Московским университетом. Среди них были Н.К.Кольцов, В.И.Вернадский, П.Н.Лебедев, П.П.Лазарев, позднее – С.И.Вавилов, А.Л.Чижевский и многие другие.

Джеймс Д. Уотсон (1928) вместе с английским биофизиком и генетиком Френсисом Х.К. Криком (1916) и биофизиком Морисом Уилкинсом (1916) (впервые получившим высококачественные рентгенограммы ДНК вместе с Розалинд Франклин) в 1953 году создали пространственную модель ДНК, что позволило объяснить ее биологические функции и физико-химические свойства. В 1962 году Уотсон, Крик и Уилкинс получили за эту работу Нобелевскую премию.

Первый в России лекционный курс под названием «Биофизика» был прочитан для врачей при клинике Московского университета в 1922 году Петром Петровичем Лазаревым (1878 - 1942), в 1917 году избранным по представлению Ивана Петровича Павлова (1849 - 1936) академиком. П.П.Лазарев окончил медицинский факультет Московского университета в 1901 году. Далее он сдал полный курс физики и математики и работал в физической лаборатории, руководимой Петром Николаевичем Лебедевым (1866-1912), одним из основателей экспериментальной физики в России, создателем первой русской научной физической школы, в 1985 году получившим и исследовавшим миллиметровые электромагнитные волны, открывшим и измерившим световое давление на твердые тела и газы (1999-1907), что подтвердило электромагнитную теорию света. В 1912 году Лазарев возглавил лабораторию своего учителя. Первый биофизик – академик Лазарев возглавил созданный еще при жизни Лебедева уникальный Институт Физики и биофизики созданный в 1916 году на средства того же леденцовского научного сообщества, которое построило Институт экспериментальной биологии для Н.К.Кольцова. С 1920 по 1931 год П.П.Лазарев возглавлял этот созданный по его инициативе Государственный институт биофизики, Лазарев является основоположником медицинской рентгенологии, в его институте имелась первая, и единственная рентгеновская установка на которой делали снимок Ленину после покушения в 1918 году, после чего Лазарев стал инициатором и первым директором Института медицинской рентгенологии. Также Лазарев организовал работы по магнитному картографированию Курской магнитной аномалии, благодаря которым сложился коллектив Института физики Земли. Однако институт биофизики и физики был разгромлен после ареста Лазарева в 1931 году, а в 1934 году в этом здании был основан ФИАН имени Лебедева.







1.5. Перемены в биофизике

С 40-х годов в биофизике начались разительные перемены. И то было велением времени – совершившая к середине нашего века феноменальный скачок физика активно входила в биологию. Однако, к концу 50-х годов эйфория от ожидания быстрого решения сложных проблем живого быстро проходила: физикам без фундаментального биологического и химического образования сложно было выделять доступные физике, но «биологически существенные» аспекты функционирования живых систем, а настоящие биологи и биохимики о существовании специфических физических проблем и подходов, как правило, и не подозревали. Насущной необходимостью для науки тех и последующих дней стала подготовка специалистов с тремя фундаментальными образованиями: физическим, биологическим и химическим.

В нашей стране была еще одна важная причина возникновения в 40-е годы тесного союза между биологией и физикой. После непрофессионального, разрушительного вмешательства политиков того времени в фундаментальные направления генетики, молекулярной биологии, теории и практики природопользования некоторая часть ученых-биологов смогла продолжить свои исследования лишь в научных учреждениях физического профиля.

Как и всякая пограничная область знаний, опирающаяся на фундаментальные науки физику, биологию, химию, математику, на достижения медицины, геофизики и геохимии, астрономии и космофизики и т.д. Биофизика изначально требует интегрированного, энциклопедичного к себе подхода от ее носителей, поскольку направлена на выяснение механизмов функционирования живых систем на всех уровнях организации живой материи. Более того, этим же определяется нередкое недопонимание по отношению к биофизике и биофизикам со стороны коллег, представителей смежных дисциплин. Трудно, иногда практически невозможно разграничить биофизику и физиологию, биофизику и биологию клетки, биофизику и биохимию, биофизику и экологию, биофизику и хронобиологию, биофизику и математическое моделирование биологических процессов и т.д. Таким образом, биофизика устремлена на выяснение механизмов функционирования биологических систем на всех уровнях и на базе всех естественнонаучных подходов.


























1.6. Биофизика – как теоретическая биология

Известно, что биофизикой занимаются и биологи, и химики, и медики, и инженеры, и военные, однако система подготовки биофизиков оказалась оптимальной на базе общефизического университетского образования. При этом биофизика трактовалась и трактуется как теоретическая биология, т.е. наука о фундаментальных физических и физико-химических основах строения и функционирования живых систем на всех уровнях организации – от субмолекулярного уровня до уровня биосферы. Предмет биофизики – живые системы, метод – физика, физико-химия, биохимия и математика.

В 50-х годах 20-го столетия студенты физического факультета вслед за своими учителями также проявляли интерес к проблемам медицины и биологии. Более того, представлялось возможным дать строгий физический анализ наиболее замечательному явлению во Вселенной - явлению Жизни. Переведенная в 1947 году книга Э.Шредингера «Что есть жизнь? С точки зрения физика. Цитологический аспект живого», лекции И.Е.Тамма, Н.В.Тимофеева-Ресовского, новейшие открытия в биохимии и биофизике побудили группу студентов обратиться к ректору МГУ И.Г.Петровскому с просьбой ввести преподавание биофизики на физическом факультете. Ректор с большим вниманием отнесся к инициативе студентов. Были организованы лекции и семинары, которые с энтузиазмом посещали не только инициаторы, но и присоединившиеся к ним однокурсники, составившие потом первую группу специализации «Биофизика» физического факультета МГУ и ныне являющиеся гордостью отечественной биофизики.

Кафедра биофизики биофака была основана в 1953 году. Первым ее заведующим был Б.Н. Тарусов. В настоящее время возглавляет кафедру биофизики биофака А.Б. Рубин. А осенью 1959 года на физическом факультете Московского университета была создана первая в мире кафедра биофизики, которая начала готовить специалистов-биофизиков из физиков (до того биофизиков готовили из биологов или медиков). Идейными основателями образовательного физического направления биологической физики, инициаторами создания кафедры биофизики на физическом факультете МГУ были академики И.Г.Петровский, И.Е.Тамм, Н.Н.Семенов (математик – ректор университета и два Нобелевских лауреата – физик-теоретик и физико-химик). Со стороны администрации создание специализации «биофизика» на физфаке воплотили декан профессор В.С.Фурсов, все годы поддерживавший ее развитие, и его заместитель В.Г.Зубов. Первыми сотрудниками кафедры стали физико-химик Л.А.Блюменфельд, почти 30 лет возглавлявший кафедру и ныне ее профессор, биохимик С.Э.Шноль, профессор кафедры, и физиолог И.А.Корниенко.

Осенью 1959 года на физическом факультете Московского университета была создана первая в мире кафедра биофизики, которая начала готовить специалистов-биофизиков из физиков. За время существования кафедры подготовлено около 700 биофизиков.

Первыми сотрудниками кафедры стали физико-химик Л.А.Блюменфельд (1921 – 2002), 30 лет возглавлявший кафедру, биохимик С.Э.Шноль, профессор кафедры, и физиолог И.А.Корниенко. Ими были сформулированы принципы построения системы биофизического образования для физиков, заложены основные направления научных исследований на кафедре.

На кафедре биофизики Л.А. Блюменфельд многие годы читал курсы лекций «Физическая химия», «Квантовая химия и строение молекул», «Избранные главы биофизики». Автор более чем 200 работ, 6 монографий.

Научные интересы В.А. Твердислова связаны с биофизикой мембран, с изучением роли неорганических ионов в биологических системах, механизмов переноса ионов через клеточные и модельные мембраны с помощью ионных насосов. Им была предложена и экспериментально разработана модель параметрического разделения жидких смесей в периодических полях в гетерогенных системах.

По масштабам физического факультета кафедра биофизики небольшая, но исторически сложилось так, что исследованиями ее сотрудников перекрывается значительная область фундаментальной и прикладной биофизики. Значительные достижения имеются в области изучения физических механизмов преобразования энергии в биологических системах, радиоспектроскопии биологических объектов, физики ферментативного катализа, биофизики мембран, исследования водных растворов биомакромолекул, изучения процессов самоорганизации в биологических и модельных системах, регуляции основных биологических процессов, в области медицинской биофизики, нано- и биоэлектроники и т.д. Многие годы кафедра биофизики сотрудничает с университетами и ведущими научными лабораториями Германии, Франции, Англии, США, Польши, Чехии и Словакии, Швеции, Дании, Китая, Египта.




















1.7. Биофизические исследования в физике

Интерес физиков к биологии в XIX в. непрерывно возрастал. Одновременно и в биологических дисциплинах усиливалась тяга к физическим методам исследования, они все шире проникали в самые различные области биологии. С помощью физики расширяются информационные возможности микроскопа. В начале 30-х годов XX в. появляется электронный микроскоп. Элективным орудием биологического исследования становятся радиоактивные изотопы, все более совершенствующаяся спектральная техника, рентгеноструктурный анализ. Расширяется сфера применения рентгеновых и ультрафиолетовых лучей; электромагнитные колебания используются не только как средства исследования, но и как факторы воздействия на организм. Широко проникает в биологию и, особенно физиологию, электронная техника.

Наряду с внедрением новых физических методов развивается и молекулярная биофизика. Добившись огромных успехов в познании сущности неживой материи, физика начинает претендовать, пользуясь традиционными методами, на расшифровку природы живой материи. В молекулярной биофизике создаются весьма широкие теоретические обобщения с привлечением сложного математического аппарата. Следуя традиции, биофизик стремится в эксперименте уйти от очень сложного («грязного») биологического объекта и предпочитает изучать поведение выделенных из организмов веществ в возможно более чистом виде. Большое развитие получает разработка различных моделей биологических структур и процессов – электрических, электронных, математических и т.п. Создаются и изучаются модели клеточного движения (например, ртутная капля в растворе кислоты совершает ритмичные движения, подобно амебе), проницаемости, нервного проведения. Большое внимание привлекает, в частности, модель нервного проведения, созданная Ф. Лилли. Это железное проволочное кольцо, помещенное в раствор соляной кислоты. При нанесении на него царапины, разрушающей поверхностный слой окисла, возникает волна электрического потенциала, которая очень похожа на волны, бегущие по нервам при возбуждении. Изучению этой модели посвящается много исследований (начиная с 30-х годов), использующих математические методы анализа. В дальнейшем создается более совершенная модель, базирующаяся на кабельной теории. Основой ее построения явилась некоторая физическая аналогия между распределением потенциалов в электрическом кабеле и нервном волокне.

Остальные области молекулярной биофизики пользуются меньшей популярностью. Среди них следует отметить математическую биофизику, лидером которой является Н. Рашевский. В США школой Рашевского издается журнал «Математическая биофизика». Математическая биофизика связана со многими областями биологии. Она не только описывает в математической форме количественные закономерности таких явлений, как рост, деление клеток, возбуждение, но и пытается анализировать сложные физиологические процессы высших организмов.
















1.8. Биофизические исследования в биологии

Сильным толчком для формирования биофизики послужило возникновение в конце XIX – начале XX в. физической химии, продиктованное необходимостью выявления механизмов, лежащих в основе химического взаимодействия. Эта новая дисциплина сразу же привлекла к себе внимание биологов тем, что она открывала возможность познания физико-химических процессов в тех «грязных», с точки зрения физика, живых системах, с которыми им трудно было работать. Ряд направлений, возникших в физической химии, породил такие же направления в биофизике.

Одним из крупнейших событий в истории физической химии была разработка С.Аррениусом (Нобелевская премия, 1903 г.) теории электролитической диссоциации солей в водных растворах (1887 г.), вскрывшая причины их активности. Эта теория вызвала интерес физиологов, которым была хорошо известна роль соли в явлениях возбуждения, проведения нервных импульсов, в кровообращении и т.д. Уже в 1890 г. Молодой физиолог В.Ю. Чаговец выступает с исследованием «О применении теории диссоциации Аррениуса к электромоторным явлениям в живых тканях», в котором попытался связать возникновение биоэлектрических потенциалов с неравномерным распределением ионов.

В перенесении физико-химических представлений на биологические явления принимает участие целый ряд основоположников физической химии. Исходя из явления движения ионов соли, В. Нернст (1908 г.) сформулировал свой известный количественный закон возбуждения: порог физиологического возбуждения определяется количеством перенесенных ионов. Физик и химик В. Оствальд разработал теорию возникновения биоэлектрических потенциалов, основанную на допущении наличия на поверхности клетки полупроницаемой для ионов мембраны, способной разделять ионы противоположных зарядов. Тем самым были заложены основы биофизического направления в толковании проницаемости и структуры биологических мембран в широком смысле.

Глава II. БИОФИЗИКА НА УРОКАХ ФИЗИКИ

2.1. Элементы биофизики на уроках физики в 7-9 классах

Характерной чертой современной науки является интенсивное взаимопроникновение идей, теоретических подходов и методов, присущих разным дисциплинам. Особенно это относится к физике, химии, биологии и математике. Так, физические методы исследования широко используются при изучении живой природы, а своеобразие этого объекта вызывает к жизни новые, более совершенные методы физических исследований.

Рассматривая связи физики и биологии, необходимо показать учащимся общность ряда законов живой и неживой природы, углубить представления о единстве материального мира, взаимосвязи и обусловленности явлений, их познаваемости, ознакомить с применением физических методов при изучении биологических процессов.

На уроках физики необходимо подчеркивать, что характерной приметой нашего времени является возникновение ряда комплексных наук. Развилась биофизика – наука, изучающая действие физических факторов на живые организмы.

Привлечение биофизических примеров служит лучшему усвоению курса физики. Биофизический материал должен быть непосредственно связан с программой курсов физики и биологии и отражать наиболее перспективные направления развития науки и техники. Практически ко всем разделам курса физики можно подобрать большое число биофизических примеров, их целесообразно использовать наряду с примерами из неживой природы и из техники.







2.2. Применение биофизики на уроках в основной школе

Механика

Движение и силы.

При изучении темы «Движение и силы» в 7 классе можно познакомить учащихся со скоростями движения разных животных. Улитка ползает примерно 5,5 м в 1 ч. Черепаха перемещается со скоростью около 70 м/ч. Муха летит со скоростью 5 м/с. Средняя скорость пешехода около 1,5 м/с, или около 5 км/ч. Лошадь способна перемещаться со скоростью 30 км/ч и выше.

Максимальная скорость некоторых животных: гончей собаки – 90 км/ч, страуса – 120 км/ч, гепарда – 110 км/ч, антилопы – 95 км/ч.

Используя данные скоростей разных представителей животного мира, можно решать различного рода задачи. Например:

  1. Скорость движения улитки 0,9 мм/с. Выразить эту скорость в см/мин, в м/ч.

  2. Сокол-сапсан, преследуя добычу, пикирует со скоростью 300км/ч. Какой путь пролетает он за 5 с?

  3. Известно, что средняя скорость роста дуба примерно 0,3 м в год. Сколько лет дубу высотой 6,3 м?

Масса тел. Плотность.

Масса тела и объем напрямую связаны с представителями флоры, к примеру, даны следующие задачи:

  1. Определить массу березовой древесины, если ее объем 5 м3.

  2. Определить объем сухого бамбука, если его масса 4800 кг.

  3. Определить плотность бальзового дерева, если масса его 50 т, а объем 500 м3.

Сила тяжести.

При изучении этой темы можно провести следующую тренировочную работу. Даны массы разных млекопитающих: кита – 70000 кг, слона - 4000 кг, носорога – 2000 кг, быка – 1200 кг, медведя – 400 кг, свиньи 200 кг, человека – 70 кг, волка – 40 кг, зайца – 6 кг. Найти их вес в ньютонах.

Эти же данные могут быть использованы для графического изображения сил.

Давление жидкостей и газов.

На тело человека, площадь поверхности которого при массе 60 кг и росте 160 см примерно равна 1,6 м2, действует сила 160000 Н, обусловленная атмосферным давлением. Каким же образом выдерживает организм такие огромные нагрузки?

Это достигается за счет того, что давление жидкостей, заполняющих сосуды тела, уравновешивает внешнее давление.

С этим же вопросом тесно связана возможность нахождения под водой на большой глубине. Дело в том, что перенесение организма на другой уровень вызывает расстройство его функций. Это объясняется деформацией стенок сосудов, рассчитанных на определенное давление изнутри и снаружи. Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении – выделение растворенных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что приводит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут проводиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 метров). Опускание и поднимание должно происходить очень медленно, чтобы выделение газов происходило только в легких, а не сразу во всей кровеносной системе.

Примеры некоторых мощностей в живой природе.

Мощность мухи в полете 10-5 Вт.

Удар меч-рыбы 105-106 Вт.

Считается, что человек при нормальных условиях работы может развивать мощность около 70-80 Вт, однако возможно кратковременное увеличение мощности в несколько раз. Так, человек 750 Н может за 1 с вскочить на возвышение 1 м, что соответствует мощности 750 Вт; бегун развивает мощность около 1000 Вт.

Возможна моментальная, или взрывоподобная, отдача энергии в таких видах спорта, как толкание ядра или прыжки в высоту. Наблюдения показали, что при прыжках в высоту с одновременным отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины развивают в течение 0,1 с среднюю мощность около 3700 Вт, а женщины – 2600 Вт.

Аппарат искусственного кровообращения (АИК)

Заканчивая изучение механики, полезно рассказать учащимся об устройстве аппарата искусственного кровообращения.

При операциях на сердце часто возникает необходимость временно выключить его из круга кровообращения в организме (порядка 4-5 л для взрослого больного), заданную температуру циркулирующей крови.

Аппарат искусственного кровообращения состоит из двух основных частей: частей насоса и оксигенератора. Насосы выполняют функции сердца – они поддерживают давление и циркуляцию крови в сосудах организма во время операции. Оксигенератор выполняет функцию легких и обеспечивает насыщение крови не ниже 95% и поддерживает парциальное давление СО2 на уровне 35-45 мм рт. ст. венозная кровь из сосудов больного самотеком переливается в оксигенератор, располагающийся ниже уровня операционного стола, где насыщается кислородом, освобождается от избытка углекислоты и далее артериальным насосом нагнетается в кровяное русло больного. АИК на продолжительное время способен заменять функции сердца и легких.

При решении задач, связанных с живыми объектами, должна быть проявлена большая осторожность, чтобы не допустить ошибочного толкования биологических процессов.

Задача. Как объяснить с помощью физических представлений, что в бурю ель легко вырывается с корнем, а у сосны скорее ломается ствол?

Нас интересует анализ только качественной стороны вопроса. Кроме того, нас интересует вопрос о сравнительном поведении обоих деревьев. Роль нагрузки в нашей задаче играет сила ветра FВ. Можно силу ветра, действующую на ствол, сложить с силой ветра, действующей на крону, и даже предположить, что силы ветра, действующие на оба дерева, одинаковы. Тогда, по-видимому, дальнейшее рассуждение должно быть следующим. Корневая система сосны глубже уходит в землю, чем у ели. За счет этого плечо силы, удерживающей сосну в земле, больше, чем у ели. Следовательно, чтобы вывернуть ель с корнем, требуется меньше момент силы и ветра, чем чтобы поломать ее. Поэтому ель чаще выворачивается с корнем, чем сосна, а сосна чаще ломается, чем ель.


Изучение теплоты и молекулярных явлений

Аппарат «искусственная почка»

Данное устройство применяется для неотложной медицинской помощи при острой интоксикации; для подготовки больных с хронической почечной недостаточностью к трансплантации почки; для лечения некоторых расстройств нервной системы (шизофрения, депрессия).

АИП представляет собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с солевым раствором. Вследствие разности осмотических давлений из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы продуктов обмена (мочевина и мочевая кислота), а также различные токсические вещества, подлежащие удалению из организма.

Капиллярные явления.

При рассмотрении капиллярных явлений следует подчеркнуть их роль в биологии, так как большинство растительных и животных тканей пронизано громадным числом капиллярных сосудов. Именно в капиллярах происходят основные процессы, связанные с дыханием и питанием организма, вся сложнейшая химия жизни, тесно связанная с диффузными явлениями.

Физической моделью сердечно-сосудистой системы может служить система из множества разветвленных трубок с упругими стенками. По мере разветвления общее сечение трубок возрастает, и скорость движения жидкости соответственно уменьшается. Однако вследствие того, что разветвление состоит из множества узких каналов, потери на внутреннее трение при этом сильно возрастают и общее сопротивление движению жидкостей (несмотря на снижение скорости) значительно увеличивается.

Роль поверхностных явлений в жизни живой природы очень разнообразна. Например, поверхностная пленка воды является для многих организмов опорой при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных. Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабр, подвешиваются снизу у поверхностной пленки воды с помощью особых несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим приемом пользуются личинки комаров (в том числе и малярийных).

Для самостоятельной работы можно предложить такие задачи, как:

  1. Как можно применить знания о молекулярно-кинетической теории к объяснению механизма всасывания волосками корней растений питательных веществ из почвы?

  2. Как объяснить водонепроницаемость соломенной кровли, сена в стогах?

  3. Определите высоту, на которую под действием сил поверхностного натяжения поднимается вода в стеблях растений, имеющих капилляры диаметром 0,4 мм. Можно ли считать капиллярность единственной причиной подъема воды по стеблю растения?

  4. Верно ли, что ласточки, летающие низко над землей, предвещают приближение дождя?

Изучение колебаний и звука

Примеры периодических процессов в биологии: многие цветки закрывают венчики с наступлением темноты; у большинства животных наблюдается периодичность появления потомства; известно периодическое изменение интенсивности фотосинтеза у растений; колебания испытывают размеры ядер в клетках и т.д.

Звуки леса.

Звуки леса (шелест) возникают из-за колебаний листьев под действием ветра и трения их друг о друга. Это особенно заметно на листьях осины, так как они прикреплены к длинным и тонким черешкам, поэтому очень подвижны и раскачиваются даже самыми слабыми воздушными токами.

Голоса в животном мире.

Лягушки обладают весьма громкими и довольно разнообразными голосами. У некоторых видов лягушек имеются интересные приспособления для усиления звука в виде больших шарообразных пузырей по бокам головы, раздувающихся при крике и служащих сильными резонансами.

Звучание насекомых вызывается чаще всего быстрыми колебаниями крыльев при полете (комары, мухи, пчелы). Полет того насекомого, которое чаще машет крыльями, воспринимается нами как звук большей частоты и, следовательно, более высокий. У некоторых насекомых, например кузнечиков, встречаются специальные органы звучания – ряд зубчиков на задних ножках, задевающих за края крыльев и вызывающих их колебания.

Для самостоятельной работы по этому разделу можно предложить такие задачи:

  1. Рабочая пчела, вылетевшая из улья за взятком, делает в среднем 180 взмахов крыльями в секунду. Когда же она возвращается с грузом, число взмахов у нее возрастает до 280. как это отражается на звуке, который мы слышим?

  2. Почему бесшумен полет бабочки?

  3. Известно, что у многих лягушек имеются большие шарообразные пузыри по бокам головы, которые раздуваются при крике. Каково их назначение?

  4. От чего зависит частота звука, издаваемого насекомыми при полете?


Изучение оптики и строения атома.

Свет.

Свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее источником энергии. Хлорофиллоносные растения, если не считать некоторых бактерий, - это единственные организмы, способные синтезировать собственное вещество из воды, минеральных солей и углекислого газа при помощи лучистой энергии, которую они превращают в процессе ассимиляции в химическую. Все остальные организмы, населяющие нашу планету – растительные и животные – прямо или косвенно зависят от хлорофиллоносных растений. Они сильнее всего поглощают лучи, соответствующие полосам поглощения в спектре хлорофилла. Их две: одна лежит в красной части спектра, другая – в сине-фиолетовой. Остальные лучи растения отражают. Они-то и придают хлорофиллоносным растениям их зеленую окраску. Хлорофиллоносные растения представлены высшими растениями, мхами и водорослями.

Глаза различных представителей животного мира.

У земноводных роговица глаза очень выпуклая. Аккомодация глаз осуществляется, как у рыб, перемещением хрусталика.

Птицы обладают очень острым зрением, превосходящим зрение других животных. Глазное яблоко у них очень больших размеров и своеобразного строения, благодаря которому увеличивается поле зрения. У птиц, имеющих особенно острое зрение (грифы, орлы), глазное яблоко удлиненной «телескопической» формы. Глаза млекопитающих, обитающих в воде (например, китов), по выпуклости роговицы и по большому показателю преломления напоминают глаза глубоководных рыб.

Как пчелы различают цвета.

Зрение пчел отличается от зрения человека. Человек различает около 60 отдельных цветов видимого спектра. Пчелы различают только 6 цветов: желтый, сине-зеленый, синий, «пурпурный», фиолетовый и невидимый для человека ультрафиолетовый. Пчелиный «пурпурный» цвет – это смесь желтых и ультрафиолетовых лучей спектра, видимых пчелой.

Для самостоятельной работы по этому разделу можно предложить такие задачи:

  1. Для чего нужны два глаза?

  2. Сетчатка глаза человека и орла примерно одинакова, однако диаметр нервных клеток (колбочек) в глазу орла в центральной его части меньше – всего 0,3 – 0,4 мк (мк = 10-3 мм). Какое имеет значение такая структура сетчатки глаза орла?

  3. С наступлением темноты зрачок глаза расширяется. Как это отражается на резкости изображения окружающих предметов? Почему?

  4. Хрусталик рыбьего глаза имеет сферическую форму. Какие особенности среды обитания рыб делают такую форму хрусталика целесообразной? Подумайте, каким может быть механизм аккомодации глаз у рыб, если кривизна хрусталика не изменяется.









2.3. Блицтурнир «Физика в живой природе»

Для организации самостоятельной практической деятельности для учащихся 7 класса можно предложить блицтурнир «Физика в живой природе».

Цель урока: повторение материала по теме «Обобщающий урок за весь курс»; проверка знаний, сообразительности, умения логически мыслить.

Правила игры

  • Вопросы подбираются по всему курсу 7 класса.

  • Урок идет в быстром темпе.

  • Во время урока можно пользоваться любой справочной литературой, включая учебник.

Ход урока

Учитель зачитывает вопрос. Игрок, готовый к ответу, поднимает руку; первому поднявшему руку предоставляется слово. Правильный ответ оценивается в 1 балл. Участники, набравшие меньше всех баллов, выбывают из игры.

Вопросы:

  1. Выходя из воды, животные встряхиваются. Какой физический закон используется при этом? (Закон инерции).

  2. Какое значение имеют упругие волосы на подошве ног зайца? (Упругие волосы на подошве ног зайца удлиняют время торможения при прыжке и поэтому ослабляют силу удара).

  3. Для чего некоторые рыбы при быстром движении прижимают к себе плавники? (Чтобы уменьшить сопротивление движению).

  4. Осенью около трамвайных путей, проходящих вблизи садов и парков, иногда вывешивают плакат: «Осторожно! Листопад». Каков смысл этого предупреждения? (Упавшие на рельсы листья уменьшают трение, поэтому при торможении вагон может пройти большой путь).

  5. Каков предел прочности человеческой кости на сжатие? (Бедренная кость, например, поставленная вертикально, может выдержать давление груза в полторы тонны).

  6. Для чего ботинки водолаза делают с тяжелыми свинцовыми подошвами? (Тяжелые свинцовые подошвы ботинок помогают водолазу преодолеть выталкивающую силу воды).

  7. Почему человек может поскользнуться, наступив на твердую сухую горошину? (Трение способствует перемещению человека. Сухая горошина, являясь как бы подшипником, уменьшает трение между ногами человека и опорой).

  8. Почему в реке с илистым дном мы больше вязнем на мелком месте, чем на глубоком? (Погружаясь на большую глубину, мы вытесняем больший объем воды. По закону Архимеда на нас в этом случае будет действовать большая выталкивающая сила).

Подведение итогов.

Учитель выставляет оценки.

Заключение

К. Д. Ушинский писал, что некоторые учителя, кажется, только и делают что повторяют, а на самом деле быстро движутся вперед в изучении нового. Повторение с привлечением нового приводит к лучшему пониманию и запоминанию пройденного материала. Известно также, что лучшим способом вызвать интерес к предмету является применение полученных знаний в иных областях, чем те, в которых они получены. Организация повторения с привлечением биофизического материала является как раз таким видом повторения, когда оно происходит с привлечением нового, представляет большой интерес для учащихся и позволяет им применять законы физики к области живой природы.

Привлечение биофизических примеров служит лучшему усвоению курса физики. Биофизический материал должен быть непосредственно связан с программой курсов физики и биологии и отражать наиболее перспективные направления развития науки и техники.

Установление межпредметных связей между физикой и биологией дает большие возможности для формирования материалистических убеждений. Школьники приучаются иллюстрировать законы физики не только примерами из техники, но и примерами из живой природы. С другой стороны, рассматривая жизнедеятельность растительных и животных организмов, они используют физические закономерности, физические аналогии.

Повторение и закрепление пройденного с привлечением биофизического материала дает возможность учителю познакомить учащихся с последними достижениями в области биофизики и бионики, приохотить их к чтению дополнительной литературы.

Организационно урок может быть построен по-разному: в виде лекций учителей, в виде докладов, подготовленных учащимися под руководством учителей физики и биологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов – 3-е изд. – М.: ООО «Издательский дом «Оникс 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003 – 384 с.: ил.


  1. Зорин Н.И. Элективный курс «Элементы биофизики»: 9 класс. – М.: ВАКО, 2007. – 160 с. – (Мастерская учителя).


  1. Электив 9: Физика. Химия. Биология: Конструктор элективных курсов (Межпредметных и предметно-ориентированных): Для организации предпрофильной подготовки учащихся в 9 классе: В 2-х книгах. Кн. 1 / Дендебер С.В., Зуева Л.В., Иванникова Т.В. и др. – М.: 5 за знания, 2006. – 304 с. – (Электив).


  1. Электив 9: Физика. Химия. Биология: Конструктор элективных курсов (Межпредметных и предметно-ориентированных): Для организации предпрофильной подготовки учащихся в 9 классе: В 2-х книгах. Кн. 2 / Дендебер С.В., Зуева Л.В., Иванникова Т.В. и др. – М.: 5 за знания, 2006. – 176 с. – (Электив).


  1. Марон А.Е. Сборник качественных задач по физике: для 7-9 кл общеобразоват. учреждений / А.Е. Марон, Е.А. Марон. – М.: Просвещение, 2006. – 239 с.: ил.


  1. Лукашик В.И. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений / В.И. Лукашик, Е.В. Иванова. – 22-е изд. – М.: Просвещение, 2008. – 240 с.: ил.


  1. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики / Кн. для учителя: из опыта работы. – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1988. – 159 с.: ил.


  1. Волков В.А., Полянский С.Е. Поурочные разработки по физике. 7 класс – 2-е изд. – М.: ВАКО, 2007. – 304 с. – (В помощь школьному учителю: к учебным комплектам А.В. Перышкина, С.В. Громова, Н.А. Родиной).



Краткое описание документа:

Большинство новых учебников по физике не способствуют целостному восприятию изучаемого материала, интерес детей к предмету постепенно угасает. Поэтому, важной задачей школы является создание в представлении учащихся общей картины мира с его единством и многообразием свойств природы как живой, так и неживой.
Наряду с другими приемами и межпредметными связями достигается вся целостность картины мира.
Нильс Бор утверждал, что результаты биологических исследований описываются на основе понятий химии и физики. В ходе сближения этих наук, появилась новая наука БИОФИЗИКА - наука, устремленная на выяснение механизмов функционирования биологических систем на уровнях естественнонаучных подходов.
Курс физики содержит разделы, которые можно разнообразить примерами из неживой природы и из техники.При изучении темы «Движение и силы«можно ознакомиться с движением животных и их скоростями. При изучении механики полезно рассказать учащимся об устройстве аппарата искусственного кровообращения.
Автор
Дата добавления 19.03.2014
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1321
Номер материала 35362031935
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх