Тематическое планирование программы 1 года обучения
№п/п
|
Наименование тем
|
Всего
|
Теоретические часы
|
Практ/
лабор. часы
|
Экскурсии
|
Итоговые
|
1
|
Введение
|
6
|
6
|
-
|
-
|
-
|
2
|
Фундаментальные естественнонаучные понятия
|
20
|
16
|
2
|
-
|
2
|
3
|
Биомеханика
|
26
|
18
|
3
|
5
|
-
|
4
|
Гемодинамика
|
24
|
18
|
4
|
2
|
-
|
5
|
Биоакустика
|
26
|
22
|
2
|
2
|
-
|
6
|
Электрокинетические явления в биологических системах
|
20
|
14
|
4
|
2
|
-
|
7
|
Биологическая оптика
|
22
|
12
|
6
|
4
|
-
|
|
Итого:
|
144
|
106
|
21
|
15
|
2
|
Поурочное планирование программы 1 года обучения
№ занятия п/п и № занятия в теме
|
Тема занятия
|
Теоретические часы
|
Практи
ческие
часы
|
Лабора
торные
часы
|
Экскур
сии/
итого
вые часы
|
Введение (6)
|
1/1
|
Предмет экобиофизики. Что изучает экобиофизика Особенности экобиофизики как науки. Связь экобиофизики с другими науками.
|
2
|
|
|
|
2/2
|
Развитие экобиофизики. Современная экобиофизика. Жизнь с точки зрения физики и биологии.
|
2
|
|
|
|
3/3
|
Открытие Уотсона – Крика. Строение, свойства и функции ДНК.
|
2
|
|
|
|
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ПОНЯТИЯ (20)
|
1/4
|
Элементы системы научных знаний. Понятие как психолого-педагогическая категория. Классификация естественнонаучных понятий. Структура фундаментальных понятий в естественнонаучном познании.
|
2
|
|
|
|
2/5
|
Материя как философская категория. Виды материи. Структура представления понятия «материя» (понятие, виды, роды, типы, уровни, свойства и формы существования материи).
|
2
|
|
|
|
3/6
|
Величины, характеризующие вещество.
|
2
|
|
|
|
4/7
|
Практические работы № 1, 2.
|
|
2
|
|
|
5/8
|
Понятие поле и взаимодействие материальных объектов. Близкодействие и дальнодействие. Типы силовых взаимодействий.
|
2
|
|
|
|
6/9
|
Движение как философская категория. Виды и формы движения (механические, физические, химические, биологические и социальные).
|
2
|
|
|
|
7/10
|
Понятие время. Способы и единицы измерения времени. Природные явления и фотопериодизм.
|
2
|
|
|
|
8/11
|
Понятие пространство. Взаимосвязь пространства и материи. Свойства пространства.
|
2
|
|
|
|
9/12
|
Понятие энергия. Виды энергии.
|
2
|
|
|
|
10/13
|
Проектная деятельность. Защита проектов
Оценка развития естественнонаучного
мышления учащихся 7-9 классов (тесты).
|
|
|
|
2
|
БИОМЕХАНИКА (26)
|
1/14
|
Биомеханические характеристики (Кинематические, динамические, энергетические, безразмерные). Двигательный аппарат человека. Структура двигательного аппарата. Трубчатые полые кости. Запас прочности.
|
2
|
|
|
|
2/15
|
Экскурсия № 3.
|
|
|
2
|
|
3/16
|
Электрические заряды, возникающие на поверхности кости при ее деформации.
|
2
|
|
|
|
4/17
|
Биомеханические характеристики опорно-двигательного аппарата. Расчет массы сегмента тела человека.
|
2
|
|
|
|
5/18
|
Экскурсия №2.
|
|
|
2
|
|
6/19
|
Рычажная система человека. Физика карате. Практическая работа №3.
|
1
|
1
|
|
|
7/20
|
Колебательные движения опорно-двигательного аппарата. Механические свойства кости.
|
2
|
|
|
|
8/21
|
Биодинамика мышечного сокращения. Мышечная ткань. Механизм сокращения мышц. Механическая модель мышцы. Практическая работа №3.
|
1
|
1
|
|
|
9/22
|
Свойства мышечной ткани. Масса тела и образ жизни. Кто выше прыгает и быстрее бегает. Большие и маленькие на прогулке.
|
2
|
|
|
|
10/23
|
Биомеханика ходьбы и бега человека. Сухожилия. Кинематика ходьбы и бега человека. Динамика ходьбы и бега. Энергетика ходьбы и бега.
|
2
|
|
|
|
11/24
|
Биодинамика плавания живых организмов. Общее представление о плавании человека. Динамика плавания. Энергетика плавания. Особенности плавания некоторых живых организмов. Экскурсия №1.
|
1
|
|
1
|
|
12/25
|
Основы полета живых существ. История развития воздухоплавания. Зависимость нагрузки на мощность от скорости горизонтального полета на режиме, обеспечивающем наибольшую дальность. Теория Н.Е. Жуковского. Принципы создания подъемной силы. Факторы, обеспечивающие полет птиц. Взлет, посадка, висение на месте. Ортоптер.
|
2
|
|
|
|
13/26
|
Формула Бреге. Соотношение между массой тела и частотой взмахов крыльями у различных птиц. Решение биофизических задач, тестирование.
|
1
|
1
|
|
|
ГЕМОДИНАМИКА (24)
|
1/27
|
Физические основы гемодинамики. Уравнение непрерывности потока. Уравнение Бернулли. Течение реальной жидкости.
|
2
|
|
|
|
2/28
|
Физические свойства крови. Кровь. Скорость оседание эритроцитов.
|
2
|
|
|
|
3/29
|
Сердце. Сердце как механическая система.
|
2
|
|
|
|
4/30
|
Экскурсия №1.
|
|
|
|
2
|
5/31
|
Работа сердца. Волны в сердце. Расчет работы сердца. Практическая работа
№ 2.
|
1
|
1
|
|
|
6/32
|
Биофизические закономерности движения крови в сердечнососудистой системе. Движение крови по сосудам. Практическая работа № 1.
|
1
|
1
|
|
|
7/33
|
Пульсовая волна. Механика сердечного пульса. Практическая работа № 3.
|
1
|
1
|
|
|
8/34
|
Открытие Вильяма Гарвея. Артерии и пульс. Производительность сердца как насоса. Эритроцит, его строение и способность деформироваться.
|
2
|
|
|
|
9/35
|
Скорость и отражение пульсовой волны. Аневризма.
|
2
|
|
|
|
10/36
|
Зависимость радиуса аорты от напряжения, растягивающего ее стенки. Кровообращение у жирафа и космическая медицина.
|
2
|
|
|
|
11/37
|
Физические основы измерения артериального давления крови. Непосредственное измерение давления крови. Бескровный метод измерения артериального давления крови.
|
2
|
|
|
|
12/38
|
Исследование артериального давления крови человека. Цвет крови и закон сохранения энергии. Решение биофизических задач, тестирование.
|
1
|
1
|
|
|
БИОАКУСТИКА (26)
|
1/39
|
Основные понятия акустики. Кинематические характеристики звуковой волны.
|
2
|
|
|
|
2/40
|
Звуковые волны. Распространение звуковой волны. Уравнение звуковой волны. Практическая работа № 1,2,3
|
1
|
1
|
|
|
3/41
|
Звуковые явления. Энергодинамические характеристики акустического поля. Отражение и преломление звуковой волны. Затухание звука.
|
2
|
|
|
|
4/42
|
Звук как психофизическое явление. Психофизические характеристики звуковой волны. Закон Вебера-Фехнера. Звукоизлучение в живом мире. Звукоизлучение членистоногих, рыб, птиц. Интерференция. Звукоизлучение млекопитающих (летучие мыши и дельфины). Акустический резонанс.
|
2
|
|
|
|
5/43
|
Восприятие звука живыми существами. Органы слуха простейших. Органы слуха млекопитающих.
|
2
|
|
|
|
6/44
|
Экскурсия №1.
|
|
|
|
2
|
7/45
|
Определение направления источника звука. Элементы головы, позволяющие локализовать источник звука лисице в воздухе, дельфину – в воде. Живые локаторы. Особенности слухового восприятия у птиц. Особенности слухового аппарата рыб, летучих мышей, кузнечика.
|
2
|
|
|
|
8/46
|
Влияние шума на живой организм. Источники шума. Влияние шума на человека и животных.
|
2
|
|
|
|
9/476
|
Биофизика инфразвука. Источники инфразвука и его свойства. Распространение инфразвука. Биологическое действие инфразвука. Восприятие инфразвука животными.
|
2
|
|
|
|
10/48
|
Биофизика ультразвука. Физические характеристики ультразвука.
|
2
|
|
|
|
11/49
|
Методы получения и регистрации ультразвука. Взаимодействие ультразвука с веществом.
|
2
|
|
|
|
12/50
|
Ультразвуковые явления. Действие ультразвука на биологические объекты. Применение ультразвука. Эхолокация.
|
2
|
|
|
|
13/51
|
Дисперсирование. Ультразвуковая дефектоскопия. Применение ультразвука в медицине. Использование ультразвука в хирургии. Ультразвук в мире животных. Решение биофизических задач, тестирование.
|
1
|
1
|
|
|
ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ (20)
|
1/52
|
Электрокинетические явления в клетке, Луиджи Гальвани. Методы исследования клетки: микроскопирование, рентгеноструктурный анализ клетки, центрифугирование и другие методы исследования клеточных структур.
|
2
|
|
|
|
2/53
|
Вода в клетке. Плазма клетки. Биологическая мембрана, ее электрические характеристики. Адгезия клеток. Практическая работа №1.
|
1
|
1
|
|
|
3/54
|
Перенос вещества и энергии в организме. Общее уравнение переноса. Диффузия. Теплопроводность. Внутреннее трение. Пассивный транспорт вещества через мембрану. Активный транспорт веществ в клетку. Работа поля электрохимического градиента. Кинетика активного транспорта.
|
2
|
|
|
|
4/55
|
Биопотенциалы в живом организме. Понятие биопотенциала. Возникновение мембранных биопотенциалов. Равновесие Донана. Уравнение Нернста, биопотенциал покоя.
|
2
|
|
|
|
5/56
|
Биопотенциал действия. Возникновение потенциала действия. Расчет биопотенциала действия. Биопотенциал действия. Возникновение потенциала действия. Расчет биопотенциала действия.
|
2
|
|
|
|
6/57
|
Биопотенциалы рыб. Электричество у растений. Магнитный компас у животных.
|
2
|
|
|
|
7/58
|
Проведение возбуждения в нервных тканях. Структура нервной системы. Механизм возникновения возбуждения. Распространение волны электрического возбуждения по предсердию. Практическая работа №2.
|
1
|
1
|
|
|
8/59
|
Аксиоматическая модель возбудимой среды (покой, возбуждение, рефрактерность, покой). Спиральные волны и сердечные аритмии. Количественное описание возбуждения. Движение нервного возбуждения. Перехваты Ранвье. Передача нервного импульса в синапсах
|
2
|
|
|
|
9/60
|
Электродные процессы. Суть электродных процессов. Нормальный электродный потенциал. Уравнение Эрнста. Двойной электрический слой.
|
2
|
|
|
|
10/61
|
Электрокинетические явления в клетке. Понятие электрокинетическое явление. Электрофорез. Электроосмос. Ионофорез. Эффект Дорна. Эффект Квинке. Решение биофизических задач, тестирование.
|
1
|
1
|
|
|
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИКА (22)
|
1/62
|
Зрение. Строение глаза человека. Практическая работа №3.
|
1
|
1
|
|
|
2/63
|
Физический предел зрения. Формула Вебера – Фехнера. Скорость роста зеленого листа. Практическая работа №2.
|
1
|
1
|
|
|
3/64
|
Формула Бера-Ламберта. Живые зеркала: интерференция световых волн на тонких пленках. Отражение света от плоско – параллельной пластины.
|
2
|
|
|
|
4/65
|
Структура многослойного зеркала. Строение глаза морского гребешка, ход световых лучей.
|
2
|
|
|
|
5/66
|
Глаз – термометр: тепловое (инфракрасное) зрение змей. Изменение температуры термочувствительной мембраны после включения нового источника теплового излучения. Экскурсия №1.
|
1
|
|
|
1
|
6/67
|
Фасеточное зрение насекомых. Омматидий.
|
2
|
|
|
|
7/68
|
Дифракционное пятно, как изображение источника света, получаемое с помощью линзы. Анализ размеров одиночного омматидия и соотношение между соседними элементами фасеточного глаза. Практическая работа №1.
|
1
|
1
|
|
|
8/69
|
Объем фокусирующей системы глаза млекопитающего. Всепогодный солнечный компас. Экскурсия №2.
|
1
|
|
|
1
|
9/70
|
«Танец» пчелы на горизонтальной и вертикальной плоскости улея, несущий в себе информацию о направлении на богатый нектаром участок. Фоторецепторная клетка глаза насекомого, микровиллы, направления электрических осей молекул родопсина.
|
2
|
|
|
|
10/71
|
Растения – световоды. Ход световых лучей в клетках стебля растения..
|
2
|
|
|
|
11/72
|
Решение биофизических задач, тестирование
|
|
2
|
|
|
Содержание образовательной программы 2 года обучения
ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ. БИОЭНЕРГЕТИКА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА (58)
Строение дыхательной системы. Карл фон Нииргард. Дыхание и мыльные пузыри. Степень растяжимости легкого. Определение поверхостного натяжения жидкости и его зависимость от площади ее поверхности. Зависимость коэффициента поверхостного натяжения от площади контакта жидкости с воздухом. Дыхание животных, у которых в альвеолах нет ПАВ (холоднокровных животных и птиц). Система противотока у птиц. Особенности дыхания водных животных. Кессонная болезнь.
Обитание живых организмов в экстремальных условиях. Механизмы адаптации. Образование и использование энергии в организме. Схема энергетических превращений в живой природе. Внешнее и клеточное дыхание.
Уровни биоэнергетики. Строение и функции митохондрий. Молекулярный, организменный, популяционный и экосистемный уровни биоэнергетики. Движение воды в растенриях. Испарение с поверхности листьев. Движение веществ по стволу дерева. Всасывание воды из почвы. Фотосинтез. Соотношения процессов фотосинтеза и дыхания. Процесс роста дерева. Трансформация веществ и энергии в экосистемах.
История биоэнергетики. Взаимосвязь типов дыхания и среды обитания Строение органов и эффективность дыхания у беспозвоночных и позвоночных животных. Способ дыхания и масса тела. Масса тела и энергия. Удельная мощность живого организма и солнца.
Влияние экологических факторов на энергетический обмен. Пойкилотермные и гомойотермные животные. Биологические антифризы. Зависимость дыхания от температуры окружающей среды у холоднокровных животных. Принцип минимума энергии в онтогенезе. Летнее и зимнее оцепенение. Зависимость дыхания от температуры окружающей среды у теплокровных животных. Изменение уровня энергетического обмена при резком воздействии температуры, физической нагрузки, стресса. Фазы общего адаптационного синдрома (по Г. Селье). Химическая и физическая терморегуляции. Триггерный эффект в человеческом организме, или как переобуться на морозе. Газообмен у наземных ныряющих животных. Суточная, сезонная и нерегулярные спячки. Приспособления к большим высотам.
Грибы и рентгеновская астрономия.
Хищник и жертва (математическая экология). Борьба за существование.
Биоэнергетика и нарушения обмена веществ. Нарушение регуляции энергетических процессов при гипогликемии, диабете, лихорадке. Приборы – тепловизоры. Митохондриальная болезнь. Биоэнергетика и спорт (спринтеры и стайеры).
Биоэнергетика и экологические катастрофы. Схема миграции токсикантов (инсектицида диэлдрина) по пищевой цепи (от фитопланктона до баклана). Пути предотвращения разрушения природной среды.
Основные понятия:
Дыхательная система, поверхностное натяжение жидкости, альвеолы, пойкилотермные и гомойотермные животные, система противотока, кессонная болезнь, адаптации, энергетический обмен, гликолиз, внешнее и клеточное дыхания, биоэнергетика, митохондрии, удельная мощность живого организма, экологические факторы, биологические антифризы, физическая и химическая терморегуляции, триггерный эффект, анабиоз, тепловизоры.
Демонстрации:
Схемы, таблицы кожи животных и человека, фото- и видеофрагменты о жизни холоднокровных и теплокровных животных. Схемы, таблицы, 3D- и интерактивные модели дыхательной и пищеварительной систем животных и человека.
Практические работы:
Измерение жизненной емкости легких (ЖЭЛ) (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Теплокровные и холоднокровные животные (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Выделительная и терморегуляторная функции кожи (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Измерение калорийности продуктов питания (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Измерение частоты дыхания с помощью термоэлемента (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Потоотделение у человека (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Дыхание у личинок (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Потеря воды наземными растениями. Испарение (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000» и цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Биологический катализ. Разложение Н2О2 в присутствии энзима катализы (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Процесс скисания молока (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Спиртовое брожение в дрожжах (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Решение биофизических задач.
Тестирование: Критериально-ориентированный тест по термодинамике биологических систем.
Экскурсии:
Экскурсия в Челябинский зоопарк.
ТЕМА 2. ЭНЕРГЕТИКА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА (40)
Проблема развития энергетики и защита окружающей среды. Понятие энергетики. Значение энергетики для прогресса народного хозяйства. Количество энергии, вырабатываемой в расчете на душу населения, динамика роста этой величины. Развитие энергетики и охрана природы.
Экологические проблемы научно-технической революции. Экологическая ситуация в мире. Природные ресурсы. Атмосферный воздух. Земельные и водные ресурсы. Энергосбережение. Потребление ресурсов.
Проблемы гидроэнергетики. ГЭС - традиционные источники энергии. Влияние человека на верхнюю часть земной коры (физические явления в литосфере). Загрязнение пресных вод. Нарушение круговорота воды, создание рукотворных морей, влияние на климат и т. д. Экономический и экологический ущерб от строительства ГЭС. Пути повышения экологичности ГЭС. Гидроэнергетика и охрана окружающей среды. Экологические преимущества ГЭС по сравнению с ТЭС и присущие им недостатки.
Тепловая энергетика и ее давление на биосферу. Работа ТЭС и ТЭЦ и охрана окружающей среды. Загрязнение атмосферы. Парниковый эффект, усиление «парникового эффекта», «озоновая дыра». Воздух как ресурс биосферы. Технологические схемы ТЭС и ТЭЦ, котельных. Эффективность ТЭС и ТЭЦ. КПД. Пути повышения КПД. Сравнение ТЭС (угольные, нефтяные, газовые, торфяные) по их влиянию на окружающую среду, сравнительные показатели среднесуточных ПДК.
Физика и создание экологичного транспорта. Тепловые двигатели. Типы тепловых двигателей. Критерии оценки их влияния на окружающую среду, снижение потерь и повышение КПД тепловых машин. Роль тепловых двигателей в хозяйственной деятельности и проблемы их использования.
Другие экологичные виды энергии. Энергия ветра (энергия, возникающая в результате вращения Земли и циркуляции атмосферы). Энергия приливов и отливов, а также морских и океанских течений. Внутреннее тепло Земли и его использование. Геотермальная энергия и ее география.
Физические основы действия очистных аппаратов. Методы очистки сточных вод и газовых выбросов.
Основные понятия:
Биосфера и ее элементы (литосфера, гидросфера, атмосфера), ПДК, мониторинг, фотосинтез, энергетически кризис, «парниковый эффект», «озоновая дыра», природные ресурсы, гидроэнергия, природное топливо, альтернативная энергетика, геотермальная энергетика, фреоны, биотопливо, кислотный дождь, загрязнение, климат, равновесие экологическое, тяжелые металлы, экология, экосистема, ветроэнергетика, гелиоэнергетика, эрозия почв, энергосбережение, отходы, невосполняемые ресурсы, антропогенные факторы, АЭС, ТЭС, ГЭС, ВЭС, ГТЭС, ПЭС.
Демонстрации:
Таблицы и схемы АЭС, ТЭС, ГЭС, ВЭС, ГТЭС, ПЭС.
Практические работы:
Изучение принципов действия ГЭС. Изготовление действующей модели.
Изучение принципов действия гео ТЭС, построение действующей модели.
Изучение принципа работы ветрогенератора. Изготовление действующей модели.
ТЕМА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ (28)
Исследование влияния городских зеленых зон на температуру и относительную влажность окружающей среды (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Тепловой эффект сгорания топлива (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Качество воды (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Загрязнение атмосферы (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Измерение скорости фотосинтеза с помощью датчиков давления (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Измерение скорости фотосинтеза с помощью датчика кислорода (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Влияние интенсивности света на скорость фотосинтеза (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Влияние концентрации СО2 на скорость фотосинтеза (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Магнитное поле Земли (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000»).
Фотосинтез (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6», с измерением кислорода).
Измерение О2 в воде (с использованием естественнонаучной цифровой лаборатории «Нова-5000» и цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Микросреды песчаных дюн (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Измерение фонового излучения и излучения радиоактивных веществ (с использованием цифровой естественнонаучной среды «Coach - 6»).
Вода в доме.
Определение содержания в воздухе углекислого газа с помощью индикаторных трубок (экспресс-анализ окружающего воздуха)
Экспресс-анализ загрязненности воздуха аммиаком
Приготовление модельных загрязнений воды (сточных вод) и их экспресс-анализ.
Приготовление почвенной вытяжки
Определение активного хлора количественным методом
Определение алюминия
Определение железа общего количественным методом
Определение общей жесткости
Измерение водородного показателя (рН) воды
Количественное определение хлоридов в воде и почвенной вытяжке
Количественное определение сульфатов в воде и почвенной вытяжке
Определение карбонатов, гидрокарбонатов, щелочности
Определение масла и нефтепродуктов
Определение химического потребления кислорода (ХПК)
Определение растворенного кислорода и биохимического потребления кислорода
Определение цветности воды в градусах
Оценка качества продуктов питания по содержанию в них нитратов
Экскурсии:
Экскурсия на пост ГАИ. Определение СО выхлопных газов.
|
