Методические разработки к урокам физики для профильного и предпрофильного образования учащихся химико-биологических классов.
Е.А. Полетаева
Преподаватель физики высшей категории
МОУ «Лицей г. Отрадное» Кировского района
Ленинградской области
Анализируя школьные программы и учебники по физике, обратила внимание, что взаимосвязь современной медицины и физики в них отражена слабо. Имеющиеся в учебниках и учебных пособиях сведения о роли и применении физических закономерностей в диагностике, лечении и профилактике болезней человека носят бессистемный характер, отсутствуют методические пособия и рекомендации по этим вопросам, знания и умения учащихся по физике, таким образом оказываются оторванными от их практического применения.
Разработка тем «Человек как объект физического познания» к курсу физики, нацелена на систематизацию знаний в практическом применении для учащихся химико-биологического профиля.
Необходимость введения в программу курса физики тем, связанных с процессами в организме человека, обусловлен следующими факторами:
Высокий интерес человека к познанию самого себя. Этот интерес создаёт широкие возможности для развития исследовательских умений, интереса, стремления к познанию нового.
Способствует осознать учащимися тесную взаимосвязь всех естественных наук. Проводя, аналогию физических процессов с процессами биологических систем развивается умение анализировать процессы, происходящие в живой и неживой природе, и расширяет границы применения законов физики.
Практикум по исследованию физических явлений в человеке не требует сложного и дефицитного оборудование и может быть использован учащимися в различных ситуациях.
Интегрирование биологии, физики открывает широкие возможности для активизации обучения путём использования проблемного обучения, аудиторной внеаудиторной работы, формирующей целенаправленность и самоорганизацию.
Цели:
Расширить представления учащихся об окружающем мире.
Сформировать восприятие человека как систему интеграции биологических, физических процессов и законов
Сформировать готовность личности к самоопределению в выборе направления дальнейшего образования
Задачи:
Интеграция физических знаний;
Овладение методами исследований – наблюдением, выдвижением гипотезы, экспериментом, работой с лабораторным оборудованием и научными текстами.
Повышение интереса к физике через внедрение новых технологий;
Создание условий для качественного роста коммуникативной культуры учащихся; отработки умения работать в команде, созданной для решения определенной задачи; умения объективно оценивать свою деятельность и деятельность товарищей.
Создание предпосылок для осознанного выбора профессии.
Методы преподавания и формы контроля.
Технология преподавания данных тем основана на проектной деятельности учащихся и практической направленности каждого занятия. Проектная деятельность способствует самоопределению учеников, развитию коммуникативных навыков совместной работы, что является очень важным компонентом в образовании. Практические занятия носят исследовательский характер.
Основные формы организации занятий:
Защита проектов
Интерактивные лекции с последующими дискуссиями
Практическая деятельность в создании моделей и анимации
Разработка и анализ опытов в группах.
Работа с научными текстами
Выполнения практических работ с последующим заполнением таблицы «Я»
На первом занятии учащимся химико-биологического профиля предлагаются следующие проектные работы.
Диффузия в организме человека (в лёгких, кишечнике, клетке, печень).
Тепловые процессы, связанные с жизнедеятельностью человека
Что способствует движению и равновесию тела человека (виды движения, рычаги, сила трения)
Как скорость течения крови и давление зависят от вида кровеносных сосудов.
Давление внутри человека и влияние среды на него
Связь электрических явлений со скоростью реакции человека и
Человек – сложная колебательная система
Архитектура и особенности строения костей
Как мы видим, как мы слышим?
Всемирное тяготение и красота человеческого тела
Энергетический обмен в нашем организме.
Каждая работа предполагает:
восстановить знания по определённой биологической системе
рассмотреть биологические процессы, происходящие внутри данной системы
провести аналогию с физическими процессами и рассмотреть действия системы с точки зрения физики
рассмотреть влияние других факторов на протекание процесса.
подготовить физические и биологические схемы, модели, анимации
продумать возможные практические работы по выбранной теме и оригинальные задачи и вопросы
Цель преподавателя поставить перед учащимися проблему, задачу практического содержания, организовать их самостоятельную исследовательскую или конструкторскую деятельность, осуществлять консультирование учащихся и контроль, помочь с выбором литературы, Интернет ресурсов, создании презентаций. В работе над проблемой учащиеся составляют план своих действий, разрабатывают метод его осуществления.
Критерии успешности :
Деятельность учащегося по разделу «Человек как объект физического познания»
-
№
|
Вид деятельности
|
1
|
Доклад
|
2
|
Сочинение- фантазия
|
3
|
Исследование аналогии между биологическими и физическими процессами
|
4
|
Создание презентации к работе
|
5
|
Создание модели или анимации
|
6
|
Разработка эксперимента
|
9
|
Подготовка занимательных вопросов и задач
|
Также в процессе работы обучающиеся заполняют таблицу:
Таблица «я»
Параметры, определяемые опытным путём
|
Величина, числовое значение, единицы измерения
|
вывод
|
Масса, определяемая динамическим методом
|
|
|
Рост, определяемый по падению тела
|
|
|
Расчёт скорости движения от школы до дома
|
|
|
Определение мощности при подъёме по лестнице
|
|
|
Время реакции
|
|
|
Объём лёгких
|
|
|
Систолическое давление
|
|
|
Диастолическое давление
|
|
|
Сопротивление тканей
|
|
|
Фокусное расстояние
|
|
|
Оптическая сила глаза
|
|
|
Сила аккомодации
|
|
|
Слепое пятно
|
|
|
|
|
|
Дополнительные главы к тематическому планированию по физике.
Тема по физике
|
дополнение
|
Содержание занятия
|
Практические работы
|
|
Кинематика
|
Кинематика «человека»
|
Скорость движения человека, скорость движения крови в сосудах и зависимость от давления; уравнение Бернулли; роль инерции в организме и при движении; роль ускорения в жизни человека, выполнение
|
«Определение времени реакции человека»
«Расчёт скорости равномерного движения человека с измерительными приборами и без приборов»
|
Динамика
|
Виды сил в организме человека. Работа и мощность
|
Источник сил – мышцы, вес и его влияние на самочувствие, сила упругости различных материалов в организме человека, виды деформации костей; особенности строения костей и предел прочности, сила трения при движении и в суставах, особенности строения суставов и их подвижность.
|
«Определение коэффициента трения подошв обуви о различные поверхности»,
«Определение массы человека динамическим методом»
«Определение мощности развиваемой человеком».
|
Статика
|
Вопросы статики в жизнедеятельности человека
|
Определение центра тяжести человека, площадь опоры, устойчивое и неустойчивое равновесие; рычаги в теле человека;
|
практическое определение предельного угла неустойчивого положения
|
МКТ и термодинамика
|
Человек – материя, состоящая из молекул, атомов, ионов…
|
Тепловые явления в организме человека; теплообмен через кожу и лёгкие; почему мы краснеем и бледнеем; диффузия - осмос; диффузия в кишечнике; давление внутри человека; давление крови; влияние атмосферного и гидростатического давления на организм человека; энергетический обмен; метаболизм в клетках; энтропия; создание модели лёгких и сердца; сердце – ДВС?
|
«Определению давления крови в спокойном состоянии и после физической нагрузки»
«Как мы пьём и как мы дышим» (экспериментальная проверка);
«Расчёт минутного объёма крови»
«Определение объёма лёгких»
|
Электродинамика
|
Электрические свойства тела человека
|
Тело человека как проводник; клеточный потенциал; разность потенциалов при работе сердца; сопротивление человеческой ткани; влияние электрического тока на человека;
|
Определение сопротивления тканей человека.
|
Механизм влияния магнитных полей на человека
|
Что такое магнитные поля и как они влияют на проводник с током, аналогия воздействия на поток крови и последствия этого воздействия
|
|
Механические колебания и волны
|
Колебания в организме человека
|
Колебания, возникающие при дыхании, сердечной деятельности автоколебания голосовых связок и сердца; тремор, тепловое электромагнитное излучение; влияние инфразвука и ультразвука на организм человека.
|
|
Оптика
|
Глаз – как оптическая система
|
Строение глаза, виды заболевания, определение фокусного расстояния глаза и оптической силы, силы аккомодации глаза, причины зрительных иллюзий
|
«Определение слепого пятна, остроты зрения»
|
Повторение
|
Игровое занятие
|
Аналогия биологических систем и физических явлений, лото, конкурс кроссвордов и конкурс сочинений - фантазий
|
|
Методическое наполнение курса
1. Примерное содержание задач, используемых на уроках.
К теме Кинематика и Динамика
Спортсмен на заданной дистанции достигает скорости 9м/с. С какой скоростью он выбрасывает ступню каждой ноги?
Рассчитать ускорение ступней и головы при торможении, если известно, что скорость падения равна 2м/с, величина прогиба пола-1мм, а голова при торможении проходит путь 0,5м, так как после торможения ногами о пол, голова продолжает движение согласна I закону Ньютона.
Рассчитайте удлинение сухожилия человека под действием силы 10 Н. Считайте. Что сухожилие имеет форму сильно вытянутого цилиндра длиной 16см, диаметром 8,6мм.
Средняя площадь сечения бедренной кости 3см2. Какую силу сжатия может выдержать кость неразрушаясь?
Какую силу должен развить бицепс. Чтобы человек мог удержать в ладони груз массой 5кг в руке. Согнутой под углом450. Общая масса руки и предплечья 2кг.
Модуль Юнга поясничногопозвонка составляет примерно 1,4*108Н/м2. Найти силу, действующую на позвонок. Если абсолютная деформация равна 1,35мм. Длина костной пластины 2.7см, толщина 4см, ширина 2,5см.
Сердце взрослого человека за 1 сокращение прогоняет около 160 см крови. Оно сокращается примерно 70 раз в минуту, совершая работу 1 Дж за каждое сокращение. Какую работу совершает сердце за 1 день?
Чему равна мощность сердца спортсмена во время соревнований, если при одном ударе оно совершает работу 16 Дж, а ежеминутно делает 180 ударов?
Какую мощность развивает сердце человека, если при каждом биении, левый желудочек, сокращаясь, выталкивает в аорту около 70г крови под давлением 26 кПа, а за время, равное 1 мин, происходит приблизительно 75 сокращений желудочка? Плотность крови р=1,05 т/м3
При вдыхании человеком 1 л кислорода в организме (в результате взаимодействия кислорода с белками, жирами и углеводами) выделяется энергия 20 кДж. Для нормального функционирования организма человеку массой 70 кг требуется (даже во время сна) приток мощности 80 Вт. Какой объём вдыхаемого воздуха в секунду обеспечит такой приток мощности?
Сечение бедренной кости человека (в средней её части) напоминает пустотелый цилиндр с внешним радиусом 11 мм и внутренним 5 мм. Предел прочности костной ткани на сжатие 170 МПа. Груз, какой минимальной массы под действием силы тяжести, направленной вдоль кости, может её сломать?
Определите модуль упругости хрящевой ткани, поперечное сечение которой 1 см2, если растяжение ткани силой 100 Н, вызывает её относительное удлинение 4,2 %
К теме МКТ и Термодинамика
Средняя температура человека примерно равна 370С. Чему равна эта температура по шкале Кельвина?
Организм человека в результате обменных процессов генерирует тепловую мощность 75 Вт. Постоянство температуры тела обеспечивается в частности, испарением воды с поверхности кожи. Какое количество воды испаряется с поверхности кожи за 1 час?
Насколько отличается давление крови на уровне макушки и у подошв ног человека ростом 1,6м, стоящего прямо?
Во время тяжёлой физической работы сердце человека сокращается 150 раз в минуту. При каждом сокращении совершается работа, эквивалентная подъёму груза массой 150кг на высоту 27см. Определите мощность, развиваемую сердцем человека?
Человек голодает одну неделю. Средняя скорость обмена веществ составляет 100Вт в сутки. Оцените потерю массы человека.
Во время выполнения физических упражнений, 30 минут, человек выделяет количество теплоты, равное 750кДж, за счёт испарения пота с кожных покровов. Сколько воды при этом он потеряет?
На сколько процентов увеличивается средняя квадратичная скорость молекул воды в нашей крови при повышении температуры от 37 С до 40 С
Сколько молекул вы вдохнули при одном вдохе?
(≈500мл воздуха при одном вдохе)
Эритроциты крови человека представляют собой диски диаметром приблизительно 7* 10-6м. и толщиной 10 м. В крови объёмом 1мм содержится около 5 * 10-6 таких дисков. а) Если в теле взрослого человека содержится 5 л крови, то сколько в ней эритроцитов? б) Масса молекулы гемоглобина составляет около 6,8 * 10 а.е.м. Сколько молекул гемоглобина должно содержаться в одном эритроците, если плотность гемоглобина 1 кг/м3 и если мы будем считать, что эритроциты полностью состоят из гемоглобина?
(1 а.е.м. = 1,66 * 10 кг.)
Рассматривая микроскопом каплю крови, мы видим на фоне бесцветной жидкости красные кровяные тельца. Они не остаются в покое, а всё время беспорядочно движутся. Объясните явление.
На каком явлении основан процесс проникновения молекул кислорода из органов дыхания в кровеносные сосуды?
Каковы физические основы проникновения питательных веществ через стенки кишечника в кровь?
Нормальная температура человека в подмышечной впадине 36,8 С, а в лёгких-32 С. Чем объясняется более низкая температура лёгких?
Сухожилие длиной 0,12 м. и площадью поперечного сечения 2 * 10м. при нагрузке в 68,6 Н удлинилось на 2,9 * 10 м. Определить для него модуль Юнга.
В теле взрослого человека имеется до 160 млрд. капилляров. Благодаря этому каждая клетка через тканевую жидкость снабжается необходимыми питательными веществами и кислородом. Смачивает ли кровь стенки капилляров?
В холодный день часть энергии человек тратит на нагревание вдыхаемого воздуха. Предположим, что созданы условия дыхания для минимальной активности (11 вдохов в мин. и 0,5 л воздуха на вдох). Вычислите потерю теплоты, связанную с дыханием, если температура окружающей среды равна – 200С .
Ежедневно человек получает с пищей 3000 ккал. В течение рабочего дня человек поднимает 20-и килограммовые ящики с уровня земли на платформу, возвышающуюся над землёй на 1,5 м. Человек поднимает эти ящики каждые 10с. на протяжении 8-часового рабочего дня. Какая доля полученной им энергии необходима для совершения работы?
Определите скорость дыхания человека, идущего быстрым шагом, если скорость обмена веществ у него равна 350 ккал/ч. (Предположите, что объём каждого вдоха 0,7 л.)
Окисление 1 г. жира в организме требует выполнения мышечной работы 10 ккал. Предположим, что человек хотел похудеть за прогулку на 0,5 кг. Какова должна быть продолжительность прогулки?
При большой физической нагрузке в организме вырабатывается значительное количество тепла - до 1400 ккал/ч, и если тело человека каким-то образом не рассеивало это тепло, то его температура могла бы повышаться градусов на 15 в час, а это недопустимо. Как же рассеивается тепло?
Мышцы ног при беге со средней скоростью за 1 мин расходуют около 24 к Дж энергии. Определить, сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы ног за 25 мин. бега, если кислород доставляется кровью к мышцам в достаточном количестве для полного окисления глюкозы.
Известно, что при тяжёлой физической работе, человек выделяет пот объёмом 10л. Какая масса воды может быть нагрета от 400С до 1000С за счёт той тепловой энергии, которая затратилась на потоотделение?
Чтобы вызвать единичную мутацию необходимо к молекуле ДНК подвести энергию около 5 * 10 Дж. Вычислить во сколько раз энергия теплового движения при температуре тела человека (37 С) меньше той, которая способна вызвать изменение генетической программы.
Определить количество теплоты, выделяемое за 45 мин. организмом человека, имеющего массу 50 кг, если известно, что человеческое тело массой 1кг излучает в секунду 1,6 Дж энергии.
К теме Электродинамика
Какие изменения вызывает ток в теле человека?
Тело человека обладает емкостью около 30 см. Какого радиуса следует изготовить изолированный шарообразный проводник, чтобы он имел такую же ёмкость?
Потенциал конвейерной ленты при клейке подошв достигает 8000 В. Работницы, сидящие на деревянных скамейках, во время работы касаются ленты руками и получают заряд. Считая ёмкость тела работницы равной 25пФ, определите заряд, сообщаемый её телу.
При франклинизации больного между электродами за время одной процедуры лечения (10 мин) проходит заряд 1,6 * 10 Кл. Определите среднюю силу тока.
Рассчитайте полное сопротивление конечности человека переменному току городской сети, если она обладает активным сопротивлением R=1000 Ом и ёмкостью 0,001 мкФ.
Найдите силу и мощность электрического тока, который пойдёт через организм человека, если он коснётся руками сетевых проводов, находящихся под напряжением 220 В.
К теме Оптика
Пациент при проверке зрения чётко видит буквы на расстоянии 0,16м. от глаза. Определить недостаток его зрения. Какой оптической силы очки ему требуются?
В области наибольшей чувствительности глаза при дневном свете порогу зрительного ощущения соответствует мощность света 4 * 10 Вт. Какое количество фотонов в 1с. поглощается при этом?
Для чего нужны два глаза?
При рассмотрении, какого предмета - близкого или далёкого хрусталик становиться более выпуклым?
Какие очки должны быть прописаны человеку, если он видит в воде нормально.
Таблицы в электронном виде, используемые на уроках.
-
Используемая Литература:
Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах. - М. «Наука»,1988
Фарбер Ф.Е.Физика (для подготовки в высшие медицинские учебные заведения).- М. «Высшая школа», 1979
Чандаев С.А. Физика и человек.- М. 1994
Джеймс Бивен, Иллюстрированное руководство по анатомии и физиологии.- «Внешсигма», 1994
Енохович А.С. Справочник по физике и технике. - М. «Просвещение», 1989
Кац Ц. Б. Биофизика. – М.: Просвещение, 1974
http://www.anatomus.ru/blood/
http://elkin52.narod.ru/medik.htm
 |
