конспект урока по биологии в 8 классе с использованием межпредметных связей по теме "Движение крови по сосудам"
план-конспект урока по биологии (8 класс)

Использование межпредметных связей на уроках биологии

Изучение темы «Движение крови по сосудам» с применением межпредметных связей с физикой. Конспект урока с использованием элементов проблемного обучения

8.Цель  урока: Формирование представлений обучающихся о физических закономерностях движения крови в организме

9. Задачи:

- изучить основы гемодинамики, выявив физические закономерности движения крови по сосудам

- развивать логическое мышление учащихся, умение рассуждать и делать логические выводы

- развивать умение применять физические формулы для объяснения механизма кровообращения  

10.Тип урока: изучение нового материала

11.Формы работы учащихся: поиск причинно-следственных связей,  поиск ответов  на проблемные вопросы

12.Необходимое техническое оборудование: таблица "Кровообращение в организме, тонометр, слайды

Ход урока:

  1. Повторение изученного материала в ходе фронтальной беседы по вопросам:

      а) Что такое максимальное и минимальное кровяное давление?

      б) От чего зависит величина кровяного давления в сосудах?

      в) Продемонстрируйте, как измеряется кровяное давление? Каковы средние значения давления, считающиеся физиологической нормой в подростковом возрасте?

      г) Каковы причины изменений кровяного давления?

      д) Охарактеризуйте механизмы саморегуляции кровяного давления

      е) Что такое артериальный пульс?

2. Изучение материала с опорой на знания учащихся, полученных на уроках физики в разделе "Гидродинамика"

       1) Теоретическая основа:

    Мы выяснили, что движущей силой кровотока является разница давления между различными отделами сосудистого русла: кровь течет из области высокого давления к области низкого давления. Чем дальше сосуд от сердца, тем ниже в нем давление. Этот градиент давления служит источником силы, преодолевающей гидродинамическое сопротивление; последнее зависит от размеров сосудов и вязкости крови.

       2) Организация рассуждений учащихся:                                                                                          Рассмотрим закономерности изменения скорости движения крови в сосудах. В каких сосудах, на ваш взгляд, скорость движения крови максимальна? Скорость движения крови велика в аорте, так как это ближайший к сердцу сосуд. Вспомним строение стенок кровеносных сосудов.

    (Учащиеся вспоминают, что в стенках артерий много мышечных волокон, они эластичны, а в стенках аорты находятся хрящевые элементы; вены, напротив, менее упруги, но более растяжимы. Напрашивается логический вывод о том, что крови "легче" передвигаться по артериям, учитывая особенности строения сосудов).

     Рассуждение: в чем логический смысл того, что скорость движения крови минимальна в капиллярах? (учащиеся вспоминают, что стенка капилляров представляет собой однослойный эпителий, что облегчает диффузию газов через сосуд, следовательно, малая скорость движения крови в капиллярах объясняется выполняемой ими функцией).

      Рассуждение: почему скорость движения крови в венах больше, чем в капиллярах?

Вспомним закономерности гидродинамики: от чего зависит скорость течения жидкости в трубах переменного сечения? (учащиеся вспоминают правило "скорость течения жидкости в трубе переменного сечения обратно пропорциональна площади поперечного сечения трубы"). Если измерить суммарные величины просветов капилляров, то окажется, что их суммарный диаметр в 500 - 600 раз больше диаметра аорты. Аорта является самым "узким" местом в большом круге кровообращения, и скорость движения крови в ней равна 30 - 50 см/с. В самом "широком" месте большого круга - капиллярах- скорость движения крови составляет 0,5 - 1 мм/с. Суммарный диаметр трубки, составленной из просветов всех вен, меньше суммарного диаметра капилляров, следовательно, и скорость движения крови в венах увеличивается в сравнении с капиллярами.  

       3) Доказательная база:

     Познакомимся с физическими основами гемодинамики. Все факторы, влияющие на кровоток, в конечном счете могут быть приближенно сведены к уравнению, сходному с законом Ома: Q= ΔP/R, где   ΔР - разность давления в артериальной и венозной частях кровяного русла, а R -гидродинамическое  сопротивление. Из этого уравнения следует, что объемная скорость кровотока Q  отражает кровоснабжение того или иного органа. Она равна объему крови, протекающему через поперечное сечение сосудов в единицу времени, и измеряется в мл/с. Ее можно вычислить, исходя из линейной скорости кровотока V  через поперечное сечение сосуда и площади этого сечения (S = πr2); Q=VS.

      В соответствии с законом неразрывности струи объемная скорость тока жидкости в системе из трубок разного диаметра (подобной кровеносной) постоянна независимо от поперечного сечения трубки. Таким образом, если через последовательно соединенные трубки протекает жидкость с постоянной объемной скоростью, линейная скорость движения жидкости в каждой трубке обратно пропорциональна площади ее поперечного сечения.

       Гидродинамическое сопротивление обусловлено внутренним трением между слоями жидкости и стенками сосуда. Оно зависит от размеров сосуда и от вязкости и типа течения жидкости.

       Вязкость негомогенной жидкости (цельной крови) определяется количеством форменных элементов и в меньшей степени белками плазмы. Чем больше форменных элементов или белков, тем выше вязкость крови. Когда текущая жидкость соприкасается с относительно  неподвижной поверхностью (стенкой сосуда), то слои жидкости перемещаются с различными скоростями. В результате между этими слоями возникает напряжение сдвига: боле быстрый слой стремится вытянуться в продольном направлении, а более медленный задерживает его. В мелких сосудах напряжение сдвига настолько мало, что вязкость крови может возрастать в 10 раз. Этот механизм также способствует снижению скорости крови.

       4) Организация рассуждений учащихся:

      Как зависит движение крови в сосудах от типов течения жидкости? Учащиеся вспоминают  из факультативного курса физики 2 типа течения жидкостей: ламинарное (слоистое) и турбулентное (вихревое). В физиологических условиях почти во всех отделах кровеносной системы наблюдается ламинарное течение (жидкость движется как бы цилиндрическими слоями, и все ее частицы перемещаются только параллельно оси сосуда).

       Чем меньше диаметр сосуда, тем ближе центральные «слои» жидкости к его неподвижной стенке и тем больше они тормозятся в результате вязкостного взаимодействия с этой стенкой. Вследствие этого в мелких сосудах средняя скорость кровотока ниже. Крупные частицы крови располагаются всегда ближе к оси сосуда. Таким образом, средняя скорость кровотока выше, чем скорость тока плазмы. При возрастании скорости кровотока (например, при мышечной работе или снижении вязкости крови вследствие, например, выраженной анемии) течение крови может стать турбулентным во всех крупных артериях. Шумы, возникающие при таком турбулентном течении, можно выслушать даже без стетоскопа.

        5) Итоговое заключение:

        Более широко можно описать закономерности кровотока с помощью закона Хагена-Пуазейля: Q = π r4 ΔP/(8ηl)

Где η  -вязкость жидкости,      l  -длина сосуда

Таковы общие представления о гемодинамике с физической точки зрения.

       Остается лишь сожалеть о том, что раздел «Гидродинамика» исключен из современного школьного курса физики.