Статья Нестерова Е.В. ОСОБЕННОСТИ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В КЛАССАХ ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
статья по физике (10 класс)

Нестерова Е.В.

ОСОБЕННОСТИ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В КЛАССАХ
ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Аннотация. Изложение  особенностей изучения физики в  классах химико-биологического профиля, что является актуальной проблемой в связи ограниченностью часов курса физики в учебных планах школы.

Дисциплина «Физика» является фундаментом всякого естественнонаучного и инженерного образования. Специфика вуза, в который поступают выпускники 11 классов,  накладывает соответствующие требования выбора подходящей формы курса физики, его объёма, места дисциплины в структуре образовательной программы, уровня используемого математического аппарата и связи курса с другими дисциплинами.

Для изучения неживой материи в экспериментах могут применяться мощные физические воздействия и методы упрощения систем. [1]

Живая материя намного сложнее неживой, она не допускает ни мощных воздействий, ни жестких очисток, ни упрощений, поэтому для успешной работы в различных областях медицины, сельского хозяйства, необходимы глубокие познания закономерностей физических процессов в живом организме.

В настоящее время физика взаимодействуя с биологией, химией привела к созданию новейших технологий и технических средств, используемых в различных отраслях . На стыке биологии, химии и физики возникла новая наука -  биофизика, которая изучает физические и физико-химические процессы в живых организмах, а также структуру биологических систем на всех уровнях организации – от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма.

В МБОУ СШ №32 г. Смоленска 10-11 классы делятся на классы профильного уровня, такие как физико-математический, химико-биологический и социально-экономичский. Физика изучается более детально в классах физико-математического профиля, а, соответственно, биология и химия, в классах химико-биологического профиля. Для того, чтобы ученикам привить интерес к изучению предметов не своего уровня, необходимо на уроках физики в химико-биологических классах проводить параллель между физикой и другими учебными диссциплинами.

С целью развития у школьников творческого мышления в каждом разделе учебной дисциплины их внимание необходимо привлекать к вопросам, на которые современная наука не дала ещё однозначного ответа. [2]

При решении практических задач и при выполнении лабораторных работ с применением классических законов физики, необходимо параллельно включать в рассмотрение упражнения с прикладной направленностью, затрагивать изучение современных новейших технологий, диагностической и исследовательской аппаратуры, источников лазерного излучения, приборов для автоматической регистрации физиологических процессов в организме человека, животных и многое другое.

Например, изучая тему «Механика» раздел «Упругие свойства твердых тел», ученику на уроках элективного курса «Решения практических задач по физике», предлагается решить задачу: «При увеличении давления крови кровеносные сосуды расширяются (за счет растяжения волокон эластина и коллагена, а также гладких мышц, образующих стенки сосудов). Считая кровеносный сосуд тонкостенным цилиндром с толщиной стенок h=0,3 мм, найти его радиус, если давление крови в нем Р = 5 мм. Рт .ст. (избыточное над атмосферным). Радиус недеформированного сосуда r0 = 1 мм. Модуль упругости для тканей сосуда при небольших деформациях Е = 0,1 МПа.» [5]

Решение: Стенки кровеносных сосудов растягиваются и их радиусы увеличиваются от r0 до r, при увеличении кровеносного давления. Рассмотрим модель: бесконечно малый участок поверхности кровеносного сосуда – полоску длины х и ширины rdϕ. Сила, с которой кровяное давление действует на участок

.                (1)

Это сила уравновешивается силой растяжения стенок капилляра

.                (2)

Силу, растягивающую капилляр F1, найдем из закона Гука:

                 (3)

где S1=hx – площадь бокового сечения выбранного участка.

Т.к. то  

Поставив это выражение в формулу для dFy, и, учитывая, что dFx=dFy, получим

                (4)

Тогда                                

Решив задачу, ученикам предлагается ознакомиться с новейшими открытиями в биофизике: «Ученые из Японии показали, что механические напряжения помогают создать искусственные сосуды. Японские ученые поместили стволовые клетки внутрь полиуретановой трубки и пропускали через трубку жидкость под переменным давлением. Параметры пульсирования и структуры механических напряжений были примерно теми же, что и в реальных человеческих артериях. Результат обнадеживает - стволовые клетки "превратились" в клетки выстилки кровеносных сосудов. Эта работа позволяет глубже понять роль механических напряжений в развитии органов. На повестке дня создание искусственных "запчастей для ремонта" кровеносной системы.»[4]

Достаточно объемная тема «Электрическое поле» может включать в себя вопросы изучения биопотенциалов клеток и тканей. После изучения основного материала по этому вопросу, возможно привести ряд интересных научных фактов, например, «для исследования биопотенциалов используют маленьких кальмаров лолиго. Их длина со щупальцами всего 30-40 см. Но одиночное нервное волокно у них достигает в диаметре 1 мм.  Не зря его, поэтому, называют гигантским. Толщина аксонов кальмара превышает толщину аксонов  у позвоночных животных в 100-1000 раз. Внутрь такого аксона легко ввести микроэлектрод толщиной до 100 мкм». [3]

Современная физика расширяет границы своей применимости к рассмотрению биологических явлений. Развитие биофизики, как части современной физики свидетельствует о её неограниченных возможностях. Приходится, конечно, вводить новые физические представления, но не новые принципы и законы. [2]

Список  литературы

• Иванов И.В. Основы физики и биофизики. СПб.: Издательство «Лань», 2012. 6 с.
• Свириденко Ю.Ф., Кунцов В.П. Особенности преподавания физики для биологических специальностей аграрных вузов //URL: www.rusnauka.com/18_NilN_2007/Pedagogica/22918.doc.htm 
• Белановский А.С. Основы биофизики в ветеренарии. М.:  Дрофа, 2007. 5-8, 225 с.
• Юрий Нечипоренко. Достижения современной биофизики. //URL: http://www.russ.ru/pole/Dostizheniya-sovremennoj-biofiziki 
• Иванов И.В. Сборник задач по курсу основы физики и биофизики. СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 20 с.

Без выступления