Элективный курс "Физика человека"

В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания на физические параметры, характеризующие человека. Однако в связи с изучением вопросов психологии в школе, моделировании процессов, происходящих в живых организмах, в технике, развитием такой науки как бионика у учащихся всё чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека.

В ходе изучения данного курса учащиеся не только удовлетворят свои образовательные потребности, но и получат навыки исследовательской деятельности, познакомятся с методами исследования в физике и биологии, получат краткие данные о медицинской и биологической аппаратуре. Навыки, полученные при работе с измерительными приборами, выполнение практических работ и постановка эксперимента пригодятся в дальнейшей научно-технической деятельности. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет им установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, сформирует интерес не только к физике, но и биологии.

Программа курса носит практико-ориентированный характер с элементами научно-исследовательской деятельности. Данный элективный курс может быть использован для преподавания в классах с биолого-химическим или медицинским профилями.

Изучение элективного курса рассчитано на 17 часов, из них на изучение теоретических вопросов 7,3 ч. (43%), практических занятий  (решение задач, выполнение лабораторных работ) –9,7 ч. (57%)

Основные цели курса:

• Показать учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму, перспективное развитие науки и техники, а также показать в каких сферах профессиональной деятельности им пригодятся полученные на спецкурсе знания.
• Создать условия для формирования и развития интеллектуальных и практических умений у учащихся в области физического эксперимента.
• Развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию.

Задачи курса:

• Способствовать формированию познавательного интереса к физике, развитию творческих способностей у учащихся.
• Развивать интеллектуальную компетентность учащихся.
• Формировать навыки выполнения практических работ, ведения исследовательской деятельности.
• Совершенствовать навыки работы со справочной и научно популярной литературой.

По окончании изучения курса учащиеся должны

• знать:
  • какие физические законы можно использовать при объяснении процессов, происходящих в организме человека;
  • особенности своего организма с точки зрения законов физики.
• уметь:
  • работать с различными источниками информации;
  • наблюдать и изучать явления, описывать результаты наблюдений;
  • моделировать явления, отбирать нужные приборы, выполнять измерения, представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков, ставить исследовательские задачи.

Основное содержание курса

Содержание курса качественно отличается от базового курса физики. На уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Однако очень важно, чтобы у учащихся постепенно складывались убеждения в том, что, причинно-следственная связь явлений имеет всеобщий характер и что, все явления, происходящие в окружающем нас мире, взаимосвязаны. В курсе рассматриваются вопросы, направленные на развитие интереса к физике, к экспериментальной деятельности, формирование умений работать со справочной литературой. По окончании изучения курса учащиеся составляют “Физический паспорт человека”.

Механические параметры человека – 10 ч.

Физика. Человек. Биофизические исследования в физике. Линейные размеры различных частей тела человека, их масса. Плотности жидкостей и твердых тканей, из которых состоит человек.
Кинематические величины и тело человека.
Движение тела в поле силы тяжести. Свободное падение. Время реакции человека. Движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Первый закон Ньютона. Инерция в живой природе. Второй закон Ньютона. Определение силы человека. Динамика мышечной ткани. Третий закон Ньютона.
Тело человека в гравитационном поле земли. Условия длительного существования человека на космической станции. Меры защиты летчиков и космонавтов от ускорения. Невесомость и перегрузки.
Прямохождение и опорно-двигательная система человека. Ходьба человека. Виды суставов. Деформация костей, сухожилий, мышц. Прочность биологических материалов. Строение костей с точки зрения возможности наибольшей деформации.
Проявление силы трения в организме человека, естественная смазка. Тормозной путь.
Давление. Атмосфера и человек. Дыхание. Давление жидкости. Давление крови.  Законы движения крови в организме человека.
Сохранение равновесия живыми организмами. Центр тяжести тела человека. Рычаги в теле человека.
Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности. «Энергетика» и развитие человека. Применение закона сохранения энергии к некоторым видам движения человека.
Роль атмосферного давления в жизни человека. Осмотическое давление. Изменение кровяного давления в капиллярах. Органы дыхания.
Лабораторные работы.

• Проведение антропологических измерений
• Определить среднюю скорость движения.
• Определение времени реакции человека.
• Градуировка динамометра и определение становой силы человека.
• Определение коэффициентов трения подошв обуви человека о различные поверхности.
• Определение мощности, развиваемой человеком.

Колебания и волны в живых организмах – 2 ч.

Колебания и человек. Происхождение биоритмов. Сердце и звуки, сопровождающие работу сердца и легких, их запись.
Звук как средство восприятия и передачи информации. Орган слуха. Ультразвук и инфразвук. Область слышимости звука. Голосовой аппарат человека. Характеристики голоса человека.
Лабораторная работа.

• Определение дыхательного объема легких человека.
• Проведение инструментальных измерений и функциональных проб.
• Подсчет пульса до и после дозированной нагрузки.
• Изучение свойств уха.

Тепловые явления – 1 ч.

Терморегуляция человеческого организма. Влажность. Органы дыхания. Тепловые процессы в теле человека. Человек как тепловой двигатель. Лабораторная работа.

• Подсчет энергетических затрат и определение калорийности рациона

Электричество и магнетизм – 2 ч.

Электрические свойства тела человека. Биоэлектричество. Бактерии – первые электрики Земли. Фоторецепторы, электрорецепторы, биоэлектричество сна. Электрическое сопротивление органов человека постоянному и переменному току.
Человек в мире электромагнитных излучений.
Лабораторная работа.

• Определение сопротивления тканей человека постоянному и переменному электрическому току.

Оптические параметры человека – 1 ч.

Строение глаза человека. Сила аккомодации глаза. Оптическая сила. Дефекты зрения и способы их исправления. Особенности зрения человека. Разрешающая способность глаза человека. Как получается, что мы видим. Для чего нам два глаза. Спектральная и энергетическая чувствительность глаза.
Лабораторная работа.

• Наблюдение некоторых психофизиологических особенностей зрения человека.
• Определение характеристических параметров зрения человека.
• Определение спектральных границ чувствительности человеческого глаза.

Система аттестации учащихся. После окончания изучения курса зачет ставится при выполнении следующих условий:

• Активное участие в подготовке и проведении семинаров, конференций, выпуске газет, изготовлении моделей.
• Выполнение не менее половины лабораторных работ.
• Выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского характера.
• Составление “Физического паспорта человека”.

Тематическое планирование курса