В современном образовании сохраняется противоречивая ситуация: усиливающиеся интеграционные тенденции сосуществуют с достаточно сильной дифференциацией.
Мнение исследователей, анализ педагогической практики, психофизиологическое обоснование все более подтверждает полезность интеграции.
Науки не существуют отдельно: физика, химия, биология, и т. д.- есть определенный уровень культуры! Опускаться ниже уже некуда. Поэтому интеграция в обучении позволяет сохранить образовательный минимум для развития грамотного современного человека.
Если в школе есть коллектив единомышленников (педагогов и учеников), тогда такая работа приносит удовлетворение, результат такой деятельности всегда положительный.
Мы провели целую серию интегрированных уроков по биофизике, совместно с математиками (законы механики и производная, графики и их интерпретация в физике и математике, физический смысл интеграла), физики и географии (проблемы ТЭЦ 5),химии и географии (природные углеводороды) и т.д.
В этом учебном году мы провели два бинарных урока биофизики: кровеносная и пищеварительная системы человека и универсальные законы классической механики.
На конкурс представляем разработку интегрированного бинарного урока по биофизике.
Цели урока: рассмотреть работу системы кровообращения с позиций биофизики; развитие аналитических способностей учащихся на примере работы сложных биосистем; воспитание правильного отношения к собственному здоровью.
Оборудование: таблица «Кровеносная система человека», мультимедиапроектор, компьютер, раздаточный материал.
План урока:
- Организационный момент (2 мин.)
- Синквейн (5 мин.)
- Строение сердца и кровообращение (5мин.)
- Работа с таблицей (25 мин.)
- Рефлексия (5 мин.)
- Итоги урока (3 мин.)
Ход урока
I. Организационный момент.
Подготовка учащихся к проведению урока, приветствие учителей и гостей на уроке.
II. Актуализация знаний.
Учитель биологии сообщает тему урока (слайд 1) и говорит о том, что сегодня не совсем обычный урок. На уроке присутствуют 2 учителя – биологии и физики. Это обусловлено тем, что к изучению темы мы подойдём с позиций физики и биологии. Согласно плану урока мы предлагаем составить синквейн (слайд 4) со словом сердце, являющимся главным органом в системе кровообращения, тем «мотором», который приводит в движение кровь по сосудам. Далее слушаем содержание синквейнов учеников и показываем на экране тексты синквейнов учителя физики и биологии (слайды 5, 6).
Анализируем результат совместной работы и приходим к выводу о необходимости рассмотреть систему кровообращения с позиций биофизики.
III. Повторение и обобщение знаний.
Учитель биологии формулирует вопрос: «Каковы особенности строения сердца, обусловливающие функцию продвижения крови по сосудам?» Этот вопрос был задан ученикам на предыдущем уроке в качестве домашнего задания. Пользуясь рисунком на слайде 7, учащийся даёт ответ на вопрос, анализируя особенности строения миокарда, предсердий, желудочков, строение и расположение створчатых и полулунных клапанов, а так же сущность сердечного цикла и автоматии сердца.
Затем ученикам предлагается работа с таблицей «Система кровообращения», в которой записывают физические и биологические процессы, характеризующие процесс кровообращения (слайд 8).
Учащиеся, перечертив таблицу в тетрадь, внимательно слушают объяснение учителей физики и биологии и заполняют таблицу.
Учитель физики. Упругость
Здоровый организм человека – упругие, эластичные сосуды и органы.
Сила упругости – это сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону противоположную перемещениям частиц тела при деформации. Только при упругих деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине деформации (закон Гука), упругость сосудов сердца позволяет правильно пульсировать крови (слайд 9)
Учитель биологии.
Пульс (лат. pulsus удар, толчок) - периодические, связанные с сокращениями сердца колебания объема сосудов, обусловленные динамикой их кровенаполнения и давления в них в течение одного сердечного цикла. У среднестатистического здорового человека нормальный пульс в покое равняется 60-80 ударам в минуту. Итак, чем экономичнее обменные процессы, тем меньшее количество ударов делает сердце человека за единицу времени, тем больше продолжительность жизни. Если ваша цель - продление жизни, то необходимо следить за эффективностью процесса, а именно за показателями пульса (слайд 9).
Учитель физики. Колебания
Периодическое движение – это повторяющееся движение, у которого каждый цикл почти в точности воспроизводит любой другой цикл. Это характерно для работы здорового сердца (слайд 10).
Учитель биологии. Сердечный цикл (Фазы сердечного сокращения)
Как говорилось ранее, сердце представляет собой своеобразный насос, работа которого возможная при соблюдении нескольких условий:
- Слаженности работы всех систем сердца (проводящей, системы клапанов, кровеносной системы),
- Поочередности сокращения мышц камер сердца,
- Непрерывного поступления крови в сердце, как в полости, так и в саму сердечную мышцу.
Работа сердца строго циклична, и на каждое действие, входящее в этот цикл имеет свою очередность и определенное время. Сердечная мышца выполняет два действия – сокращается и расслабляется, что приводит к сокращению и расслаблению камер сердца – предсердий и желудочков. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, а ее расслабление – диастолой.
Сердечный цикл длится всего 0,8 секунды и это время распределено следующим образом:
- 0, 1 секунды длится систола предсердий,
- 0,3 секунды длится систола желудочков,
- 0,4 секунды длится сердечная пауза (слайд 10).
Учитель физики. Теплообмен
Теплопередача (теплообмен) – процесс изменения внутренней энергии тела, при котором над телом не совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим. Теплопередача идет всегда в одном направлении: от нагретого тела к холодному, от нагретых участков тела человека к менее нагретым (слайд 11)
Учитель биологии. Теплообмен.
Кровеносные сосуды пронизывают все наше тело, проникая в мышцы, печень и другие органы, где образуется тепло. Кровь в этих органах нагревается и, перетекая по сосудам в другие части тела, отдает часть своего тепла. Так кровь разносит тепло по организму, как бы выравнивая температуру внутри тела.
Особое значение для организма имеют сосуды кожи. Когда температура окружающей среды становится высокой, кровеносные сосуды кожи расширяются, через них протекает больше крови, кожа нагревается, отдача тепла в окружающую среду увеличивается. Если же температура окружающего воздуха падает, организм стремится сохранить тепло. Просветы кровеносных сосудов суживаются, отдача тепла уменьшается (слайд 11,12).
Учитель физики. Электрические заряды.
Электрический заряд-это количественная мера способности тела к электромагнитным взаимодействиям. Заряды бывают двух видов – положительные и отрицательные. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются (слайд 13)
Учитель биологии. Электрические явления.
На слайде13 изображены эритроциты. Их мембраны заряжены отрицательно, поэтому они, отталкиваясь друг от друга, не склеиваются между собой. Сокращения сердца сопровождаются электрическими процессами, которые можно обнаружить как переменную разность потенциалов между симметричными точками поверхности тела и записать специальными приборами. Так записывается электрокардиограмма (слайд14).
Учитель физики. Звук.
Звуковые волны – это процесс распространения механических колебаний в упругой среде. Звук – это механическая продольная волна (от 16- 20.000Гц)
Весь наш организм звучит! (слайд 15)
Учитель биологии. Звуковые волны. Тоны сердца.
Если к грудной клетке приложить ухо или фонендоскоп, то можно услышать ритмичные звуки – тоны сердца. Их три: первый тон возникает при сокращении желудочков и обусловлен колебаниями сухожильных нитей и закрытием створчатых клапанов; второй тон возникает в начале диастолы в результате закрытия полулунных клапанов артерий, а третий тон – очень слабый, его можно уловить только с помощью чувствительного микрофона. Он возникает вследствие наполнения кровью предсердий (слайд 15).
Учитель физики. Диффузия и осмос.
Диффузия – это явление взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга, происходящее вследствие беспорядочного движения частиц вещества. Скорость диффузии зависит от температуры тел и от их агрегатного состояния. Быстрее всего диффузия происходит в газах, так между молекулами газа большие промежутки и больше скорость хаотического движения молекул, чем в жидкостях и твердых телах при одинаковых температурах. Осмос – процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворенного вещества. Осмос играет важную роль во многих биологических процессах.
(слайд 16)
Учитель биологии. Газообмен в лёгких и тканях.
Стенки альвеол и капилляров очень тонкие. Кровь, которая попадает в легкие, бедна кислородом и насыщена углекислым газом. Воздух в легочных альвеолах, наоборот, богат кислородом, а углекислого газа в нем значительно меньше. Поэтому в соответствии с законами осмоса и диффузии кислород из легочных альвеол устремляется в кровь, где соединяется с гемоглобином эритроцитов. Кровь приобретает алую окраску. Углекислый газ из крови, где он содержится в избытке, проникает в легочные альвеолы. Из венозной крови в легочные альвеолы выделяется также вода, которая в виде пара при выдохе удаляется из легких.
В органах нашего тела постоянно происходят окислительные процессы, на которые расходуется кислород. Поэтому концентрация кислорода в артериальной крови, которая поступает в ткани по сосудам большого круга кровообращения, больше, чем в тканевой жидкости. В результате кислород свободно переходит из крови в тканевую жидкость и в ткани. Углекислый газ, который образуется в ходе многочисленных химических превращений, наоборот, переходит из тканей в тканевую жидкость, а из нее в кровь. Таким образом, кровь насыщается углекислым газом (слайд16).
Учитель физики. Давление.
Давление – это физическая величина равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности тела, к площади этой поверхности. В жидкостях и газах давление передается одинаково по всем направлениям (закон Паскаля) (слайд 17)
Учитель биологии. Давление крови на стенки сосудов.
Сокращаясь, сердечная мышца оказывает сильное давление нанаходящуюся в желудочках кровь. Кровь передаёт давление стенкам сосудов. Измеряя давление в плечевой артерии с помощью манометра, врач отмечает верхнее (в момент сокращения ) и нижнее (в момент расслабления). Нормальное давление – 120-140/60-80 мм ртутного столба. По мере продвижения по кровяному руслу давление падает, так как благодаря действию силы сопротивления, зависящей от трения, упругости сосудов, вязкости крови, сила, действующая на кровь, уменьшается. Минимальное давление крови в венах (слайд 17).
Учитель физики. Скорость движения жидкости.
Скорость – это отношение перемещения к промежутку времени, за которое произошло перемещение. Скорость движения жидкости по сосудам зависит от площади их поперечного сечения. Давление жидкости, текущей по трубе, больше там, где скорость движения жидкости меньше, и обратно: давление меньше там, где скорость движения жидкости больше. Эту зависимость между скоростью движения жидкости и ее давлением называют законом Бернулли (слайд 18).
Учитель биологии. Скорость движения крови по сосудам.
Скорость движения крови зависит от ширины кровеносного русла. В аорте скорость максимальна. Артерии, на которые она ветвится, имеют меньший диаметр, однако, общая площадь поперечного сечения всех артерий возрастает, поэтому скорость уменьшается. Общая ширина просветов капилляров больше, следовательно, скорость кровотока здесь ещё меньше. Вены имеют меньший просвет, чем капилляры, но больший, чем артерии, поэтому скорость в них – средняя (слайд 18).
На слайде 19 представлена сводная таблица, демонстрирующая результат совместной работы учеников и учителей. Учащиеся формулируют выводы о физических явлениях, происходящих в биосистеме – организме человека.
Учитель биологии. Здоровый образ жизни обеспечивает человеку счастье.
Сердечно - сосудистые заболевания занимают первое место среди всех болезней человека. Каждый из нас должен знать, как сохранить здоровье. Гиподинамия, переедание, курение, алкоголь, стрессы – это факторы, провоцирующие сердечно-сосудистые заболевания (слайд 20).
В конце урока проводим рефлексию «Сердечки»
IV. Рефлексия.
6 учеников произвольно вытягивают разноцветные сердечки, на которых написано задание для рефлексии, и отвечают на него.
- Белое – ученик констатирует новые факты, явления, процессы, о которых он впервые узнал на этом уроке.
- Желтое – ученик называет то, что ему понравилось на уроке.
- Черное – ученик называет то, что ему не понравилось на уроке.
- Красное – ученик анализирует эмоциональный фон урока.
- Зеленое – ученик отмечает творческие моменты урока
- Синее – ученик подводит итоги урока.
Источники информации:
- ru.wikipedia.org
- http://www.plam.ru/
- http://dic.academic.ru/
- nauka03.ru›mekhanizmy-teploregulyatsii/