Бинарный урок (биология + физика) по теме "Система органов кровообращения". 9-й класс

Цели: повторить и обобщить знания учеников кровеносной системы, продемонстрировать применение законов физики для объяснения процессов, обеспечивающих деятельность кровеносной системы.

Методическая цель: создание условий для развития естественнонаучного мировоззрения; достижения учениками межпредметных компетенций, метапредметных учебных действий.

Технология: исследовательская, интегрированный бинарный урок биология-физика, с использованием ИКТ.

Планируемый результат: обобщение и закрепление знаний о процессах, происходящих в кровеносной системе человека. Формирование межпредметных связей, универсальных учебных действий.

Урок сопровождается презентацией (Приложение).

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Учитель биологии. Доброжелательный настрой на урок. Снятие эмоционального напряжения.

Постановка проблемы.

Тема нашего урока «Система органов кровообращения». Основой этой системы является сердце. Стихотворение «Что такое сердце». (Слайд 2)

Камень твердый?
Яблоко с багрово-красной кожей?
Может быть, меж ребер и аортой
Бьется шар, на шар земной похожий?
Так или иначе, все земное
Умещается в его пределы,
Потому что нет ему покоя,
До всего есть дело.

Э. Межелайтис

Сердце – самый работоспособный, продуктивный, функциональный и важный механизм в нашем организме. Сердцу даже ставят памятники. Так памятник сердцу украшает двор института сердца в Перми.
Человек – открытая биологическая система. Поэтому строение органов и процессы, происходящие в них можно объяснить не только с точки зрения биологии, но и физики и химии.

2. Выдвижение гипотезы

Предлагаем доказать, что процессы, происходящие в организме человека, обусловлены законами физики. И рассмотрим это на примере системы органов кровообращения.

3. Актуализация опорных знаний. (Слайды 3-6)

Используя таблицы и рисунки, повторим:

1. Из каких органов состоит система органов кровообращения.
2. Назовите камеры сердца, их строение и функции.
3. Строение и функции клапанов сердца.
4. Работа сердца.
5. Особенности строения поперечно-полосатой сердечной мышцы.
6. Автономия. Итак, сердце четырехкамерное, сокращается ритмично и проталкивает кровь по сосудам, благодаря сердечной мышце

4. Изучение нового материала

1 этап. Проблемно-деятельный. (Слайд 7)

Учитель физики. Какую массу имеет сердце?
Предполагаемый ответ: сердце как орган имеет массу примерно 300 грамм, у взрослого человека 0,5% массы тела.
– Где оно расположено?
Предполагаемый ответ: за грудиной, 2/3 слева, 1/3 справа от нее.
Размеры и границы сердца врач определяет путем перкуссии, выстукивания кончиками согнутых пальцев одной руки по фалангам пальцев другой руки.
Мягкие и твердые органы по-разному реагируют на звук, т.е. у них разная собственная частота колебаний и они отражают звук по-разному.
В ритмичном сочетании работы и покоя сердца – источник его неутомимости. Расслабляясь, сердце отдыхает. Можно сказать, что у человека в возрасте 60 лет сердце 30 лет отдыхало.
Человек ещё не изобрел такую машину, которая могла бы беспрерывно работать 70-80 и более лет. За сутки оно делает 100 тысяч ударов, за год – 40 млн., а за всю жизнь … Сердце за сутки прокачивает примерно 10 т крови, а если человек спортсмен и бежит на лыжах 100 км, то сердце прокачивает (за 8,5 часов) до 30 т крови (целую цистерну) А за всю жизнь сердце выбрасывает в аорту столько крови, что ею можно наполнить канал длиной 5 км, по которому прошел бы волжский теплоход.
– Какое устройство Вы можете вспомнить в технике, которое позволяет перекачивать воду? (Предполагаемый ответ: насос) Рассмотрим устройство поршневого насоса.(Слайд 8). Систему насосов используют в аппарате искусственного кровообращения. Насосы выполняют функции сердца – они поддерживают давление и циркуляцию крови в сосудах организма во время операции.

Учитель биологии. Насос, кто же спорит, но это биологический насос. Он прокачивает такое количество крови при условии…? (Предполагаемый ответ: если сокращается ритмично).
Кроме этого его работа регулируется нейрогуморально. (Слайд 9).
Есть ли взаимосвязь в работе сердца и нервной системы.

1. На какие органы кровеносной системы влияет нервная система?
2. Как влияет нервная система на работу сердца?
3. Как изменяется просвет кровеносных сосудов при действии симпатической и парасимпатической нервной системы?
4. Может ли нервная система воздействовать только на сердце или только на сосуды?
5. Какие различия в нервном и гуморальном регулировании?
6.Что обеспечивает согласованную работу нейрогуморального регулирования?

2 этап. Промежуточная рефлексия

1. Работа сердца, как насоса стабильна и в то же время подчинена нейрогуморальному регулированию.
2. Важнейшая координирующая роль принадлежит коре больших полушарий головного мозга и подкорковым вегетативным центрам.
3. Сильные стрессы, перенапряжение, психические травмы, алкоголь, никотин и наркотики могут вызвать нарушения сердечной деятельности – неврозы сердца.

3 этап. Проблемно-ориентированный

Органами кровеносной системы являются и сосуды. (Слайд 10).

Вспомним:

1. Какие Вы знаете сосуды?
2. Сравните их строение.

Учитель физики.Для объяснения движения крови в сосудах вспомним закон Бернулли. (Слайд 11).
Если взять трубку переменного сечения и присоединить к ней манометрические трубки , то мы увидим, что в узких частях трубки, где скорость больше, давление будет меньше и уровень жидкости в манометре будет невысоким, наоборот, в широкой части трубы, там где скорость мала, давление большое и уровень жидкости в трубке будет больше.
Теперь сравним скорость и давление крови в различных сосудах. (Слайд 12).

– Как эту зависимость можно объяснить? Анализируя цифры таблицы, можно подумать, что закон неразрывности струи в кровеносной системе не соблюдается, т.к. чем уже сосуд, тем скорость движения в нем меньше, что особенно хорошо видно на примере капилляров. Однако это несоответствие только кажущееся. В таблице приведен диаметр одного сосуда, но по мере разветвления сосудов площадь каждого из них уменьшается, а площадь всех капилляров в сотни, раз превышает площадь аорты – этим и объясняется такая малая скорость крови в капиллярах. (Слайд 13). Уточним, общая площадь сечение вен так относится к площади сечения артерий как 2:1 и поэтому скорость движения крови в венах в 2 раза меньше (0,5 м/сек и 0,25 м/сек соответственно).
Площадь сечения всех капилляров в 600-800 раз больше аорты, поэтому скорость течения крови меньше (0,5 мм/сек).

Учитель биологии. Мы знаем, что кровь движется по сосудам под давлением. Для его измерения используют тонометр.

4 этап. Практически-ориентированный этап

Выполним практическую работу. (Слайд 14).

Цель: определить артериальное давление, систолический и минутный объем крови.

Ход работы:

1. Измерение давления тонометром (демонстрационное)
2. Определение пульсового давления
Р_с – Р_д = Р_п
3. Вычислим систолический объем крови (СО)
СО = [(101 + 0,5Р_п) – (0,6Р_д)] – 0,6 х возраст
4. Считаем пульс
5. Вычисляем минутный объем крови
МОК = СО
Сравниваем полученные результаты со средними показателями. (Слайд 15).

Таблица «Средние показатели давления, систолического и минутного объема крови»

Вывод:

От степени сокращения сердца зависит объем выбрасываемой крови. Чем сильнее сокращение сердца, тем больше объем выбрасываемой крови, от систолического объема зависит минутный объем крови. Это является важнейшим показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Самостоятельная работа с раздаточным материалом (таблицы 1, 2, 3 лежат на столах учащихся).

Задание: Рассмотрите таблицы №1,2,3 и решите от чего зависят показатели давления и пульса у человека.

Таблица 1. Влияние возраста на систолическое кровяное давление. (Слайд 16).

Таблица №2. Частота сердцебиений и возраст человека. (Слайд 17).

Таблица №3. Частота сердцебиений человека при разных условиях. (Слайд 18).

Предполагаемый вывод:

1. Кровяное давление зависит от возраста и пола. Чем старше человек, тем выше давление.
2. Пульс также зависит от возраста, от физической нагрузки и состояния здоровья.

Практическое задание: (Слайд 19).

На уроке физкультуры Вы бежали кросс. При этой физической нагрузке изменилась частота сердечных сокращений. Прибежав, одни долго восстанавливали ритм работы сердца, другие – быстро. Это зависит от тренированности сердца.

1. Давайте определим степень тренированности Вашего сердца. Проделаем опыт: посчитайте свой пульс, затем сделайте 10 приседаний за 30 сек и снова посчитайте пульс. Рассчитайте тренированность по формуле

Т – тренированность
П₁ – частота пульса в положении сидя
П₂ – частота пульса после 10 приседаний

2. Полученный результат сравните с показателями таблицы (Слайд 20) и сделайте выводы.

3. Пользуясь рисунком на слайде 20, определите влияние на сердце физической нагрузки.

Учитель физики. Мы измеряем давление на руке, а если измерить на ноге будут ли они одинаковы? (Проделаем опыт демонстрационно) Слайд 21. Подтвердим это математически. Решим задачу: На сколько отличается давление крови на уровне макушки и у подошвы человека ростом 1,6 м, стоящего прямо. Решение: ?p = pgh – разность давлений, обусловленная перепадом высот между ступнями ног человека и его головой. ρ_крови =1,05 • 10³ кг/м³ Δρ = 1,05 • 103 • 9,8 • 1,6 = 16,8 (кПа) Ответ: Δρ = 16,8 кПа = 126 мм рт. ст. (1 мм рт.ст. = 133Па)
Интересно! В начальный период невесомости у космонавтов увеличивается приток крови к сердцу, поскольку она не скапливается в ногах, как бывает у человека на Земле. В результате часть жидкости удаляется из крови, уменьшается объём плазмы.
Оказалось, что сила сердечных сокращений, их согласованность, скорость наполнения кровью сердечных полостей в условиях невесомости у космонавтов различны. У одного из них усиливается приток крови в правую половину сердца и увеличивается его сократительная активность. У другого, наоборот, большая активность приходилась на левые отделы сердца. Знание индивидуальных особенностей сердца космонавтов важно для организации тренировок перед полетом и нормирования нагрузок после него, в период реадаптации, привыкания к земным условиям.

5 этап. Промежуточная рефлексия

1. Отличаются ли показатели кровяного давления на разных участках руки? Измерение артериального давления на разном расстоянии от сердца свидетельствует о различии показателей артериального давления.
2. Итак, на примере системы органов кровообращения, мы с Вами убедились, что процессы, происходящие в организме человека, как и в других открытых системах, подчинены законам физики.

Домашнее задание: (Слайд 22)

Выполнить практическую работу по определению своего артериального давления, систолического и минутного объема крови.

Заключение. (Слайд 23)

В ходе урока мы убедились, что процессы, происходящие в системе органов кровообращения, обусловлены законами физики.
Роль сердца нельзя переоценить — это один из самых важных и требующих особой заботы органов! Именно сердце ответственно за доставку питательных веществ и кислорода в каждую клетку, за стабильную работу системы кровообращения, а значит, и всего организма. Каждый человек должен сохранить здоровье сердца, поддержать в соответствующем состоянии стенки сосудов. Всем известно, что занятия физкультурой и спортом оказывают положительное воздействие на организм. Берегите сердце, тренируйте его. Занимайтесь физическим трудом, физкультурой, спортом, и тогда сердце будет здоровым и крепким.

Сердце – это душа, настроение, взгляд,
Это ум, это мысль, это Света заряд;
Избегайте тоски и чрезмерных волнений!
Берегите сердца от любых поражений!