Связь курса физики с биологией

Взаимосвязь физики и биологии давняя и плодотворная. Можно назвать выдающихся физиков, внесших свой вклад в развитие биологии, и естествоиспытателей, открывшие фундаментальные физические законы. Это всемирно известные: физик Гельмгольц, врач Майер, ботаник К. А. Тимирязев и др. П. Н. Лебедев, приветствуя К. А. Тимирязева в связи с его семидесятилетием сказал: «Мы, физики, считаем Вас физиком!».

Существующая программа по физике ставит задачу осуществления связи преподавания физики с биологией. Однако конкретные пути установления этой связи в ней не указываются. В программе и учебниках биологии вопросы связи с курсом физики почти не нашли отражения, за исключением нескольких тем в курсе анатомии, физиологии и гигиены человека в 8 классе.

Однако учителей физики, так же как и учителей биологии, должны интересовать не отдельные примеры проявления физических явлений и законов в живой природе, а система знаний, раскрывающих перед учащимися взаимосвязь и взаимообусловленность биологических и физических явлений. Важно показать учащимся, что установление этой взаимосвязи помогает глубже понять сущность сложных биологических явлений и найти пути не только их изучения, но и управления этими явлениями.

Можно указать следующие пути установления связи преподавания физики с биологией:

• · Изучение физических явлений и закономерностей, определяющих физические условия внешней среды (тепловые, водяные, оптические и другие свойства почвы и приземного слоя воздуха), и влияние их на жизнь растений, животных и самого человека; сюда же относится изучение электромагнитных явлений и различных видов излучений, которые имеют место приземном слое атмосферы и оказывают влияние на органический мир;
• · Ознакомление учащихся с физическими явлениями и закономерностями в биологических процессах роста и развития растений, а также в жизни животных и человека; к таким явлениям можно отнести испарение, фотосинтез, процессы теплообмена, передачи давления и другие;
• · Изучение физических приборов и физических методов исследования, применяемых в биологии.

При рассмотрении примеров проявления физических явлений и законов в биологических процессах важно не только показывать единство живой и не живой природы, но и особенности физических явлений в биологических объектах.

Методы изучения физических явлений живой природы в процессе преподавания физики могут быть самыми разнообразными. Соответствующие сведения могут сообщаться учащимися в качестве иллюстративного материала. Так, при изучении молекулярно-кинетической теории строения вещества полезно рассказать и диффузии жидкостей и газов в природе.

При изучении электричества можно сообщить учащимся, что электрические заряды и электрическое поле играют большую роль в жизнедеятельности клеток. В невозбужденном стоянии клетки всегда заряжены снаружи положительно, а в нутрии отрицательно. Напряжение между внешней оболочкой и внутренними частями клеток составляет 0,05- 0,1 В.

Разность потенциалов возникает благодаря тому, что оболочка клетки неодинаково поглощает и пропускает различные ионы. На образование разности потенциалов расходуется энергия, освобождающаяся при обмене веществ.

В живых организмах постоянно существуют биотоки. Правда, биотоки в растениях и животных слабые. Например, у мелких корней растений сила тока равна всего 0,01 мкА.

С физическими свойствами биологических объектов, особенностями их строения или протекающими в них процессами можно познакомить учащихся с помощью демонстраций.

Ряд интересных сведений учащиеся могут получить при решении задач.

В организме человека происходит непрерывно окисление питательных веществ. «Горючим» является прежде сего углеводы и жиры и в меньшей мере — белки. При окислении в организме 1 грамма белков и углеводов дает 17 Дж, а 1 грамм жиров — 38 Дж энергии. Сообщив эти данные, можно предложить учащимся следующую задачу: «Рассчитать калорийность суточного рациона для людей, выполняющих тяжелый физический труд (землекопы, лесорубы, шахтеры и т. д.), если они должны потреблять в среднем 163 граммов белков, 153грамма жиров и 631 грамм углеводов » .

Желательна постановка комплексных опытов и лабораторных работ по физике и биологии. В 6 классе, например, полезно провести лабораторные работы по определению удельного и объемного веса различных сельскохозяйственных продуктов (овощей, плодов, зерна), по сравнению теплопроводности различных почв. По удельному весу картофеля судят о процентном содержании крахмала в клубнях и определяют хозяйственную годность данного сорта картофеля. Объемный вес овощей и плодов важно знать для перевозки. Абсолютный вес зерна (вес 1000 зерен) позволяет рассчитать весовые нормы высева семян. Кроме того, он характеризует посевные качества семян. Также лабораторные работы целесообразно ставить в конце учебного года при повторении материала.

При организации занятий биофизического кружка желательно предусматривать подготовку учащихся к проведению опытнической работы по выращиванию растений и животных. Опытническая работа по сельскому хозяйству может проводиться по тематике, связанной с применением знаний по физике. Например, могут быть взяты такие темы:

• — Изучение влияния на растения тепловых свойств почвы (при изменении цвета поверхности почвы тонким покровом соломы, мела или торфа) — в 7 классе;
• — Изучения влияния предпосевной обработки семян в электрическом поле на урожай растений — в 8 классе;
• — Изучения влияния ультрафиолетовых лучей на посевные качества семян и на развитие растений — в 8 классе;
• — Изучения режима освещенности и его влияния на развитие растений — в 8 классе.

Работой учащихся по такой тематике руководят совместно учитель физики и биологии. Опыты могут проводиться в теплице, на пришкольном участке, на полях.

На уроках физики в 7−8 классах вопросы охраны природы могут в доступной форме раскрываться при изучении многих тем.

Так, 7 классе в теме «Давление жидкости и газов», раскрывается о плотинах ГЭС, следует пояснить назначение рыбоподъемников.

В 8 классе при изучении тепловых явлений нужно раскрыть о влиянии искусственных морей-водохранилищ на микроклимат, уровень грунтовых вод и т. д. раздел «Электричество» дает возможность познакомить учащихся с устройством и назначением электрофильтров, устанавливаемых для очистки воздуха в метро, для улавливания частиц серы, содержащихся в дыме колчеданных печей медеплавильных заводов, и т. д. Желательно показать учащимся и действующею модель электрофильтра. Полезно рассказать о поисках экономически выгодных источников питания для двигателей электромобилей, не загрязняющих воздух вредными для здоровья выхлопными газами.