Biofizyka - Politechnika Gdańska

Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
KONSPEKT PRZEDMIOTU
PIERWSZEGO POZIOMU STUDIÓW STACJONARNYCH
Nazwa przedmiotu Biofizyka
Semestry:
III
Rodzaj przedmiotu:
Liczba godzin w semestrze:
Wykład
Ćwiczenia
Semestr III
30
Strumień/profil:
chemia w
medycynie
X
elektronika w
medycynie
X
Osoba odpowiedzialna za przedmiot:
Imię:
Brygida
[email protected]
mail:
kierunkowy ogólny
Laboratorium
15
Projekt
Skrót:
BFIZ
Punkty ECTS:
3
Seminarium
Łącznie
45
fizyka w medycynie
informatyka w medycynie
X
X
Nazwisko:
Telefon:
Mielewska
0583472886
Lokal:
114GG
Cele przedmiotu:
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z opisem zjawisk fizycznych występujących w układach
biologicznych na różnych poziomach organizacji oraz wpływu różnorodnych czynników fizycznych na
organizm żywy. Prezentowane zagadnienia umożliwiają studentom zrozumienie treści kształcenia w
zakresie fizyki w specyficznym kontekście biologiczno-medycznym. Ważną częścią przedmiotu są zajęcia
laboratoryjne, podczas których student będzie miał możliwość dostrzec i zbadać podobieństwa
pomiędzy znanymi z kursu fizyki zjawiskami a procesami zachodzącymi w organizmie człowieka oraz
zastosować prawa i pojęcia fizyczne do ich opisu. Istotnym aspektem jest kształtowanie umiejętności
posługiwania się przyrządami pomiarowymi, analizy eksperymentu i oceny niepewności pomiarowych
oraz wykorzystania podstawowych metod rachunku błędów. Przedstawiane treści kształcenia w zakresie
tego przedmiotu będą udostępniane studentom także w formie elementów edukacji na odległość oraz
innych zasobów elektronicznych.
Spodziewane efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje:
- utrwalenie wiedzy z zakresu kursu fizyki,
- umiejętność analizy zjawisk występujących w organizmie człowieka z wykorzystaniem praw fizycznych,
- utrwalenie i zrozumienie metod interpretacji graficznej procesów i wielkości fizycznych oraz
umiejętność analizy i wnioskowania na podstawie wykresów ilustrujących procesy fizyczne,
- umiejętność wykorzystania prostych modeli fizycznych w odniesieniu do układów bardziej złożonych,
- umiejętność przeprowadzania prostych doświadczeń biofizycznych oraz poprawnej i czytelnej
prezentacji danych pomiarowych,
- umiejętność oceny niepewności pomiarowych wielkości mierzonych bezpośrednio,
- znajomość metod określania niepewności pomiarowych przy pomiarach pośrednich,
- znajomość metod analizy współzależności wielkości fizycznych, korelacji i regresji liniowej,
- umiejętność czytelnej prezentacji danych w postaci wykresów oraz ich interpretacji i wnioskowania.
Lp.
Karta zajęć - wykład
Zagadnienie
wiedzy
1.
Przedstawienie tematyki i omówienie struktury wykładu
A
X
B
Poziom
umiejętnośc
i
C
D
E
Liczba
godzin
0,33
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Lp.
Przypomnienie wiadomości z zakresu termodynamiki
Układy i procesy termodynamiczne.
Termodynamika układów otwartych.
Układy biologiczne jako otwarte układy termodynamiczne.
Stany równowagi wymiany
Stany nierównowagi.
Zjawiska transportu. Strumienie
Zjawiska bioelektryczne, potencjał błonowy, potencjał dyfuzyjny.
Oddziaływania wewnątrzcząsteczkowe i międzycząsteczkowe
Zastosowanie termodynamiki do opisu reakcji chemicznych
Rodzaje reakcji, energia aktywacji
Kinetyka reakcji enzymatycznych.
Biofizyka komórki: budowa błony komórkowej, transport bierny
Transport aktywny, pompa sodowo-potasowa
Przekazywanie informacji przez błonę komórkową, komunikacja
wewnątrz- i międzykomórkowa – hormony i neurotransmitery.
Model elektryczny błony komórkowej, potencjał spoczynkowy.
Potencjał czynnościowy komórki.
Propagacja impulsu nerwowego.
Biofizyka układu mięśniowego. Mechanika i energetyka skurczów
mięśni.
Przenoszenie pobudzenia w komórkach mięśni gładkich i
poprzecznie prążkowanych.
Mechanika płynów biologicznych. Własności reologiczne krwi.
Biofizyka zmysłu wzroku: budowa oka, Zdolność rozdzielcza oka
Wady układu optycznego oka.
Widzenie barwne. Widzenie przestrzenne.
Biofizyka zmysłu słuchu: Budowa i funkcjonowanie układu
słuchowego.
Cechy dźwięku. Percepcja głośności i wysokości dźwięków.
Lokalizacja dźwięków.
Metody badań uszkodzeń słuchu, korekcje wad słuchu.
Biofizyka zmysłu równowagi.
Wpływ czynników mechanicznych na organizm: Wibracje, infra- i
ultradźwięki.
Bierny i czynny wpływ ultradźwięków – zastosowania w diagnostyce
i terapii
Wpływ przyspieszeń na organizm człowieka.
Wpływ zmienionego ciśnienia na organizm żywy. Hypo- i hiperbaria,
terapia hiperbaryczna.
Wpływ pól zewnętrznych el-magn. na organizmy żywe: pola stałe i
wolnozmienne.
Wpływ pól wysokiej częstotliwości oraz promieniowania
niejonizującego na żywy organizm.
Zjawiska fizyczne zachodzące w cząsteczkach wzbudzonych.
Reakcje fotochemiczne w organizmie żywym.
Fotosensybilizacja. Fotoprotektory skóry. Fototerapia.
Test zaliczeniowy
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0,33
1
0,67
1
X
1
X
X
1
0,33
0,67
0,67
0,67
X
X
X
X
X
0,67
1
0,67
0,33
0,67
X
0,67
X
X
X
X
0,67
0,67
X
0,67
X
0,67
X
0,67
0,67
0,67
2
Razem: 30
X
Karta zajęć - laboratorium
Zagadnienie (zestaw przykładowy)
Poziom
wiedzy
A
B
C
1.
2.
3.
0,67
1
0,67
0,67
0,67
1
1
1
1
0,33
0,67
1
0,67
0,67
0,67
Akustyczna orientacja przestrzenna
Ustalanie pola widzenia człowieka
Zdolność rozdzielcza oka ludzkiego
Projekt „Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna – studia międzywydziałowe”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
umiejętności
D
E
X
X
X
Liczba
godzin
3
3
3
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
4.
5.
Ruchliwość elektroforetyczna
Określanie potencjału dyfuzji
Próg zaliczenia:
Semestr: III
z wykładu
50/100
X
X
Warunki zaliczenia przedmiotu
z ćwiczeń
z laboratorium z projektu
8/30 +warunki
konieczne
z seminarium
3
3
Razem: 15
Z CAŁOŚCI
Opis form zaliczenia
Wykład (semestr III)
Id
Termin
1
Tydzień 15
Punkty
60
Razem: 60
Laboratorium (semestr IV)
Id
Termin
Punkty
1
Ćwiczenie 1
6
2
Ćwiczenie 2
6
3
Ćwiczenie 3
6
4
Ćwiczenie 4
6
5
Ćwiczenie 5
6
Razem: 30
Zakres
Test z całego zakresu zagadnień według planu wykładu
Zakres
Zrealizowane zadania wg programu ćwiczenia laboratoryjnego nr 1
Zrealizowane zadania wg programu ćwiczenia laboratoryjnego nr 2
Zrealizowane zadania wg programu ćwiczenia laboratoryjnego nr 3
Zrealizowane zadania wg programu ćwiczenia laboratoryjnego nr 4
Zrealizowane zadania wg programu ćwiczenia laboratoryjnego nr 5
Uwagi dotyczące kryteriów zaliczenia:
Zarówno z wykładu (sem III) jak i z laboratorium (sem IV) student uzyskuje osobne zaliczenie. Brak
zaliczenia wykładu nie oznacza niemożności odrabiania laboratorium.
Warunki konieczne zaliczenia pracowni to:
- odrobienie min. 4 ćwiczeń wg harmonogramu pracowni,
- uzyskanie pozytywnej oceny z odpowiedzi do każdego z nich,
- terminowe rozliczenie sprawozdania, potwierdzone akceptacją prowadzącego.
Punkty uzyskane podczas odrabiania każdego ćwiczenia laboratoryjnego są sumą oceny punktowej za
odpowiedź i wykonanie ćwiczenia (max. 3pkt) i za sprawozdanie (max. 3pkt).
W przypadku usprawiedliwionej nieobecności na zajęciach istnieje możliwość odrobienia ich w terminie
ustalonym z prowadzącym.
Lp.
1.
2.
3.
Przedmioty wyprzedzające wraz z wymaganiami wstępnymi
Zakres
Pełen zakres kursu fizyki określony standardami kształcenia dla kierunku
Inżynieria Biomedyczna
Chemia
Układ okresowy pierwiastków. Podstawowe prawa chemii. Charakterystyka
stanów materii. Wiązania chemiczne. Typy i mechanizmy reakcji chemicznych.
Elementy termodynamiki chemicznej i termochemii. Kryteria równowagi
termodynamicznej, samorzutności i wymuszoności procesów.
Matematyka
Układy równań liniowych. Rachunek różniczkowy. Całka nieoznaczona i
oznaczona. Funkcje wielu zmiennych.
Przedmiot
Fizyka
Metody dydaktyczne:
Wykład prowadzony będzie z wykorzystaniem projektora, za pomocą którego, nauczyciel zaprezentuje
slajdy, ukazujące treści przedmiotu. Część wykładów (około 30%) zostanie zrealizowana z
wykorzystaniem metod i technik edukacji na odległość. Edukacja na odległość prowadzona będzie
poprzez interaktywny materiał dydaktyczny w połączeniu ze śledzeniem jego przyswajania przez
studentów. Jednocześnie wykładowca będzie do dyspozycji studentów w ramach forum tematycznego,
Projekt „Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna – studia międzywydziałowe”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
jak również poprzez komunikator (chat). Wraz ze studentami tworzyć będzie wirtualną grupę roboczą.
Studenci po przejściu procesu interaktywnej edukacji (przedstawianie interaktywnego materiału i
testów) powinni wziąć udział w dyskusjach tematycznych prowadzonych w ramach forum jak i
komunikatora (przebieg dyskusji widoczny przez wszystkich członków grupy). Nauczyciel jest
zobowiązany poświęcić i udokumentować czas spędzony na prowadzeniu edukacji na odległość (w
wymiarze co najmniej równym liczbie godzin poświęconym na realizację danych treści wykładu w formie
tradycyjnej).
W ramach zajęć laboratoryjnych, każda grupa laboratoryjna (standardowo 2 osoby) będzie miała do
dyspozycji odrębne stanowisko pomiarowe wyposażone w przyrządy pomiarowe niezbędne do
wykonania danego ćwiczenia oraz instrukcję, dostępną także w wersji elektronicznej na platformie
edukacji na odległość. Po zapoznaniu się z instrukcją, studenci wykonują w sali laboratoryjnej dane
ćwiczenie (pod opieką i z pomocą prowadzącego), a następnie w przeciągu następnego tygodnia,
samodzielnie sporządzają sprawozdanie. W sprawozdaniu należy zawrzeć wyniki otrzymane podczas
wykonywania ćwiczenia (podpisane przez prowadzącego) oraz ich opracowanie, zgodnie ze
wskazówkami zawartymi w instrukcji. Ocenie podlegać będzie każdorazowo przygotowanie studenta do
zajęć (w formie pisemnej lub ustnej) i realizacja zadań wyznaczonych do samodzielnego wykonania w
czasie ćwiczenia (1-3pkt) oraz sprawozdanie z ćwiczenia (1-3pkt). Zajęcia laboratoryjne odbywają się
zespołach 12-osobowych stanowiących 6 grup laboratoryjnych dwuosobowych. Wykonanie zestawu 5
ćwiczeń przewidzianych w harmonogramie trwa dla danej grupy przez 5 kolejnych tygodni, co stanowi
pierwszą turę (T1), po niej rozpoczyna się tura druga (T2) dla kolejnego zespołu 12-osobowego i kolejno
trzecia (T3) – zależnie od liczby studentów na roku. Termin rozliczania sprawozdań dla każdej tury
upływa w ciągu tygodnia od daty zakończenia danej tury. Zapisów na poszczególne tury dokonują
studenci w grupach dziekańskich na początku semestru.
Wykaz literatury podstawowej:
1. Skrypt z materiałami do przedmiotu „Biofizyka”
2. Materiały do przedmiotu opracowane w formie edukacji na odległość, dostęp:
http://uno.biomed.gda.pl
3. Jaroszyk F. (pod red.)., Biofizyka – podręcznik dla studentów, Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2006
4. Jóźwiak Z., Bartosz G., Biofizyka wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami, PWN 2007
5. Piskunowicz P., Tuliszka M., Wybrane ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki, Wydawnictwo Naukowe
Uniwersytetu Medycznego, Poznań 2007
Wykaz literatury uzupełniającej:
1. Nałęcz M. (pod red.), Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, t.1 Biosystemy, Akademicka
Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002
2. Nałęcz M. (pod red.), Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, t.2 Biopomiary, Akademicka
Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002
3. Nałęcz M. (pod red.), Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, t.9 Fizyka Medyczna,
Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002
4. Krzyżak J. Medycyna nurkowa, Wydawnictwo KOOPgraf s.c., Poznań 2006
Projekt „Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna – studia międzywydziałowe”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.