Учебно-методический комплекс (стр. 2 )

Проф., к. х.н.
(должность, ученое звание, степень)		(подпись)		(расшифровка)

1. Цели и задачи освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Физика, математика» является формирование у студентов-медиков системных знаний о физических свойствах материи и физических процессах, протекающих в биологических объектах, в том числе в человеческом организме, а также освоение фундаментальных основ математики и прикладного математического аппарата, необходимых для изучения других учебных дисциплин и приобретения профессиональных врачебных качеств.

В процессе изучения дисциплины «Физика, математика» решаются следующие задачи:

- освоение студентами методологических основ дисциплины для решения проблем доказательной медицины;

- формирование у студентов логического мышления, способностей к точной постановке задач и определению приоритетов при решении профессиональных проблем;

- приобретение студентами умения анализировать поступающую информацию и делать достоверные выводы на основании полученных результатов;

- изучение разделов физики и математики, отражающих принципы функционирования и возможности медицинской техники, применяемой при диагностике и лечении заболеваний;

- изучение элементов биофизики: процессов жизнедеятельности

- обучение студентов математическим методам, применяемым в медицине для получения необходимой информации, обработки результатов наблюдений и измерений, а также оценки степени надежности полученных данных;

- формирование у студентов навыков работы с научной литературой и официальными статистическими обзорами; обучение методам и привитие им навыков выполнения теоретических и экспериментальных научных исследований по естественнонаучным, медико-биологическим, клиническим проблемам с использованием современных биофизических и физико-химических подходов;

- формирование у студентов умения пользоваться пакетами прикладных компьютерных программ, используемых в биофизических исследованиях и при работе с медицинским оборудованием;

- обучение студентов технике безопасности при работе с медицинским оборудованием, действующим на основе того или иного физического принципа.

2. Место учебной дисциплины в структуре ооп

Дисциплина «Физика, математика» входит в базовую часть математического, естественнонаучного цикла ООП (С2), изучается в 1 семестре и находится в логической и содержательно-методической взаимосвязи с другими дисциплинами ООП. Изучение курса биофизики опирается на весь комплекс естественнонаучных знаний студента, полученных им в средней школе. Данная дисциплина является предшествующей для освоения дисциплин согласно п. 11 настоящей Программы.

3. Требования к результатам освоения
учебной дисциплины

3. 1. Виды профессиональной деятельности, которые лежат в основе преподавания данной дисциплины:

профилактическая, диагностическая, научно-исследовательская.

3.2. Изучение данной учебной дисциплины направлено на формирование
у обучающихся следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций[1]:

владением культурой мышления, способностью к критическому восприятию информации, логическому анализу и синтезу (ОК-7);

готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, способностью к самосовершенствованию, саморегулированию, самореализации (ОК-8);

способностью в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, приобретению новых знаний, использованию различных форм обучения, информационно-образовательных технологий (ПК-3);

владением компьютерной техникой, медико-технической аппаратурой, готовностью к работе с информацией, полученной из различных источников, к применению современных информационных технологий для решения профессиональных задач (ПК-5);

в профилактической деятельности

способностью и готовностью к изучению и оценке факторов среды обитания человека и реакции организма на их воздействия, к интерпретации результатов гигиенических исследований, пониманию стратегии новых методов и технологий, внедряемых в гигиеническую науку и санитарную практику, к оценке реакции организма на воздействие факторов среды обитания человека (ПК-6);

способностью и готовностью к использованию современных методов оценки и коррекции естественных природных, социальных и других условий жизни, к осуществлению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий по предупреждению инфекционных и массовых неинфекционных заболеваний, а также к осуществлению противоэпидемической защиты населения (ПК-7);

в диагностической деятельности

способностью и готовностью к выявлению причинно-следственных связей в системе "факторы среды обитания человека - здоровье населения" (ПК-15);

способностью и готовностью к определению степени воздействия на организм работника вредных факторов, расследованию причин профессиональных заболеваний и отравлений (ПК-17);

способностью и готовностью к использованию современной диагностической аппаратуры и проведению лабораторной, лучевой и функциональной диагностики (ПК-19);

в научно-исследовательской деятельности

способностью и готовностью к интерпретации результатов гигиенических исследований, к пониманию стратегии новых методов и технологий, внедряемых в гигиеническую науку и санитарную практику (ПК-33);

способностью и готовностью к оценке (описанию и измерению) распределения заболеваемости по категориям, а в отношении отдельных болезней по территории, группам населения и во времени (ПК-34);

способностью и готовностью к формулировке, оценке и проверке гипотез, объясняющих причину, условия и механизм возникновения заболеваний и их распространения (ПК-35);

способностью и готовностью к научно-обоснованному применению современных методик сбора и обработки информации о состоянии здоровья населения, деятельности различных типов медицинских учреждений и их подразделений, анализу информации в целях разработки научно-обоснованных мер по улучшению и сохранению здоровья населения (ПК-36).

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

математические методы решения интеллектуальных задач и их применение в медицине;

правила работы и техники безопасности в физических, химических, биологических и клинических лабораториях, с реактивами, приборами, животными;

основные физические явления и закономерности, лежащие в основе процессов, протекающих в организме человека;

характеристики воздействия физических факторов на организм;

физические основы функционирования медицинской аппаратуры;

Уметь:

пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности;

пользоваться физическим, химическим и биологическим оборудованием;

работать с увеличительной техникой (микроскопами, оптическими и простыми лупами);

проводить статистическую обработку экспериментальных данных;

Владеть:

навыками пользования измерительными приборами, вычислительными средствами, статистической обработки результатов, основами техники безопасности при работе с аппаратурой.

4. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов / зачетных единиц	Семестры
1
Аудиторные занятия (всего)	90	90
В том числе:
Лекции (Л)	30	30
Лабораторные работы (ЛР)	24	24
Семинары (С)	36	36
Самостоятельная работа (всего)	45	45
В том числе:
Подготовка к занятиям(ПЗ)	26	26
Подготовка к промежуточному контролю (ППК)	19	19
Вид промежуточной, итоговой аттестации (зачет, экзамен)	зачет	зачет
Общая часы трудоемкость зачетные единицы	135	135
3	3

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы учебной дисциплины и компетенции, которые должны быть освоены при их изучении

п/№	№ компетенции	Наименование раздела учебной дисциплины	Содержание раздела в дидактических единицах (темы разделов)
1	2	3	4
1.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль№1 Биофизика цитомембран и электрогенеза.	1.1. Биофизика цитомембран. Явление диффузии. Уравнение Фика. Уравнение теплопроводности. Строение и модель клеточных мембран. Физические свойства биологических мембран. 1.2. Биофизика электрогенеза. Электрическое поле и заряды, их характеристика. Концентрационный элемент и уравнение Нернста. Ионный состав цитоплазмы и межклеточной жидкости. Проницаемость клеточной мембраны для различных ионов. Основные условия разности потенциалов на мембране клетки. Потенциал покоя клетки. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца. Возбудимость клеток и тканей. Методы возбуждения. Закон “все или ничего”. Потенциал действия: графический вид и характеристики, механизмы возникновения и развития. Потенциал зависимые ионные каналы: строение, свойства, функционирование. Механизм и скорость распространения потенциала действия по безмякотному нервному волокну. Механизм и скорость распространения потенциала действия по миелинезированному нервному волокну.
2.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль№2 Биофизика рецепции	2.1. Биофизика рецепции (слух). Назначение и определение рецепции. Схема циркуляции информации при рецепции. Определение рецептора. Органы чувств и анализаторы. Примеры использования рецепции в жизнедеятельности организма. Классификация рецепторов. Строение рецепторов. Общие механизмы рецепции. Рецепторные потенциалы. Кодирование информации в органах чувств. Закон Вебера-Фехнера. Основы характеристики слухового анализатора. Строение и функции органа слуха. Механизмы слуховой рецепции. 2.2. Биофизика рецепции (зрение). Свет. Основные физические и психофизические характеристики. Оптическая система глаза. Основные характеристики зрительного анализатора. Механизмы зрительной рецепции.
3.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль№3 Биомеханика.	3.1. Опорно-двигательный аппарат. Число степеней свободы опорно-двигательного аппарата. Второй закон Ньютона Применение второго закона Ньютона для анализа вопросов защиты организма от избыточных динамических нагрузок и травматизма. Закон Гука. Коэффициент жёсткости. Модуль упругости. Упругие и прочностные свойства костной ткани. Механические свойства тканей кровеносных сосудов. Мышечные ткани. Энергообеспечение мышечного сокращения. Изотонический режим работы мышц. Уравнение Хилла, его физический смысл. КПД мышечного сокращения. Изометрический режим работы мышц. Статическая работа мышц. Силы трения. Коэффициент трения. Трение в суставах. 3.2 Биофизические основы функционирования сердечно-сосудистой системы. Стационарное течение жидкости. Условие неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Внутренне трение жидкости. Уравнение Ньютона. Вязкость крови в норме и при патологии. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса. Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление. Элементы биомеханики сердечно-сосудистой системы. Ударный объем крови. Пульсовая волна и ее скорость. Скорость движения крови по сосудам. Работа и мощность сердца. Основные показатели гемодинамики; объемная и линейная скорости кровотока, кровяное давление. Физические основы клинического метода измерения давления крови.
4.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль№4 Колебания и волны и их использование в медицине.	4. Особенности колебаний и волн. Примеры колебаний и волн как жизненно важных факторов для организма человека. Характеристики колебаний: период, частота, собственная частота, амплитуда. Гармонические колебания. Спектр сложных колебаний. Понятие о рядах Фурье. Основной тон. Обертоны. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу. Идея метода вектор кардиографии. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс, условия его возникновения. Примеры. Акустические колебания и волны, их физические и психофизические характеристики. Закон Вебера-Фехнера в применении к звуку. Децибельная шкала уровней громкости звука. Ультразвук, способы его получения и регистрации. Взаимодействие ультразвука различной интенсивности с тканями организма. Основные направления использования ультразвука в медицине. Физические основы звуковых методов исследования в клинике. Фонокардиограф. Эффект Допплера. Использование эффекта Допплера для измерения скорости кровотока. Ударные волны, их использование в медицине.
5.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль №5 Электромагнитное поле.	5.1. Электромагнитное излучение. Электрическое и магнитное поле, их характеристики и взаимосвязь (теория Максвелла), магнитобиология и магнитотерапия. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Характер взаимодействия электромагнитных волн с биологическими объектами. Глубина проникновения электромагнитного излучения. Индуктотермия. Диатермия. УВЧ-терапия. Микроволновая терапия. Физические основы реографии и ее применение в медицине. Интерференция и дифракция света. Естественный и поляризованный свет. Методы получения поляризованного света. Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия и её использование в медицине. 5.2. Электрографические методы исследования состояния организма. Электрический диполь. Токовый диполь. Амплитудные и частотные параметры электрограмм. Интервальный электрический вектор сердца. Электрокардиография. Вектор кардиография. Электроэнцефалография.
6.	ОК-1 ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль№6 Ионизирующие излучения.	6.1. Виды ионизирующих излучений и их действие на организм. Рентгеновское излучение: природа, спектр, характеристики. Радиоактивность искусственная и естественная. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность радиоактивного препарата. Единицы активности. Поглощенная, экспозиционная и эквивалентные дозы. Единицы измерения. Мощность дозы. Единицы измерения. Суммарная поглощенная доза. Предельно допустимая доза. Летальная доза. 6.2. Использование ионизирующих излучений в медицине. Виды взаимодействия излучения с веществом: когерентное рассеяние, внутренний фотоэффект, эффект Комптона, процесс образования пар. Закон ослабления излучения веществом. Линейный и массовый коэффициент ослабления. Количественные оценки взаимодействия излучения с веществом: удельная ионизация, удельные ионизационные потери, полный пробег. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине. Устройство рентгеновской трубки. Рентгеноскопия. Рентгенография. Флюорография. Компьютерная томография. Биофизические основы биологического действия излучения: ионизация молекул живого организма, образование свободных радикалов. Лучевая болезнь. Методы получения и использования радионуклидов в медицине. Метод меченых атомов. Ускорители заряженных частиц и их использование в медицине.
7.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль №7 Медицинская аппаратура.	7.1. Оптическая система глаза. Оптические приборы. Острота зрения. Аккомодация. Природа и коррекция аномалий рефракции. Оптический микроскоп. Ход лучей в микроскопе. Разрешающая способность и предел разрешения микроскопа. Пути улучшения разрешающей способности. Полезное увеличение микроскопа. Специальные методы микроскопии. Волновые свойства частиц вещества. Длина волны Де Бройля. Дифракции электронов. Электронный микроскоп. 7.2 медицинская электроника. Способы обеспечения безопасности при работе электронной медицинской аппаратуры. Общая схема съёма, передачи и регистрации медико-биологической информации. Усиление электрического сигнала. Электронные усилители. Коэффициент усиления. Амплитудно-частотные характеристики усилителя. Особенности усиления биоэлектрических сигналов. Генераторы гармонических и импульсных колебаний и их использование в медицине. Осциллографы и их использование в медицине. Физиотерапевтические аппараты низкочастотной терапии. Электронные стимуляторы для физиологических исследований и для лечебных целей. Электрокардиостимуляторы. Дефибрилляторы. Физиотерапевтические аппараты высокочастотной терапии. Терапевтический контур.
8.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль №8 Квантовая биофизика и резонансная томогрфияи. Тепловое излучение	8.1. Квантовая механика. Закономерности в атомных спектрах и их объяснение боровской теорией атома. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза Де Бройля и ее экспериментальная проверка. Квантово-механическое объяснение структуры атомных и молекулярных оптических спектров. 8.2. Элементы фотобиологии. Поглощение света. Закон Бугера. Колориметрия. Фотоэффект и его применение. Элементы фотобиологии: спектры фотобиологического действия. Виды люминесценции. Фотолюминесценция и ее характеристики. Закон Стокса. Спектры возбуждения. Квантовый выход. Люминесцентный анализ. Понятие о хемолюминесценции. 8.3. Лазеры. ЯМР. Ядерный магнитный резонанс. Использование ЯМР в медицине. Вынужденное излучение. Принцип действия лазера. Основные типы лазеров. Основные характеристики лазерного излучения. Понятие о голографии. Применение лазеров в медицине. 8.4 Тепловое излучение. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения: энергетическая светимость, спектральная плотность; их взаимосвязь. Типы спектров. Особенности спектра теплового излучения. Коэффициент поглощения как мера поглощения телами теплового излучения. Понятие абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа. Законы теплового излучения абсолютно черного тела: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Особенности Солнца и человека как источников теплового излучения. Тепловидение. Способы преобразования изображений в инфракрасном диапазоне в видимые: фотоматериалы, жидкие кристаллы, электронно-оптические преобразователи.
9.	ОК-7 ОК-8 ПК-3 ПК-5 ПК-6 ПК-7 ПК-15 ПК-17 ПК-19 ПК-33- ПК-36	Модуль №9 Математическая статистика	9.1. Основы теории вероятностей. Элементы теории вероятностей. Случайное событие. Вероятность случайного события. Случайные величины. Распределение дискретных и непрерывных случайных величин и их характеристики: математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратичное отклонение. Законы распределения случайных величин. Нормальный закон распределения. 9.2. Основы математической статистики. Статистические критерии. Основные понятия математической статистики. Генеральная совокупность и выборка. Гистограмма. Статистическое распределение (вариационный ряд) Выборочная средняя. Выборочная дисперсия и выборочное среднее квадратическое отклонение. Точечная и интервальная оценки параметров генеральной совокупности по выборке. Доверительный интервал и доверительная вероятность. Статистическая проверка гипотез. Общая постановка задачи проверки гипотез. Проверка гипотез относительно средних (критерий Стьюдента). Проверка гипотез для дисперсий (критерий Фишера). Проверка гипотез об однородности выборок (критерий Уилкоксона). 9.3. Корреляционный и регрессионный анализ. Корреляционный и регрессионный анализ. Функциональная и корреляционная зависимости. Пример возникновения корреляции вследствие законов сохранения. Коэффициент линейной корреляции и его свойства. Проверка гипотезы о значимости выборочного коэффициента линейной корреляции. Выборочное уравнение линейной регрессии. Частные виды нелинейной регрессии.

5.2. Разделы учебной дисциплины, виды учебной деятельности и формы контроля