Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической работе Е. Г. Елина " " 20 г. Рабочая программа
| Вид материала | Рабочая программа |
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 143.27kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 149.05kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.35kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 300.74kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.56kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 233.64kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 229.8kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 467.43kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 217.53kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 193.22kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по
учебно-методической работе
_____________________Е.Г. Елина
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЧ И КВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ С БИОТКАНЯМИ
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки
Биофизика
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» является изучение взаимодействия электромагнитного поля сверхвысоких и крайне высоких частот с различными биотканями.
Задача изучения дисциплины состоит в том, чтобы разобраться в механизме взаимодействия электромагнитного поля с биотканями; выяснить влияние частоты электромагнитного поля на механизм этого взаимодействия; выяснить возможность использования этого поля, например для медицинской диагностики и терапии.
Изучение данной дисциплины должно способствовать процессу освоения биофизики и ее практических применений, в получении высшего профессионально профилированного образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере.
Объектом изучения являются биоткани различной структуры и модели их взаимодействия с электромагнитным полем высоких и крайне высоких частот.
Предметом изучения являются качественные и количественные модели взаимодействия электромагнитного поля с биотканями.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» относится к вариативной части профессионального цикла (Б.3), учебного плана подготовки бакалавра по направлению 011200 «Физика». Курс читается по выбору студента (Б3ДВ2) в 8 семестре. Форма итоговой аттестации — экзамен.
Курс «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» в рамках учебного плана следует за взаимосвязанными с нею дисциплинами профессионального цикла профиля Биофизика.
При освоении данной дисциплины необходимы знания по следующим разделам общего курса физики: электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика, а также математики: математический анализ, аналитическая геометрия, теория функций комплексного переменного, дифференциальные уравнения.
Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической учебной литературой, умение решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального математического аппарата, умение производить приближенные преобразования аналитических выражений, навыки работы на компьютере с математическими пакетами программ (например, MathCad, MathLab, Mathematics), графическим (например, Microcal Origin), графическим для схемных решений (например, CorelDraw) и текстовыми (например, MS Word, MS Excel) редакторами, умение программировать (например, в среде MS Quick BASIC) и использовать численные методы решения физических задач, иметь навыки работы на физических экспериментальных установках, умение оформления результатов экспериментов с использованием графического материала и с оценкой погрешностей измерений.
Знания, полученные при освоении дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» должны способствовать процессу освоения биофизики и ее практических применений.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями»
В результате освоения дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать с использованием современных информационных технологий данные, необходимые для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (ОК-4);
общепрофессиональные:
способностью эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование (ПК-3);
способностью применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-5);
В результате освоения дисциплины студент должен:
•Знать:
- естественные и искусственные источники электромагнитного излучения (ЭМИ).
- свойства ЭМИ СВЧ и КВЧ диапазонов;
- механизмы взаимодействия ЭМИ с молекулами вещества;
- механизмы поглощения СВЧ- и КВЧ энергии в биологическом объекте;
- структуру и свойства воды как важнейшего элемента биотканей;
- характер зависимости диэлектрической проницаемости биологической ткани от частоты;
- механизм мембранного транспорта;
- методы СВЧ–термометрии;
•Уметь:
- использовать физическую и биологическую информацию о распределении ЭМИ в пространстве и изменение во времени;
- анализировать механизмы взаимодействия ЭМИ с биологическими объектами;
- делать расчетные оценки воздействия электромагнитного поля СВЧ и КВЧ диапазонов на биоткани;
•Владеть:
- способностью измерять параметры электромагнитного поля СВЧ и КВЧ диапазонов;
- экспериментальными методами диэлектрической радиоспектроскопии.
4. Структура и содержание дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2,0 зачетных единицы, 72 часа.
4.1. Структура дисциплины
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Проблема воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ и КВЧ различной интенсивности на биологические организмы | 8 | 1-3 | Л(4) | | | СР (1) | |
| 2 | Термодинамический подход к описанию процесса взаимодействия ЭМИ СВЧ и КВЧ диапазонов с биологическими тканями | 8 | 4-6 | Л(4) | | | СР (1) | |
| 3 | Резонансные частоты электромагнитных колебаний клетки (электродинамический расчет) | 8 | 7-10 | Л(4) | | ЛР (4) | СР (2) | |
| 4 | Моделирование электродинамических процессов, происходящих в живой клетке, представленной в виде схемы замещения | 8 | 11-13 | Л(4) | | ЛР (4) | СР (1) | |
| 5 | Воздействия электромагнитного излучения на мембранный транспорт веществ | 8 | 14-16 | Л(4) | | ЛР (2) | СР (1) | |
| | Итого по дисциплине | | | Л (20) | | ЛР (10) | СР (6) | экзамен (36 часов) |
4.2. Содержание дисциплины
1. Проблема воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ и КВЧ различной интенсивности на биологические организмы
1.1. Характеристика СВЧ и КВЧ диапазонов электромагнитных волн
1.2. Особенности и основные закономерности воздействия ЭМИ СВЧ и КВЧ на биологические объекты
1.3. Электрические и магнитные свойства тканей биологических объектов
1.4. Подходы к построению модели воздействия СВЧ и КВЧ излучения различной интенсивности на биологические объекты
2. Термодинамический подход к описанию процесса взаимодействия ЭМИ СВЧ и КВЧ диапазонов с биологическими тканями
2.1. Особенности термодинамического анализа
2.2. Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биологическими объектами с точки зрения термодинамики
3. Резонансные частоты электромагнитных колебаний клетки (электродинамический расчет)
3.1. Н колебания сферического резонатора
3.2. Е колебания в сферическом резонаторе
3.3. Алгоритм расчета резонансных частот
3.4. Резонансные частоты мембраны
4. Моделирование электродинамических процессов, происходящих в живой клетке, представленной в виде схемы замещения
4.1. Эквивалентные схемы замещения клетки
4.2. Определение области резонансных частот клетки
5. Воздействия электромагнитного излучения на мембранный транспорт веществ
5.1. Изменение транспорта ионов через мембрану (электродиффузионная теория)
5.2. Дискретный способ описания пассивного транспорта веществ через мембраны
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями» используются следующие виды учебных занятий: лекции, консультации, лабораторные работы и самостоятельная работа студента.
В рамках лекционных занятий предусмотрены активные формы учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, оценка результатов применения отдельных моделей, обсуждение данных литературных источников.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. Виды самостоятельной работы студента
Виды самостоятельной работы студента:
- изучение теоретического материала по конспектам лекций и рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе;
- изучение теоретического материала по методическим руководствам к лабораторным работа по дисциплине;
- выполнение комплекса экспериментальных, расчетных и графических заданий по разделам дисциплины в процессе выполнения лабораторных работ по дисциплине.
Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:
- предусмотрена еженедельная самостоятельная работа обучающихся по изучению теоретического лекционного материала; контроль выполнения этой работы предусмотрен на экзамене по данной дисциплине;
- изучение ряда вопросов теоретического материала по методическим руководствам к лабораторным работам по дисциплинена практических лабораторных занятиях
Контрольные вопросы и задания для проведения nромежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (перечень экзаменационных вопросов):
- Естественные и искусственные источники электромагнитного излучения (ЭМИ).
- Поляризация молекул в электрическом поле.
- Вещество в магнитном поле.
- Диэлектрический нагрев.
- Зависимость диэлектрической проницаемости биологической ткани от частоты.
- Поглощение СВЧ–энергии в биологическом объекте.
- Мембранный транспорт.
- Электрическая проводимость.
- Структура и свойства воды.
- О резонансном поглощении микроволн.
- Механизмы взаимодействия ЭМИ с биологическими объектами.
- СВЧ- термометрия.
- Метод диэлектрической радиоспектроскопии.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями»
а) основная литература:
1. Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф., Рубин А. Б. Радиационная биофизика. Радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2008 г., 184 стр.
2. Рубин А.Б Биофизика. В 2-х т. 3-е изд., испр. и доп. Т. 1. Теоретическая биофизика. Т. 2. Биофизика клеточных процессов. Учебник. Издательство: МГУ, Наука, 2004 г., 917 с.
3. Рубин А.Б. Современные методы биофизических исследований (Практикум по биофизике). Учеб. пособие для биол. спец. вузов / А. А. Булычев, В. Н. Верхотуров, Б. А. Гуляев и др.; Под ред. А. Б. Рубина. — М.: Высшая. школа„ 1988. — 359 с.
б) дополнительная литература:
1. Девятков Н.Д. и др. Миллиметровые волны и их роль в процессе жизнедеятельности (Н.Д. Девятков, М.Б. Голант, О.В. Бецкий.–М.: Радио и связь, 1991. – 168 с.
2. Синицын Н.И. и др. Особая роль системы "миллиметровые волны– водная среда" в природе. "Биомедицинская радиоэлектроника", 1998, № 1.
3. Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ–излучений.– М.: Энергоатомиздат, 1987 – 143 с.
4. СВЧ–энергетика: Пер. с англ. /М.: Мир, 1971. Т.1–3.
5. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. М.: Наука, 1968 – 288 с.
6. Киричук В.Ф., Головачева Т.В., Чиж А.Г. КВЧ–терапия. Изд-во Саратовского медицинского университета, 1999.– 359 с.
7. Афромеев В.И. Субботина Т.Н. Яшин А.А. О возможном корреляционном механизме активации собственных электромагнитных полей клеток организма при внешнем облучении // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 1997. - № 9-10. С. 28-34.
8. Бецкий О.В. Девятков Н.Д. Механизмы взаимодействия электромагнитных волн с биологическими объектами. - Радиотехника. - 1996. - Т. 41, № 9. - С. 4-11.
9. Волженин В.Е., Зингер Е.А., Греков Н.Д. и др. Изменения гемодинамики малого круга и центральной гемодинамики у больных стенокардией под действием КВЧ терапии // Миллиметровые волны в медицине. Сборник статей. Под ред. акад. Н.Д. Девяткова и проф. О.В. Бецкого. Том 1. - Москва, 1991. - С. 59-62.
10. Киричук В.Ф., Майбородин А.В., Волин М.В. и др. Информационное взаимодействие в живых объектах, подвергнутых воздействию электромагнитных КВЧ–колебаний на частотах молекулярных спектров поглощения и излучения оксида азота/12 Российский симпозиум с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии". Сборник докладов. - Москва, 2000. с. 91–93.
11. Прессман А.С. Электромагнитная сигнализация в живой природе. М.: Сов. Радио, 1974. 64 с.
12. Меньшиков Л.И. Сверхизлучение и некоторые родственные явления // Успехи физических наук. - 1999. - Т. 169, № 2. - С. 113-154.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Взаимодействие СВЧ и КВЧ излучения с биотканями»
8.1. Лекционное материально-техническое обеспечение:
Кодоскоп для демонстраций графического материала, компьютер и мультимедийный проектор.
8.2. Лабораторные работы по дисциплине:
1. Изучение работы панорамного измерителя КСВН Р2-67.
2. Измерение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) и коэффициента ослабления биотканей.
3. Определение резонансных частот для биотканей.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилю подготовки Биофизика.
Авторы:
доцент кафедры оптики и биофотоники,
к.ф.–м.н., доцент В.Н. Шевцов
доцент кафедры оптики и биофотоники,
к.ф.–м.н., доцент А.А. Никитин
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от ___________года, протокол № _________________.
Подписи:
Зав. кафедрой В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа) В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин