Prowadzony w cyklach: 2021/22Z, 2022/23Z, 2023/24Z, 2024/25Z

Kod ISCED: 0841

Punkty ECTS: brak danych

Język: polski

Organizowany przez: Wydział Nauk Biologicznych i Weterynaryjnych (dla: Międzyuczelniane Centrum Medycyny Weterynaryjnej)

Biofizyka 7100-BFZ-1-SJ

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z fundamentalnymi i uniwersalnymi właściwościami materii, opanowanie podstawowych wiadomości z wybranych działów biofizyki, poznanie zasad przyczynowości, praw i wielkości fizycznych oraz jednostek układu SI, zapoznanie się z metodami i technikami prowadzenia doświadczeń fizycznych w badaniach przyrodniczych.

Tematyka wykładów obejmuje:
biofizyczne podstawy procesów życiowych; biofizyka komórki, narządów, układu krążenia i oddechowego; wpływ pola i promieniowania elektromagnetycznego na organizm; fizyczne podstawy metod pomiarowych stosowanych w diagnostyce oraz medycynie weterynaryjnej.

Tematyka laboratoriów obejmuje: pomiary podstawowych wielkości fizycznych; identyfikacja czynników wpływających na przebieg procesów fizycznych; rozpoznanie i rozróżnienie mechanizmów składowych w złożonych zjawiskach biofizycznych; obserwacja i charakterystyka procesów fizykochemicznych; wyznaczanie wartości parametrów fizycznych typowych dla badanych zjawisk i graficzna prezentacja wyników; obliczanie i analiza błędów eksperymentalnych; weryfikowanie wiarygodności uzyskanych wyników pomiarów.

W cyklu 2024/25Z:

Tematyka wykładów obejmuje:

Wykład 1 (2h, dr Milena Jankowska): Sprawy organizacyjne. Polecana literatura. Program wykładów i warunki zaliczenia przedmiotu. Tradycja badań biofizycznych na Wydziale Nauk Biologicznych i Weterynaryjnych. Ładunki elektryczne, siła elektrostatyczna, Prawo Coulomba. Pole elektryczne. Energia potencjalna. Potencjał i różnica potencjałów. Kondensatory. Błona biologiczna jako kondensator. Przepływ prądu w przewodnikach. Natężenie płynącego prądu. Prawo Ohma. I i II prawo Kirchoffa.

Wykład 2 (2h, dr Milena Jankowska) Transport substancji przez błony biologiczne,. Zjawiska bioelektryczne w błonach komórkowych. Gradient stężeń jonów po obu stronach błony. Typy białek transportujących jony. Geneza polaryzacji błony komórkowej. Potencjał Nernsta. Siła elektrochemiczna. Przeciekowe kanały jonowe. Elektrogenność pompy sodowo-potasowej (Na+/K+ ATPazy), Udział jonów K+, Na+ i Cl- w formowaniu potencjału błony komórkowej. Równanie Goldmana. Schemat zastepczy komórki. Pojemność i opór błony komórkowej. Prądy jonowe i potencjały czynnościowe. Przewodnośc sodowa i potasowa. Układ siły napędowej chemicznej, siły napędowej elektrycznej i wielkości prądu jonowego dla wyznaczonego potencjału błony komórkowej. Cechy potencjałów czynnościowych, fizjologiczne podstawy refrakcji względnej i bezwględnej. Stała czasowa i stała odległościowa jako bierne parametry błony komórkowej. Przewodzenie osiowe impulsów. Napięciowo- zależne kanały sodowe jako przykład funkcjonowania kanały jonowego. Zaburzenia biofizycznych właściwości błony w schorzeniach weterynaryjnych.

Wykład 3 (2h, dr Milena Jankowska) Pojęcie ciepła, temperatury, energii wewnętrznej. 0 zasada termodynamiki. Rozszerzalność cieplna. Napręzenia cieplne. Bimetale. Rozszerzalność cieplna wody i zmiany stanu jej skupienia. Pomiar temperatury. Termometry cieczowe, oporowe, bimetaliczne, ciekłokrystaliczne, pirometry. zasada działania termopary. Eksperyment Joula, I zasada termodynamiki. Ciepło właściwe. Sposoby przekazywania ciepła. Promieniowanie, rozkład promieniowania Planca, znaczenie promieniowania podczerwonego dla organizmów żywych, mechanizmy termoregulacji, przemiany fazowe i wykresy fazowe, równowaga termodynamiczna podczas przemian fazowych, kinetyczna teoria gazów, równanie stanu gazu doskonałego, analiza wykresów pV, przemiany izotermiczne, izobaryczne, izochoryczne i adiabatyczne, rozkład Maxwella-Bolztmanna.

Wykład 4 (1h, dr Milena Jankowska) Układy termodynamiczne. Funkcje stanu i parametry stanu. Niejednorodność układów biologicznych (równowagowa i nierównowagowa), stan stacjonarny (homeostaza). Układy ciągłe i nieciągłe. II zasada termodynamiki. Pojęcie entropii. Dążenie układów biologicznych do wysokiej entropiii. Utrzymanie niskiej entropii jako warunek istnienia organizmów żywych. Entalpia, procesy endo i egzotermiczne. Zasada Hessa, Entalpia swobodna, samorzutność procesów termodyanmicznych. Energia aktywacji, potencjał chemiczny i zjawisko osmozy.

Wykład 5 (2h, dr hab. Joanna Wyszkowska, prof. UMK)
Światło jako fala elektromagnetyczna
Podstawowe parametry opisujące falę: długość, częstotliwość, okres, prędkość, oraz natężenie światła. Przykłady zjawisk falowych, które ujawniają naturę światła, takie jak dyspersja, polaryzacja, interferencja i dyfrakcja. Omówienie prawa odbicia i załamania światła oraz aberracji chromatycznej i sferycznej. Widmo fal elektromagnetycznych: kolejność zakresów, wartości długości fal w zakresie widzialnym, promieniowanie jonizujące oraz relacja między długością/częstotliwością fali a energią kwantu. Dualizm korpuskularno-falowy: zewnętrzny efekt fotoelektryczny (praca wyjścia, energia i pęd kwantu).

Wykład 6 (2h, dr hab. Joanna Wyszkowska, prof. UMK)
Biofizyka promieniowania niejonizującego
Wielkości opisujące ekspozycję na pole elektromagnetyczne (pole-EM): wektor indukcji magnetycznej, wektor natężenia pola magnetycznego, wektor natężenia pola elektrycznego, gęstość mocy oraz SAR (tempo pochłaniania właściwego). Biofizyczne zjawiska związane z ekspozycją na pole-EM. Efekty biologiczne, w tym potencjalne zagrożenia oraz pozytywne działanie. Możliwe skutki zdrowotne związane z ekspozycją na pole-EM.

Wykład 7 (2h, dr hab. Joanna Wyszkowska, prof. UMK)
Podstawy fizyczne wybranych metod diagnostyki obrazowej
Rentgenografia (RTG), Tomografia komputerowa CT, Spektroskopia i tomografia NMR, Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa (PET). Pojęcia: definicja i rodzaje tomografii, różnica między tomografią a spektroskopią; angiografia; promieniowanie jonizujące; promieniowanie rentgenowskie; pozyton; izotop; anihilacja; promieniowanie gamma; radioznacznik.

Wykład 8 (2h, dr hab. Joanna Wyszkowska, prof. UMK)
Podstawy akustyki i ultrasonografii
Fala mechaniczna i ciśnienie (w tym nawiązanie do mechaniki układu oddechowego). Prawo Poiseuille’a. Efekt Bernoulliego. Charakterystyka fizyczna dźwięków. Wrażenia słuchowe. Krzywa czułości ucha ludzkiego. Pojęcia: poziom natężenia dźwięku, głośność, poziom głośności, bel, decybel, fony, izofony. Opor akustyczny. Efekt Dopplera. Ultradźwięki: wytwarzanie, detekcja, właściwości oraz główne zastosowania w medycynie i nauce. Ultrasonografia, kolorowy Doppler.

Tematyka laboratoriów obejmuje:

Lab 1 (3 h, dr hab. Joanna Wyszkowska) Wielkości fizyczne, jednostki wielkości fizycznych, działania na wielokrotnościach i podkrotnościach jednostek. Podstawowe obliczenia statystyczne.
Lab 2 (3 h, dr Milena Jankowska) Preparacja układu nerwowego karaczana amerykańskiego. Rejestracja zewnątrzkomórkowych potencjałów czynnościowych. Obserwacja działania substancji neurotoksycznych i neuromodulatorów.
Lab 3 (3 h, dr Milena Jankowska) Rejestracja temperatury zwierzęcia za pomocą termopar i pirometrów. Obserwacja właściwości promieniowania podczerwonego. Wyznaczanie ciepła wydychanego przez kręgowce.
Lab 4 (3 h, dr hab. Joanna Wyszkowska) Podstawy pomiarów i oceny ekspozycji na czynniki fizyczne na przykładzie elektromagnetycznego.
Lab 5 (3 h, dr Przemysław Grodzicki) Biofizyczne podstawy działania narzadu słuchu. Zjawiska falowe. Analiza spektrum dźwięku. Określenie wpływu zagłuszeń odbioru dźwięku poprzez różnego rodzaju szumy (białe, brązowe i różowe).

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 30 godz. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta: 45 godz. - przygotowanie do zaliczenia wykładu: 10 godz. - przygotowanie do zajęć laboratoryjnych: 8 godz. - praca własna nad opracowaniami: 15 godz - przygotowanie do zaliczenia zajęć laboratoryjnych: 10 godz. - udział w konsultacjach: - 2 godz Łącznie: 75 godz. – 3 punkty ECTS

Efekty uczenia się - wiedza

W1 - student posiada wiedzę o podstawowych zjawiskach i procesach fizycznych zachodzących w przyrodzie, dostosowaną do kierunku studiów - K_W07; K_W08 W2 - rozumie podstawowe mechanizmy zjawisk i procesów zachodzących w przyrodzie - K_W11; W3 - zna zasadę empiryzmu i rozumie konieczność przeprowadzania statystycznej analizy błędów pomiarowych - K_W11; W4 - ma wiedzę dotyczącą działania oraz zastosowania przyrządów fizycznych w metodach diagnostycznych - K_W27

Efekty uczenia się - umiejętności

U1 - student potrafi przeprowadzić analizę błędów otrzymanych wyników doświadczalnych - K_U01 U2 - potrafi przedstawić otrzymane wyniki w formie graficznej oraz przeprowadzić ich interpretację i wyciągnąć wnioski - K_U01 U3 - posiada umiejętność wykorzystywania różnych źródeł wiedzy do nauki – K_U50, K_U51;

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1 - student rozumie konieczność uczenia się i uzupełniania swojej wiedzy przez całe życie - K_K08; K2 - potrafi współdziałać i pracować w grupie - K_K09

Metody dydaktyczne

- wykład z prezentacją multimedialną; (W1-W4, K1) - demonstracje zjawisk fizycznych; (U1-U3) - samodzielne wykonanie przez studentów doświadczeń i opracowanie uzyskanych wyników. (U1U3, K2)

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz
- symulacyjna (gier symulacyjnych)

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- opowiadanie

Metody dydaktyczne poszukujące

- laboratoryjna
- doświadczeń

Rodzaj przedmiotu

przedmiot obligatoryjny

Wymagania wstępne

Przedmiot realizowany w trakcie I semestru I roku studiów

Koordynatorzy przedmiotu

W cyklu 2022/23Z:

Milena Jankowska
Joanna Wyszkowska

W cyklu 2023/24Z:

Milena Jankowska

W cyklu 2024/25Z:

Milena Jankowska

W cyklu 2021/22Z:

Maria Stankiewicz

Kryteria oceniania

Wykład:
Obecność na wykładach jest obowiązkowa, dopuszczalne są 2 nieobecności w trakcie semestru.
Zaliczenie wykładu odbywa się na podstawie pisemnego kolokwium sprawdzającego wiedzę (efekty W1-W4)..
Kolokwium składa się z 30 pytań zamkniętych jednokrotnego wyboru. Maksymalna ilość punktów do uzyskania: 30
Kryteria oceniania:
ocena dostateczna: 60-70% maksymalnej liczby punktów (18-21 pkt),
ocena dostateczna plus: 71-80% maksymalnej liczby punktów (22-24 pkt)
ocena dobra: 81-87% maksymalnej liczby punktów (25-26 pkt)
ocena dobry plus: 88-94% maksymalnej liczby punktów (27-28 pkt)
ocena bardzo dobra: powyżej 94% maksymalnej liczby punktów (29-30 pkt)
Istnieje możliwość jednorazowego podejścia do poprawy zaliczenia, które odbywa się na jednakowych zasadach jak kolokwium zaliczeniowe.
Ocena z wykładów jest średnią oceną z kolokwium zaliczeniowego i kolokwium poprawkowego. Ocena może zostać podniesiona o 0,5 za wyjątkowo aktywny udział na wykładach lub aktywność dodatkową (np. udział w wydarzeniach z zaproszonymi gośćmi)

Laboratorium:
Na ocenę końcową z laboratoriów składają się następujące elementy:
- zaliczenie na ocenę przygotowywanych przez studentów raportów (U1-U3)
- prezentacje przygotowywane przez studentów (U3)
- kolokwium końcowe sprawdzające wiedzę (W1-W4)

Kolokwium składa się z pytań otwartych i pytań zamkniętych. Pytania otwarte oceniane są na 2 pkt, pytania zamknięte na 1 pkt.

Kryteria oceniania kolokwium
ocena dostateczna: 60-70% maksymalnej liczby punktów,
ocena dostateczna plus: 71-80% maksymalnej liczby punktów
ocena dobra: 81-87% maksymalnej liczby punktów
ocena dobry plus: 88-94% maksymalnej liczby punktów
ocena bardzo dobra: powyżej 94% maksymalnej liczby punktów.
Uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń uwarunkowane jest zaliczeniem kolokwium końcowego.
Możliwe jest jednokrotne podejście do poprawy kolokwium, które odbywa się na tych samych zasadach, co kolokwium zaliczeniowe.
Ocena końcowa (OK) wystawiana jest na podstawie poniższego równania:
OK = (średnia ocen z raportów i prezentacji + średnia ocen z kolokwium zaliczeniowego i kolokwium poprawkowego) / 2

W zakresie kompetencji społecznych oceniana jest aktywność studenta na zajęciach i jego zaangażowanie oraz praca zespołowa. Prowadzący na podstawie oceny kompetencji społecznych może podnieć ocenę końcową o 0,5 stopnia.

Dopuszcza się przeprowadzanie kolokwiów w formie zdalnej na platformie TEAMS- w zależności od sytuacji epidemicznej.

Ocena końcowa wystawiana jest według skali:
2,9-3,49 – dostateczny;
3,50-3,83 – dostateczny plus;
3,84-4,16 – dobry;
4,17-4,50 – dobry plus;
4,51-5,0 – bardzo dobry.

Praktyki zawodowe

Nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
F. Jaroszyk (red.). Biofizyka. Wyd. Lekarskie PZWL, W-wa 2008.
Z. Józwiak, G. Bartosz (red.). Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami. Wyd. PWN, W-wa 2005.
S. Przestalski. ELEMENTY FIZYKI BIOFIZYKI I AGROFIZYKI. Wyd. Uniw. Wrocławskiego 2009

W cyklu 2024/25Z:

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 7100-BFZ-1-SJ w USOSweb