В.А. Леках. Ключ к пониманию ФИЗИОЛОГИИ
УРСС Москва • 2002
Леках Виктор Аронович
Ключ к пониманию физиологии: Учебное пособие. – М.: Едиториал УРСС, 2002. - 360 с.
ISBN 5-354-00132-3
Материал по физиологии человека и животных в книге изложен нетрадиционным образом. Здесь представлено более 700 задач с подробными решениями по разным темам физиологии. В первой (методической) части книги приведен ряд общих положений для выработки двух важнейших навыков – умения мыслить физиологически и умения мыслить системно. Эти навыки будут способствовать усвоению материала задачника.
Важной особенностью является то, что для успешного решения задач применяется несколько специально разработанных правил, основанных на использовании системного подхода. Ознакомление с методикой решения и последующее ее применение в ходе самостоятельной работы призваны обеспечить глубокое понимание сущности изучаемых физиологических процессов.
Книга предназначена для студентов медицинских и биологических специальностей при изучении курса физиологии. Может использоваться учителями средней школы, абитуриентами и старшеклассниками.
Издательство «Едиториал УРСС». 117312, г. Москва, пр-т 60-летия Октября, д. 9. Лицензия ИД №05175 от 25.06.2001 г. Подписано к печати 01.05.2002 г. Формат 60x84/16. Тираж 3000 экз. Печ. л. 22,5. Зак. № 8.
Отпечатано в типографии ООО «Рохос». 117312, г. Москва, пр-т 60-летия Октября, 9.
Введение
Уважаемый читатель!
Перед Вами не совсем обычная книга, хотя она и выполняет функции учебного пособия.
Из собственного опыта Вы знаете, что учебник – это большое количество так называемого фактического материала. Работа над таким учебником направлена прежде всего на то, чтобы побольше и получше запомнить. В данном пособии фактических сведений немного. При необходимости Вы сможете найти их в учебной литературе. Но тогда у Вас может возникнуть закономерный вопрос – для чего же предназначена книга, чему можно научиться, работая с ней?
Еще в XIX веке известный философ Г. Спенсер сказал, что величайшая цель образования не знание, а действие. И это совершенно справедливо! Высококвалифицированный специалист должен не просто много знать. Главное – уметь эффективно использовать свои знания. Именно в этом заключается высшая цель настоящего образования – научиться успешно действовать в сфере своей профессии, опираясь на полученные знания.
Что означает успешно действовать, в общем понятно. Поставить правильный диагноз, вылечить больного, повысить продуктивность скота, разработать оптимальный режим спортивных тренировок – все это примеры успешных профессиональных действий. Но для этого совершенно недостаточно просто запомнить множество фактов, цифр и рецептов. Необходимо глубокое понимание физиологии. Именно физиология является теоретической основой и медицины, и ветеринарии, и животноводства, и спортивных дисциплин, и вообще любых ситуаций, в которых требуется не только знание процессов, протекающих в организме, но и умение изменять их в желаемом направлении. Научиться же понимать физиологию можно и нужно в ходе ее изучения. Именно для этого и написано данное пособие. Оно призвано помочь Вам не запоминать факты (для этого имеются обычные учебники), а понимать сущность многих явлений.
В том, что понимание достигнуто, можно убедиться только путем решения задач. Задачи – это точильный камень, который придает лезвию мысли необходимую остроту. Особенность настоящего пособия не только в том, что в нем собрано около семисот учебных задач. Главное – это. ориентиры, которые должны помогать Вам уверенно двигаться к цели. Их всего два – умение мыслить физиологически и умение мыслить системно. Что это означает, будет сказано позже. А овладеть таким мышлением Вы должны в ходе самостоятельной работы. Другого пути нет, подобно тому как нельзя научиться плавать, пока сам не погрузишься в воду. Задача эта не из легких. Но у Вас будет надежный помощник. – книга, которую Вы держите в руках. Затраченные же усилия, как Вы сможете убедиться, окупятся сторицею. Автор старался построить книгу так, чтобы работа с ней вызывала у Вас положительные эмоции. Насколько это удалось, судить читателям. Во всяком случае доказано, что усвоение любого материала происходит более успешно на положительном эмоциональном фоне. Попросту говоря, обучение должно доставлять удовольствие. Об этом еще в прошлом веке образно сказал французский писатель Анатоль Франс – чтобы переварить знание, нужно поглощать его с аппетитом. Так что – приятного Вам аппетита!
***
Как же построена книга? Она состоит из двух частей. В первой части подробно описаны ориентиры, которые должны помочь Вам научиться эффективно думать. Именно эффективное мышление – основа глубокого понимания предмета. Первый ориентир – это несколько основных принципов (положений) физиологии, освоение которых позволит Вам достаточно уверенно разбираться в различных физиологических ситуациях. Изложению этих принципов посвящена глава 2. Постарайтесь хорошенько ее проработать. Данная глава занимает особое положение, потому что поставленные в ней вопросы в традиционных учебниках физиологии не рассматриваются. По крайней мере в том аспекте, как это сделано в главе 2.
Второй ориентир – это системный подход – важнейший метод, который окажет Вам неоценимую помощь не только при изучении физиологии, но и во многих других сферах деятельности. Системный подход подробно рассмотрен в главе 3.
Очень важная особенность книги состоит в том, что в ней впервые сформулированы четыре специальных правила. Они помогут Вам не только использовать- системный подход при решении задач, что само по себе эффективно. Вы научитесь действовать не классическим, но изживающим себя методом проб и ошибок, не методом случайного поиска, не гаданием типа «а может так?», а по определенной системе, опираясь на соответствующие четкие правила. И тогда окажется, что многие задачи совсем не столь сложны, как это могло представляться сначала. Подробное рассмотрение правил, примеры их использования и необходимые комментарии – все это составляет содержание главы 4. После освоения материала первой части Вы переходите к практическому его использованию. Для этого предназначена вторая часть книги. В ней собрано около 700 учебных задач с их решениями. В каждый параграф всех глав части II входят:
• тренировочные задачи;
• задачи для самоконтроля;
• решение задач для самоконтроля.
Таким образом, задачи разбиты на две группы:
Задачи первой группы – тренировочные. Решение приводится сразу же после условия задачи. От Вас требуется только внимательно ознакомиться с условием задачи, а затем столь же внимательно проанализировать ход решения и его логику.
Задачи второй группы играют решающую роль. Они предназначены для самоконтроля. Используя уже известные Вам положения и правила, Вы должны получить нужный результат на этот раз без подсказки. Собственно говоря, подсказки (подробные решения) имеются и здесь. Они приводятся в конце каждого параграфа. Но не торопитесь сразу же в них заглядывать. Все равно они никуда от Вас не денутся. Интересно проверить самостоятельно, приобретен ли необходимый навык, и только после этого сравнить то, что получено, с так сказать, официальным решением.
Задачи главы 6 предназначены для проверки освоения рассмотренных ранее некоторых принципов физиологии – умения мыслить физиологически. Эта глава занимает, как и глава 2, с которой она непосредственно связана, особое положение. Главы 7-11 построены соответственно учебному курсу физиологии. Работая над ними, Вы должны приобрести очень ценный навык, о чем уже говорилось – не просто знать что-то, но и уметь использовать свои знания для получения необходимого результата, в частности, решения учебных задач.
Особняком стоят главы 5 и 12. Они посвящены физиологической графике – изображению результатов физиологических экспериментов в виде рисунков. Как показывает обширная педагогическая практика, далеко не у всех студентов дела в этих вопросах обстоят благополучно.
Решение любой задачи возможно при выполнении двух требований. Во-первых, необходимо иметь нужную информацию. Допустим, знать фазы сердечного цикла. Во-вторых, и это главное – уметь использовать эти знания в практической деятельности. Основная задача данного пособия – выполнить именно второе требование – научить Вас эффективно использовать имеющуюся информацию. Это далеко не просто.
Что касается так называемого фактического материала, то его нетрудно найти в обширной учебной литературе по физиологии. Ниже приводится перечень основных учебников и учебных пособий.
1. Физиология человека: Учебник для студентов медицинских институтов / Под ред. проф. Е. Б. Бабского. М., 1972.
2. Нормальная физиология: Учебник для студентов медицинских факультетов университетов / Под ред. проф. А. В. Коробкова. М., 1980.
3. Основы физиологии / Под ред. П. Стерки. М., 1984.
4. Физиология человека и животных: Учебник для студентов университетов (специальность «биология») / Под ред. проф. А. Б. Когана. М., 1984.
5. Физиология человека: Учебник для студентов медицинских институтов / Под ред. проф. Г. И. Косицкого. М., 1985. (К сожалению, этот учебник имеет много недостатков.)
6. Физиология человека: В 4 т. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М., 1985. (Имеется более позднее издание в 3 кн. М., 1996.)
7. Общий курс физиологии человека и животных: Учебник для студентов биологических и медицинских специальностей / Под ред. проф. А. Д. Ноздрачева. М., 1991.
8. Эккерт Р., Рэндолл Д., Огастин Дж. Физиология животных: В 2 кн. М., 1991.
9. Фомин Н. А. Физиология человека: Учебник для студентов и преподавателей физической культуры. М., 1995.
10. Физиология человека: Учебник для медицинских институтов: В 3 т. / Под ред. проф. Б. И. Ткаченко и проф. В. Ф. Пятина. СПб., 1996.
11. Физиология человека: Учебник для медицинских институтов: В 2 т. / Под ред. проф. В. М. Покровского и проф. Г. Ф. Коротько. М., 1997.
12. Агаджанян Н.А. и др. Физиология человека: Курс лекций. СПб., 1998.
13. Андрианов В. В. и др. Нормальная физиология: Учебное пособие. М., 1999.
А теперь, когда Вы уже в достаточной степени представляете, что Вас ожидает впереди, счастливого Вам пути по совершенно новой, но зато очень интересной дороге! А дорогу, как гласит народная мудрость, осилит идущий!
Часть I общие положения
Глава 1. Решение задач – критерий овладения предметом
Мы очень часто произносим слова «учеба», «обучение», «учиться». Для чего же человек учится, получает образование? Обычно говорят, что цель обучения приобретение знаний. Но знания, как и вообще любая информация, нужны и важны, если их используют для достижения каких-то полезных результатов. В противном случае неиспользуемые знания уподобляются библиотеке, в которую никто никогда не заходит.
Использование знаний состоит в том, чтобы, опираясь на них, решать многочисленные задачи, которые ставит перед нами жизнь и, в частности, профессиональная деятельность – врача, инженера, педагога и т.д. Чем успешнее решает человек возникающие задачи, тем лучше он использует свои знания.
Внимание! Если в ходе рассуждений употребляется какой-либо термин, то необходимо обеспечить однозначное его понимание. В данном случае нужно сразу же договориться, что мы будем понимать под словом «задача».
Задача – это возникшая в естественных условиях или искусственно сформулированная ситуация, в которой требуется получить определенный полезный результат. Решение задачи заранее неизвестно, поэтому его поиск связан с преодолением каких-то трудностей.
Задачи могут быть самыми разными. В сущности любая деятельность человека так или иначе сопровождается постоянным решением задач. Например, генерал решает задачи, связанные с проведением наступательных или оборонительных операций. Врач, ставящий диагноз и приступающий к лечению больного, также должен решать соответствующие задачи. Хозяйка, которая готовит праздничный пирог, опять-таки решает задачу, теперь уже кулинарную и, как мы знаем, не всегда решение оказывается успешным, а пирог вкусным. Количество подобных примеров в любой сфере деятельности людей поистине бесконечно.
Теперь мы можем уточнить цель данного пособия. Оно должно помочь Вам научиться глубокому пониманию физиологии в ходе решения многочисленных учебных задач. При этом сущность решения будет становиться все более понятной по мере того как Вы будете овладевать умением, во-первых, мыслить физиологически и, во-вторых, мыслить системно.
Естественно, нас будут интересовать не любые задачи, а задачи учебные. В чем сущность учебной задачи? Если в клинике нужно обследовать реального больного и поставить диагноз, то это врачебная задача. Если же Вам на занятиях предлагают искусственно подобранный набор симптомов, по которому нужно обосновать диагноз и определить тактику лечения, то это уже учебная задача. Такая задача представляет собой как бы модель реальной ситуации, это нечто вроде тренажера, на котором отрабатываются, тренируются определенные умения, связанные с мыслительной деятельностью. (В этой книге речь будет идти только о мыслительных умениях. Для врача, в частности, очень важны и мануальные навыки – уметь сделать инъекцию, желудочное зондирование, переливание крови и т.д., но это уже другая сфера, где используются иные принципы обучения.)
В чем же состоят особенности учебных задач в области теоретических наук, в частности, физиологии? Это можно понять, если сравнить учебные задачи с так называемыми контрольными вопросами, с которыми Вам часто приходится встречаться.
Контрольный вопрос требует простого воспроизведения какой-то порции известной Вам информации. Например, «что такое мембранный потенциал? Как он возникает?» Если Вы откроете учебник, прочитаете соответствующий раздел и запомните прочитанное, то ответ готов. При решении же задачи, в отличие от контрольного вопроса, недостаточно просто вспомнить требуемые фактические сведения. Необходимо, и это главное, уметь сопоставлять и связывать их таким образом, чтобы прийти к правильному выводу. Например, «как изменится возбудимость нервной клетки при гиперполяризации ее мембраны?» Для решения этой задачи нужно знать, что такое поляризация мембраны и гиперполяризация ее, что такое мембранный потенциал, критический уровень деполяризации, пороговый потенциал. Затем необходимо понять зависимость между возбудимостью и величиной порогового потенциала, между гиперполяризацией мембраны и величиной порогового потенциала. Только после этого можно ответить на основной вопрос задачи и тем самым решить ее.
Можно запомнить ответ на этот вопрос чисто механически, поскольку он очень краток – возбудимость понизится. Но, если при этом останется непонятой приведенная выше последовательность рассуждений, то подобное механическое знание окажется мертвым. Оно никак не сможет помочь Вам в дальнейшем, если условия других задач на эту же тему будут как-то изменены.
Из приведенного примера следует важный вывод. Для решения задачи, конечно, необходимо знать определенные факты, иметь четкое представление об используемых понятиях. Но самое главное – уметь связать все это воедино. Образно говоря, нужно не только знать свои пять пальцев, но и уметь сжимать их в кулак.
Наиболее эффективным решение задач становится в том случае, когда при этом используют какие-то общие принципы. О них речь пойдет дальше.
Известна притча о мудреце, которому предложили выбор между истиной и дорогой к истине. Мудрец выбрал дорогу. В этом заключен глубокий смысл, потому что именно умение находить дорогу к истине помогает решать самые различные задачи, делает наши знания эффективными.
Если Вы самостоятельно находите решение задачи, то тем самым каждый раз делаете для себя маленькое научное открытие. Неважно, что Ваш вывод уже известен науке. Это отнюдь не умаляет Ваших достижений. Более того, когда Вы убеждаетесь, что Ваше решение правильное, что так оно и есть на самом деле, естественно, должно возникать чувство удовлетворения, та самая положительная эмоция, которая делает обучение не утомительной нагрузкой, а интересной работой. Возникает уверенность в своих силах, столь необходимая в любом деле.
Автору очень хотелось, чтобы работая над этой книгой, Вы постоянно убеждались, что можете больше, значительно больше, чем сами о себе думаете. Для этого нужно научиться правильно организовывать свою умственную работу, дисциплинировать процесс мышления, думать не хаотически, а по определенным правилам.
Внимание! Появилось очень важное слово – правила. Вот первое из них.
Правило 1. Для успешного решения задачи нужно, во-первых, обладать необходимой информацией, во-вторых, уметь эффективно ее использовать.
Остановимся на этом правиле более подробно. Для решения любой задачи требуется строго определенная информация. Она имеется далеко не всегда. В таких случаях решение должно начинаться с поиска и получения необходимой информации. Однако в учебных задачах ситуация другая. Здесь главное – научиться использовать уже имеющуюся информацию. Поэтому в большинстве учебных задач, приведенных в этой книге, дается необходимая и достаточная для решения информация. И только в самом конце, после того как Вы приобретете необходимые навыки и уверенность в решении таких задач, мы остановимся на более сложных ситуациях. В них намеренно будет содержаться или недостаточная или избыточная информация. Здесь Вам придется работать на весьма высоком уровне, определяя, в чем заключается недостаточность или избыточность.
Что касается эффективного использования уже имеющейся информации, то, как говорилось выше, Вы будете учиться этому в ходе работы над пособием. А сейчас обратите внимание на два следствия, которые вытекают из правила 1.
1а. Информация, которая никак не используется для решения постоянно возникающих задач, превращается в мертвый груз, а труд, затраченный на получение этой информации, оказывается в конечном счете бесполезным.
1б. Ценность информации определяется не ее количеством (чем больше, тем лучше) а тем. насколько необходимой она оказывается при решении той или иной задачи.
А если так, то посмотрим на ситуацию с точки зрения студента. За время обучения он должен прочитать несколько десятков учебников, не говоря уже о дополнительной литературе. Приходится запоминать огромное количество фактического материала и удерживать его в голове хотя бы до сдачи экзамена. При этом, к сожалению, весьма часто остается непонятым, неосмысленным и неусвоенным главное: какая же информация является ведущей, а какая второстепенной. Именно поэтому знания многих студентов, в том числе и добросовестно работающих, зачастую оказываются формальными. Такой студент, прекрасно изложив материал, относящийся к тому или иному вопросу, может оказаться беспомощным, когда приходится от простого воспроизведения выученного текста перейти к использованию полученных знаний в ситуации, требующей не вспоминать, а размышлять. Поэтому, чтобы научиться уверенно решать задачи, необходимо уметь организовывать свое мышление в процессе решения. Рассмотрим некоторые общие правила, способствующие такой организации.
Правило 2. Чтобы эффективно использовать полученные знания при решении задач, необходимо научиться видеть, находить, выявлять связи между теми явлениями, процессами, свойствами, которые Вы изучаете.
Есть шутливый афоризм – «Образование – это то, что остается, когда все выученное забыто». В этой шутке заключен большой смысл. Действительно, разве может что-то остаться, если человек забыл какие-то фактические сведения? Оказывается, чрезвычайно важно сохранить понимание связей между элементами знания.
Связи, связи и еще раз связи!
Допустим, Вы забыли, при какой частоте раздражения мышцы лягушки возникает зубчатый тетанус, а при какой гладкий. Можно начать мучительно вспоминать нужные цифры. А можно пойти другим путем. Если Вы четко представляете связь между частотой раздражения и характером сокращения мышцы, если Вам понятно, что более редкие раздражители будут заставать мышцу в фазе расслабления, а более частые в фазе укорочения, то нет ничего страшного, если забыты конкретные цифры. Вы найдете их в учебнике или в другом источнике информации. Более того, на подобный вопрос нетрудно ответить по догадке. Для этого нужно только сообразить, как можно компенсировать забытые сведения теми, которые сохранились. Если Вы помните (или Вам подскажут), что продолжительность фазы укорочения данной мышцы составляет 0,05 с, то не составит труда рассчитать, что гладкий тетанус получится при частоте раздражений, превышающей 20 Гц, а зубчатый – при меньшей частоте, потому что интервал между раздражениями будет соответственно меньше или больше, чем 0,05 с. Приведенный простой пример показывает, как понимание связей между явлениями помогает прийти к правильному выводу и при этом компенсировать недостающие знания.
Правило 3. Если в условии задачи используются какие-то специальные термины, а Вы не убеждены в том, что правильно понимаете сущность этих терминов, то приступать к решению абсолютно бесполезно.
Это простое и понятное правило, но практика показывает, что, к сожалению, оно часто нарушается. Из боязни получить плохую оценку студент отвечает на вопрос, не поняв его и не пытаясь устранить непонимание. Лишь бы не молчать. Положение усугубляется тем, что многие преподаватели не устраняют этот страх, а поддерживают его.
Данное пособие предназначено для самостоятельной работы. Поэтому нужно твердо запомнить – решение любой задачи начинается с ответа на вопрос: «Уверен(а) ли я, что правильно понимаю сущность всех терминов, упоминаемых в условии задачи?» Если такой уверенности нет, то обязательно нужно заглянуть в «Словарь физиологических терминов» или в любой учебник физиологии.
Правило 4. Для успешного решения задач необходимо выработать умение мыслить строго последовательно, связывая каждое очередное рассуждение с предыдущим.
Подумайте, всегда ли Вы ясно представляете, с чего нужно начать ответ на вопрос. Есть ли у Вас для этого четкие ориентиры, или выработалась привычка отвечать, выхватывая из вопроса какую-то его часть, знакомый термин, а то и просто наугад?
Последовательность – ценнейшее свойство любой деятельности. Особенно важную роль оно играет при решении задач. Нужно научиться выбирать отправную точку рассуждений и двигаться от нее к поставленной цели шаг за шагом, а не прыгая в разные стороны. В дальнейшем мы остановимся на этом более подробно, когда Вы будете учиться думать последовательно, используя для этого опять-таки определенные правила. С ними Вы встретитесь в последующем изложении.
Итак, Вы ознакомились с несколькими общими положениями, которые должны помочь Вам рационально организовать свою мыслительную деятельность при решении задач. Учиться применять эти положения Вы будете, разбирая многочисленные примеры того, как следует решать учебные задачи, а затем используя этот опыт при самостоятельном решении. Главное – понять логику рассуждений. В этом важнейшее условие овладения умением мыслить последовательно. Приведенные выше правила применимы в равной степени при изучении различных наук. Что касается физиологии, то, как уже говорилось, одна из двух основных целей этой книги – помочь Вам научиться мыслить физиологически. Здесь также следует опираться на несколько общих принципов, к подробному рассмотрению которых мы сейчас и переходим.