Καθηγητές Μαθήματος
Περίγραμμα
| ΤΥΠΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ | Ειδίκευσης | ||||||
| ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ: | ΝΜΒ.202 – Διαφορικές Εξισώσεις | ||||||
| ΓΛΩΣΣΑ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ και ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ: | ΕΛΛΗΝΙΚΑ & ΑΓΓΛΙΚΑ | ||||||
| ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΠΡΟΣΦΕΡΕΤΑΙ ΣΕ ΦΟΙΤΗΤΕΣ ERASMUS | ΟΧΙ | ||||||
| ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΣΕΛΙΔΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ (URL) | https://bme.uniwa.gr/course/mathematical-modeling-of-biological-and-physiological-processes/ | ||||||
| (2) ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ | |||||||
| Μαθησιακά Αποτελέσματα Περιγράφονται τα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος οι συγκεκριμένες γνώσεις, δεξιότητες και ικανότητες καταλλήλου επιπέδου που θα αποκτήσουν οι φοιτητές μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος. |
|||||||
| Το μάθημα στοχεύει στην εφαρμογή βασικών αρχών της θεωρίας ελέγχου, ανάλυσης συστημάτων, μαθηματικής μοντελοποίησης, αρχών φυσικής και χημείας, και μεθόδων προσομοίωσης για την περι-γραφή και κατανόηση βιολογικών και φυσιολογικών διαδικασιών και τον σχεδιασμό και δημιουργία αποτελεσματικότερων υποβοηθητικών συστημάτων υγείας. Η μαθηματική περιγραφή των βιολογι-κών και φυσιολογικών συστημάτων είναι προφανές ότι χρειάζεται την χρήση εξισώσεων, συνήθως διαφορικών που περιγράφουν δυναμικές συμπεριφορές συστημάτων. Άρα μέρος του μαθήματος είναι να δείξει τον τρόπο που εφαρμόζονται γνωστές και βασικές επιστημονικές έννοιες στην περι-γραφή βιολογικών και φυσιολογικών φαινομένων. Τα μαθησιακά αποτελέσματα είναι: • Κατανόηση των τρόπων εφαρμογής βασικών γνώσεων μαθηματικών, φυσικής, και χημείας για την περιγραφή και προσομοίωση βιολογικών και φυσιολογικών διαδικασιών • Κατανόηση των μεθόδων αξιολόγησης των μοντέλων • Δυνατότητα εφαρμογής των σωστών μεθόδων στατιστικής ανάλυσης ανάλογα με το πρόβλημα και την μελέτη • Εξοικείωση με την εφαρμογή υπολογιστικών εργαλείων, π.χ. EXCEL, MATLAB, για την προσομοίωση βιολογικών και φυσιολογικών διαδικασιών και την ανάλυση βιολογικών και φυσιολογικών δεδομένων |
|||||||
| Γενικές Ικανότητες Λαμβάνοντας υπόψη τις γενικές ικανότητες που πρέπει να έχει αποκτήσει ο πτυχιούχος (όπως αυτές αναγράφονται στο Παράρτημα Διπλώματος και παρατίθενται ακολούθως) σε ποια / ποιες από αυτές αποσκοπεί το μάθημα;. |
|||||||
| • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απα-ραίτητων τεχνολογιών • Ατομική εργασία • Ομαδική εργασία • Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης • Εργασία σε διεθνές περιβάλλον • Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον |
|||||||
| (3) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ | |||||||
| • Βασικές αρχές και διαφορετικές προσεγγίσεις στη μοντελοποίηση βιολογικών και φυσιολογικών διεργασιών και συστημάτων σε πολλαπλές κλίμακες μήκους και χρόνου. • Προσαρμογή καμπυλών: μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων. • Δυναμική πληθυσμών και ανάλυση ευστάθειας: Μαλθουσιανό μοντέλο, μοντέλο Lotka-Volterra, λογιστική ανάπτυξη. • Μοντέλα διάδοσης ιών: εκθετικό και λογιστικό μοντέλο. • Φαρμακοκινητική: μοντέλα διαμερισμάτων, μοντέλα χορήγησης δόσεων. • Βασικές αρχές στη μηχανική των ρευστών: είδη ροής, μακροσκοπική και διαφορική ανάλυση ροής, ιξώδεις τάσεις, ρυθμός παραμόρφωσης, ρεολογική συμπεριφορά νευτώνιων και μη νευτώνιων ρευστών, νόμος ιξώδους του Newton, ρεολογικό μοντέλο Ostwald–de Waele, εξίσωση Navier-Stokes, νόμος του Stokes. • Αιμοδυναμική και καρδιαγγειακή μηχανική: ιξώδες αίματος και εξίσωση Einstein, στρωτή και τυρβώδης ροή αίματος, ενδοθηλιακή διατμητική τάση, αντίσταση και ενδοτικότητα των αγγείων, εξίσωση των Hagen – Poiseuille, μοντέλο Windkessel, ηλεκτρικό ανάλογο κυκλοφορικού συστήματος. • Βασικές αρχές διάχυσης, αναπνευστική μηχανική, ροή διαμέσου μεμβρανών: κινητική θεωρία αερίων, κίνηση Brown, νόμος του Fick, σχέση Stokes–Einstein-Sutherland, σχέση Einstein–Smoluchowski, νόμος του Boyle, νόμος του Dalton, νόμος του Henry, πνευμονική ενδοτικότητα, επιφανειακή τάση, διαπερατότητα μεμβρανών. • Κινητική αποδέσμευσης φαρμάκων και βιοδραστικών ουσιών από πορώδη βιοϋλικά και πολυμερικούς φορείς: μακροσκοπικά μοντέλα, μοντέλο Higuchi, μοντέλο Korsmeyer-Peppas. • Εισαγωγή στις μοριακές προσομοιώσεις: ατομιστικά και αδροποιημένα μοντέλα βιομορίων (DNA, RNA, πρωτεϊνες, λιπίδια, λιποπεπτίδια), συναρτήσεις δυναμικής ενέργειας, περιοδικές οριακές συνθήκες. Στοχαστικές (Monte Carlo) και αιτιοκρατικές (Μοριακή δυναμική, Molecular Dynamics) μέθοδοι μοριακής προσομοίωσης. • Ταλαντώσεις στη βιολογία και τη φυσιολογία. |
|||||||
| (4) ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ – ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ | |||||||
| ΤΡΟΠΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ Πρόσωπο με πρόσωπο, Εξ αποστάσεως εκπαίδευση κ.λπ. |
Πρόσωπο με πρόσωπο στην πανεπιστημιακή αίθουσα. | ||||||
| ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία, στην Εργαστηριακή Εκπαίδευση, στην Επικοινωνία με τους φοιτητές |
Ηλεκτρονικές Παρουσιάσεις Χρήση του eClass Χρήση video προβολής Χρήση Η/Υ και εξειδικευμένου λογισμικού |
||||||
| ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ | Δραστηριότητα | Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου | |||||
| Περιγράφονται αναλυτικά ο τρόπος και μέθοδοι διδασκαλίας. Αναγράφονται οι ώρες μελέτης του φοιτητή για κάθε μαθησιακή δραστηριότητα καθώς και οι ώρες μη καθοδηγούμενης μελέτης σύμφωνα με τις αρχές του ECTS |
Διαλέξεις (2×13) | 26 | |||||
| Εργαστήριο (1×13) | 13 | ||||||
| Αυτοτελής μελέτη | 74 | ||||||
| Σύνολο Μαθήματος | 100 | ||||||
|
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ Περιγραφή της διαδικασίας αξιολόγησης Αναφέρονται ρητά προσδιορισμένα κριτήρια αξιολόγησης και εάν και που είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές. |
Γλώσσα αξιολόγησης: Ελληνική. Μέθοδος αξιολόγησης: Εργασίες επί των εργαστηριακών ασκήσεων και τελική εξέταση. |
||||||
| (5) ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ-ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ | |||||||
| • Α. Θ. Παπαϊωάννου. Μηχανική των Ρευστών, Εκδόσεις Σοφία, 2020. • Σ. Κομηνέας, Ε. Χαρμανδάρης. Μαθηματική Μοντελοποίηση, Κάλλιπος, Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. • A. Garfinkel, J. Shevtsov, Y. Guo. Modeling Life: The Mathematics of Biological Systems, Springer International Publishing AG 2017. • R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot. Transport Phenomena, 2nd edition, John Wiley & Sons, Inc., 2002. • A. Bunde, J. Caro, J. Kärger, G. Vogl (Editors). Diffusive Spreading in Nature, Technology and Society. Springer International Publishing AG 2018. • A. Vander, J. Sherman, D. Luciano. Human Physiology: The Mechanisms of Body Function. McGraw-Hill, 2001. • M. P. Allen, D. J. Tildesley. Computer Simulation of Liquids. Clarendon Press, Oxford, UK; Oxford University Press, New York; 1987. • W. Bialek. Biophysics: Searching for Principles, Princeton University Press, Princeton, 2012. |
|||||||