По проводу сигнал передаётся быстро. Можно ли описать нервное волокно просто как тонкий металлический провод?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Схема мембраны, карточки стадий импульса и таблица времени; линейка, калькулятор. Предпосылки: мембрана клетки, напряжение, скорость. Только готовые учебные сигналы: электроды к человеку и животным не подключают, разряды и стимуляцию не выполняют. Физиологические параметры учеников не собирают. 8 класс получает формулу скорости; 9 класс обосновывает регенерацию сигнала и ограничения схемы.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все тексты, рисунки и данные включены. Без регистрации: распечатайте ученическую часть PDF или используйте доску. Ответы открывайте после самостоятельной попытки. Минуты включают чтение, записи и переходы. В конце соберите индивидуальную работу. 0–1 балл: разобрать пример повторно; 2–3: уточнить пропущенное звено; 4: объяснить ограничение модели. Это обратная связь, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и проверяемое предположение
Два модельных датчика на одном нервном волокне расположены в 30 мм друг от друга. Одинаковая стадия сигнала зарегистрирована в моменты 1,0 и 2,5 мс. Ученик сказал: «Один ион пробежал между датчиками». За 2 минуты предложите другое объяснение; за 2 выпишите расстояние и задержку; за 1 назовите проверяемый вопрос.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, расчёт и ограничения
Мембранный потенциал — разность электрических потенциалов внутри и снаружи клетки. Мембрана разделяет заряды и в упрощённой электрической модели подобна конденсатору. Ионные каналы дают избирательные пути переноса ионов; их состояние меняется. Градиенты концентраций поддерживаются в том числе насосами с затратой энергии. Канал не является просто металлическим проводом, а насос — обычной батарейкой без питания.
В типичном учебном описании потенциала действия нейрона сначала возрастает проницаемость для Na⁺, затем важен выход K⁺; напряжение возвращается к отрицательным значениям. Волна последовательно возникает на соседних участках: отдельному иону не нужно проходить весь путь вдоль аксона. Это описание не переносится без оговорок на все электрически активные клетки или фоторецепторы.
Разобранный пример: Δt=2,5−1,0=1,5 мс=0,0015 с; Δx=30 мм=0,030 м; v=0,030/0,0015=20 м/с. Нужно сравнивать одну и ту же характерную точку двух сигналов. 3 минуты — элементы схемы; 3 — стадии; 3 — расчёт и единицы.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Первая серия
| Участок / время, мс | 0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| А: потенциал, мВ | −70 | −55 | 30 | −70 | −80 | −70 |
| Б: потенциал, мВ | −70 | −70 | −70 | −55 | 30 | −70 |
Это схематическая учебная запись; Б на 20 мм дальше А. 2 минуты — найдите максимумы; 3 — вычислите задержку и скорость; 3 — подпишите деполяризацию и реполяризацию; 3 — соберите цепочку «каналы → локальное изменение → соседний участок». Продукт: две временные метки, расчёт и схема из трёх звеньев. 9 класс указывает, почему по редким отсчётам нельзя восстановить точную форму импульса.
Разбор практики 1 и критерии
Максимум А при 1,0 мс, Б при 2,0 мс. Задержка 1,0 мс; скорость 0,020/0,001=20 м/с. Рост от −70 к +30 мВ — деполяризация; снижение после максимума — реполяризация. Передаётся последовательность локальных изменений, не перемещение одного иона на 20 мм. Амплитуды и времена в таблице заданы условно.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельный перенос
Вторая серия: расстояние 30 мм. Максимум А при 1,0 мс, Б при 3,0 мс; на обоих датчиках максимум +30 мВ. За 3 минуты найдите скорость; за 2 сравните её с первой серией; за 3 оцените фразу «сигнал стал слабее, потому что шёл дольше». Продукт: расчёт и два предложения с опорой на амплитуду. Можно ли по этим двум сериям назвать причину замедления?
Ответ и объяснение практики 2
v=0,030/0,002=15 м/с; это на 25% меньше 20 м/с. Амплитуда максимума одинакова; время прохождения и высота сигнала — разные признаки. Причина различия не установлена: нужны сведения о свойствах волокна и условиях. Нельзя по скорости ставить диагноз или утверждать, что исследовали настоящего человека.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Аргумент и обоснованный вывод
2 минуты — сопоставьте мембрану и конденсатор; 3 — выберите, чего нет в простом пассивном проводе: избирательности каналов, активного восстановления градиентов или электрического сопротивления; 2 — сформулируйте пользу аналогии и два ограничения.
Опора для обсуждения
Сопротивление бывает и у провода. Специфика живой системы — избирательные изменяемые каналы и поддерживаемые градиенты; возбуждение регенерируется. Ёмкостная аналогия объясняет разделение зарядов, но не описывает всю биохимию и распространение импульса. Не каждый электрический сигнал клетки — одинаковый потенциал действия.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственное решение
Одинаковые максимумы разделены 0,8 мс при расстоянии 12 мм. За 3 минуты найдите скорость, объясните роль каналов и назовите ограничение аналогии с проводом. За 1 минуту сверьте, за 1 исправьте. Критерии: перевод единиц, скорость, каналы, ограничение — по 1 баллу.
Ключ и критерии индивидуальной работы
12 мм=0,012 м; 0,8 мс=0,0008 с; v=15 м/с. Каналы избирательно пропускают ионы и меняют проницаемость мембраны. Провод не воспроизводит активное поддержание градиентов или регенерацию импульса. Четыре критерия по 1 баллу.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Электрические явления в природе | Сопоставляет мембрану и элементы цепи | Объясняет возможности и пределы аналогии |
| Занятие №7: движение электрического импульса | Сравнивает задержки сигналов | Находит скорость по одной стадии волны |
Опора — раздел «Объединяем науки» опубликованной программы на 64 часа. Это самостоятельный урок на 45 минут. Подробный сценарий, распределение времени и учебные числовые серии — методическая разработка. Предоставленные данные не выдаются за опыт, проведённый авторами или этим классом.
Источники и права на изображения
Источники проверены 15.10.2026. Числовые наборы и графики — учебные модели, не результаты проведённых авторами опытов. Оригинальные схемы подготовлены порталом «Школы России» для этого урока, не являются фотографиями. Ответы и примечания учителю в PDF выделены отдельно.