Zagadnienia
Opis
W symulacji Neuron uczniowie badają ruch jonów sodu i potasu przez błonę komórkową, gdy neuron jest stymulowany lub znajduje się w stanie spoczynku.
PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0
W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Hanson, sierpień 2023)
W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.
Poziom
Szkoła podstawowa, szkoła średnia
Przykładowe cele nauczania
- Opisz dlaczego jony mogą lub nie mogą przemieszczać się przez błony neuronów.
- Zidentyfikuj kanały wyciekowe i bramkowane oraz opisz funkcję każdego z nich.
- Opisz jak zmienia się przepuszczalność błony w kontekście różnych typów kanałów w neuronie.
- Opisz sekwencję zdarzeń, która generuje potencjał czynnościowy.
Przykładowe materiały teoretyczne
Sterowanie symulacją
Ekran symulacji
Pobudzaj neuron i monitoruj przebieg procesu. Zatrzymuj czas, przewijaj go do tyłu i do przodu, w celu obserwacji ruchu jonów przechodzących przez błonę neuronu.
Opcje dostosowywania
Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3
Na przykład, jeśli symulację Neuron chcesz uruchomić po hiszpańsku (locale=es), z
wyłączonymi linkami zewnętrznymi (allowLinks=false), użyj:
https://www.edukator.pl/tik_edukator/neuron_all.html?locale=es&allowLinks=false
| Parametr query i opis | Przykładowe linki |
| locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”. | locale=pl (polski)
locale=fr (francuski) |
| allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true. | allowLinks=false |
Ułatwienia dostępu
Tryb pełnoekranowy
Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.
Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).
Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem
Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.
Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.
Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store
Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):
Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów
Wykres potencjału przedstawia potencjał błony w czasie rzeczywistym i wyświetla potencjał względem wnętrza komórki. Niektórzy uczniowie potrzebowali wyjaśnienia, w jaki sposób mierzony jest potencjał błony, aby pomóc im zrozumieć informacje przedstawione na wykresie.
Uproszczenia / założenia modelu
- Jako separator dziesiętny używana jest kropka.
- Symulacja przedstawia potencjał czynnościowy przemieszczający się w dół aksonu i ostatecznie osiągający przekrój pokazany na widoku. Moment, w którym animowany potencjał czynnościowy osiąga przekrój poprzeczny, jest momentem uruchomienia podstawowego modelu Hodgkina-Huxleya. Gdy potencjał błony zmienia się w modelu, na przekroju aksonu otwierają się selektywne kanały błonowe, a jony sodu i potasu przemieszczają się przez błonę, aby zilustrować, że to ruch tych jonów powoduje zmianę potencjału elektrycznego na błonie . Liczba jonów, które przechodzą przez błonę, ma charakter poglądowy i jest oczywiście znacznie mniejsza niż rzeczywista liczba jonów, które przechodzą przez błonę w prawdziwym aksonie.
- Na przekroju widoczne są także kanały wyciekowe, dzięki którym sód i potas przedostają się przez membranę w stosunkowo niewielkich ilościach przez cały czas.
- Kiedy pole Ładunki jest zaznaczone, wielkość symboli + i – jest proporcjonalna do potencjału błony. Jeśli potencjał błony wynosi zero, nie występuje ładunek wypadkowy, a symbole + i – nie są widoczne.
- Potencjał jest mierzony względem wnętrza komórki. Ujemny potencjał odpowiada nadmiarowi dodatnio naładowanych jonów na zewnątrz komórki i nadmiarowi ujemnie naładowanych jonów wewnątrz komórki. Dodatni potencjał błony odpowiada nadmiarowi dodatnio naładowanych jonów wewnątrz komórki i nadmiarowi ujemnie naładowanych jonów na zewnątrz komórki.
- Chociaż pompa sodowo-potasowa Na+/K+ odgrywa rolę w długoterminowym utrzymaniu potencjału błonowego, nie jest ona uwzględniona w tej symulacji. Pokazano tylko kanały bramkowane i kanały przeciekowe, które odgrywają rolę w depolaryzacji i repolaryzacji neuronu.
- W tej symulacji nie pokazano żadnego rodzaju pompy jonowej. Uznano, że wykracza to poza zakres symulacji. Można to wykorzystać jako dobry punkt wyjścia do dyskusji w klasie na temat utrzymania spoczynkowego potencjału błonowego.
- Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)
Sugestie dotyczące wykorzystania
Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.
Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.
Przykładowe polecenia
- Jeśli jony sodu i potasu są naładowane dodatnio, co powoduje ujemny potencjał błonowy w spoczynkowym neuronie?
- Co się stanie, jeśli spróbujesz stymulować neuron zaraz po tym, jak potencjał czynnościowy osiągnie koniec neuronu? Dlaczego? Co musi się wydarzyć, aby móc ponownie pobudzić neuron?
- Jaka jest różnica między bramkowanym kanałem jonowym a kanałem przeciekowym? Wyjaśnij rolę każdego typu kanału w funkcjonowaniu komórek neuronalnych.
- Wyjaśnij kolejność, w jakiej kanały jonowe otwierają się i zamykają, aby propagować potencjał czynnościowy.
- Narysuj szkic wykresu potencjału przedstawiający potencjał czynnościowy. Oznacz wykres, aby pokazać, gdzie otwierają się i zamykają kanały bramkowane sodem i potasem.
- Co dzieje się ze stężeniem jonów sodu i potasu wewnątrz komórki, gdy neuron jest stymulowany? W jaki sposób ta zmiana stężenia powoduje powstanie potencjału czynnościowego?
- Gdzie w komórce następuje największa zmiana stężenia jonów podczas stymulacji neuronu? Wyjaśnij, w jaki sposób umożliwia to propagację potencjału czynnościowego w neuronie.
Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Neuron tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).
