Мышечная система. Лабораторная работа «Изучение влияния статической и динамической нагрузки на утомление мышц»
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут экспериментально сравнить скорость наступления утомления при статической и динамической нагрузке, зафиксировать результаты в таблице, сформулировать вывод с использованием понятий «утомление», «статическая нагрузка», «динамическая нагрузка» и объяснить его с позиций работы мышц.
- Образовательная задача: закрепить знания о строении и функциях скелетных мышц, механизмах мышечного сокращения и причинах утомления.
- Развивающая задача: научиться планировать простой биологический эксперимент, измерять время выполнения нагрузки, сравнивать результаты и представлять их в таблице.
- Метапредметная задача: развивать умение выдвигать гипотезу, работать по инструкции, контролировать соблюдение условий опыта и аргументировать вывод.
- Воспитательная задача: формировать ответственное отношение к здоровью, соблюдение правил безопасности при физических нагрузках и интерес к профессиям, связанным с медициной, спортом и биологическими исследованиями.
Планируемые результаты
Личностные
- Ученик осознаёт значение дозированной физической нагрузки для сохранения здоровья и профилактики переутомления.
- Проявляет ответственное отношение к собственному самочувствию и прекращает выполнение опыта при боли, головокружении или резком ухудшении состояния.
- Понимает практическое значение биологических знаний для выбора безопасного режима труда, отдыха и физической активности.
- Снижает тревожность перед заданиями ОГЭ благодаря опыту самостоятельного анализа биологического эксперимента.
Метапредметные
- Формулирует гипотезу о различиях между статической и динамической нагрузкой и проверяет её экспериментально.
- Извлекает информацию из инструкции, фиксирует количественные данные и представляет их в таблице.
- Сравнивает результаты двух опытов, выявляет закономерность и объясняет возможные причины расхождений.
- Распределяет роли в паре, соблюдает алгоритм работы и аргументированно представляет общий вывод.
- Распознаёт типичные формулировки заданий ОГЭ о мышечной системе, утомлении и значении физической активности.
Предметные
- Знать различия между статической и динамической мышечной нагрузкой.
- Знать, что утомление связано с уменьшением работоспособности мышцы вследствие расходования энергии и накопления продуктов обмена.
- Уметь выполнять статическую и динамическую нагрузку по заданной инструкции с соблюдением правил безопасности.
- Уметь измерять время до появления признаков утомления, заносить данные в таблицу и сравнивать результаты.
- Уметь формулировать биологический вывод о влиянии характера нагрузки на скорость наступления утомления.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают личную ответственность за соблюдение правил безопасного выполнения физических упражнений.
- Связывают изучение мышечной системы с повседневной двигательной активностью и профессиональным самоопределением.
- Оценивают собственное самочувствие до, во время и после нагрузки.
- Формируют мотивацию к точному выполнению лабораторной работы как к модели деятельности врача, тренера или исследователя.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и формулируют последовательность действий для её достижения.
- Планируют распределение ролей: испытуемый, секундомерщик, наблюдатель и записывающий.
- Контролируют время, технику выполнения упражнения и появление признаков утомления.
- Сопоставляют полученный результат с гипотезой, выявляют ошибки и предлагают способы улучшения опыта.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки статической и динамической работы мышц.
- Устанавливают причинно-следственную связь между характером нагрузки и скоростью наступления утомления.
- Используют таблицу как модель представления результатов эксперимента.
- Анализируют биологическую ситуацию и выбирают обоснованное объяснение результата.
- Применяют знания о мышцах при решении задания в формате ОГЭ.
Коммуникативные УУД
- Договариваются о распределении ролей и правилах взаимодействия в паре или мини-группе.
- Задают уточняющие вопросы по инструкции и корректно сообщают о своём самочувствии.
- Представляют результаты опыта, используя точные биологические термины.
- Аргументируют вывод и учитывают результаты других групп при обсуждении.
- Соблюдают доброжелательность и не сравнивают физические возможности одноклассников в оценочной форме.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить рабочие места по парам: устойчивый стул или место у стены, секундомер, ручка и бланк лабораторной работы.
- Распечатать бланки лабораторной работы по одному на каждого ученика с таблицей для двух опытов и вопросами для вывода.
- Подготовить карточки с ролями по одной на каждую пару: «испытуемый», «секундомерщик», «наблюдатель», «записывающий».
- Вывести на доску или экран определения: «статическая нагрузка», «динамическая нагрузка», «утомление», а также признаки прекращения опыта.
- Разместить на доске алгоритм: гипотеза — инструкция — измерение — запись — сравнение — вывод.
- Подготовить таймер или общий секундомер на экране; индивидуальные телефоны использовать только по разрешению учителя и при отключённых уведомлениях.
- Подготовить карточку с заданием в формате ОГЭ о различии статической и динамической работы мышц — по одной на пару.
- Освободить пространство между партами, проверить устойчивость стульев и отсутствие предметов, о которые можно споткнуться.
- Заранее уточнить ограничения по здоровью учащихся; предусмотреть вариант наблюдателя и аналитика для ученика, которому противопоказана физическая нагрузка.
- Подготовить памятку по безопасности: не задерживать дыхание, не выполнять упражнение через боль, немедленно сообщать о плохом самочувствии.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу, распределить роли и включить учащихся в исследовательскую деятельность.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране тему и цель: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы не просто повторим свойства мышц, а проверим их экспериментально. Нам предстоит сравнить статическую и динамическую нагрузку и выяснить, при какой из них утомление наступает быстрее. В конце урока каждый сможет объяснить результат языком биологии и решить задание, похожее на задание ОГЭ." | Записывают дату и тему, читают цель, называют ожидаемый результат: "Сравнить две нагрузки и объяснить, почему мышцы устают". |
2 мин | Учитель демонстрирует безопасную позу и говорит: "Работаем только в пределах комфортной нагрузки. Не задерживаем дыхание, не соревнуемся и не стремимся выдержать любой ценой. При боли, головокружении, тошноте, резкой слабости или судороге сразу прекращаем опыт и сообщаем мне. Ученик с медицинскими ограничениями выполняет роль наблюдателя и аналитика." | Называют возможные признаки прекращения опыта, проверяют свободное пространство вокруг рабочего места, подтверждают готовность соблюдать правила. |
1 мин | Учитель раздаёт карточки ролей и объясняет: "В первой попытке один ученик выполняет нагрузку, второй отсчитывает время и наблюдает за техникой. Затем роли меняются. Записывающий фиксирует время и признаки утомления. Ваша задача — получить честные данные, а не показать лучший спортивный результат." | Распределяют роли в парах, проверяют наличие секундомера и бланка, задают уточняющие вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы организовали безопасное исследование и распределили роли. Теперь вспомним, какие мышцы и процессы обеспечивают движение, чтобы правильно объяснить будущие результаты."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка гипотезы (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о работе мышц и сформулировать проверяемую гипотезу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель использует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала самостоятельно определите, чем отличается работа мышцы при удержании позы от работы при многократном сокращении. Затем обсудите ответ с соседом. Какой пример статической работы вы можете привести? Какой — динамической?" | Индивидуально формулируют признаки, затем обсуждают в парах. Называют: "При статической нагрузке длина мышцы почти не меняется, а при динамической мышца сокращается и расслабляется"; приводят примеры удержания груза и приседаний. |
2 мин | Учитель фиксирует ответы в кластере на доске и уточняет: "Какие системы организма обеспечивают работу мышцы? Почему мышце необходим кислород? Какие вещества могут накапливаться при недостатке кислорода?" | Дополняют кластер: нервная система регулирует сокращение, дыхательная и кровеносная системы доставляют кислород, энергия образуется при расщеплении органических веществ; предполагают накопление молочной кислоты и других продуктов обмена. |
1 мин | Учитель задаёт проблемный вопрос: "Если при статической нагрузке движение отсутствует, почему мышца всё равно устаёт? А при динамической нагрузке — почему утомление может наступать позже? Запишите гипотезу одним предложением." | Записывают гипотезу, например: "При статическом удержании мышцы быстрее утомляются, потому что длительное напряжение затрудняет кровоснабжение". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы предположили, что характер сокращения влияет на кровоснабжение и скорость утомления. Сейчас проверим эту гипотезу не рассуждением, а измерением времени."
Этап 3. Инструктаж к лабораторной работе (5 мин)
Цель этапа: обеспечить единообразное выполнение двух опытов и достоверную фиксацию данных.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране инструкцию: "Опыт первый — статическая нагрузка. Встаньте спиной к стене и примите положение, будто сидите на стуле: спина касается стены, колени согнуты примерно под прямым углом. Секундомер включается после принятия позы. Время останавливается при невозможности сохранить положение или при появлении признаков утомления. Опыт второй — динамическая нагрузка: выполняйте неглубокие приседания в спокойном одинаковом темпе, примерно одно приседание за две секунды. Не задерживайте дыхание. Считаем только технически правильные движения до выраженного утомления." | Рассматривают алгоритм, уточняют положение тела, проговаривают критерии остановки: нарушение позы, резкое замедление, отказ от продолжения или неблагоприятное самочувствие. |
2 мин | Учитель раздаёт бланк и объясняет заполнение: "В таблицу внесите время в секундах, субъективную оценку утомления по шкале от 1 до 5 и наблюдаемые признаки. Важно записать не только число, но и качество результата: дрожь мышц, нарушение позы, необходимость остановки. Перед началом отметьте, кто выполняет опыт и кто измеряет." | Подписывают бланк, заносят состав пары и роли, готовят две строки для статической и динамической нагрузки, задают вопросы по шкале утомления. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у всех одинаковая инструкция и единые критерии остановки. Сначала проведём статическую нагрузку, затем после короткого отдыха — динамическую, чтобы сравнение было корректным."
Этап 4. Выполнение опыта 1: статическая нагрузка (7 мин)
Цель этапа: измерить время сохранения статической позы и зафиксировать признаки утомления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель напоминает: "Проверьте, что спина опирается на стену, стопы стоят устойчиво, дыхание остаётся спокойным. Секундомер запускаем одновременно по моей команде. Не подбадриваем испытуемого призывами терпеть и не превращаем опыт в соревнование." | Испытуемые занимают положение у стены, секундомерщики готовят таймер, наблюдатели проверяют технику и положение коленей. |
4 мин | Учитель даёт команду: "Внимание, приготовились. Начали." Обходит пары, следит за безопасностью, напоминает дышать и прекращает опыт у ученика при признаках неблагополучия. Через каждую минуту тихо сообщает: "Проверьте положение тела и самочувствие, но не меняйте позу специально." | Выполняют статическое удержание, секундомерщики фиксируют время до остановки, наблюдатели отмечают дрожь, изменение позы и выражение утомления, записывающие заносят данные в таблицу. |
2 мин | Учитель говорит: "Остановитесь, медленно выпрямитесь и восстановите дыхание. Запишите время в секундах и оцените утомление от 1 до 5. Рядом кратко укажите, что стало причиной остановки." | Медленно выходят из позы, отдыхают, оценивают утомление, записывают время и признаки, меняются ролями при наличии времени. |
Запись в тетрадях
Учащиеся заполняют строку «Статическая нагрузка»: время выполнения, субъективная оценка утомления, наблюдаемые признаки. Пример формулировки: «Время — 48 с; утомление — 4 балла; появились дрожь мышц и нарушение положения тела».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Статическая нагрузка выполнена, данные сохранены. После восстановления дыхания проверим, изменится ли скорость утомления при чередовании сокращения и расслабления мышцы."
Этап 5. Выполнение опыта 2: динамическая нагрузка (7 мин)
Цель этапа: измерить работоспособность мышц при повторяющихся сокращениях и сравнить её со статической нагрузкой.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет: "Перед началом убедитесь, что между вами достаточно места. Выполняйте неглубокие приседания в одинаковом спокойном темпе. Колени направлены вперёд, пятки не отрываются, дыхание свободное. Качество движений важнее количества." | Занимают устойчивое положение, повторяют технику, выбирают секундометриста и наблюдателя. |
4 мин | Учитель даёт команду: "Начали. Сохраняем одинаковый темп и прекращаем работу при выраженном нарушении техники или плохом самочувствии." Учитель наблюдает за парами, следит за безопасностью и напоминает не ускоряться. | Испытуемые выполняют динамические приседания, секундомерщики измеряют время, наблюдатели считают технически правильные повторения и отмечают первые признаки утомления. |
2 мин | Учитель останавливает упражнение: "Стоп. Спокойно выпрямитесь, восстановите дыхание. Запишите время, число выполненных движений и оценку утомления. Сравнивать себя с другими по числу приседаний не нужно: нас интересует закономерность, а не спортивный результат." | Останавливаются, восстанавливают дыхание, записывают время, число повторений, субъективную оценку утомления и признаки утомления. |
Запись в тетрадях
Учащиеся заполняют строку «Динамическая нагрузка»: время выполнения, число повторений, оценка утомления и признаки. После этого в паре формулируют предварительное сравнение: «При статической нагрузке утомление наступило раньше/позже, чем при динамической».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оба измерения проведены. Теперь превратим отдельные наблюдения в научный вывод: сравним данные, найдём общую закономерность и объясним её работой мышц и кровоснабжением."
Этап 6. Обработка результатов и первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: научить сопоставлять результаты эксперимента и объяснять их с использованием биологических понятий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает работу в парах: "Сравните две строки таблицы. Какая нагрузка вызвала более быстрое появление признаков утомления? Совпадает ли ваш результат с гипотезой? Если результат отличается, не объявляйте его ошибкой сразу: обсудите темп, глубину приседаний, положение тела и индивидуальные особенности." | Сравнивают время и признаки утомления, подчёркивают более раннее наступление утомления, формулируют причины расхождений: разный темп, степень тренированности, неполное соблюдение позы. |
2 мин | Учитель строит на доске схему: «статическое напряжение — сдавливание сосудов — ухудшение кровоснабжения — дефицит кислорода — накопление продуктов обмена — утомление». Комментирует: "При динамической работе сокращение сменяется расслаблением, поэтому кровеносные сосуды периодически меньше сдавливаются. Это не означает, что динамическая нагрузка безопасна при любой интенсивности." | Переносят схему в тетрадь, объясняют цепочку причин и следствий, отвечают: "При статической работе мышца долго напряжена и хуже получает кислород". |
2 мин | Учитель даёт мини-задание формата ОГЭ: "Выберите верное утверждение. 1) При статической работе мышца полностью расслаблена. 2) При динамической работе чередование сокращения и расслабления облегчает кровоснабжение. 3) Утомление возникает только при отсутствии кислорода. Объясните выбор." | Выбирают утверждение 2, обосновывают: "При динамической работе сокращение чередуется с расслаблением, поэтому кровоснабжение обычно лучше"; отвергают варианты 1 и 3. |
Эталон решения
Верный ответ — 2. Статическая работа не означает расслабление: мышца длительно напряжена. Утомление может возникать не только при полном отсутствии кислорода, а при несоответствии между потребностью мышцы в энергии и её обеспечением, а также при накоплении продуктов обмена. При динамической работе периоды расслабления способствуют восстановлению кровотока, поэтому при сопоставимой интенсивности утомление часто наступает позже.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы связали результат опыта с механизмом кровоснабжения и научились отвечать на типичный вопрос ОГЭ с объяснением. Осталось проверить, умеете ли вы самостоятельно применить алгоритм анализа к новым данным."
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой (5 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание различий между видами нагрузки и причин утомления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточку с заданием: "Испытуемый удерживал груз неподвижно 40 секунд, а затем выполнял подъёмы и опускания того же груза в течение 90 секунд. В обоих случаях работали мышцы плеча. Определите вид каждой нагрузки, укажите, при какой нагрузке мышца изменяет длину, и объясните возможную причину более быстрого утомления при удержании груза." | Индивидуально записывают: удержание — статическая нагрузка; подъёмы и опускания — динамическая; при динамической работе длина мышцы изменяется; при статической длительное напряжение затрудняет кровоснабжение и ускоряет утомление. |
2 мин | Учитель показывает эталон на экране и организует самопроверку: "Проверьте ответ по трём критериям: правильно назван вид нагрузки, указано изменение длины мышцы, приведено биологическое объяснение. Исправьте только то, что действительно требует коррекции." | Сверяют ответ с эталоном, подчёркивают недостающие элементы, ставят себе отметку по критериям. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что вы умеете переносить результат опыта на новую ситуацию. Теперь зафиксируем общий вывод и оценим не только знания, но и качество исследовательской работы."
Этап 8. Рефлексия, оценивание и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: обобщить результаты лабораторной работы, провести самооценку и определить дальнейшую учебную задачу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель просит завершить вывод: "Продолжите фразу: «При статической нагрузке утомление наступает ..., потому что ...; при динамической нагрузке ...». Затем покажите карточку светофора: зелёная — могу объяснить самостоятельно, жёлтая — нужна тренировка, красная — остался вопрос." | Формулируют вывод: "При статической нагрузке утомление обычно наступает быстрее, потому что длительное напряжение ухудшает кровоснабжение; при динамической работе сокращение чередуется с расслаблением". Показывают карточку самооценки. |
1 мин | Учитель объявляет критерии: "Оценка учитывает не спортивный результат, а соблюдение инструкции, точность записи данных, объяснение причин и самостоятельный вывод. Ошибка в одном измерении не отменяет ценность опыта, если вы умеете её обнаружить и объяснить." | Сверяют работу с критериями, отмечают сильную сторону и то, что необходимо улучшить. |
1 мин | Учитель даёт домашнее задание и проводит «Билет на выход»: "Перед выходом письменно ответьте на вопрос: почему длительное удержание позы может утомлять мышцы даже без движения конечности?" | Записывают домашнее задание и сдают краткий ответ на выходе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы выступили в роли исследователей: поставили гипотезу, провели два измерения, обработали данные и объяснили результат. Не забудьте, что точность и безопасность важнее рекорда."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — соблюдены правила безопасности, корректно выполнены оба опыта или полноценно проведено наблюдение, в таблице точно зафиксированы время и признаки утомления, различия статической и динамической нагрузки объяснены через кровоснабжение и сформулирован самостоятельный обоснованный вывод.
- «4» — опыт выполнен по инструкции, данные записаны с одной несущественной неточностью, различия нагрузок определены верно, но объяснение или вывод недостаточно полно связаны с кровоснабжением.
- «3» — заполнена основная часть таблицы, названы виды нагрузки, однако допущены ошибки в объяснении причин утомления или вывод сформулирован без достаточного обоснования.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о влиянии статической и динамической нагрузки на утомление мышц? | Выявление осознания основного предметного результата урока. |
Какая часть лабораторной работы оказалась самой сложной: выполнение нагрузки, измерение времени, запись данных или объяснение результата? | Определение точек затруднения в исследовательском алгоритме. |
Почему при статической нагрузке кровоснабжение мышцы может ухудшаться? | Проверка причинно-следственного понимания механизма утомления. |
Сможете ли вы решить похожее задание ОГЭ без помощи? Что нужно повторить? | Субъективная оценка готовности и планирование индивидуальной коррекции. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы доказали на собственных наблюдениях, что характер мышечной работы влияет на скорость наступления утомления. Главное различие состоит в том, что при статическом напряжении мышца долго остаётся сокращённой, а при динамической работе сокращение чередуется с расслаблением. Типичная ошибка — считать, что отсутствие движения означает отсутствие работы мышцы. На следующем уроке мы продолжим изучать регуляцию движений и рассмотрим, как нервная система управляет сокращением мышц. Если вы встретите подобное задание на ОГЭ, ищите в условии признаки сокращения, расслабления, изменения длины мышцы и причины утомления».»
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить краткую схему «Статическая и динамическая нагрузка»: для каждого вида указать положение мышцы, наличие движения, пример из повседневной жизни и предполагаемую скорость утомления. Решить 3 тестовых задания на различение видов мышечной работы. | Закрепляет основные понятия и алгоритм распознавания нагрузки; при проверке смотреть на точность терминов и наличие биологического объяснения. |
Средний (повышающий) | Описать один бытовой пример статической и один динамической нагрузки, а затем предложить безопасный режим их чередования для школьника. Обосновать ответ 4–5 предложениями с использованием понятий «кровоснабжение», «кислород», «утомление». | Развивает функциональную грамотность и умение применять знания о мышцах к здоровьесберегающей ситуации. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать мини-план повторного эксперимента с тремя участниками: указать независимую и зависимую переменные, постоянные условия, способ измерения, таблицу данных и две возможные причины недостоверного результата. | Формирует исследовательские умения и понимание условий корректного биологического эксперимента; при проверке оценивать наличие переменных, контроля условий и способов обработки данных. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Чем статическая нагрузка отличается от динамической?», «Почему при длительном статическом напряжении может ухудшаться кровоснабжение мышцы?», «Какие данные лабораторной работы нужно записать, чтобы сравнение было обоснованным?»
