Бинарный урок по информатике и биологии «Компьютерное моделирование внутривидовых биологических систем»

Автор:

Грудинина Ю.С., учитель информатики МБОУ БГО СОШ №4 г. Борисоглебска, первой квалификационной категории.

Бинарный урок по биологии и информатике

«Компьютерное моделирование внутривидовых биологических систем»

(7 класс)

План урока:

I. Организационный момент (3 мин.)

II. Актуализация знаний (10 мин.)

III. Практическая работа (20 мин.)

IV. Подведение итогов (5 мин.)

V. Домашнее задание (2 мин.)

VI. Рефлексия (5мин).

Оборудование: доска, компьютеры, мультимедийный проектор.

Программное обеспечение: ОС MS Windows XP, MS Office Excel 2003.

Ход урока

I. Организационный момент.

Учитель информатики:

-Здравствуйте, ребята! Мы рады приветствовать вас на бинарном уроке по биологии и информатике, тема которого « Компьютерное моделирование внутривидовых биологических систем» .

II. Актуализация знаний.

Учитель биологии:

-Ребята, давайте проверим, хорошо ли вам понятна тема урока? Для этого вспомним:

-Что такое вид?

Ученик:

- Вид - это совокупность особей, обладающих способностью к скрещиванию с образованием плодовитого потомства; населяющих определённый ареал.

Учитель биологии:

-А что мы называем популяцией?

Ученик:

- Популяцией называется группа особей одного вида, занимающая определённый участок территории, изолированный от других, на котором свободно скрещиваются.

Учитель биологии:

-Можно ли популяцию назвать внутривидовой биологической системой?

Ученик:

- Да, можно.

Учитель биологии:

- Значит, сегодня мы будем моделировать процессы, происходящие в популяциях, что отражено в цели нашего урока.

Цель: отработать навыки моделирования некоторых процессов, происходящих в популяциях.

Учитель информатики:

- На уроке нам необходимо реализовать следующие задачи:

Задачи:

1. Закрепить приемы работы в среде табличного процессора Excel.

2. Построить график зависимости численности оленей от численности волков с различными исходными данными.

3. Проанализировать результат.

Учитель биологии:

-Прежде чем приступить к моделированию, давайте вспомним, что такое численность популяции?

-Ученик:

- Численностью называется число особей на единицу площади жизненного пространства.

Учитель биологии:

- Численность очень хорошо изображается графически. Давайте рассмотрим и проанализируем несколько графиков, отображающих изменение численности некоторых животных с течением времени.

На первом графике мы видим резкое повышение численности бабочек-вредителей в сосновом лесу. Это можно объяснить малым количеством птиц, питающихся этими бабочкам.

Резкое снижение численности рыбы, отображённое на втором графике, объясняется не только естественной смертью рыб, но и её отловом.

На третьем графике мы видим первоначальное резкое увеличение численности косуль, а затем её стабилизацию. Очевидно, что косули могли мигрировать на более богатые пищевыми ресурсами земли. В дальнейшем ресурсов стало хватать лишь для определённого количества особей и их численность стабилизировалась.

Четвертая модель отображает так называемые волны численности. Мы видим, что численность животных колеблется стечением времени. Численность травоядных зависит от количества поедаемой ими растительности, которая из года в год то повышает, то понижает биомассу. От численности травоядных прямо пропорционально зависит численность хищников.

На сегодняшнем уроке вам необходимо будет построить и проанализировать модель зависимости численности оленей от численности волков.

Учитель информатики:

- Ребята, давайте вспомним, а что такое модель?

Ученик:

- Модель - объект, который отражает существенные признаки изучаемого объекта, процесса или явления.

Учитель информатики:

-Для того, чтобы построить требуемую информационную модель, удобнее использовать язык математики и для расчетов использовать знакомую среду электронных таблиц. Известна начальная численность оленей. Известен прирост популяции, тогда для вычисления численности оленей в каждом следующем году используется формула: =2000+2000*0,4.

- Для решения поставленных перед вами задач я предлагаю вам использовать компьютер. Мы уже учились с вами моделировать различные биологические процессы с помощью электронных таблиц, поэтому, чтобы не допускать ошибок при работе, давайте напишем числовой диктант.

(Учащимся зачитываются утверждения. Если утверждение верное, то ученики в тетради пишут 1, иначе 0. В результате получится двоичное число. По окончании на доске открывается верный ответ, анализируется правильность ответов. Учащиеся сами выставляют себе оценку по предложенной оценочной шкале).

Утверждения:

1. Электронная таблица - это приложение, хранящее и обрабатывающее данные не в прямоугольных таблицах.(0)

2. Адрес ячейки электронной таблицы может быть произвольным.(0)

3. Рабочие листы и рабочие книги - это объекты ЭТ.(1)

4. Электронные таблицы невозможно применить для рисования графиков и диаграмм.(0)

5. Основные типы данных в ЭТ: число, текст, формула.(1)

6. Перед началом работы в ЭТ нужно задать соответствующий формат ячеек.(1)

7. Формула, вводимая в ячейку, должна начинаться со знака равно.(1)

8. В блоке А1:А5 электронной таблицы 3 ячейки. (1)

9. Данные в ЭТ нельзя форматировать.(0)

10. В ЭТ пользователь работает с рабочими листами, которые образуют рабочую книгу.(1)

Учитель информатики:

- Ребята, у вас на столе лежит текст практической работы. Давайте внимательно прочитаем предлагаемую в нём задачу.

III. Практическая работа "Моделирование биологических систем путём решения задач с помощью ЭТ Excel"

Основная задача:

Начальная численность популяции оленя (жертвы) составляет 2000 особей. Оленями питается хищника - волк.

Выжившая к концу каждого года часть популяции оленей увеличивает свою численность на 40%.

Начальная численность популяции волков составляет 15 особей, один волк потребляет по 30 оленей ежегодно, годовой прирост популяции волков составляет 10%.

Смертность оленей и волков по иным причинам равна нулю.

Задача 1

Рассчитайте, какова будет численность оленей через 1, 3, 5 и 10 лет при полном отсутствии хищников. Отобразите изменения численности оленей и течение данного периода времени графически.

Задача 2

Рассчитайте, какова будет численность оленей через 1, 3, 5 и 10 лет, если начальная численность волков составляет 15 особей и не изменяется на протяжении указанного периода времени. Отобразите изменения численности оленей в течение данного периода времени графически.

Задача 3

Рассчитайте, какова будет численность оленей через 1, 3, 5 и 10 лет, если начальная численность волков составляет 15 особей и возрастает на 10% ежегодно. Отобразите изменения численности оленей в течение данного периода времени графически.

Учитель информатики:

- Откройте среду электронных таблиц и оформите таблицу по приведенному ниже образцу.

- Ребята, для более быстрого выполнения разобьёмся на три группы. Первая группа решает задачу №1, вторая - задачу №2, третья - задачу №3.

- При работе за компьютером самым уязвимым органом является зрение. Чтобы снять усталость и зрительное напряжение проведём физкультминутку:

быстро поморгайте, закройте глаза и посидите спокойно, медленно считая до 5;крепко зажмурьте глаза, считая до 3; откройте их и посмотрите на яркое пятно кабинета, считая до 5.

Формулы и комментарии к решению

Задача 1

1. Численность оленей будем вычислять в ячейках В5:В15. Присваиваем ячейке В5 значение $А$1, в которую мы занесли начальную численность популяции оленей. Поскольку по условию начальная численность оленей одинакова во всех пяти задачах, можно скопировать содержимое ячейки В5 в ячейки С5 : F5.

2. Записываем в ячейку В6 формулу для вычисления численности оленей в каждом следующем году: =В5+В5*$В$1, в которую мы занесли число, характеризующее рост популяции оленей.

3. Выделяем ячейку В 6 и копируем формулу в ячейки В7 : В15 включительно.

4. Выделив необходимый диапазон ячеек, постройте диаграмму ( тип График с маркерами), отображающую динамику численности популяции оленей.

5. Подготовьте сообщение от группы по результатам компьютерного эксперимента. Выберите выступающего.

Задача 2

1. Численность оленей будем вычислять в ячейках С5: С15. Ячейке С5 мы уже присвоили значение $А$1.

2. Формулу = (C5-G5*$D$1) * (1+$В$1) заносим в С6, в которую мы занесли число оленей, поедаемых одним волком в год. Копируем содержимое ячейки С6 в ячейки С7:С15.

3. Численность волков, которая в данной задаче постоянна, будет храниться в ячейках G5:G15. BG5 записываем =$С$1, в которую мы занесли начальную численность волков. Копируем содержимое ячейки G5 в ячейки G6: G15 включительно.

4. Выделив необходимый диапазон ячеек, постройте диаграмму ( тип График с маркерами), отображающую динамику численности популяции оленей.

5. Подготовьте сообщение от группы по результатам компьютерного эксперимента. Выберите выступающего.

Задача 3

1. Численность оленей будем вычислять в ячейках D5 : D15. Численность волков - в ячейках Н5 : H15.

2. В Н5 заносим =$С$1.

3. В Н6 заносим =Н5+Н5*$Е$1, в которую мы записали значение годового прироста популяции волка. Копируем формулу в ячейки Н7 : Н15.

4. B D6 заносим = (D5-H5*$D$1) * (1 + $В$1) . Копируем формулу в ячейки D7 : D15.

5. Выделив необходимый диапазон ячеек, постройте диаграмму ( тип График с маркерами), отображающую динамику численности популяции оленей.

6. Подготовьте сообщение от группы по результатам компьютерного эксперимента. Выберите выступающего.

Ученики (примерное обсуждение результатов):

1 группа:

На первом графике видно, что численность оленей быстро увеличивается. Впоследствии, их численность всё равно снизится, т.к. им не будет хватать пищевых ресурсов и в отсутствии хищников появятся больные особи, которые будут заражать других.

2 группа:

Если численность волков постоянна, это всё равно приводит к росту численности оленей. Со временем это повлияет и на численность волков, которая так же начнёт увеличиваться.

3. группа:

В третьем случае численность волков слишком быстро увеличивается, это не позволяет оленям увеличивать свою численность. Со временем рост численности волков прекратится, т.к. им не будет хватать пищевых ресурсов.

IV. Подведение итогов урока.

Учитель биологии:

Из проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1.Численность волков и оленей взаимосвязана друг с другом.

2.Увеличение численности волков приводит к снижению численности оленей.

3.Снижение численности оленей приводит впоследствии к снижению численности волков.

V. Домашнее задание.

Учитель информатики:

- Придумайте задачу с новыми исходными данными и смоделируйте результат.

VI. Рефлексия.

На основе анализа выступлений представителей групп и степени участия учеников в уроке выставляются отметки. После выставления отметок учитель спрашивает учащихся о том, что для них было наиболее трудным на этом уроке, и как они справлялись с трудностями, что они считают наиболее полезным для себя, что более запомнилось. При выходе из кабинета, учащиеся оставляют своё мнение об уроке, выбирая соответствующий смайлик на интерактивной доске.