Вся биология в excel

МАОУ ДОД Дом детского творчества «Октябрьский»

Тема занятия:

«Моделирование биологических процессов в программе Excel»

Педагог дополнительного образования

Филатова Е. В.

Липецк-2014

Цель урока: организовать условия для создания компьютерной модели биоритмов в программе Microsoft Excel для практического использования в различных жизненных ситуациях.

Планируемые результаты: учащиеся  получат представления о моделировании биологических процессов; научатся разрабатывать биологические модели по определенному алгоритму в среде Excel; научится экспериментировать с компьютерной биологической моделью и анализировать полученные результаты; проявят и разовьют свои творческие способности.

Универсальные учебные действия:

Познавательные:

• Закрепить навыки работы в табличном процессоре Excel;
• Уметь осуществлять планирование,  анализ, рефлексию, самооценку совей деятельности в процессе создания модели;
• Уметь перерабатывать информацию (анализировать, сравнивать, обобщать, систематизировать) в процессе создания компьютерной модели;
• Преобразовывать информацию из одной формы в другую (текст, таблица, график…) и выбирать наиболее удобную для себя форму.

Личностные: повысить уровень информационной культуры, профессионального самоопределения, уметь планировать свою деятельность и прогнозировать результат.

Метапредметные: развитие логического мышления, творческого и познавательного потенциала обучающегося, его коммуникативных способностей с использованием для этого средств ИКТ.

Практическая значимость: Возможность использования данной компьютерной модели в повседневной жизни.

Возраст обучающихся: 13-15 лет, 2-й год обучения.

Время занятия: 2 часа

• Кто сегодня пришел на занятия в приподнятом настроении? (Ответы учащихся)
• А кто пришел в подавленном настроении? (Ответы учащихся)
• Как вы думаете, почему в некоторые дни у вас все валится из рук, ничего не хочется, ничего не получается, а в другие – вы готовы свернуть горы, ощущаете подъем жизненных сил, у вас все идет как по маслу, без сучка и задоринки. (Ответы учащихся) 
• А вы замечали, что такое состояние повторяется через определенный промежуток времени и порой при этом в организме не происходит никаких видимых изменений? (Ответы учащихся)
• Как вы думаете, что оказывает влияние на подъемы и спады в самочувствии человека? (Влияние факторов внешней среды – Солнца, Луны и земного притяжения.)
• Может, кто-нибудь знает, как называется чередование подъема и спада жизненных сил человека? (Биоритм.)
• Можно ли прогнозировать благоприятные дни и предупреждать о неблагоприятных? (Можно.)

Существует гипотеза, что жизнь человека подчиняется трем циклическим процессам, называемым биоритмами. Эти циклы описывают три стороны самочувствия человека: физическую, эмоциональную и интеллектуальную. Биоритмы характеризуют подъемы и спады нашего состояния. Считается, что наивысшие точки графика, представляющего собой  синусоидальную зависимость, – это наиболее  благоприятные дни. Дни, в которые график переходит через ось Х, считаются неблагоприятными. Не все считают эту теорию строго научной, но многие верят в нее.

        За точку отсчета всех трех биоритмов берется день рождения человека. Момент рождения для человека очень труден, ведь все три биоритма в этот день пересекают ось Х. С точки зрения биологии это достаточно правдоподобно, ведь ребенок, появляясь на свет, меняет водную среду обитания на воздушную. Происходит глобальная перестройка всего организма.

Физический биоритм характеризует  жизненные силы человека, т.е. его физическое самочувствие. Периодичность его составляет 23 дня.

Эмоциональный биоритм характеризует внутренний настрой человека. Продолжительность периода – 28 дней.

Третий биоритм характеризует мыслительные способности, интеллектуальное состояние человека. Его цикличность – 33 дня.

Можно ли создать такую модель в программе Excel?

Актуализация опорных знаний:

1. Для чего предназначена программа Microsoft Excel?
2. Что такое ячейка, имя ячейки, как она образуется.
3. Что такое ссылка. Какие бывают ссылки, чем они отличаются.
4. С чего начинается формула и что в ней может прописываться.
5. Что такое диаграмма. Технология построения диаграмм.

ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ БИОРИТМОВ (значения циклов и подробное описание их влияния, с которым мы сталкиваемся в обыденной жизни).

1. Посмотрите внимательно на таблицу, сколько значений у каждого цикла? (5)
   А теперь давайте разберем этапы построения биоритмов.
2.  На диаграмме биологические ритмы представлены в виде кривых – синусоид, которые изменяются периодически. Начало кривых – дату рождения, мы на диаграмме не видим! Наблюдаем лишь изучаемый промежуток времени. В каждом периоде есть критические дни: это когда синусоида находится в нулевой (критической) точке и когда она получает максимальное и минимальное значения. У теории биоритмов есть много приверженцев, но есть и противники. Однако, что же говорят факты? Рассмотрим биоритмы известных вам исторических личностей.
3.   Каждый знает о трагической судьбе великого русского поэта Александра Сергеевича Пушкина. Давайте посмотрим, в каком состоянии находится человек в самый критический момент. Итак, 27 января 1837 г. – дуэль Пушкина и Дантеса.
4.   Сравните эмоциональные биоритмы. Какое эмоциональное состояние было у Пушкина? Посмотрите таблицу значений. Что это означает? (Выслушиваются ответы).
5. Дополнение: Из курса литературы вам известно, что Пушкин, собираясь на дуэль, писал письмо – рецензию на книгу Ишимовой Анны “История России для детей”. Он хотел жить и верил в жизнь. На дуэль он шел без страха. И что мы наблюдаем на графике? (Эмоциональный рост.)
6.  А теперь определите эмоциональное состояние Дантеса. Используйте таблицу. (Выслушиваются ответы.)
7. Дополнение: Дантес был зол, раздражителен, ведь он прекрасно знал о дуэльных способностях Пушкина. Именно поэтому он отказался от первого вызова на дуэль (20 января). Но тем не менее он сумел критически проанализировать ситуацию и даже в последний момент смог нанести оскорбление поэту (послал любовную записку жене Пушкина). Ярость Дантеса и страх перед смертью способны были убить любого человека. И что мы наблюдаем на графике? (Эмоциональное падение).
8.  Рассмотрим физические и интеллектуальные циклы.
   Физическое и интеллектуальное состояния Пушкина находились на спаде, практически достигая пика. У Дантеса энергичность начала уступать лености. А интеллектуальный подъем позволил ему просчитать, продумать каждый подлый шаг.
   Обратите внимание, какие значения принимают биологические ритмы в начале февраля. Постарайтесь прокомментировать. (Если бы дуэль была назначена на начало февраля, то все три биологических ритма принимали бы положительные значения и исход дуэли, скорее всего, был бы иным.)
9. Пушкин и Дантес планировали дуэль, они знали, куда идут. А как себя чувствуют люди, которые не знают о приближении несчастья? Перед вами модель биоритмов периода гибели Александра II.
10. Давайте оценим значения биоритмов. Посмотрите, на каком уровне они находятся?
    О чем это говорит? (в этот момент могли быть приняты важные для России законы, конституция и т.д.)

IV. Первичная проверка понимания знаний. Практическая работа с раздаточным материалом. Анализ результатов

1. Предлагаю вам самим попробовать создать компьютерную модель биоритмов, используя биографические данные наших современников, а затем, проанализировав результаты, подтвердить или опровергнуть данную теорию. Возьмем достижения наших советских и российских спортсменов. РАЗДАЮТСЯ КАРТОЧКИ С ЗАДАНИЯМИ. (Прил.1).
   Для работы вам необходимо использовать технологическую карту (Прил.2), где описаны все основные этапы моделирования и контрольную карту для сравнения результатов (Прил.3).
   Задания у некоторых из вас совпадают (у рядом сидящих).
2. Подведем итоги.
3. Давайте проанализируем полученные результаты. Значения, какого цикла в данных примерах наиболее важны? (Физического.) Полученные результаты опровергают или подтверждают нашу теорию. (Подтверждают.)
4. Самостоятельная практическая работа (построить модель собственных биоритмов на текущий месяц).
5. Науке известно, что если заранее знаешь, что тебя ожидает, то на результат можно повлиять, изменить. Давайте посмотрим, какие важные события вас ожидают с 30 ноября по 30 декабря. Вот сейчас я предлагаю смоделировать процесс изменения вашего состояния в этот период. Используйте ранее созданную модель. Внесите в таблицу новые данные, диаграмма изменится автоматически. Время – 3 мин.
   Полученные биоритмы сохраните и проанализируйте.
6. Подведем итоги. Вы посмотрели на свои графики, давайте подумаем и дадим друг другу советы, что нужно сделать:
7. 1) Если спад  физического цикла? (Постарайтесь в это время преодолевать свою леность, не забывайте о прогулках на свежем воздухе и побольше физических занятий.)
8. 2) Если спад эмоционального цикла? (Учитесь властвовать собою, начните день с улыбки, скажите несколько комплиментов себе, окружающим, радуйтесь теплому солнечному дню… )
9. 3) Сложнее, если в это время идет спад интеллектуальный… Что же делать в этом случае? (Но и тогда не стоит огорчаться. Вспомните все то, что вы знаете. Ваши отличные и хорошие отметки соответствуют вашему интеллектуальному развитию. Значит, вам нужно только поверить в удачу и успех. А может, стоит принимать витамины или поработать с тестами – для развития памяти, внимания.)
10. Ну а сейчас, чтобы еще раз убедиться в правильности создания вашей модели, проведите серию экспериментов:
11. ЗАДАНИЯ

1. Выберите неблагоприятные дни для сдачи зачета по информатике (в марте).

2. Выберите самый удачный день для сдачи зачета по физической культуре (в феврале) и выберите день для похода в театр.

Подведение итогов урока.

Приложение 2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  КАРТА

Тема исследования: Биологические модели. Расчет биоритмов человека.

1. Постановка задачи.

Существует теория, что жизнь человека подчиняется биоритмам: физическому (период ритма – 23 дня), эмоциональному (период  – 28 дней) и интеллектуальному (период  – 33 дня).

2. Цель моделирования.

Исследовать модель влияния биоритмов на состояние человека.

Подтвердить или опровергнуть соответствие показателей с личными достижениями человека.

3. Разработка информационной модели (содержательное описание объекта).

Объект моделирования – процесс изменения состояния человека в физическом, интеллектуальном и эмоциональном плане.

Биоритмы характеризуют подъемы и спады самочувствия человека. За точку отсчета берется день его рождения. Зависимость имеет синусоидальный характер. «Взлетам» графика соответствуют благоприятные дни, а дни его перехода через ось абсцисс, считаются неблагоприятными.

Исходные данные:  дата рождения.

Характер изменения состояний:  

синусоидальный, с периодами 23, 28 и 33 дня   соответственно, начиная со дня  

рождения.

Шаг приращения — один день.

Период исследования – 30 (31) дней от даты отсчета.

Результат: определить дни подъема циклов и дни пересечения кривых с осью абсцисс.

4. Разработка математической модели

Указанные циклы описываются приведенными ниже выражениями, в которых переменная х соответствует возрасту человека в днях:

Физический цикл   Rф (х) = sin (2π x /23);

Эмоциональный цикл  Rэ (х) = sin (2π x /28);

Интеллектуальный цикл Rи (х) = sin (2π x /33);

5. Разработка компьютерной модели (выбор инструмента моделирования, создание модели, тестирование модели)

Среда моделирования – электронные таблицы. Согласно заданию, определим и заполним области исходных и расчетных данных (используйте файл – урок.xls, расположенный на рабочем столе)

         Ячейка           Формула

6. Исследование модели.  

Проверьте правильность ввода формул сравнением с контрольным образцом

(взять у учителя)

7. Анализ результатов.

 Проанализировав диаграмму, подтвердите или опровергните соответствие

 показателей биоритмов со спортивными достижениями.

Интегрированное занятие по биологии и
информационным технологиям “Изучение
статистических закономерностей живой природы
средствами MS Excel”. Занятие проводят 3 педагога
(практическую часть ведут преподаватели
информатики по подгруппам).

Образовательные:

• расширить знания студентов о причинах,
  свойствах и значении изменчивости на примере
  ненаследственной изменчивости; о практическом
  применении программы Excel.
• сформировать умения и навыки работы в программе
  Excel:
  • с данными типа Список на примере Сортировки;
  • элементами автоматизации вычислений с
    использованием статистических функций (max, min,
    срзнач, счетесли);
  • с диаграммами и графиками;
  • применительно к популяционно-статистическому
    методу в генетических исследованиях.

Развивающие: продолжить формирование
умений:

• сравнивать на примере сравнения форм
  изменчивости;
• устанавливать причинно-следственные связи и
  делать выводы на основе графического
  представления зависимости между значением и
  частотой встречаемости вариант.

Воспитательные:

• способствовать формированию научного
  мировоззрения на основе познаваемости и
  общности законов живой природы;
• способности самостоятельно выполнять задания и
  нести ответственность за результаты своего
  труда.

Оборудование: персональный компьютер,
мультимедиа проектор, тексты индивидуальных
заданий, электронный шаблон для выполнения
отчета о проведенной работе.

Тип урока по основной образовательной
цели: урок изучения нового материала и
закрепление умений прикладного использования
программы MS Excel.

План урока.

2. Этап подготовки учащихся к активному и
сознательному усвоению новых знаний.

Электронная таблица – самая распространенная
и мощная технология для работы с числовыми
данными. Главное достоинство электронной
таблицы – возможность мгновенного
автоматического пересчета всех данных,
связанных формульными зависимостями, при
изменении значения любого компонента таблицы.
Excel в переводе с английского означает
“превосходить”.

В Excel вычислительные возможности объединены с
богатым набором функций, присущих текстовому,
графическому редакторам и другим приложениям
пакета Microsoft Office.

Табличный процессор Excel позволяет:

1. Решать математические задачи: выполнять
   табличные вычисления (в том числе как обычный
   калькулятор), вычислять значения и исследовать функции,
   строить графики функций (например: sin(х), cos(х), tg(х)
   и др. ).
2. Проводить статистический анализ.
3. Реализовывать функции базы данных – ввод,
   поиск, сортировку.
4. Наглядно представлять данные в виде диаграмм
   и графиков.

Беседа по вопросам и заданиям.

Какой раздел общей биологии мы изучаем?

Какие свойства организма являются предметом
изучения науки генетики?

Дайте определение наследственности и
изменчивости.

Как взаимосвязаны между собой эти свойства
организма?

(фенотип = генотип + условия внешней среды)

Какие две формы изменчивости вам известны?

3. Этап усвоения, закрепления и коррекции
знаний.

3. 3. Сущность, причины, значение
ненаследственной изменчивости (слайды).

Каждый организм развивается и обитает в
определенных внешних условиях и испытывает на
себе действие факторов внешней среды: колебаний
температуры, освещенности, влажности, количества
и качества пищи, вступает во взаимоотношения с
другими организмами. Все эти факторы могут
изменять морфологические и физиологические
свойства организма, то есть его фенотип. Поэтому
такую изменчивость называют фенотипической.

Причина: изменение условий среды, в результате
чего организм изменяется в пределах нормы
реакции, заданной генотипом.

Значение: адаптация – приспособление к данным
условиям среды, выживание, сохранение потомства.

Примеры: белокочанная капуста в условиях
жаркого климата не образует кочана. Породы
лошадей и коров, завезенных в горы, становятся
низкорослыми.

3.4 Свойства фенотипической изменчивости.

1. Ненаследуемость. (слайд)

У гималайского кролика наблюдается
неравномерное окрашивание шерсти:
темноокрашенны уши, лапы, хвост, остальная шерсть
– белая. Если у такого кролика выщипать шерсть на
спине и положить холодную повязку – на этом
месте вырастет черная шерсть. Если черную шерсть
удалить и наложить тёплую повязку – вырастет
вновь белая шерсть. При выращивании кроликов при
температуре 30 градусов вся шерсть будет белая. У
потомства двух таких белых кроликов, выращенного
в нормальных условиях будет обычное
распределение пигмента.

Вывод: изменения признаков, вызванные
действием факторов внешней среды, не
наследуются.

2. Групповой характер изменений. (Слайд)

Листья одного и того же растения могут иметь
разную форму листьев в зависимости от того, в
какой среде они находятся – в водной или
воздушной. У всех стрелолистов в воде будут
длинные тонкие листья, а у водяного лютика –
изрезанные. Также под воздействием
ультрафиолетовых лучей у всех людей возникает
загар – накопление в клетках кожи пигмента
меланина, хотя и в неодинаковой степени

Стрелолист

Водяной лютик

Вывод: действие определенного фактора внешней
среды у каждого вида организмов вызывает
специфическую реакцию в виде изменения признака,
сходную у всех особей данного вида.

3. Обусловленность пределов изменчивости
генотипом, то есть хотя направленность изменений
и одинакова, степень выраженности изменения у
разных организмов различна. Степень
варьирования признака или пределы
модификационной изменчивости от минимального до
максимального значения признака называют нормой
реакции. Широта нормы реакции, то есть
разница между максимальным и минимальным
значением признака зависит от генотипа и
важности признака в жизнедеятельности
организма. Узкая норма реакции у таких признаков
как размеры сердца, головного мозга; у растений –
форма и размеры цветка. Широкая норма реакции у
таких признаков как количество жира в организме
млекопитающих, размеры листьев у растений ит. д.

3.5 Задания на закрепление.

1. Этот вид изменчивости имеет несколько
названий: ненаследственная,
модификационная, фенотипическая, определенная,
групповая. Объясните данные названия.

(Содержание ответа: возникает под влиянием,
какого либо фактора среды, действующего
одинаково на все особи сорта или породы и
изменяющего в определенном направлении; групповой
потому, что изменения происходят у всех
особей потомства в одном направлении
вследствие определенных условий (изменения
роста при изменении количества и качества пищи,
толщины кожи и густоты шерстного покрова от
изменения климата); ненаследственная, то есть у
потомков измененной группы при воздействии на
них других условий среды приобретенные
родителями признаки не наследуются;
изменения происходят в признаках, то есть в
фенотипе; особи группы имеют разные
значения одного признака, то есть модификации).

2. Дайте сравнительную характеристику
наследственной и ненаследственной изменчивости
по плану:

— объект изменения;

— подверженность изменениям хромосом, молекул
ДНК;

— возможность передачи изменений следующим
поколениям;

— значение для отдельной особи, вида;

— роль в эволюции.

Содержание ответа:

3.6 Популяционно-статистические методы в
изучении ненаследственной изменчивости.

Для выявления нормы реакции организмов на
воздействие определенного признака используют
популяционно-статистический метод генетических
исследований, который заключается в:

— определении единичного значения признака (варианты
проявления признака) у каждого организма
выбранной группы;

— определении частоты встречаемости каждой
варианты;

— построении вариационного ряда,
отражающего постепенное увеличение значения
признака от минимального значения к
максимальному значению;

— построении вариационной кривой –
графической зависимости между значением вариант
и частотой их встречаемости;

— определении среднего значения признака и
нормы реакции генотипа на изменение окружающей
среды;

— выявлении полученных закономерностей.

Для проведения популяционно-статистических
исследований ненаследственной изменчивости
возможно использование компьютерной программы
Excel. И сейчас вам необходимо будет выполнить
задание с использованием этой программы.

3.7 Теоретический материал по дисциплине
“Информатика” (Приложение
2).

Типы данных в ячейках электронной таблицы

Ячейки рабочего листа электронной таблицы
могут содержать:

• исходные или первичные данные – константы;
• производные данные, которые рассчитываются
  с помощью формул и функций.

В обычном режиме работы табличного процессора
в ячейках с вычислительными (производными)
данными отображаются значения, а формулы можно
увидеть лишь при активизации (выделении) ячейки в
строке ввода и редактирования.

Можно установить такой режим работы текстового
процессора, что в ячейках будут показываться (и
выводиться на печать) формулы, а не значения,
полученные в результате вычислений. Для этого
нужно использовать команду меню
СЕРВИС—>Параметры и в диалоговом окне
Параметры на вкладке Вид в поле Показывать
установить переключатель Формулы.

Категория функций Статистические

К уже известным типам данных (текст, число,
формула, дата) необходимо добавить функцию.
Функция представляет собой программу с
уникальным именем, для которой пользователь
должен задать конкретные значения аргументов.
Имена функций можно набирать на любом регистре –
верхнем или нижнем. После правильного ввода
функций буквы автоматически преобразовываются в
прописные. Для облегчения работы с встроенными
функциями используется Мастер функций.

Рисунок 1 Примеры статистических функций

Электронная таблица, все строки которой
содержат однородную информацию, рассматривается
как список или база данных.

К данным, организованным в виде списка (базы
данных), можно выполнять следующие операции:

— добавлять, изменять и удалять записи;

— находить записи;

— сортировать записи.

Сортировка данных

Для использования некоторых операций
автоматической обработки данных часто бывает
необходимо заранее расположить данные в таблице
(списке) в строго определенной
последовательности – выполнить сортировку
исходных данных.

Сортировка осуществляется “на месте” —
непосредственно в таблице.

В электронной таблице можно сортировать как
строки, так и столбцы. Строки можно отсортировать
по значениям ячеек одного столбца или
нескольких.

Строки, столбцы ли отдельные ячейки в процессе
сортировки переупорядочиваются в соответствии с
заданным пользователем порядком сортировки.
Списки можно сортировать в возрастающем порядке
(от 1 до 9, от А до Я) или в убывающем порядке (от 9 до
1, от Я до А).

По умолчанию Excel сортирует данные в алфавитном
порядке. Для сортировки в другом порядке,
например чтобы расположить месяцы дни недели в
соответствии с логическим, а не алфавитным
порядком, следует использовать пользовательский
порядок сортировки.

Сортировка данных в электронных таблицах
производится с помощью команд меню ДАННЫЕ >
Сортировка или с помощью кнопок на Стандартной
панели инструментов.

Рисунок 2 Пример сортировки данных

Построение диаграмм и графиков

Диаграмма представляет собой вставной объект,
внедренный на один из листов рабочей книги.
Диаграмма сохраняет связь с данными, на основе
которых она построена, и при обновлении этих
данных немедленно изменяет свой вид. Для
построения диаграммы обычно используется Мастер
диаграмм, запускаемый щелчком по кнопке Мастер
диаграмм на стандартной панели инструментов.
Работа мастера включает 4 шага.

Тип диаграммы. На первом этапе работы мастера
выбирают форму диаграммы. Доступные формы
перечислены в списке Тип на вкладке Стандартные.
Для выбранного типа диаграммы справа
указывается несколько вариантов представления
данных, из которых необходимо выбрать наиболее
подходящий.

Выбор данных. Второй этап работы мастера
служит для выбора данных в окне Источник данных
диаграммы, по которым будет строиться диаграмма.
Если диапазон данных был выбран заранее, то в
области предварительного просмотра окна мастера
появится приблизительное отображение будущей
диаграммы. Если данные образуют единый
прямоугольный диапазон, то их удобно выбирать
при помощи вкладки Диапазон данных. Если данные
не образуют единой группы, то информацию для
отдельных рядов задают на вкладке Ряд.

Рисунок 3 Пример добавления ряда в область
диаграммы

Оформление диаграммы. Третий этап работы
мастера (диалоговое окно Параметры диаграммы)
состоит в выборе оформления диаграммы. На
вкладках окна мастера задаются:

• название диаграммы, подписи осей (вкладка
  Заголовки);
• отображение и маркировка осей координат
  (вкладка Оси);
• описание построенных графиков (вкладка
  Легенда);
• отображение надписей, соответствующих
  отдельным элементам данным на графике (вкладка
  Подписи данных).

В зависимости от типа диаграммы некоторые из
перечисленных вкладок могут отсутствовать.

Размещение диаграммы. На последнем этапе
работы мастера указывается, следует ли
использовать для размещения диаграммы новый
рабочий лист или использовать один из имеющихся.
Обычно этот выбор важен только для последующей
печати документа, содержащего диаграмму.

Цель практической части занятия: закрепить
умения прикладного использования программы MS Excel
на примере биологических исследований (Приложение 3).

4. Домашнее задание:

по биологии – стр. 148-151,ответить на контрольные
вопросы;

по информатике – отчет по лабораторной работе.

Пример выполненной работы
(Приложение 4)

МБОУ Сосновская средняя школа № 1

Использование процессора электронных таблиц

Excel на уроке биологии

Материал подготовлен

учителем биологии

И.Ю. Тюриной

п. Сосновское

2019

Информационные и коммуникационные технологии

(ИКТ), поглубже химии простершие руки свои в

дела человеческие (по выражению Д.И. Менделе-

ева), вынуждают каждого учителя понять, принять,

оценить и применить их компоненты в повседнев-

ной урочной практике. Этот путь неповторим – и

обусловлен именно необходимостью авторизации

каждым учителем преподаваемого курса, перево-

да с абстрактного языка учебника в конкретный

мир ощущений и действий обучаемых, для которых

виртуальный мир компьютерных программ уже

стал не менее реальным, чем предметный и соци-

альный .

Тут уместно воспеть дифирамб нашему предмету:

биология – поистине уникальный предмет в плане

формирования многообразных общеучебных уме-

ний, жизненных компетенций и других слагаемых

информационной культуры. Ведь курс биологии

(и поддерживающие его задания и упражнения)

включает самые разные задания по работе с текс-

тами, математические (и физические, химические)

расчетные задачи, организацию визуальных рядов

и восприятие трехмерных моделей, что открывает

уникальные возможности сочетания заданий для

аудиалов, визуалов и кинестетиков, выполняющих

лабораторную или практическую работу в одной

группе. Кроме того, курс биологии включает ряд

специфических задач, не представленных в дру-

гих предметах: кодирование белков нуклеиновыми

кислотами (и общие свойства кодов), определители

разных типов, генетические задачи и многое другое.

Причем в большинстве случаев ИКТ не искусствен-

но привлекаются как дань моде, а вполне оправданы

решаемыми прикладными задачами, касающимися

непосредственно самого человека: будь то родос-

ловные, молекулы или пищевые рационы.

Математические задачи в курсе биологии тесно связаны с важнейшими жизненными компетенциями, связанными с размерами и мерами, представлением данных и их пониманием, а также границами применимости математических моделей.
Процессор электронных таблиц Microsoft Excel является мощным инструментом работы с числовыми данными, и использование его возможностей в разных задачах преподавания биологии достаточно широко: от расчетов и представления значений в виде диаграмм и графиков до математического моделирования, например, динамики популяций по уравнению Лотки-Вольтерры. Кроме того, они являются важным вступлением в более широкий класс программ математического моделирования сложных процессов и явлений (и соответствующих специализированных компьютерных программ), например, динамики изменения климата на земле или моделирования нервного импульса.

Использование процессора электронных таблиц

Excel на уроке связано с возможностями матема-

тического моделирования процессов и явлений, с

которыми полезно работать в классах с углублен-

ным изучением биологии и химии и/или матема-

тики. Важно отметить, что Excel позволяет перейти

от демонстрации закономерности (зависимости,

функции) к ее исследованию. И именно это ставит

очень сложные задачи перед учителем: мало зара-

нее знать ответ, нужно организовать деятельность

по поиску решений, а это уже больше менеджерские

функции, чем лекторские.

Рассмотрим эти изменения в содержании, мето-

дике и формах деятельности на примере лаборатор-

ной работы по изучению модификационной измен-

чивости с построением вариационного ряда и ва-

риационной кривой. Как изменится эта достаточно

рутинная задача, в основе которой – весьма важные

как в научном, так и в житейском плане понятии?

В аналоговом варианте львиную долю времени

занимает непосредственно само измерение и за-

полнение вариационного ряда – подсчет количест-

ва объектов в каждом из классов значений. Лимит

времени на уроке обычно ограничивает количество

объектов, что может отрицательно сказаться на ито-

говом виде вариационной кривой. Подсчет же боль-

шого количества объектов по классам требует большого внимания.

Выполнение лабораторной работы в Excel изме-

няет содержание работы. За счет снятия рутинных

операций можно поговорить о понятиях моды, ме-

дианы и среднего, среднего квадратичного откло-

нения, и дисперсии (их расчет можно показать в

заготовленном заранее файле Excel), а также обсу-

дить биологический смысл дисперсии и житейский

смысл различий в терминах, их использование для

манипуляций (на примере из книги выдающегося по-

пуляризатора математики Мартина Гарднера (пере-

сказано по Гарднер, 1984):

«Фирма «Гисмо продактс» владеет небольшой

фабрикой по производству супергисмо. В правле-

ние фирмы входят сам мистер Гисмо (заработок

4800 долл. в неделю), его брат (2000 долл.) и 6 родст-

венников (по 500 долл.). Рабочая сила состоит из

5 бригадиров (по 400 долл.) и 10 рабочих (по 200 долл.

в неделю). При приеме нового работника ему сооб-

щают, что средняя зарплата в фирме составляет 600

долл. в неделю. Через некоторое время сотрудник

приходит к боссу, т.к., поговорив с рабочими, уз-

нал, что их зарплата не превышает 200 долл. Тут-тои выясняется разница между средними значениями

(средним арифметическим: отношением суммы всех

заработков – 13 800 долл., к количеству сотрудни-

ков – 23 человека), медианой (400 долл. – значение,

расположенное посередине ряда всех зарплат) и мо-

дой («типичным случаем», наиболее часто встречаю-

щимся значением, равным, как убедился работник,

200 долл. в неделю).

Мода, медиана и среднее в случаях с нормальным

распределением случайных величин на больших вы-

борках будут приближаться друг к другу, а то и сов-

падать. Но там, где распределение не случайно (как

в примере с зарплатой), они могут весьма и весьма

различаться

А теперь вернёмся к задачам лабораторной работы, пос-

вященной модификационной изменчивости. Как

уже говорилось, выполнение работы в Excel позво-

лит решать не столько расчетные, сколько аналити-

ческие задачи. Рассмотрим на примере задачи.

Задача № 1

Количество щенков в помёте 70 серебристо — черных лисиц таково:

5, 4, 4, 4, 9, 3, 4, 4, 5,6, 6, 4, 5, 5, 4, 8, 4, 4, 5, 4, 4, 7, 3, 5, 5, 4, 3, 3, 3, 6, 4, 4, 5, 4, 4, 5, 5, 4, 6, 3, 4, 4, 3, 4, 4, 7, 4, 3, 5, 2, 5, 4, 7, 3, 2, 3, 1, 5, 4, 2, 6, 6, 4, 4, 6, 4, 8, 3, 5, 4.

Постройте вариационный ряд и вариационную кривую, найдите среднее значение, моду, и медиану. Рассчитайте среднее квадратичное отклонение.

1. Перенести данные в электронную таблицу

Excel . Если условие задачи приведено на

карточке, придется вводить вручную: удобно, если

работает пара учеников, один диктует, другой вно-

сит данные. Но можно и сэкономить время и подго-

товить файл (файлы с вариантами) заранее.

2. Построение вариационного ряда. Справа от

столбца со значениями (вариантами) строится ва-

риационный ряд, состоящий из двух строк: классы

(значения, которые принимает признак, в данном

случае – количество щенков, от 1 до 9), количество

объектов в каждом классе. Названия рядов таблицы

также желательно записать, например «Классы» в

ячейке С1, а «Количество» – в ячейке С2.

3. Подсчет количества объектов в каждом классе. Его можно выполнить вручную, а чтобы из-

бежать ошибок, можно ячейки каждого из классов

заливать своим цветом .

Можно процесс подсчета количества объектов в

каждом классе существенно упростить. Для этого

нужно выделить столбец со значениями и провести

сортировку по возрастанию (Данные – Сортиров-

ка ) После этого надо выделить классы (заливкой вы-

деленных ячеек, цветом шрифта или рамкой , причем в каждом из

случаев можно выбирать цвет или тип рамки в выпа-

дающих списках, появляющихся при нажатии на тре-

угольник справа от иконки. Теперь подсчитать будет

значительно проще. Останется внести значения ко-

личества объектов в каждом из классов в соответс-

твующие ячейки вариационного ряда. Не забудьте

порекомендовать провести проверку: посчитать об-

щее количество объектов (или просто посмотреть на

количество рядов со значениями) и сравнить с сум-

мой количества объектов по классам (можно посчи-

тать автосуммой: для этого выделить ячейку справа

от строки со значениями в вариационном ряде и

дважды нажать на знак Автосуммы .

4. Расчет среднего значения признака Х. Для

этого нужно сложить попарно произведения значе-

ния признака («Класс») на количество объектов в

классе («Количество») и полученную сумму разде-

лить на общее количество объектов. В ячейке С3 на-

бираем слово «Среднее», а в ячейку С4 записываем

формулу:

=(D2×D1+E2×E1+F2×F1+G2×G1+H2×H1+I2×I1+

+J2×J1+K2×K1+L2×L1)/M2 и нажимаем Enter.

Формулу можно вводить с клавиатуры (проверь-

те, чтобы была включена не русская, а английская

раскладка клавиатуры!), а можно вводить только

знаки арифметических действий, а ячейки указы-

вать при помощи мыши. Второй способ несравненно

удобнее, тем более что Excel вносит цветовую раз-

метку для разных ячеек, позволяющую визуально

контролировать процесс ввода формулы.

5. Расчет статистических характеристик

выборки при помощи функций. В Excel заложено

очень большое количество арифметических, статис-

тических, логических и т.п. функций, которые мож-

но использовать вместо формул. Например, чтобы

найти моду исследуемой выборки, надо в выбран-

ную ячейку вставить функцию. Это можно сделать

несколькими способами:

– Выбрать пункт меню Вставка – Функция и в

диалоговом окне Мастера функций найти нужную

(она входит в категорию статистических функций,

которую нужно выбрать в списке «Категории», и так

и называется – МОДА)5. На следующем шаге нужно

указать, к какому диапазону ячеек будет применена

функция: это можно сделать вручную, вводом диа-

пазона ячеек, или выделить нужный диапазон пря-

мо на листе и нажать ОК или [Enter].

– Впечатать в строке функций ее название и диа-

пазон =МОДА(А1:70) – или только =МОДА(), пос-

тавить курсор между скобками и при помощи мыши

выделить диапазон ячеек от А1 до А70.

Аналогично находим значения медианы =МЕ-

ДИАНА(А1:70); среднего =СРЗНАЧ(А1:70) – как

видим, для этого совершенно не обязательно было

вводить формулу (см. пункт 4) вручную, однако само-

умение составлять и вводить формулы самостоя-

тельно необходимо; и

среднее квадратичное (стандартное) отклонение

σ =СТАНДОТКЛОН(A1:70).

6. Построение вариационной кривой. Для этого

надо выделить на листе ячейки с представляемыми

значениями (D2:L2), и выбрать в меню програм-

мы Вставка – Диаграмма… или воспользоваться

кнопкой Мастер диаграмм на панели

инструментов. В Мастере диаграмм выбирается тип

диаграммы (лучше один из раздела График, но не

обязательно); на втором шаге можно, хотя здесь

это и не критично, указать «Значения по оси Х»,

выделив нужный диапазон ячеек (D1:L1); настраи-

ваются параметры диаграммы на шаге третьем (на-

пример, можно выбрать закладку Легенда и снять

«Добавить легенду») и сохранить диаграмму на этот

же лист рабочей книги.

Таким образом, время на выполнение лабораторной работы сокращается в 3 раза, обучающиеся применяют полученные знания на информатике на уроке биологии, прослеживаются межпредметные связи с экономикой, экологией, самостоятельно проводят исследование. К тому же, данное задание для сильных обучающихся можно усложнить, а именно закрасить области отклонения от среднего квадратичного в графическом редакторе Paint.

Чтобы успешно применять процессор электронных таблиц

Excel на уроке биологии, необходимо учителю освоить данную программу.

На это понадобиться терпение, время и самое главное желание. Но всё это

« окупиться», когда на Вас совершенно по другому посмотрят наши «современные» старшеклассники!

8

Скачать материал

Скачать материал

с помощью электронных таблиц Excel

УМК по информатики Угринович Н.Д., 11 класс (базовый уровень).
Выполнила: Пименова О.В.

<номер>

В Федеральным законе «Об образовании в Российской Федерации» формулирует в качестве принципа государственной политики «воспитание взаимоуважения, гражданственности, патриотизма, ответственности личности, а также защиту и развитие этнокультурных особенностей и традиций народов Российской Федерации в условиях многонационального государства» (ст. 3).
При изучении предмета «Информатика» необходимо учитывать национальные, региональные и этнокультурные особенности общеобразовательных учреждений Челябинской области.

<номер>

В разделе «Информационные процессы» части «Понятие информационной модели как модели, описывающей информационные объекты и процессы» целесообразно в урок «Исследование биологических моделей» включение национального и регионального компонента в части «овладение простейшими способами представления и статистических данных; формирование представлений о статистических закономерностях в реальном мире и о различных способах их изучения, о простейших вероятностных моделях; развитие умений извлекать информацию, представленную в таблицах, на диаграммах, графиках, описывать и анализировать массивы числовых данных с помощью подходящих статистических характеристик, использовать понимание вероятностных свойств окружающих явлений при принятии решений» (Методические рекомендации по учету национальных, региональных и этнокультурных особенностей при разработке общеобразовательными учреждениями основных образовательных программ начального, основного, среднего общего образования / [В.Н.Кеспиков, М.И.Солодкова и др.]. – Челябинск: ЧИППКРО, 2013. – 164 с.)

<номер>

В биологии при исследовании развития биосистем строятся динамические модели изменения численности популяций различных живых существ (бактерий, рыб, животных и т.д.) с учетом различных факторов. Взаимовлияние популяций рассматривается в моделях типа «хищник — жертва».

В биологии при исследовании развития биосистем строятся динамические модели изменения численности популяций различных живых существ (бактерий, рыб, животных и т.д.) с учетом различных факторов. Взаимовлияние популяций рассматривается в моделях типа «хищник — жертва».

<номер>

Изучение динамики популяций естественно начать с простейшей модели неограниченного роста, в которой численность популяции ежегодно увеличивается на определенный процент. Математическую модель можно записать с помощью рекуррентной формулы, связывающей численность популяции следующего года с численностью популяции текущего года, с использованием коэффициента роста а:

Изучение динамики популяций естественно начать с простейшей модели неограниченного роста, в которой численность популяции ежегодно увеличивается на определенный процент. Математическую модель можно записать с помощью рекуррентной формулы, связывающей численность популяции следующего года с численностью популяции текущего года, с использованием коэффициента роста а:
xn+1 = a·xn

<номер>

В модели ограниченного роста  учитывается эффект перенаселенности, связанный с нехваткой питания, болезнями и т.д., который замедляет рост популяции с увеличением ее численности. Введем коэффициент перенаселенности b, значение которого обычно существенно меньше a (b<a). Тогда, коэффициент ежегодного увеличения численности равен (a — b·xn) и формула принимает вид:
 xn+1 = (а — b·xn)·xn

<номер>

В модели ограниченного роста с отловом учитывается, что на численность популяций промысловых животных и рыб оказывает влияние величина ежегодного отлова. Если величина ежегодного отлова равна с, то формула принимает вид:
xn+1 = (a — b·xn)·xn — с

<номер>

В модели жертва-хищник количество жертв xn и количество хищников yn связаны между собой. Количество встреч жертв с хищниками можно считать пропорциональной произведению собственно количеств жертв и хищников, а коэффициент f характеризует возможность гибели жертвы при встрече с хищниками. В этом случае численность популяции жертв уменьшается на величину  f·xn·yn и формула для расчета численности жертв принимает вид:
xn+1 = (a — b·xn)·xn — с — f·xn·yn

<номер>

Численность популяции хищников в отсутствие жертв (в связи с отсутствием пищи) уменьшается, что можно описать рекуррентной формулой
yn+1 = d·yn
где значение коэффициента d < 1, характеризует скорость уменьшения численности популяции хищников.

<номер>

Увеличение популяции хищников можно считать пропорциональной произведению собственно количеств жертв и хищников, а коэффициент e характеризует величину роста численности хищников за счет жертв. Тогда для численности хищников можно использовать формулу:
yn+1 = d·yn  + e·xn·yn

<номер>

Построить в электронных таблицах Excel компьютерную модель позволяющую исследовать численность популяций с использованием различных моделей: неограниченного роста, ограниченного роста, ограниченного роста с отловом и жертва-хищник.

Построить в электронных таблицах Excel компьютерную модель позволяющую исследовать численность популяций с использованием различных моделей: неограниченного роста, ограниченного роста, ограниченного роста с отловом и жертва-хищник.

<номер>

<номер>

Федеральный закон от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» (редакция от 31.12.2014 г. с изменениями от 06.04.2015 г.).
Методические рекомендации по учету национальных, региональных и этнокультурных особенностей при разработке общеобразовательными учреждениями основных образовательных программ начального, основного, среднего общего образования / [В.Н.Кеспиков, М.И.Солодкова и др.]. – Челябинск: ЧИППКРО, 2013. – 164 с.
Примерные программы по учебным предметам. Информатика и ИКТ. – М.: Просвещение, 2010.- 32. – (стандарт второго поколения).

<номер>

Презентация на тему: » Лабораторная работа 22 Применение информационных технологий в Биологии. Работа с функциями и диаграммами в Excel. 1. Цели Закрепить умения прикладного.» — Транскрипт: