Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе




Скачать 16,43 Kb.
НазваниеУрок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе
Дата03.02.2016
Размер16,43 Kb.
ТипУрок



Интегрированный урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений»

в 11 классе

Глебова Т.С. Учитель биологии высшей квалификационной категории МОУ «СОШ №9 с углубленным изучением отдельных предметов», г. Нижнекамска

Марданова Г.Н. Учитель информатики первой квалификационной категории МОУ «СОШ №9 с углубленным изучением отдельных предметов», г. Нижнекамска

Цели урока:


1. Формирование умений и навыков, носящих в современных условиях общенаучный и общеинтеллектуальный характер.
2. Развитие у школьников теоретического, творческого мышления, а также формирование операционного мышления, направленного на выбор оптимальных решений, развитие навыков и умений применения современных компьютерных технологий.
3. Учащиеся должны убедиться в целесообразности построения компьютерных моделей с целью управления добычей возобновляемых ресурсов.
4. Развитие толерантности, самооценки, самоанализа, умение оценивать работу своих товарищей. 
5. Закрепление знания о влиянии на организмы комплекса биотических факторов, взаимодействующих с ними.

6. Использование методов математического компьютерного моделирования для   изучения и прогнозирования экологических ситуаций.

Оборудование: мел, доска, компьютеры, мультимедийный проектор.

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

Структура и содержание урока:.

1. Постановка познавательной задачи урока перед учащимися.

В настоящее время наиболее яркие открытия происходят на стыке наук. Возникают новые науки: биоинженерия, бионика, биоинформатика. Это яркий пример интеграций наук. Сегодня на уроке мы с вами совместим материал биологии и информатики по теме: «Компьютерное моделирование биотических отношений»

2. Повторение изученного материала по биологии

Устный опрос

  1. Что является структурной единицей вида и эволюции? (популяция)

  2. Дайте определение понятия «популяции». (это совокупность особей одного вида обитающих на определенной территории, относительно обособленно от других совокупностей того же вида)

  3. Приведите примеры популяций.


В природе популяция какого-либо вида играет отведенную ей роль и находится во взаимосвязи с популяциями других видов. В природном сообществе складываются, так называемые биотические отношения. Как внутривидовые, так и межвидовые. Биотические отношения, так или иначе, приводят к изменению численности популяции.

Для понимания функционирования этой единой системы очень важно знать не только особенности биологии тех или иных видов организмов, но и их популяционные характеристики - демографические показатели. (Биомасса, плотность расселения, общая численность, скорость роста численности, продолжительность жизни, рождаемость, смертность, возрастной состав).

Крайне важно знание причин и скорости популяционных изменений, а также умение вести измерения этих природных показателей.

Процессы изменений биологических показателей популяции называются динамикой популяций.

Постановка проблемного вопроса:

По итогам сегодняшнего урока постарайтесь ответить на вопрос: для чего необходимо изучение динамики численности?


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

Прежде чем перейти к моделированию вспомним:

  1. Что такое компьютерное моделирование?

  2. Назовите основные этапы построения и исследования компьютерных моделей.

Ответ: 1 этап. Построение описательной информационной модели.

2 этап. Создание формализованной модели.

3 этап. Построение компьютерной модели.

4 этап. Проведение компьютерного эксперимента.

5 этап. Проведение анализа полученных результатов.


Постановка задачи:

Этап 1. Постановка задачи или создание описательной информационной модели.

Рассмотрим экологическую систему, содержащую хищника и его жертву (например, жертвы – зайцы, хищники - волки). Будем предполагать, что зайцы питаются растительной пищей, которая имеется в избытке и не ограничивает их размножения, а волки питаются только зайцами.


Этап 2. Создание формализованной модели.

При построении математической модели можно исходить их следующих гипотез:


1. Биологические характеристики компонентов неизменны, так же как и взаимоотношения между ними. Система считается однородной в пространстве. Изучаются изменения во времени численности (биомассы) компонентов системы.

2. При сохранении гипотезы однородности вводится предположение о закономерном изменении системы отношений между компонентами. Это может соответствовать либо закономерному изменению внешних условий (например, сезонному), либо заданному характеру эволюций форм, образующих систему. При этом по-прежнему изучается кинетика численности компонентов.

Аппаратом для изучения этих двух классов задач служат системы обыкновенных дифференциальных и дифференциально-разностных уравнений с постоянными (А) и переменными (Б) коэффициентами.

3. Объекты считаются разнородными по своим свойствам и подверженными действию отбора. При решении таких задач используют аппарат теории вероятностей. К ним относятся многие задачи популяционной генетики.

4. Отказ от территориальной однородности и учет зависимости усредненных концентраций от координат. Для описания таких систем необходимо привлечение аппарата дифференциальных уравнений в частных производных. В имитационных моделях часто вместо непрерывного пространственного описания применяют разбиение всей системы на несколько пространственных блоков.

Мы рассмотрим первый класс задач.

Изучение динамики численности 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 a:




Популяции существуют не изолированно, а во взаимодействии с другими популяциями. Наиболее важным типом такого взаимодействия является взаимодействие между жертвами и хищниками (например, караси-щуки, зайцы-волки, и так далее).

В модели «хищник-жертва» количество жертв xn и количество хищников yn связаны между собой.






Коэффициент d показывает рост численности хищников, f - среднее потребление одним хищником жертв ежегодно.

Этап 3.

Компьютерное моделирование

Построим в электронных таблицах компьютерную модель, позволяющую исследовать численность популяций с использованием различных моделей: неограниченного роста, и «хищник-жертва».

Задания по группам:

Цель задания — составить упрощенную математическую модель взаимоотношений хищника и жертвы в сообществе. Начальная численность популяции оленя (жертвы) составляет 2000 особей. Оленями питается 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%.

 Задача 1


Рассчитайте, какова будет численность оленей через 1, 3, 5 и 10 лет при полном отсутствии хищников. Отобразите изменения численности оленей в 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. Сравните полученный результат с результатом задачи 1.

 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. Сравните полученный результат с результатами задачи 1 и задачи 2.

 Задача 4


Рассчитайте, какой должна быть начальная численность растущей популяции волков, чтобы численность оленей была относительно стабильна (т.е. равнялась примерно 2000) в течение первых пяти лет существования популяции.

Как будет изменяться численность популяции оленей в течение последующих пяти лет? Представьте все полученные данные графически.

Начальная численность популяции зайцев(жертвы) составляет 1000 особей. Зайцами питается волк. Выжившая к концу каждого года часть популяции зайцев увеличивает свою численность на 40%. Начальная численность популяции волков составляет 15 особей, один волк потребляет по 40 зайцев ежегодно, годовой прирост популяции волков составляет 10%.

 Задача 1


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

 Задача 2


Рассчитайте, какова будет численность зайцев 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. Сравните полученный результат с результатом задачи 1.

 Задача 3


Рассчитайте, какова будет численность зайцев 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. Сравните полученный результат с результатами задачи 1 и задачи 2.

 Задача 4


Рассчитайте, какой должна быть начальная численность растущей популяции волков, чтобы численность зайцев была относительно стабильна (т.е. равнялась примерно 1000) в течение первых пяти лет существования популяции.

Как будет изменяться численность популяции зайцев в течение последующих пяти лет? Представьте все полученные данные графически.

Для проведения компьютерного эксперимента используются опорные карты. Проводится работа в минигруппах. Учащиеся выступают с анализом полученных результатов.

Опорная карта

Задачи «Волки-олени»



  1. В столбец В внести исходные данные: в В2 – начальную численность оленей, ячейку В3 – ежегодное увеличение популяции оленей, в ячейку В6 – начальную численность волков, в ячейку В7 – годовой прирост численности волков, в ячейку В8 – количество оленей, поедаемых одним волком в год.

  2. В ячейки D3:G3 внести начальные значения популяции оленей, а в ячейки H3:J3 начальные значения популяции волков.

  3. В ячейку Н4 внести формулу =$H$3 и протянуть ее вниз.

  4. В ячейку D4 внести формулу =D3*$B$3. Протягиваем эту формулу вниз.

  5. В ячейку Е4 внести формулу =(E3-H3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  6. В ячейку I4 внести формулу =I3*$B$7 и протянуть ее вниз.

  7. В ячейку F4 внести формулу =(F3-I3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  8. В ячейку G4 внести формулу =(G3-J3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  9. В ячейку J4 внести формулу =J3*$B$7 и протянуть ее вниз.

  10. Для решения задачи 4 использовать пункт меню Сервис – Подбор параметра.

  11. Построить диаграммы численности оленей для задачи 1 и для задач 2,3,4 отдельно.



Опорная карта

Задачи «Волки-зайцы»



  1. В столбец В внести исходные данные: в В2 – начальную численность зайцев, ячейку В3 – ежегодное увеличение популяции зайцев, в ячейку В6 – начальную численность волков, в ячейку В7 – годовой прирост численности волков, в ячейку В8 – количество зайцев, поедаемых одним волком в год.

  2. В ячейки D3:G3 внести начальные значения популяции зайцев, а в ячейки H3:J3 начальные значения популяции волков.

  3. В ячейку Н4 внести формулу =$H$3 и протянуть ее вниз.

  4. В ячейку D4 внести формулу =D3*$B$3. Протягиваем эту формулу вниз.

  5. В ячейку Е4 внести формулу =(E3-H3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  6. В ячейку I4 внести формулу =I3*$B$7 и протянуть ее вниз.

  7. В ячейку F4 внести формулу =(F3-I3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  8. В ячейку G4 внести формулу =(G3-J3*$B$8)*$B$3 и протянуть ее вниз.

  9. В ячейку J4 внести формулу =J3*$B$7 и протянуть ее вниз.

  10. Для решения задачи 4 использовать пункт меню Сервис – Подбор параметра.

  11. Построить диаграммы численности зайцев для задачи 1 и для задач 2,3,4 отдельно.



Предполагаемый результат: (диаграмма)





Возможные выводы:

При сравнении трех графиков можно судить о влиянии количества волков на популяцию зайца.

При отсутствии хищников количество особей в популяции стремительно растет ( задача №1), так как рост численности зайцев ничем не сдерживается. 

При наличии небольшой популяции волка ( 15 особей) популяция зайца на протяжении двух лет сохраняется на прежнем уровне, а затем исчезает. Здесь играет роль достаточно большое количество волков. 15 волков вполне способны истребить в течение 3 лет   популяцию зайца из 1000 особей, несмотря на то, что  годовой прирост популяции зайца – 30 %, а годовой прирост популяции волка равен нулю. При годовом приросте численности волков в 10 %, кривая популяции зайцев стремительно падает после 2 лет существования на одном уровне.


Изучение динамики численности играет большую роль в оптимальной эксплуатации природных ресурсов, предсказании вспышек численности вредителей, разработке борьбы с ними. На основе этих исследований решаются вопросы о том, сколько раз в год и в каком количестве можно отстреливать дичь или вести улов рыбы, чтобы получить наибольшую годовую добычу и при этом не нанести вред популяции. Целесообразно ли применять для борьбы с данным видом «вредных насекомых ядохимикаты, и если целесообразно, то в какой сезон и в каком количестве.

Вывод:

Обращение к экологической тематике на уроках информатики позволяет показать детям, как можно применять информационные технологии для решения проблем, связанных с живой природой. Это не только полезно для учащихся, но и делает более интересной работу самого учителя.

Итог урока:
Математическое и компьютерное моделирование даёт возможность прогнозирования развития популяций. Даёт возможность человеку вносить коррективы в изменение численности популяций, особенно это, актуально применительно к исчезающим видам.
Задание на дом:
§ 67, 68 стр. 247, зад. 3,5

В качестве дополнительного задания можно попросить учащихся самостоятельно придумать несколько задач. Это могут быть новые вопросы к уже сформулированным задачам или задачи, основанные на минимальном изменении начальных данных.


Оценивание работы учащихся

Похожие:

Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе icon“Компьютерное моделирование работы схемы усилителя”
Математическое моделирование электронных схем с помощью персональных компьютеров является универсальным инструментом разработки и...
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconРабочая программа методические указания контрольные задания для студентов специальностей 1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств»
Методичес-кие указания. Контрольные задания для студ спец. 1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных...
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconПрезентация по теме «Гигиена кожи»
Урок технологии и биологии в 9 классе «Гигиена кожи» (урок-конференция, интегрированный, в форме телепередачи)
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconУрок биологии по теме: «Типы нервной деятельности»
Тема: Применение интерактивной доски на уроке биологии в 8 классе при изучении темы: «Типы нервной деятельности»
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconКомпьютерное моделирование реальной структуры металлических материалов при исследовании процессов деформации и разрушения
Компьютерное моделирование реальной структуры металлических материалов при исследовании процессов деформации
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconЧивкунова Елена Викторовна
В 2011 -2012 учебном году проводились уроки по биологии в 6-11 классе и уроки биологического краеведения в 6 классе, а также занятия...
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconУрок биологии в 7 классе по теме «Круглые черви»
Реализация содержательной линии образования «Культура здоровья и охраны жизнедеятельности»
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconУрок по литературе, информатике и икт в 11 классе по теме: «Горький и Ницше в современном литературоведении. Романтико-философские мотивы в рассказе «Макар Чудра»
Цели и задачи: проследить, как в композиции рассказа раскрывается замысел писателя
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе iconУрок биологии в 8 классе на тему
Оборудование: Презентация к уроку на Microsoft PowerPoint «Терморегуляция организма человека», мультимедийный проектор, экран, компьютер,...
Урок по биологии и информатике «Компьютерное моделирование биотических отношений» в 11 классе icon«Компьютерное моделирование в космической технике и технологиях»
Основой курса является практическое изучение процессов, протекающих в ходе разработки программного обеспечения
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница