ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК БИОЛОГИИ И ИНФОРМАТИКИ
Статистические закономерности модификационной
изменчивости и их обработка в программе Excel
Цели урока:
·
применение
полученных знаний на практике;
·
закрепление
умений и навыков построения вариационного ряда и вариационной кривой средствами
деловой графики приложения Excel;
·
вовлечение
обучающихся в активную деятельность;
·
совершенствование
умений работы с источниками знаний;
·
совершенствование
навыков анализа, обобщения, построения математической модели биологических
процессов с помощью компьютера;
·
развитие
познавательного интереса к окружающей жизни.
Интеграция: биология и
информатика
Опорные
знания по биологии: генетика, наследственность, изменчивость,
модификационная
изменчивость, норма реакции, закон вариационных рядов
Опорные
знания по информатике:
приложения
Excel.
Опорные
знания по математике: статистическая
обработка данных, кривая нормального распределения, средняя выборочная.
Оборудование: компьютеры,
мультимедиапроектор, презентация, инструктивные карты, листья дуба-35 шт.
Структура
урока:
1.
Организационный момент.
2.
Лабораторная работа «Построение вариационного ряда и вариационной
кривой».
3.
Подведение итогов лабораторной работы.
4.
Обобщающая беседа.
5.
Информация о домашнем задании.
6.
Рефлексия.
Работа
оценивается двумя оценками: по биологии и по информатике.
Ход
урока:
1. Организационный
момент.
(слайд 1)
Эпиграф:
«…ум
заключается не только в знании, но и в умении
прилагать
знание на деле…» Аристотель
Учитель информатики: 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:
«законмерности модификационной изменчивости», с использованием компьютерных
технологий.
Учитель
биологии:
Что
нужно, чтобы открыть закон? (собрать данные, обработать их, сравнить полученные
результаты, т.е. провести анализ и синтез, сделать выводы)
Учитель
информатики:
Какие
знания по информатике можно привлечь?
Что
такое процесс моделирования?
(слайд 2)
Учитель
биологии:
Тема
и задачи урока:
·
построить
вариационный ряд изменчивости признака,
·
построить
вариационную кривую,
·
рассчитать
среднюю величину признака,
·
выявить
общую закономерность модификационной изменчивости.
Учитель
информатики
Сегодня
на уроке вы, используя статистический метод, а также умение работать в
программе Excel, охарактеризуете модификационную изменчивость
признаков человека.
2.
Выполнение лабораторной работы (Приложение 1)
Лабораторная
работа представлена в инструктивной карте, которая дается
группе
учащихся.
В
лабораторной работе рассматриваются проявления
модификационной
изменчивости у человека (на примере 20 обучающихся
данного
класса).
Лабораторная
работа оформляется каждым обучающимся в тетради по биологии.
3.
Подведение итогов лабораторной работы.
Учитель биологии:
Какой
вывод можно сделать по результатам сравнения? (Все три кривые имеют сходный
вид)
(Слайд
3. Графическое выражение изменчивости признака )
В
идеале кривая имеет куполообразный вид, с симметричными ветвями.
Учитель
информатики
Как
в математике называется эта кривая?
Почему
построенные нами кривые отклоняются от стандартного вида?
4.
Обобщающая беседа
Учитель
биологии:
1.
Прокомментируйте вариационный ряд, который вы получили выполняя лабораторную
работу
Отметьте
маркером кривую Кетле.
Какую
закономерность установили? (Обе кривые похожи, значит это общая закономерность)
Учитель
информатики
Мы
с вами говорили, что методы, разработанные математической
статистикой,
применяются в любой области человеческой деятельности.
Сегодня
мы на конкретных примерах рассмотрели, как математическая
статистика
помогает решать задачи, рассматриваемые в генетике.
Учитель биологии: обращаю внимание
на эпиграф урока:
«…ум
заключается не только в знании, но и в умении прилагать знание на
деле…» Аристотель
Давайте
послушаем сообщение о исследовании статистики модификационной изменчивости
Сообщение
ученика (Приложение 2).
Приложение
2.
Живая
природа оказалось очень трудным орешком для теоретиков науки, преподнося им все
новые неожиданности на пути познания
В
центре всех дискуссий о теоретической биологии всегда стоит вопрос: отличается
ли живая природа от неживой столь существенно, что «ей нужны свои законы», или
просто наука пока не подобрала нужный ключ из имеющихся в ее запасах? Вопрос
этот крайне важен для познания вообще. Исследователи предпринимают различные
попытки для его решения.
Автор
статьи «Изумительная асимметрия» Ю. Чайковский рассказывает о неожиданностях, с
которыми встретились математики, подвергнувшие теоретическому рассмотрению
закономерности разнообразия организмов. «Я до сих пор живо помню, как однажды,
когда я еще был ребенком, отец привел меня на край города, где на берегу росли
ивы, и велел мне сорвать наугад сотню ивовых листочков…
Вернувшись
домой, мы расположили их в ряд по росту, как солдат. Затем отец через кончики листьев
провел кривую и сказал: «Это и есть кривая Кетле. Глядя на нее, ты видишь, что
посредственности всегда составляют подавляющее большинство и лишь немногие
подымаются выше или так и остаются внизу». Так писал известный современный
математик Б. ван дер Варден в своем учебнике математической системы.
Бельгийский
математик Кетле, работавший вначале в области астрономии и метеорологии, был,
по-видимому, первым, кто применил нормальное распределение для описания
биологического материала (он ввел его при изучении распределения людей по
росту). В 1835 году Л. Кетле, изучая изменчивость, отметил, что в вариационном
ряду больше встречается особей, у которых величина того или иного признака
равна средней или же близка к ней.
Позже
Фрэнсис Гальтон широко применял кривую нормального распределения при
статистическом исследовании наследственности, и она сыграла фундаментальную
роль в глубокой работе Карла Пирсона по вопросам биометрии, написанной в конце
прошлого века.
С
тех пор различные типы распределений начали применять в самых разнообразных
областях биологии — в молекулярной биологии, таксономии, экологии, генетике,
психологии и т. д. Пример Кетле действительно поучителен: эту кривую можно
получить, не только, ранжируя листья или солдат, но самыми неожиданными способами;
дело в том, что кривая Кетле – не что иное, как гауссово распределение,
называемое еще нормальным распределением случайных величин. Почему гауссово
распределение называют нормальным? Прежде всего потому, что результат почти
всякого массового измерения однотипных величин дает одну и ту же картину:
отдельные измерения отклоняются от своего среднего («нормы») с частотой,
близкой к f(x). Сам Гаусс, еще до работ Кетле, обнаружил этот факт для таблиц
координат звезд, но функцию f(x) теория вероятностей знали и за сто лет до
Гаусса. Так при чем же здесь Кетле и чем вообще это нам интересно? Дело в том,
что именно Адольф Кетле, бельгийский математик и статистик, заложил то
воззрение на мир чисел, которое лежит в основе основ современного
естествознания.
Вот что
писал Кетле: «Все элементы организмов колеблются около среднего состояния, и …
изменения, происходящие под влиянием случайных причин, подчинены такой точности
и гармонии, что их все можно перечислить наперед». Другими словами, можно,
например, зная средний рост мужчины а и дисперсию роста (грубо говоря, среднее
отклонение от этой величины) вычислить, сколько какого обмундирования
потребуется для дивизии. Сейчас это настолько очевидно, что трудно осознать,
почему книгами Кетле зачитывались многие современники Белинского и Гоголя.
Закрепление
материала:
Учитель
информатики:
До
середины 40-х годов ХХ века результаты исследований представлялись на бумажных
носителях. А сегодня мы с вами применили современные средства обработки
информации – компьютер и его программное обеспечение.
Мы предлагаем вам работу где вы можете воспользоваться на практике
результатами исследование Кетле. (практическая работа по
определению индекса массы тела, с исползованием сайта интернета)
Учитель
биологии:
Какие
выводы можно сформулировать по результатам урока?
(Слайд 5.
Выводы)
·
Различные
признаки отличаются пределами изменчивости под влиянием внешних условий
·
Норма
реакции определяется генотипом
·
Модификационная
изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер
·
Значение
закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое
значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать многие показатели.
Заключение
Учитель
биологии:
Знания
закономерностей модификационной изменчивости имеют
большое
практическое значение. Многие считают, что признаки человека
определяются
генами, другие сводят роль генов к минимуму. Особенно это
касается
вопросов наследования умственных и криминальных способностей.
Если
ребенок обладает какими-то особенностями, он старается выбрать
такие
условия среды, которые способствуют его развитию.
Конечный
результат развития зависит от условий среды — сказывается
влияние
вредных привычек (курение, алкоголь), влияние положительных
или
отрицательных факторов (радиация).
Учитель
информатики:
Мы
увидели, что компьютер помогает построить информационные модели, используя
средства прикладного программного обеспечения.
5. Информация
о домашнем задании. Отчет о лабораторной работе
Используемая
литература:
1.
Захаров
В.Б., Мамонтов С.Г. и др. Общая биология, 10 класс. М.: Дрофа,
2005.
2.
Беляев
Д.К. Общая
биология, 10 класс. М.: Просвещение, 2003.
3.
Гусак
А.А.
Высшая математика, Минск, Тетра Системс, 2003.
4. Спирина М.
С., Спирин П.А., Теория вероятностей и математическая, М.,
Издательский центр “Академия”, 2007.
5. Ю. Чайковский. Изумительная асимметрия
www.integro.ru/system/ots/evolution/ev_books/…/izumit_assim.htm
Приложение
1
ИНСТРУКТИВНАЯ КАРТА
Лабораторная работа
«Построение
вариационного ряда и вариационной кривой»
Цели: выявить проявления
модификационной изменчивости у человека. Научиться составлять вариационный ряд,
строить вариационную кривую, вычислять среднюю величину признака, определять
норму реакции, используя возможности приложения Excel.
Оборудование: инструктивные
карты, компьютеры.
Ход работы:
1.
В
таблице занесены данные о росте 20 учащихся класса
Уч-ся
11А
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
20
|
|
25
|
Рост
(см)
|
157
|
158
|
159
|
162
|
165
|
166
|
169
|
169
|
170
|
170
|
171
|
172
|
173
|
173
|
176
|
176
|
183
|
185
|
186
|
187
|
|
192
|
Вес
(кг)
|
48
|
50
|
50
|
55
|
56
|
56
|
56
|
57
|
57
|
59
|
60
|
63
|
65
|
66
|
71
|
73
|
73
|
74
|
82
|
89
|
|
|
Размер
обуви
|
36
|
37
|
37
|
37
|
38
|
38
|
39
|
39
|
39
|
41
|
41
|
42
|
42
|
42
|
42
|
42
|
43
|
44
|
44
|
44
|
|
|
2.
Постройте вариационную кривую – отобразите на графике зависимость между
значением
признака и частотой его встречаемости, используя возможности приложения
Excel.
3.Определите норму реакции для данного признака N=max-min, используя
возможности приложения Excel.
4.
Определите
среднюю величину признака по формуле, используя возможности приложения Excel.
5.
Сделайте
вывод о том, какая закономерность модификационной изменчивости вами
обнаружена.
Приложение 2.
Живая
природа оказалось очень трудным орешком для теоретиков науки, преподнося им все
новые неожиданности на пути познания
В
центре всех дискуссий о теоретической биологии всегда стоит вопрос: отличается
ли живая природа от неживой столь существенно, что «ей нужны свои законы», или
просто наука пока не подобрала нужный ключ из имеющихся в ее запасах? Вопрос
этот крайне важен для познания вообще. Исследователи предпринимают различные
попытки для его решения.
Автор
статьи «Изумительная асимметрия» Ю. Чайковский рассказывает о неожиданностях, с
которыми встретились математики, подвергнувшие теоретическому рассмотрению
закономерности разнообразия организмов. «Я до сих пор живо помню, как однажды,
когда я еще был ребенком, отец привел меня на край города, где на берегу росли
ивы, и велел мне сорвать наугад сотню ивовых листочков…
Вернувшись
домой, мы расположили их в ряд по росту, как солдат. Затем отец через кончики
листьев провел кривую и сказал: «Это и есть кривая Кетле. Глядя на нее, ты
видишь, что посредственности всегда составляют подавляющее большинство и лишь
немногие подымаются выше или так и остаются внизу». Так писал известный
современный математик Б. ван дер Варден в своем учебнике математической
системы.
Бельгийский
математик Кетле, работавший вначале в области астрономии и метеорологии, был,
по-видимому, первым, кто применил нормальное распределение для описания
биологического материала (он ввел его при изучении распределения людей по
росту). В 1835 году Л. Кетле, изучая изменчивость, отметил, что в вариационном
ряду больше встречается особей, у которых величина того или иного признака
равна средней или же близка к ней.
Позже
Фрэнсис Гальтон широко применял кривую нормального распределения при
статистическом исследовании наследственности, и она сыграла фундаментальную
роль в глубокой работе Карла Пирсона по вопросам биометрии, написанной в конце
прошлого века.
С
тех пор различные типы распределений начали применять в самых разнообразных
областях биологии — в молекулярной биологии, таксономии, экологии, генетике,
психологии и т. д. Пример Кетле действительно поучителен: эту кривую можно
получить, не только, ранжируя листья или солдат, но самыми неожиданными
способами; дело в том, что кривая Кетле – не что иное, как гауссово
распределение, называемое еще нормальным распределением случайных величин.
Почему гауссово распределение называют нормальным? Прежде всего потому, что
результат почти всякого массового измерения однотипных величин дает одну и ту
же картину: отдельные измерения отклоняются от своего среднего («нормы») с
частотой, близкой к f(x). Сам Гаусс, еще до работ Кетле, обнаружил этот факт
для таблиц координат звезд, но функцию f(x) теория вероятностей знала и за сто
лет до Гаусса. Так при чем же здесь Кетле и чем вообще это нам интересно? Дело
в том, что именно Адольф Кетле, бельгийский математик и статистик, заложил то
воззрение на мир чисел, которое лежит в основе основ современного
естествознания.
Вот
что писал Кетле: «Все элементы организмов колеблются около среднего состояния,
и … изменения, происходящие под влиянием случайных причин, подчинены такой
точности и гармонии, что их все можно перечислить наперед». Другими словами,
можно, например, зная средний рост мужчины а и дисперсию роста (грубо говоря,
среднее отклонение от этой величины) вычислить, сколько какого обмундирования
потребуется для дивизии. Сейчас это настолько очевидно, что трудно осознать,
почему книгами Кетле зачитывались многие современники Белинского и
Гоголя.
Использованная
литература:
1.
Ю. Чайковский. Изумительная асимметрия
www.integro.ru/system/ots/evolution/ev_books/…/izumit_assim.htm
Статистические данные о модификациях учащихся 11 а класса
Ф.И. уч-ся
|
рост
|
вес
|
Размер обуви
|
1.Аристархов Алекс.
|
|
|
|
2. Воронкова Елена
|
|
|
|
3.Галкин Илья
|
|
|
|
4. Гизатулин Роман
|
|
|
|
5. Горбулина Дарья
|
|
|
|
6. Гуров Денис
|
|
|
|
7. Кислицина Екат.
|
|
|
|
8.Крылов Максим
|
|
|
|
9. Кузин Сергей
|
|
|
|
10. Марейчев Сергей
|
|
|
|
11. Микунова Елена
|
|
|
|
12.Николаев Никита
|
|
|
|
13. Пассова Дарья
|
|
|
|
14.Попова Виктория
|
|
|
|
15.Рыжков Роман
|
|
|
|
16. Сасин Кирилл
|
|
|
|
17.Середа Максим
|
|
|
|
18. Таратухина Дарья
|
|
|
|
19.Тимишин Михаил
|
|
|
|
20. Хомякова Ирина
|
|
|
|
21.Чаадаева Наташа
|
|
|
|
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.