Конспект интегрированного урока по биологии и информатике Анализ и прогнозирование динамики популяций с помощью компьютерного моделирования 11 класс
Интегрированный урок биологии и информатики в 11-м классе по теме "Анализ и прогнозирование динамики популяций с помощью компьютерного моделирования"
Цель урока:
Сформировать умение решать биологические задачи и строить графики с помощью Excel.
Задачи:
С помощью Excel научиться строить графики
Научить прогнозировать экологическую ситуацию через решение задач.
Оборудование: мел, доска, компьютеры, мультимедийный проектор.
Программное обеспечение: ОС MS Windows XP, MS Office Excel.
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».
Самолётики.
2. Повторение изученного материала по биологии
Биологический диктант:
1.Структурная единица вида и эволюциипопуляция
2.Совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, относительно обособленно от других совокупностей того же видапопуляция
3.Факторы, связанные с влиянием других живых существбиотические отношения
4.Масса растительных и животных организмовбиомасса
5. Процессы изменений биологических показателей популяциидинамика популяции
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.
Как называются процессы изменений биологических показателей популяции - динамикой популяций.
3. 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 компьютерное моделирование – решение задач с использованием ПО на ПК.
2. Основные этапы построения и исследования компьютерных моделей.
Этап 1. Постановка задачи или создание описательной информационной модели.
Рассмотрим замкнутую экологическую систему, содержащую хищника и его жертву (например, жертвы – зайцы, хищники - волки). Будем предполагать, что зайцы питаются растительной пищей, а волки питаются только зайцами.
Этап 2. Математическая модель.
У нас есть конкретная задача:
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%.
В экологии начальным годом принято считать «нулевой» год.
Введем следующие обозначения:
Nз0=1000 – начальное численность зайцев
Pз=0,4 – ежегодное увеличение зайцев (на 40%)
Nв0=15 – начальное численность волков
Sв = 40 – количество зайцев, поедаемых одним волком за год
Pв= 0,1 – годовой прирост численности волков (на 10%)
Рассмотрим на примере задач:
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.
Решение:
Это мы рассчитали сколько будет зайцев через один год. С каждым годом прирост зайцев составляет на одно и тоже число от предыдущего! Для того чтобы рассчитать это мы используем ПК и ПО Ms Excel. Откройте пожалуйста на рабочем столе файл ( ). Используя опорную карту, выполните задачу 1.
Вы сразу обратили внимание, как мы быстро сосчитали численность за 10 лет!
Теперь постройте график задачи 1
Вывод: При отсутствии хищников количество особей в популяции стремительно растет, так как рост численности зайцев ничем не сдерживается. (Кошки Ленинграда)
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
Решение:
Мы видим, по сравнению с задачей 1, что появляются волки. Количество волков не изменяется, но волки едят зайцев, по 40 каждый! Значит количество зайцев в конце года будет вычисляться следующей формулой
Мы разобрались математически как это можно рассчитать. Теперь используя опорную карту сделайте мне задачу 2.
Вывод: При наличии небольшой популяции волка ( 15 особей) популяция зайца на протяжении двух лет сохраняется на прежнем уровне, а затем исчезает. 15 волков вполне способны истребить в течение 3 лет популяцию зайца из 1000 особей, несмотря на то, что годовой прирост популяции зайца – 40 %, а годовой прирост популяции волка равен нулю. (Пример кошек блокадного Ленинграда)
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.
Решение:
Мы видим, по сравнению с задачей 2, что количество волков изменяется, т. е. идет прирост каждый год на 10%. Значит
13 QUOTE 1415 - сколько будет волков в конце года
Мы разобрались математически как это можно рассчитать. Теперь используя опорную карту сделайте мне задачу 3.
Вывод: При годовом приросте численности волков в 10 %, кривая популяции зайцев стремительно падает после 2 лет существования на одном уровне.
Для чего необходимо изучение динамики численности?
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.
Самолетики
4. 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.
5. Задание на дом
§ 67 стр. 247, зад. 3,5 (учебник биологии)
Решить домашнее задание (карточки)
6. Оценивание работы учащихся
Заголовок 115