Никольская средняя общеобразовательная школа

«Современный урок для современного ученика» - эссе Авдониной В.П.

«Для жизни, не для школы учимся».

Каждый раз,  когда садишься за подготовку к уроку, задумываешься, как лучше объяснить материал урока, чтобы большинство ребят его поняли и усвоили. Но нередко случается так, что намеченное и запланированное не удалось выполнить на уроке. Причины этого могут оказаться самые разные, что-то не заладится на уроке: психологическое состояние детей (устали или перевозбуждены), состояние учителя и т п.  Конечно, с опытом приходит и умение корректировать ход урока, но результативность урока не всегда находится в прямой зависимости от опыта учителя. Каким должен  быть урок, чтобы и ученик и учитель получали от него истинное удовольствие, чтобы взаимодействующим сторонам было комфортно и физически, и психологически, и эмоционально на уроке? Попробую ответить сама себе на этот вопрос на примере конкретного урока. Тема этого урока – «Динамика популяций». Выбор на него пал не случайно, так как это был открытый урок в ходе районного семинара учителей информатики, и его подготовке и проведению было уделено максимум внимания и сил. При выборе темы урока и формы урока сам автор учебника информатики Н. Угринович натолкнул на мысль, что желательно, чтобы этот урок был интегрированным. Это дает возможность «разгрузить» урок, насыщенный математическим материалом, абстрактными формулами и наполнить практической направленностью. Кроме этого рассказать о динамике популяций  учитель биологии может интереснее, так как это одна из тем урока биологии. При этом учителю биологии можно обойтись без объяснения математического материала и этапов математического и компьютерного моделирования. То есть интегрированный урок  биологии – информатики по данной теме наиболее рационален.

Урок должен был решить следующие задачи:

·        Сформировать у учащихся знания о динамике популяций как о необходимом атрибуте жизни организма, способе их адаптации к постоянно меняющимся условиям существования, ознакомить с характерными типами роста популяций как с общими свойствами, передающими их способность к восстановлению численности, сформировать знания о характере колебаний численности популяций некоторых видов организмов и об их сложной структуре; ознакомить учащихся с явлением регуляции численности и значением этого явления.

·        Способствовать закреплению понятий и навыков математического моделирования, формированию навыков работы с программой «Электронные таблицы; Excel».

К уроку было подготовлено необходимое оборудование: карточки с заданиями по биологии и информационные карты по информатике, таблицы, компьютеры, программное обеспечение - Excel, медиапроектор, компьютерная презентация - слайды: “План урока”, “Графики роста популяций”, “По страницам Красной книги”,  “Рекуррентные формулы математических моделей”. 

В начале объяснила ребятам, почему мы сегодня ведем урок вдвоем с учителем биологии. Так как в настоящее время наиболее яркие открытия происходят на стыке наук,  в связи с этим возникают и новые науки, например, биоинженерия, бионика, биоинформатика - это яркий пример  интеграций знаний. Поэтому само начало урока вызвало интерес учащихся своей необычностью, так как интегрированные уроки не самые распространенные в практике учителей.

Затем учитель биологии провела актуализацию знаний учащихся

-  Что является структурной единицей вида и эволюции?

-  Дайте определение понятия «популяции».

-  Приведите примеры популяций.

Экологи, изучающие функционирование экологических систем, состоящих из объектов живой и неживой природы, рассматривают популяции в качестве основных элементов каждой экосистемы. В биотических сообществах каждая популяция играет отведенную ей роль, составляя с популяциями других видов некое природное единство, развивающееся по своим законам. Как могла возникнуть взаимная приспособленность популяций сообщества?

- 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.          Перечислите их.

- Какое практическое значение имеют демографические показатели?

Крайне важно для этого знание причин и скорости популяционных изменений, а также умение вести измерения этих природных показателей. Процессы изменений биологических показателей популяции называются динамикой популяций.

Была объявлена тема интегрированного урока: «Динамика популяций». Очень важно, чтобы перед глазами учащихся (на доске или слайде) был план урока. Он настраивает ребят на выполнение определенного объёма работы и приучает к планированию своей деятельности, в том числе и на уроке. План урока включал в себя следующие пункты:

• Динамика популяций, как биологическое явление.
• Рост популяции. Типы роста.
• Колебания численности популяций: причины, способы регуляции численности. Значение регуляции.
• Математическое моделирование.
• Компьютерный эксперимент в электронных таблицах «Excel».

Длительность урока 90 минут, с перерывом на перемену. Первые 45 минут вел учитель биологии, при этом я, как учитель информатики, могла наблюдать за работой детей и учителя, как  они взаимодействуют друг с другом.

Изучение нового материала с элементами закрепления  учитель биологии провела в виде беседы по теме:  «Динамика популяций как биологическое явление».  Вот её краткое содержание:

Динамика популяций – это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени – численности, биомассы, популяционной структуры (возрастного состава).

 Динамика популяций – одно из наиболее значимых биологических и экологических явлений. Можно сказать, что жизнь популяции проявляется в ее динамике.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она как бы приспосабливается к изменяющимся условиям среды.

В ходе  эволюции популяции живых организмов обретают различные свойства. Некоторые из них  приспособлены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например, в пустынях, полупустынях, тундрах. Примером могут служить популяции таких растений, как  саксаул, тамариск, обитающие в пустынных зонах, или некоторые виды мхов, населяющих зоны тундры.

Популяции таких организмов не приспособлены к резким изменениям условий жизни, они крайне чувствительны к возрастающему воздействию человека, легкоуязвимые   и трудно поддаются восстановлению.

Популяции других организмов, обитающих в зонах умеренного климата, в особенности популяции однолетних животных (большинство насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Колебания их численности обладает очень большой амплитудой. В годы минимальной или максимальной их численность может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.

- Такие показатели, как рождаемость, смертность, возрастная структура, весьма важны, но  ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между тем представление о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.

Характер увеличения численности популяции может быть различным. В связи с этим выделяют 2 типа роста популяций.

Их различия можно проиллюстрировать с помощью кривых, передающих характер    нарастания численности популяции во времени (рис. 15, с. 63 учебника или слайд)

На рисунке 15 изображены две кривые, одна из которых имеет J – образное, а другая  S- образное начертание.

В первом случае плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начнут действовать факты, ограничивающие рост.

- Ребята, какие факторы могут ограничить рост численности?

При втором типе роста популяция вначале увеличивается медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно замедляется. В конце концов, достигается равновесие, которое и сохраняется.

Характерные типы роста популяций можно наблюдать, когда тех или иных животных вселяют в незанятые области или они сами переселяются в новые районы. Самовселение некоторых представителей фауны рыб (например, тюльки) можно наблюдать в водохранилищах Волги, Камы, Днепра, где их численность достигла значительных величин. Рост плотности этих популяций описывается  S- образной кривой.

  Экспоненциальная J-образная кривая хорошо показывает рост популяций некоторых микроорганизмов, например, грибковых дрожжей, некоторых микроскопических водорослей. В целом, чем крупнее организмы, тем ближе к логическому типу рост плотности их популяций.

- Определите тип роста численности.

Английский эколог Чарльз Элтон впервые обобщил наблюдения и описал взрывы численности завезенных видов, которые он назвал «экологическими нашествиями». Примером такого нашествия является распространение в Северной Америке и Европе колорадского жука. Этот вид родом из Мексики. Впервые его массовое размножение было описано в американском штате Колорадо, откуда он и получил свое название. В Европе первые особи были замечены в 1922 году на побережье Франции. С этого времени началось неуклонное продвижение его на восток вплоть до европейской части нашей страны. Рост популяции колорадского жука происходит по J-образному типу.

-Приведите примеры подобного роста популяций.

- Что является причиной безудержного роста этих популяций?

- Если бы человек не выращивал картофель, баклажаны, помидору и другие пасленовые растения, возможен был бы такой рост?

- Какой тип роста более часто встречается в природе?  Почему?

(Работа учащихся в парах).- Кривые роста численности популяций крайне идеализированы. На самом деле численность популяций не застывает на одном уровне, а постоянно колеблется вокруг некоторого среднего уровня в соответствии с изменяющимися условиями. Размах этих колебаний может быть различным, он будет определять тип динамики популяций. Мы должны выяснить, что  является причиной изменения численности, какие факторы могут быть регуляторами численности. Каждой паре дается задание и время, чтобы подготовить ответы на вопросы.Задание 1.Пример сезонных колебаний численности популяций дает нам хорошо знакомую картину летней природы. Тучи комаров, леса, полные птиц, поля, заросшие васильками, - все это наблюдается в теплое время года и практически сходит на нет в зимний период. Что является причиной изменения численности данных популяций? Можно ли сказать, что причины являются регуляторами численности?Задание 3.Личинки (гусеницы) лиственничной  листовертки питаются хвоей лиственницы. Колебания численности этого насекомого носят циклический характер, пики размножения происходят примерно через 4-10 лет. Колебания численности этих видов определяются и динамикой биомассы деревьев, и колебаниями численности птиц, питающимися насекомыми. По мере возрастания массы деревьев в лесу наиболее крупные и старые деревья становятся восприимчивыми к гусеницам, листовертки – почкоеда и нередко погибают от повторяющегося уничтожения листьев.Отмирание и размножение древесины возвращают в лесную почву питательные вещества. Их используют для своего развития молодые деревья, менее чувствительные к нападению насекомых. Росту молодых деревьев способствует также увеличение освещенности из-за гибели старых деревьев с большими кронами. Тем временем  птицы снижают плотность листовертки. Однако в результате роста деревьев ее численность вновь начинает  увеличиваться и процесс повторяется.Каким является влияние бабочки на  популяцию лиственницы (отрицательным или положительным)?Задание 4.Вспышки массового размножения сибирского шелкопряда обычно наступает после  малоснежных и холодных зим. Морозы губят значительную часть паразитов-яйцеедов, которые обычно  поражают до 20% яиц шелкопряда. Из сохранившихся кладок шелкопряда вылупляются гусеницы, 5которые сначала так и живут скоплениями. В этих скоплениях у них возникает так называемый эффект группы – ускоренное развитие по сравнению с одиночными гусеницами. При этом повышается обмен вещества,  появляется темная окраска. Взрослые бабочки в период вспышек численности также темные,  в разрешенных популяциях – светлые. Бабочки, развившиеся из личинок, создают очаги переживания до нового ослабления действия регуляторов.Что является регулятором численности сибирского шелкопряда?Задание 5.Некоторые виды саранчи существуют в двух разных формах: одиночной и стадной. При изменении плотности популяции одна форма превращается в другую. Они отличаются внешне, а также по поведению настолько, что ранее их принимали за разные формы. В одиночной форме саранча живет оседло и питается умеренно. Стадная форма отличается прожорливостью, беспокойством и стремлением к перемене мест. Сначала форма передвигается большими группами по земле, а после того, как  окрылится, поднимается и летит огромными тучами на расстояния в сотни и тысячи  километров от мест рождения. Тем самым снимается угроза перенаселенности этих мест.Размеры стай перелетной саранчи фантастические, некоторые стадии достигали многих миллионов тонн веса. Улетевшая саранча чаще всего оседает в местах, неблагоприятных  для размножения, и через некоторое время погибает. Объясните явление. Задание 6.  При содержании белых мышей в вольерах, когда люди следят за чистотой клеток и обеспечивают всех кормом, мыши, достигнув определенной численности, перестают размножаться. Если перевести их в более просторную клетку, тем самым, снизив плотность популяций, они продолжают размножение вновь до определенного предела. При этом меняется характер поведения мышей и отношения их между собой. Зверьки   становятся беспокойными и агрессивными, и это отрицательно влияет на процесс размножения.   Объясните явление. Задание 7.Мышевидные грызуны лемминги в Европе порой достигают такой высокой плотности, что начинают мигрировать из мест обитания. При этом известны случаи, когда животные проходили через деревни  в таком количестве, что кошки и собаки, которые вначале нападали на них, просто переставали обращать  внимание на орды грызунов. Достигнув моря, многие лемминги тонули. Известно также, что зайцы-беляки в периоды пика численности часто внезапно погибают от «шоковой болезни». Какое значение имеют эти явления для популяций?Подведение итога:-   Рост численности популяций никогда не бывает бесконечным. Безграничный рост губителен для любого вида, так как приводит к подрыву его жизнеобеспечения.         При увеличении численности популяции включаются регуляторные системы природного сообщества – хищники, паразиты, возбудители инфекционных заболеваний. При еще более высокой плотности вступает в силу внутривидовая конкуренция. Вся эволюция видов шла в таком направлении, что выработались механизмы реакции на собственную плотность.  Таким образом, на пути увеличения численности вида возникает множество последовательных преград, образующих надежную систему регуляции.  Поэтому, хотя в природе миллионы видов, большинство из них не дает вспышек массового размножения. Наука экология связана с математикой. Демографические показатели имеют математическое выражение. Это, возможно, сделать с помощью компьютера, это вы и будете делать далее с учителем информатики.Перерыв на переменуПосле перемены урок продолжила я, как учитель информатики. Провела актуализацию знаний в виде фронтальной беседы:В биологии при исследовании развития биосистем строятся динамические модели изменения численности популяций различных живых существ (бактерий, рыб, животных) с учетом различных факторов.  Взаимовлияние  популяций рассматривается в моделях типа «хищник-жертва». Прежде чем перейти к моделированию вспомним:1.                        Что такое модель?2.                        Назовите виды, классификации моделей?3.                       Приведите примеры  моделей.4.                        Этапы решения задач на ЭВМ.5.                       Дайте определение  понятию «Электронная таблица»6.                       Что такое относительная и абсолютная ссылка? Изложение нового материала шло согласно учебнику «Информатика и информационные технологии» автора Н. Угриновича, и было примерно такого содержания: 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 а:x_n+1 = a · x_nВ модели ограниченного роста учитывается эффект перенаселенности, о котором мы уже говорили. Введем коэффициент перенаселенности в (в << а). Тогда коэффициент ежегодного увеличения численности равен (а - в· x_n) и формула принимает вид:x_n+1 = (а - в· x_n) · x_nВ 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:x_n+1 = (а - в· x_n) – сКак уже было сказано ранее, популяции обычно существуют не изолированно,  а во взаимодействии с другими популяциями. Наиболее важным типом такого  взаимодействия является взаимодействия между жертвами и хищниками.В модели «хищник-жертва» количество жертв x_n  и количества хищников у_n.  Коэффициент  f характеризует возможность гибели жертвы при встрече с хищниками. В этом случае формула для расчета численности жертв принимает вид:x_n+1 = (а - в· x_n) · x_n – с – f (x_n · у_n)Численность популяции хищников в отсутствие жертв уменьшается, что можно описать рекуррентной формулой:  y_n+1 = d · x_n , где  d < 1 увеличение популяции хищников можно считать пропорциональной произведению собственно количеств жертв и хищников, а коэффициент е характеризует величину роста численности хищников за счет жертв. Тогда для численности хищников можно использовать формулу:y_n+1 = d · у_n + е · x_n · у_nПостроим в электронных таблицах компьютерную модель, позволяющую исследовать численность популяций с использованием различных моделей: неограниченного роста, ограниченного роста, ограниченного роста с отловом и «хищник-жертва». Вы, ребята, знаете, что некоторые  популяции животных находятся на грани исчезновения, их заносят в «Красную книгу», есть такая «Красная книга» и у нас в Татарстане. В неё  занесен бурый медведь. Численность его на нашей территории составляет  6-8 особей. Проведем исследование изменения численности популяции данного хищника.Затем была выполнена практическая работа с использованием инструкционных карт (работа в парах).Страница 269-268 учебника «Информатика и информационные технологии»Рост численности популяций (инструкционная карта)В ячейки В1 и В6 внести начальные значения численности популяций жертв и хищников. В ячейки В2:В5 внести значения коэффициентов a, b, c, f , влияющих на изменение численности жертв. В ячейки В7 и В8 внести значения коэффициентов d, e,  влияющих на изменение численности хищников. 

              Y1=6 (особей) – начальное количество бурых медведейВ ячейки D1, Е1, F1, G1 внести значения начальной численности популяций жертв, в ячейку Н1 – хищников. В ячейку D2 внести рекуррентную формулу неограниченного роста =$B$2*D1. В ячейку Е2 внести рекуррентную формулу ограниченного роста = ($B$2-$B$3*E1)*E1. В ячейку F2  внести рекуррентную формулу ограниченного роста с отловом = ($B$2-$B$3*F1)*F1-$B$4. В ячейку G2 внести рекуррентную формулу изменения количества жертв. =($B$2-$B$3*G1)*G1-$B$5*G1*H1. В ячейку Н2 внести рекуррентную формулу изменения количества  хищников =$B$7*H1+$B$8*