Интеграция (лат.) – восстановление, восполнение, объединение частей в целое, причем не механическое соединение, а взаимопроникновение, взаимовидение. Существует множество видов интеграции: по методам, приемам, способам, уровням, направлениям. Связующим звеном интеграции выступает целостная межпредметная ситуация, которая осмысливается учащимися на уровне обобщения и абстрагирования, и реализуется через анализ причинно-следственных связей, посредством теоретического мышления. Решением межпредметной ситуации становится индивидуальное, необычное видение учеником окружающего мира (в слове, модели, математической функции, графике, программе, схеме).
Цели образования, которые мы реализуем в нашей гимназии: воспитание человека, самостоятельно творчески мыслящего, умеющего находить и рационально решать проблемы, требуют современных средств обучения, разнообразных методических и педагогических систем и решений. Мы рассматриваем вопросы повышения качества преподавания учебных дисциплин за счет использования современных компьютерных технологий. Информационные технологии дают совершенно новые возможности для творчества, обретения и закрепления различных учебных навыков, позволяют реализовать принципиально новые формы и методы обучения с применением моделирования явлений и процессов.
В концепции структуры и содержания среднего общего образования информатика играет важнейшую роль в формировании современного научного мировоззрения школьников и их подготовке к жизни в условиях современного информационного общества. Курс информатики призван быть системообразующим, он должен подытожить и обобщить знания, направленные на формирование информационной картины мира, полученной на уроках по многим дисциплинам, так как межпредметные связи – важнейший принцип обучения в школе. Их использование способствует целостному восприятию мира и формированию научного мировоззрения учащихся, развитию умения обнаруживать скрытые зависимости и связи, устанавливать причиноследственные связи, переносить ранее усвоенный материал на новый, а также позволяет активизировать уже существующий интерес ученика к предмету или способствует развитию такого интереса.
В гимназии применение НИТ в учебном процессе является одним из приоритетных направлений. Настоящая работа посвящена вопросам интегрирования преподавания биологии и информатики. В ней предлагается ряд практических занятий для проведения уроков или отдельных фрагментов в компьютерном классе, а так же подборку задач по биологии для преподавания информатики в естественнонаучном профиле.
Необходимость внедрения информационных технологий в образовательный процесс преподавания предметов естественнонаучного цикла, сегодня ни у кого не вызывает сомнения.
Работая в классах естественнонаучного профиля, мы стараемся:
- сделать преподавание информатики предметно-ориентированным, для чего разрабатываем практические работы, подбираем биологические задачи для использования на уроках информатики.
- При проведении биологии используем навыки, приобретенные на уроках информатики. Например, текстовый редактор для оформления рефератов и выступлений, электронные таблицы для построения графиков и решения расчетных задач.
Все это повышает мотивацию к изучению дисциплин, повышает интерес к обоим предметам, показывает практическое применение компьютера.
Использование информационных технологий позволяет ознакомить учащихся с основами компьютерного моделирования биологических процессов и явлений. Так, при изучении темы “Работа сердца” можно моделировать процессы влияния физической нагрузки на функциональные возможности сердца (Приложение 1).
Моделирование способствует наглядному представлению изучаемого объекта и повышению интереса у учащихся к этой форме обучения, а изучение процессов в динамике – более глубокому усвоению учебного материала.
Например: При изучении темы “Компьютерное моделирование” в качестве задания мы предлагаем создание структурной модели, где средствами текстового редактора Word и знаний основ генетики учащиеся создают схему, соответствующую условиям задачи.
Задание № 1. Создайте структурную модель типов и видов изменчивости средствами текстового редактора Word.
Задание № 2. Создайте структурную модель родословной по следующему описанию. Молодожены нормально владеют правой рукой. В семье женщины было еще две сестры, нормально владеющие правой рукой, и три брата левши. Мать женщины – правша, отец – левша. У отца есть сестра и 2 брата правши. Дед по линии отца – правша, бабка – левша. У матери женщины есть два брата и сестра – все правши. Мать мужа – правша, отец – левша.
Очевидно, что при изучении биологии в
профильных классах информационные технологии
позволяют сделать уроки более содержательными,
зрелищными и интересными, что очень важно для
современного образования. Мы считаем, что в
дополнение к традиционным технологиям обучения
биологии, интегрированное преподавание сочетает
в себе совокупность методов наглядности,
доступности и скорости обработки информации.
Таким образом, применение информационных
технологий позволяет сэкономить учебное время
для дальнейшего изучения темы без использования
персонального компьютера
Проиллюстрируем это при решении биологических
задач с применением электронных таблиц, где
очевидны преимущества использования
компьютерных технологий т.к. они являются
эффективной формой реализации синтеза знаний и
умений двух наук.
Задача №1
В результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: в 20-летних насаждениях – 6720, в 40-летних – 2380, в 60-летних – 1170, в 80-летних – 755, в столетних – 555, а в 120-летних – 465. Начертить график уменьшения стволов елей в лесу, при увеличении возраста.
Решение:
Задача № 2
В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200 и 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно 18, 32, 48, 54, 62. Начертить график зависимости числа зараженных пупариев, приходящихся на одного паразита, при увеличении численности жертв.
Решение:
Существует мнение, что примеров использования биологии в преподавании информатики очень ограничено. Однако мы можем доказать, что в большинстве тем по информатике возможно применение интегрированного компонента. Предлагаем проследить это на примерах:
I. Программирование. Решение задач.
Задача по теме: “Линейная структура”.
Чтобы прокормить мальчика в течение года необходимо некоторое количество телят, для телят нужно люцерны определенной массы. В этой массе содержится 14,9 млн. калорий, в телятах – 1,19 млн. калорий, а в мальчике остается из этого количества 8300(т.к. мальчик ест мясо, но не кости, шкуру или шерсть, которые также содержат связанную энергию). Рассчитать КПД при передаче энергии в каждом звене пищевой цепи.
Ri ЛюцернаCLS
E1 = 14.9 * 10 ^ 6 'энергия люцерны
E2 = 1.19 * 10 ^ 6 'энергия телят
E3 = 8300 'энергия мальчика
KPD1 = (E2 * 100) / E1 'КПД люцерны
KPD2 = (E3 * 100) / E2 'КПД телят
PRINT "КПД передачи энергии люцерны телятам
равен: "; KPD1; "%"
PRINT "КПД передачи энергии телят мальчику равен:
"; KPD2; "%"
END
Задача по теме “Структура ветвления”.
Рассчитать смертность во время спячки в двух популяциях малого суслика. В первой из них плотность популяции перед впадением в спячку составляла 160 зверьков на 1 га, выжило 80, во второй – соответственно 90 и 56. На каком участке смертность оказалась выше?
Ri Суслик
CLS
begin1 = 160 'количество зверьков до спячки
begin2 = 90
end1 = 80 'количество зверьков после спячки
end2 = 56
depth1 = (end1 * 100) / begin1 'смертность зверьков во время
спячки
depth2 = (end2 * 100) / begin2
PRINT "Смертность в первой популяции: "; depth1;
"%"
PRINT "Смертность во второй популяции:"; depth2;
"%"
IF depth1 > depth2 THEN
PRINT "В первой популяции смертность больше, чем
во второй"
ELSE
PRINT "Во второй популяции смертность больше, чем
в первой"
END IF
Задача на тему: “Подпрограммы”.
Два вида полевок различаются по плодовитости. Самки стадной полевки приносят в среднем за 1 помет по 8 детенышей. У каждой самки за жизнь бывает 4 помета. У пашенной полевки число пометов достигает 7 в среднем по 6 детенышей. Какое число потомков от 1-ой самки каждого вида может быть получено в 3 поколении? Каким будет соотношение видов по численности и по массе, если вес стадной полевки составляет для самцов 50 г, для самок – около 34, а пашенной полевки 44 и 32 г соответственно?
DECLARE SUB Polevka (pomet!, child!, male!, fiale!, children!, m!)
Ri Полевка
CLS
pomet1 = 4 'число пометов в жизни одной самки
pomet2 = 7
child1 = 8 'количество детенышей за один помет
child2 = 6
male1 = 50 'вес самцов
male2 = 44
fiale1 = 34 'вес самок
fiale2 = 32
CALL Polevka(pomet1, child1, male1, fiale1, children1, m1)
CALL Polevka(pomet2, child2, male2, fiale2, children2, m2)
PRINT "Соотношение видов по численности: ";
IF children1 < children2 THEN
PRINT "1 :"; children2 / children1
ELSE
PRINT children1 / children2; ": 1"
END IF
PRINT "Соотношение видов по массе: ";
IF m1 < m2 THEN
PRINT "1 :"; m2 / m1
ELSE
PRINT m1 / m2; ": 1"
END IF
END
SUB Polevka (pomet, child, male, fiale, children, m)
mama = 1
f = 3 'поколение
FOR i = 1 TO f
'количество детенышей от mama самок:
children = mama * pomet * child
'количество самок из всех детенышей:
mama = children / 2
NEXT i
'масса самцов:
male = mama * male
'масса самок:
fiale = mama * fiale
'масса всех особей:
m = male + fiale
END SUB
II. Операционная система DOS.
Практическая работа. Сочетает две цели: закрепление навыков работы с ОС DOS и контроль знаний по теме “Механизмы эволюционного процесса”. Учащиеся выбирают режим работы DOS, входят в каталог BIO, читают содержимое текстового файла read.me, далее следуют указаниям в текстовых файлах. Заранее создан каталог BIO, имеющий следующую структуру:
Каталоги первого, второго и третьего уровня дублируют соответственно содержимое каталогов POPULACI, 800000 и MUTACIA. Работа проверяется сразу после окончания по выведенному на экране пути к файлу otvet.txt и его содержимому, где наглядно видно, сколько и какие допущены ошибки. На экране должно быть:
C:\BIO\POPULACI\800000\ MUTACIA\copy con otvet.txt
Генофонд – это совокупность генов популяции.
III. Архитектура ЭВМ.
При объяснении этого материала мы используем сравнительный анализ устройств компьютера и работы нервной системы. В обоих случаях выделяем четыре основных процесса: прием, хранение, обработка и передача информации, здесь же проводим аналогию кратковременной и долговременной памяти человека, оперативной и внешней ПК.
Как видно из представленного материала благодаря интеграции биологии и информатики, материал, который в настоящее время изучается на уроках ИВТ, не является оторванным от жизни: учащиеся приобретают навыки применения тех или иных программных средств на практике.
Таким образом, можно говорить о том, что интеграция информационных технологий в образовании позволяет осуществлять индивидуальный подход к учащимся и тем самым помогает дифференциации образования, а интеграция информационных технологий в естественнонаучном цикле дает возможность сделать учебный процесс наиболее эффективным, как с точки зрения учителя, так и с точки зрения учащегося.
В заключении хотелось бы отметить, что мы видим социальное и педагогическое значение интегрированных уроков информатики и биологии во владении детьми совокупными знаниями, которые избавят ребят от однородности развития. У ребят появляется возможность создать не только собственные модели процессов и явлений, но и определить пути взаимодействия с ними. Отсутствие интегральных знаний порождает узких специалистов, способных лишь к однобоким решениям проблемы.
Систематизация знаний, всестороннее развитие, творческий подход, высокая мотивация к познанию – это возможность, которую предоставляет интегрированное обучение, и в этом его огромная польза.
Литература
- Соколовская Б.Х. Сто задач по генетике и молекулярной биологии. Издательство “Наука”. Сибирское отделение. Новосибирск. 1971
- Чернова Н.М. Основы экологии. Учебник для 9 кл. М.: Просвещение, 1998
- Мишина Н.В. Задания для самостоятельных работ по общей биологии: 10 класс. М.: Просвещение, 1984.