Интегрированное занятие по биологии и информационным технологиям “Изучение статистических закономерностей живой природы средствами MS Excel”. Занятие проводят 3 педагога (практическую часть ведут преподаватели информатики по подгруппам).
Задачи урока
Образовательные:
- расширить знания студентов о причинах, свойствах и значении изменчивости на примере ненаследственной изменчивости; о практическом применении программы Excel.
- сформировать умения и навыки работы в программе
Excel:
- с данными типа Список на примере Сортировки;
- элементами автоматизации вычислений с использованием статистических функций (max, min, срзнач, счетесли);
- с диаграммами и графиками;
- применительно к популяционно-статистическому методу в генетических исследованиях.
Развивающие: продолжить формирование умений:
- сравнивать на примере сравнения форм изменчивости;
- устанавливать причинно-следственные связи и делать выводы на основе графического представления зависимости между значением и частотой встречаемости вариант.
Воспитательные:
- способствовать формированию научного мировоззрения на основе познаваемости и общности законов живой природы;
- способности самостоятельно выполнять задания и нести ответственность за результаты своего труда.
Оборудование: персональный компьютер, мультимедиа проектор, тексты индивидуальных заданий, электронный шаблон для выполнения отчета о проведенной работе.
Тип урока по основной образовательной цели: урок изучения нового материала и закрепление умений прикладного использования программы MS Excel.
План урока.
1. Организационный этап.
2. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению новых знаний.
Электронная таблица – самая распространенная и мощная технология для работы с числовыми данными. Главное достоинство электронной таблицы – возможность мгновенного автоматического пересчета всех данных, связанных формульными зависимостями, при изменении значения любого компонента таблицы. Excel в переводе с английского означает “превосходить”.
В Excel вычислительные возможности объединены с богатым набором функций, присущих текстовому, графическому редакторам и другим приложениям пакета Microsoft Office.
Табличный процессор Excel позволяет:
- Решать математические задачи: выполнять табличные вычисления (в том числе как обычный калькулятор), вычислять значения и исследовать функции, строить графики функций (например: sin(х), cos(х), tg(х) и др. ).
- Проводить статистический анализ.
- Реализовывать функции базы данных – ввод, поиск, сортировку.
- Наглядно представлять данные в виде диаграмм и графиков.
Беседа по вопросам и заданиям.
Какой раздел общей биологии мы изучаем?
Какие свойства организма являются предметом изучения науки генетики?
Дайте определение наследственности и изменчивости.
Как взаимосвязаны между собой эти свойства организма?
(фенотип = генотип + условия внешней среды)
Какие две формы изменчивости вам известны?
3. Этап усвоения, закрепления и коррекции знаний.
3. 1 Формулировка задач урока (слайд Приложение 1)
3. 2 Сообщение плана работы (слайд)
3. 3. Сущность, причины, значение ненаследственной изменчивости (слайды).
Каждый организм развивается и обитает в определенных внешних условиях и испытывает на себе действие факторов внешней среды: колебаний температуры, освещенности, влажности, количества и качества пищи, вступает во взаимоотношения с другими организмами. Все эти факторы могут изменять морфологические и физиологические свойства организма, то есть его фенотип. Поэтому такую изменчивость называют фенотипической.
Причина: изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом.
Значение: адаптация – приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства.
Примеры: белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана. Породы лошадей и коров, завезенных в горы, становятся низкорослыми.
3.4 Свойства фенотипической изменчивости.
1. Ненаследуемость. (слайд)
У гималайского кролика наблюдается неравномерное окрашивание шерсти: темноокрашенны уши, лапы, хвост, остальная шерсть – белая. Если у такого кролика выщипать шерсть на спине и положить холодную повязку – на этом месте вырастет черная шерсть. Если черную шерсть удалить и наложить тёплую повязку – вырастет вновь белая шерсть. При выращивании кроликов при температуре 30 градусов вся шерсть будет белая. У потомства двух таких белых кроликов, выращенного в нормальных условиях будет обычное распределение пигмента.
Вывод: изменения признаков, вызванные действием факторов внешней среды, не наследуются.
 |
 |
 |
2. Групповой характер изменений. (Слайд)
Листья одного и того же растения могут иметь разную форму листьев в зависимости от того, в какой среде они находятся – в водной или воздушной. У всех стрелолистов в воде будут длинные тонкие листья, а у водяного лютика – изрезанные. Также под воздействием ультрафиолетовых лучей у всех людей возникает загар – накопление в клетках кожи пигмента меланина, хотя и в неодинаковой степени
 Стрелолист |
 Водяной лютик |
Вывод: действие определенного фактора внешней среды у каждого вида организмов вызывает специфическую реакцию в виде изменения признака, сходную у всех особей данного вида.
3. Обусловленность пределов изменчивости генотипом, то есть хотя направленность изменений и одинакова, степень выраженности изменения у разных организмов различна. Степень варьирования признака или пределы модификационной изменчивости от минимального до максимального значения признака называют нормой реакции. Широта нормы реакции, то есть разница между максимальным и минимальным значением признака зависит от генотипа и важности признака в жизнедеятельности организма. Узкая норма реакции у таких признаков как размеры сердца, головного мозга; у растений – форма и размеры цветка. Широкая норма реакции у таких признаков как количество жира в организме млекопитающих, размеры листьев у растений ит. д.
3.5 Задания на закрепление.
1. Этот вид изменчивости имеет несколько названий: ненаследственная, модификационная, фенотипическая, определенная, групповая. Объясните данные названия.
(Содержание ответа: возникает под влиянием, какого либо фактора среды, действующего одинаково на все особи сорта или породы и изменяющего в определенном направлении; групповой потому, что изменения происходят у всех особей потомства в одном направлении вследствие определенных условий (изменения роста при изменении количества и качества пищи, толщины кожи и густоты шерстного покрова от изменения климата); ненаследственная, то есть у потомков измененной группы при воздействии на них других условий среды приобретенные родителями признаки не наследуются; изменения происходят в признаках, то есть в фенотипе; особи группы имеют разные значения одного признака, то есть модификации).
2. Дайте сравнительную характеристику наследственной и ненаследственной изменчивости по плану:
- объект изменения;
- подверженность изменениям хромосом, молекул ДНК;
- возможность передачи изменений следующим поколениям;
- значение для отдельной особи, вида;
- роль в эволюции.
Содержание ответа:
| Наследственная изменчивость | Ненаследственная изменчивость |
| Объектом изменения является генотип | Объектом изменения является фенотип в пределах нормы реакции. |
| Хромосомы изменяются в случае хромосомной мутации, а гены – при генной мутации. | Хромосомы и гены не подвергаются изменениям. |
| Изменения передаются следующим поколениям | Не наследуются |
| Полезные изменения приводят к победе в борьбе за существование отдельной особи, вредные – к гибели; может привести к появлению новых популяций, подвидов. | Повышает или понижает продуктивность, жизнеспособность, способствует адаптации особей и выживанию вида. |
| Является материалом для естественного отбора. | Приводит к приспособлениям организмов к конкретным условиям среды. |
3.6 Популяционно-статистические методы в изучении ненаследственной изменчивости.
Для выявления нормы реакции организмов на воздействие определенного признака используют популяционно-статистический метод генетических исследований, который заключается в:
- определении единичного значения признака (варианты проявления признака) у каждого организма выбранной группы;
- определении частоты встречаемости каждой варианты;
- построении вариационного ряда, отражающего постепенное увеличение значения признака от минимального значения к максимальному значению;
- построении вариационной кривой – графической зависимости между значением вариант и частотой их встречаемости;
- определении среднего значения признака и нормы реакции генотипа на изменение окружающей среды;
- выявлении полученных закономерностей.
Для проведения популяционно-статистических исследований ненаследственной изменчивости возможно использование компьютерной программы Excel. И сейчас вам необходимо будет выполнить задание с использованием этой программы.
3.7 Теоретический материал по дисциплине “Информатика” (Приложение 2).
Типы данных в ячейках электронной таблицы
Ячейки рабочего листа электронной таблицы могут содержать:
- исходные или первичные данные – константы;
- производные данные, которые рассчитываются с помощью формул и функций.
В обычном режиме работы табличного процессора в ячейках с вычислительными (производными) данными отображаются значения, а формулы можно увидеть лишь при активизации (выделении) ячейки в строке ввода и редактирования.
Можно установить такой режим работы текстового процессора, что в ячейках будут показываться (и выводиться на печать) формулы, а не значения, полученные в результате вычислений. Для этого нужно использовать команду меню СЕРВИС—>Параметры и в диалоговом окне Параметры на вкладке Вид в поле Показывать установить переключатель Формулы.
Категория функций Статистические
К уже известным типам данных (текст, число, формула, дата) необходимо добавить функцию. Функция представляет собой программу с уникальным именем, для которой пользователь должен задать конкретные значения аргументов. Имена функций можно набирать на любом регистре – верхнем или нижнем. После правильного ввода функций буквы автоматически преобразовываются в прописные. Для облегчения работы с встроенными функциями используется Мастер функций.
Рисунок 1 Примеры статистических функций
Средства Excel для работы с данными списка
Электронная таблица, все строки которой содержат однородную информацию, рассматривается как список или база данных.
К данным, организованным в виде списка (базы данных), можно выполнять следующие операции:
- добавлять, изменять и удалять записи;
- находить записи;
- сортировать записи.
Сортировка данных
Для использования некоторых операций автоматической обработки данных часто бывает необходимо заранее расположить данные в таблице (списке) в строго определенной последовательности – выполнить сортировку исходных данных.
Сортировка осуществляется “на месте” - непосредственно в таблице.
В электронной таблице можно сортировать как строки, так и столбцы. Строки можно отсортировать по значениям ячеек одного столбца или нескольких.
Строки, столбцы ли отдельные ячейки в процессе сортировки переупорядочиваются в соответствии с заданным пользователем порядком сортировки. Списки можно сортировать в возрастающем порядке (от 1 до 9, от А до Я) или в убывающем порядке (от 9 до 1, от Я до А).
По умолчанию Excel сортирует данные в алфавитном порядке. Для сортировки в другом порядке, например чтобы расположить месяцы дни недели в соответствии с логическим, а не алфавитным порядком, следует использовать пользовательский порядок сортировки.
Сортировка данных в электронных таблицах производится с помощью команд меню ДАННЫЕ > Сортировка или с помощью кнопок на Стандартной панели инструментов.
Рисунок 2 Пример сортировки данных
Построение диаграмм и графиков
Диаграмма представляет собой вставной объект, внедренный на один из листов рабочей книги. Диаграмма сохраняет связь с данными, на основе которых она построена, и при обновлении этих данных немедленно изменяет свой вид. Для построения диаграммы обычно используется Мастер диаграмм, запускаемый щелчком по кнопке Мастер диаграмм на стандартной панели инструментов. Работа мастера включает 4 шага.
Тип диаграммы. На первом этапе работы мастера выбирают форму диаграммы. Доступные формы перечислены в списке Тип на вкладке Стандартные. Для выбранного типа диаграммы справа указывается несколько вариантов представления данных, из которых необходимо выбрать наиболее подходящий.
Выбор данных. Второй этап работы мастера служит для выбора данных в окне Источник данных диаграммы, по которым будет строиться диаграмма. Если диапазон данных был выбран заранее, то в области предварительного просмотра окна мастера появится приблизительное отображение будущей диаграммы. Если данные образуют единый прямоугольный диапазон, то их удобно выбирать при помощи вкладки Диапазон данных. Если данные не образуют единой группы, то информацию для отдельных рядов задают на вкладке Ряд.
Рисунок 3 Пример добавления ряда в область диаграммы
Оформление диаграммы. Третий этап работы мастера (диалоговое окно Параметры диаграммы) состоит в выборе оформления диаграммы. На вкладках окна мастера задаются:
- название диаграммы, подписи осей (вкладка Заголовки);
- отображение и маркировка осей координат (вкладка Оси);
- описание построенных графиков (вкладка Легенда);
- отображение надписей, соответствующих отдельным элементам данным на графике (вкладка Подписи данных).
В зависимости от типа диаграммы некоторые из перечисленных вкладок могут отсутствовать.
Размещение диаграммы. На последнем этапе работы мастера указывается, следует ли использовать для размещения диаграммы новый рабочий лист или использовать один из имеющихся. Обычно этот выбор важен только для последующей печати документа, содержащего диаграмму.
3.8 Задания на закрепление в программе MS Excel в проведении биологических исследований.
Цель практической части занятия: закрепить умения прикладного использования программы MS Excel на примере биологических исследований (Приложение 3).
4. Домашнее задание:
по биологии – стр. 148-151,ответить на контрольные вопросы;
по информатике – отчет по лабораторной работе.
Пример выполненной работы (Приложение 4)