"Использование процессора электронных таблиц Microsoft Excel на уроке биологии"

МБОУ Сосновская средняя школа № 1

Использование процессора электронных таблиц

Excel на уроке биологии

Материал подготовлен

учителем биологии

И.Ю. Тюриной

п. Сосновское

2019

Информационные и коммуникационные технологии

(ИКТ), поглубже химии простершие руки свои в

дела человеческие (по выражению Д.И. Менделе-

ева), вынуждают каждого учителя понять, принять,

оценить и применить их компоненты в повседнев-

ной урочной практике. Этот путь неповторим – и

обусловлен именно необходимостью авторизации

каждым учителем преподаваемого курса, перево-

да с абстрактного языка учебника в конкретный

мир ощущений и действий обучаемых, для которых

виртуальный мир компьютерных программ уже

стал не менее реальным, чем предметный и соци-

альный .

Тут уместно воспеть дифирамб нашему предмету:

биология – поистине уникальный предмет в плане

формирования многообразных общеучебных уме-

ний, жизненных компетенций и других слагаемых

информационной культуры. Ведь курс биологии

(и поддерживающие его задания и упражнения)

включает самые разные задания по работе с текс-

тами, математические (и физические, химические)

расчетные задачи, организацию визуальных рядов

и восприятие трехмерных моделей, что открывает

уникальные возможности сочетания заданий для

аудиалов, визуалов и кинестетиков, выполняющих

лабораторную или практическую работу в одной

группе. Кроме того, курс биологии включает ряд

специфических задач, не представленных в дру-

гих предметах: кодирование белков нуклеиновыми

кислотами (и общие свойства кодов), определители

разных типов, генетические задачи и многое другое.

Причем в большинстве случаев ИКТ не искусствен-

но привлекаются как дань моде, а вполне оправданы

решаемыми прикладными задачами, касающимися

непосредственно самого человека: будь то родос-

ловные, молекулы или пищевые рационы.

Математические задачи в курсе биологии тесно связаны с важнейшими жизненными компетенциями, связанными с размерами и мерами, представлением данных и их пониманием, а также границами применимости математических моделей.
Процессор электронных таблиц Microsoft Excel является мощным инструментом работы с числовыми данными, и использование его возможностей в разных задачах преподавания биологии достаточно широко: от расчетов и представления значений в виде диаграмм и графиков до математического моделирования, например, динамики популяций по уравнению Лотки-Вольтерры. Кроме того, они являются важным вступлением в более широкий класс программ математического моделирования сложных процессов и явлений (и соответствующих специализированных компьютерных программ), например, динамики изменения климата на земле или моделирования нервного импульса.

Использование процессора электронных таблиц

Excel на уроке связано с возможностями матема-

тического моделирования процессов и явлений, с

которыми полезно работать в классах с углублен-

ным изучением биологии и химии и/или матема-

тики. Важно отметить, что Excel позволяет перейти

от демонстрации закономерности (зависимости,

функции) к ее исследованию. И именно это ставит

очень сложные задачи перед учителем: мало зара-

нее знать ответ, нужно организовать деятельность

по поиску решений, а это уже больше менеджерские

функции, чем лекторские.

Рассмотрим эти изменения в содержании, мето-

дике и формах деятельности на примере лаборатор-

ной работы по изучению модификационной измен-

чивости с построением вариационного ряда и ва-

риационной кривой. Как изменится эта достаточно

рутинная задача, в основе которой – весьма важные

как в научном, так и в житейском плане понятии?

В аналоговом варианте львиную долю времени

занимает непосредственно само измерение и за-

полнение вариационного ряда – подсчет количест-

ва объектов в каждом из классов значений. Лимит

времени на уроке обычно ограничивает количество

объектов, что может отрицательно сказаться на ито-

говом виде вариационной кривой. Подсчет же боль-

шого количества объектов по классам требует большого внимания.

Выполнение лабораторной работы в Excel изме-

няет содержание работы. За счет снятия рутинных

операций можно поговорить о понятиях моды, ме-

дианы и среднего, среднего квадратичного откло-

нения, и дисперсии (их расчет можно показать в

заготовленном заранее файле Excel), а также обсу-

дить биологический смысл дисперсии и житейский

смысл различий в терминах, их использование для

манипуляций (на примере из книги выдающегося по-

пуляризатора математики Мартина Гарднера (пере-

сказано по Гарднер, 1984):

«Фирма «Гисмо продактс» владеет небольшой

фабрикой по производству супергисмо. В правле-

ние фирмы входят сам мистер Гисмо (заработок

4800 долл. в неделю), его брат (2000 долл.) и 6 родст-

венников (по 500 долл.). Рабочая сила состоит из

5 бригадиров (по 400 долл.) и 10 рабочих (по 200 долл.

в неделю). При приеме нового работника ему сооб-

щают, что средняя зарплата в фирме составляет 600

долл. в неделю. Через некоторое время сотрудник

приходит к боссу, т.к., поговорив с рабочими, уз-

нал, что их зарплата не превышает 200 долл. Тут-тои выясняется разница между средними значениями

(средним арифметическим: отношением суммы всех

заработков – 13 800 долл., к количеству сотрудни-

ков – 23 человека), медианой (400 долл. – значение,

расположенное посередине ряда всех зарплат) и мо-

дой («типичным случаем», наиболее часто встречаю-

щимся значением, равным, как убедился работник,

200 долл. в неделю).

Мода, медиана и среднее в случаях с нормальным

распределением случайных величин на больших вы-

борках будут приближаться друг к другу, а то и сов-

падать. Но там, где распределение не случайно (как

в примере с зарплатой), они могут весьма и весьма

различаться

А теперь вернёмся к задачам лабораторной работы, пос-

вященной модификационной изменчивости. Как

уже говорилось, выполнение работы в Excel позво-

лит решать не столько расчетные, сколько аналити-

ческие задачи. Рассмотрим на примере задачи.

Задача № 1

Количество щенков в помёте 70 серебристо - черных лисиц таково:

5, 4, 4, 4, 9, 3, 4, 4, 5,6, 6, 4, 5, 5, 4, 8, 4, 4, 5, 4, 4, 7, 3, 5, 5, 4, 3, 3, 3, 6, 4, 4, 5, 4, 4, 5, 5, 4, 6, 3, 4, 4, 3, 4, 4, 7, 4, 3, 5, 2, 5, 4, 7, 3, 2, 3, 1, 5, 4, 2, 6, 6, 4, 4, 6, 4, 8, 3, 5, 4.

Постройте вариационный ряд и вариационную кривую, найдите среднее значение, моду, и медиану. Рассчитайте среднее квадратичное отклонение.

1. Перенести данные в электронную таблицу

Excel . Если условие задачи приведено на

карточке, придется вводить вручную: удобно, если

работает пара учеников, один диктует, другой вно-

сит данные. Но можно и сэкономить время и подго-

товить файл (файлы с вариантами) заранее.

2. Построение вариационного ряда. Справа от

столбца со значениями (вариантами) строится ва-

риационный ряд, состоящий из двух строк: классы

(значения, которые принимает признак, в данном

случае – количество щенков, от 1 до 9), количество

объектов в каждом классе. Названия рядов таблицы

также желательно записать, например «Классы» в

ячейке С1, а «Количество» – в ячейке С2.

3. Подсчет количества объектов в каждом классе. Его можно выполнить вручную, а чтобы из-

бежать ошибок, можно ячейки каждого из классов

заливать своим цветом .

Можно процесс подсчета количества объектов в

каждом классе существенно упростить. Для этого

нужно выделить столбец со значениями и провести

сортировку по возрастанию (Данные – Сортиров-

ка ) После этого надо выделить классы (заливкой вы-

деленных ячеек, цветом шрифта или рамкой , причем в каждом из

случаев можно выбирать цвет или тип рамки в выпа-

дающих списках, появляющихся при нажатии на тре-

угольник справа от иконки. Теперь подсчитать будет

значительно проще. Останется внести значения ко-

личества объектов в каждом из классов в соответс-

твующие ячейки вариационного ряда. Не забудьте

порекомендовать провести проверку: посчитать об-

щее количество объектов (или просто посмотреть на

количество рядов со значениями) и сравнить с сум-

мой количества объектов по классам (можно посчи-

тать автосуммой: для этого выделить ячейку справа

от строки со значениями в вариационном ряде и

дважды нажать на знак Автосуммы .

4. Расчет среднего значения признака Х. Для

этого нужно сложить попарно произведения значе-

ния признака («Класс») на количество объектов в

классе («Количество») и полученную сумму разде-

лить на общее количество объектов. В ячейке С3 на-

бираем слово «Среднее», а в ячейку С4 записываем

формулу:

=(D2×D1+E2×E1+F2×F1+G2×G1+H2×H1+I2×I1+

+J2×J1+K2×K1+L2×L1)/M2 и нажимаем Enter.

Формулу можно вводить с клавиатуры (проверь-

те, чтобы была включена не русская, а английская

раскладка клавиатуры!), а можно вводить только

знаки арифметических действий, а ячейки указы-

вать при помощи мыши. Второй способ несравненно

удобнее, тем более что Excel вносит цветовую раз-

метку для разных ячеек, позволяющую визуально

контролировать процесс ввода формулы.

5. Расчет статистических характеристик

выборки при помощи функций. В Excel заложено

очень большое количество арифметических, статис-

тических, логических и т.п. функций, которые мож-

но использовать вместо формул. Например, чтобы

найти моду исследуемой выборки, надо в выбран-

ную ячейку вставить функцию. Это можно сделать

несколькими способами:

– Выбрать пункт меню Вставка – Функция и в

диалоговом окне Мастера функций найти нужную

(она входит в категорию статистических функций,

которую нужно выбрать в списке «Категории», и так

и называется – МОДА)5. На следующем шаге нужно

указать, к какому диапазону ячеек будет применена

функция: это можно сделать вручную, вводом диа-

пазона ячеек, или выделить нужный диапазон пря-

мо на листе и нажать ОК или [Enter].

– Впечатать в строке функций ее название и диа-

пазон =МОДА(А1:70) – или только =МОДА(), пос-

тавить курсор между скобками и при помощи мыши

выделить диапазон ячеек от А1 до А70.

Аналогично находим значения медианы =МЕ-

ДИАНА(А1:70); среднего =СРЗНАЧ(А1:70) – как

видим, для этого совершенно не обязательно было

вводить формулу (см. пункт 4) вручную, однако само-

умение составлять и вводить формулы самостоя-

тельно необходимо; и

среднее квадратичное (стандартное) отклонение

σ =СТАНДОТКЛОН(A1:70).

6. Построение вариационной кривой. Для этого

надо выделить на листе ячейки с представляемыми

значениями (D2:L2), и выбрать в меню програм-

мы Вставка – Диаграмма... или воспользоваться

кнопкой Мастер диаграмм на панели

инструментов. В Мастере диаграмм выбирается тип

диаграммы (лучше один из раздела График, но не

обязательно); на втором шаге можно, хотя здесь

это и не критично, указать «Значения по оси Х»,

выделив нужный диапазон ячеек (D1:L1); настраи-

ваются параметры диаграммы на шаге третьем (на-

пример, можно выбрать закладку Легенда и снять

«Добавить легенду») и сохранить диаграмму на этот

же лист рабочей книги.

Таким образом, время на выполнение лабораторной работы сокращается в 3 раза, обучающиеся применяют полученные знания на информатике на уроке биологии, прослеживаются межпредметные связи с экономикой, экологией, самостоятельно проводят исследование. К тому же, данное задание для сильных обучающихся можно усложнить, а именно закрасить области отклонения от среднего квадратичного в графическом редакторе Paint.

Чтобы успешно применять процессор электронных таблиц

Excel на уроке биологии, необходимо учителю освоить данную программу.

На это понадобиться терпение, время и самое главное желание. Но всё это

« окупиться», когда на Вас совершенно по другому посмотрят наши «современные» старшеклассники!

8