Метод моделирования в преподавании биологии

Нехорошкова С.И.

Метод моделирования

«Я слышу – я забываю, я вижу – я запоминаю,  я делаю – я понимаю». Эта древнекитайская мудрость раскрывает главную педагогическую идею образовательного стандарта второго поколения: не простое «вооружение» обучающихся определенной суммой знаний, умений, навыков в какой-либо предметной области, а формирование через данную предметную область умения учебной, исследовательской деятельности; способности к самопознанию, самообучению и самореализации. Именно системно-деятельностный подход, лежащий в основе ФГОС, обеспечивает формирование готовности обучающихся к саморазвитию и непрерывному образованию; проектирование и конструирование социальной среды их развития в системе образования; активную учебно-познавательную деятельность; построение образовательного процесса с учётом индивидуальных возрастных, психологических и физиологических особенностей обучающихся. Таким образом, одной из основных задач реформирования системы образования является разработка и внедрение в практику школы современных педагогических технологий, учитывающих индивидуальные особенности и интересы учащихся.

Содержание курса биологии в школе, включающее сведения о многообразии организмов, биологической природе и социальной сущности человека, общих биологических закономерностях, теориях, законах, гипотезах служит основой формирования научного мировоззрения. Особое значение в этом процессе имеет интеграция знаний естественнонаучных дисциплин в старшей школе. Биологическое образование призвано обеспечить социализацию обучаемых, ориентацию в системе моральных норм и ценностей, развитие познавательных качеств личности, овладение ключевыми компетентностями: учебно-познавательными, информационными, ценностно-смысловыми, коммуникативными. Для создания ситуации успеха на уроке биологии могут быть использованы различные педагогические технологии, и большое значение среди них занимает технология моделирования.

На сегодняшний момент нет общепринятой точки зрения на место моделирования среди методов познания. Можно выделить два полярных мнения. Первое рассматривает моделирование как некий вторичный метод, подчиненный более общим (моделирование рассматривается исключительно как разновидность такого эмпирического метода познания как эксперимент). Второе называет моделирование «главным и основополагающим методом познания», в подтверждение приводится тезис, что «всякое вновь изучаемое явление или процесс бесконечно сложно и многообразно и потому до конца принципиально не познаваемо и не изучаемо» [2]. Чаще всего моделирование определяют как «исследование процессов, явлений и систем объектов через построение и изучение их моделей». То есть наибольшую сложность представляет проблема определения модели. Что же такое «модель»? Существует много определений этого понятия. В Советском Энциклопедическом Словаре (СЭС). Дается следующее определение: «Модель — любой образ какого-либо объекта, процесса, явления, используемый в качестве его заместителя или представителя».Большинство исследователей выделяют три цели метода моделирования:

• Понимание устройства конкретной системы, её структуры, свойств, законов развития и взаимодействия с окружающим миром

• Управление системой, определение наилучших способов управления при заданных целях и критериях

• Прогнозирование прямых и косвенных последствий реализации заданных способов и форм воздействия на систему[1,3].

Учитывая эти цели, И.Б.Новик и А.А.Ляпунов сформулировали определение моделирования так: «Моделирование - это опосредованное практическое или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторая вспомогательная искусственная или естественная система: 1) находящаяся в некотором объективном соответствии с познаваемым объектом; 2) способная замещать его в определенных отношениях; 3) дающая при её исследовании, в конечном счете, информацию о самом моделируемом объекте» (три перечисленных признака по сути являются определяющими признаками модели). [5]. Необходимость использования моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует много времени и средств.

Модели в биологии применяются для моделирования биологических структур, функций и процессов на разных уровнях организации живого: молекулярном, субклеточном, клеточном, органно-системном, организменном и популяционно-биоценотическом. Возможно также моделирование различных биологических феноменов, а также условий жизнедеятельности отдельных особей, популяций и экосистем.

Примером натурного моделирования в образовательном процессе могут служить лабораторные работы по биологии (экологии) в темах «Популяция» и «Биосфера». В основе лабораторных работ лежат имитационные игры, которые позволяют учащимся старших классов самостоятельно выявить механизмы и/или закономерности таких сложных биологических и экологических процессов как регуляция численности популяции, конкурентные отношения в системе «хищник-жертва». Многолетний опыт проведения этих лабораторных работ показывает, что в образовательный процесс вносятся элементы поисковой деятельности, поддерживается высокий познавательный интерес у школьников, создаются оптимальные условия для саморазвития личности, у обучающихся формируются такие качества, как активность, альтернативность и гибкость мышления.

Лабораторная работа. Регуляция численности попуции.

Цель: выяснить механизм регуляции численности популяции на примере взаимоотношений «хищник – жертва».

Оборудование: игровое поле (лист ватмана формата А1 или А2), столовые ложки, семена (фасоль), пластмассовые баночки, секундомер, инструктивная карточка.

Инструктивная карточка

После выполнения этой работы Вы сможете:

• построить модель, демонстрирующую регуляцию численности в системе «хищник-жертва»;

• выяснить, как происходит регуляция численности в популяции;

• установить закономерности динамики численности в популяциях хищников и жертв.

Правила игры:

1. На игровое поле рассыпьте популяцию «жертв». Их роль выполняют семена фасоли (или другого вида семейства бобовых). Исходная численность популяции «жертв» составляет 150 особей.

2. В 1 тур охоты вступает один «хищник» - ложка. Охота длится 30 секунд. Пойманные «хищником» «жертвы» помещают в пластмассовую банку. Во время охоты нельзя помогать «хищнику»!

3. Провести подсчет собранных семян - съеденных «жертв». Результаты занести в таблицу 1 и 2. Определить результат охоты.

Условие: Если «хищник» съедает:

• менее 20 особей «жертв», то он погибает и выбывает из игры;

• 20-40 – выживает, но не размножается;

• более 40 – размножается (удваивается).

Жертвы», оказавшиеся за пределами игрового поля во время охоты, считаются убежавшими. Они обратно в игру не возвращаются. Выжившие на игровом поле «жертвы» размножаются (удваиваются), то есть на игровое поле добавляется такое же количество семян, которое осталось на игровом поле после «охоты». Охота повторяется 3-4 раза.

Таблица 1. Динамика численности популяции «хищника»

Таблица 2. Динамика численности популяции «жертв»

Задание: Построить графики: колебания численности популяции хищника; колебания численности популяции жертв. Объяснить полученные результаты, ответив на вопросы: Как изменяется численность в популяциях хищника и жертв? Какая закономерность проявляется? Можно ли назвать хищника регулятором численности жертв? Почему? Можно ли назвать жертву регулятором численности хищника? Почему?

Работа проводится в микрогруппах (4-5 человек). После проведения игры начинается самый важный момент – обсуждение полученных результатов, в ходе которого все участники группы должны выработать единый вывод.

Модификация этой игры может быть также применена на уроке, посвященном изучению конкурентных отношений в экосистеме. В процессе ее обучающиеся самостоятельно смогут сформулировать правило Гаузе (закон конкурентного исключения). В этом случае, в игре одновременно участвуют две популяции хищника: ложка (универсальный хищник) и вилка (специализированный); три популяции жертв: фасоль (крупный, относительно малоподвижный), вика (мелкий, очень подвижный), чечевица или макароны (средние по величине и подвижности). Отдельно отслеживаются конкурентные отношения между популяциями хищников и жертв.

Дважды на таких уроках присутствовали учителя биологии школ города. Кроме того, проводились мастер-классы, на которых учителя сами с интересом включались в игру и убеждались в доступности использования имитационных игр на уроках и в том, что они являются специфическим практическим методом организации учебного процесса, позволяющим активизировать обучающихся, а также
повысить их мотивацию к учебному процессу.

Знание только тогда знание, когда оно приобретено усилиями мысли, а не простым запоминанием. Знание законов заключается не в их заучивании, а в том, чтобы понимать их смысл.

Список литературы

1. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. О перестройке мышления: философско-методологические аспекты. М., 1988.

2. Батоpоев К.Б. Кибеpнетика и метод аналогий. М., Высшая школа, 1974

3. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика, М., Академия, 1999, С.674–677

4. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир:В 2 т.. Т.2 / Б.Небел;Пер. с англ.М.В.Зубкова и др.. - Москва : Мир,   1993.  - 329с. : 

5. Новик И.Б. О философских вопросах кибернетического моделирования. М., Знание, 1964.

6. ФГОС ООО. // http://standart.edu.ru/catalog.aspx?