МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЭКОЛОГИИ НА ПРИМЕРЕ ЗАДАЧИ "ХИЩНИК-ЖЕРТВА"

Енгачёв Р.М., студент

ЛПИ – филиал ФГАОУ ВПО «СФУ» в г.Лесосибирске

Аннотация

Эта статья посвящена обучению учащихся старших классов моделированию в экологии на примере задачи «хищник-жертва»

Начиная с древнейших времен, становление человеческой цивилизации неразрывно связанно с моделированием. С первых дней жизни человек познает окружающий мир с помощью моделей-игрушек. Процесс обучения в школе, вузе по всем направлениям без исключения также сопровождается использованием разнообразных моделей. Ни одна область человеческой деятельности сегодня не обходится без применения моделей. Компьютерное моделирование - самый прогрессивный на сегодняшний день метод исследования окружающей действительности

Современный этап развития образования, в частности общего среднего образования, характеризуется повышенным вниманием к понятию модели и методологии моделирования применительно к различным областям знания. Одной из причин этого является повышение уровня абстрактности знаний, получаемых в процессе обучения.

Абстрактный характер теоретических построений в современных науках и появление специальных языков - это свидетельство развития познания от непосредственного контакта с окружающей человека действительностью к опосредованному ее освоению, которое совершается, в частности, с помощью методов и средств моделирования. При этом не только научное познание, но и процесс обучения базируется на использовании методов моделирования, так как любая передача знаний подразумевает их описание на том или ином языке и представление в той или иной форме. Поэтому знакомство школьника с методами компьютерного моделирования актуально для современной школы, особенно в условиях постоянно увеличивающегося объема информации, появление новых ее носителей и средств доступа к ней.

Умение построить модель какой-либо проблемы реальной действительности, исследование этой модели и правильная интерпретация результатов являются сегодня важнейшими элементами информационной культуры.

Важность обучения моделированию вообще и математическому моделированию, в частности определяется ролью рассматриваемых задач в развитии познавательного интереса учащихся, их творческих способностей, умению обобщать знания, полученные при изучении разных предметов.

Математическое (компьютерное) моделирование в экологии – достаточно обширная область исследования и по выбору объектов моделирования, и по набору методов, и по спектру решаемых задач. Поэтому довольно трудно охватить сразу все аспекты моделирования. Внимание в данной работе обращено на исследование динамики популяций, а именно: модели внутривидовой конкуренции, логистическая модель межвидовой конкуренции, динамика численности популяций хищника и жертвы.

Моделирование является одним из методов изучения экологии как науки. Моделирование, как метод, используется крайне редко, т.к. он сложен для понимания учащимися. Для упрощения понимания механизма моделирования целесообразно использовать компьютерное математическое моделирование, которое является прикладным разделом информатики. В базовом курсе информатики дается лишь начальное понятие о моделировании.

Согласно ФГОС результаты изучения содержательной линии «Моделирование и формализация» должны включать:

· владение опытом построения и использования компьютерно-математических моделей, проведения экспериментов и статистической обработки данных с помощью компьютера, интерпретации результатов, получаемых в ходе моделирования реальных процессов;

· умение оценивать числовые параметры моделируемых объектов и процессов, пользоваться базами данных и справочными системами;

В учебниках в основном идет ориентация на математическое моделирование физических процессов, а моделирование в экологии практически не рассматривается.

Для успешного достижения результатов обучения по теме «Моделирование в экологии» рекомендуется ввести факультативный курс, который направлен углубленное изучение содержательной линии «Моделирование и формализации» на примере моделирования экологических процессов. Курс направлен на формирование межпредметных связей (информатика, математика, экологии) и повышение интереса к изучению естественных наук. Для проведения компьютерного математического моделирования в экологии целесообразно применять электронные таблицы, которые позволяют автоматизировать процесс расчета формул и увеличить наглядность результатов, путем составления графиков и диаграмм. Овладение основами компьютерного математического моделирования позволит учащимся расширить научное мировоззрение, развить творческие способности, а также поможет в выборе будущей профессии.

На конкретном примере разберем задачу по экологии в электронной таблице MSExcel.

Задача: Рассчитать, какова будет численность популяции зайца через 1, 3,5 и 10 лет, если начальная численность волков составляет 20 особей и не изменяется на протяжении указанного времени. Отобразить изменения численности зайцев в течение данного периода графически.

1.Постановка задачи

1.1. Описание задачи

Рассчитать, какова будет численность популяции зайца через 1, 3,5 и 10 лет, если начальная численность волков составляет 20 особей и не изменяется на протяжении указанного времени. Отобразить изменения численности зайцев в течение данного периода графически.

1.2 Цель моделирования

Разработать способ расчета численности популяции заяц, если начальная численность волков составляет 20 особей и не изменяется на протяжении указанного времени

1.3 Анализ моделируемого объекта

Объект	Параметры	Вид параметров	Обозначение
Зайцы	Начальная численность зайцев Ежегодное увеличение популяции зайцев	Исходные данные Исходные данные	Nз0 Рз
Волки	Начальная численность волков Ежегодное увеличение популяции волков Количество зайцев, поедаемых одним волком за год	Исходные данные Исходные данные Исходные данные	Nв0 Рв R1в
Система	Количество зайцев	Результат	(Nз)

2. Разработка информационной модели

2.1 Формализованное описание объекта

Очевидно, что модель данной ситуации-математическая и будет решаться математической формулой

2.2Разработка компьютерной модели

3. Компьютерный эксперимент

Литература

1. Алексеев В.В. Физическое и математическое моделирование экосистем. С.-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992.

1. Абатурова В. С. Математическое моделирование: Пособие для учителя. М., 2005.

2. Лапчик М.П. Методика преподавания информатики / Семакин И.Г., Хеннер Е.К. М.: 2001. — 624 с.

3. Тарасевич Ю.Ю. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс: учебное пособие. Изд. 4-е 2004