Виртуальные эксперименты на уроке: использование интерактивной творческой среды «1С:Биологический конструктор 1.5» в учебном процессе

Вабищевич А.П., anast.vab@yandex.com Центр перспективных технологий (ЦПТ), Москва

Программное обеспечение «1С:Биологический конструктор 1.5», разработанное для поддержки преподавания биологии в старших классах школ, позволяет моделировать биологические закономерности в нескольких разделах общей биологии: экологии, эволюции, генетике, социобиологии, цитологии. В простом случае интерактивные модели можно использовать для наглядной иллюстрации того или иного правила на уроке (например, принципа конкурентного исключения или закона Харди-Вайнберга), но наибольший интерес представляет использование данной творческой среды для разработки полноценных практических работ по общей биологии. С помощью конструктора можно создавать виртуальные экспериментальные установки, с которыми учащиеся могут работать как в школе, так и дома, самостоятельно устанавливая научные закономерности в ходе проведения опытов. Такие практические занятия вызывают у школьников большой интерес и способствуют лучшему пониманию и усвоению теоретических знаний. Ниже мы приводим краткое описание двух виртуальных практикумов − по эволюции и экологии − проведенных в 10−11 классах с углубленным изучением биологии (СУНЦ МГУ, гимназия 1543 на Юго-Западе). В обоих случаях практикум проводили на последнем занятии по курсу, когда учащиеся уже владели теоретической базой предмета. Все учащиеся могли работать индивидуально, за своим персональным компьютером; кроме того, ПК и проектор для демонстрации также был и у учителя. После краткого введения учащиеся открывали на компьютере папку с заданиями и на протяжении двух академических часов работали самостоятельно, выполняя поставленные задачи в предложенных им виртуальных экспериментальных установках.

На практическом занятии по эволюции (11 класс СУНЦ МГУ) учащиеся в начале урока вместе с преподавателем разобрали вводные (обучающие) модели по эволюции, предназначенные для знакомства с правилами поведения виртуальных животных. После этого им было предложено последовательно выполнить задания, посвященные эволюционной роли хищничества (становление покровительственной окраски у видов-жертв, «оздоравливание» популяции жертв), способам поддержания генетического разнообразия популяции и его эволюционному значению, половому отбору и становлению полового диморфизма (рис.1), демонстрации принципа бутылочного горлышка. Модели-эксперименты были подобраны из коллекции готовых экспериментов, созданных разработчиками Биологического конструктора. На практическом занятии по экологии (10 класс гимназии 1543 на Юго-Западе) учащиеся с самого начала работали самостоятельно, имея возможность обратиться за консультацией к учителю. Для знакомства с правилами поведения виртуальных особей они поставили несколько опытов в вводной экспериментальной установке, после чего выполняли основные задания, посвященные законам роста популяции, колебаниям численностей хищников и жертв, поддержанию биологического разнообразия (рис. 2), принципу конкурентного исключения и специализации. Некоторые модели-эксперименты были созданы на основе моделей из коллекции готовых экспериментов, другие – придуманы и разработаны преподавателем.

Виртуальные эксперименты вызвали живой интерес у учащихся. Показательно, что в ходе выполнения задач школьники искали их решение самостоятельно, не пытаясь подсмотреть у соседа. По завершении практикума был проведен опрос, показавший, что сами школьники считают, что включение подобных практических занятий в программу необходимо, так как они способствуют лучшему пониманию предмета. Таким образом, разработка и проведение виртуальных экспериментальных работ с помощью «1С:Биологический конструктор 1.5» представляется очень перспективным направлением.

Рис. 1. Становление полового диморфизма в ходе эволюции. На виртуальный участок обитания выпущена группа особей одного вида. Окраска особей кодируется их генами, и изначально в популяции представлены любые варианты окраски. Со временем самки приобретают покровительственную окраску из-за действия хищников, а самцы – хорошо заметную черную окраску благодаря действию полового отбора. Сплошными кружками обозначены самцы.

Рис. 2. Поддержание биоразнообразия сообщества. На виртуальном острове обитают дикобразы и бобры. Виды конкурируют за растительную пищу, причем дикобразы являются более слабыми конкурентами и со временем вымирают. Однако дикобразы способны сосуществовать с бобрами, если численность бобров ограничивают хищники – волки – или паразиты – бобровые блохи.