2.4Использование компьютерных технологий при изучении курсов генетики и математики

Новая компьютерная информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных рессурсов как в общественной жизни , так и в процессе обучения .К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов , смена которых определялась, главным образом, развитием научно- технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу определило новый этап развития информационной технологии и применение ее в различных информационных системах, в том числе и в сфере образования. Причем, если при использовании первых персональных компьютеров приоритет отдавался сфере специального использования , то есть при преподавании курса информатики, то сейчас персональные компьютеры широко используются при преподавании различных дисциплин, повышая качество образования и экономя время как при изучении учебных материалов, так и в период контроля. В ИВМ ОмГАУ кафедра физики, математики и информатики накопила определенный опыт использования персональных компьютеров на стыке предметов информатика и генетика, информатика и математика.

Межпредметные связи курса “Математика” с другими дисциплинами разных циклов в Институте ветеринарной медицины ОмГАУ можно выразить следующей схемой:

[4]

Для практической реализации указанных межпредметных связей кафедра физики, математики и информатики разработала специальный план компьютеризации курса высшей математики, включающий лабораторные работы с использованием программных продуктов Mathcad, Derive, Excel, Stadia.

Цель лабораторных работ – оказать компьютерную поддержку курса математики, познакомить студентов с пакетами Mathcad, Derive, Excel, Stadia, научить выполнять с помощью этих пакетов основные вычисления и графические построения, углубить и расширить с помощью программных средств знания, умения и навыки по курсу математики.

При изучении курса генетики одним из методов исследования наследственности и изменчивости является биометрия- раздел математической статистики , в основе которого лежат приемы вариационно- статистического анализа материала. В курсе генетики студенты рассчитывают следующие параметры : среднюю арифметическую, среднее квадратическое отклонение , коэффициент изменчивости, ошибку среднего арифметического, доверительные границы средней арифметической генеральной совокупности и многие другие. При расчетах вручную или с помощью калькулятора используются громоздкие формулы, что приводит к затрате большого количества времени и его нерациональному использованию. В связи с этим нами была разработана методика для проведения занятий по биометрии в компьютерном классе с пакетом программ, состоящим из семи разделов, для биометрической обработки статистического материала, написанных на алгоритмическом языке “бейсик” с соответствующими пояснениями для пользователей, а также тренировочные задания и задачи для контроля. По результатам контрольной работы нами была проанализирована успеваемость студентов за 3 учебных года применения новой методики и проведено сравнение с успеваемостью за 3 года занятий по старой методике. Средняя извещенная за 3 года применения новой методики составила 4.6 с ошибкой 0,13 балла. Средняя взвешенная за предыдущие года занятий по старой методике составила 3,7 с ошибкой 0,08 балла.

Определение достоверности разности определялось по критерию Стьюдента. Величина коэффициента составила 5,89, что свидетельствует о высокой степени достоверности разности (с вероятностью 0.999).

Вторым направлением применения персональных компьютеров в курсе генетики являлось использование программы для расчета структуры популяции. Эта программа также была написана на языке программирования “ бейсик ” по теме “ Генетика популяций ”.

Программа содержит два основных раздела :

• Расчет структуры популяции при промежуточном (неполном доминировании) типе наследования.

• Расчет структуры популяции при полном доминировании.

При проведении расчетам по обоим разделам существует возможность определения частот генотипов, фенотипов и генов, численности особей каждого генотипа и фенотипа ,равновесия в популяции ,а также возможность использования отбора. Применение программы позволяет снять со студентов груз рутинных математических расчетов и заниматься собственно анализом генетической структуры популяции.

Третьим направлением применения персональных компьютеров в курсе генетики являлось использование программы для контроля теоретических знаний студентов. Была разработана программа контроля по теме “Закономерности наследования признаков при половом размножении”. В программе использован принцип случайного выбора вопросов. Таким образом, вопросы при контроле у разных студентов не повторяются. Каждый студент отвечает на пять вопросов, по количеству правильных ответов выставляется оценка.

Применение данной программы позволяет сократить время опроса студентов и повысить объективность их оценки.

В результате проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

• Использование ЭВМ позволяет рационально использовать учебное время. Студенты получают необходимый объём знаний за более короткое время, чем при работе по прежней методике.

• На занятии практически нет вычислений вручную, что позволяет быстро решать задачи.

• Становится возможным проведение контрольной работы с использованием программ и облегчается её проверка.

• Успеваемость студентов по данной теме повышается в среднем на 0,9 балла.[4]

Вывод

Огромные успехи точных математических наук привели к появлению среди ученых, особенно среди физиков, веры в то, что все реально наблюдаемое в их опытах подчиняется законам математики вплоть до мельчайших деталей. Установление математических законов, которым подчиняется физическая реальность, было одним из самых поразительных чудесных открытий, сделанных человечеством. Ведь математика не основана на эксперименте, а порождена человеческим разумом.

Совершенно очевидно, что наши геометрические и логические возможности простираются далеко за пределы окружающего мира. А это означает, что реальный мир подчиняется математическим законам в значительно большей степени, чем нам известно сейчас. В эволюционной теории познания фактически неизбежно возникает предположение о том, что математические способности вида "хомо сапиенс" принципиально ограниченны, так как имеют биологическую основу и, следовательно, не могут полностью содержать все структуры, существующие в действительности. Иными словами, должны существовать пределы для математического описания природы.

Назначение математики состоит в том, она вырабатывает для остальной науки, прежде всего для естествознания, структуры мысли, формулы, на основе которых можно решать проблемы специальных наук.

Это обусловлено особенностью математики описывать не свойства вещей, а свойства свойств, выделяя отношения, независимые от каких-либо конкретных свойств, то есть отношения отношений.

Эти глубинные проникновения в природу и позволяют математике исполнять роль методологии, выступая носителем плодотворных идей. Поскольку привилегия математики - выделять чистые, безотносительные к какому-либо физическому (химическому или социально насыщенному содержанию), она тем самым вырабатывает модели возможных еще неизвестных науке состояний. Естествоиспытатель может выбирать из них и примеривать к своей области исследования. Это стимулирует научный поиск, пробуждая и будоража ученую мысль.

Используя математические методы исследования, вовлекая их в познавательный поиск, науки должны учитывать возможности математики, считаясь с границами ее применимости.