матеріал 13

Урок 13. Моделювання в біології

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 13. Моделювання в біології

Очікувані результати навчання

характеризує, використовуючи мову науки, самостійно або у співпраці з іншими, властивості природних і техногенних об’єктів, явища і процеси [12 ПРО 3.1.1-1 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації в самостійно обраний спосіб [12 ПРО 2.1.1-2 П]
аналізує, систематизує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими опрацьовану інформацію [12 ПРО 2.1.1-5 П]
визначає самостійно або у співпраці з іншими властивості об’єктів, істотні ознаки явищ і процесів, необхідні для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 3.1.1-2 П]
установлює самостійно або у співпраці з іншими причиново-наслідкові зв’язки між певними явищами і процесами та їх наслідками [12 ПРО 3.3.1-1 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення наукових знань, діяльності науковців і винахідників для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя [12 ПРО 3.4.2.-1 П]

Мета уроку: сформувати уявлення про моделювання як метод наукового пізнання в біології; показати роль моделей у поясненні, прогнозуванні та візуалізації біологічних процесів.

Очікувані результати для вчителя:

пояснюють, що таке модель і моделювання;
розрізняють види моделей;
пояснюють мету створення моделей у біологічних дослідженнях;
визначають обмеження та переваги моделей,
аналізують приклади біологічних моделей (наприклад, моделі клітинної мембрани)

Очікувані результати для учнівства:

пояснюють, що таке модель і моделювання;
розрізняють види моделей;
пояснюють мету створення моделей у біологічних дослідженнях;
визначають обмеження та переваги моделей;
аналізують приклади біологічних моделей (наприклад, моделі клітинної мембрани)

Ключові слова:

модель
моделювання
спрощення
абстрагування
аналогія
фізична модель
комп’ютерна модель
концептуальна модель
обмеження моделей

План уроку

Види моделей та їх роль.
Переваги та обмеження моделей.
Аналіз моделей клітиної мембрани.
Рефлексія.

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

У науці часто використовують моделі, щоб зрозуміти або передбачити, як щось працює.

Розгляньте модель ДНК та поясніть для чого вона потрібна?

Джерело зображення: By Madeleine Price Ball – File:DNA chemical structure.svg, CC BY-SA 3.0

Орієнтовна відпововідь: Модель ДНК дозволяє наочно показати просторову структуру молекули, зокрема двоспіральну форму, взаємне розташування нуклеотидів, водневі зв’язки між парами основ.

2. Тобі може знадобитися

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

Згідно з тлумачним словником, модель – це:

спрощене, наочне пояснення певного явища або процесу.
типовий, усталений вигляд певного явища.
предмет, відтворений у збільшеному чи зменшеному вигляді для зручності, наочності та доступності.
будь-який образ, аналог предмета.

Види моделей

Джерело зображення: Інформатика: 11 кл., Й.Я. Ривкінд та інші, 2011. – с.23.

Навчальні моделі допомагають краще зрозуміти будову об’єкта, протікання процесу чи виявити взаємозв’язки між об’єктами.

Джерело зображення: Drawing-to-Learn: A Framework for Using Drawings to Promote Model-Based Reasoning in Biology | CBE—Life Sciences Education

Функції моделей:

відображати та моделювати поведінку біологічної системи,
прогнозувати зміни біологічної моделі.

Орієнтовна мета створення моделі:

перевірити гіпотези, планувати експерименти з тестування моделей
допомагати вченим відобразити просторові взаємозв’язки всередині систем. Наприклад, у моделях молекул.

Усі моделі мають певні обмеження про які варто пам’ятати:

простота: модель завжди спрощене відображення об’єкта чи процесу, тому будуть відсутні певні деталі і як наслідок не враховані. Збільшення деталізації зазвичай ускладнює модель, тому йдуть на компроміси.
компроміси: при створенні моделі залежно від того для чого її будуть використовувати йдуть на певні компроміси. Пріоритизують, що є важливим, а що другорядним.

Деякі приклади комп’ютерного моделювання в біології:

філогенетичні дерева
структури білків
моделювання поширення епідемій
модель Лотки Вольтера (модель взаємодії хижак-жертва)

Дружня порада для вчителя

Додаткова інформація для вчителя щодо моделювання у біології

Drawing-to-Learn: A Framework for Using Drawings to Promote Model-Based Reasoning in Biology | CBE—Life Sciences Education

The modeling process in biosciences. The main activities involved in… | Download Scientific Diagram

3. Життєва ситуація

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 10 хв:

Дайте учням декілька хвилин подумати і сформулювати відповідь. Потім попросіть їх поділитися відповідями у парах. І в кінці озвучити спільну відповідь на клас декілька пар. При цьому зазначте, що кожній наступній парі необхідно розширити відповідь (додати щось нове).

Розгляньте розвиток моделі клітинної мембрани у ХХ ст. та дайте відповіді на питання:

Яка мета створення цих моделей?
Як змінилося уявлення вчених про клітинну мембрану за цей період?

Джерело зображення: The cell. Membrane models. Atlas of Plant and Animal Histology

Орієнтовні відповіді:

А. Мета — пояснити, як влаштована мембрана, з чого складається, як вона контролює обмін речовин між клітиною і середовищем.

В. Спочатку мембрану уявляли як щільну білкову плівку, потім — як ліпідний шар із білками на поверхні. Модель Сінгера і Ніколсона (1973) показала, що білки занурені в ліпідний шар, який поводиться як “рідкий матрикс”. Це дало сучасне розуміння — “рідинно-мозаїчна модель мембрани”

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 15 хв.

альтернативний варіант завдання попросити учнів змоделювати самостійно і з підручних матеріалів та використати питання із завдання вище для рефлексії моделювання.

Завдання:
Створити просту модель біологічного процесу або системи (у парах або групах).

Розгляньте модель Сінгера та Ніколсона (1973 р.) та поясніть:

Джерело зображення:Evolution of the membrane models during the XX th Century.

Дайте відповіді на питання:

Мета створення моделі?

B. Який тип моделі?

C. Як використовувати дану модель?

D. Чим вона відрізняється від моделі цих же авторів із вище?

E. Які переваги такого відображення моделі?

F. Які обмеження використання цієї моделі?

Орієнтовні відповіді:

Пояснити структуру і динаміку клітинної мембрани, розташування білків у ліпідному бішарі
Графічна 3 D / структурна модель / статична
Для пояснення транспорту речовин, функцій білків і ліпідів, взаємодії клітини із середовищем
Є тривимірним відображенням.Показує білки зануреними в ліпідний шар, визнає динамічність мембрани
Відображає реальну гнучкість і складність мембрани, дає можливість пояснити багато фізіологічних процесів (транспорт, комунікація)
Не враховує всі типи білків і ліпідів, не показує тривимірної динаміки в реальному часі.

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість – 5 хв.

Виконайте рефлексію змісту вивченого матеріалу за допомогою методу “3-2-1” для цього запишіть:

3 нових факти за сьогодні.
2 питання, що в мене залишилися.
1 висновок.

У вільний від відпочинку час

Multiscale Modeling in Biology | American Scientist

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 13. Моделювання в біології

Очікувані результати навчання

Очікувані результати для учнівства:

пояснюють, що таке модель і моделювання;
розрізняють види моделей;
пояснюють мету створення моделей у біологічних дослідженнях;
визначають обмеження та переваги моделей;
аналізують приклади біологічних моделей (наприклад, моделі клітинної мембрани)

Ключові слова:

модель
моделювання
спрощення
абстрагування
аналогія
фізична модель
комп’ютерна модель
концептуальна модель
обмеження моделей

План уроку

Види моделей та їх роль.
Переваги та обмеження моделей.
Аналіз моделей клітиної мембрани.
Рефлексія.

1. Мотивація

Розгляньте модель ДНК та поясніть для чого вона потрібна?

2. Тобі може знадобитися

Згідно з тлумачним словником, модель – це:

спрощене, наочне пояснення певного явища або процесу.
типовий, усталений вигляд певного явища.
предмет, відтворений у збільшеному чи зменшеному вигляді для зручності, наочності та доступності.
будь-який образ, аналог предмета.

Види моделей

Функції моделей:

відображати та моделювати поведінку біологічної системи,
прогнозувати зміни біологічної моделі.

Орієнтовна мета створення моделі:

перевірити гіпотези, планувати експерименти з тестування моделей
допомагати вченим відобразити просторові взаємозв’язки всередині систем. Наприклад, у моделях молекул.

Усі моделі мають певні обмеження про які варто пам’ятати:

простота: модель завжди спрощене відображення об’єкта чи процесу, тому будуть відсутні певні деталі і як наслідок не враховані. Збільшення деталізації зазвичай ускладнює модель, тому йдуть на компроміси.
компроміси: при створенні моделі залежно від того для чого її будуть використовувати йдуть на певні компроміси. Пріоритизують, що є важливим, а що другорядним.

Деякі приклади комп’ютерного моделювання в біології:

філогенетичні дерева
структури білків
моделювання поширення епідемій
модель Лотки Вольтера (модель взаємодії хижак-жертва)

3. Життєва ситуація

Розгляньте розвиток моделі клітинної мембрани у ХХ ст. та дайте відповіді на питання:

Яка мета створення цих моделей?
Як змінилося уявлення вчених про клітинну мембрану за цей період?

4. Попрактикуймо самостійно

Розгляньте модель Сінгера та Ніколсона (1973 р.) та поясніть:

Дайте відповіді на питання:

Мета створення моделі?

B. Який тип моделі?

C. Як використовувати дану модель?

D. Чим вона відрізняється від моделі цих же авторів із вище?

E. Які переваги такого відображення моделі?

F. Які обмеження використання цієї моделі?

Рефлексія

Виконайте рефлексію змісту вивченого матеріалу за допомогою методу “3-2-1” для цього запишіть:

3 нових факти за сьогодні.
2 питання, що в мене залишилися.
1 висновок.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

У вільний від відпочинку час

Multiscale Modeling in Biology | American Scientist

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе