Конспект урока по Информатике «Моделирование биоритмов человека в MS Excel» 11 класс

Муниципальное образовательное учреждение

Кораблинская средняя общеобразовательная школа №2

ТЮРИН

Геннадий Васильевич

Учитель информатики

КОНСПЕКТ УРОКА

ПО ИНФОРМАТИКЕ И ИКТ

Моделирование

биоритмов человека

в MS Excel

11 класс

Кораблино

© 2014

Обобщающий урок-исследование

«Моделирование биоритмов человека в MS Excel»

Тема урока:

Моделирование биоритмов человека в MS Excel.
Цели урока:	Закрепление навыков работы с приложением MS Excel; Получить представление о реализации модели в среде MS Excel; Знать способы создания графиков в MS Excel; На основе готовой математической модели осуществить построение биоритмов человека в MS Excel. Общеобразовательная цель: знать основные тенденции развития информационного общества; знать основное назначение математических моделей; знать основные принципы построения графиков. Развивающая цель: развить навыки креативного мышления при оперировании с информационными моделями; приобретение опыта исследовательской деятельности; развить навыки аналитического мышления. Воспитывающая цель: формировать и воспитать познавательный интерес путем описания окружающего мира автоматическими средствами представления данных.
Технология:	Проблемно-исследовательская технология.
Межпредметные связи:	Математика (знание графика синусоиды, нахождение максимума по графику функции). биология (биологические ритмы человека).
Формируемые компетентности:	Личностные: организация самостоятельной исследовательской деятельности; умение сотрудничать, работать в группе; учитывать разные мнения, аргументировать свою точку зрения; адекватная оценка своей работы и полученного результата. Предметные: знание принципов построения модели, этапов исследования; умение применять MS Excel при решении задач; умение строить компьютерную модель; умение проводить компьютерный эксперимент для построения моделей. Метапредметные: умение самостоятельно формулировать учебные цели, задачи, планировать пути их достижения, осуществлять анализ объектов; делать выводы, оформлять результаты своей деятельности, учитывать разные мнения, аргументировать свою точку зрения; умение видеть возможности применения полученных знаний в своей дальнейшей жизни; повышение мотивации к дальнейшему саморазвитию.
Оборудование:	Компьютерный класс, оснащён современной техникой и лицензионным программным обеспечением. На компьютерах установлена операционная система Windows XP и пакет Microsoft Office 2010 (включая MS Excel 2007). Рабочее место учителя оборудовано компьютером, мультимедийным проектором, интерактивной доской, документ-камерой. Все компьютеры подключены к сети Интернет.
План урока:	Организационный момент. Создание проблемной ситуации. Выдвижение гипотезы. Постановка цели. Краткий инструктаж по технике безопасности в компьютерном классе. Актуализация знаний. Построение математической модели для расчёта биоритмов. Реализация модели в программе MS Excel. Алгоритм построения графика биоритмов Поиск информации в сети Интернет. Выполнение учащимися самостоятельной работы. Решение проблемы: работа с датами в MS Excel до 1900 года. Подведение итогов урока. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Организационный момент.

Бывают дни, когда опустишь руки.

И нет ни слов, ни музыки, ни сил.

В такие дни я был с собой в разлуке

И никого помочь мне не просил.

А. Макаревич

Глядя в ваши умные, внимательные глаза, я испытываю уверенность за наше сегодняшнее сотрудничество.

2. Создание проблемной ситуации.

Ребята, вы когда-нибудь задумывались над тем, почему наша жизнь как зебра: сегодня нам все удаётся, а через неделю элементарная задача кажется очень трудной; сегодня, несмотря на пасмурный день, настроение отличное, а через 3 дня нас раздражает все вокруг.

Учёные установили, что жизнь человека подчиняется трем циклическим процессам, называемым биоритмами:

• Физический биоритм характеризует жизненные силы человека, т.е. его физическое состояние, энергию, силу, выносливость.

Периодичность ритма составляет 23 дня.

• Эмоциональный биоритм характеризует состояние нервной системы, настроение.

Продолжительность периода эмоционального цикла равна 28 дням.

• Интеллектуальный цикл определяет мыслительные способности, способность обрабатывать информацию.

Цикличность его – 33 дня.

В каждом из трёх циклов первая половина является благоприятной для человека, вторая – неблагоприятной, пересечение же графика с осью абсцисс считается критической точкой, в такие критические дни человек может ожидать для себя наибольших опасностей. Необязательно считать, что должно произойти несчастье, просто в этот день нужно быть начеку, так как ваши физические, интеллектуальные или эмоциональные возможности снижены.

Не все считают эту теорию строго научной, но многие верят в нее. Более того, в некоторых странах людям рискованных профессий (летчикам, каскадерам и т.д.) предоставляется выходной в тот день, когда нулевую отметку пересекают одновременно две или три кривые биоритмов.

В 80-ые годы прошлого века в советской армии была создана специальная группа по изучению этих явлений и влиянию их на военных лётчиков.

Всегда интересно соответствие теории и практики.

3. Выдвижение гипотезы.

Как вы думаете, зависит ли реальная жизнь человека от его биоритмов? Ваши предположения? Сформулируем в виде гипотезы: да, зависит.

Каким способом мы можем проверить гипотезу? Практическим. Необходимо построить биоритмы. Итак, тема сегодняшнего урока: «Моделирование биоритмов человека в MS Excel».

4. Постановка цели.

Итак, наша цель – построить биоритмы конкретного человека.

5. Актуализация знаний.

Вопрос: Что такое математическое моделирование?

Ответ: Математическое моделирование – это моделирование, при котором исследование объекта осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики.

Вопрос: Что такое компьютерная модель?

Ответ: Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды.

Вопрос: Что такое электронная таблица?

Ответ: Электронные таблицы предназначены для организации табличных расчетов на компьютере. Прикладные программы, работающие с электронными таблицами, называются табличными процессорами.

Наименьшая структурная единица электронной таблицы — ячейка. Имя ячейки складывается из буквенного имени столбца и номера строки.

В ячейке может помещаться текст (символьная последовательность), число, дата, формула.

Ячейки, в которые пользователь заносит числа, содержат исходные данные для вычислений. В ячейках с формулами получаются результаты вычислений.

Изменение исходных данных мгновенно приводит к пересчету формул, в которые эти данные входят.

Электронные таблицы (так же как и базы данных) можно рассматривать как информационные модели реальных объектов

Вопрос: Назовите бесплатные аналоги пакета MS Office, в состав которых входит табличный процессор?

Ответ: Open Office, Libre Office.

Вопрос: Назовите различия между абсолютными, относительными и смешанными ссылками.

Ответ: Относительная ссылка указывает на ячейку, согласно ее положения относительно ячейки, содержащей формулу. Обозначение относительной ячейки – А1.

Абсолютная ссылка указывает на ячейку, местоположение которой неизменно. Обозначение абсолютной ячейки – $A$1.

Смешанная ссылка содержит комбинацию относительной и абсолютной ссылок – $A1, A$1

Вопрос: Как с помощью MS Excel вычислить количество дней между двумя датами?

Ответ: Для выполнения этой задачи используется оператор вычитания (—) или функция ЧИСТРАБДНИ, как показано в приведенном далее примере:

 

	A	B
1		Дата
2		08.06.2007
3		20.06.2007
4		Формула	Описание (результат)
5		=A3-A2	Количество дней между двумя датами (12)
6		=ЧИСТРАБДНИ(A2;A3)	Количество рабочих дней между двумя датами (9)

6. Краткий инструктаж по технике безопасности в компьютерном классе.

Сегодня мы проводим практическое занятие в компьютерном классе. Для обеспечения безопасной работы необходимо выполнять следующие правила:

• Нельзя самостоятельно, без разрешения учителя, включать и выключать компьютеры.

• Нельзя касаться тыльной стороны компьютера и проводов.

• Нельзя работать мокрыми руками и во влажной одежде.

• Нельзя нажимать клавиши ручкой или карандашом.

• Нельзя ходить по классу, вставать со своего места.

• В случае неисправности компьютера или при обнаружении запаха гари – позвать учителя.

7. Построение математической модели для расчёта биоритмов.

Что будет результатом моделирования?

• Графическое представление биоритмов.

Какие исходные данные необходимы для построения графиков?

• Начало отсчета.

• Период исследования.

• Уравнение зависимости.

За начало отсчёта всех трёх биоритмов берется день рождения человека. Очевидно, что момент появления на свет очень труден для него, ведь ребенок, появляясь на свет, меняет водную среду на воздушную. Происходит глобальная перестройка всего организма. С точки зрения биологи достаточно правдоподобно, что все три биоритма в этот день пересекают ось абсцисс.

Предположите, график, какой функции вы видите на экране? Действительно, математики предположили, что эта зависимость синусоидальная и описывается следующими формулами:

Физический цикл:

	где х – количество прожитых дней
Эмоциональный цикл:
Интеллектуальный цикл:

Период исследования – 31 день.

Какое средство можно выбрать для реализации?

MS Excel из пакета Microsoft Office.

8. Реализация модели в программе MS Excel.

Алгоритм построения графика биоритмов.

Откроем заготовку файла Биоритмы.xlsx

Запишем имя человека, на которого мы рассчитываем биоритмы.

Дата рождения – 11 декабря 1953 г.

Дата начала прогноза – 1 декабря 2013 г.

Продолжительность прогноза будет считаться автоматически, исходя из количества заполненных ячеек в колонке «Дата прогноза». Для этого воспользуемся формулой =СЧЁТЗ(A9:A365).

Заполняем колонку «Дата прогноза»:

• В ячейку А9 запишем =$B$5.

• В ячейку A10 запишем =А9+1.

• Маркером автозаполнения растягиваем до 30 дней.

Заполняем колонку «Физический цикл»:

• В ячейку B9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/23).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Заполняем колонку «Эмоциональный цикл»:

• В ячейку C9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/28).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Заполняем колонку «Интеллектуальный цикл»:

• В ячейку D9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/33).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Строим график:

• Выделим диапазон для графика: Дата прогноза и значения всех трёх биоритмов.

• Выбираем меню «Вставка».

• На ленте выбираем «График с маркерами».

Получаем график.

Распечатаем полученный результат на принтере:

Выбираем меню «Файл».

Находим пункт «Печать».

В параметрах настраиваемого масштабирования выбираем «Вписать лист на одну страницу» – уменьшение распечатки так, чтобы она полностью помещалась на одной странице. (По умолчанию установлено «Текущий» – печать листов с фактическим размером).

Получим такой результат:

9. Поиск информации в сети Интернет.

Поиск дат рождения известных людей в Интернете.

10. Выполнение учащимися самостоятельной работы.

Составить графики биоритмов для себя на месяц. Распечатать на принтере.

Разгрузочная пауза (физкультминутка).

Сюжет из передачи «Вести NET», посвящённый 30-летию создания компьютера Apple Macintosh (длительность — 3 мин).

Составить графики биоритмов для А.С. Пушкина (26 мая [6 июня] 1799 – 29 января [10 февраля] 1837).

Составить графики биоритмов для С.А. Есенина (21 сентября [3 октября] 1895 – 28 декабря 1925).

Оказывается MS Excel не может работать с датами до 1900 года.

Возникла проблемная ситуация.

11. Решение проблемы: работа с датами в MS Excel до 1900 года.

Если возникла необходимость выполнить вычисления с датами до 01.01.1900, то придется прибегнуть к некоторым ухищрениям, чтобы использовать встроенные функции EXCEL для работы с датами.

Чтобы иметь возможность использовать встроенные функции EXCEL необходимо, чтобы даты были в диапазоне от 01.01.1900 до 31.12.9999. Но, иногда, этого диапазона дат недостаточно. Рассмотрим типичную задачу, в которой может возникнуть необходимость использования дат до 01.01.1900.

Начнем с того, что Excel хранит все даты в виде положительных чисел, причем единица соответствует 01 января 1900 года. Вы можете в этом убедиться, если введете в любую ячейку дату 01.01.1900 и поменяете формат числа на «Числовой». Отрицательное число в виде даты не допускается, а если ввести в ячейку дату, относящуюся к XIX веку, то она сохранится в виде строки.

Для того, чтобы использовать такие даты в вычислениях, нам понадобится дополнительный столбец, в котором запишем вот такую формулу:

=ДАТАЗНАЧ(ЛЕВСИМВ([Исходная дата];6)&(ПРАВСИМВ([Исходная дата];4))+2000)

Суть в том, что мы просто добавили к нашей «древней» дате 2000 лет, и таким образом переместили её в диапазон допустимых значений. Теперь можно осуществлять любые вычисления, только перед выводом результата надо не забыть эти две тысячи лет вычесть, например, так:

=СЦЕПИТЬ(ТЕКСТ([Дата для вычислений];»ДД.ММ.»);ГОД([Дата для вычислений])-2000)

Почему мы прибавили 2000 лет, а не, например, 1000? Это сделано для того чтобы учесть високосный ли год. Дело в том, что согласно действующего Григорианского календаря, год кратный 4 — високосный, но если год кратен 100, то он не считается високосным. А вот если он еще и кратен 400, то он все-таки високосный. Поэтому для обеспечения точности до дней лучше прибавлять к датам до 01.01.1900 величины кратные 400, т.е. 2000, а не 1000.

12. Подведение итогов урока.

После выполнения задания каждый учащийся должен распечатать результаты своей работы на принтере и получить оценку.

13. Домашнее задание.

В течение месяца вести дневник наблюдений своего физического, интеллектуального и эмоционального состояния, оценивая их ежедневно по шкале:

1, 0, -1 (см. таблицу 1).

Для самооценки своего состояния мы предложили определённые критерии, которых следует придерживаться (см. таблицу 2).

Таблица 1

Фамилия, имя

дата	физическое	эмоциональное	интеллектуальное

Таблица 2

Физическое

Эмоциональное	Интеллектуальное
Если ваши физические функции сегодня усилены, вы энергичны, хотите заняться спортом, любыми другими делами, требующие физического напряжения, то поставьте 1.	Если сегодня вы оптимистичны, уверены в своих силах и возможностях, если у вас ну очень хорошее настроение, то поставьте 1.	Если сегодня у вас повышенный творческий настрой, мозг легко принимает и перерабатывает новую информацию, то поставьте 1.
Если вы наблюдаете спад физической активности и выносливости, если тонус организма снижен, если энергичность уступает ленивости, то поставьте -1.	Если у вас апатия, пессимистическое отношение к окружающему миру, вы раздражительны, все критически анализируете, то поставьте -1.	Если у вас упадок творческого настроения и мыслительных способностей, то поставьте -1.
Если ваш физический тонус между подъемом и спадом, то поставьте 0.	Если ваше эмоциональное настроение где-то между подъемом и спадом, то поставьте 0.	Если ваше интеллектуальное настроение где-то между, то поставьте 0.

Самоанализ урока:

Применение на уроке проблемно-исследовательской технологии обеспечивает развитие познавательной деятельности учащихся.

Рассматриваемый урок относится к разделу «Моделирование и формализация», в котором изучается математическое моделирование в его компьютерной реализации при максимальном использовании межпредметных связей информатики и универсальной методологии моделирования.

Целью урока является  создание модели, определяющей благоприятные дни для разного рода деятельности. Урок предполагает реализацию комплекса задач, направленных на формирование таких метапредметных категорий как форма и содержание.

Обычно при изучении раздела «Моделирование и формализация» рассматриваются задачи по физике, математике, биологии, экономике. Я выбрал предметную область биологию, а именно её раздел – хронобиологию, изучающую биологические ритмы. В результате учащиеся не только знакомятся с теорией биоритмов, но и совершают исследование в области себя (ведь познание себя так важно для любой личности) и определяют биологическую совместимость с друзьями.

Кроме того, овладение основами компьютерного моделирования позволяет учащимся углубить научное мировоззрение и развить творческие способности. При этом важное значение имеет рациональное использование технических и дидактических средств обучения. Так, в активе урока продуктивно используются компьютерный класс, проектор, табличный процессор MS Excel, файл-заготовка Биоритмы.xlsx, презентация урока, раздаточный материал для учащихся.

В процессе урока учащиеся опираются на знания, полученные на предыдущих уроках информатики, математики, биологии. А именно – структура электронной таблицы, ввод чисел, формул в таблицы, стандартные функции, абсолютная и относительная адресации, построение графиков, процесс моделирования, нахождение максимума синусоиды, биологических ритмов человека.

Выбор структуры и темпа урока обоснованы возрастными психологическими особенностями учащихся, типом урока (урок комплексного применения знаний и способов деятельности) и санитарно-гигиеническими требованиями к проведению урока, а его содержание имело практическую направленность.

В связи с чем, на уроке превалируют практические и деятельностные методы обучения с опорой на личностно-ориентированное взаимодействие, это позволяет учащимся не только освоить материал, но и развить навыки работы в социуме, то есть в группе.

Исследовательский, творческий характер учебных заданий способствует поддержанию интереса учащихся на протяжении всего урока. Поэтому учащиеся достаточно активны и мотивированны.

Организация ситуации взаимопомощи между учениками, групповой работы позволяет создать в классе атмосферу сотрудничества.

Домашнее задание, предложенное учащимся, имеет практическое значение, так как его выполнение способствует развитию навыков самостоятельного проектирования личностного развития, что очень важно для будущего выпускника.

Данный урок проводился неоднократно. Заканчивая урок, я вижу счастливые глаза детей. Значит, моим ученикам урок понравился.

Слайды презентации к уроку Приложение 1

Раздаточный материал для учащихся Приложение 2

Моделирование биоритмов человека в MS Excel

1. Краткий инструктаж по технике безопасности в компьютерном классе.

Сегодня мы проводим практическое занятие в компьютерном классе. Для обеспечения безопасной работы необходимо выполнять следующие правила:

• Нельзя самостоятельно, без разрешения учителя, включать и выключать компьютеры.

• Нельзя касаться тыльной стороны компьютера и проводов.

• Нельзя работать мокрыми руками и во влажной одежде.

• Нельзя нажимать клавиши ручкой или карандашом.

• Нельзя ходить по классу, вставать со своего места.

• В случае неисправности компьютера или при обнаружении запаха гари – позвать учителя.

2. Построение математической модели для расчёта биоритмов.

Физический цикл:

	где х – количество прожитых дней
Эмоциональный цикл:
Интеллектуальный цикл:

3. Реализация модели в программе MS Excel. Алгоритм построения графика биоритмов.

Откроем заготовку файла Биоритмы.xlsx.

Запишем имя человека, на которого мы рассчитываем биоритмы.

Дата рождения – 11 декабря 1953 г.

Дата начала прогноза – 1 декабря 2013 г.

Продолжительность прогноза будет считаться автоматически, исходя из количества заполненных ячеек в колонке «Дата прогноза». Для этого воспользуемся формулой =СЧЁТЗ(A9:A365).

Заполняем колонку «Дата прогноза»:

• В ячейку А9 запишем =$B$5.

• В ячейку A10 запишем =А9+1.

• Маркером автозаполнения растягиваем до 30 дней.

Заполняем колонку «Физический цикл»:

• В ячейку B9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/23).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Заполняем колонку «Эмоциональный цикл»:

• В ячейку C9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/28).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Заполняем колонку «Интеллектуальный цикл»:

• В ячейку D9 запишем =SIN(2*ПИ()*(A9-$B$4)/33).

• Маркером автозаполнения растягиваем до последней даты прогноза.

Строим график:

• Выделим диапазон для графика: Дата прогноза и значения всех трёх биоритмов.

• Выбираем меню «Вставка».

• На ленте выбираем «График с маркерами».

Получаем график.

Распечатаем полученный результат на принтере: Выбираем меню «Файл». Находим пункт «Печать».

В параметрах настраиваемого масштабирования выбираем «Вписать лист на одну страницу» – уменьшение распечатки так, чтобы она полностью помещалась на одной странице. (По умолчанию установлено «Текущий» – печать листов с фактическим размером).

4. Выполнение учащимися самостоятельной работы.

Составить графики биоритмов для себя на месяц. Распечатать на принтере.

Составить графики биоритмов для А.С. Пушкина (26 мая [6 июня] 1799 – 29 января [10 февраля] 1837).

Составить графики биоритмов для С.А. Есенина (даты жизни найти в Интернете).

Оказывается MS Excel не может работать с датами до 1900 года.

Откройте в файле Биоритмы.xlsx Лист «Работа с датами до 1900 года».

5. Решение проблемы: работа с датами в MS Excel до 1900 года.

Если возникла необходимость выполнить вычисления с датами до 01.01.1900, то придется прибегнуть к некоторым ухищрениям, чтобы использовать встроенные функции EXCEL для работы с датами.

Чтобы иметь возможность использовать встроенные функции EXCEL необходимо, чтобы даты были в диапазоне от 01.01.1900 до 31.12.9999. Но, иногда, этого диапазона дат недостаточно. Рассмотрим типичную задачу, в которой может возникнуть необходимость использования дат до 01.01.1900.

Начнем с того, что Excel хранит все даты в виде положительных чисел, причем единица соответствует 01 января 1900 года. Вы можете в этом убедиться, если введете в любую ячейку дату 01.01.1900 и поменяете формат числа на «Числовой». Отрицательное число в виде даты не допускается, а если ввести в ячейку дату, относящуюся к XIX веку, то она сохранится в виде строки.

Для того, чтобы использовать такие даты в вычислениях, нам понадобится дополнительный столбец, в котором запишем вот такую формулу:

=ДАТАЗНАЧ(ЛЕВСИМВ([Исходная дата];6)&(ПРАВСИМВ([Исходная дата];4))+2000)

Суть в том, что мы просто добавили к нашей «древней» дате 2000 лет, и таким образом переместили её в диапазон допустимых значений. Теперь можно осуществлять любые вычисления, только перед выводом результата надо не забыть эти две тысячи лет вычесть, например, так:

=СЦЕПИТЬ(ТЕКСТ([Дата для вычислений];»ДД.ММ.»);ГОД([Дата для вычислений])-2000)

Почему мы прибавили 2000 лет, а не, например, 1000? Это сделано для того чтобы учесть високосный ли год. Дело в том, что согласно действующего Григорианского календаря, год кратный 4 — високосный, но если год кратен 100, то он не считается високосным. А вот если он еще и кратен 400, то он все-таки високосный. Поэтому для обеспечения точности до дней лучше прибавлять к датам до 01.01.1900 величины кратные 400, т.е. 2000, а не 1000.

Раздаточный материал для учащихся Приложение 3

Домашнее задание

Фамилия, имя ______________________________ класс ______

В течение месяца вести дневник наблюдений своего физического, интеллектуального и эмоционального состояния, оценивая их ежедневно по шкале: 1, 0, -1 (см. таблицу 1).

Для самооценки своего состояния мы предложили определённые критерии, которых следует придерживаться (см. таблицу 2).

Таблица 1

Дата

Физическое состояние	Эмоциональное состояние	Интеллектуальное состояние

Таблица 2

Физическое состояние

Эмоциональное состояние	Интеллектуальное состояние
Если ваши физические функции сегодня усилены, вы энергичны, хотите заняться спортом, любыми другими делами, требующие физического напряжения, то поставьте 1.	Если сегодня вы оптимистичны, уверены в своих силах и возможностях, если у вас ну очень хорошее настроение, то поставьте 1.	Если сегодня у вас повышенный творческий настрой, мозг легко принимает и перерабатывает новую информацию, то поставьте 1.
Если вы наблюдаете спад физической активности и выносливости, если тонус организма снижен, если энергичность уступает ленивости, то поставьте -1.	Если у вас апатия, пессимистическое отношение к окружающему миру, вы раздражительны, все критически анализируете, то поставьте -1.	Если у вас упадок творческого настроения и мыслительных способностей, то поставьте -1.
Если ваш физический тонус между подъемом и спадом, то поставьте 0.	Если ваше эмоциональное настроение где-то между подъемом и спадом, то поставьте 0.	Если ваше интеллектуальное настроение где-то между, то поставьте 0.