1. Организационный момент.

В настоящее время наиболее яркие открытия происходят на стыке наук. Возникают новые науки: биоинженерия, бионика, биоинформатика. Это яркий пример интеграции наук. Сегодня на уроке мы с вами совместим материал информатики и биологии. В ходе урока мы познакомимся с основными этапами компьютерного моделирования и создадим информационную модель биоритмов человека.

2. Понятие модели и моделирования. Виды моделей.

Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.

В моделировании есть два разных пути. Модель может быть похожей копией объекта, выполненной из другого материала, в другом масштабе, с отсутствием ряда деталей. Например, это игрушечный кораблик, самолетик, домик из кубиков и множество других натурных моделей. Модель может, однако, отображать реальность более абстрактно — словесным описанием в свободной форме, описанием, формализованным по каким-то правилам, математическими соотношениями и т. д.

На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информационных моделей. Эти способы постоянно совершенствовались. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков, в настоящее же время информационные модели обычно строятся и исследуются с использованием современных компьютерных технологий.

3. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере.

На первом этапе исследования объекта или процесса, обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные, с точки зрения целей проводимого исследования, параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.

На втором этапе создается формализованная модель, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.

На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную модель, то есть, выразить ее на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:

·   построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;

·   построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.).

Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.

Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее.

Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной модели.

4. Постановка задачи. Разработка информационной модели «Биоритмы человека».

Что представляют собой биологические ритмы?

Все мы живем по определенным законам. Существует теория, что жизнь человека подчиняется трем циклическим процессам, называемым биоритмами. Говоря строго научно, биоритмы – это периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений в живом организме. Это отраженные организмом цикличности явлений, идущих в природе. Более простое и известное понятие – это “биологические часы”. Греческий врач Герофил (за 300 лет до н. э.) обнаружил, что пульс у здорового человека меняется в течение дня. Подсознательно человек выбирает время, когда ему легче работать. Приблизительно 400 - 500 лет назад человек стал жить по часам, а до этого в них необходимости не было, так как работали природные и биологические часы. Биоритмы организма – суточные, месячные, годовые – практически остались неизменными с первобытных времен и не могут угнаться за ритмами современной жизни. В последние годы широкую популярность приобрела теория "трех ритмов". Пусковым механизмом этих исключительных ритмов является только момент рождения человека. Родился человек, и возникли ритмы с периодом в 23, 28 и 33 суток, определяющие уровень его физической, эмоциональной и интеллектуальной активности. Физический биоритм характеризует жизненные силы человека, т.е. его физическое состояние. Эмоциональный биоритм характеризует внутренний настрой человека, его возбудимость, способность эмоционального восприятия окружающего. Третий биоритм характеризует мыслительные способности, интеллектуальное состояние человека. Графическим изображением этих ритмов является синусоида. Многие полагают, что “взлетам” графика, представляющего собой синусоидальную зависимость, соответствуют более благоприятные дни. Однодневные периоды, в которые происходит переключение фаз ("нулевые" точки на графике) и которые, якобы, отличаются снижением соответствующего уровня активности, получили название “критические дни”, т.е. неблагоприятные. Если одну и ту же "нулевую" точку пересекают одновременно две или три синусоиды, то такие "двойные " или "тройные " критические дни особенно опасны. Более того, в некоторых странах в такие дни людям рискованных профессий (летчикам, каскадерам и т.п.) предоставляют выходной.

И все же гипотеза "трех биоритмов " пока не находит официального научного подтверждения. Однако, ее появление и разработка имеют положительное значение, так как привлекли внимание к актуальной проблеме – исследованию многодневных биоритмов, отражающих влияние на живые организмы космических факторов (Солнца, Луны, других планет) и играющих важную роль в жизни и деятельности человека.

Теории "трех биоритмов" около ста лет. Интересно, что ее авторами стали три человека: Герман Свобода, Вильгельм Флисс, открывшие эмоциональный и физический биоритмы, а также Фририх Тельчер - исследовавший интеллектуальный ритм.

Психолога Германа Свободу и отоларинголога Вильгельма Флисса можно считать "дедушками" теории биоритмов. В науке такое случается очень редко, но одинаковые результаты они получили независимо друг от друга.

Как и все педагоги Тельчер заметил, что желание и способность студентов воспринимать, систематизировать и использовать информацию, генерировать идеи время от времени изменяется, т.е. имеет ритмический характер. Сопоставив даты рождений студентов, экзаменов, их результаты, он открыл интеллектуальный ритм с периодом 33 дня.

Свобода работал в Вене. Анализируя поведение своих пациентов, он заметил, что их мысли, идеи, импульсы к действию повторяются с определенной периодичностью. Герман Свобода пошел дальше и начал анализировать начало и развитие болезней, особенно цикличность сердечных и астматических приступов. Результатом этих исследований стало открытие ритмичности физических (23 дня) и психических (28 дней) процессов.

Доктора Вильгельма Флисса, который жил в Берлине, заинтересовала сопротивляемость организма человека болезням. Почему дети с одинаковыми диагнозами в одно время имеют иммунитет, а в другое - умирают? Собрав данные о начале болезни, температуре и смерти, он связал их с датой рождения. Расчеты показали, что изминения иммунитета можна прогнозировать с помощью 23-дневного физического и 28-дневного эмоционального биоритмов.

Несмотря на профессорские звания и то, что одинаковые открытия были сделаны независимо, основатели теории "трех биоритмов" имели многих противников и оппонентов. Исследования биоритмов продолжались в Европе, США, Японии. Особенно интенсивным этот процесс стал с открытием ЭВМ и более современных компьютеров. В 70 - 80 гг. биоритмы завоевали весь мир.

Проверить данную гипотезу на практике позволяет компьютерный эксперимент на основе разработки модели биоритмов с помощью электронной таблицы MS Excel. Сегодня вы научитесь составлять и исследовать модель расчета биоритмов человека; определять совместимость людей по биоритмам.

Цель моделирования: Составить модель биоритмов для конкретного человека от указанной текущей даты (дня отсчета) на месяц вперед с целью дальнейшего анализа модели. На основе анализа индивидуальных биоритмов прогнозировать неблагоприятные дни, выбирать благоприятные дни для разного рода деятельности.

A. Информационная модель: (Составление модели по условию задачи).

Объект	Параметры		Действия
	Неуправляемые (константы)	Управляемые
Человек	Период физического цикла: 23 дня. Период эмоционального цикла: 26 дней. Период интеллектуального цикла: 33 дня.	Дата рождения. День отсчета. Длительность прогноза.	Расчет и анализ биоритмов

B. Математическая модель:

Указанные циклы можно описать приведенными ниже выражениями, в которых переменная х соответствует возрасту человека в днях:

Физический цикл R_ф(х)=sin (1)
Эмоциональный цикл R_э(х)=sin (2)
Интеллектуальный цикл R_и(х)=sin (3)

C. Компьютерная модель:

Для моделирования выберем среду электронной таблицы. В этой среде информационная и математическая модели объединяются в таблицу, которая содержит две области:

·   исходные данные – константы и управляемые параметры;

·   расчетные данные (результаты).

Технология выполнения работы в программе MS Excel

1.Объединить первую строку в столбцах A,B,C, D и напечатать текст: Моделирование биоритмов человека

2.Объединить третью строку в столбцах A,B,C, D и напечатать текст: Исходные данные. Объединить ячейки А4 и В4, ввести текст: Неуправляемые параметры (константы). Объединить ячейки С4, D4, ввести текст: Управляемые параметры.

3.В ячейке А5 напечатать текст: Период физического цикла. В ячейке А6-текст: Период эмоционального цикла. В А7 : Период интеллектуального цикла

4.В ячейках В5, В6, В7 проставить соответственно числа: 23, 28, 33

5.В ячейке C5 –текст: Дата рождения человека. В C6 – текст: Дата отсчета. В C7 – текст: Длительность прогноза

6.Заполните ячейки D5, D6, D7 соответственно – свою дату рождения, дату отсчета - 1.10.04, длительность прогноза - 31

7.Объединить ячейки А8, В8, C8, D8 и напечатать текст: Результаты

8.В А9 – текст: Порядковый день. В В9 – текст: Физическое. В С9 – текст: Эмоциональное. В D9 – текст: Интеллектуальное.

9.В ячейку А10 введите дату отсчета. Например: 1.10.04

10.                   В ячейку В10 введите формулу: =SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/23)

11.                   В ячейку С10 введите формулу: = SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/28)

12.                   В ячейку D10 введите формулу:= SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/33)

При записи формул использовать вставки стандартных функций SIN(…) и ПИ(…). В круглых скобках (сразу за именем функции) записывается ее аргумент. В качестве аргумента функции может выступать числовая константа, адрес клетки табличного процессора или диапазон (блок) клеток. Адреса ячеек (например - А10), используемые в формуле, определены не абсолютно, а относительно места расположения формулы. При копировании формулы изменятся имена ячеек. Для того чтобы при переносе формулы адрес ячейки D5 не изменялся (т.е. был не относительным, а абсолютным) применяется прием абсолютной адресации. Для этой цели в имени ячейки употребляется символ $. ($D$5). Дата заполняется по формату 00.00.00. Если дата набрана правильно, то программа сама присваивает формат Дата. Признаком правильного набора даты является правое выравнивание в ячейке.

Образец оформления листа в программе MS Excel

	А	B	C	D
1	Моделирование биоритмов человека
2	Исходные данные
3	Неуправляемые параметры (константы)		Управляемые параметры
4	Период физического цикла	23	Дата рождения человека	04.08.77
5	Период эмоционального цикла	28	Дата отсчета	01.12.08
6	Период интеллектуального цикла	33	Длительность прогноза	31
7	Результаты
8	Порядковый день	Физическое	Эмоциональное	Интеллектуальное
9		=SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/23)	=SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/28)	=SIN(2*ПИ()*(A10-$D$5)/33)
10	Заполнить ряд с шагом 1 на месяц	Заполнить вниз	Заполнить вниз	Заполнить вниз

6. Компьютерный эксперимент.

1.      Проверить правильность ввода формул.

2.      Произвести расчеты

3.      По результатам расчетов построить общую диаграмму для трех биоритмов.

Карточка для проведения компьютерного эксперимента

1. Ввести в таблицу контрольные исходные данные:

Дата рождения: 04.08.1977

Дата отсчета: 01.12.08

и сравнить с результатами, приведенными в таблице.

 

8	Порядковый день	Физическое	Эмоциональное	Интеллектуальное
9	01.12.2008	0,136166649	-0,781831482	-0,989821442
10	02.12.2008	-0,136166649	-0,900968868	-0,998867339
11	03.12.2008	-0,39840109	-0,974927912	-0,971811568

Сравнение с контрольным образцом показывает правильность введения формул.

2. В ячейки D5 – D7 ввести свои данные и скопировать формулы строки 10 в нижестоящие ячейки на заданное количество дней.

3.Выделить прямоугольную область данных А8:D39.

4.Используя Мастер диаграмм построить график с маркерами, помечающими точки данных. Линейная диаграмма служит для того, чтобы проследить за изменением нескольких величин при переходе от одной точки к другой.

5.Дать название диаграмме, ввести соответственно заголовки для оси X, Y. Поместить легенду внизу листа.

7. Анализ результатов моделирования.

Карточка анализа результатов моделирования.

1.      Проанализировав диаграмму, выбрать “неблагоприятные” дни для сдачи зачета по физкультуре.

2.      Выбрать дни, когда ответы на уроках будут наиболее (наименее) удачными.

3.      Проверьте свое настроение, когда на вашем графике показатели эмоционального биоритма находятся на спаде или на подъеме.

4.      Как вы думаете, что будет показывать график, если сложить все три биоритма? Можно ли по нему что либо определить?

 

8.      Подведение итогов урока. Домашняя работа.

Подведение итогов работы. Оценки за урок. Ответы на вопросы.

Проводится устное анкетирование:

- Я считаю, что теория “трех биоритмов” существует (не существует).
- Мои достижения на уроке:

·   я научился…

·   я понял, как…

 

Предлагается задание для самостоятельной разработки:

 

Построить модель физической, эмоциональной и интеллектуальной совместимости двух друзей.

Технология моделирования:

1.      Выделить ранее рассчитанные столбцы своих биоритмов, скопировать и вставить в столбцы E, F, G только значения.

2.      Ввести в ячейку D5 дату рождения друга. Модель пересчитается для новых данных. Это основное свойство электронной таблицы: изменение числового значения в ячейке приводит к мгновенному пересчету формул, содержащих имя этой ячейки.

3.      В столбцах H, I, J провести расчет суммарных биоритмов.

	H	I	J
9	Физическая сумма	Эмоциональная сумма	Интеллектуальная сумма
10	=D10+E10	=C10+F10	=D10+G10
11	Заполнить вниз	Заполнить вниз	Заполнить вниз