Учебный курс «Методы математической статистики в учебном эколого-биологическом исследовании»

Пояснительная записка

Учащиеся Пермского края традиционно проявляют большой интерес к конкурсным мероприятиям эколого-биологической направленности различного уровня. Результаты участия в подобных мероприятиях во многом зависят от качества исследовательских работ, проектов, их соответствия современным требованиям, одно из которых – подробное описание методики и способов обработки первичных данных, полученных в ходе исследования.

Таким образом, в исследовательской деятельности учащихся, одаренных в области эколого-биологических наук, большое место занимают вопросы статистической обработки экспериментальных данных, сравнительной оценки результатов наблюдений. Дети и педагоги-кураторы исследовательских работ испытывают потребность в справочных пособиях, руководствах по применению методов математической статистики в эколого-биологическом исследовании. Однако существующие пособия предназначены либо для студентов вузов, либо для узкого круга специалистов. Поэтому актуальна проблема разработки дистанционного учебного курса по применению методов математической статистики в эколого-биологическом исследовании для учащихся 14-18 лет.

Учебный курс «Методы математической статистики в учебном эколого-биологическом исследовании» для организации образовательного процесса в системе дистанционного обучения учащихся, одаренных в области эколого-биологических наук разработан творческой группой методистов краевой заочной школы естественно-математических наук ГОУ ДОД «Краевой эколого-биологический центр» совместно с учеными вузов города Перми в 2007-2008 уч.г.

Цель: использование информационно-коммуникационных технологий в обучении учащихся, одаренных в области эколого-биологических наук, методам статистической обработки результатов учебных эколого-биологических исследований.

Задачи:

• 
  представление опыта методистов экологического отдела краевой заочной школы естественно-математических наук по обучению учащихся методам статистической обработки результатов эколого-биологического исследования;
  
• 
  обновление содержания программ дополнительного образования детей эколого-биологической направленности;
  
• 
  разработка дидактического электронного пособия для обеспечения дистанционного обучения учащихся, занимающихся учебно-исследовательской деятельностью в области эколого-биологических наук.
  

Образовательный ресурс «Методы математической статистики в учебном эколого-биологическом исследовании» размещен на сайте отделения дополнительного образования детей ГБОУ СПО «ПАПТ» www.kebc.papk.su (раздел «Образовательные ресурсы, дистанционное обучение», гиперссылка «Методы математической статистики в учебном эколого-биологическом исследовании»). Если в качестве носителя используется оптический диск, то карта учебного ресурса содержится в файле index.htm. Образовательный ресурс будет полезен обучающимся учреждений дополнительного образования детей эколого-биологического профиля, учащимся общеобразовательных школ, педагогам–кураторам учебно-исследовательских работ учащихся в области эколого-биологических наук. При разработке содержания использовался опыт работы методистов экологического отдела по руководству исследовательской деятельностью обучающихся краевой заочной школы естественно-математических наук. Курс будет способствовать повышению уровня подготовки учащихся к исследовательской деятельности, а именно, выработке умений и навыков обработки и анализа полученного в ходе исследования материала, обобщения данных и формулировки выводов по результатам исследовательской деятельности. Он дополнит знания учащихся по базовым предметам естественнонаучного цикла, станет основанием для интеграции знаний по биологии, экологии, математике, информатике. Содержание учебного курса включает теоретический раздел, практикум и контрольные задания. В ходе изучения данного курса обучающиеся познакомятся с темами «Роль математических методов в биологии и экологии», «Статистические совокупности», «Средние величины», «Показатели разнообразия», «Нормированное отклонение», «Распределение признака», «Ошибки репрезентативности», «Необходимый объем выборочной совокупности», «Анализ качественных признаков», «Корреляция». Содержание теоретического раздела адаптировано для детей 14–18 лет, включает примеры расчетов статистических величин с подробными пояснениями.

Практикум «Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований в области эколого-биологических наук» состоит из шести частей. Он имеет целью формирование у обучающихся практических умений и навыков обработки и анализа данных, полученных в ходе исследований в таких областях как ботаника с основами экологии растений, экология водоемов, зоология с основами экологии животных, лесоведение, медицинская экология, промышленная экология. Справочные материалы представлены таблицами «Стандартные значения критерия Стьюдента», «Деление семенных насаждений на классы бонитета по М.М. Орлову», «Таблица площадей сечений (∑g, м²/га) видовых высот (Hf, м²) и запасов (V, м³) для древостоев с полнотой 1,0 (равнинная часть Пермского края)». Список литературы включает 9 источников.

Школьники могут освоить все шесть частей практикума или выбрать тот раздел, который соответствует их области исследования. В каждом практикуме обучающимся предлагается выполнить контрольные задания.

Учебно-тематический план
Название разделов, тем	Количество часов
	Теор.	Практ.	Всего
Теоретический раздел	18		18
1. Роль математических методов в биологии и экологии	1		1
2. Статистические совокупности	1		1
3. Средние величины	1,5		1,5
4. Показатели разнообразия	2		2
5. Нормированное отклонение	1		1
6. Распределение признака	1		1
7. Ошибки репрезентативности	0,5		0,5
8. Ошибка средней арифметической	2		2
9. Ошибка репрезентативности разности средних арифметических	2		2
10. Необходимый объем выборочной совокупности	1		1
11. Анализ качественных признаков	2		2
12. Корреляция	2		2
13. Регрессия	1		1
Практикум	6	64	70
Часть 1. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по ботанике и экологии растений		8	8
Практическая работа 1. Вычисление статистических параметров невзвешенного ряда способом условной средней	2
Практическая работа 2. Сравнение флор по видовому составу	2
Задание 1	2
Задание 2	2
Часть 2. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по экологии водоемов	2	10	12
Практическая работа 1. Анализ гидробиологического материала. Обработка первичных данных		1	1
Практическая работа 2. Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение средней численности и биомассы		2	2
Практическая работа 3. Вторичный анализ гидробиологического материала. Подсчет средних арифметических численности и биомассы зообентоса в пруду с учетом площадей биотопов		1	1
Практическая работа 4. Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение ошибки средней для численности и биомассы зообентоса пруда		1	1
Практическая работа 5. Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение величины генеральных средних для численности и биомассы зообентоса пруда		1	1
Практическая работа 6. Вторичный анализ гидробиологического материала. Определение ошибки репрезентативности разности средних арифметических численности и биомассы зообентоса биотопов пруда		1	1
Интерпретация гидробиологических данных (специальные методы). Индексы доминирования	1		1
Практическая работа 7. Определение видов–доминантов в составе биоценоза		1	1
Интерпретация гидробиологических данных (специальные методы). Индексы видового разнообразия	1		1
Практическая работа 8. Определение индекса Шеннона для сообщества глубоководной части пруда		1	1
Практическая работа 9. Определение изменения структуры пелофильного донного сообщества глубоководной зоны пруда		1	1
Часть 3. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по зоологии и экологии животных		8	8
Задание 1. Наше настроение и атмосферное давление		2	2
Задание 2. Птенцы “вчера”, “сегодня” и …?		2	2
Задание 3. Икра красная и чёрная – это понятно! А лягушачья?		2	2
Задание 4. Так ли холоднокровны змеи?		2	2
Часть 4. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по лесоведению	2	14	16
Таксационные показатели	2		2
Практическая работа 1. Определение средних значений высоты и диаметра древостоя, площади поперечного сечения элемента леса по перечетной ведомости древостоя (Сосняка – зеленомошно костяничного)		8	8
Задание 1		6	6
Часть 5. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по медицинской экологии	2	16	18
Практическая работа 1. Абсолютные и относительные данные		1
Практическая работа 2. Корреляционный анализ		1	1
Основные показатели, исчисляемые по данным медицинских осмотров	1		1
Основные показатели острой заболеваемости	1		1
Практическая работа 3. Корреляционный анализ		1	1
Практическая работа 4. Экстенсивные показатели заболеваемости и их использование в эколого–медицинских исследованиях		1	1
Практическая работа 5. Динамические ряды		2	2
Практическая работа 6. Методы оценки физического развития. Метод сигмальных отклонений		2	2
Практическая работа 7. Методы оценки физического развития. Метод анкетирования		2	2
Задания 1 – 4		6	6
Часть 6. Использование методов статистической обработки результатов учебных исследований по промышленной экологии		8	8
Практическая работа 1. Исследование влияния магистральных путей и промышленных предприятий на качество почв и некоторые показатели роста растений		4	4
Практическая работа 2. Изучение влияния отходов промышленного предприятия на жизнеспособность растений		2	2
Практическая работа 3. Определение корреляционной зависимости		2	2
Итого:	24	64	88