Teaching of Biology Supported by Mathematical Models

• Authors: Joanna Maciejewska , Janusz Uchmański

Title variants

PL

Nauczanie biologii wspomagane modelami matematycznymi

Abstracts

PL

W naukach przyrodniczych zastosowanie metod modelowania matematycznego i symulacji komputerowych przyniosło wiele korzyści. Tak jest na przykład w fizyce. Biologia w bardzo niewielkim stopniu wykorzystuje te metody. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy może być fakt, że proces nauczania biologii jest prowadzony tak, że zniechęca młodzież z zainteresowaniami matematycznymi i informatycznymi. Proponujemy, aby proces nauczania biologii wspomóc poprzez wprowadzenie prostych elementów modelowania matematycznego procesów ekologicznych. W niniejszej pracy pokazaliśmy, z jakimi korzyściami wiązałoby się zastosowanie programu napisanego w języku NetLogo w nauczaniu biologii w szkołach ponadpodstawowych. NetLogo to wieloagentowy język programowania stworzony do symulacji złożonych zjawisk. Jest przeznaczony zarówno do badań, jak i edukacji. Jest używany w wielu różnych dyscyplinach naukowych. Wykorzystaliśmy program NetLogo do stworzenia modelu poszukiwania pokarmu przez mrówki. Wykazaliśmy, że uczenie biologii przez budowę modelu komputerowego, zmusza do głębszego zrozumienia problemu, nad którym pracujemy, wykorzystuje i rozwija twórcze zdolności młodzieży.

EN

In the life sciences, the use of mathematical modelling and computer simulation methods has brought many benefits. This is the case, for example, in physics. Biology makes very little use of these methods. One of the reasons for this may be that the biology teaching process is conducted in such a way that it discourages young people with an interest in mathematics and computer science. We propose to support the process of teaching biology by introducing simple elements of mathematical modelling of ecological processes. In this work, we showed what benefits would be the application of the NetLogo program in teaching biology in secondary schools. NetLogo is a multi-agent programming language designed to simulate complex phenomena. It is intended for both research and education and is used in a wide variety of scientific disciplines. We used the NetLogo program to create a model of searching for food by ants. We have shown that teaching biology by building a computer model forces a deeper understanding of the problem we are working on and uses and develops the creative abilities of young people.

Keywords

PL

nauczanie biologii; symulacje komputerowe; NetLogo

EN

teaching biology; computer simulations; NetLogo

• Publisher: Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie
• Journal: Studia Ecologiae et Bioethicae
• Year: 2023
• Volume: 21
• Issue: 2
• Pages: 55-69

Dates

published

2023

Contributors

author

Joanna Maciejewska

• Centre of Ecology and Ecophilosophy, Cardinal Stefan Wyszyński University in Warsaw, Poland

author

Janusz Uchmański

• Institute of Biological Sciences, Cardinal Stefan Wyszyński University in Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000000180878371

References

• Agnarsson, Ingi, and, Matjaž Kuntner. 2007. “Taxonomy in changing world: seeking solutions for a science in crisis.” Systematic Biology 56(3): 531-539.
• Cormen, Thomas H., Charles E. Leiserson, and Ronald L. Rivest. 1994. Introduction to algorithms. Cambridge MA: Massachusetts Institute of Technology.
• Grimm, Volker, and Steven F. Railsback. 2005. Individual-based modeling and ecology. Princeton: Princeton University Press.
• Heller, Michał. 2014. Elementy mechaniki kwantowej dla filozofów [Elements of quantum mechanics for philosophers]. Warszawa: Copernicus Center Press.
• Kotarski, Radosław. 2017. Włam się do mózgu [Hack into the brain]. Warszawa: Altenberg.
• Kingsland, Sharon. E. 1995. Modeling nature. Episodes in the history of population ecology. Chicago: The University of Chicago Press.
• Mostowski, Jan, Włodzimierz Natorf, and Nina Tomaszewska. 2002. Fizyka i astronomia Część 1. Poradnik dla nauczyciela i program nauczania w liceum ogólnokształcącym, liceum profilowanym i technikum [Physics and astronomy Part 1. Teacher's guide and curriculum in high school and technical school]. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne.
• Murphy, Kilian J., Simone Ciuti, and Adam Kane. 2020. “An introduction to agent-based models as an accessible surrogate to field-based research and teaching.” Ecology and Evolution 10: 12486-12498. https://doi.org/10.1002/ece3.6848.
• Pimm, Stuart L., and Peter Raven. 2000. “Biodiversity: extinction by numbers.” Nature 403: 843–845. https://doi.org/10.1038/35002708.
• Railsback, Steven F. and Volker Grimm. 2012. Agent-based and individual-based modeling. A practical introduction. Princeton: Princeton University Press.
• Tegmark, Max. 2014. Our mathematical universe. My quest for the ultimate nature of reality. New York: Alfred A. Knopf.
• Uchmański, Janusz. 1980. “Czy matematyka jest językiem ekologii?” [Is math the language of ecology?]. Wiadomości Ekologiczne 26: 221 231.
• Uchmański, Janusz. 2015. „Matematyczność biologii.” [Mathematics of biology]. Filozofia i Nauka 3: 345-352.
• Uchmański, Janusz. 2020. “On algorithmic essence of biology.” Computer Research and Modeling 12(3): 641-652. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2020-12-3-641-652.
• Uchmański, Janusz. 2022. “Density or variability: is it time for a paradigm shift in ecology?” Ecological Questions 33(4): 7-20. https://doi.org/10.12775/EQ.2022.029.
• Uchmański, Janusz and Julia Zielińska. 2010. „NetLogo – wygodne narzędzie do modelowania procesów ekologicznych.” [NetLogo – a convenient tool for modeling ecological processes]. Wiadomości Ekologiczne 56(3): 95-110.
• Wilensky, Uri. 1999. NetLogo. http://ccl.northwestern.edu./netlogo/. Evanston, IL. Center for Connected Learning and Computer-Based Modelling. Northwestern University.

Identifiers

DOI

10.21697/seb.2023.12

Biblioteka Nauki

55593211