Информационные технологии в физике живых систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по учебнометодической работе
____________________Е.Г. Елина
"____" __________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ФИЗИКЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Направление подготовки
Физика живых систем
Профили подготовки
Биофизика, Медицинская фотоника
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1. Цели освоения дисциплины
Цели освоения дисциплины «Информационные технологии в физике
живых систем» состоят в обеспечении студентов знаниями и навыками в
области квалифицированного применения компьютерной техники, как при
решении общих образовательных и научных задач в области физики живых
систем, так и специализированно, по профилям подготовки («Биофизика»,
«Медицинская фотоника»), что соответствует основной цели бакалавриата в
части получения высшего профессионально-профилированного образования,
позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере
деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно
специализированными компетенциями, способствующими его социальной
мобильности,
востребованности
на
рынке
труда
и
успешной
профессиональной карьере.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Информационные технологии в физике живых систем»
относится к базовой части Математического и естественнонаучного цикла
(Б2), и входит в модуль «Биоинформатика» (Б2.Б.2.1).
Дисциплина «Информационные технологии в физике живых систем» в
рамках учебного плана читается в 1 семестре. Она создает основу для
читаемых в 2-4 семестрах дисциплин того же модуля и
призвана
формировать как профессиональные знания, так и общий уровень
образованности в области компьютерных технологий и их роли в
современной мире.
При освоении данной дисциплины необходимы базовые знания по
информатике, общие представления о логических операциях, начальное
умение пользоваться общеупотребительным программным обеспечением
компьютера.
Знания, полученные при освоении дисциплины «Информационные
технологии в физике живых систем» необходимы для расширения
общенаучного кругозора обучающихся в части применения компьютерной
техники в целях сбора и обработки данных. Логическим продолжением
данного курса в рамках ООП бакалавриата являются три последующие
дисциплины модуля «Биоинформатика»: «Основы разработки прикладных
программ» (2 семестр), «Численные методы и математическое
моделирование в физике живых систем (3 семестр) и «Вычислительная
биофизика» (4 семестр).
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Информационные технологии в физике живых систем»
В результате освоения дисциплины «Информационные технологии в
физике живых систем» должны формироваться в определенной части
компетенции, характеризуемые:
 способностью использовать в познавательной и профессиональной
деятельности базовые знания в области математики и естественных
наук (ОК-1);
 способностью приобретать новые знания, используя современные
образовательные и информационные технологии (ОК-3);
 способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать с
использованием современных информационных технологий данные,
необходимые для формирования суждений по соответствующим
социальным, научным и этическим проблемам (ОК-4);
 способностью владеть основными методами, способами и средствами
получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы
с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
 способностью использовать в познавательной и профессиональной
деятельности навыки работы с информацией из различных источников
(ОК-16);
 способностью использовать в познавательной и профессиональной
деятельности базовые знания в области информатики и современных
информационных технологий, навыки использования программных
средств и навыков работы в компьютерных сетях; умение создавать
базы данных и использовать ресурсы Интернет (ОК-17);
 способностью понимать сущность и значение информации в развитии
современного информационного общества, сознавать опасности и
угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные
требования информационной безопасности, в том числе защиты
государственной тайны (ОК-21);
 способностью использовать базовые теоретические знания для
решения профессиональных задач (ПК-1);
 способностью применять на практике базовые профессиональные
навыки (ПК-2);
 способностью пользоваться современными методами обработки,
анализа и синтеза биофизической информации (в соответствии с
профилем подготовки) (ПК-6).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать: Принципы функционирования компьютерной техники, назначание,
общие свойства и различия наиболее распространенных операционных
систем и прикладных программ общего назначения, основы архитектуры
персонального компьютера (ПК), основные устройства ПК, методы защиты
информации, методы обработки текстовой информации, методы хранения и
поиска информации, сетевые технологии обработки информации.
•Уметь: Использовать компьютер в учебном процессе для поиска и
систематизации информации по профилю подготовки, для создания и
3
оформления естественнонаучных текстов, для выполнения простейших
вычислений и визуализации полученных данных. Применять полученные
знания в области информационных и компьютерных технологий для сбора и
анализа экспериментальных и расчетных данных в физике живых систем,
формулировать требования к составу и функциональности прикладного
программного обеспечения в соответствии с решаемой задачей по профилю
подготовки.
•Владеть: Практическими навыками
работы с файловой системой,
использования различных Интернет-браузеров, пакетами подготовки
документации Microsoft Office, OpenOffice и Latex, программами работы с
графикой Inkscape, Gimp, xmgrace, Origin и другими прикладными
программами применяемыми в учебной и научной деятельности по
естественнонаучным направлениям.
4. Структура и содержание дисциплины «Информационные технологии
в физике живых систем»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц (всего к
изучению 162 часа, аудиторных - 108) и включает 36 часов лекционных
занятий, 72 часа практических занятий и 54 часа на самостоятельную работу
студентов. Форма промежуточной аттестации - экзамен.
4.1. Структура дисциплины
№
Раздел дисциплины Семестр
п/п
Виды учебной работы,
включая
Неделя
самостоятельную работу
семестра
студентов и трудоемкость
(в часах)
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
1
1
1 Л(2)
2 Л(2)
Операционная
система MS
WINDOWS.
1
3 Л(2)
лаб(4)
СР(2)
Отчет по лаб.
работе
4
Операционная
система LINUX
1
4 Л(2)
лаб(2)
СР(2)
Отчет по лаб.
работе
5
Обработка
числовой
текстовой
информации
Подготовка
1
5 Л(2)
СР(2)
1
6 Л(2)
СР(2)
1
2
Введение.
3
6
Технические и
программные
средства
реализации
информационных
процессов
СР(2)
СР(2)
и
4
документов
7 Система
подготовки
документов
Latex
8 Подготовка
компьютерных
презентаций
9 Хранение и
поиск
информации.
Системы
управления
базами данных.
10 Сетевые
технологии
обработки
информации.
Глобальная сеть
Интернет
11 Методы защиты
информации
12 Основные
1
7 Л(2)
лаб(4)
СР(2)
Отчет по лаб.
работе
1
8 Л(2)
лаб(4)
СР(2)
Отчет по лаб.
работе
1
9 Л(2)
лаб(4)
СР(2)
Отчет по лаб.
работе
1
10,11,12
лаб(18)
СР(6)
Отчет по лаб.
работе
(12
нед.)
1
13,14,15
лаб(18)
СР(6)
1
16,17,18
лаб(18)
СР(6)
Отчет по
работе
нед.)
Отчет по
работе
нед.)
понятия и
принципы
моделирования
лаб.
(15
лаб.
(18
4.2. Содержание дисциплины
1. Введение. Понятие информации. Методы получения информации.
Свойства информации. Измерение информации. Передача информации.
Формы представления информации. Способы представления числовых
и символьных данных в компьютере. Информатика. Цели и задачи
информатики.
2. Технические
и
программные
средства
реализации
информационных процессов. Принципы функционирования ПК.
Основные
типы компьютеров. Конфигурация персональных
компьютеров. Основные устройства персонального компьютера.
Устройства обработки информации. Понятие об операционной системе
как управляющей программе ПК. Понятие о прикладном программном
обеспечении.
3. Операционная система MS WINDOWS. Организация файловой
системы. Основные инструменты работы в Windows. Многооконный
5
пользовательский интерфейс. Папки, документы, приложения. Учетные
записи пользователей.
4. Операционная система LINUX. История создания и развития Linux.
Концепция свободного ПО и GPL-лицензия. Основы работы в
современных версиях ОС Linux. Структура файловой системы, права
доступа, набор основных системных команд и их реализация в виде
утилит
графического
интерфейса.Основные
дистрибутивы
современных версий ОС Linux, их преимущества и недостатки.
5. Обработка числовой и текстовой информации.
обработки информации. Текстовые редакторы.
Технологии
6. Подготовка документов. Офисные пакеты MS Office и Open Office.
Текстовые процессоры. Создание, редактирование и форматирование
документов. Стили и структура документа. Макросы. Табличные
процессоры. Действия с листами рабочей книги. Ввод и
редактирование данных. Адресация. Форматирование таблиц. Анализ
данных с помощью диаграмм. Сортировка. Создание промежуточных
итогов. Сводные таблицы. Подбор параметров. Поиск решения.
7. Система подготовки документов Latex. Издательская система LaTex.
Принцип управления форматом документа с помощью управляющих
последовательностей.
Основные
понятия:
Исходный
файл.
Спецсимволы. Команды и их задание в тексте. Структура документа в
Latex и управление ею. Заголовок latex-документа, команды стиля и
форматирования страницы. Начало и конец документа. Подключение
дополнительных пакетов. Русский язык в latex. Метки и ссылки.
Многомодульная компоновка latex-документа.Процедура компиляции
и работа с сообщениями об ошибках. Форматирование документа как
целого. Классы, пакеты и классовые опции. Деловые письма. Стиль
оформления страницы. Поля, размер страницы. Сдвиг страницы как
целого. Рубрикация документа. Команда \section. Разделы документа.
Титульный лист. Оглавление. Аннотация. Список литературы.
Предметный указатель.Форматирование основного текста. Управление
размером и атрибутами шрифта. Набор математических выражений.
8. Подготовка компьютерных презентаций. Виды презентаций. Этапы
и средства создания презентаций. Средства подготовки презентаций в
MS Office и OpenOffice. Способы создания и сохранения презентаций.
Редактирование презентации. Работа со слайдами. Вставка и
форматирование объектов в слайдах. Создание специальных эффектов.
Способы создания интерактивных элементов.Типовая структура
разновидностей научной презентации: обзор, текущий отчет, доклад на
конференции, курсовая и выпускная работа.
6
9. Хранение и поиск информации. Системы управления базами
данных. Понятие системы управления базами данных. Архитектура
баз данных. Проектирование баз данных. Разработка баз данных. СУБД
MS Access. Формы в MS Access. Отчеты в MS Access. Обмен данными
с другими приложениями. Использование макросов.
10.Сетевые технологии обработки информации. Глобальная сеть
Интернет. Общие положения. Классификация компьютерных сетей.
Определение Интернета. Возможности Интернета. Основные
принципы работы Интернета. Работа с интернет-браузерами: Microsoft
Internet Explorer, Fire Fox, Google Chrome. Основы обеспечения
информационной и программной безопасности при работе в Интернет.
11.Методы защиты информации. Необходимость защиты информации.
Компьютерные вирусы. Методы защиты от компьютерных вирусов.
Программы борьбы с компьютерными вирусами. Защита от
несанкционированного доступа к информации. Использование
криптографии. Понятие государственной и коммерческой тайны.
12.Основные понятия и принципы моделирования. Понятие модели и
моделирования. Назначение моделей. Основные этапы построения
моделей. Классификация моделей. Технология составления
компьютерных программ. Этапы решения задач с помощью
компьютера. Основы алгоритмизации. Способы представления
алгоритмов. Типы алгоритмов. Методы разработки программ. Системы
программирования.
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Информационные технологии в физике
живых систем» используются следующие виды учебных занятий: лекции,
консультации,
лабораторные
работы
(практические
занятия),
самостоятельные работы.
В рамках лекционных занятий предусмотрены активные формы
учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, компьютерные
демонстрации с использованием современных систем компьютерной
техники.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Виды самостоятельной работы студента
Виды самостоятельной работы студента:
7
- изучение теоретического материала по конспектам лекций и
рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной
литературе;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных
в программе дисциплины, не рассмотренных на лекциях;
- изучение теоретического и технического материала по методическим
руководствам и документации.
Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:
- предусмотрена еженедельная сверхкороткая самостоятельная работа
обучающихся по изучению теоретического лекционного материала и
итогам самостоятельной работы; контроль выполнения этой работы
предусмотрен в начале каждого лекционного занятия по данной
дисциплине;
- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных
в программе дисциплины и не рассмотренных на лекциях
предусматривается по мере изучения соответствующих разделов, в которых
выделены эти вопросы для самостоятельного изучения; контроль
выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках
промежуточного контроля по данной дисциплине;
- выполнение и письменное оформление комплекса заданий теоретического
характера, расчетных и графических по основным разделам дисциплины
предусмотрено еженедельно по мере формулировки этих заданий на
лекциях; предусматривается письменное выполнение этой самостоятельной
работы с текстовым, включая формулы, и графическим оформлением;
контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен при
завершении изучения дисциплины по представленному в печатном виде
отчету по этому виду самостоятельной работы;
Контрольные вопросы и задания для проведения nромежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины
(перечень экзаменационных вопросов):
1. Основные функции компьютерных систем
Понятия операционной системы и прикладных программ
Формы и способы представления данных в компьютере
2. Принципы функционирования и основные типы компьютеров.
Конфигурация персональных компьютеров
Технология составления компьютерных программ. Этапы решения
задач с помощью компьютера. Основы алгоритмизации. Системы
программирования.
8
3. В чем отличие свободного и проприетарного программного
обеспечения? Опишите основные аспекты (а) с правовой точки зрения,
(б) с точки зрения процесса разработки и тестирования, (в) с точки
зрения конечного пользователя.
4. Типовая структура файловой системы ОС Linux.
5. Права доступы и методы администрирования Unix-подобных систем.
6. Научно-ориентированные системы подготовки документации
Архивация данных. Виды архивных файлов. Методы архивации файлов
7. Обработка текстовой информации. Технологии обработки
информации. Текстовый процессор MS Word
Обработка числовой информации. Технологии обработки информации.
Табличный процессор MS Excel
Определение и основные функции операционной системы компьютера.
Подготовка компьютерных презентаций. Виды презентаций. Этапы и
средства создания презентаций. Общие сведения о программе
подготовки презентаций MS PowerPoint
Хранение и поиск информации. Системы управления базами данных.
Понятие системы управления базами данных. Архитектура баз данных.
Проектирование баз данных.
СУБД MS Access
Сетевые технологии обработки информации. Классификация
компьютерных сетей
8. Глобальная сеть Интернет. Основные принципы работы Интернета
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
«Информационные технологии в физике живых систем»
а) основная литература:
1. Романова Ю.Д., Лесничая И.Г. Информатика и информационные
технологии: учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Эксмо, 2009.
9
2. Информатика и информационные технологии – 3-е изд. / под ред. Ю.Д.
Романовой. – М.: Эксмо, 2008.
б) дополнительная литература:
1. Брукшир Д.Г. Введение в компьютерные науки. - 6-е изд. – М.: Вильямс,
2001.
2. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и
банки данных. Вводный курс: учеб. пособие. – Гелиос АРБ, 2002.
3. Глушаков С.В., Ломотько Д.В. Базы данных: учеб. курс. – М.: АСТ, 2001.
4. Информационные технологии в экономике, менеджменте и образовании:
учеб. пособие / под ред. А.К. Воинова, Н.Б. Завьяловой. - М.: Российская
Экономическая Академия, 2005.
5. Крёнке Д. Теория и практика построения баз данных. – 8-е изд. - СПб.:
Питер, 2003.
6. Кузнецов С.Д. СУБД и файловые системы. – М.: Майор, 2001.
7. Моя первая книга об информационных технологиях: учебно-практическое
и справочное пособие / под ред. Ю.Д. Романовой. – М.: Эксмо, 2006.
8. Основы информатики / под ред. А.Н. Морозевича. – Минск, 2001.
9. Попов В.Б. Основы компьютерных технологий. – М.: Финансы и
статистика, 2002.
10. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М.: Инфра-М, 2001 г.
11. Алешин Л.И. Информационные технологии. - Маркет ДС, 2010.
12. Очков В. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия. - BHVCПб, 2009.
13. Пахомов Б.И. C/C++ и MS Visual C++ 2010 для начинающих. - BHV-CПб,
2011.
14. Робачевский А. Операционная система Unix. Издание 2. Издательство:
BHV-Санкт-Петербург, 2005. 656 c.
15. Гласс Г. Unix для программистов и польз. Издательство: БХВ-Петербург,
2005.
10
16. Стахнов А. Linux 2-е издание. BHV-Санкт-Петербург; 2007 г.; 5000; 944
с.
17. Береснев А. Администрирование GNU/Linux с нуля. БХВ-Петербург,
2007. 672 с.
18. Дорот В., Новиков Ф. Толковый словарь современной компьютерной
лексики. – 2-е изд. – СПб.: BHV, 2001.
19. Сафронова И. Задачник-практикум по информатике. - BHV-CПб, 2002.
20. Михеева Е.В. Практикум по информатике. Учебное пособие для студентов
высших учебных заведений. - 3-е изд. уч. пособ. Академия, 2006.
21. Черняк А. Высшая математика на базе Matcad. Общий курс. - BHV-CПб,
2004.
22. Подбельский В.В. Программирование на языке СИ /2009/. - Финансы и
статистика, 2009.
23. Подбельский В.В. Стандартный СИ++. Учебное пособие. - Финансы и
статистика, 2008.
24. Старовойтов А. Сеть на Linux: проектирование, прокладка,
эксплуатация. БХВ-Петербург, 2006 288 с.
25. Фленов М.Е. Linux глазами хакера. Издательство: БХВ-Петербург, 2005.
544с.
26. Фленов, М. Web-сервер глазами хакера (CD). Учебное пособие, 2008.
27. Столлингс, В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета.
Изд-во: БХВ-Петербург, 2005. 835с.
28. Балдин, Е. Компьютерная типография LATEX. Изд-во: БХВ-Петербург,
2008. 305с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
«Информационные технологии в физике живых систем»
8.1. Лекционное материально-техническое обеспечение:
Мультимедийный проектор, компьютер преподавателя, доступ в Интернет,
специализированное программное обеспечение для демонстрационных
вычислительных экспериментов.
11
Оборудование компьютерного класса для выполнения лабораторных работ
практикума.
Программа составлена в соответствии с требованиями ОС ВПО по
направлению Физика живых систем и ООП по профилям подготовки
Биофизика и Медицинская фотоника.
Авторы:
доцент кафедры оптики и биофотоники,
к.ф.-м.н.
профессор кафедры оптики и биофотоники,
д.ф.-м.н., профессор
А.Н. Башкатов
Д.Э. Постнов
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от _20 мая_2011 года, протокол № __6/11__.
Подписи:
Зав. кафедрой
В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа)
В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа)
В.М. Аникин
12