См. п. 8 - Автоматизированная информационная система ГУ

реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня
УМКД
УМКД 042-39. 1.ХХ/012013
УМКД
Редакция №____от_____
Программа дисциплины
«Математические модели в
экологии»
для преподавателя
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИИ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Математические модели в экологии»
для специальности5В060801 – «Экология»
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Семей
2013
ПРЕДИСЛОВИЕ
1 РАЗРАБОТАНО
Составитель____________«28» августа 2013 г. Ж.Н.Аргынгазина,
преподаватель кафедры Информатики и информационных технологий
ОБСУЖДЕНО
На заседании
технологий»
кафедры
«Информатики
и
информационных
Протокол от «11» сентября 2013 г., №1
Заведующий кафедрой _________ Абишова А.А.
1.1 На заседании учебно-методического бюро физико-математического
факультета
Протокол от «12» сентября 2013 г., №1
Председатель _____________К.А. Батырова
2 УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к изданию
методического совета университета
Протокол от «18» сентября 2013 г., №1.
на
Председатель УМС _____________Г.К. Искакова
3 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ
заседании
Учебно-
СОДЕРЖАНИЕ
1
2
3
4
5
6
7
Область применения
Нормативные ссылки
Общие положения
Содержание учебной дисциплины (модуля)
Перечень тем для самостоятельной работы студентов
Учебно-методическая карта по дисциплине
Карта обеспеченности учебно-методической литературой
8
Литература
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебнометодического комплекса по дисциплине «Математические модели в
экологии», предназначена для студентов специальности 5В060801 –
«Экология».
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
Настоящая
программа
дисциплины
для
преподавателя
устанавливаетпорядок организации учебного процесса по дисциплине
«Математические модели в экологии» в соответствии с требованиями и
рекомендациями следующих документов:
- Государственный общеобязательный стандарт образования
соответствующего уровня образования;
- Типовой учебный план специальности 5В060801 – «Экология».
- СТУ 042-ГУ-4-2013 Стандарт университета «Общие требования к
разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»;
- ДП 042-1.01-2013 Документированная процедура «Структура и
содержание учебно-методических комплексов дисциплин».
3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
3.1 Краткое содержание дисциплины:
Основная задача экологии на современном этапе — детальноеизучение
количественными методами основ структуры ифункционирования природных и
созданных человеком систем, поискобщих закономерностей, относящихся к
широкому кругу конкретныхситуаций. Большое влияние на экологию оказали
достиженияматематики, физики, химии. В свою очередь экология
выдвигаетперед этими науками новые задачи.Математическая дисциплина,
изучающая модели экологическихобъектов и процессов и методы их
исследования, называетсяматематической экологией. Становление ее очень
показательно вметодическом отношении. С чего должно начинаться
построениелюбой
математической
модели?
В
чем
состоит
ее
основноесодержание? Математическая модель учитывает прежде всего
теограничения и принципы отбора, которые выделяют реальновозможные
изменения из числа допустимых. Такими принципамиявляются законы
сохранения. Современная физика начиналась сзаконов сохранения, первым ее
принципом отбора был законсохранения импульса. Законы сохранения
(балансовыесоотношения) — это основа любой физической модели.
Диапазон и масштаб моделируемых процессов крайне велик —от
глобальной экологии до прогнозирования динамики отдельныхкомпонентов
биоценозов. Поэтому при классификации экологическихмоделей используют
различные подходы. Наиболее часто применяютдинамическое моделирование,
в основе которого лежит описаниеэкосистемы с помощью дифференциальных
уравнений сопределяемыми по эмпирическим данным параметрами.
3.2 Целью
курса
является
ознакомление
студентов
с
теоретическими разработками и способами построения математических
моделей для изучения структуры,
функционировании,
динамики
и
развития
природно-ангропогенных систем, связей и взаимодействий в сфере
окружающей среды. Рассмотреть специфические особенности моделирования,
как инструмента выявления и разрешения социально-геоэкологических
противоречии. Изучить некоторые аспекты математического моделирования
экологических процессов.
3.3 Основная задача изучения дисциплины:
задачами курса являются:
 изучения курса заключается в повышении общей математической подготовки
студентов:
 научить студентов самостоятельному исследованию экологических проблем.
3.4 Результаты обучения:
 объект и предмет исследования, состоящих из взаимодействующих
частей самой различной природы;
 технологию
составления
модели
сложной
природносоциально-экономической системы с учетом ее существенных
свойств на языке математических соотношений; уметь:
 применять необходимые способы описания моделей, включая
деление объекта на сравнительно однородные взаимодействующие
части;
 разбираться в типах математических моделей (концептуальнобалансовые,
 статистические, динамические, оптимизационные);
 определять значения параметров и производить расчеты по
формулам;
 интерпретировать
результаты
моделирования
природных
комплексов с
 целью
принятия
мер
по
предотвращению
негативных
последствий
 антропогенного воздействия;
 приобрести практические навыки:
 имитационного математического моделирования;
 типизации и структурирования изучаемых объектов.
3.5 Пререквизиты курса:
Для освоения дисциплины магистр должен обладать знаниями по
дисциплинам «Математика», «Информатика», «Биология» в объеме средней
общеобразовательной школы, первого курса
3.6 Постреквизиты курса:
Математический анализ, линейная алгебра, методы оптимальных
решений, теории вероятностей, математическая статистика, общая
биология.
3.7 Выписка из рабочего плана:
Курс Семестр Кредиты ЛК ЛБ СРСП СРС Всего Форма
час час час
час час
итогового
контроля
3
6
2
15 15
15
45
90
экзамен
4
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
Наименование тем и их содержание
Количество
часов
1
2
Лекционные занятия
Основные сведения о моделировании в экологии. История развития
математического моделирования в экологии
Методы моделирования. Качественное моделирование.
1
Матрица леопольда.Статистические модели.
1
Модели типа «хищник - жертва».Имитационные модели.Метод монте-карло
1
Простейшие
математические
модели
популяционной
динамики.исследование однородной популяции, живущей изолированно в
неизменной среде
Лимитированная популяция с логистическим законом роста.обобщенная
логистическая популяция
Динамика численности популяции в периодической среде.
1
Опасность жесткого планирования при эксплуатации экосистем
1
Модели динамики численности двух взаимодействующих популяций при
различных типах взаимодействия.взаимодействие двух популяций,
борющихся за общую пищу
Исследование сообщества типа «хищник – жертва».Усовершенствованная
модель «хищник – жертва
Исследование динамики усовершенствованной модели «хищник – жертва».
1
Модель «хищник - жертва» в частных производных
1
1
1
1
1
1
Моделирование экологических систем и геосистем.Краткая характеристика
моделей. Ограничения моделирования эко- и геосистем.
Концептуальные модели экосистем и модели знаний геоситуаций.
1
Построение динамических моделей экосистемы.
1
Лабораторные занятия
Построение математической модели для популяции одного вида.
Математическая модель популяции в условиях конкуренции.
Математическая модель для системы «Вольтера -Лоттка»
Моделированиесистемы «консумент-продуцент»
Исследование сообщества типа «хищник – жертва».Усовершенствованная
модель «хищник – жертва
Математическая модель загрязнения промышленным отходом
окружающей среды.
1
2
2
2
2
2
4
5
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
5.1 Интегративность качеств геосистемы
5.2 Приоритетность моделирования экосистем как функциональных единств
5.3 Применение и недостатки различных моделей урожай-климат
5.4 Матричное представление исходных данных.
5.5 Понятие открытой и закрытой модели.
5.6 Типизация водных объектов и схематизация конвективно-диффузионного
переноса.
5.7 Оценка качества воды на основе факторного комплексного показателя
6
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Тема
Лекционного занятия
Наглядны
Вопросы для
Форма
е
самостоятельног контрол
Лабораторного
пособия,
о изучения
я
занятия
ТСО,
плакаты,
стенды
1
3
4
5
6
Презента
См. п. 8
Основные
сведения
о
моделировании в экологии.
ции,
История
развития
интеракти
математического
вная
моделирования в экологии
доска,
См. п. 8
Методы
моделирования. Построение
раздаточн
Качественное
математическо
ый
моделирование.
й модели для
популяции
одного вида
материал
Матрица
леопольдаСтатистические
модели.
Модели типа «хищник - Математическа
жертва».Имитационные
я модель
модели.Метод монте-карло популяции в
См. п. 8
См. п. 8
условиях
конкуренции
Простейшие
математические
модели
популяционной
динамики.исследование
однородной
популяции,
живущей изолированно в
неизменной среде
Математическа
Лимитированная
популяция с логистическим я модель для
законом роста.обобщенная системы
логистическая популяция
См. п. 8
Динамика
численности
популяции
в
периодической среде.
Опасность
жесткого Моделировани
планирования
при есистемы
эксплуатации экосистем
«консумент-
См. п. 8
«Вольтера
Лоттка»
См. п. 8
-
См. п. 8
продуцент»
Модели
динамики
численности
двух
взаимодействующих
популяций при различных
типах
взаимодействия.взаимодей
ствие двух популяций,
борющихся за общую пищу
Исследование сообщества
типа
«хищник
–
жертва».Усовершенствован
ная модель «хищник –
жертва
Исследование
динамики
усовершенствованной
модели «хищник – жертва».
См. п. 8
Исследование
сообщества типа
«хищник
–
жертва».Усоверш
енствованная
модель «хищник
– жертва
См. п. 8
См. п. 8
Модель «хищник - жертва»
в частных производных
Моделирование
экологических систем и
геосистем.Краткая
характеристика
моделей.
Ограничения
моделирования
экои
геосистем.
См. п. 8
Математическ
ая
модель
загрязнения
промышленн
ым отходом
окружающей
среды.
Концептуальные
модели
экосистем и модели знаний
геоситуаций.
Построение динамических
моделей экосистемы.
См. п. 8
См. п. 8
См. п. 8
7
КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ
ЛИТЕРАТУРОЙ
Наименование Количествоэкземпляров Количествостудентов Процентобеспеченучебников,
ности
учебнометодических
пособий
1
2
3
4
8
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Серовайский С Я., Лысковская Н.А., Попова Н.В. Математические и
компьютерные модели в экологии. Динамика популяций. - Алматы:
Казак университет!, 1999. - 189 с,
2. Коробкин В.И., Псредсльский Л.В. Экология. - Ростов н/Д: Феникс,
2001. -576 с
3. Экология и безопасность жизнедеятельности/Под ред. Л.А. Муравья. -.
М: ЮНИТИ-ДАНА, 2000, - 447 с.
4. Инченко Б.П., Мартыщенко Л.А. Информационная экология. 4.1-2. СПб.: Пордмет-Издат, 1998. - 208 с.
Дополнительная:
1. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф., Савиных В.П. Перспективы
развития цивилизации: многомерный анализ - М.: Логос, 2003. - 576 с.
2. Парниковый эффект,
изменение климата
и экосистемы.
Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 557 с.
3. Природа моделей и модели природы. - М: Мысль, 1986. - 236 с.
4. Системный подход к управлению водными ресурсами. - М.: Наука,
1985. - 392 с.
5. Математические модели контроля загрязнения воды. /Под ред. А.
Джеймс,
6. ЮМ. Свирежева. - М.: «Мир», 1981. -471с.
7. Трофимов A.M., Панасюк MR. Геоинформационные системы и
проблемы
8. управления окружающей средой. • Казань: Казанский университет,
1984. - 142 с
9. Жеребятьев
И.Ф.,
Нысанбаева
СЕ.
Математическое
моделирование процессом формирования качества воды в водных
объектах. (Описания к лабораторным работам). - Алматы, 1993. -32 с.
10.
Модели управления природными ресурсами. - М.: Наука. 1981. 264 с.
11.
Виталиев А.Б. Проблемы окружающей среды и сохранения
биологического разнообразия. Учебное пособие. - Алматы, Казак
университет!, 2005. - 127 с.
Скачать