ВОПРОСЫ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №1

2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физический факультет
Рассмотрен и рекомендован к утверждению
на заседании кафедры технической физики
ЮФУ
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_____________ В.С. Малышевский
Протокол от «03» июля 2012 г. № 41
«_____»_______________2012 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Математическое моделирование экологических систем»
Направление подготовки (специальность)
140307 «Радиационная безопасность
человека и окружающей среды»
инженер-физик
очная
Профиль подготовки (специализация)
Квалификация (степень) выпускника
Форма обучения
Разработчик
Гармашов С.И., доцент кафедры технической физики ЮФУ, канд. физ.-мат. наук, доцент
Ф.И.О., должность, ученая степень, ученое звание
Ростов-на-Дону – 2012
3
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_____________ В.С. Малышевский
«_____»_______________2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Математическое моделирование экологических систем»
Направление подготовки (специальность)
140307 «Радиационная безопасность человека и окружающей среды»
Профиль подготовки _______________________________________________
Квалификация (степень) выпускника
инженер-физик
Кафедра технической физики
Курс
5
семестр
9
Форма обучения _очная______________________________
Программа разработана
Гармашов С.И., доцент кафедры технической физики ЮФУ,
канд. физ.-мат. наук, доцент
Ф.И.О., должность, ученая степень, ученое звание
Рецензент(ы)
Малышевский В.С., декан физического факультета, профессор, докт. физ.-мат. наук, профессор
Ф.И.О., должность, ученая степень, ученое звание
Ростов-на-Дону – 2012
4
I. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Цели освоения дисциплины (модуля): сформировать у студентов, обучающихся по специальности 140307 «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», представление об экологических системах, о подходах к их изучению и важности использования
математического моделирования для прогнозирования тенденции развития экологических
систем в различных условиях. Проведение лабораторных занятий по данному курсу предназначено для обучения студентов навыкам разработки математических моделей простых
экологических систем и реализации их в среде объектно-ориентированного программирования.
II. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
2.1. Учебная дисциплина «Физика защиты» относится к циклу Специальные дисциплины. Дисциплины специализации.
2.2. Для изучения данной учебной дисциплины необходимы следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими дисциплинами:
Экология, Информатика, Обыкновенные дифференциальные уравнения, Компьютерные методы в современном естествознании
Знания:
- особенности биологической формы организации материи;
- о взаимодействии организма и среды, сообществе организмов, экосистемах;
- о законах развития популяций;
- об основных методах защиты окружающей среды, рационального природопользования;
- о биосфере, направлении эволюции биосферы;
- о математическом, физическом, химическом и биологическом моделировании.
Умения:
- адаптировать методы фундаментальных наук для анализа экологических проблем;
- использовать знание основных законов экологии в решения конкретных экологических проблем;
- решать обыкновенные дифференциальные уравнения;
- составлять уравнений, описывающих несложные процессы в экологических системах;
- основных подходах при разработке моделей явлений и объектов.
Навыки:
- методами экологического анализа процессов профессиональной
деятельности;
- работы с компьютером и современным ПО;
- программирования.
2.3. Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания,
умения и навыки, формируемые данной учебной дисциплиной:
- Радиоэкологический мониторинг, Преддипломная практика, Дипломная работа
5
III. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: типы экологических систем; основные подходы к изучению экологических
систем; простейшие модели экологических систем и пределы их применимости; методы
математического моделирования
Уметь: самостоятельно проводить анализ изучаемой экологической системы, выявлять связи между экологической системой и окружающей средой, а также связи между
различными организмами внутри экосистемы; составлять уравнения, описывающие эти
связи.
Владеть: навыками построения простейших моделей экологических систем, реализации этих моделей на компьютере в одной из современных сред программирования
IV. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Содержание модулей дисциплины
№
модуля
Наименование
модуля
Модели экологических систем
1
2
Разработка визуальных приложений в среде MS Visual
Studio 2008
Содержание модуля
Форма
текущего
контроля
Понятия биосферы, экологии, экологических сис- контем, модели. Задачи моделирования экосистем.
трольная
Простейшие модели: модель Мальтуса и модель работа
Ферхюльста. Пределы применимости простейших моделей.
Принцип Либиха. Модель Моно.
Модель замкнутой системы и хемостата. Смена
факторов лимитирования. Учет влияния физических
факторов среды на рост популяций
Моделирование конкурентных отношений в сообществах. Модель конкуренции двух видов за два источника питания
Моделирование систем типа «хищник-жертва»
Развитие и эволюция экосистем. Понятие сукцессии.
Автоколебательные и автостохастические процессы
в модельных экосистемах
Моделирование видов в экосистеме.
Основные операторы языка C#.
Основы разработки визуальных приложений в среде
программирования MS Visual Studio 2008.
Использование элемента отображения графиков
функций TeeChart.
Способы отображения графических примитивов в
среде MS Visual Studio 2008.
6
защита
лабораторных
работ
4.2. Структура дисциплины. Общая трудоемкость дисциплины составляет 36 часов.
Вид работы
Общая трудоемкость
Аудиторная работа:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа:
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)1
Расчетно-графическое задание (РГЗ)
Реферат (Р)
Эссе (Э)
Самостоятельное изучение модулей
Контрольная работа (К)2
Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных
пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.),
Подготовка и сдача экзамена3
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Трудоемкость, часов
9 сеВсего
местр
85
85
36
36
18
18
18
18
49
49
-
49
49
зачет
-
Модули дисциплины, изучаемые в 9 семестре
Количество часов
№
модуля
Наименование модуля
Всего
Аудиторная
работа
Л
ПЗ
ЛР
Внеауд.
работа
СР
1
Модели экологических систем
60
12
-
12
36
2
Разработка визуальных приложений в среде
MS Visual Studio 2008
25
6
-
6
13
Итого:
85
18
-
18
49
1
На курсовой проект (работу) выделяется не менее одной зачетной единицы трудоемкости (36 часов)
Только для заочной формы обучения
3
При наличии экзамена по дисциплине
2
7
4.3. Лабораторные работы
№
ЛР
№
модуля
1
2
Разработка приложения для отображения графика функций
2
2
2
Разработка приложения для отображения миграции особей в
области их обитания
4
3
1
Разработка компьютерной модели размножения особей по
закону Мальтуса с графической визуализацией
4
4
1
Модернизация компьютерной модели размножения особей
для случая ограниченных питательных ресурсов
4
5
1
Моделирование систем типа «хищник-жертва»
4
Наименование лабораторных работ
Кол-во
часов
V. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Все практические занятия проводятся в интерактивной форме: студенты при решении задач аргументируют ход своего решения, решение обсуждается всеми студентами.
50 % - интерактивных занятий от объема аудиторных занятий
Семестр
Вид занятия
(Л, ПР, ЛР)
Л
9
ПР
ЛР
Итого:
Используемые интерактивные образовательные технологии
дискуссия
компьютерная симуляция
Количество
часов
18
18
36
VI. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ
И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
Примерные вопросы контрольной работы по модулю 1
Дать развернутое определение следующим терминам:
1. Экология
2. Популяция
3. Сообщество
4. Экологическая система
5. Биосфера
6. Системный анализ
7. Модель
8. Этапы системного анализа
9. Логистическая кривая
10. Принцип Либиха
11. Принцип конкурентного исключения Вольтерра-Гаузе
12. Сукцессия
8
Записать следующие формулы и дать пояснения к каждой величине в этих формулах
Закон Мальтуса
Формула Моно
Уравнение роста популяции на основе принципа Либиха и формулы Моно
Анализ устойчивости состояний на примере экосистемы «1 вид - 1 источник питания»
5. Уравнения динамики экосистемы из двух видов, конкурирующих за один ресурс питания
6. Уравнения модели элементарной (без насыщения) системы «1 хищник – 1 жертва».
Равновесные решения. Устойчивость. Фазовый портрет системы. Период колебаний.
7. Уравнения модели системы с насыщением «2 хищника – 2 жертвы – 1 ресурс питания жертвы». Возможность автоколебательных и автостохастических процессов.
1.
2.
3.
4.
VII. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 Основная литература.
1. Алексеев В.В., Крышев И.И., Сазыкина Т.Г. Физическое и математическое моделирование экосистем/ СПб: Гидрометеоиздат, 1992.
2. Авдин В.В. Математическое моделирование экосистем: Учебное пособие. - Челябинск:
Изд-во ЮУрГУ, 2004.
3. Вронский В.А. Прикладная экология: Учеб. пособие. – Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 1996. – 509с.
4. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. – М.: Мир, 1981.
– 256 с.
7.2 Дополнительная литература.
1. Горелов А.А. Экология – наука – моделирование. – М.: Наука, 1985. – 207 с.
2. Касти Дж. Большие системы. Связность, сложность и катастрофы. – М.: Мир, 1982. –
216 с.
3. Компьютерная биометрика / Под ред. В.Н. Носова. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 232 с.
4. Компьютерное моделирование. Экология / Под ред. Угольницкого Г.А. – М.: «Вузовская
книга», 2000. – 120 с.
5. Ляпунов А.А. О построении математической модели балансовых соотношений в экосистеме тропических районов океана // Функционирование пелагических сообществ тропических районов океана. – М.: Наука, 1971. С. 85–107.
6. Меншуткин В.В. Математическое моделирование популяций и сообществ водных животных. – Л.: Наука, 1971. – 196 с.
7.3.
Программное
обеспечение
коммуникационных технологий
современных
информационно-
Среда программирования MS Visual Studio 2008.
VIII. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
8.1. Учебно-лабораторное оборудование
Компьютерный класс на кафедре
8.2. Программные средства
Среда программирования MS Visual Studio 2008.
9