М3.ДВ.1 Проблемы уст.развития биосферы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФБиБТ
__________/В.А. Сапожников
«___» _________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина
М3. ДВ.1 «Проблемы устойчивого развития биосферы»
Укрупненная группа
Направление
010000 «Физико-математические науки»
020400.68 «Биология»
Магистерская программа 020400.68.03 Биофизика
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра биофизики
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Красноярск
2011
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по укрупненной группе
020000 Естественные науки направления 020400.68 «Биология»
Программу составил: ________________ доцент Межевикин В.В.
Заведующий кафедрой _______________ профессор Кратасюк В.А
«_____»_______________201_г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры биофизики
«______» _________________ 201_ г. протокол № ______
Заведующий кафедрой _____________________ проф. Кратасюк В.А.
Дополнения и изменения в учебной программе на 201 __/201__ учебный год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения: _____________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры _______
«____» _____________ 201__г. протокол № ________
Заведующий кафедрой ______________________________________________
(фамилия, и.о., подпись)
Внесенные изменения утверждаю:
Директор ИФБиБТ Сапожников В.А. __________________________
1 Цели и задачи изучения дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью данного курса является ознакомление учащихся с проблемами
глобального развития человеческой цивилизации в контексте биосферной
динамики. В основу курса положен принцип экспериментального и
теоретического моделирования биосферных процессов и биосферы в целом.
Целостность восприятия материала обеспечивается постоянным прописыванием
связей конкретной темы с конечной целью биосферных исследований –
преодолением глобального экологического кризиса.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Задачи изучения дисциплины заключаются:
- в формировании у магистрантов системного представления об
организации биосферных и составляющих их экосистемных процессов;
- в ознакомлении с истоками конфликта человеческой цивилизации с живой
природой и возможными подходами к обеспечению устойчивого развития
системы "биосфера-человечество";
- в создании представлений о возможностях естественных наук в
преодолении биосферного кризиса и границах их применимости;
- в формировании понимания необходимости мультисистемного подхода к
решению проблем глобального развития, включающего не только
естественнонаучные и инженерные, но и гуманитарные дисциплины, и ряд
других сфер деятельности человека.
В результате изучения дисциплины магистрант должен:
знать: принципы функционирования биосферы, причины возникновения
глобального кризиса, особенности описания экосистем.
уметь: вычислять степень замкнутости моделей экосистем, оценивать
экологические последствия внедрения новых технологий.
владеть: причинно-следственным анализом последствий принятия решений
в области экологической безопасности.
Задачей
компетенций:
изучения
дисциплины
является
формирование
следующих
ОК-1: способен к творчеству (креативность) и системному мышлению;
ОК-2: способен к инновационной деятельности;
ОК-3: способен к адаптации и повышению своего научного и культурного
уровня;
ОК-6: способен самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания и
умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со
сферой деятельности;
ПК-1: понимает современные проблемы биологии и использует
фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной
деятельности для постановки и решения новых задач.
ПК-2: знает и использует основные теории, концепции и принципы в избранной
области деятельности, способен к системному мышлению.
ПК-3: самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет
фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет полевые, лабораторные
биологические исследования при решении конкретных задач по специализации
с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств,
демонстрирует ответственность за качество работ и научную достоверность
результатов.
ПК-4: демонстрирует знание истории и методологии биологических наук,
расширяющие общепрофессиональную, фундаментальную подготовку.
ПК-6: творчески применяет современные компьютерные технологии при сборе,
хранении, обработке, анализе и передаче биологической информации.
ПК-10: глубоко понимает и творчески использует в научной и производственнотехнологической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов
специальных дисциплин магистерской программы.
ПК-11: умеет планировать и реализовывать профессиональные мероприятия (в
соответствии с целями магистерской программы).
ПК-12: применяет методические основы проектирования и выполнения полевых
и лабораторных биологических и экологических исследований с
использованием современной аппаратуры и вычислительных комплексов (в
соответствии с целями магистерской программы), генерирует новые идеи и
методические решения.
1.3 Межпредметная связь
Для изучения данной дисциплины необходимы знания из разделов
экологии, биофизики, математической биофизики.
2 Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего
зачетных
единиц
(часов)
Семестр
2 (72ч)
0,88 (32 ч)
0,27 (10 ч)
0,61 (22 ч)
1,11 (40 ч)
1,11 (40 ч)
зачет
2 (72ч)
0,88 (32 ч)
0,27 (10 ч)
0,61 (22 ч)
1,11 (40 ч)
1,11 (40 ч)
зачет
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия:
лекции
практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
Вид промежуточного контроля (зачет,
экзамен)
11
3 Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах
(тематический план занятий)
№
п/п
1.
2.
Самостоятель
Реализуе
ная работа
мые
зачетных
компетен
единиц
ции
(часов)
Лекции
зачетных
единиц
(часов)
ПЗ или СЗ
зачетных
единиц
(часов)
Модуль 1.
Ключевые
проблемы
обеспечения
устойчивого
развития биосферы
0,07
(2,5 ч)
0,16
(6 ч)
Модуль 2.
Экспериментальные
биосферы
0,07
(2,5 ч)
0,16
(6 ч)
0,27 (10 ч)
Модули и разделы
дисциплины
модели
0,27 (10 ч)
3.
Модуль 3.
Теоретические модели
биосферы и
биосфероподобных систем
0,07
(2,5 ч)
0,14
(5 ч)
0,27 (10 ч)
4.
Модуль 4.
Задачи обеспечения
устойчивости биосферы и
составляющих ее экосистем.
Оптимальное
природопользование
0,07
(2,5 ч)
0,14
(5 ч)
0,27 (10 ч)
3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса
ОК-1,
ОК-2,
ОК-3,
ОК-6,
ПК-1,
ПК-2,
ПК-3,
ПК-4,
ПК-6,
ПК-10,
ПК-11,
ПК-12
Модуль 1.
биосферы
Ключевые
проблемы
обеспечения
устойчивого
развития
Тема 1.1. Прогнозы Мальтуса и римского клуба. Глобальный экологический кризис, его
проявления и истоки. О возможности гармонии человека и природы. Объективная природа
конфликта между обеспечением приемлемого качества жизни и сохранением биосферы.
Границы применимости естественно-научного подхода в решении биосферных проблем.
Задачи биосферных исследований.
Тема 1.2. Гипотезы о происхождении жизни и первичной биосферы Земли. Ключевые этапы
развития биосферы. Особенности состояния биосферы в последние тысячелетия и в настоящее
время. Идеи Вернадского о биосфере и роли круговорота веществ в обеспечении длительного
существования биосферы. Замкнутость как характерное свойство природных и искусственных
экосистем. Подходы к оценке замкнутости.
Тема 1.3. Конференция 1992 года в Рио-де-Жанейро. Концепция устойчивого развития
общества и биосферы. Киотский протокол. Научные задачи, решение которых необходимо для
реализации
концепции
устойчивого
развития.
Необходимость
в
комплексном
междисциплинарном подходе к проблеме преодоления глобального экологического кризиса и
обеспечения устойчивого развития человечества.
Модуль 2. Экспериментальные модели биосферы.
Тема 2.1. Необходимость изучения компонентов биосферы и взаимодействий между ними для
обеспечения прогнозов глобальной динамики. Роль моделей и моделирования в изучении
свойств биосферы. Определение модели. Необходимость в построении и исследовании
экспериментальных моделей биосферы. Высокая замкнутость круговорота веществ - ключевое
отличие биосферы от локальных экосистем. Требования к экспериментальным моделям
биосферы.
Тема 2.2. Самая грандиозная и дорогостоящая экспериментальная модель земной
«Биосфера-2». Идеи и концепции, положенные в основу создания Биосферы-2.
Биосферы-2. Запуск, протекание и исход экспериментов с Биосферой-2.
общемировоззренческое значение проекта «Биосфера-2». Вклад проекта в
механизмов устойчивости земной биосферы.
биосферы –
Устройство
Научное и
понимание
Тема 2.3. Идеи и концепции, положенные в основу создания экспериментальной системы
жизнеобеспечения (СЖО) серии «Биос». Результаты экспериментов. Главный результат
проекта «Биос» - экспериментальное доказательство возможности длительного обеспечения
жизни человека с помощью биологической системы жизнеобеспечения. «Биос-3» как модель
земной биосферы.
Тема 2.4. Американская экспериментальная СЖО JSC-CELSS. Японская экспериментальная
СЖО CEEF. СЖО MELISSA Европейского космического агентства. Немецкая установка
CEBAS. Вклад этих установок в изучение свойств земной биосферы.
Модуль 3. Теоретические модели биосферы и биосфероподобных систем.
Тема 3.1. Сетевое представление сложных систем, включая экологические сообщества.
Мера замкнутости круговорота веществ в экосистеме. Известные коэффициенты замыкания и
присущие им недостатки. Универсальный коэффициент замкнутости. Влияние
замкнутости экосистемы на ее устойчивость. Корректная обработка результатов экспериментов
с высокозамнутыми СЖО.
Тема 3.2. Дискретные модели популяции. Динамические режимы в дискретных моделях
популяции. Зависимость горизонта прогноза динамики популяции от вариации начальных
условий и ошибки определения параметров модели.
Тема 3.3. Простейшие непрерывные модели экосистем. Гашение «вспышек численности» в
модели Лотка-Вольтерра как демонстрация необычного, с точки зрения «здравого смысла»
отклика экосистемы на антропогенное воздействие.
Тема 3.4. Проблема определения границ устойчивости экосистемы к внешнему воздействию –
оценка эластичности экосистемы. Модель разрушения биоты под действием
промышленных выбросов. Пороговость отклика экосистемы на внешнее воздействие, как
источник повышенного риска экологических катастроф.
Тема 3.5. Модели жесткого и адаптивного метаболизма организмов, составляющих
трофические уровни экосистем. Стехиометрические ограничения в уравнениях
баланса потоков веществ в моделях экосистем.
Тема 3.6. Подобие, как инструмент работы с уникальными системами. Теоретическое
обеспечение экспериментов с природными экосистемами и искусственными
биосферами.
Модуль 4. Задачи обеспечения устойчивости биосферы и составляющих ее
экосистем. Оптимальное природопользование
Тема 4.1. Определение границ эластичности экосистем и вычисление оптимальной
конфигурации инфраструктуры как две ключевые научные задачи. Оптимальные принципы
в проектировании замкнутых систем жизнеобеспечения и регионального
природопользования. Зависимость оптимальной конфигурации природопользования от
выбранных критериев. Необходимость использования в оптимизационных моделях
комплексных критериев, учитывающих социальные, экономические и др. критерии в
дополнение к экологическим критериям.
Тема 4.2. О существовании ненулевого минимума экологического ущерба от
использования технологий. Оценка интегральной экологической цены предметов
потребления и услуг.
Тема 4.3. Принцип наихудшего сценария и минимальные модели биосферы. Долгосрочные
прогнозы динамики биосферы в зависимости от глобального антропогенного воздействия.
Влияние выбранных стандартов качества жизни и способов его обеспечения на динамику
биосферы.
Тема 4.4. Возможные исходы стратегической игры человечества с природой. Оптимальная
глобальная стратегия в условиях высокой неопределенности прогнозов. Граница возможностей
научного подхода в снятии проблемы глобального кризиса. Социальные, психологические,
экономические и демографические аспекты обеспечения устойчивого развития человечества.
3.3 Практические занятия
№
п/п
1.
№ раздела
дисциплины
Модуль 1.
Ключевые проблемы
обеспечения
устойчивого
развития биосферы
Наименование практических занятий,
объем в часах
Тема 1.2. Гипотезы о происхождении жизни и первичной
биосферы Земли. Ключевые этапы развития биосферы.
Особенности состояния биосферы в последние тысячелетия и
в настоящее время. Идеи Вернадского о биосфере и роли
круговорота веществ в обеспечении длительного
существования биосферы. Замкнутость как характерное
свойство природных и искусственных экосистем. Подходы к
оценке замкнутости.
(аудиторные часы - 0,16 (6 ч)
2.
Модуль 2.
Тема 2.3. Идеи и концепции, положенные в основу создания
Экспериментальные экспериментальной системы жизнеобеспечения (СЖО) серии
модели биосферы.
«Биос». Результаты экспериментов. Главный результат
проекта «Биос» - экспериментальное доказательство
возможности длительного обеспечения жизни человека с
помощью биологической системы жизнеобеспечения. «Биос3» как модель земной биосферы.
Тема 2.4. Американская экспериментальная СЖО JSC-CELSS.
Японская экспериментальная СЖО CEEF. СЖО MELISSA
Европейского космического агентства. Немецкая установка
CEBAS. Вклад этих установок в изучение свойств земной
биосферы.
(аудиторные часы - 0,16 (6 ч)
3.
Модуль 3.
Теоретические
модели биосферы и
биосфероподобных
систем
Тема 3.2. Дискретные модели популяции. Динамические
режимы в дискретных моделях популяции. Зависимость
горизонта прогноза динамики популяции от вариации
начальных условий и ошибки определения параметров
модели.
Тема 3.3. Простейшие непрерывные модели экосистем.
Гашение «вспышек численности» в модели Лотка-Вольтерра
как демонстрация необычного, с точки зрения «здравого
смысла» отклика экосистемы на антропогенное воздействие.
Тема 3.4. Проблема определения границ устойчивости
экосистемы к внешнему воздействию – оценка эластичности
экосистемы. Модель разрушения биоты под действием
промышленных выбросов. Пороговость отклика
экосистемы на внешнее воздействие, как источник
повышенного риска экологических катастроф.
(аудиторные часы – 0,14 (5 ч))
4.
Модуль 4.
Задачи обеспечения
устойчивости
биосферы и
составляющих ее
экосистем.
Оптимальное
природопользование
Тема 4.3. Принцип наихудшего сценария и минимальные
модели биосферы. Долгосрочные прогнозы динамики
биосферы в зависимости от глобального антропогенного
воздействия. Влияние выбранных стандартов качества жизни
и способов его обеспечения на динамику биосферы.
(аудиторные часы – 0,14 (5 ч))
3.4 Лабораторные занятия
Учебным планом не предусмотрено.
3.5 Самостоятельная работа
Самостоятельная работа по курсу включает самостоятельное изучение
теоретического материала для подготовки к семинарам и подготовку реферата.
Организация самостоятельной работы производиться в соответствии с
графиком учебного процесса и самостоятельной работы (Приложение 1).
Самостоятельное изучение теоретического материала проводится в рамках
модулей по следующим темам:
Модуль 1.
биосферы
Ключевые
проблемы обеспечения
устойчивого
развития
Тема 1.2. Гипотезы о происхождении жизни и первичной биосферы Земли. Ключевые этапы
развития биосферы. Особенности состояния биосферы в последние тысячелетия и в настоящее
время. Идеи Вернадского о биосфере и роли круговорота веществ в обеспечении длительного
существования биосферы. Замкнутость как характерное свойство природных и искусственных
экосистем. Подходы к оценке замкнутости.
(часы для самостоятельного изучения - 0,27 (10 ч))
Модуль 2. Экспериментальные модели биосферы.
Тема 2.3. Идеи и концепции, положенные в основу создания экспериментальной системы
жизнеобеспечения (СЖО) серии «Биос». Результаты экспериментов. Главный результат
проекта «Биос» - экспериментальное доказательство возможности длительного обеспечения
жизни человека с помощью биологической системы жизнеобеспечения. «Биос-3» как модель
земной биосферы.
Тема 2.4. Американская экспериментальная СЖО JSC-CELSS. Японская экспериментальная
СЖО CEEF. СЖО MELISSA Европейского космического агентства. Немецкая установка
CEBAS. Вклад этих установок в изучение свойств земной биосферы.
(часы для самостоятельного изучения - 0,27 (10 ч))
Модуль 3. Теоретические модели биосферы и биосфероподобных систем.
Тема 3.2. Дискретные модели популяции. Динамические режимы в дискретных моделях
популяции. Зависимость горизонта прогноза динамики популяции от вариации начальных
условий и ошибки определения параметров модели.
Тема 3.3. Простейшие непрерывные модели экосистем. Гашение «вспышек численности» в
модели Лотка-Вольтерра как демонстрация необычного, с точки зрения «здравого смысла»
отклика экосистемы на антропогенное воздействие.
Тема 3.4. Проблема определения границ устойчивости экосистемы к внешнему воздействию –
оценка эластичности экосистемы. Модель разрушения биоты под действием
промышленных выбросов. Пороговость отклика экосистемы на внешнее воздействие, как
источник повышенного риска экологических катастроф.
(часы для самостоятельного изучения - 0,27 (10 ч))
Модуль 4. Задачи обеспечения устойчивости биосферы и составляющих ее
экосистем. Оптимальное природопользование
Тема 4.3. Принцип наихудшего сценария и минимальные модели биосферы. Долгосрочные
прогнозы динамики биосферы в зависимости от глобального антропогенного воздействия.
Влияние выбранных стандартов качества жизни и способов его обеспечения на динамику
биосферы.
(часы для самостоятельного изучения - 0,27 (10 ч))
Написание и защита рефератов.
Написание рефератов является необходимым элементом учебного
процесса. Основной целью выполнения данной работы является развитие
мышления и творческих способностей студента. В процессе выполнения
реферата у студента должны сформироваться следующие компетенции:
– применение методов научного познания;
– владение методологией обучения, постановки и разрешения проблем;
– способности к самоорганизации, организации и планированию;
– навыки работы с компьютером, умение использовать современные
информационные технологии (справочные системы, Интернет и др.) для
получения доступа к источникам информации, хранения и обработки данных;
– навыки управления информацией и приемы информационно-описательной деятельности;
– навыки грамотной письменной и устной речи.
Написание реферата требует самостоятельности и творческого подхода.
Основной целью работы является раскрытие одной из тем, предложенных
преподавателем или выбранных самим студентом по согласованию с
преподавателем. Тему реферата студент выбирает самостоятельно из
представленных в списке (или предлагает свою) и утверждает у преподавателя в
течение первых двух недель обучения. Основа реферата выполняется с
использованием учебной и научной литературы и обязательно подкрепляется
материалами из научных статей журналов, которые доступны на сайтах научных
баз данных, поисковых систем, издательств, в том числе и на сайте научной
библиотеки СФУ (www.lib.sfu-kras.ru).
Студенты должны выполнить реферат по одной из следующих тем:
1. Взгляды В.И.Вернадского на превращение Биосферы в Ноосферу в
результате деятельности человечества
2. Анализ эволюционных механизмов возникновения человечества как
биологического вида
3. Проблемы химического загрязнения окружающей среды в результате
хозяйственной деятельности человечества
4. Проблема теплового загрязнения биосферы в результате деятельности
человечества
5. Проблемы обеспечения замкнутости химических потоков веществ,
возникающих в результате деятельности человечества
6. Пути защиты Биосферы от космических угроз
7. Проблемы лечения разных типов заболеваний людей в ХХI веке
8. Анализ возможных путей устойчивого социально-экономического
развития человечества
9. Анализ возможностей математического моделирования для обнаружения
отрицательных тенденций в развитии человечества
Реферат должен быть оформлен в соответствии с требованиями оформления
студенческих текстовых документов. Объем реферата должен составлять 20-30
страниц.
Структура реферата
Реферат включает следующие структурные элементы:
1. Титульный лист. С него начинается нумерация страниц, но номер не
ставится. Номера страниц начинают печатать с первой страницы раздела
«Введение». Титульный лист оформляется аналогично титульному листу
курсовой работы: указывают наименование высшего учебного заведения;
факультет, кафедру, где выполнялась работа; название работы; фамилию и
инициалы студента; ученую степень и ученое звание, фамилию и инициалы
преподавателя; город и год выполнения работы.
2. Содержание. В содержании представлены названия всех разделов и
подразделов работы, каждое из которых печатается с новой строки. В конце
строки ставится номер страницы, на которой напечатана данная рубрика в
тексте. Номера страниц печатаются вблизи правого поля, все на одинаковом
расстоянии от края страницы. Следует обратить внимание, что названия
разделов и подразделов в оглавлении должно точно соответствовать заголовкам
текста.
3. Введение. Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой
темы, пути развития на современном этапе, имеющиеся проблемы и способы их
разрешения. Объём данного раздела не должен превышать одной страницы.
4. Обзор литературы. В данном разделе излагаются теоретические основы
по выбранной тематике. Изложение должно вестись в форме теоретического
анализа проработанных источников применительно к выполняемой теме,
логично, последовательно и грамотно. При необходимости данный раздел
может состоять из отдельных подразделов. Из содержания теоретического
обзора должно быть видно состояние изученности темы в целом и отдельных ее
вопросов.
5. Заключение. Представляет собой краткое обобщение (2–3 абзаца)
приведенных данных.
6. Библиографический список. Оформляется в соответствии с
существующими требованиями.
7. Приложения.
Оформление реферата должно соответствовать межгосударственному
стандарту ГОСТ 7.32-2001, устанавливающему общие требования к структуре и
правилам оформления научных и технических отчетов.
Реферат должен сопровождаться библиографическим списком, который
составляют в соответствии с ГОСТ 7.12003 «Библиографическая запись.
Библиографическое описание. Общие требования и правила составления».
Защита реферата проводится, начиная с 12-й недели семестра во время
семинарских занятий. Для защиты реферата студент готовит презентационные
материалы,
оформленные
в
виде
последовательности
слайдов,
демонстрируемых на экранах для аудитории слушателей. При подготовке
рефератов и презентаций рекомендуется использовать лицензионное
программное обеспечение СФУ, которое представлено в каталоге.
3.6 Содержание модулей дисциплин при использовании системы зачетных
единиц
См. Приложение 2.
4 ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Помимо посещения лекций предусматривается самостоятельная работа
студентов с возможностью доступа к базе Электронного каталога и
полнотекстовой базе данных внутривузовских изданий (http://lib.sfu-kras.ru/);
ресурсам
Виртуальных
читальных
залов
(http://lib.sfukras.ru/eresources/virtual.php); к УМКД (http://lib.sfu-kras.ru/ecollections/umkd.
php); к видеолекциям и учебным фильмам университета (http://tube.sfu-kras.ru/); к
учебно-методическим материалам институтов (сайт Института фундаментальной
биологии и биотехнологии - http://bio.sfu-kras.ru/).
Самостоятельная работа студентов подкреплена учебно-методическим и
информационным обеспечением, включающим учебники, учебно-методические
пособия, конспекты лекций, руководства и инструкции по работе с программным
обеспечением, приведенными в п.5 настоящего издания.
К учебно-методическим материалам Института фундаментальной биологии
и биотехнологии (ИФБиБТ) студенты имеют доступ через официальный сайт
института - http://bio.sfu-kras.ru/, раздел «Образование», учебно-методические
материалы в электронном виде – http://bio.sfu-kras.ru/?page=482.
Студентам обеспечен свободный доступ к личному кабинету преподавателя
на сайте Института фундаментальной биологии и биотехнологии (http://bio.sfukras.ru/?page=498). В личном кабинете размещаются презентации, учебнометодические материалы, промежуточные задания и вопросы к экзамену. Так же
в личном кабинете организуется обмен материалами и консультации при
самостоятельной работе студентов и выполнении практических заданий и
подготовке презентаций.
Активному формированию основных компетенций обучающегося по данной
дисциплине способствует проведение практических занятий в виде семинаров.
Активизация творческой деятельности студентов происходит при выполнении
творческих заданий (что относится к интерактивным формам обучения).
Например, выполнение перевода научной статьи с английского языка позволяет
студенту не только пополнить знания по предмету, но и ощутить свою
включённость в мировое научное сообщество. Студенту предоставляется выбор:
использовать предлагаемую преподавателем статью или ту, что заинтересовала
его самого по данной проблеме.
Удельный вес интерактивных форм обучения по дисциплине составляет 50
% аудиторных занятий, лекции составляют 50 % аудиторных занятий.
5 Учебно-методические материалы по дисциплине
5.1 Основная и дополнительная литература, информационные
ресурсы
Основная литература:
1. Акимова, Т. А. Экология. Человек - Экономика - Биота - Среда: учебник
для вузов : рекомендовано Министерством образования РФ и Учебно-
методическим центром "Профессиональный учебник" / Т. А. Акимова, В. В.
Хаскин. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : ЮНИТИ-ДАНА, 2008. - 495 с. (15
экз.)
2. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем
[Текст] = Problems of Ecological Monitoring and Ecosystem Modelling - Москва :
Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, Том 23 /
редкол.: Ю. А. Израэль, С. М. Семенов, В. А. Абакумов. - 2010. - 334 с. (1 экз.)
3. Путь в синергетику: экскурс в десяти лекциях / Б. П. Безручко, А. А.
Короновский [и др.] ; предисл.: С. Миров, Г. Г. Малинецкий. - Изд. 2-е. - Москва
: URSS : ЛИБРОКОМ, 2010. - 303 с. (2 экз.)
4. Вернадский, В. И. Избранные труды / В. И. Вернадский ; сост., авт. вступ.
ст. и коммент. Г. П. Аксенов ; Ин-т обществ. мысли. - М. : РОССПЭН, 2010. 742 с. (1 экз.)
5. Данилов-Данильян, В. И. Перед главным вызовом цивилизации. Взгляд из
России: монография / В. И. Данилов-Данильян, К. С. Лосев, И. Е. Рейф ;
Российская академия наук [РАН]. Институт водных проблем, Российская
академия наук [РАН]. Всероссийский институт научной и технической
информации [ВИНИТИ]. - Москва : ИНФРА-М, 2009. - 223 с. (2 экз.)
6. Суховольский, В. Г. Оптимизационные модели межпопуляционных
взаимодействий: [монография] / В. Г. Суховольский, Т. Р. Исхаков, О. В.
Тарасова ; отв. ред. Р. Г. Хлебопрос ; Российская академия наук [РАН].
Сибирское отделение [СО]. Институт леса им. В.Н. Сукачева, Российская
академия наук [РАН]. Сибирское отделение [СО]. Красноярский научный центр
[КНЦ]. Президиум. Международный научный центр исследований
экстремальных состояний организма, Сиб. федерал. ун-т. - Новосибирск : Наука,
2008. - 161 с. (1 экз.)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Дополнительная литература:
У.Бек, Общество риска. На пути к модерну, М.: Прогресс-Традиция, 2000.-384
с.
Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д. Глобальная минимальная модель
многолетней динамики углерода в биосфере //ДАН // 2005, т.401, №2.
Будыко М. И. Эволюция биосферы. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984.- C.487
Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера, М.: Наука, 1994.
Ковров Б.Г. Искусственные микроэкосистемы с замкнутым круговоротом
веществ как модель биосферы. В сб.: Биофизика клеточных популяций и
надорганизменных систем, Новосибирск: Наука. Сиб.Отд., 1992.- C.62-70.
Крапивин В.Ф., Свирежев Ю.М., Тарко А.М. Математическое моделирование
глобальных биосферных процессов. М., Наука, 1982.- C.272.
Моисеев Н.Н. Современный рационализм. МГВП КОКС, 1995, 376 с.
Одум Ю. Экология, М.: Мир, 1986, т.1. - 328 с. т.2. – С.376.
9. Свирежев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость биологических сообществ. М.:
Наука ФМЛ, 1978, 352 с.
10. Свирежев Ю.М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы
в экологии. М.: Наука ФМЛ, 1987, 366 с.
11. Хлебопрос Р.Г., Фет А.И. Природа и общество: модели катастроф.
Новосибирск: "Сибирский хронограф", 1999, 343 с.
Электронные ресурсы:
1. Bionanotechnology: Global Prospects. Editor: D. E. Reisner, CRC Press, 2009, 345
pp. Режим доступа: http://lib2.sfu-kras.ru/elib/b28/0234104.pdf
2. Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный ресурс] :
электрон. учеб. пособие / Н. А. Войнов [и др.] ; Сиб. федерал. ун-т. - Версия
1.0. - Электронные данные (PDF ; 10 976 Кб). - Красноярск : ИПК СФУ, 2009.
- 418 on-line. - (Современные проблемы и методы биотехнологии : УМКД №
1323-2008 / рук. творч. коллектива Т.Г. Волова) (Электронная библиотека
СФУ. Учебно-методические комплексы дисциплин). Режим доступа:
http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/1323/u_manual.pdf
5.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и
материалов к техническим средствам обучения
Слайды для демонстрации лекционного курса по всем лекционным темам.
Видеофильм о Биосфере-2, BBC.
Компьютерные программы для самостоятельной работы магистрантов по
темам: 3.2; 3.3; 3.4; 4.3.
5.3 Контрольно-измерительные материалы
Перечень и характеристика контрольно-измерительных материалов:
1) перечень вопросов к зачету.
Форма проведения зачета: письменный и устный ответ на вопросы.
Текущая работа оценивается по итогам работы магистранта на семинарских
занятиях.
Перечень контрольных вопросов:
Прогнозы Мальтуса и Римского клуба
Проблема истинности (адекватности) математических моделей биосферы
Биосферика и экспериментальные модели замкнутых экосистем и СЖО
Модели жесткого и адаптивного метаболизма организмов, составляющих
трофические уровни экосистем
5. Ключевые этапы эволюции жизни и развития биосферы
6. Теоретическое обеспечение экспериментов с природными экосистемами и
искусственными биосферами
7. Особенности состояния биосферы в последние тысячелетия и в настоящее
время
1.
2.
3.
4.
8. Оптимальные принципы в проектировании замкнутых систем
жизнеобеспечения
9. Границы применимости естественнонаучного подхода в решении
биосферных проблем
10.Особенности обработки экспериментальных данных, полученных на ЗЭС
11.Глобальный кризис в развитии человечества. Его проявления и истоки
12.Связь коэффициента замкнутости с устойчивостью стационарного
состояния экосистемы
13.Идеи Вернадского о биосфере и роли круговорота веществ в обеспечении
длительного существования биосферы.
14.Подобие, как инструмент работы с уникальными системами
15.Биологическая система жизнеобеспечения БИОС-3
16.Красноярская концепция происхождения жизни
17.Биосфера-2. Концепция, положенная в основу системы Биосфера-2, и
результаты ее реализации
18.Основные опасности, стоящие перед человечеством
19.Замкнутость как главное необходимое условие длительного существования
изолированных по веществу природных и искусственных экосистем.
Подходы к оценке замкнутости
20.Концепция происхождения Homo sapiens
21.Замкнутость и принципы оптимального природопользования
22.Минимальная модель биосферы и катастрофические режимы
23.Задачи биосферных исследований и технические средства их выполнения
24.Проблема Дарвина-Вернадского и пути её решения
25.Структура модели World 3 и возможные варианты её решения.
26.Вариационное исчисление и вариационные принципы Лагранжа и
Гамильтона
27.Концепция устойчивого развития и возможные пути её реализации
28.Линейное программирование как инструмент реализации принципов
оптимальности.
29.Принципы организации коллективного функционирования человеческого
общества
30.Универсальный коэффициент замкнутости
31.Экономические и политические циклы в историческом развитии
человеческих обществ
32.Модель разрушения биоты под действием промышленных выбросов
6 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОГО
ПРОЦЕССА ПО ДИСЦИПЛИНЕ В СИСТЕМЕ ЗАЧЕТНЫХ ЕДИНИЦ
В соответствии с «Положением об организации учебного процесса в
Сибирском федеральном университете с использованием зачетных единиц
(кредитов) и балльно-рейтинговой системы» организация учебного процесса с
использованием системы зачетных единиц (з.е.) и балльно-рейтинговой системы
(БРС) характеризуется следующими особенностями:
 использование Европейской системы переноса и накопления зачетных
единиц (кредитов ECTS) и БРС для оценки успешности освоения студентами
учебных дисциплин;
 использование основных инструментов ECTS: Учебного договора
«Learning agreement», программы курсов «Course Catalogue», зачетной книжки
«Transcript of Records»;
 полная обеспеченность учебного процесса всеми необходимыми
методическими материалами в печатной и электронной формах: учебниками,
методическими пособиями, учебно-электронными материалами, доступом к
локальным и глобальным сетевым образовательным ресурсам;
 вовлечение в учебный процесс академических консультантов (тьюторов),
содействующих студентам в формировании индивидуального учебного плана и
контролирующих регистрацию учебных достижений;
 личное участие каждого студента в формировании своего
индивидуального учебного плана на основе большой свободы выбора дисциплин.
Трудоемкость всех видов учебной работы в планах бакалавров и
специалистов устанавливается в з.е., как правило, 1 з.е. = 36 академическим часам
общей трудоемкости или 27 астрономическим часам. Трудоемкость всех видов
работы в учебных планах магистров устанавливается в з.е. (кредитах) и, как
правило, соответствует 30 часам общей нагрузки. Трудоемкость может
корректироваться в ходе мониторинга учебного процесса по особому регламенту.
Таким образом, зачетная единица (кредит) является условным параметром,
рассчитываемым на основе реалистичных экспертных оценок совокупных
трудозатрат среднего студента, необходимых для достижения целей обучения.
Зачетные единицы (кредиты) назначаются всем образовательным компонентам
учебного плана.
Рекомендуемые нормативы расчета трудоемкости
дисциплин и видов работы учебных планов
Наименование
Общая трудоемкость;
трудоемкость дисциплины, включающая зачет и
трудоемкость курсовых проектов (работ)
Максимальная недельная трудоемкость;
трудоемкость 1 недели практики,
трудоемкость 1 недели итоговой аттестации
Трудоемкость семестрового экзамена (3 дня
подготовки и 1 день на экзамен) при выделении этой
трудоемкости в учебном плане
Общая семестровая трудоемкость
Общая годовая трудоемкость
Расчет трудоемкости в
ЗЕ
1 з.е. = 36 ак.час.
1,5 з.е. = 54 ак. часа
1 з.е.
30 з.е.
60 з.е.
Перевод баллов 100-балльной шкалы в их числовые коэффициенты
и буквенные оценки
Оценка
в 100балльной
шкале
84–100
67–83
50–66
0–49
Оценка
в традиционной шкале
Буквенные эквиваленты
оценок в шкале ECTS
(% успешно аттестованных)
А (отлично)
– 10%
В (очень хорошо)
– 25%
4 (хорошо)
С (хорошо)
– 30%
D (удовлетворительно) – 25%
3 (удовлетворительно)
E (посредственно)
– 10%
FX – неудовлетворительно, с
возможной пересдачей
2
F – неудовлетворительно, с
(неудовлетворительно)
повторным изучением
дисциплины
5 (отлично)
Виды контроля
Текущая аттестация – аттестация во время семестра, включающая
аттестацию на практических, семинарских занятиях, контрольных неделях,
тестирование, защиту курсовых проектов (работ).
Оценка в 100-балльной шкале за выполнение и защиту курсового проекта
(работы) может вноситься в ведомость, зачетную книжку и приложение к
диплому.
Промежуточная аттестация – аттестация в период сессии включает
зачеты и экзамены, предусмотренные учебным планом и действующим в СФУ
Положением о промежуточной аттестации. Трудоемкость промежуточной
аттестации устанавливается кафедрой в соответствии с п. 3.11 настоящего
Положения.
Неучастие в промежуточной аттестации в установленный срок без
уважительной причины приравнивается к неудовлетворительной оценке. Если
причина неучастия студента в промежуточном контрольном мероприятии
является уважительной, преподаватель переносит это мероприятие для данного
студента на другое время.
Итоговая аттестация (сдача государственных экзаменов), оценка
практик, защита дипломных проектов и работ, предусмотренные учебным
планом по направлению (специальности), осуществляются в установленном
порядке. В перечисленных видах аттестаций используется 100-балльная шкала и
учитываются отведенные учебными планами трудоемкости.
Трудоемкость дисциплины учебного плана представляется суммой
трудоемкостей всех оцениваемых видов учебной работы.
Трудоемкости могут выражаться:
 в зачетных единицах (кредитах);
 в % и/или долях общей трудоемкости.
Трудоемкости zi определенные в % от общей трудоемкости дают
максимальное количество баллов, которое студент может набрать по данному
виду учебной работы.
Максимальное количество баллов, которое студент может набрать за
текущую и промежуточную аттестации (зачет, экзамен) по дисциплине в семестре
распределяется в пропорции:
 текущая работа
– 50 баллов;
 промежуточная аттестация – 50 баллов.
Допускается решением кафедры изменение пропорции в пределах ±10 баллов,
при сохранении 100 баллов по дисциплине в целом.
Средневзвешенная оценка.
Средневзвешенная оценка (b) по дисциплине устанавливается, как сумма
оценок (bi), умноженных на трудоемкость (zi) оцениваемых видов учебной работы
за период аттестации, деленная на общую трудоемкость дисциплины за период
аттестации (округляется до целых, может принимать значения от 0 до 100):
b
b1 z1  b2 z 2    bm z m
,
z1  z 2    z m
где i = 1, 2,…., m – номера оцениваемых видов учебной работы;
m – количество оценок.
Если общую трудоемкость по дисциплине за период аттестации считать
равной 1 (z1+z2+….+zm=1), то трудоемкости zi становятся весовыми
коэффициентами оценок bi в расчете средневзвешенной оценки. Произведение
весовых коэффициентов на оценки bi дает количество баллов набираемых
студентом по данному виду работ, а сумма баллов по всем видам работ и будет
средневзвешенной оценкой.
Средневзвешенная оценка может переводиться в традиционную
четырехбальную шкалу или буквенную шкалу ECTS и выставляется:
 за период аттестации по модулю (по видам работы);
 за период аттестации по дисциплине (по модулям);
 за текущую работу в семестре по результатам прошедших аттестаций;
 за семестр в целом с учетом баллов за зачет;
 за семестр в целом с учетом баллов за экзамен;
 за учебный год и весь срок освоения основной образовательной
программы.
Если по дисциплине имеется несколько средневзвешенных оценок
(например, если дисциплина изучается несколько семестров), то итоговая
оценка по дисциплине рассчитывается также как средневзвешенная.
Таблица трудоемкости модулей (тем) и видов учебной работы в
относительных единицах приведена в Приложении 2.
По отдельным видам трудоемкость распределена следующим образом:
15 % - посещаемость лекционных занятий для обеспечения
непосредственного контакта преподавателя при изучении теоретического
материала и определения направленности самостоятельной работы;
15 % - посещение семинарских занятий для обсуждения отдельных
вопросов и тем курса, выступление с докладами, обзорами современных научных
публикаций по отдельным темам, дискуссии и др.
20% - написание и защита реферата;
50 % - сдача экзамена.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1) интерактивные доски и мультимедиа-проекторы;
2) персональные компьютеры с выходом в Интернет.
Приложение 1
ГРАФИК
учебного процесса и самостоятельной работы магистрантов по дисциплине
«Проблемы устойчивого развития биосферы»,
Института фундаментальной биологии и биотехнологии, направление 020400.68 «Биология»
на 11 семестр 201__/201_ уч. года
№
п/п
Наименование
дисциплины
1
Проблемы
устойчивого
развития биосферы
Семестр
Число часов аудиторных
занятий
Всего
11
72
По видам
Лекции – 10
Практические
– 22
Форма
контроля
зачет
Часов на
самостоятельную
работу
Всего
По видам
ТО – 44
Недели учебного процесса семестра
1
ТО
2
ТО
40
Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса
Заведующий кафедрой: _______________проф., д.б.н., Кратасюк В.А.
Директор ИФБиБТ:__________________проф., к.ф.- м.н. Сапожников В.А.
«_______» _______________________ 2011 г.
3
ТО
4
ТО
5
ТО
6
ТО
7
ТО
8
ТО
9
ТО
10
ТО
11
ТО
12
ТО
13
ТО
14
ТО
Приложение 2
Перечень модулей дисциплины
№
Наименование модуля,
п/п
срок его реализации
Перечень тем
лекционного
курса, входящих
в модуль
(Перечень тем в
соответствии
с п. 3.2)
Перечень
практических и
Перечень
семинарских
самостоятельных видов
занятий, входящих работ, входящих в модуль,
их конкретное наполнение
в модуль
(Перечень
тем в соответствии
с п. 3.3)
Тема: 1.1, 1.2, 1.3. Тема: 1.2.
(Перечень видов работ и
их содержания в
соответствии с п.3.5)
Самостоятельное
изучение теоретического
курса по темам: 1.2
1
Модуль 1.
Ключевые проблемы
обеспечения устойчивого
развития биосферы
2
Модуль 2.
Тема: 2.1, 2.2, 2.3, Тема: 2.3, 2.4.
Экспериментальные модели 2.4.
биосферы.
Самостоятельное
изучение теоретического
курса по темам: 2.3, 2.4.
3
Модуль 3.
Теоретические модели
биосферы и
биосфероподобных систем
Самостоятельное
изучение теоретического
курса по темам: 3.2, 3.3,
3.4.
4
Тема: 4.1, 4.2, 4.3, Тема: 4.3.
Модуль 4.
4.4.
Задачи обеспечения
устойчивости биосферы и
составляющих ее экосистем.
Оптимальное
природопользование
Тема: 3.1, 3.2, 3.3, Тема: 3.2, 3.3, 3.4.
3.4, 3.5, 3.6.
Самостоятельное
изучение теоретического
курса по темам: 4.3.
Реализуемые
компетенции
ОК-1,
ОК-2,
ОК-3,
ОК-6,
ПК-1,
ПК-2,
ПК-3,
ПК-4,
ПК-6,
ПК-10,
ПК-11,
ПК-12
Умения
Уметь вычислять
степень
замкнутости
моделей
экосистем,
оценивать
экологические
последствия
внедрения новых
технологий.
Знания
принципы
функционирования
биосферы,
причины
возникновения
глобального
кризиса,
особенности
описания
экосистем.
Приложение 3
5.1 Трудоемкость модулей и видов учебной работы в относительных единицах по дисциплине
«Проблемы устойчивого развития биосферы»
Института фундаментальной биологии и биотехнологии, на 11 семестр 201__/201_ уч. года
1
1.
2
Текущая работа (50 %)
Аттестация
(50 %)
Всего
3
9 сем
4
25
5
25
1.1
Модуль № 1
4 нед
8
8
1.2
Модуль № 2
4 нед
8
8
1.3
Модуль № 3
3 нед
5
5
1.4
Модуль № 4
3 нед
4
4
Итого
Сдача экзамена
Семинарские занятия
Виды текущей работы
Посещаемость лекций
Название
модульной
дисциплины
Срок реализации модуля
№
п/п
13
50
15
100
Приложение 4
Возможность доступа студентов к электронным фондам учебно-методической документации
№
Наименование
п/п
дисциплины
1
Проблемы
устойчивого
развития
биосферы
Ссылка на информационный
ресурс
http://lib2.sfukras.ru/elib/b28/0234104.pdf
Наименование
разработки в электронной форме
Bionanotechnology: Global Prospects. Editor: D. E. Reisner, CRC
Press, 2009, 345 pp.
http://files.lib.sfukras.ru/ebibl/umkd/1323/u_ma
nual.pdf
Современные проблемы и методы биотехнологии [Электронный
ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. А. Войнов [и др.] ; Сиб.
федерал. ун-т. - Версия 1.0. - Электронные данные (PDF ; 10 976 Кб).
- Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - 418 on-line. - (Современные
проблемы и методы биотехнологии : УМКД № 1323-2008 / рук.
творч. коллектива Т.Г. Волова) (Электронная библиотека СФУ.
Учебно-методические комплексы дисциплин).
Доступность
Свободный
доступ
Доступ
СФУ, по
подписке
Приложение 5
Обеспеченность учебно-методической документацией
по дисциплине «Проблемы устойчивого развития биосферы»
№
Наименован
п
ие
/
дисциплины
п
Наименование
учебников, учебно-методических, методических пособий,
разработок и рекомендаций
Акимова, Т. А. Экология. Человек - Экономика - Биота - Среда: учебник для
вузов : рекомендовано Министерством образования РФ и Учебно-методическим
центром "Профессиональный учебник" / Т. А. Акимова, В. В. Хаскин. - 3-е изд.,
перераб. и доп. - Москва : ЮНИТИ-ДАНА, 2008. - 495 с.
Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем [Текст] =
Problems of Ecological Monitoring and Ecosystem Modelling - Москва : Институт
глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, Том 23 / редкол.: Ю. А.
Израэль, С. М. Семенов, В. А. Абакумов. - 2010. - 334 с.
1
Проблемы
устойчивого
развития
биосферы
Путь в синергетику: экскурс в десяти лекциях / Б. П. Безручко, А. А.
Короновский [и др.] ; предисл.: С. Миров, Г. Г. Малинецкий. - Изд. 2-е. - Москва
: URSS : ЛИБРОКОМ, 2010. - 303 с.
Вернадский, В. И. Избранные труды / В. И. Вернадский ; сост., авт. вступ. ст. и
коммент. Г. П. Аксенов ; Ин-т обществ. мысли. - М. : РОССПЭН, 2010. - 742 с.
Данилов-Данильян, В. И. Перед главным вызовом цивилизации. Взгляд из
России: монография / В. И. Данилов-Данильян, К. С. Лосев, И. Е. Рейф ;
Российская академия наук [РАН]. Институт водных проблем, Российская
академия наук [РАН]. Всероссийский институт научной и технической
информации [ВИНИТИ]. - Москва : ИНФРА-М, 2009. - 223 с.
Суховольский, В. Г. Оптимизационные модели межпопуляционных
взаимодействий: [монография] / В. Г. Суховольский, Т. Р. Исхаков, О. В.
Тарасова ; отв. ред. Р. Г. Хлебопрос ; Российская академия наук [РАН].
Сибирское отделение [СО]. Институт леса им. В.Н. Сукачева, Российская
академия наук [РАН], Сиб. федерал. ун-т. - Новосибирск : Наука, 2008. - 161 с.
Обеспеченность
Количест
студентов учебной
во
литературой
экземпляр
(экземпляров на
ов
одного студента)
15
3,75
1
0,25
2
0,5
1
0,25
2
0,5
1
0,25