УМУ к семинарским занятиям биология

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Проблемы устойчивого развития биосферы
Методические указания к семинарским занятиям
Красноярск
СФУ
2011
Составитель: Межевикин В.В.
Методические указания составлены в соответствии с учебным планом
и программой по дисциплине «Проблемы устойчивого развития биосферы».
Пособие содержит тематический план занятий, представлены источники
основной и дополнительной литературы в соответствии с темами занятий. В
пособие даны рекомендации для подготовки к семинарам, промежуточному и
итоговому контролю.
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся
по направлению 020400.68 «Биология», магистерская программа
020400.68.03 «Биофизика».
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.
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 изучения дисциплины является формирование следующих
компетенций:
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
производственно-технологической 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 Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия:
лекции
практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
Вид промежуточного контроля (зачет,
экзамен)
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
11
2 Содержание дисциплины
2.1 Разделы дисциплины
№
п/п
Модули и разделы дисциплины
1.
Модуль 1.
Ключевые проблемы обеспечения устойчивого развития биосферы
2.
Модуль 2.
Экспериментальные модели биосферы
3.
Модуль 3.
Теоретические модели биосферы и биосфероподобных систем
4.
Модуль 4.
Задачи обеспечения устойчивости биосферы и составляющих ее экосистем.
Оптимальное природопользование
2.2 Практические занятия
Практические занятия по дисциплине «Проблемы устойчивого
развития биосферы» будут способствовать умению студентов работать с
различными видами информации с помощью компьютера и других средств
информационных и коммуникационных технологий как в ходе
образовательного процесса, так в научных исследованиях
№
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.
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.
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.
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.
Методические замечания к проведению семинарских занятий
Семинарские занятия направлены на расширение и углубление понимания
теоретических знаний и их практическое применение по курсу «Молекулярная
биология и генная инженерия». Особое внимание обращается на развитие у
студентов умений и навыков самостоятельного и критического мышления,
дискурсивных практик.
Важными задачами семинарского занятия являются:
- развитие способности к анализу и синтезу и формирование навыков
контекстной обработки информации;
- проблематизация и актуализация изучаемого материала, а также умение
обобщать на основе законспектированных научных текстов.
К интерактивным формам и приемам работы на семинаре можно отнести
творческие минидискуссии, активный обмен мнениями по поставленным
вопросам, обсуждение выступлений студентов, подготовку и демонстрацию
презентаций с последующим их коллективным обсуждением. Участие в работе
семинарского занятия позволяет обсудить в группе обозначенные заранее
вопросы или самим участникам поставить перед аудиторией возникающие
вопросы на обсуждение, оценить уровень и качество усвоения пройденной темы.
3 Учебно-методические материалы по дисциплине
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 : ЮНИТИДАНА, 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.)
Дополнительная литература:
1. У.Бек, Общество риска. На пути к модерну, М.: Прогресс-Традиция,
2000.-384 с.
2. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д. Глобальная минимальная
модель многолетней динамики углерода в биосфере //ДАН // 2005, т.401,
№2.
3. Будыко М. И. Эволюция биосферы. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984.C.487
4. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера, М.: Наука, 1994.
5. 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.
6. Крапивин В.Ф., Свирежев Ю.М., Тарко А.М. Математическое
моделирование глобальных биосферных процессов. М., Наука, 1982.C.272.
7. Моисеев Н.Н. Современный рационализм. МГВП КОКС, 1995, 376 с.
8. 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.sfukras.ru/ebibl/umkd/1323/u_manual.pdf