Рабочая_программа_КТиСМвЭиПП

УТВЕРЖДАЮ
Директор ИПР
___________ А.Ю. Дмитриев
«___» ____________2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 05.04.06 ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: геоэкология
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2015 г.
КУРС 1; СЕМЕСТР 2
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 6
КОД ДИСЦИПЛИНЫ М1.БМ2.4
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
8 часа (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
56
64
152
216
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
часов (ауд.)
часов (ауд.)
часов
часов
часов
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН, ДИФ. ЗАЧЕТ, КР В
2 СЕМЕСТРЕ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Геоэкологии и геохимии»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.г.-м.н., профессор Е.Г. Язиков
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
д.б.н., профессор Н.В.Барановская
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
к.г.-м.н., доцент И.С. Соболев
2015 г.
1. Цели освоения дисциплины
Цель преподавания дисциплины заключается в подготовке
высококвалифицированных специалистов, владеющих основами современных
компьютерных технологий обработки информации методами математической
статистики в экологии и природопользовании.
Основными задачами при изучении дисциплины являются:
- выработать умение самостоятельно использовать современные
компьютерные технологии при обработке и статистическом анализе
информации в экологии и природопользовании;
- научить общим принципам математической обработки и визуализации
геоэкологической информации с применением специализированных
программных пакетов;
- научить общим принципам выполнения геоэкологической
интерпретации результатов математического анализа, моделирования и
прогноза природных и техногенных процессов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Компьютерные технологии и статистические методы в
экологии и природопользовании» относятся к базовой части модуля
общепрофессиональных дисциплин (М1.БМ2) и опирается на освоенные знания
и умения, полученные при изучении дисциплин: «Современные проблемы
экологии и природопользования», «Геохимия природных сред».
Кореквизитами
для
дисциплины
является
дисциплина
междисциплинарного профессионального модуля – «Проблемы геоэкологии»
и дисциплина вариативной части - «НИРМ в семестре».
3. Результаты освоения дисциплины
После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания,
умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной
программы. Соответствие результатов освоения дисциплины «Компьютерные
технологии и статистические методы в экологии и природопользовании»
формируемым компетенциям ООП представлено в таблице 1.
Таблица 1
Коды формируемых компетенций и результаты их освоения
Результаты
обучения
Р6
Код
З 6.1
Знания
Составляющие результатов обучения
Код
Умения
Знание современных
компьютерных
технологий
У 6.1
Использование
знаний
современных технологий
при сборе, хранении,
обработке, анализе и
передаче географической
информации
Код
Владение
опытом
В 6.1
требованиям
ик
оформлению
аналитическ
их обзоров
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в
ФГОС ВО по направлению подготовки магистров по направлению 05.04.06 «Экология и
природопользование»
4. Структура и содержание дисциплины
4.1.
Содержание разделов дисциплины.
Лекции.
Раздел 1. Одномерные статистические модели при обработке и
анализе информации в геоэкологии и природопользовании.
Одномерные статистические модели. Условия применения. Генеральная
и выборочные совокупности. Основные требования к выборочной
совокупности (массовость, однородность, случайность, независимость).
Основные геоэкологические задачи одномерных статистических моделей
- оценка параметров объектов, статистическая проверка гипотез.
Статистическая оценка параметров геоэкологических объектов. Функция
распределения плотности вероятности, дискретное и непрерывное
распределение. Характеристика функций распределения и их свойства:
математическое ожидание, мода, медиана, дисперсия, среднее квадратическое
отклонение, коэффициент вариации, асимметрия и эксцесс. Построение и
анализ гистограмм. Средние значения в геоэкологии и их использование для
решения различных задач. Средние: арифметическое, взвешенное,
квадратическое, кубическое, геометрическое. Точность оценок. Функции
распределения вероятностей случайных величин. Статистические гипотезы и
критерии их проверки.
Раздел 2. Статистические исследования зависимостей.
Корреляция, факторный анализ и регрессия. Понятие корреляционной
зависимости. Характеристика корреляционной связи по тесноте и форме.
Изучение корреляционных зависимостей табличным, графическим и
аналитическими методами. Парная корреляция. Последовательность
вычислительных операций, примеры. Значимость коэффициента корреляции.
Использование корреляционной связи для сравнения выборок. Понятие
множественной корреляции. Ранговая корреляция. Методы интерпретации
корреляционных связей (корреляционных матриц). Кластерный анализ.
Понятие метода главных компонент (МГК) и факторного анализа (ФА).
Лабораторные работы.
Лабораторная работа 1. Составление выборок, подготовка данных для
статистической обработки, проверка принадлежности крайних минимальных
и максимальных значений к выборке.
Лабораторная работа 2. Расчет статистических параметров
распределения анализируемых геоэкологических параметров. Построение и
анализ гистограмм, проверка статистических гипотез распределения с
использованием программных продуктов STATISTICA и Exel.
Лабораторная работа 3. Оценка значимости различия значений
математического ожидания и дисперсии распределения по параметрическим и
непараметрическим критериям.
Лабораторная работа 4. Построение и анализ диаграмм рассеяния.
Лабораторная работа 5. Изучение корреляционных зависимостей
(парная, ранговая корреляция, факторный и кластерный анализ).
Лабораторная работа 6. Интерпретация результатов статистической
обработки геоэкологических данных.
4.2.
№
1
2
3
Структура дисциплины по разделам, формам организации и
контроля обучения
Название
раздела/темы
Одномерные
статистические
модели при обработке
и анализе информации
в геоэкологии и
природопользовании.
Статистические
исследования
зависимостей.
Итоговая аттестация
Итого
4.3.
Аудиторная работа (час)
Лекции
Лаб. зан.
СРС
(час)
Итого
Формы текущего
контроля и аттестации
4
28
38
76
Тестовый опрос
4
28
38
76
Проверочная
контрольная работа
Экзамен, диф. зачет
216
Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов
обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках
данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№
1.
2.
Формируемые
компетенции
ОК-2
ОК-4
Разделы дисциплины
1
х
х
2
х
х
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной
деятельности студентов для достижения запланированных результатов
обучения и формирования компетенций.
Методы и формы
активизации
деятельности
Дискуссия
Командная работа
Опережающая СРС
Индивидуальное
обучение
Обучение на основе
опыта
Проблемное
обучение
Поисковый метод
ЛК
х
Виды учебной деятельности
Лабораторная работа
х
х
х
х
х
СРС
х
х
х
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины
реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с
использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с
использованием Internet-ресурсов, методических разработок, специальной
учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при проведении лабораторных
работ с использованием реальных данных по геоэкологии и
природопользованию, справочников, специальной литературы, выполнение
проблемно-ориентированных лабораторных работ.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
6.1 Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний, а также
на развитие практических умений.
Текущая СРС включает следующие виды работ:
 работа студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и
электронных источников информации по заданной проблеме;
 подготовка к выполнению проверочных и контрольных работ;
 изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 подготовке к экзамену.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала студентов и заключается в поиске,
анализе и презентации материалов по заданным темам реферативных работ.
6.2.1. Примерные темы рефератов:
1. Современные тенденции в статистической обработке данных в
геоэкологии и природопользовании.
2. Специфика природных образований и геоэкологических процессов
как объектов математического анализа и моделирования.
3. Особенности статистической обработки малых выборок.
4. Способы оценки информативности и статистической устойчивости
единичных наблюдений.
5. Обработка данных с помощью скользящего окна (статистическими
палетками).
6. Тренд-анализ при обработке данных в геоэкологии и
природопользовании.
6.3
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы осуществляется в виде двух
форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости магистрантов осуществляется по результатам:
- самостоятельного выполнения практической работы;
- взаимного рецензирования магистрантами работ друг друга;
- анализа подготовленных магистрантами рефератов;
- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, во время
зачета (для выявления знания и понимания теоретического материала
дисциплины).
Итоговая аттестация – в соответствии с учебным планом:
1 семестр – экзамен, диф. зачет.
7.1. Варианты контрольных проверочных работ
Вариант 1
1. Что такое "выборочная совокупность"?
2. Средние значения в геоэкологии и их использование для решения
различных задач.
Вариант 2
1. Условия применения одномерных статистических моделей.
2. Статистический анализ и моделирование пространственных переменных и
решаемые задачи в геоэкологии.
Вариант 3
1. Случайное событие и вероятность его появления.
2. Средневзвешенное. Способы взвешивания.
Вариант 4
1. Сущность регрессионного анализа и его применения в геоэкологии и
природопользовании.
2. Статистическая оценка параметров природных объектов и процессов.
Вариант 5
1. Сущность и примеры использования регрессионного анализа.
2. Виды средних значений и способы их вычисления.
Вариант 6
1. Способы изучения корреляционных зависимостей.
2. Основные геоэкологические задачи, решаемые с помощью одномерных
статистических моделей.
Вариант 7
1. Линейная и нелинейная регрессия.
2. Понятие и характеристика корреляционной зависимости применительно к
природным образованиям и процессам.
Вариант 8
1. Сущность аналитического метода корреляционного анализа.
2. Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и
параметрические критерии их проверки.
Вариант 9
1. Методы изучения корреляционных зависимостей.
2. Функция распределения вероятностей случайной величины и её основные
свойства.
Вариант 10
1. Множественная корреляция.
2. Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и
непараметрические критерии их проверки.
Вариант 11
1. Способы графического представления свойств случайной дискретной
величины.
2. Однофакторный дисперсионный анализ.
Вариант 12
1. Условия
применения
параметрических
и
непараметрических
статистических критериев.
2. Математическое ожидание, мода, медиана.
Вариант 13
1. Центральные моменты случайной величины.
2. Двуфакторный дисперсионный анализ.
Вариант 14
1. Статистические методы выделения ассоциаций химических элементов.
2. Кластер-анализ.
Вариант 15
1. Генеральная и выборочные совокупности.
2. Факторный анализ многомерных совокупностей.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Максимальный рейтинг освоения дисциплины определяется 100 баллами,
что соответствует стопроцентному качеству. Результат работы студента за
семестр оценивается по сумме баллов текущего контроля и промежуточной
аттестации в определенной пропорции, 70 % и 30 %, соответственно.
Недели
Рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра
Теоретический материал
Вопросы Баллы
Разделы
Одномерные
статистические
модели при
обработке и
анализе
информации в
геоэкологии и
природопользо
вании.
Статистические
исследования
зависимостей.
Проверочная
контрольная
работ
Экзамен
Сумма баллов в семестре
Текущий контроль
Практическая деятельность
Задачи Задание
Проблемы Баллы
Итого
Баллы
Лаб. раб 1
Лаб. раб 2
Лаб. раб 3
20
20
Лаб. раб 4
Лаб. раб 5
Лаб. раб 6
30
30
10
40
50
10
50
40
100
В конце семестра студенты сдают зачет, где они максимально могут
набрать 30 баллов. Промежуточная аттестация определяется суммированием
баллов текущей оценки в течение семестра и баллов итоговой аттестации в
конце семестра по результатам экзамена.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Байков В.А., Бакиров Н.К., Яковлев А.А. Математическая геология. Т. 1:
Введение в геостатистику. — Москва, Ижевск: Институт компьютерных
исследований, 2012. — 228 с.
2. Вистелиус А. Б. Основы математической геологии. - Л.: Наука, 1980. - 389 с.
3. Дэвис Д. Статистический анализ данных в геологии. Кн. 1. – М.: Недра,
1990. - 319 с.
4. Дэвис Д. Статистический анализ данных в геологии. Кн. 2. – М.: Недра, 1990.
- 427 с
5. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии. - М.: Недра,
1990. – 251 с.
6. Михальчук А.А., Язиков Е.Г. Ершов В.В. Статистический анализ экологогеохимической информации: Учебно-методическое пособие. Томск: Изд-во
ТПУ, 2006. – 235 с.
7. Ткачёв Ю.А., Юдович Л.Э. Статистическая обработка геохимических
данных. - Л.: Наука, 1975. – 233 с.
8. Шестаков Ю.Г. Математические методы в геологии. - Красноярск, Изд-во
ун-та, 1988. – 208 с.
Дополнительная литература
1. Анализ данных в экологии сообществ и ландшафта / Под ред. Р. Г. Г.
Джонгман, С. Дж. Ф. Тер Браак, О. Ф. Р. Вон Тогерен.- М.: РАСХН, 1999.- 306
с.
2. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. –
М.: Финансы и статистика, 1989. - 587 с.
3. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика. Классификация и снижение
размерности. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 587 с.
4. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. - М.:
Наука, 1976. - 319 с.
5. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Теория распределений. - М.: Наука, 1966. 588 с.
6. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. - М.: Наука,
1973. - 900 с.
7. Кендалл М. Дж., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и
временные ряды. - М.: Наука, 1976. - 736 с.
8. Савиных В.П., Крапивин В.Ф., Потапов И.И. Информационные технологии
в системах экологического мониторинга. — Москва: Геодезкартиздат, 2007.
— 392 с.
9. http://search.ebscohost.com
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ
1. Геохимия
2. Экология
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Рабочая программа по дисциплине.
2. Методические указания к выполнению лабораторных работ по
дисциплине.
3. Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине.
4. Комплект слайд-фильмов.
* приложение – рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра.
Программа составлена на основе ФГОС ВО по направлению подготовки 05.04.06
«Экология и природопользование».
Автор: Соболев И.С.
Рецензент: Рихванов Л.П.
Программа одобрена на заседании кафедры ГЭГХ ИПР
(протокол № _28___ от «_22__» _06_ 2015 г.).