ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии»
Разработчик: Ключников Д.А.
Идентификационный номер:
1(31)-050100.68- М2.В.ОД.1-2012 г.
Контрольный экземпляр находится на кафедре естественнонаучного образования
Лист из
              
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. уССУРИЙСКЕ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Компьютерные технологии и статистические методы в экологии Направление – 050100.68 Педагогическое образование Магистерская программа - Экологическое образование Форма подготовки очная
Школа педагогики
Кафедра естественнонаучного образования
курс 1 семестр 1
лекции 4 (час.)
практические занятия 38 (час.)
семинарские занятия не предусмотрены
лабораторные занятия не предусмотрены
консультации не предусмотрены
всего часов аудиторной нагрузки 42 (час.)
реферативные работы не предусмотрены
контрольные работы не предусмотрены
самостоятельные работы 102 (час.)
зачет не предусмотрен
экзамен 1 семестр
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ Министерства образования и науки РФ от 14 января 2010 г. № 35)
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 10 «27» июня 2012 г.
Составитель (ли): ст.преподаватель Ключников Д.А.
Содержание
Аннотация…………………………………………………………………………3
Рабочая программа учебной дисциплины …………………………………...7
Конспекты лекций………………………………………………………………20
Материалы практических занятий……………………………………………..22
Материалы для организации самостоятельной работы студентов………… 48
Контрольно-измерительные материалы……………………………………… 51
Список литературы…………………………………………………………….57
Глоссарий………………………………………………………………………59
Дополнительные материалы………………………………………………….. 104
Аннотация учебно-методического комплекса дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии»
Учебно-методический комплекс дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии» разработан для студентов магистратуры 1 курса направления подготовки 050100.68 «Педагогическое образование», программа подготовки «Экологическое образование» в соответствие с требованиями ФГОС ВПО по данному направлению и положением об учебно-методических комплексах дисциплин образовательных программ высшего профессионального образования (утверждено приказом и.о. ректора ДВФУ от 17.04.2012 №12-13-87).
Дисциплина «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии» относится к базовой части общенаучного цикла.
Изучение данного курса базируется на знаниях, умениях и навыках, полученных при изучении дисциплин: «Математика», «Общая экология», «Информатика», «Методы экологических исследований», полученных на предыдущем уровне обучения (бакалавриат).
Преподавание дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии»» ставит своей целью ознакомление с основными принципами планирования эксперимента и статистической обработки полученных данных, научить обучающегося, видеть области применения полученных знаний, понимать их принципиальные возможности при решении конкретных профессиональных задач.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа. Учебным планом предусмотрены лекционные занятия (4 часа), практические занятия (38 часов), самостоятельная работа студента (102 часа). Дисциплина реализуется на 1 курсе в 1 семестре.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций.
Учебно-методический комплекс включает в себя: рабочую учебную программу дисциплины; конспекты лекций; материалы для практических занятий; материалы для организации самостоятельной работы студентов (вопросы для самостоятельного изучения, темы рефератов); контрольно-измерительные материалы (вопросы к экзамену); список литературы; глоссарий; дополнительные материалы (интернет-ресурсы, медиаматериалы).
Автор-составитель УМКД:
- старший преподаватель кафедры естественнонаучного образования Школы педагогики ДВФУ Ключников Д.А.
Зав. кафедрой естественнонаучного образования Литвинова Е.А.
ABSTRACT
The teaching materials on the course "Computer technology and statistical methods in ecology" are designed to train students in the program Environmental Education educational program. Field of study – 050100.68 “Pedagogical education”. (degree) to be earned – Master of Arts in Pedagogical education. Full-time program. Language of the program – Russian. The teaching materials are written in Russian.
These teaching materials on the course are developed in accordance with the curriculum of the educational program under the Federal State Educational Standard of Higher Professional Education (FSES HPE) 050100.68 “Pedagogical education” (Master's degree), approved by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (January 14, 2010, № 35).
The content of the teaching materials on the course are based on modern science and educational practice and reflects the author's approach to the subject matter.
Training complex includes: a working curriculum discipline, lecture notes, materials for labs, materials for the organization of independent work of students (for self-study questions, themes, abstracts), measuring and control equipment (exam questions) list of references; glossary, and additional materials (online resources, media content).
The teaching materials on the course provide extensive use of active, creative and interactive lessons, combined with private study in order to create and develop the professional skills of the students.
The total number of the course’s credits – 4 credits (144 hours).
These teaching materials on the course include the following materials:
Course syllabus;
Lectures notes;
Materials for practical training lessons;
Materials for students’ private study;
Test and examination materials;
Reading list;
Glossary;
Additional materials.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. уССУРИЙСКЕ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД) Компьютерные технологии и статистические методы в экологии Направление – 050100.68 Педагогическое образование Магистерская программа - Экологическое образование Форма подготовки очная
Школа педагогики
Кафедра естественнонаучного образования
курс 1 семестр 1
лекции 4 (час.)
практические занятия 38 (час.)
семинарские занятия не предусмотрены
лабораторные занятия не предусмотрены
консультации не предусмотрены
всего часов аудиторной нагрузки 42 (час.)
реферативные работы не предусмотрены
контрольные работы не предусмотрены
самостоятельные работы 102 (час.)
зачет не предусмотрен
экзамен 1 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ Министерства образования и науки РФ от 14 января 2010 г. № 35)
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 10 «27» июня 2012 г.
Составитель (ли): ст.преподаватель Ключников Д.А.
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ Литвинова Е.А
(подпись) (И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ Литвинова Е.А
(подпись) (И.О. Фамилия)
Аннотация
Курс «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии» разработан для студентов магистратуры 1 курса направления подготовки 050100.68 «Педагогическое образование», программа подготовки «Экологическое образование», очная форма обучения. Курс относится к базовой части общенаучного цикла. Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа. Учебным планом предусмотрены лекционные занятия (4 часа), практические занятия (38 часов), самостоятельная работа студента (102 часа). Дисциплина реализуется на 1 курсе в 1 семестре.
Преподавание дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии»» ставит своей целью ознакомление с основными принципами планирования эксперимента и статистической обработки полученных данных, научить обучающегося, видеть области применения полученных знаний, понимать их принципиальные возможности при решении конкретных профессиональных задач.
Цель преподавания курса, таким образом, заключается в подготовке высококвалифицированных специалистов, владеющих основами современных компьютерных технологий и обработки информации методами математической статистики в экологии и природопользовании.
Задачи:
1. Выработать умение самостоятельно использовать современные компьютерные технологии при обработке и статистическом анализе информации в экологии и природопользовании;
2. научить общим принципам математической обработки и визуализации геоэкологической информации с применением специализированных программных пакетов;
3. научить общим принципам выполнения геоэкологической интерпретации результатов математического анализа, моделирования и прогноза природных и техногенных процессов.
Знать:
- основные принципы планирования эксперимента и статистической обработки данных;
- одномерные статистические модели при обработке и анализе информации в геоэкологии и природопользовании.
Уметь:
- видеть области применения полученных знаний и понимать их принципиальные возможности при решении конкретных профессиональных задач;
- проводить статистические исследования зависимостей;
- проводить факторный анализ и корреляцию.
Компетенции. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций:
знанием современных компьютерных технологи, применяемых при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче географической информации; способностью самостоятельно использовать современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности (ОК-2);
владением методы оценки репрезентативности материала, объема выборок при проведении количественных исследований, статистическими методами сравнения полученных данных и определения закономерностей (ОК-4);
способностью формулировать проблемы, задачи и методы научного исследования; получать новые достоверные факты на основе наблюдений, опытов, научного анализа эмпирических данных; формулировать выводы и практические рекомендации на основе репрезентативных и оригинальных результатах исследований (ПК-1);
использованием современных методов обработки и интерпретации экологической информации при проведении научных и производственных исследований (ПК-4).
Изучение данного курса базируется на знаниях, умениях и навыках, полученных при изучении дисциплин: «Математика», «Общая экология», «Информатика», полученных на предыдущем уровне обучения (бакалавриат).
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА (4 ч.)
Раздел 1.Одномерные статистические модели при обработке и анализе информации в геоэкологии и природопользовании (2 часа).
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 (2 часа).
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).
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Практические занятия (38 час.)
Практическая часть курса включает в себя следующие практические задания.
Занятие 1. Составление выборок, подготовка данных для статистической обработки, проверка принадлежности крайних минимальных и максимальных значений к выборке (6 часа).
Занятие 2. Расчет статистических параметров распределения анализируемых геоэкологических параметров.Построение и анализ гистограмм, проверка статистических гипотез распределения с использованием программных продуктов STATISTICA и Exel (6 часа).
Занятие 3. Оценка значимости различия значений математического ожидания и дисперсии распределения по параметрическим и непараметрическим критериям(6 часа).
Занятие 4. Построение и анализ диаграмм рассеяния(6 часа).
Занятие 5. Изучение корреляционных зависимостей (парная, ранговая корреляция, факторный и кластерный анализ) (8 часов).
Занятие 6. Интерпретация результатов статистической обработки геоэкологических данных(8 часов).
контроль достижения целей курса
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 экзамена (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).
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
|
Виды учебной деятельности
|
ЛК
|
Лабораторная работа
|
СРС
|
Дискуссия
|
х
|
х
|
|
Командная работа
|
|
х
|
х
|
Опережающая СРС
|
|
х
|
х
|
Индивидуальное обучение
|
|
х
|
х
|
Обучение на основе опыта
|
х
|
х
|
|
Проблемное обучение
|
|
х
|
х
|
Поисковый метод
|
|
|
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.
Варианты контрольных проверочных работ
Вариант 1
Что такое "выборочная совокупность"?
Средние значения в геоэкологии и их использование для решения различных задач.
Вариант 2
Условия применения одномерных статистических моделей.
Статистический анализ и моделирование пространственных переменных и решаемые задачи в геоэкологии.
Вариант 3
Случайное событие и вероятность его появления.
Средневзвешенное. Способы взвешивания.
Вариант 4
Сущность регрессионного анализа и его применения в геоэкологии и природопользовании.
Статистическая оценка параметров природных объектов и процессов.
Вариант 5
Сущность и примеры использования регрессионного анализа.
Виды средних значений и способы их вычисления.
Вариант 6
Способы изучения корреляционных зависимостей.
Основные геоэкологические задачи, решаемые с помощью одномерных статистических моделей.
Вариант 7
Линейная и нелинейная регрессия.
Понятие и характеристика корреляционной зависимости применительно к природным образованиям и процессам.
Вариант 8
Сущность аналитического метода корреляционного анализа.
Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и параметрические критерии их проверки.
Вариант 9
Методы изучения корреляционных зависимостей.
Функция распределения вероятностей случайной величины и её основные свойства.
Вариант 10
Множественная корреляция.
Статистические гипотезы закона распределения случайной величины и непараметрические критерии их проверки.
Вариант 11
Способы графического представления свойств случайной дискретной величины.
Однофакторный дисперсионный анализ.
Вариант 12
Условия применения параметрических и непараметрических статистических критериев.
Математическое ожидание, мода, медиана.
Вариант 13
Центральные моменты случайной величины.
Двуфакторный дисперсионный анализ.
Вариант 14
Статистические методы выделения ассоциаций химических элементов.
Кластер-анализ.
Вариант 15
Генеральная и выборочные совокупности.
Факторный анализ многомерных совокупностей
Перечень контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы:
Перечислите основные методы экологии и природопользовании, где широко используются компьютерные технологии.
Каким образом можно использовать компьютерные технологии для описаний в экологии и природопользовании?
Охарактеризуйте систему геофизических методов моделирования экосистем.
В чем особенности геохимических методов моделирования экосистем?
Что такое “комплексные методы моделирования в экологии и природопользовании»?
В чем особенности компьютерной обработки статистических, картографических, аэро- и космических материалов?
В чем сущность ситуационного подхода в моделировании?
Какова роль масштаба в моделировании?
Поясните области приложения фрактального анализа.
В чем особенности пространственных классификаций и их отличия от районирования?
Возможности применения нейронных сетей для совершенствования компьютерных классификаций.
Объясните сущность основных методов геостатистики.
Объясните сущность корреляционных моделей в экологии и природопользовании.
В чем особенности моделей пространственной динамики?
Что такое «пространственная диффузия»?
Охарактеризуйте принцип устойчивости-неустойчивости в развитии экосистем.
В чем смысл «теории катастроф»?
В чем суть теории хаоса?
Что такое «геоситуационное моделирование»?
Какова специфика компьютерного моделирования природной и социально-экономической компонент экосистем?
Каковы средства реализации компьютерного моделирования?
Какова роль геоинформационных технологий в компьютерном моделировании в экологии и природопользовании?
Как осуществляется визуализация результатов моделирования?
Охарактеризуйте атласные информационные системы.
Что такое «анаморфозы, картоиды и мысленные карты»?
Поясните особенности создания анимационных и виртуально-реальностных моделей в географических исследованиях.
Что входит в понятие «интеллектуализация моделирования»?
Что такое «системы поддержки принятия решений» в экологии и природопользовании?
Охарактеризуйте техническое, программное и организационное обеспечение компьютерных технологий.
В чем Вы видите перспективы развития методов моделирования в экологии и природопользовании?
|
