«сибирский федеральный университет»

Скачать 471.75 Kb.

Название	«сибирский федеральный университет»
страница	1/3
Дата публикации	17.07.2013
Размер	471.75 Kb.
Тип	Рабочая программа

100-bal.ru > Физика > Рабочая программа

1 2 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Директор ИФБиБТ

__________/ Сапожников В.А.

«___» _________ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина М2.В.3 «Биофизика сложных систем»
Укрупненная группа 010000 «Физико-математические науки»
Направление 011200.68 «Физика»
Магистерская программа 011200.68.01 «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 010000 «Физико-математические науки» направления 011200.68 «Физика»
Программу составила доцент Свидерская И.В. ___________
Заведующий кафедрой проф. 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

Цель курса: Данная учебная дисциплина основана на методах и результатах исследований последних десятилетий в области физики неравновесных состояний и теории динамических систем, которые оформились в отельное направление науки, сложные системы, независимо от их природы (физическая, биологическая, социальная и т.д.). С классической точки зрения существовало резкое различие между стохастическим (случайным) и детерминированным поведением. Исследования сложных систем показывают, что в действительности существуют промежуточные формы поведения, которые связаны с особыми решениями простых детерминистских уравнений. Поэтому особое внимание отводится изучению хаотической динамики, как естественной тенденции широкого класса систем к переходу в состояния, которые обладают свойствами, как детерминистского поведения, так и непредсказуемости. Изучение дисциплины «Биофизика сложных систем» включает рассмотрение применений разработанных методов к анализу поведения систем в биологии, экологии, климатологии, химии.

Дисциплина «Биофизика сложных систем» относится к профессиональному циклу М2.В.3 (вариативная часть) по направлению 011200.68 «Физика» и имеет своей целью сформировать научное мировоззрение, расширить и углубить знания студентов по вопросам фундаментальных свойств динамики систем и дать инструмент для изучения сложного поведения систем вне зависимости от их природы.
1.2 Задачи изучения дисциплины

Задачи изучения дисциплины заключаются в освоении основных закономерностей и механизмов поведения сложных систем разной природы, поскольку они лежат в основе многих явлений окружающего нас мира. Изучение дисциплины направлено на подготовку выпускника в области основ естественнонаучных знаний, получение высшего углубленного профессионального образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности, обладать следующими предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности и устойчивости на рынке труда.

Задачей изучения дисциплины является формирование следующих компетенций:

способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1);
способностью свободно владеть фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своей магистерской программой) (ПК-1);
способностью использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);
способностью использовать углубленные знания правовых и этических норм при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов (ОК-4);
способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (ОК-6);
способностью свободно владеть профессиональными знаниями для анализа и синтеза физической информации (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-7).

1.3 Межпредметная связь

Для успешного освоения предлагаемого курса в полном объеме необходимо предварительное изучение курсов «Биохимия» и «Биофизика». Курс «Биофизика сложных систем» служит основой для освоения студентами таких дисциплин, как «Современные проблемы биофизики», «Избранные главы биофизики» и др., а также в подготовке магистерских диссертаций.
2 Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	Семестр
Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	10
Общая трудоемкость дисциплины	3 (108)	3 (108)
Аудиторные занятия:	0,78 (28)	0,78 (28)
лекции	0,39(14)	0,39(14)
практические занятия (ПЗ)	0,39(14)	0,39(14)
Самостоятельная работа:	1,22 (44)	1,22 (44)
изучение теоретического курса (ТО)	1,22 (44)	1,22 (44)
Вид промежуточного контроля (экзамен)	экзамен 1 (36)	экзамен 1 (36)

3 Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах

(тематический план занятий)

№ п/п	Модули дисциплины	Лекции зачетных единиц (часов)	ПЗ или СЗ или ПП зачетных единиц (часов)	ЛР зачетных единиц (часов)	Самостоятельная работа зачетных единиц (часов)	Реализуемые компетенции
	Модуль 1. Введение в биофизику сложных систем	0,075 (3)	0,075 (3)		0,25 (9)	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7
	Модуль 2. Сложные системы в природе	0,075 (3)	0,075 (3)		0,25 (9)	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7
	Модуль 3. Динамические системы	0,06 (2)	0,06 (2)		0,22 (8)	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7
	Модуль 4. Детерминированный хаос	0,06 (2)	0,06 (2)		0,22 (8)	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7
	Модуль 5. Реконструкция динамических систем	0,06 (2)	0,06 (2)		0,28 (10)	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7
	Модуль 6. Детерминированный хаос в биологических системах	0,06 (2)	0,06 (2)		-	ОК-1, ПК-1, ОК-2, ПК-4, ПК-6, ПК-7

3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса

№ п/п	№ раздела дисциплины	Темы лекционного курса
1	2	3
1	Модуль 1. Введение в биофизику сложных систем	Тема 1.1 Консервативные системы. Определение. Законы сохранения. Обратимость времени в консервативных системах. Примеры консервативных сеханических и немеханических консервативных систем. Задача трех тел. Тема 1.2 Диссипативные системы. Необратимость и диссипация в физике. Необратимость и диссипация в химических и биологических системах. Макроскопическое описание диссипативных систем. Химическая реакция синтеза как пример диссипативной системы. Уравнения Фика и Фурье. Четные и нечетные переменные. Общее уравнение эволюции диссипативной системы. Представление диссипативной системы в фазовом пространстве. (аудиторные часы - 0,075 (3ч))
2	Модуль 2. Сложные системы в природе	Тема 2.1 Определение и характерные признаки сложных систем. Тема 2.2 Самоорганизация в физико-химических системах. Тепловая конвекция. Реакция Белоусова-Жаботинского. (аудиторные часы - 0,075 (3 ч))
3	Модуль 3. Динамические системы	Тема 3.1 Определение динамических систем. Классификация динамических систем. Тема 3.2 Описание динамических систем. Фазовое пространство. Фазовые траектории. Меры в фазовом пространстве. Размерность системы, размерность фазового пространства, размерность вложения. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
4	Модуль 4. Детерминированный хаос.	Тема 4.1 Типы решений систем интегрируемых систем. Предельные циклы и регулярные аттракторы. Тема 4.2 Переходные процессы. Странные (хаотические) аттракторы динамических систем. Тема 4.3Детерминированность, случайность, хаос. Детерминированный хаос. Тема 4.4 Устойчивость и неустойчивость. Нелинейность. Неустойчивость и нелинейные ограничения. Вероятностные свойства детерминированных систем. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
5	Модуль 5. Реконструкция динамических систем.	Тема 5.1. Определение размерности вложения и реконструкция. Теорема Такенса. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
6	Модуль 6. Детерминированный хаос в биологических системах.	Тема 6.1 Количественные характеристики хаотических сигналов в биосистемах. Динамические болезни. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))

3.3 Практические занятия

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование практических занятий, объем в часах
1	2	3
1	Модуль 1. Введение в биофизику сложных систем	Тема 1.5 Второй закон термодинамики для открытых систем. Необратимость. Тема 1.6 Устойчивость и неустойчивость. Бифуркация и нарушения симметрии. Тема 1.7 Упорядоченность и корреляции. (аудиторные часы - 0,075 (3 ч))
2	Модуль 2. Сложные системы в природе	Тема 2.4. Самоорганизация и сложность в биологических системах. Тема 2.5 Сложность в планетарном и космическом масштабах. (аудиторные часы - 0,075 (3 ч))
3	Модуль 3. Динамические системы	Тема 3.4 Аттракторы динамических систем. Периодические аттракторы. Квазипериодические аттракторы. Непериодические аттракторы. Тема 3.5. Диссипативные системы в многомерных фазовых пространствах. Хаос и странные аттракторы. Модели странных аттракторов. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
4	Модуль 4. Детерминированный хаос.	Тема 4.3 Детерминированность, случайность, хаос. Детерминированный хаос. Тема 4.4 Устойчивость и неустойчивость. Нелинейность. Неустойчивость и нелинейные ограничения. Вероятностные свойства детерминированных систем. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
5	Модуль 5. Реконструкция динамических систем.	Тема 5.2 Определение размерности аттрактора по временной последовательности. Корреляционный интеграл и корреляционная размерность. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))
6	Модуль 6. Детерминированный хаос в биологических системах.	Тема 6.2 Моделирование динамики сердечного ритма. Тема 6.3 Климатические аттракторы. (аудиторные часы - 0,06 (2 ч))

3.4 Лабораторные занятия

«учебным планом не предусмотрено».
3.5 Самостоятельная работа

Самостоятельная работа студентов по дисциплине «Биофизика сложных систем» предусматривается объемом 1,2 з.е. или 44 часа и организуется в соответствии с используемыми в учебном процессе формами учебных занятий.

Выполнение всех видов самостоятельной работы по изучению курса поможет студентам сориентироваться в понимании основных понятий и проблем курса, освоить приемы и способы решения конкретных задач из различных областей науки, овладеть научным проектированием, необходимым для написания любого уровня научных текстов от проектов до научных статей, выработать умение выделить общие закономерности развития науки на фоне конкретного содержания состояния науки в определенную эпоху, конкретных фактов и научных биографий известных ученых. В конечном итоге студенты должны понять свое место в науке, определить свои цели в жизни и в занятиях профессиональной деятельностью, развить свои творческие способности, подготовить к будущей деятельности молодых специалистов.
Самостоятельная работа по курсу «Биофизика сложных систем» включает:

- самостоятельное изучение теоретического материала с использованием рекомендуемой литературы;

- подготовка реферата.
Структура самостоятельной работы представлена в табл. 3.5.
Таблица 3.5

Структура самостоятельной работы

Вид самостоятельной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Вид самостоятельной работы	Всего зачетных единиц (часов)
Изучение теоретического курса (ТО)	0,55 (20)
реферат	0,55 (20)
ПК	0,112 (4)

Организация самостоятельной работы производиться в соответствии с графиком учебного процесса и самостоятельной работы (Приложении 1).
3.5.1. Самостоятельное изучение теоретического материала

При самостоятельном изучении теоретического курса студентам необходимо:

1. самостоятельно изучить темы теоретического курса в соответствие учебной программой дисциплины;

2. подготовить устные ответы на контрольные вопросы по каждой теме.

Содержание и количество часов на освоение теоретического материала указаны в таблице 3.5.1.
Таблица 3.5.1

Самостоятельное изучение теоретического материала

№ п/п	№ раздела дисциплины	Самостоятельное изучение теоретического материала по темам
1	2	3
1	Модуль 1. Введение в биофизику сложных систем	Тема 1.3 Механическое и термодинамическое равновесие. Неравновесные системы и неравновесные ограничения. Тема 1.4 Нелинейность и обратные связи. (самостоятельные часы - 0,25 (9 ч))
2	Модуль 2. Сложные системы в природе	Тема 2.3 Физико-химическая и алгоритмическая сложность. (самостоятельные часы - 0,25 (9 ч))
3	Модуль 3. Динамические системы	Тема 3.3 Фазовые портреты консервативных и диссипативных систем. Колебательные системы. Автоколебательные системы. (самостоятельные часы - 0,22 (8 ч))
4	Модуль 4. Детерминированный хаос.	Тема 4.5 Модели, приводящие к хаотическому поведению. Сценарии становления хаотического поведения. (самостоятельные часы - 0,22 (8 ч))
5	Модуль 5. Реконструкция динамических систем.	Тема 5.3 Алгоритмы Грассбергера-Прокацция и Скагля. (самостоятельные часы - 0,28 (10 ч))

При самостоятельной работе над теоретическим курсом студент пользуется методическими материалами из списка основной и дополнительной литературы, электронных методических изданий, перечня программного обеспечения, методических указаний, используемых в учебном процессе, приведенными в п.5 данной программы.

Каждому обучающемуся обеспечен доступ к электронно-библиотечным системам (ЭБС), содержащим издания по основным разделам изучаемой дисциплины. Электронно-библиотечная система СФУ обеспечивает возможность индивидуального доступа для каждого обучающегося из любой точки, в которой имеется доступ к сети Интернет.

Студентам обеспечена возможность свободного доступа к фондам учебно-методической документации и интернет ресурсам. Все обучающиеся имеют открытый доступ к базе Электронного каталога и полнотекстовой базе данных внутривузовских изданий (http://lib.sfu-kras.ru/); ресурсам Виртуальных читальных залов (http://lib.sfu-kras.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 (ИФБиБТ) - http://bio.sfu-kras.ru/).

Студентам предоставлены условия и возможности работы в режиме on-line с зарубежными и отечественными лицензионными информационными базами данных, перечисленными в п.5, раздел «Информационные ресурсы», настоящей программы.

Задания на самостоятельную работу по изучению теоретического материала выдаются лектором на первой лекции каждого модуля вместе со списком учебной литературы по соответствующему модулю. Контроль освоения теоретического материала осуществляется во время проведения практических занятий.

3.5.2 Написание реферата

Написание и защита реферата в конце семестра занимает объем в зачетных единицах (часах)  0,55 (20).

Задания по написанию реферата выдаются лектором на первой лекции вместе со списком учебной литературы по соответствующим модулям. Защита рефератов осуществляется во время практических занятий в форме презентации по теме реферата, подготовленной в Power Point согласно требованиям СТО СФУ.

Оформление реферата должно соответствовать государственному стандарту ГОСТ 7.32-2001 и требованиям СТО СФУ, устанавливающим 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». Объем реферата должен составлять 20–30 страниц.

Реферат включает следующие структурные элементы:

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.
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.
Введение. Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы, пути развития на современном этапе, имеющиеся проблемы и способы их разрешения. Объем данного раздела не должен превышать одной страницы.
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.
Заключение. Представляет собой краткое обобщение (2–3 абзаца) приведенных данных.
Библиографический список. Оформляется в соответствии с существующими требованиями.
Приложения.

Примерная тема реферативных работ приведена ниже:
  1. Определение размерности аттрактора по временной последовательности одной переменной. Корреляционный интеграл и корреляционная размерность. Алгоритмы Грассбергера-Прокацция и Скагля.

2.  Количественные характеристики хаотических сигналов в биосистемах. Динамические болезни.

3.   Моделирование динамики сердечного ритма методами нелинейной динамики.

4.   Климатические аттракторы.

5.  Фракталы в биологии.

6.  Явления флаттера (flutter) как пример автоколебательного процесса.

3.6 Содержание модулей дисциплин при использовании системы зачетных единиц

Приводится в таблице (Приложение 2)
4. Образовательные технологии
Помимо посещения лекций и занятий на семинарах 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.sfu-kras.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/).

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.

На семинарских занятиях по дисциплине «Биофизика сложных систем» проходят выступления студентов с научными комментариями научно-популярных газетных и журнальных публикаций, что способствует самоактуализации, самоопределению личности студента, развитию критичности, самоуважению.

Интерактивные формы обучения дисциплине реализуются также в виде заданий подготовить контрольные вопросы по содержанию видеолекций ведущих специалистов в области биологических наук, доступных на видеопортале университета (http://tube.sfu-kras.ru/). Данная форма относится к такому классу интерактивной деятельности как «ученик в роли учителя».

К учебно-методическим материалам института Института фундаментальной биологии и биотехнологии (ИФБиБТ) студенты имеют доступ через сайт 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.sfu-kras.ru/?page=498). В личном кабинете размещаются презентации, учебно-методические 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.

На лекциях по дисциплине «Биофизика сложных систем» проходит использование и анализ видео-, аудио- материалов, что также относится к интерактивным методам обучения.

Удельный вес интерактивных форм обучения по дисциплине составляет 60% аудиторных занятий, лекции составляют 50% аудиторных занятий.

5 Учебно-методические материалы по дисциплине
5.1Основная и дополнительная литература, информационные ресурсы

1 2 3

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Дипломного проекта/работы В соответствии с Уставом фгоу впо «Сибирский федеральный университет» и Положением об итоговой государственной аттестации выпускников...		Российской Федерации Сибирский федеральный университет экологическая биофизика водных экосистем Э400 Экологическая биофизика водных экосистем: учебно-методические указания для самостоятельной работы / сост. М. И. Гладышев – Красноярск:...
	Российской Федерации Сибирский федеральный университет экологическая биофизика водных экосистем Э400 Экологическая биофизика водных экосистем: учебно-методические указания для семинарских занятий / сост. М. И. Гладышев – Красноярск:...		Сибирский федеральный университет А. Н. Борисевич, Л. В. Границкий, Л. В. Кашкина, В. Б. Кашкин, Г. Г. Никифорова, Т. В. Рублева К. В. Симонов, А. И. Сухинин
	Сибирский федеральный университет Поддержка одарённых детей, создание условий для реализации их творческих способностей		Исследования и пути совершенствования вращательно-подающих систем... Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
	Сибирский федеральный университет Обучающая цель – совершенствовать навык работы в группе при выборе правильного ответа		Сибирский федеральный университет Л. В. Границкий, Л. В. Кашкина, В. Б. Кашкин, В. М. Мясников, Г. Г. Никифорова, Н. Ю. Романова, Т. В. Рублева., Петраковская Э. А....
	Сибирский федеральный университет «Квалификационные методы испытаний и мониторинг смазочных материалов»«производство и применение технических жидкостей и специальных...		Высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» утверждаю Охватывает всё содержание данной дисциплины, установленное соответствующим ос впо
	Сибирский Федеральный университет Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология», магистерская программа «Микробиология...		Т. Г. Волова фгаоу впо сибирский федеральный университет Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной итоговой аттестации студентов д/о и з/о
	Сибирский федеральный университет Рабочая программа составлена на основании рабочего учебного плана по фгос, переутвержденного ученым советом юргту (нпи) протоколом...		«сибирский федеральный университет» Институт управления бизнес-процессами и экономики утверждаю Компетенции выпускника ооп магистратуры, формируемые в результате освоения магистерской программы
	Общие положения Институтом цветных металлов и материаловедения фгаоу впо «Сибирский Федеральный Университет» (далее – Университет) и зао «русал глобал...		«сибирский федеральный университет» Тема урока: «Биология – наука о живой природе. Царства живой природы. Среды обитания организмов»

«сибирский федеральный университет»

3.5.2 Написание реферата

Похожие: