Методические указания к семинарским занятиям

Скачать 118.28 Kb.

Название	Методические указания к семинарским занятиям
Дата публикации	22.07.2013
Размер	118.28 Kb.
Тип	Методические указания

100-bal.ru > Физика > Методические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
Методические указания к семинарским занятиям

Красноярск

СФУ

2011

Составитель: Свидерская И.В.

Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Биофизика сложных систем». 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 011200.68 «Физика», магистерская программа «Биофизика».

1 Цели и задачи изучения дисциплины
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» 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.

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).

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 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.
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.
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.
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.
5	Модуль 5. Реконструкция динамических систем.	Тема 5.1. Определение размерности вложения и реконструкция. Теорема Такенса.
6	Модуль 6. Детерминированный хаос в биологических системах.	Тема 6.1 Количественные характеристики хаотических сигналов в биосистемах. Динамические болезни.

3.2 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))

3.3 Методические замечания к проведению семинарских занятий
Семинарские занятия направлены на расширение и углубление понимания теоретических знаний и их практическое применение по курсу «Биофизика сложных систем». 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.
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
Основная литература

Нелинейность в современном естествознании/ Рос. акад. наук, Ин-т прикладной математики им. М. В. Келдыша ; ред. Г. Г. Малинецкий. - М. : URSS, 2009. - 412 с. (1 экз.)
Гринченко, В.Т. Введение в нелинейную динамику: хаос и фракталы В.Т. Гринченко, В.Т. Мацыпура, А.А. Снарский. - Изд. 2-е . - Москва : УРСС(URSS); Издательство ЛКИ, 2007 . - 263 с. (1 экз.)
Квантовый хаос / ред. Я. Г. Синай ; науч. ред. А. И. Шафаревич. - М. ; Ижевск : Институт компьютерных исследований ; М. ; Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2008. - 382 с. (1 экз.)
Заславский, Г. М. Гамильтонов хаос и фрактальная динамика= Hamiltonian Chaos and Fractional Dynamics : монография / Г. М. Заславский. - М. ; Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика : Институт компьютерных исследований, 2010. - 455 с. (1 экз.)
Малинецкий, Г. Г. Математические основы синергетики: хаос, структуры, вычислительный эксперимент: монография / Г. Г. Малинецкий. - Изд. 5-е. - Москва : УРСС(URSS) ; Москва : Издательство ЛКИ, 2007. - 308 с. (2 экз.)

Дополнительная литература

Малинецкий, Г.Г. Нелинейная динамика и хаос: основные понятия [Текст] : [учебное пособие] / Г.Г. Малинецкий, А.Б. Потапов . - Москва : КомКнига, 2006 . - 237 с.
Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой. Москва- Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. 144 с.
Методы качественной теории в нелинейной динамике = Methods of Qualitative Theory in Nonlinear Dynamics / Л. П. Шильников [и др.] ; науч. ред. Д. В. Тураев, А. Л. Шильников ; пер. с англ. В. А. Осотовой. - М.; Ижевск : Институт компьютерных исследований : Регулярная и хаотическая динамика, 2004.
Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. Москва, Мир, 1990
Рюэль Д. Случайность и хаос. Москва-Ижевск, Регулярная и хаотическая динамика, 2002.
Шустер Х. Детерминированный хаос. Москва: Мир, 1990.
Федер, Енс. Фракталы [Текст] = Fractals : перевод с английского / Енс Федер . - Москва : Мир, 1991 . - 260 с.
3. Астахов В. В., Вадивасова Т. Е. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах - Москва : Институт компьютерных исследований, 2003
4. С. П. Кузнецов. Динамический хаос: курс лекций : учебное пособие для вузов по физическим специальностям – Москва, 2006

Электронные ресурсы:

Данилов, Ю. А. Лекции по нелинейной динамике. Элементарное введение [Электронный ресурс] : учебное пособие для физико-математических и физико-химических специальностей вузов / Ю. А. Данилов. - Изд. 2-е, испр. -Москва:КомКнига, 2008. - 203 с. http://lib2.sfu-kras.ru/elib/b22/0234139.pdf
Тимофеев-Ресовский Н. В. Генетика, эволюция, значение методологии в естествознании. – Электронные данные. – Токмас-Пресс, 2009. - 240 c. Режим доступа: http://lib2.sfu-kras.ru/elib/b28/0234127.pdf
Bionanotechnology: Global Prospects. Editor: D. E. Reisner, CRC Press, 2009, 345 pp. Режим доступа: http://lib2.sfu-kras.ru/elib/b28/0234104.pdf

Информационные ресурсы:

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

	Методические указания к семинарским занятиям Часть1 И 90 Культурология: Методические указания к семинарским занятиям. Часть I / Сост. Г. А. Табейкина. Казань: ктасу, 2009. 39 с		Методические указания к семинарским занятиям Часть II И 90 Культурология: Методические указания к семинарским занятиям. Часть II / Сост. Г. А. Табейкина. Казань: кг асу, 2009. 23 с
	История экономических учений методические указания к семинарским занятиям Панасенкова Т. В., Родионова Н. Д., Чернышева Н. И. История экономических учений: методические указания к семинарским занятиям Ростов-на-Дону,...		Методические указания для подготовки к семинарским занятиям для студентов... История государства и права зарубежных стран (Новое и Новейшее время) [Текст]: методические указания для подготовки к семинарским...
	Методические указания к семинарским занятиям для студентов специальности «социология» Овчинникова, Э. В. Методология и методика социологических исследований [Текст]: методические указания к семинарским занятиям для...		Методические указания и планы к семинарским и практическим занятиям... Орлов И. И., Половинкина М. Л. Методические указания и планы к семинарским и практическим занятиям по курсу «История культуры и искусств»...
	Методические указания и рекомендации к практически-семинарским занятиям... Местные финансы: Методические указания и рекомендации к практически-семинарским занятиям по дисциплине «Местные финансы» для студентов...		Курс лекций по дисциплине. Методические указания по подготовке к... Методические указания по подготовке к семинарским, практическим и лабораторным занятиям
	Методические указания к семинарским занятиям для студентов всех специальностей... Минаков В. Б. Политология. Методические указания к семинарским занятиям для студентов всех специальностей очной формы обучения. Тюмень:...		Методические указания к семинарским занятиям Красноярск Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология»
	Методические указания к семинарским занятиям Красноярск Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия»		Методические указания к семинарским занятиям Красноярск Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200 «Физика»
	Методические указания к семинарским занятиям по курсу «Социология» Методические указания предназначены для студентов всех направлений и специальностей, изучающих социологию		Методические указания к семинарским занятиям ...
	Методические указания по семинарским занятиям Красноярск 2011 Авторы: Самойлова А. А Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология»		Методические указания к семинарским занятиям по философии для студентов... Поэтому необходимо серьезно и правильно организовать свою подготовку к семинарским занятиям. Это поможет закрепить знания и существенно...

Школьные материалы