ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ТГПУ)
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан физико-математического факультета
__________________А.Н. Макаренко
«__»_______200_г.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Общие вопросы физической экологии
ДПП.ДС.01
Специализация: 032204 – «Физическая экология»
По специальности 050203.65 (032200) – «физика»
Томск 2008
1.Цели и задачи дисциплины.
Курс «Общие вопросы физической экологии» является начальным в серии дисциплин, связанных с физической экологией. Он призван дать основные представления об организации, функционирования и эволюции природных систем, о масштабах техногенного воздействия на экосистемы.
Цель этого курса – заложить фундамент для дальнейшего более глубокого изучения проблем физической экологии.
2.Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Специалист – студент ТГПУ после изучения данного курса:
осознает значение физики как фундаментальной науки о природе, понимает взаимосвязь фундаментальных и прикладных проблем физики;
владеет системным подходом, имеет представление о составе биосферы, о связях между ее структурными единицами.
понимает физические основы природных явлений.
3.Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
|
Всего
часов
|
Семестр
|
5
|
Общая трудоемкость дисциплин
|
144
|
144
|
Лекции
|
36
|
36
|
Практические занятия
|
36
|
36
|
Лабораторные работы
|
-
|
-
|
Другие виды аудиторных занятий
|
-
|
-
|
Самостоятельная работа
|
72
|
72
|
Курсовой проект (работа)
|
-
|
-
|
Расчетно-графические работы
|
-
|
-
|
Реферат
|
-
|
-
|
Вид итогового контроля
(зачет, экзамен)
|
|
экзамен
|
4. Содержание дисциплины.
4.1 Раздел дисциплины и вид занятий (Тематический план)
Тема
|
Число часов
|
Форма занятий
|
|
|
Лекции
|
Практ занят.
|
Лаб. раб.
|
Сам. раб.
|
Общие вопросы физической экологии
|
72
|
36
|
36
|
|
72
|
1 Введение. Предмет физическая экология
|
|
4
|
4
|
|
8
|
2 Классификация глобальных проблем человечества.
|
|
4
|
4
|
|
8
|
3 Основные подсистемы биосферы: атмосфера, гидросфера и литосфера.
|
|
6
|
6
|
|
12
|
4 Функционирование и эволюция сложных систем.
|
|
6
|
6
|
|
12
|
5 Системные закономерности.
|
|
4
|
4
|
|
8
|
6 Физические и геофизические процессы, влияющие на функционирование экосистем и биосферы.
|
|
6
|
6
|
|
12
|
7 Энергетические аспекты биосферы.
|
|
2
|
2
|
|
8
|
8. Системный характер экологических экспертиз.
|
|
2
|
2
|
|
4
|
9. Человек и биосфера.
|
|
2
|
2
|
|
|
4.2 Программа курса «Общие вопросы физической экологии»
Введение. Понятие экосистемы. Иерархическая структура биосферы. Особенности природных систем.
Классификация глобальных проблем человечества. Глобальное потепление. Парниковый эффект, смена циркуляций в атмосфере. Исчезновение озонового слоя. Проблема утилизации ядерного и химического оружия. Системный характер глобальных проблем.
Основные подсистемы биосферы: атмосфера, гидросфера и литосфера. Состав и строение атмосферы. Атмосфера Земли и других тел Солнечной системы. Вертикальное строение атмосферы Земли. Преобразование энергии в атмосфере. Мировой океан. Строение и состав литосферы. Процессы, протекающие в литосфере.
Функционирование и эволюция сложных систем Необходимость изучения свойств сложных систем и закономерностей эволюционного процесса. Открытые и закрытые системы. Энтропия. 2-ое начало термодинамики – закон эволюции для закрытых систем. Теорема Пригожина – для открытых систем. Неустойчивое равновесие или устойчивое неравновесия. Динамические системы. Системные закономерности.Экосистемные законы. Принцип оптимальности. Понятие фазового пространства. Пространство экологических параметров. Траектория в фазовом пространстве. Неблагополучное и благополучное состояние экосистемы. Гомеостаз экосистемы. Понятие обратной связи. Отрицательная и положительная обратная связь. Явления самоорганизации.
Системные закономерности. Законы взаимодействия организма и среды, биоценозов и сообществ, экосистемы. Законы биосферы. Законы системы «человек-природа». Основы концепции отношений в системе природа-общество
Физические и геофизические процессы, влияющие на функционирование экосистем и биосферы. Циркуляция воздушных масс в атмосфере. Гидродинамика атмосферных возмущений. Ветры. Циркумполярные вихри. Циркуляция воды в океане. Пассаты и муссоны. Природные явления: ураганы, цунами, смерчи, грозы, наводнения, землетрясения и т.д.
Энергетические аспекты биосферы. Потоки энергии в биосфере. Балансы тепла и излучения в атмосфере, гидросфере и литосфере. Тепловой поток Земли. Источники энергии: ГРЭС, АЭС, ТЭЦ. Эффективность, влияние на биосферу. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Проблема перехода на альтернативные источники энергии.
Системный характер экологических экспертиз. Примеры экологических экспертиз в нефтегазовом комплексе. Биоиндикаторы.
Человек и биосфера. Проблема коэволюции. Основы концепции взаимоотношения человек-природа. Экологическое прогнозирование.
Лабораторный практикум и практические занятия.
5а. Лабораторный практикум учебным планом не предусмотрен.
5б. Практические занятия.
Глобальные проблемы человечества.
Особенности природных систем. Сложность и неопределенность. Трудность изучения.
Основные подсистемы биосферы: атмосфера, гидросфера и литосфера. Структура, процессы, связи между подсистемами. Обмен энергией.
Необходимость изучения свойств сложных систем и закономерностей эволюционного процесса. Открытые и закрытые системы. Энтропия. 2-ое начало термодинамики – закон эволюции для закрытых систем.
Динамические системы. Системные закономерности. Экосистемные законы. Принцип оптимальности. Понятие фазового пространства. Пространство экологических параметров.
Неблагополучное и благополучное состояние экосистемы. Гомеостаз экосистемы. Понятие обратной связи. Отрицательная и положительная обратная связь.
Явления самоорганизации.
Физические и геофизические процессы, влияющие на функционирование экосистем и биосферы. Циркуляция воздушных масс в атмосфере. Гидродинамика атмосферных возмущений. Ветры. Циркумполярные вихри. Циркуляция воды в океане. Пассаты и муссоны.
Природные явления: ураганы, цунами, смерчи, грозы, наводнения, землетрясения и т.д. Математические модели возникновения и эволюции.
Энергетические аспекты биосферы. Потоки тепла и излучения в атмосфере, гидросфере и литосфере. Источники энергии: ГРЭС, АЭС, ТЭЦ. Эффективность, влияние на биосферу. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Проблема перехода на альтернативные источники энергии. Энтропия и тепловое излучение Земли. Экологические экспертизы. Необходимость системного подхода к экспертизе. Биологические индикаторы. Человек и биосфера. Коэволюция. Универсальный эволюционизм.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
6.1. Рекомендуемая литература:
а) основная литература:
Горелов, М.С. Экология: учебное пособие для вузов / А.А. Горелов.- М.: Юрайт-М, 2002.- 312 с.
б) дополнительная литература.
Бродский, А.В. Общая экология: учебник для вузов / А.В. Бродский.- М.: МДК, 2008, - 310 с.
Будько, М.И. Глобальная экология/ М.И. Будько.-М.: Мысль, 1977.-327 с.
Войткевич, Г.В., Вронский, В.А. Основы учения о биосфере: учебное пособие для вузов / Г.В. Войткевич, В.А. Вронский.- Ростов - на - Дону: Феникс, 1996.- 480 с.
Волькенштейн, М.В. Эволюция и физика/ М.В. Волькенштейн.-М. 1989.- 340 с.
Одум, Ю. Экология: В 2-х т. Пер. с англ. / Ю. Одум.- М.: Мир, 1986.- 328 с. и 376 с.
Одум, Г., Одум Э.Энергетический базис человека и природы/ Г. Одум, Э. Одум .-М.: Прогресс, 1978.-436 с.
Пригожин, И. От существующего к возникающему/И. Пригожин.-М.: Наука, 1985.-368 с.
Пузаченко, Ю.Г. Методологические основы географического прогноза и охраны среды/ Ю.Г. Пузаченко.-М.:УРАО, 1998.-212 с.
Реймерс, Н.Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы / Н.Ф. Реймерс. - М.: Россия молодая, 1994.- 367 с.
Степановских, А.С. Общая экология: учебник для вузов /А.С.Степановских. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 510 с.
Чернова, Н.М., Былова, А.М. Экология: учебное пособие для студентов педвузов / Н.М. Чернова, А.М Былова. - М.: Просвещение, 1988.- 272 с.
Шилов, И.А. Экология: учебник для вузов. / И.А. Шилов.- М.: Высшая школа, 2000.- 512 с.
6.2. Средства обеспечения дисциплины:
При изложении различных разделов дисциплины рекомендуется использовать компьютерные демонстрации.
Материально-техническое обеспечение дисциплины:
в соответствии с образовательной программой.
Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
8.1. Методические рекомендации преподавателю:
Изучение дисциплины рассчитано на один семестр через реализацию лекционных и практических занятий. Теоретические сведения закрепляются на практических занятиях, тематика которых соответствует основным разделам экологии с точки зрения физика. Особое внимание уделяется специальной терминологии, отражающей понятия и способствующей лучшему усвоению изучаемого материала. Для промежуточного контроля знаний используются письменные работы, экологические диктанты и тестирование по разделам дисциплины. Тестирование проводится с использованием распечатанных тестов и (или) в компьютерном классе с использованием специальных программ. Для самостоятельной работы, предусмотрено выполнение рефератов и курсовых работ. В конце семестра проводится итоговый экзамен. Перечень экзаменационных вопросов студенты получают за месяц до начала сессии.
8.2. Методические указания для студентов:
Контрольные вопросы
Место экологии в современном мире.
Роль физики в экологии. География и экология.
Глобальные проблемы человечества. Особенности глобальных проблем. Необходимость планетарного кризиса. Ноосфера.
Особенности природных систем. Сложность и неопределенность.
Основные методологические положения классической экологии.
Равновесные и неравновесные системы и процессы.
Понятие катастрофы. Схема описания.
Принципы моделирования систем различной природы. Принципы отбора. Понятие фазового пространства.
Особенности организации и описания эволюции биологических систем. Понятие гомеостаза. Обратные связи. Понятие организма, свойства организма.
Явления самоорганизации.
Понятие управления системой. Цель управления.
Описание социально-экономических систем. Моделирование иерархических систем.
Описание социально-экономических систем. Моделирование систем гермейеровского типа. Оптимальные и компромиссные решения.
Системные законы. (Аксиома эмерджентности, правило конструктивной эмерджентности, закон Парето, Законы необходимого многообразия и разнообразия, баланса консерватизма и изменчивости, закон существования критической связности)
Законы взаимодействия организма и среды.
Законы функционирования биоценозов и сообществ.
Экосистемные законы.
Законы биосферы.
Законы системы «человек-природа»
Основы концепции отношений в системе природа-общество.
Нормирование состояния окружающей среды и допустимых воздействий.
Основные подсистемы Земли. Строение Земли.
Природные явления. Землетрясения и вулканы.
Природные явления. Грозы. Ураганы. Торнадо. Цунами.
Происхождение и эволюция живого на Земле.
Язык универсального эволюционизма Н.Н. Моисеева.
Задания для самостоятельной работы
Методы исследования в экологии.
Роль физики в экологических исследованиях.
Общество как открытая система.
Особенности биологического уровня организации материи. Биологические макромолекулы.
Клетка как открытая система. Воздействия излучения на клетку.
Генетика и биологическая эволюция.
Земля: строение, геологическая эволюция. Возникновение геосферных оболочек.
Учение В.И. Вернадского о развитии ноосферы.
Эволюционно-синергетическая концепция развития природы
Темы рефератов
Закономерности развитие естественнонаучного знания.
Глобальные проблемы современности.
Системное устройство мира.
Кибернетика и синергетика.
Самоорганизация: условия и закономерности возникновения.
Закономерности эволюционного развития.
Самоорганизация в социальных и экономических системах.
Жизнь. Проблема возникновения. Добиологическая эволюция.
Биосфера – ноосфера.
Этические вопросы научных открытий.
Эволюция биосферы.
Проблема происхождения жизни. Эволюционизм и креационизм.
Эволюция общественных структур.
Роль религии и культуры в формировании гомеостаза общества.
Научные парадигмы, их смена и отражение в массовом сознании.
Нелинейные явления в природе.
Самоорганизация в живой и неживой природе.
Универсальный эволюционизм.
Физические методы мониторинга природных сред, аэрокосмический мониторинг.
Экологически чистые методы получения энергии. (Солнечная энергия, ветер, приливы и т.д.)
Изменения климата. Прогноз экологических последствий. (Возможные меры предотвращения катастроф)
Проект переброски сибирских рек.
Воздействие физических полей на живые организмы.
Роль болот в биосфере
Биоиндикаторы состояния биосферы.
Природа и экономика.
Примерный перечень вопросов к экзамену
Место экологии в современном мире.
Роль физики в экологии. География и экология.
Основные подсистемы Земли. Строение Земли.
Природные явления. Землетрясения и вулканы.
Природные явления. Грозы. Ураганы. Торнадо. Цунами.
Общепланетарные проблемы. Реакция общества. Ноосфера.
Особенности природных систем. Сложность и неопределенность.
Основные методологические положения классической экологии
Особенности поведения закрытых и открытых систем. Термодинамическое описание.
Равновесные и неравновесные системы и процессы. Точки бифуркации.
Явления самоорганизации в неживой природе.
Явления самоорганизации в живой природе.
Понятие катастрофы. Схема описания.
Принципы моделирования систем различной природы. Принципы отбора.
Понятие фазового пространства. Траектория в фазовом пространстве. Особые точки.
Особенности организации и описания эволюции биологических систем.
Понятие гомеостаза. Обратные связи. Понятие организма, свойства организма.
Понятие управления системой. Цель управления. Оптимальное решение.
Описание социально-экономических систем. Моделирование иерархических систем.
Описание социально-экономических систем. Моделирование систем гермейеровского типа. Оптимальные и компромиссные решения.
Системные законы. (Аксиома эмерджентности, правило конструктивной эмерджентности, закон Парето, Законы необходимого многообразия и разнообразия, баланса консерватизма и изменчивости, закон существования критической связности)
Законы взаимодействия организма и среды.
Законы функционирования биоценозов и сообществ.
Экосистемные законы.
Законы биосферы.
Законы системы «человек-природа.
Основы концепции отношений в системе природа-общество.
Нормирование состояния окружающей среды и допустимых воздействий.
Происхождение и эволюция живого на Земле.
Язык универсального эволюционизма Н.Н. Моисеева.
Программа составлена в соответствии с заключением Учебно-методического объединения по специальностям педагогического образования по реализации специализации: 032204 – «Физическая экология» по специальности 050203.65 (032200) – «физика».
Программу составил:
к. ф.-м. наук, доцент каф. общей физики ___________________ С.Г. Катаев
(подпись)
Программа утверждена на заседании кафедры общей физики ТГПУ,
протокол № 293 от 29 августа 2008 г.
Заведующий кафедрой, профессор __________________ В.Г. Тютерев
Программа дисциплины одобрена методической комиссией физико-математического факультета ТГПУ, (УМС университета)
Председатель методической комиссии
физико-математического факультета ______________ В.И. Шишковский
(подпись)
Согласовано:
Декан физико — математического факультета ____________ А.Н. Макаренко
|
