Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный университет» (НГУ)

Факультет информационных технологий

Факультет естественных наук

Кафедра общей биологии и экологии

ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ «ЭКОЛОГИЯ»

ЦИКЛ ЕН — ОБЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ

ДИСЦИПЛИНЫ (Федеральный компонент) НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ 230100.62 «ИНФОРМАТИКА И

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

Авторы ЕРМАКОВ Н. Б., д.б.н.

СЕРГЕЕВ М.Г., д.б.н., проф.

ВАНЬКОВА И.А., к.б.н.

Новосибирск Программа дисциплины «Экология» составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки бакалавра по циклу «Общих математических и естественнонаучных дисциплин» Федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению 230100.62 «Информатика и вычислительная техника».

1. Цели и задачи дисциплины (курса) Дисциплина «Экология» имеет своей целью: формирование экологического мировоззрения, необходимого для для специалиста с высшим образованием в области информатики и вычислительной техники, и интеграция экологических представлений и методологических основ информатики. В рамках курса рассматриваются взаимоотношения биосферы и человека, организма и среды, взаимосвязь экологии и здоровья человека, глобальные проблемы окружающей среды, а также экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:

— рассмотрение экологии как науки об экологических системах, выявление взаимосвязи экологии с другими науками;

— изучение структуры биосферы, пространственного строения и динамики экологических систем;

— выделение места особи в экосистеме, выявление взаимоотношения организма и среды;

— определение глобальных проблем окружающей среды и выделение экологических принципов рационального использования природных ресурсов и охраны природы;

— формирование представлений о роли экологии в современном мире, рассмотрение возможностей использования экозащитной техники и технологий.

— формирование представлений о возможности применения информационных технологий в экологии.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины студент должен:

Иметь представление о — биосфере и экологических системах, их элементах и связи между ними, о взаимоотношениях организма и среды;

— об основных законах и принципах экологии;

— о глобальных, региональных и локальных экологических проблемах.

Знать — структуру биосферы, экосистемы, взаимоотношения организма и среды;

— законы формирования, функционирования и поддержания устойчивости экологических систем;

— экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы;

— основы экологического права.

Уметь — применять представления об экологических системах и охране природы в своей профессиональной деятельности;

— использовать комплекс знаний по информатике и вычислительным технологиям для решения экологических проблем.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Всего часов Семестры 1 Общая трудоемкость дисциплины 64 - Аудиторные занятия, в том числе: 32 - Лекции 32 - Семинары - - Лабораторные работы - - Самостоятельная работа, в том числе: 32 - Курсовой проект - - Реферат - - Расчетные работы - - Другие виды самостоятельной работы 32 - 4 контрольные работы Вид промежуточного контроля зачёт Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы.

4. Содержание дисциплины 4.1. Новизна курса.

Курс основан на интеграции системного и пространственно-временного подходов и базируется на синтезе современных и классических представлений экологии и охраны природы. Его характерная черта — ориентация слушателей на комплексное восприятие экологических систем разного типа и разного ранга и осознание сущности экологических проблем. Особое внимание уделено возможностям использования современных информационных технологий в решении как теоретических, так и прикладных задач экологии.

4.2. Тематический план курса (распределение часов по видам учебной работы).

биосфера, ландшафт, биогеоценоз экосистеме.

Взаимоотношения организма и среды. Популяции и поселения здоровье человека устройство экосистем динамика основных типов экосистем информации в экологических и биологических системах геоинформатика современность.

Экологические принципы рационального использования природных охраны природы технологии экологического профессиональна я ответственность разнообразие и устойчивость.

Глобальные проблемы окружающей сотрудничество в 4.3. Содержание разделов и тем курса.

Жизнь на Земле как эволюция биологических и экологических систем:

постоянное развитие или развитое постоянство? Экология как наука об экологических системах. Ее связь с другими естественными и социальногуманитарными науками: физикой, биологией, химией, геологией, экономикой, историей.

Биосфера на сложно вращающейся планете. Структура биосферы. Приток энергии. Теплообеспеченность, атмосферное давление и влагооборот. Атмосфера и ее слои. Гидросфера. Потоки воздушных и водных течений. Климаты Земли.

Литосфера и биогеохимические провинции. Химические элементы и их соединения в биосфере. Живое вещество и его роль в биосфере. Биокосные тела.

Круговорот вещества и энергии. Биологический круговорот и роль живых организмов в перераспределении и аккумуляции химических соединений. Биогенные горные породы. Потоки энергии и веществ в биосфере. Оценка притока солнечной энергии и характера ее распределения по поверхности Земли. Вековая, годовая и суточная циклика.

Элементы, компоненты (блоки) и связи между ними. Функциональное устройство экосистем. Продуценты, консументы, редуценты. Продукция и биомасса. Распределение консументов в трофических сетях. Фитофаги, хищники, паразиты. Свойство "памяти" экосистемы. Экосистемы и сообщества.

Пространственное устройство экосистем. Типы потоков вещества, энергии и информации. Ярусы. Границы между экосистемами и внутри них. Экотоны.

Мозаичность. Динамика экосистем. Флуктуации. Понятие о сукцессиях.

Разнообразие сукцессии: первичные и вторичные, дигрессионные и демутационнные. Климакс. Устойчивость и эволюция экосистем.

Особи в экосистеме. Особь и окружающая среда. Взаимоотношения организма и среды. Необходимость успешного размножения. Миграции. Периоды покоя. Экологические факторы. Толерантность, представление об оптимальности и пессимальности. Лимитирующие факторы и закон Либиха.

Популяции и поселения. Связи и границы между популяциями.

Пространственная, временная и функциональная неоднородность популяции.

Динамика популяций и ее типы. Механизмы регуляции динамики. Вид как система популяций.

Распределение и динамика основных типов экосистем. Периодический закон природной зональности (Григорьева - Будыко) и общая картина распределения экосистем. Биомы как основные типы экосистем и место в них человека.

Глобальные проблемы окружающей среды.

Потоки информации в экологических и биологических системах. Внутрии меж- популяционный обмен информацией (в том числе генетич еской).

И нф ормационна я "насы щенность " биогеоцено за. Коммуникационные взаимодействия.

Меры биоразнообразия. Работы Шеннона по измерению количества информации, и их применимость для оценки биоразнообразия.

Информационные оценки стоимости природных ресурсов.

Эко- и геоинформатика. Информационные ресурсы в экологии.

Принципы построения геоинформационных систем. Применение ГИС в экологических исследованиях. Использование спутниковой информации для анализа пространственно-временной структуры экосистем.

Моделирование экологических процессов. Имитационные модели.

Ландшафтная экология и "gap"-модели.

Экология и современность. Экологические воззрения античности.

Формирование экоцентристских взглядов в Индии и Китае. Экоцентризм и антропоцентризм, экофилия и экофобия в развитии мировой цивилизации.

Экологическая парадигма и современное общество. Экологические кризисы как кризисы антропоцентрического мышления. Экологические мифы.

Биологическое разнообразие и устойчивость. Подходы к сохранению биологического разнообразия. Роль человека в экосистемах прошлого и настоящего. Загрязнение и его типы. Парниковый эффект. Озоновые дыры.

Радиационное загрязнение. Эвтрофизация. Влияние загрязняющих соединений на состояние популяций человека. Экология и здоровье человека.

Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы. Экозащитная техника и технологии. Основы экологического права, профессиональная ответственность.

Будущее биосферы. Международное сотрудничество в области окружающей среды. Глобальная экология и законы Коммонера. Энвайронментальный консервационизм. Универсальная этика и биоцентризм. Принципы современной охраны природы. Концепция устойчивого развития. Биосфера и ноосфера.

Гипотеза Геи.

4.4. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы.

1. Что такое экология?

2. Что такое энвайронментализм?

3. Какие биокосные тела вы знаете?

4. Охарактеризуйте особенности круговоротов важнейших химических элементов.

5. В чем заключается общность организации экологических систем?

6. Роль особи и организма в экосистеме.

7. Экологические факторы.

8. Что такое толерантность в экологической системе?

9. Представление об оптимальности и пессимальности.

10. Дайте определение популяции.

11. Функциональная структура популяции.

12. Типы динамики популяций.

13. Механизмы регуляции динамики.

14. Дайте определение сукцессии.

15. Понятие «экотона».

16. Охарактеризуйте разнообразие сукцессий.

17. Понятие биома.

18. Что такое информационная «насыщенность» биогеоценоза?

19. Назовите принципы построения геоинформационных систем.

20. Что такое эко- и геоинформатика.

5. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (курса) 5.1. Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену) по всему курсу.

1. Экология как наука об экологических системах.

2. Как родилась экология, как развивалась, зачем она нужна?

3. Экоцентризм и антропоцентризм, экофилия и экофобия в развитии мировой цивилизации.

4. Экологическая парадигма и современное общество.

5. Экологические кризисы как кризисы антропоцентрического мышления.

6. Биологические и географические основы экологии, связи с другими естественными и социально-гуманитарными науками.

7. Жизнь на Земле как эволюция биологических и экологических систем.

8. Биосфера на сложно вращающейся планете.

9. Вековая, годовая и суточная циклика.

10. Основные энергетические потоки.

11. Строение земной коры. Формирование рельефа.

12. Геосистемы и экологические системы. Их смены в пространстве и времени.

13. Зональность, секторность, высотная поясность.

14. Круговорот вещества и энергии. Биотический круговорот.

15. Представления об экологических системах. Общность организации экологических систем.

16. Аутэкология. Особи и организмы в экосистеме.

17. Экологические факторы. Толерантность, представление об оптимальности и пессимальности.

18. Потоки энергии как основа существования экосистемы.

19. Пространственная организация экосистем.

20. Динамика экосистем. Флуктуации. Понятие о сукцессиях.

21. Популяция как однородная система.

22. Популяции и поселения. Связи и границы между популяциями.

23. Распределение и динамика основных типов экосистем. Периодический закон природной зональности.

24. Биомы как основные типы экосистем.

25. Внутри- и межпопуляционный обмен информацией (в том числе генетической).

26. Меры биоразнообразия. Работы Шеннона.

27. Информационные оценки стоимости природных ресурсов.

28. Эко- и геоинформатика. Информационные ресурсы в экологии.

29. Моделирование экологических процессов. Имитационные модели.

5.2. Основная литература.

Биоразнообразие и динамика экосистем: информационные технологии и моделирование.

Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006.

Бродский А.К. Общая экология. М.: Академия, 2006.

Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М., Низовцев Е.М., Сергеев М.Г., Степанова Д.Ч., Филипенко М.Л., Шумный В.К. Общая биология. М.: Научный мир, 2001.

Природные ресурсы России: территориальная локализация, экономические оценки.

Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007.

Сергеев М.Г. Основы экологии: Учебное пособие. Ч. 1 / Новосибисркий государственный университет. Новосибирск, 2005.

Сергеев М.Г. Основы экологии: Учебное пособие. Ч. 2 / Новосибисркий государственный университет. Новосибирск, 2007.

5.3. Дополнительная литература.

Агесс П. Ключи к экологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: Особи, популяции и сообщества. В 2 тт. М.:

Мир, 1989.

Воронков Н.А. Основы общей экологии. М.: Агар, 1997.

Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. Ростов-н/Д.: Феникс; М.: Зевс, 1997.

Дрё Ф. Экология. М.: Атомиздат, 1976.

Круть И. В., Забелин И.М. Очерки истории представлений о взаимоотношении природы и общества. М.: Наука, 1988.

Максаковский В.П. Географическая картина мира: Ч. 3. Глобальные проблемы человечества. Ярославль: Верхне-Волжское кн. изд-во, 1996.

Маргалеф Р. Облик биосферы. М.: Наука, 1992.

Небел Б. Наука об окружающей среде: 1-2 тт. М.: Мир, 1993.

Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: 1-4 кн. М.: Мир, 1994-1995.

Родионова И.А. Глобальные проблемы человечества. М.: Аспект-Пресс, 1994.

Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.

Сергеев М.Г. Экология антропогенных ландшафтов. Новосибирск: Изд-во Новосибирского университета, 1997.

Стебаев И.В., Пивоварова Ж.Ф., Смоляков B.C., Неделькина С.В. Общая биогеосистемная экология. Новосибирск: Наука, 1992.

5.4. Программное и коммуникационное обеспечение (если используется).

MS PowerPoint 6. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины При изучении теоретического материала рекомендуется строго придерживатья календарного плана. Во время лекции студенты рекомендуется самостоятельно воспроизводить ее содержание в виде конспекта, содержащего основные понятия и пояснения, либо на распечатках презентации текущей темы. После каждой лекции целесообразно самостоятельно изучить основную и дополнительную литературу, рекомендуемую в программе курса, а также материалы презентаций лекционного курса по разобранной теме и внести (при необходимости) дополнения в конспект.

Для промежуточной аттестации используются тестовые контрольные работы по группе пройденных тем. По желанию студента возможна подготовка реферата по темам, раскрывающим связь экологии и информатике. Тема реферата должна быть согласована с лектором. При написании реферата студент самостоятельно находит имеющиеся публикации по согласованной теме, ставит цель и задачи, составляет краткий обзор публикаций, проводит их сравнительный анализ, формулирует и обосновывает выводы.