Математика

Вид материала

Содержание

I. Физические основы механики
Примерная программа дисциплины
Содержание дисциплины
I. Основы строения вещества
Примерная программа дисциплины
Содержание программы
1. Общая экология
Условия и ресурсы среды.
Человек в биосфере
Глобальные экологические проблемы.
Экономика и правовые основы природопользования.
Инженерная защита окружающей среды.
Дополнительная тема.
Примерные темы для самостоятельной работы и обсуждения на семинарах
Примерная программа дисциплины
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3. Объем дисциплины в виде учебной работы

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6

Примерные темы курсовых работ по физике

^ I. Физические основы механики

Измерение коэффициента трения качения.
Гироскоп и его применение в технике.
Стохастические колебания при трении.
Динамическое виброгашение.
Граничное трение твердых тел.
Современные методы измерения силы трения и изнашивании тел при трении.
Газодинамические методы ускорения тел. Легкогазовые пушки.
Течение жидкости в узких щелях. Гидро- и газодинамические опоры.
Инерционный привод шпинделя в сверхточных металлорежущих станках.

II. Электричество и магнетизм

Измерение малых токов, напряжений и зарядов.
Магнитные цепи в технике.
Принцип действия индуктосина.
Поле постоянного магнита.
Электронная пушка Пирса.
Измерение мощности в электрических цепях.
Магнитная подвеска транспортных средств.
Электрические токи в атмосфере и грозы.
Электреты, их свойства, применение в технике.
Магнитные жидкости, их применение в технике.
Емкостный датчик механических перемещений.
Электромагнитные методы ускорения тел.
Индукционный метод ускорения.
Бесконтактные опоры, основанные на явлении сверхпроводимости.
Электростатический реактивный двигатель.
Принцип действия электромагнитных реактивных двигателей.
Электрическое и магнитное поля Земли.

III. Физика колебаний и волн

Механические автоколебания.
Нелинейные электрические цепи.
Принцип виброизоляции.
Методы дефектоскопии.
Разрешающая способность оптических приборов.
Акустическая модуляция света и ее использование в информационно-измерительной технике.
"Парадоксы" спектрального разложения.
Лазерный интерферометр.
Резонансная кривая вынужденных нелинейных колебаний /расчет с приложением ЭВМ/.
Вычислительная томография и неразрушающий контроль в технике.
Спекл-интерферометрия.
Оптическая фурье-фильтрация.
Численный расчет дифракции света на круглом отверстии.
Растровый электронный микроскоп.
Эффект Допплера и его применение в технике.
Элементарная теория радуги.
Оптические методы измерения шероховатости поверхности.
Изгибные и крутильные колебания. Задача о флаттере.

IV. Квантовая физика

Применение лазеров в технологических процессах.
Принцип туннельной микроскопии.
Лазерное разделение изотопов в магнитном поле.
Принцип ЯМР - томографии.
Водородная энергетика.
Эффект Джозефсона и его применение в технике.
Устройство и принцип действия твердотельных лазеров.
Высокотемпературная сверхпроводимость.
Проблемы термоядерного синтеза.
Экситоны в полупроводниках.
Взаимодействие мощного лазерного излучения с атомами и молекулами.
Рекомбинационная неустойчивость тока в полупроводниках.

V. Статистическая физика и термодинамика

Влияние шумов на точность измерений.
Дислокация и пластичность твердых тел.
Явление эффузии и молекулярные пучки.
Виды дислокаций в кристаллах.
Эффект Пельтье и его применение в технике.
Синтез алмаза и кубического нитрида Бора.
Оже-спектроскопия в вакуумной технологии.
Применение эффектов Зеебека, Пельтье и Томсона в энергетических системах космических аппаратов.
Фазовые переходы второго рода.
Квантовые идеальные газы и их свойства.
Антиферромагнетики.
Применение жидких кристаллов в технике.
Теорема Нернста и ее следствия.
Диссипативные пространственные структуры.
Самоорганизация в физических системах.
Динамический хаос.

Рекомендуемые учебные кинофильмы по физике

I. Физические основы механики

Состояние невесомости, 1ч., ч/б, 1975.
Законы сохранение в механике, 2ч., ч/б, 1976.
Деформация кристаллов, -ч.,цв., 1977.
Дефект массы, 1ч., ч/б, 1978.
Реактивное движение, 2ч., цв., 1978.
Измерение различных скоростей, 2ч., цв., 1979.
Работа и энергия, 1ч., ч/б, 1979.
Силы слухового трения, 1ч., ч/б, 1979.
Силы инерции при вращательном движении, 1ч., ч/б, 1979.
Основы гидро- и аэродинамики, 2ч., ч/б, 1981.
Закон сохранения импульса, 1ч., ч/б, 1981.
Закон сохранения момента импульса, 1ч., ч/б, 1981.
Закон сохранения и превращения энергии, 1ч., ч/б, 1981.
Распространение упругих волн, I и II разделы, 2ч., ч/б, 1981.
Движение в гравитационном поле, -ч., ч/б, 1982.
Движение центра инерции твердого тела, 1/2ч. (кинофрагмент), ч/б, 1976.
Свободные оси и главные оси инерции, 1/2 ч. (кинофрагмент), ч/б, 1976.
Гравитационное поле, 2ч., 1988.
Силы трения, 2ч., 1988.

II. Электричество и магнетизм

Электромагнитная индукция, 2ч., ч/б, 1977.
Электропроводность металлов и полупроводников, 2ч., цв., 1976.
Диамагнетизм и парамагнетизм, 1ч., ч/б, 1977.
Поле вблизи заряженных тел, 1ч., цв., 1979.
Магнитное поле движущихся зарядов, 2ч., ч/б, 1980.
Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, 1ч., ч/б, 1980.
Магнитные свойства вещества, 2ч., ч/б, 1980.
Сверхпроводимость, 2ч., ч/б, 1983.
Термоэлектрические и контактные явления, 2ч., ч/б, 1984.

III. Физика колебаний и волн

Затухающие колебания, 1ч., ч/б, 1978.
Сложение колебаний, 1ч., цв., 1978.
Волны, 2ч., ч/б, 1980.
Физические основы акустики, 2ч., цв., 1980.
Распространение упругих волн, I и II разделы, 2ч., ч/б, 1981.
Поляризация света, 2ч., цв., 1975.
Оптические явления в природе, 1ч., цв., 1976.
Полное внутреннее отражение, 1ч., цв., 1977.
Интерференция света, 2ч., цв., 1977.
Основы голографии, 2ч., цв., 1978.
Линза, 1ч., ч/б, 1979.
Отражение и преломление света, 1ч., ч/б, 1979.
Дифракция света, 2ч., цв., 1980.
Дисперсия света и рассеяние, 2ч., цв., 1980.
Лазеры, 3ч., цв., 1982.
Методы регистрации быстропротекающих физических процессов, 2ч., ч/б, 1983.
Двойное лучепреломление, 2ч., цв., 1984.
Вращение плоскости поляризации, 1ч., ч/б, 1986.
Визуализация инфракрасного излучения, 2ч., ч/б, 1987.
Нелинейная оптика, 2ч., цв., 1988.

IV. Квантовая физика

Фотоэффект, 1ч., цв., 1976.
Опыты Франка и Герца, 1ч., ч/б, 1976.
Опыты Штерна и Герлаха, 1ч., цв., 1976.
Эффект Мессбауэра, 2ч., 1978.
Физические основы квантовой теории, 3ч., цв., 1980.
Элементарные частицы,2ч., ч/б, 1984.
Взаимодействие элементарных частиц, 2ч., ч/б, 1984.
Тепловое излучение 2ч., ч/б, 1984.
Туннельный эффект, 2ч., цв., 1968.

V. Статистическая физика и термодинамика

Опыт Джоуля-Томсона, 1ч., ч/б, 1978.
Диффузионные явления, 2ч., цв., 1979.
Низкие температуры, 1ч., ч/б, 1980.
Сверхтекучесть гелия, 1ч., ч/б, 1980.
Явления переноса в газах, 2ч., ч/б, 1980.
Методы получения и измерения вакуума, 1ч., ч/б, 1981.
Основные газовые законы, 1ч., ч/б, 1981.
Жидкое состояние вещества, 1ч., ч/б, 1981.
Теплоемкость газов, 2ч., ч/б, 1982.
Физические явления в разряженных газах, 1ч., ч/б, 1982.
Вязкость газов и жидкостей, 1ч., ч/б, 1981.
Энтропия, 2ч., ч/б, 1985.

Примерные темы занятий в дисплейном классе

Движение частицы в кулоновском поле /спутник, резерфордовское рассеяние/.
Движение тела , брошенного с летательного аппарата.
Моделирование броуновского движения.
Моделирование вязкого трения.
Динамическое виброгашение.
Гармонический анализ.
Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях.
Дифракция на круглом отверстии.
Фильтрация пространственных частот.
Поле соленоида и постоянного магнита.
Модель электронно-дырочного перехода.
Дифракционная решетка.

Литература

а) основная:

Киттель Ч., Найт У., Рудерман М., Парселл Э., Крауфорд, Ф., Вихман Э., Рейф Ф. Берклеевский курс физики. М.: Наука, 1971-1974, т. I-Y.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. - М.: Наука, 1979-1989, т. I-Y.

б) дополнительная:

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1965-1967, вып. 1-9.
Савельев И.В. Курс общей физики.-М.5Наука, 1982-1984, т. 1-3.
Матвеев А.Н. Курс общей физики.- М.: Высшая школа, 1976-1989, т. I-Y.
Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс физики.-М.:Наука, 1977-1981, т. 1-3.
Алешкевич В.А., Деденко Л.Г., Караваев В.А. Механика сплошных сред (университетский курс общей физики). М.: Изд-во физического факультета МГУ, 1999.
Орир Д. Физика.- М.: Мир, 1981, т.1-2.
Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М., МГУ, 1998.
Ахиезер А.И., Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс общей физики.-М.: Наука, 1969.
Кристи Р., Питти А. Строение вещества: введение в современную физику.-М.: Наука, 1969.
Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле.-Новосибирск.: Наука, 1985, т.1-2.
Тарасов Л.В. Основы квантовой механики.- М.: Высшая школа, 1978.
Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику.-М.:Высшая школа, 1987.
Суханов А.Д. Лекции по квантовой физики.-М.: Высшая школа, 1991.
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела.-М.: Наука, 1978.
Епифанов Г.И. Физика твердого тела.-М.: Высшая школа, 1977.
Готтфрид К., Вайскопф В. Концепция физики элементарных частиц.-М., Мир, 1988.
Иродов И.Е. Задачи по общей физике.-М.: Наука, 1987.
Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике.-М.: Наука, 1982.
Козел С.М., Рашба Э.И., Славатинский С.А. Сборник задач по физике. М.: Наука, 1987.

в) рекомендуемая кафедрой:

Включается в рабочую программу с учетом изданий вуза или вузов региона.

Программу составили:

Гладун А.Д. - профессор Московского физико-технического института

(государственного университета)

Колоколов А.А.- доцент Московского государственного технологического университета

"Станкин"

Суханов А.Д. - профессор Российского университета дружбы народов

Рецензент:

Уханов Ю.И. - профессор Санкт-Петербургского государственного технического

университета

^ ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ХИМИЯ

Пояснительная записка

Данная программа по дисциплине “Химия” предназначена для подготовки бакалавров технических направлений химико-технологического профиля, и ее особенность, в отличие от программы по химии для специальностей, состоит в более фундаментальном характере изложения, имеющем целью формирования у студентов целостного естественнонаучного мировоззрения.

Опираясь на полученные в средней школе химические знания, программа предусматривает дальнейшее углубление современных представлении в области химии, без знания основ которой невозможна подготовка бакалавра.

Без знания химии невозможно решение экологических, сырьевых и энергетических проблем, которые стоят перед человечеством.

При подготовке программы учитывалось современное состояние химической науки и требования, предъявляемые к бакалаврам технических наук.

Программа рассчитана на 200-250 часов и состоит из двух частей.

Первая часть охватывает обязательные разделы химии, необходимые для подготовки бакалавра. На изучение этой части рекомендуется отводить от 50 до 70% всего учебного времени, предусмотренного учебным планом на изучение химии.

Вторая часть программы состоит из разделов, изучаемых по выбору кафедры химии вуза с учетом специфики направления. На изучение этих разделов рекомендуется отводить от 30 до 50% всего учебного времени, отводимого на изучение химии.

При составлении на ее основе рабочей программы объем и последовательность изучаемого материала, глубину и широту изложения, а также рекомендуемую для студентов литературу определяет кафедра с учетом учебного плана вуза, профиля направления и сложившихся традиций.

Важной составной частью учебного процесса по дисциплине “Химия” являются лабораторные занятия, развивающие у студентов навыки научного экспериментирования и исследовательский подход к изучению предмета и закрепляющие теоретический материал.

Исходя из концепции подготовки бакалавров, для студентов, имеющих своей целью продолжение обучения в магистратуре, в рабочей программе следует предусмотреть курсы по выбору студента, углубляющие их фундаментальные научные знания предмета, предлагать оформлять самостоятельную работу по темам в виде рефератов или научных сообщений на семинарах.

Для студентов, предполагающих завершить обучение на уровне бакалавриата или продолжить его по специальности, целесообразно рекомендовать курсы по выбору и индивидуальные занятия прикладной направленности.

Самостоятельная работа может быть посвящена освоению теоретического материала и подготовке к лабораторным и практическим занятиям.

^ Содержание дисциплины

Обязательные разделы

Введение

Химия как часть естествознания. Предмет химии. Вещество. Виды химических реакций. Связь химии с другими науками. Значение химии в формировании мышления, в изучении природы и развитии техники. Химия и проблемы экологии.

^ I. Основы строения вещества

1.1. Электронное строение атома и систематика химических элементов. Квантово-механическая модель атома. Принцип Паули и правило Хунда. Строение многоэлектронных атомов. Периодическая система Д.И.Менделеева и изменение свойств элементов и их соединений. Окислительно-восстановительные свойства элементов.

1.2. Химическая связь. Основные типы и характеристики связи. Ковалентная и ионная связи. Метод валентных связей. Гибридизация. Понятие о методе молекулярных орбиталей. Строение и свойства простейших молекул.

1.3. Типы взаимодействия молекул. Комплексные соединения. Основные виды взаимодействия молекул. Силы межмолекулярного взаимодействия. Водородная связь. Донорно-акцепторное взаимодействие молекул. Комплексные соединения. Комплексы, комплексообразователи, лиганды, заряд и координационное число комплексов. Типы комплексных соединений. Понятие о теориях комплексных соединений.

1.4. Химия вещества в конденсированном состоянии. Агрегатное состояние вещества. Химическое строение твердого тела. Аморфное состояние вещества. Кристаллы. Кристаллические решетки. Химическая связь в твердых телах. Металлическая связь и металлы. Химическая связь в полупроводниках и диэлектриках. Реальные кристаллы. Простое вещество. Изомерия и аллотропия.

2. Взаимодействия веществ

2.1. Элементы химической термодинамики. Энергетические эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимия. Термохимические законы и уравнения. Энтальпия образования химических соединений. Стандартное состояние. Энтропия и ее изменение при химических процессах. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца и их изменения при химических процессах. Условия самопроизвольного протекания химических реакций. Условия химического равновесия. Обратимые и необратимые реакции. Химический потенциал. Активность и коэффициент активности.

2.2. Химическое и фазовое равновесия. Закон действия масс. Константа равновесия и ее связь с термодинамическими функциями. Принцип Ле Шателье. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Фазовое равновесие. Правило фаз. Распределение веществ в гетерогенных системах. Поверхностные явления. Сорбция. Адсорбционное равновесие. Гетерогенные дисперсные системы.

2.3. Химическая кинетика. Скорость гомогенных химических реакций. Основное химическое уравнение. Зависимость скорости химических реакций от температуры. Энергия активации. Гомогенный катализ. Цепные реакции. Физические методы ускорения химических реакций. Колебательные реакции. Скорость гетерогенных химических реакций. Гетерогенный катализ.

2.4. Растворы. Определение и классификация растворов. Растворы неэлектролитов и электролитов. Водные растворы электролитов. Ассоциированные и неассоциированные электролиты. Свойства растворов ассоциированных электролитов. Активность. Особенности воды как растворителя. Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель среды. Ионные реакции в растворах. Диссоциация комплексных соединений. Теория кислот и оснований. Константы кислотности и основности.

2.5. Коллоидные системы. Дисперсность и дисперсные системы. Классификация коллоидных систем. Золи и гели. Мицеллы и их строение. Получение коллоидных растворов. Устойчивость коллоидных систем, оптические и электрические свойства. Методы получения и разрушения коллоидных систем. Коллоиды в природных системах. Растворы полимеров.

2.6. Электрохимические процессы. Окислительно-восстановительные процессы. Определение и классификация электрохимических процессов. Законы Фарадея. Термодинамика электродных процессов. Понятие об электродных потенциалах. Гальванические элементы, ЭДС и ее измерение. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Уравнение Нернста. Потенциалы металлических, газовых и окислительно-восстановительных электродов. Ионселективные электроды и сенсоры. Мембраны и мембранный потенциал. Кинетика электродных процессов. Электрохимическая и концентрационная поляризация. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Выход по току. Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами.

2.7. Коррозия и защита металлов и сплавов. Основные виды коррозии. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия. Коррозия под действием блуждающих токов. Методы защиты от коррозии: легирование, электрохимическая защита, защитные покрытия. Изменение свойств коррозионной среды. Ингибиторы коррозии.

Избранные разделы химии, изучаемые по выбору кафедры с учетом направления

3.1. Химия металлов. Зависимость свойств металлов от их положения в периодической системе Д.И. Менделеева. Основы физико-химического анализа. Интерметаллические соединения и твердые растворы металлов. Основные методы получения металлов. Физико-химические процессы при сварке и пайке металлов. Свойства р-металлов и их соединений. Свойства переходных металлов, d-элементы IV — VII групп. Химия элементов железа, их сплавы и химические соединения. Химия платиновых металлов. Химия металлов подгрупп меди и цинка.

3.2. Химия неметаллов. Зависимость свойств неметаллов от их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева. Бор и его соединения. Азот, фосфор и их соединения. Элементы VI и VII групп и их соединения.

3.3. Неорганическая химия р-элементов IV группы. Химия полупроводников. Углерод и его аллотропные формы. Монооксид и диоксид углерода. Карбонаты. Карбиды. Кремний и германий и их соединения. Силициды. Силикаты. Стекло, Ситаллы. Фарфор, техническая и строительная керамика. Сверхпроводящие материалы. Полупроводниковые соединения. Физико-химические способы обработки полупроводников.

3.4. Химия вяжущих веществ. Определение и классификация вяжущих веществ и их свойства. Воздушные и гидравлические, известковые и гипсовые вяжущие вещества. Цементы, бетон.

3.5. Элементы органической химии. Строение, классификация и свойства органических соединений. Углеводороды и их производство. Химия органического топлива. Понятие о физико-химических процессах горения топлив. Продукты горения и защита воздушного бассейна. Водород - топливо будущего. Химия смазочно-охлаждающих средств и рабочих сред гидравлических систем.

3.6. Органические полимерные материалы. Методы получения полимеров, полимеризация, поликонденсация. Строение и свойства полимеров. Применение полимеров.

3.7. Химия воды. Строение молекул и свойства воды. Диаграмма плавкости систем вода - соль. Химические свойства воды. Природные воды и их состав. Сточные воды и их состав. Основные способы водоподготовкии очистки сточных вод. Охрана водного бассейна.

3.8. Электрохимические системы. Химические источники тока. Электрохимические энергоустановки. Электрохимические преобразователи, конденсаторы. Электрохимическая обработка металлов. Электрохимические покрытия.

3.9. Химическая идентификация. Вещество и его чистота. Аналитический сигнал и его виды. Химическая идентификация. Кислотно-основное и окислительно-восстановительное титрование. Гравиметрический и колориметрический анализ. Электрохимические методы анализа.

Примерный перечень лабораторных работ

Химический эквивалент и молярная масса эквивалента.
Измерение тепловых эффектов химических реакций.
Скорость химических реакций.
Химическое равновесие.
Адсорбционное равновесие.
Концентрация растворов.
Свойства водных растворов электролитов.
Водородный показатель среды.
Гидролиз солей.
Окислительно-восстановительные реакции.
Электродвижущая сила и напряжение гальванических элементов.
Электролиз; электрохимический эквивалент.
Коррозия металлов.
Защита металлов от коррозии.
Химические свойства металлов.
Свойства соединений магния и кальция; жесткость воды.
Свойства алюминия и его соединений.
Соединения металлов побочных подгрупп.
Аккумуляторы.
Получение и свойства гальванопокрытий.

Примерная тематика семинарских занятий

Строение атома.
Метод валентных связей. Гибридизация.
Комплексные соединения.
Энтальпийные характеристики процессов. Закон Гесса и его следствия.
Энергия Гиббса. Энтропия.
Закон действия масс. Константа равновесия.
Химическая кинетика и катализ.
Способы выражения концентраций растворов. Их взаимный пересчет.
Различие свойств ассоциированных и неассоциированных электролитов.
Электрохимические процессы.
Химия металлов.
Химия неметаллов.
Классификация и свойства органических соединений

Литература

а) основная:

Курс химии /Под ред. Н.В.Коровина, 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1990.
Фролов В.В. Химия, 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1986.
Практикум по неорганической химии /Под ред. А.Ф.Воробьева, С.И. Дракина. - М.: Химия, 1983.
Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г. Лабораторные работы по химии. - М.: Высшая школа, 1986.

б) дополнительная:

Романцева Л.М., Лещиновая 3.Л., Суханова В.А. Сборник задачи упражнений по общей химии. - М.: Высшая школа, 1991.
Новиков Г.И. Основы общей химии. - М.: Высшая школа,1988.

в) устанавливаемая кафедрой:

Приводится в рабочей программе с включением литературы, издаваемой в вузе или вузах региона.

Программу составили:

Воробьев А. Ф. - академик АНВШ, профессор Российского химико-технологического

университета им. Д. И. Менделеева:

Коровин Н. В. - профессор Московского энергетического института.

^ ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ЭКОЛОГИЯ

Пояснительная записка

Данная программа по дисциплине "Экология" предназначена для подготовки бакалавров техники и технологий; ее особенность состоит в фундаментальном характере изложения, в формировании у студентов экологического мировоззрения и воспитания способности оценки своей профессиональной деятельности с точки зрения охраны биосферы.

Экология здесь трактуется авторами как естественнонаучная дисциплина, рассматривающая принципы организации и условия устойчивости экосистем и биосферы, основные законы жизни природы. В программе освещены также основы экологии человека, а также глобальные экологические проблемы и прогнозы развития человечества в связи с современным экологическим кризисом.

Целью введения в образовательные программы высшей школы дисциплины "Экология" является повышение экологической грамотности, весьма актуальное в период экологического кризиса, и заполнение пробела в общем фундаментальном естественнонаучном образовании студентов, традиционно представленном в вузах технического профиля лишь физико-математическими дисциплинами.

В плане становления научного мировоззрения студентов программа призвана способствовать формированию представлений о человеке как о части природы, о единстве и самоценности всего живого и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы, а также обучить грамотному восприятию явлений, связанных с жизнью человека в природной среде, в том числе и с его профессиональной деятельностью.

Связь курса с будущей профессией студентов предполагается в введении в конце семестра одной - двух лекций и семинаров, посвященных экологическим проблемам, связанных с профилем направления.

В целом курс носит мировоззренческий характер и построен таким образом, чтобы вводить необходимые базовые естественнонаучные понятия для создания представлений о биосфере, месте в ней человека и проблем, связанных с технологической цивилизацией.

В соответствии с Требованиями (федеральный компонент) к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки бакалавра и дипломированного специалиста по циклу “Общие математические и естественнонаучные дисциплины”, утвержденными 21.02.2000 Минобразованием России (п. 4.6), при подготовке специалистов, обучающихся на соответствующих специальностях высшего профессионального образования, вуз (факультет) имеет право использовать данную программу, вводя отличия по глубине проработки отдельных разделов, что может повлечь за собой изменение соотношения между количеством лекций, семинаров и лабораторных занятий, изменение их характера и направленности.

Курс "Экология" рассчитан на 70 - 100 часов трудоемкости и включает лекции и семинарские занятия. В самостоятельную работу студентов входит освоение теоретического материала и подготовка к семинарским занятиям.

После завершения курса студенты должны иметь представление о структуре экосистем и биосферы, основных понятиях и законах экологии, эволюции биосферы, взаимоотношениях организма и среды, влиянии факторов среды на здоровье человека, о глобальных проблемах окружающей среды, экологических принципах использования природных ресурсов и охраны природы, об основах рационального природпользования, элементах экозащитной техники и технологий, основах экологического права и профессиональной ответственности.

Студенты должны иметь представление о подходах к моделированию и оценке состояния экосистем и уметь прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности с точки зрения биосферных процессов.

Конкретные задачи для самостоятельной работы, семинарских занятий и курсовых работ могут быть преложены вузами в соответствии с профессиональной спецификой конкретного направления.

^ Содержание программы

Введение

Место экологии в системе естественных наук. Современное понимание экологии как науки об экосистемах и биосфере. Введение термина "Экология" Эрнстом Геккелем для обозначения науки о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Формирование облика биосферы в процессе жизнедеятельности организмов, взаимодействия биоты и косного вещества: состав воздуха, воды, происхождение почвы, их биотическая регуляция.

Проблемы, связанные с антропогенным воздействием на биосферу. Экологический кризис. Связь состояния природной среды с социальными процессами. Значение экологического образования и воспитания. Необходимость формирования правовых и этических норм отношения человека к природе. Экологическое мировоззрение.

^ 1. Общая экология

Взаимодействие организма и среды. Фундаментальные свойства живых систем. Уровни биологической организации. Организм как дискретная самовоспроизводящаяся открытая система, связанная со средой обменом вещества, энергии и информации.

Разнообразие организмов. Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и дыхание: кислород атмосферы как продукт фотосинтеза. Основные группы фотосинтезирующих организмов (планктонные цианобактерии и водоросли в морях и высшие растения на суше). Хемосинтез, жизнь в анаэробных условиях. Основные группы гетеротрофов (бактерии, грибы, животные). Трофические отношения между организмами: продуценты, консументы и редуценты.

Гомеостаз (сохранение постоянства внутренней среды организма); принципы регуляции жизненных функций. Возможности адаптации организмов к изменениям условий среды. Толерантность и резистентность. Экологическая валентность. Типы и уровни адаптации, ее генетические пределы. Эврибионты и стенобионты. Гомойо- и пойкилотермность. Принципы воспроизведения и развития различных организмов. Особенности зависимости организма от среды на разных стадиях жизненного цикла. Критические периоды развития. Энергетика и рост организма.

^ Условия и ресурсы среды. Представление о физико-химической среде обитания организмов; особенности водной, почвенной и воздушной сред. Абиотические и биотические факторы. Экологическое значение основных абиотических факторов: тепла, освещенности, влажности, солености, концентрации биогенных элементов. Заменимые и незаменимые ресурсы. Сигнальное значение абиотических факторов. Суточная и сезонная цикличность.

Лимитирующие факторы. Правило Либиха, закон Шелфорда. Взаимодействие экологических факторов. Распределение отдельных видов по градиенту условий. Представление об экологической нише; потенциальная и реализованная ниша. Биотестирование и биоиндикация как методы контроля качества среды. Стресс как экологический фактор.

Популяции. Определение понятий "биологический вид" и "популяция". Иерархическая структура популяций; расселение организмов и межпопуляционные связи. Популяция как элемент экосистемы.

Статические характеристики популяции: численность, плотность, возрастной и половой состав. Биомасса и способы ее выражения: сырой и сухой вес, энергетический эквивалент. Методы оценки численности и плотности популяции. Характер пространственного размещения особей и его выявление. Случайное, равномерное и агрегированное распределение. Механизмы поддержания пространственной структуры. Территориальность. Скопления животных и растений, причины их возникновения. Регуляция численности популяций в природе.

Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, скорость популяционного роста. Таблицы и кривые выживания. Характер распределения смертности по возрастам в разных группах животных и растений. Экспоненциальная и логистическая модели роста популяции. Специфическая скорость роста популяции, "плотность насыщения" как показатель емкости среды, чистая скорость размножения. Динамика биомассы. Понятие о биопродуктивности.

Сообщества. Биоценозы (сообщества), их таксономический состав и функциональная структура. Типы взаимоотношений между организмами: симбиоз, мутуализм, комменсализм, конкуренция, биотрофия (хищничество в широком смысле слова). Межвидовая конкуренция. Эксплуатация и интерференция. Принцип конкурентного исключения. Условия сосуществования конкурирующих видов. Конкуренция и распространение видов в природе. Отношения "хищник - жертва". Сопряженные колебания численности хищника и жертвы. Сопряженная эволюция.

Видовое разнообразие как специфическая характеристика сообщества. Динамика сообществ во времени. Циклические и необратимые процессы. Сериальные и климаксовые сообщества.

Экосистемы. Определение понятия "экосистема". Экосистемы как хорологические единицы биосферы. Составные компоненты экосистем, основные факторы, обеспечивающие их существование. Развитие экосистем: сукцессия.

Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах. Трофические уровни. Первичная продукция - продукция автотрофных организмов. Значение фото- и хемосинтеза. Чистая и валовая продукция. Траты на дыхание. Основные методы оценки первичной продукции. Деструкция органического вещества в экосистеме. Биотрофы и сапротрофы. Пищевые цепи "выедания" (пастбищные) и пищевые цепи "разложения" (детритные). Потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Экологическая эффективность; "Пирамида продукций" и "пирамида биомасс". Микро- и макроредуценты.

Климатическая зональность и основные типы наземных экосистем. Тундры, болота, тайга, смешанные и широколиственные леса умеренной зоны, степи, тропические влажные леса, пустыни. Первичная продукция разных наземных экосистем. Взаимосвязи разных компонентов наземных экосистем. Значение почвы как особого биокосного тела. Полнота биотического круговорота. Особенности сукцессии наземных экосистем.

Водные экосистемы и их основные особенности. Отличия водных экосистем от наземных. Планктон, бентос, нектон. Основные группы продуцентов в водной среде: фитопланктон, макрофиты, перифитон. Роль зоопланктона и бактерий в минерализации органического вещества. Детрит. Вертикальная структура водных экосистем. Континентальные водоемы: реки, озера, водохранилища, эстуарии. Олиготрофные и евтрофные водоемы. Антропогенное евтрофирование водоемов. Биологическая структура океана. Неритические и пелагические области. Зоны подъема вод. Интенсивность первичного продуцирования в различных частях Мирового океана.

Емкость и устойчивость экосистем. Экологическое равновесие. Разнообразие видов как основной фактор устойчивости экосистем.

Биосфера. Происхождение истроение Земли, ее оболочки, их структура, взаимосвязь, динамика. Природные ландшафты. Биосфера. Структура и границы биосферы. Роль В.И. Вернадского в формировании современного понятия о биосфере. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и энергии. Функциональная целостность биосферы.

Почва как компонент биосферы. Происхождение и классификация почв. Разнообразие состава и свойств почв как результат функционирования экосистем и условие их устойчивости.

Энергетический баланс биосферы. Круговорот важнейших химических элементов в биосфере. Преобразующее влияние живого на среду обитания. Эффект самоочищения. Обменные процессы в организмах как ключевой этап биопродуктивности. Биогеохимические функции разных групп организмов. Биоразнообразие как ресурс биосферы. Первичная продукция суши и океана. Потенциальная продуктивность Земли. Распределение солнечной радиации на поверхности Земли. Роль атмосферы в удержании тепла. Атмосфера Земли в сравнении с атмосферами других планет.

Основные этапы эволюции биосферы. Представления о ноосфере (В.И. Вернадский). Нелинейная динамика биосферных процессов. Системный анализ, математические модели, экологическое прогнозирование.

^ Человек в биосфере. Человек как биологический вид. Его экологическая ниша. Экотипы. Гомеостаз и адаптация. Онтогенез человека и его критические периоды. Среда обитания человека, разнообразие условий. Экологические факторы и здоровье человека. Экопатологии. Базовые потребности и качество жизни. Стресс и тренировка. Генетика человека и генетический груз. Условия воспроизведения здорового потомства. Основные мишени и эффекты агрессивного воздействия окружающей среды на здоровье человека. Жизнь в агро- и урбо-экосистемах; жизнь в экстремальных условиях. Экология человечества. Демографические показатели здоровья населения. Качество жизни, экологический риск и безопасность.

Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на природу. Экологический кризис. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как факторы, лимитизирующие развитие человечества.

^ Глобальные экологические проблемы. Рост народонаселения, научно-технический прогресс и природа в современную эпоху. Охрана биосферы как одна из важнейших современных задач человечества. Виды и особенности антропогенных воздействий на природу.

Классификация природных ресурсов; особенности использования и охраны исчерпаемых (возобновимых, относительно возобновимых и невозобновимых) и неисчерпаемых ресурсов. Энергетика биосферы и природный лимит хозяйственной деятельности человека.

Пищевые ресурсы человечества. Проблемы питания и производства сельскохозяйственной продукции. Сельскохозяйственное производство как экологически обусловленный биосферный процесс. Агроэкосистемы, их основные особенности. Особенности охраны чистоты атмосферного воздуха, водных ресурсов. почвы, растительного и животного мира. Глобальное загрязнение биосферы, его масштабы, последствия и принципиальные пути борьбы с ним. "Зеленая революция" и ее последствия. Значение и экологическая роль применения удобрений и пестицидов. Формы и масштабы сельскохозяйственного загрязнения биосферы. Нехимические методы борьбы с видами, распространение и рост численности которых нежелательны для человека. Воздействие промышленности и транспорта на окружающую среду. Загрязнение биосферы токсическими и радиоактивными веществами. Основные пути миграции и накопления в биосфере радиоактивных изотопов и других веществ, опасных для человека, животных и растений. Опасность ядерных катастроф.

Урбанизация и ее влияние на биосферу. Город как новая среда обитания человека и животных. Пути решения проблем урбанизации. Охрана природы и рекультивация земель на территориях, интенсивно освоенных хозяйственной деятельностью. Отдых людей и охрана природы.

Задача сохранения генофонда живого населения и планеты. Изменения видового и популяционного состава фауны и флоры, вызванные деятельностью человека. Красные книги. Нарушение биогеографических границ. Интродукция - преднамеренная и случайная, ее последствия. Массовые вспышки численности интродуцированных и заносных видов.

Значение невозделываемых и исключаемых из хозяйственного оборота земель для поддержания экологического равновесия в биосфере. Биосферные заповедники и другие охраняемые территории: основные принципы выделения, организации и использования. Специфическая ресурсная значимость охраняемых территорий. Заповедное дело в России. Состояние природной среды и здоровья населения России.

Прогноз влияния хозяйственной деятельности человека на биосферу. Методы контроля за качеством окружающей среды.

^ Экономика и правовые основы природопользования. Проблемы использования и воспроизводства природных ресурсов, их связь с размещением производства. Эколого-экономическая сбалансированность регионов как государственная задача. Экономическое стимулирование природоохранной деятельности. Юридические и экономические санкции к производствам, загрязняющим среду. Правовые аспекты охраны природы. Законодательные акты СССР и России, современный закон Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды". Международные соглашения об охране биосферы.

^ Инженерная защита окружающей среды. Отходы производства, их размещение, детоксикация и реутилизация. Проблемы и методы очистки промышленных стоков и выбросов. Биотехнологические методы очистки и биологические методы контроля качества очистных мероприятий.

Увеличение количества СО, метана, паров воды в атмосфере. Парниковый эффект. Кислотные дожди и закисление почв. Опасность разрушения озонового слоя: роль фреонов, разрушение почв и уничтожение биологических видов хозяйственной деятельности. Бытовые отходы и проблемы их уничтожения и реутилизации. Борьба с химическими, радиационными, электромагнитными загрязнениями среды в различных техногенных экосистемах.

Мероприятия по охране воздуха, воды, почвы и сохранению биоразнообразия в условиях современного промышленного производства, агроэкосистем, урбоэкосистем.

Экологические катастрофы и бедствия. Определение и прогноз экологического риска. Критерии кризиса и катастрофы.

^ Дополнительная тема. Экологические проблемы, связанные с будущей производственной деятельностью студентов.

Заключение. Обсуждение возможности устойчивого развития. Экономические, эстетические и этические причины, побуждающие охранять природу. "Благоговение перед жизнью" (Швейцер), как возможная этическая основа взаимодействия человека с биосферой. “Нелинейное” и “ноосферное” мышление, идеология биоцентризма как новая научная парадигма и путь к “устойчивому развитию человечества. Переход от антропоцентризма к биоцентризму.

^ Примерные темы для самостоятельной работы и обсуждения на семинарах

Современные представления о структуре и эволюции биосферы.
Взаимосвязь элементов в экосистемах. Моделирование экосистем.
Роль биоразнообразия в устойчивости экосистем.
Планирование мероприятий по охране природы применительно к конкретным условиям региона и производства) и др.

Исходя из концепции подготовки бакалавров для студентов, имеющих своей целью продолжение обучения в магистратуре, в рабочей программе следует предусмотреть курсы по выбору студента, углубляющие их фундаментальные научные знания предмета, предлагать оформлять самостоятельную работу по темам в виде рефератов или научных сообщений на семинарах.

Для студентов, предполагающих завершить обучение на уровне бакалавриата, целесообразно рекомендовать курсы по выбору и индивидуальные занятия прикладной направленности

Возможные наименования курсов по выбору студента

Экология человека и социальные проблемы.
Перспективы создания неразрушающих природу технологий.
Парадигмы нового мышления: биоэтика.
Экологическая культура человека и др.

Литература

а) основная::

Ю. Одум. Экология. т.т. 1-2. М., Мир, 1986
В.И. Вернадский. Биосфера. М., Мысль, 1967.
Б. Небел. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М., Мир, 1993 (т.т. 1, 2).
А.М. Гиляров. Популяционная экология. М., Изд. МГУ, 1990
Т.А. Акимова, В.В. Хаскин. Основы экоразвития. М., 1994
И.А.Шилов. Экология. М., Высшая школа, 1998.
Н.И.Николайкин, Н.Е.Николайкина, О.Н.Мелехова. Экология. М., изд. МАИЭ, 2000.

б) дополнительная:

В.И. Вернадский. Химическое строение биосферы и ее окружения. М., Наука, 1987.
Закон Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды". Ведомости Верховного Совета РФ, N10, 1992.
Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. М., Россия молодая, 1994.
Г.Е.Голубев. Неоэкология. М., изд. МГУ, 1999.

в) устанавливаемая кафедрой:

Приводится в рабочей программе с включением литературы, издаваемой в вузе или вузах региона.

Программу составили:

Мелехова О.П. - старший научный сотрудник Московского государственного университета

Гиляров А.М. - профессор Московского государственного университета

Максимов В.Н. - профессор Московского государственного университета

^ ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ПОЧВОВЕДЕНИЕ

1. Цель и задачи дисциплины

Целью курса является изучение процессов почвообразования и особенностей формирования почв, используемых под сельскохозяйственные культуры, нивальных, гумидных и аридных ландшафтов, а также почв, используемых в городских условиях, подверженных различным катаклизмам, требований сельскохозяйственных растений к факторам и условиям жизни.

^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать качественную и количественную оценку свойств почв;

уметь:

прогнозировать почвообразовательные процессы в результате природообустройства;
увязывать параметры гидромелиоративных систем с требованиями растений и условиями проведения сельскохозяйственных работ.
правильно выбрать направление использования мелиорированных земель с учетом водной, ветровой эрозии, миграции и трансформации химических веществ;
учитывать экологические последствия мелиорации и рекультивации земель.

^ 3. Объем дисциплины в виде учебной работы (час)

Вид занятий	Всего часов	Семестр
Общая трудоемкость	115	4
Аудиторные занятия	68	4
Лекции	34	4
Лабораторные работы (ЛР)	34	4
Самостоятельные работы	47	4
Вид итогового контроля	Экзамен	4

Blog

Математика

Содержание