РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
___________
__________ _____________ 2013 г.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 022000.68 «Экология и природопользование»
очной формы обучения
Магистерская программа «Геоэкологические основы устойчивого водопользования»
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________
«______»___________2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры картографии и геоинформационных систем от «______»___________ 2013 г. протокол № _____
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 12 стр.
Зав. кафедрой ________
Рассмотрено на заседании УМК Института наук о Земле
от «28» июня 2013 г. протокол
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _______
«СОГЛАСОВАНО»:
Директор ИБЦ _________
«______»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ______
«______»_____________2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт наук о Земле
Кафедра картографии и ГИС
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 022000.68 «Экология и природопользование»
очной формы обучения
Магистерская программа «Геоэкологические основы устойчивого водопользования»
Тюменский государственный университет
2013
Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 022000.68 «Экология и природопользование» очной формы обучения, магистерская программа «Геоэкологические основы устойчивого водопользования» . Тюмень, 2013г., 12 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Методы обработки и анализа гидрометеорологических наблюдений [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой картографии и геоинформационных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
© Тюменский государственный университет, 2013.
© , 2013.
1. Пояснительная записка
1.1 Цель и задачи освоения дисциплины
Цель дисциплины «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании»: подготовка магистров к решению круга задач, связанных с обработкой и анализом данных наблюдений, оценкой достоверности и надежности результатов исследований, проверкой статистических гипотез, анализом взаимосвязей природных процессов, постановкой и использованием численных методов теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций.
Задачи дисциплины: получить представление об основных методах, используемых для обработки информации; овладеть навыками практической работы с использованием компьютерных технологий.
1.2 Место дисциплины в структуре магистерской программы
Дисциплина СДМ. 06 «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании» относится к базовым дисциплинам общенаучного цикла. Для успешного освоения модуля магистрант должен обладать знаниями по основным дисциплинам естественно-научного цикла, а также некоторых курсов профессиональной направленности (информатики и математики).
1.3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля): процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
Ø ОК-2: способностью самостоятельно использовать современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских задач профессиональной деятельности;
Ø ОК-4: владением методами оценки репрезентативности материала, объема выборок при проведении количественных исследований, статистическими методами сравнения полученных данных и определения закономерностей.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать: историю возникновения математической статистики и ученых, которые работали в этом направлении; современные методы обработки информации; математический аппарат распространенных способов обработки данных;
уметь: подбирать метод анализа в зависимости от информации; правильно делать выводы; оформлять полученные результаты;
владеть: навыками работы с компьютерной техникой; навыками решения задач по картографическим материалам.
Карта компетенций дисциплины
«Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании»
Код компетенции | Формулировка компетенции | Результаты обучения в целом | Результаты обучения по уровням освоения материала | Виды занятий | Оценочные средства | ||
минимальный | базовый | повышенный | |||||
ОК -4 | владеет методами оценки репрезентативности материала, объема выборок при проведении количественных исследований, статистическими методами сравнения полученных данных и определения закономерностей | знает | историю возникновения математической статистики и учёных, которые работали в этом направлении; понятийный аппарат (понятия, определения, термины) | математический аппарат распространенных способов обработки данных | современные методы обработки информации | лекции, практические занятия | контрольная работа, собеседование |
умеет | подбирать метод анализа в зависимости от информации | правильно формулировать выводы | оформлять полученные результаты | лекции, практические занятия | контрольная работа, собеседование | ||
владеет | навыками обработки материалов | навыками работы с компьютерной техникой | навыками решения задач по материалам | лекции, практические занятия | зачет | ||
ОК-2 | знанием современных компьютерных технологий, применяемых при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче географической информации, способностью самостоятельно использовать современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности | знает | современные компьютерные технологии | математический аппарат современных способов обработки данных | описывать и делать выводы | лекции, практические занятия | контрольная работа, собеседование |
умеет | подбирать метод анализа в зависимости от информации | правильно формулировать выводы | оформлять полученные результаты | лекции, практические занятия | контрольная работа, собеседование | ||
владеет | навыками обработки материалов | навыками работы с компьютерной техникой | навыками решения задач по материалам | зачет |
2. Структура и трудоёмкость дисциплины
Дисциплина преподаётся во 2-м семестре. Форма аттестации – зачёт. Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы 108 часов.
3. Тематический план
Таблица 1.
N п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу и трудоёмкость (в часах) | Из них в интерактивных формах, час. | ||
Л | ПР. | СР | |||||
1. | Статистические модели в геоэкологии устойчивого водопользования | 2 | 1 | 0 | - | 5 | - |
2. | Применение теории случайной величины для обработки и анализа геоэкологической информации | 2 | 2-3 | 0 | 6 | 10 | 4 |
3. | Применение теоретических законов распределения и кривых обеспеченности в геоэкологии устойчивого водопользования | 2 | 4-6 | 0 | 10 | 5 | 2 |
4 | Оценка числовых характеристик геоэкологических процессов | 2 | 7 | 0 | - | 5 | - |
5 | Оценка однородности исходной информации с помощью статистических гипотез | 2 | 8-9 | 0 | 8 | 5 | 4 |
6 | Статистические зависимости и корреляции в геоэкологии | 2 | 10-12 | 0 | 12 | 12 | 8 |
7 | Методы анализа изменений геоэкологических процессов во времени и пространстве | 2 | 13-14 | 0 | 5 | 11 | - |
8 | Численные эксперименты в геоэкологии | 2 | 15-16 | 0 | 4 | 10 | - |
Итого | - | 1-16 | 0 | 45 | 63 | 8 | |
Из них в интерактивной форме | - | - | - | 18 | - | 18 |
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы магистров
№ | Модули и темы | Виды СРС | Неделя семестра | Объем часов | |
обязательные | дополнительные | ||||
1. | Статистические модели в геоэкологии устойчивого водопользования | изучение общих понятий о структуре, видах и формах представления ГЭИ | установление связи методов обработки и анализа со смежными дисциплинами экологического и гидрологического профиля | 1 | 5 |
2. | Применение теории случайной величины для обработки и анализа геоэкологической информации | контрольная работа | собеседование | 2-3 | 10 |
3. | Применение теоретических законов распределения и кривых обеспеченности в геоэкологии устойчивого водопользования | контрольная работа | собеседование | 4-6 | 5 |
4. | Оценка числовых характеристик геоэкологических процессов | тест | номенклатура | 7 | 5 |
5. | Оценка однородности исходной информации с помощью статистических гипотез | тест | номенклатура | 8-9 | 5 |
6. | Статистические зависимости и корреляции в геоэкологии | тест | номенклатура | 10-12 | 12 |
7. | Методы анализа изменений геоэкологических процессов во времени и пространстве | эссе | собеседование | 13-14 | 11 |
8. | Численные эксперименты в геоэкологии | эссе | собеседование | 15-16 | 10 |
ИТОГО: | 63 |
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Таблица 3
Междисциплинарные связи
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
1. | Научно-исследовательская работа, включая подготовку магистерской диссертации | + | + | + | + | + | + | + | + |
5. Структура и содержание дисциплины
1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В ГЕОЭКОЛОГИИ УСТОЙЧИВОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Понятие о математических моделях. Методы идентификации и оптимизации. Выбор критериев качества моделей. Основные типы математических моделей.
2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
История развития статистических методов в геоэкологии. Понятия: процесс и временной ряд. Основные направления исследования временных рядов. Математические модели последовательных событий, составляющих временные ряды.
3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И КРИВЫХ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ В ГЕОЭКОЛОГИИ
Нормальный закон распределения. Закон Пирсона. Логарифмически-нормальный закон распределения. Закон Гамбела. Распределение Джонсона.
4. ОЦЕНКА ЧИСЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Задачи математической статистики в геоэкологии. Роль понятий: генеральная совокупность и выборка, статистический ряд и статистическая совокупность, эмпирическая функция распределения и обеспеченности. Основные методы оценки параметров распределения (метод моментов, метод наибольшего правдоподобия и метод квантилей).
5. ОЦЕНКА ОДНОРОДНОСТИ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ С ПОМОЩЬЮ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ
Содержание и назначение понятий: однородность исходной информации, гипотеза, критерии значимости, доверительные границы. Проверка гипотез о законах распределения: непараметрические критерии (критерий согласия Колмагорова, Пирсона, Романовского и nω2); параметрические критерии (критерий Стьюдента-Госсета, Фишера).
6. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ И КОРРЕЛЯЦИИ В ГЕОЭКОЛОГИИ
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗЕЙПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ. Функциональные, корреляционные и стохастические связи. Общие сведения о графическом анализе. Графическая проверка зависимостей. Установление тесноты взаимосвязи между переменными. Понятие о коэффициенте корреляции. Аналитические методы корреляции. Определение параметров уравнения связи различными способами. Корреляционный анализ двух переменных. Корреляционный анализ взаимосвязи трех переменных. Графический анализ и установление связи между четырьмя и более переменными с применением коаксиального метода.
7. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИЗМЕНЕНИЙ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВО ВРЕМЕНИ И ПРОСТРАНСТВЕ
Понятие периодичности и цикличности, стационарность и нестационарность. Методы анализа цикличности колебания процессов (сглаживание, фильтрация, автокорреляция, спектральный анализ). Схема Маркова (простая и сложная).
8. ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ГЕОЭКОЛОГИИ
Назначение и область применения численных экспериментов. Метод Монте-Карло и особенности его использования для описания геоэкологических процессов. Моделирование геоэкологических рядов по схеме случайной величины, простой и сложной цепей Маркова
6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1
Статистическая обработка рядов наблюдений геоэкологических величин. Одномерный статистический анализ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2
Корреляционный анализ прямолинейной связи двух переменных
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3
Корреляционный анализ криволинейной связи двух переменных
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4
Корреляционный анализ линейной связи трех переменных
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5
Коаксиальный метод графической корреляции
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6
Исследование взаимосвязи осадков с высотой местности
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7
Установление тесноты связи между двумя качественными признаками с помощью тетрохорического показателя и коэффициента ассоциации Юла
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8
Определение информационного коэффициента взаимного соответствия и коэффициента взаимной сопряженности К. Пирсона и А. Чупрова
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 9
Районирование территории Тюменской области по методу взвешенных баллов
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
7.1 ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ЗАНЯТИЙ СТУДЕТОВ
1.Подготовка к контрольным работам
2.Выполнение дополнительных домашних заданий
3.Изучение современных систем интеллектуального анализа данных
7.2 ТЕМЫ ЭССЕ
1. История развития математической статистики
2. Современные программные продукты, используемые для обработки и анализа данных
3. Классификация статистических методов прогноза
4. Метод группировки и поправок
5.Комбинированный метод прогноза погоды
6.Основные критерии оценки прогнозов
7.Значимость и трудность оценки прогнозов
8.Графическое представление взаимосвязей между более чем двумя переменными
9.Вероятностные прогнозы
10.Метод наложения эпох
7.3. ВОПРОСЫ К ЗАЧЁТУ
1. Что называется математической моделью природного явления? Виды моделей
2. Дайте характеристику понятий: структура и параметры математических моделей
3.Охарактеризуйте средние величины
4. Охарактеризуйте показатели изменчивости признаков
5.Что называется коэффициентом асимметрии и каково его назначение?
6.Что называется нормированной случайной величиной и каковы ее основные свойства?
7.Законы распределения, наиболее часто используемые в геоэкологии
8. Генеральная и выборочная совокупность, в чем их принципиальное отличие?
9.Метод моментов в геоэкологии: суть и особенности
10.Метод наибольшего правдоподобия: сущность, достоинства и недостатки
11.Метод квантилей: сущность, порядок оценки, достоинства и недостатки
12.Понятие «гипотеза», отличие параметрических и непараметрических гипотез
13.Уровень значимости: смысл и выбор
14.Доверительные границы
15.Охарактеризуйте функциональные и стохастические связи
16.Охарактеризуйте коэффициент корреляции: формула и классификация
17.Назовите задачи факторных связей
18.Изложите и дайте характеристику графических методов
19.Изложите понятие простой и сложной цепей Маркова
20.Метод Монте-Карло и его использование
8. Образовательные технологии
ТЕМА 2. Мотивационная лекция «Применение теории случайной величины для обработки и анализа геоэкологической информации»
Цель: заинтересовать и заставить задуматься слушателей о предмете изучаемой дисциплины.
ТЕМА 3. Практическая работа «Корреляционный анализ прямолинейной связи двух переменных» - метод кейсов
ТЕМА 2. Практическая работа «Корреляционный анализ линейной связи трех переменных» - анализ конкретной ситуации
ТЕМА 3. Практическая работа «Исследование взаимосвязи осадков с высотой местности» - анализ конкретной ситуации
9. Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины
9.1.Основная:
1. Биометрическая обработка данных на основе компьютерной программы STATISTICA: учеб.-практ. пособие/ , , . - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 20с.
2. Основы статистического анализа: практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA И EXCEL: учебное пособие / . - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Форум, 20с.
3. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учебное пособие для магистров/ Сидняев. Н. И.. - Москва: Юрайт, 20с.
9.2 .Дополнительная:
1. Методы обработки неопределенных данных: учеб. пособие / , . - 2-е изд., испр. - Москва: Физматлит, 20с.
2. Наглядная математическая статистика: учеб. пособие/ . - Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 472 с.
3. Методы и средства комплексного анализа данных: учеб. пособие/ . - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. – 512 с.
4. Статистика в Excel: учеб. пособие / , . - Москва: Финансы и статистика, 20с
5. Теория статистики: учеб./ ред. . - 5-е изд.. - Москва: Финансы и статистика, 20с.
6. Методы и средства комплексного анализа данных: учеб. пособие/ . - 4-изд., перераб. и доп. - Москва: Форум: Инфра-М, 2010. – 512 с.
7. Прикладные методы анализа биологических данных в системе Statistica: учебно-методическое пособие/ , , . - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 20с.
Теория статистики: учеб. пособие/ , . - 2-е изд., испр. и доп. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. – 267 с.
8. Теория статистики: практикум/ . - 4-е изд., перераб. и доп.. - Москва: Инфра-М, 20с.
Статистика: учеб. пособие/ , . - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: ЮНИТИ, 20с.
Имеются экземпляры в отделах: БЭЛ(21
9. Теория статистики: практикум : учеб. пособие / . - 4-е изд., перераб. и доп. - Москва: Инфра-М, 20с.
10. Статистика в таблицах, формулах и схемах/ . - Санкт-Петербург: ПИТЕР, 20с.
11. Практикум по теории статистики: учеб. пособие/ , , . - 3-е изд. - Москва: Финансы и статистика, 20с.
Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учеб. пособие / . - Москва: Юрайт, 20с.
9.3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
1. Сайт Геоинформационных систем - www. dataplus. ru.
2. Фонд картографических материалов Российской национальной библиотеки – http://www. nlr. ru/fonds/maps/
10.Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория с мультимедийным проектором для лекционных занятий.
2. Учебные аудитории для проведения занятий.
3.Раздаточные материалы для выполнения работ.
