МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Современные методы математического моделирования природных и техносферных объектов
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра теоретической кибернетики и прикладной математики
Направление подготовки20.04.01. Техносферная безопасность
ПрофильКомплексная безопасность, народосбережение, ресурсосбережение в системе БЖД
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план20_04_01_ТБ-1-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 32
самостоятельная работа 76
Виды контроля по семестрам
зачеты: 1

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (1) Итого
Недель 16,5
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 8 8 8 8
Лабораторные 14 14 14 14
Практические 10 10 10 10
Сам. работа 76 76 76 76
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
д.т.н., профессор, Оскорбин Н.М.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Вараксин С.В.

Рабочая программа дисциплины
Современные методы математического моделирования природных и техносферных объектов

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 20.04.01 ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 06.03.2015г. №172)

составлена на основании учебного плана:
20.04.01 Техносферная безопасность
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра теоретической кибернетики и прикладной математики

Протокол от 30.06.2020 г. № 6
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
к.т.н., профессор Хворова Любовь Анатольевна

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра теоретической кибернетики и прикладной математики

Протокол от 30.06.2020 г. № 6
Заведующий кафедрой к.т.н., профессор Хворова Любовь Анатольевна

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью освоения учебной дисциплины «Современные методы математического моделирования природных и техносферных объектов» является подготовка магистров по направлению 20.04.01 Техносферная безопасность: Комплексная безопасность, народосбережение, ресурсосбережение в системе БЖД способностей и знаний самостоятельно получать знания, используя различные источники информации; планировать, проводить, обрабатывать и оценивать эксперимент; структурировать знания, готовностью к решению сложных и проблемных вопросов; моделировать, упрощать, адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новом приложении, качественно оценивать количественные результаты, их математически формулировать; идентифицировать процессы и разрабатывать их рабочие модели, интерпретировать математические модели в нематематическое содержание, определять допущения и границы применимости модели, математически описывать экспериментальные данные и определять их физическую сущность, делать качественные выводы из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОК-4: способностью самостоятельно получать знания, используя различные источники информации
ОК-9: способностью самостоятельно планировать, проводить, обрабатывать и оценивать эксперимент
ОПК-1: способностью структурировать знания, готовностью к решению сложных и проблемных вопросов
ОПК-5: способностью моделировать, упрощать, адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новом приложении, качественно оценивать количественные результаты, их математически формулировать
ПК-11: способностью идентифицировать процессы и разрабатывать их рабочие модели, интерпретировать математические модели в нематематическое содержание, определять допущения и границы применимости модели, математически описывать экспериментальные данные и определять их физическую сущность, делать качественные выводы из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Основы предметной области; принципы математического моделирования и управления процессами и объектами.
Принципы построения математических и компьютерных моделей природных и техногенных объектов.
Возможности использования моделей для оценки степени безопасности объектов различной природы.
Основные этапы обоснования плановых решений и этапы их реализации в задачах БЖД; современные методы построения адекватных математических моделей.
Методы математического моделирования процессов на основе экспериментальных данных.
Информационные технологии и методы обработки экспериментальных данных.
Основы системного анализа при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Методы системного анализа и структурирования знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Методологию системного анализа и системного подхода при структурировании знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Возможности математического моделирования и упрощения количественных результатов при их математических формулировках.
Границы адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новых приложениях.
Методологию и принципы качественно оценивать количественные результаты при их математических представлениях в задачах анализа процессов БЖД.
Основы теории принятия управленческих решений и методы экспертных оценок в задачах техногенной безопасности.
Классические и современные методы математического моделирования природных и техногенных объектов в задачах прогноза и обоснования управленческих решений.
Примеры использования математических методов, системного анализа и экспертных оценок в задачах техногенной безопасности.
Основы теории идентификации структуры и параметров математических моделей.
Классические и современные методы интерпретации закономерностей природных и техногенных объектов на их математических моделях.
Приемы делать качественные выводы из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов.
3.2.Уметь:
3.2.1.Классифицировать методы математического компьютерного моделирования природных и техногенных объектов.
Проводить анализ проблем предметной области, используя различные источники информации.
Использовать возможности математического моделирования и информационных технологий для самостоятельного получения знаний в выбранной области специализации; проводить оценку корректности использования современных методов построения адекватных математических моделей.
Самостоятельно с использованием математических и компьютерных моделей проводить обоснование плановых решений и контролировать этапы их реализации в задачах БЖД.
Применять в задачах обоснования плановых решений использовать методы математического моделирования процессов на основе экспериментальных данных.
Использовать информационные технологии и методы обработки экспериментальных данных.
Классифицировать методы системного анализа при решении сложных и проблемных вопросов техносферной безопасности.
Выделять и описывать комплекс процессов при системном анализе и структурировании знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Применять на практике методологию системного анализа и системного подхода при структурировании знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Давать адекватные оценки возможности математического моделирования и упрощения количественных результатов при их математических формулировках
Устанавливать и соблюдать границы адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новых приложениях.
Использовать методологию и принципы качественно оценивать количественные результаты при их математических представлениях в задачах анализа процессов БЖД.
Проводить классификацию и области применения теории принятия управленческих решений и методов экспертных оценок в задачах техногенной безопасности.
Инструментальные средства поддержки классических и современных методов математического моделирования природных и техногенных объектов в задачах прогноза и обоснования управленческих решений.
Использовать в реальных ситуациях базовые математические методы анализа данных, методы системного анализа и экспертных оценок в задачах техногенной безопасности.
Проводить идентификацию структуры и параметров простых математических моделей.
Использовать классические и современные методы интерпретации закономерностей природных и техногенных объектов на их математических моделях.
Делать качественные выводы из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Методами и технологией моделирования, анализа моделей и выработки рекомендаций по повышению уровня безопасности объектов различной природы.
Информационными технологиями и программными средствами моделирования, анализа моделей и выработки рекомендаций по повышению уровня безопасности объектов различной природы
Техническими приемами использования на практике методами и информационными технологиями математического моделирования и анализа моделей управления рисками ЧС.
Техническими приемами обоснования плановых решений и контроля этапов их реализации в задачах БЖД.
Комплексом методов обоснования плановых решений с использованием математического моделирования процессов на основе экспериментальных данных.
Информационными технологиями и методами обработки экспериментальных данных при анализе проблем БЖД.
Техническими приемами выбора методов системного анализа при решении сложных и проблемных вопросов техносферной безопасности.
Методикой выделять и описывать комплекс процессов при системном анализе и структурировании знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Методологией системного анализа и системного подхода при структурировании знаний при решении сложных и проблемных вопросов БЖД.
Комплексом современных методов математического моделирования и упрощения количественных результатов при их математических формулировках.
Приемами адекватно представлять, сравнивать, использовать известные решения в новых приложениях.
Методологией и принципами качественно оценивать количественные результаты при их математических представлениях в задачах анализа процессов БЖД.
Основами теории принятия управленческих решений и методами экспертных оценок в задачах управления рисками ЧС.
Базовым составом классических и современных методов математического моделирования природных и техногенных объектов в задачах прогноза и обоснования управленческих решений.
Техническими приемами использования математических методов, системного анализа и экспертных оценок в задачах техногенной безопасности; техникой использования современных методов построения адекватных математических моделей.
Навыками применения элементов теории идентификации структуры и параметров математических моделей.
Способностью выявлять и описывать закономерности природных и техногенных объектов на их математических моделях.
Техникой и опытом формирования качественных выводов из количественных данных, осуществлять машинное моделирование изучаемых процессов.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основы теории принятия управленческих решений и методы экспертных оценок в задачах техногенной безопасности
1.1. Понятие и основные принципы теории принятия управленческих решений в экологии, экономике и социологии Лекции 1 2 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ПК-11 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.2. Основная технологическая схема обоснования управленческих решений с использованием математических и компьютерных моделей Практические 1 6 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ОПК-5 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л2.4
1.3. Организация и обработка данных экспертного опроса в задачах управления рисками ЧС Лабораторные 1 2 ОК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.3, Л2.5
1.4. Принципы создания и функционирования системы управления рисками ЧС Сам. работа 1 30 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ОПК-5, ПК-11 Л1.1, Л2.1, Л1.2
Раздел 2. Теоретическое и эмпирическое моделирование процессов, примеры
2.1. Моделирование процессов: модель «черный ящик». Теоретические модели процессов на примере производственных функций Лекции 1 2 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ОПК-5, ПК-11 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2
2.2. Производственные функции: задача распределения ресурсов. Этапы цикла принятия и реализации управленческих решений Практические 1 2 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ОПК-5, ПК-11 Л1.1, Л2.3
2.3. Метод наименьших квадратов (МНК) и регрессионный анализ Лабораторные 1 4 ОК-9, ОПК-1, ОПК-5 Л1.1, Л2.1, Л2.2
2.4. Метод, задачи и практика эмпирического моделирования процессов в системе БЖД Сам. работа 1 20 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ОПК-5, ПК-11 Л1.1, Л2.2
Раздел 3. Основные принципы математического моделирования природных и техносферных объектов
3.1. Общая классификации математических моделей и основные принципы моделирования. Методы построения математических моделей на основе фундаментальных законов природы Лекции 1 2 ОК-4, ОПК-1, ОПК-5, ПК-11 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.3
3.2. Моделирование дискретных процессов. Метод динамического программирования Лекции 1 2 ОК-4, ОК-9, ОПК-5 Л1.1, Л2.1
3.3. Задача оптимизации дискретных процессов с последовательной структурой Практические 1 2 ОК-4, ОК-9, ОПК-1 Л1.1, Л1.2
3.4. Модель процесса очистки смесей и ее решение методом динамического программирования Лабораторные 1 8 ОК-4, ОПК-1, ОПК-5 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.4
3.5. Этапы развития теории и практики математического моделирования природных и техносферных объектов Сам. работа 1 26 ОК-4, ОК-9, ОПК-1, ПК-11 Л1.1, Л1.2, Л2.2, Л2.5

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
см. Приложение
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
не предусмотрены
5.3. Фонд оценочных средств
Смотри приложение.
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Петрова А.Г., Оскорбин Н.М., Хворова Л.А. и др. Математическое моделирование: учебное пособие: Основная Барнаул: Изд-во Алт. ун-та., 2016. http://elibrary.asu.ru/handle/asu/3328
Л1.2 [Л. Н. Пфейфер] Управление рисками на предприятии: учеб. пособие Изд-во АлтГУ, 2014 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/241
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Н. М. Оскорбин, В. В. Журавлева ; АлтГУ Математические модели и методы исследования систем управления (Ч. 1): учеб. пособие : [в 2 ч.] Изд-во АлтГУ, 2012 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/45
Л2.2 А. В. Максимов, Н. М. Оскорбин Многопользовательские информационные системы: основы теории и методы исследования: монография Изд-во АлтГУ, 2013 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/404
Л2.3 О. П. Мамченко, Н. М. Оскорбин Моделирование иерархических систем: учеб. для вузов Изд-во АлтГУ, 2007 https://elibrary.ru/item.asp?id=19873130
Л2.4 Под ред. Черновой Г.В. СТРАХОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ 2-е изд., пер. и доп. Учебник для бакалавров: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2019 https://biblio-online.ru/book/D9A5EA09-6909-40F8-BC4E-232E5B2FAC61
Л2.5 Воронцовский А.В. УПРАВЛЕНИЕ РИСКАМИ. Учебник и практикум для бакалавриата и магистратуры: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2018 https://biblio-online.ru/book/E098C311-CAA9-4FD5-AC72-5F801419DD64
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Центральная база статистических данных РОСТАТ РФ. [Электронный ресурс] (www.gks.ru) www.gks.ru
Э2 Web-атлас «Россия как система»( http://www.sci.aha.ru/RUS/wab.htm) http://www.sci.aha.ru/RUS/wab.htm
Э3 Web-атлас «Окружающая среда и здоровье населения России» (http://www.sci.aha.ru/ATL/ra00.htm) http://www.sci.aha.ru/ATL/ra00.htm
Э4 Web-атлас «Агроэкологический атлас России и сопредельных государств» (http://www.agroatlas.ru/ru/content/Soil_maps/) http://www.agroatlas.ru/ru/content/Soil_maps/
Э5 Свободная энциклопедия «Википедия». [Электронный ресурс] ( http://ru.wikipedia.org) http://ru.wikipedia.org
Э6 Курс в Moodle "Современные методы математического моделирования природных и техносферных объектов" https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=3040
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Office, Microsoft Windows, 7-Zip, AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
Центральная база статистических данных РОСТАТ РФ. [Электронный ресурс] (www.gks.ru)
Web-атлас «Россия как система»( http://www.sci.aha.ru/RUS/wab.htm)
Web-атлас «Окружающая среда и здоровье населения России» (http://www.sci.aha.ru/ATL/ra00.htm)
Web-атлас «Агроэкологический атлас России и сопредельных государств» (http://www.agroatlas.ru/ru/content/Soil_maps/)

Профессиональные базы данных:
1. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/).
2. Научная электронная библиотека (http://elibrary.ru/).

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

В курсе «Современные методы математического моделирования природных и техносферных объектов» предусмотрено проведение лекционных, лабораторных и практических занятий, включая выполнение индивидуальных расчетных работ по проблемным вопросам курса, что способствует лучшему и углубленному освоению теоретического материала.
Теоретические разделы курса представлены в методической литературе, в которой приведены задания на самостоятельную работу, разделы вопросов и описание расчетных работ.
В процессе выполнения расчетных работ студенты знакомятся с описанием каждого расчетного задания с примером его выполнения, с файлом задания на содержание расчетной работы, теоретическим материалом по отдельному методическому указанию и используемым программным средствам в среде MS Excel.
Для студентов подготовлен ЭУМК, см. ссылку: https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=3040
1. Для успешного освоения содержания дисциплины необходимо посещать лекции, принимать активное участие в на лабораторных работах и практических занятиях, а также выполнять задания, предлагаемые преподавателем для самостоятельного изучения.
2. Лекция. На лекционных занятиях необходимо конспектировать изучаемый материал. Для систематизации лекционного материала, который будет полезен при подготовке к итоговому контролю знаний, записывайте на каждой лекции тему, вопросы для изучения, рекомендуемую литературу. В каждом вопросе выделяйте главное, обязательно выделяйте ключевые моменты. Перед следующей лекцией обязательно прочитайте предыдущую, чтобы актуализировать знания и осознанно приступить к освоению нового содержания.
3. Лабораторная работа – это форма работы, где студенты максимально активно участвуют в изучении темы. Темы и варианты лабораторных работ и представлены в ЭУМК. Для защиты результатов работ полезным будет работа с электронными учебниками и учебными пособиями в Internet-библиотеках. Зарегистрируйтесь в них: университетская библиотека Онлайн (http://www.biblioclub.ru/) и электронно-библиотечная система «Лань» (http://e.lanbook.com/). Принимайте участие в дискуссиях при коллективной защите результатов работ, так как они развивают ваши навыки коммуникативного общения. При возникновении трудностей в процессе подготовки взаимодействуйте с преподавателем, консультируйтесь по самостоятельному изучению темы.
4. Семинарское (практическое) занятие – это форма работы, где студенты максимально активно участвуют в обсуждении темы. Темы практических занятий представлены в рабочей программе дисциплины. В процессе изучения темы анализируйте несколько источников. Принимайте участие в дискуссиях при коллективной защите результатов выполнения практических работ.
5. Самостоятельная работа. При изучении дисциплины не все вопросы рассматриваются на лекциях и семинарских занятиях, часть вопросов рекомендуется преподавателем для самостоятельного изучения. Поиск ответов на вопросы и выполнение заданий для самостоятельной работы позволит вам расширить и углубить свои знания по курсу, применить теоретические знания в решении задач практического содержания, закрепить изученное ранее. Эти задания следует выполнять постепенно, планомерно, следуя порядку изучения тем курса. При возникновении вопросов обратитесь к преподавателю в день консультаций на кафедру. Выполнив их, проанализируйте качество их выполнения. Это поможет вам развивать умения самоконтроля и оценочные компетенции.
6. Итоговый контроль. Перечень основных и дополнительных вопросов к зачету представлен в ЭУМК. В списке вопросов выделите те, которые были рассмотрены на лекции, практике и на лабораторных работах. Обратитесь к своим записям, выделите существенное. Для более детального изучения изучите рекомендуемую литературу. Если в списке вопросов есть те, которые не рассматривались на лекции, на практиках и лабораторных работах, изучите их самостоятельно. Если есть сомнения, задайте вопросы на консультации перед зачетом. Продумайте свой ответ на зачете его логику. Помните, что ваш ответ украсит ссылка на источник литературы, иллюстрация практики применения теоретического знания, а также уверенность и наличие авторской аргументированной позиции как будущего субъекта профессиональной деятельности.