KSE_лабораторный практикум

25. А) Люблю общаться с людьми − П В)Люблю посплетничать об отношениях между знакомыми− Л

C)Я люблю и общение и пересуды о человеческих контактах − И

26.А) Думать я предпочитаю лежа − П

B)Удобнее думать сидя − Л

C)В этом отношении у меня нет предпочтений − И

27.А) Я с удовольствием стал бы музыкальным критиком − Л

B)Я хотел бы быть композитором − П

C)И та, и другая профессия одинаково хороши в моих глазах − И

28.А) Думая о последствиях моих поступков, я опираюсь в основном на

интуицию − П

B)Прежде всего я трезво и логично оцениваю последствия своих решений и поступков − Л

C)Я обычно прибегаю и к первому, и ко второму способу − И

29.А) Когда мне приходится кого-то выслушивать, я, как правило, слушаю

внимательно − Л

B) Слушая кого-то, я переминаюсь с ноги на ногу, верчусь на стуле и постоянно отвлекаюсь − П

C) Я могу управлять своим вниманием, слушая длительные объяснения − И

30.А) Люблю анализировать прочитанную художественную литературу − Л

B)Литература − художественное произведение, и я воспринимаю ее чисто эмоционально − П

C)Верны оба утверждения − И

31.А) Смотря по ситуации, я могу вести себя как все либо выделяться

своим нонконформизмом − И

B) Как правило, я не люблю выделяться своим поведением и поступаю как все − Л

C)Чаще я веду себя по-своему, не оглядываясь на других − П

32.А) Я одинаково успешно выполняю как четко сформулированные служебные задания, так и дела, в которых приходится соображать самому по

мере развития ситуации − И

B)Предпочитаю такие задания, в которых у меня больше простора для самостоятельных действий − П

C)Предпочитаю выполнять поручения, четко расписанные по

пунктам, чтобы мне было ясно, что и как делать − Л 33. А) Изучая что-то новое, я люблю делать это путем свободного поиска −

П

В) Я больше люблю учиться систематически, по плану − Л С) Оба способа мне одинаково близки − И

34. А) Я хорошо запоминаю имена, названия, даты, телефонные номера −

Л

B) Я хорошо запоминаю местоположение разных объектов и дорогу к

ним − П

42

C)Оба типа информации я запоминаю хорошо − И

35.А) В книгах я ищу главным образом идеи − П

B)Я ищу в книгах главным образом факты и подробности −Л

C)И то и другое меня интересуют одинаково сильно − И

36.А) Я люблю излагать идеи в их логической последовательности − Л

B) У меня лучше получается показывать связь между разными идеями − П С) Я одинаково успешно могу делать и то и другое – И

37. А) Я с одинаковым успехом могу кратко изложить прочитанное либо выделить основную идею текста − И

B) Предпочитаю кратко излагать − Л

С) Предпочитаю выделить основную идею – П

38.А) Я с одинаковым удовольствием могу выдвигать новые идеи и делать выводы – И

В) Выводы больше меня привлекают – Л

C)Поиск новых идей увлекает меня сильнее − П

39.А) К проблемам я подхожу рационально, логически − Л

B)Я разрешаю проблемы на основе интуиции − П

C)Я использую с одинаковым успехом оба способа − И

40.А) Мне одинаково приятно изобрести что-то новое или

усовершенствовать уже известное − И

B)Я больше люблю «рационализаторские предложения» −Л

C)Изобрести что-то новое для меня интереснее − Л

Оценить результаты можно по следующей таблице 3:

											Таблица 3
Очки	Л	И	П	Очки	Л	И	П	Очки	Л	И		П
0	50	39	51	11	97	80	96	22	143	121		141
1	55	43	55	12	101	84	100	23	147	125		146
2	59	46	59	13	105	88	105	24	151	129		150
3	63	50	63	14	109	91	109	25	155	133		154
4	67	54	68	15	113	95	113	26	160	136		158
5	71	58	72	16	118	99	117	27	164	140		162
6	76	61	76	17	122	103	121	28	168	144		166
7	80	65	80	18	126	106	125	29	172	148		170
8	84	69	84	19	130	1100	129	30	176	151		174
9	88	73	88	20	134	114	133	31	181	155		178
10	29	76	92	21	139	118	137

43

Примечание. Предположим, отвечая на вопросы, вы набрали 10 Л. Находим 10 в крайней левой колонке и видим, что в колонке Л десятке соответствуют 92 очка. Десяти И соответствуют 76 очков, а десяти П − 92.

Если по какому-то показателю вы набрали а итоге 120 очков или больше, то именно этот тип мышления у вас преобладает: П − правополушарный, Л − левополушарный, И − интегрированный. Если же ни в одном из трех столбцов вы не набрали 120 очков, у вас смешанный тип мышления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 КОНЦЕПЦИЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ №7.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

Цель работы: Исследовать на модели динамику открытых самоорганизующих систем.

Разделы программы: Порядок и беспорядок в природе и обществе. Самоорганизация в живой и неживой природе. Теория систем. Самоорганизация в терминах параметровпорядка.

Необходимые предварительные знания: Действия с логарифмами.

Термодинамика живых систем. Уравнение И. Пригожина для баланса энтропии. Формула Больцмана.

Оборудование: Видеоролик. Программное обеспечение: Gnuplot.

Формируемые компетенции: Знать:

1.принципы и основы формирования и развития научного знания; основные концепции естествознания, принципы самоорганизации в живой и неживой природе, принципы воспроизводства и развития живых систем, структуру биосферы и ноосферы; эволюцию естественно-научной и гуманитарной форм культуры на пути к единой инновационной культуре;

2.глобальные процессы в природе и обществе и их направленность, концепции биосферы, ноосферы, пассионарности, солнечной и экономической активности, синергетику социально-экономических систем, социогенетические циклы, мотивационные основы жизнедеятельности;.

Уметь:

1.объективно оценивать различные социальные явления и процессы, происходящие

вобществе, понимать потребности общества, личности и возможности естественнонаучного знания, использовать методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в решении возникающих индивидуально-личностных и социальных проблем;

2.понимать социальную значимость своей профессии, использовать знания законов современного естествознания, эволюции глобальных, локальных, региональных социотехнических систем в поддержании высокой мотивации к выполнению своей профессиональной деятельности в ноосферных циклах пассионарности, солнечной и экономической активности, быстрой смены технологий;.

Владеть:

1. способностью использования богатого арсенала научных методов и средств исследования в области современного естествознания, совершенствования

44

профессиональных знаний и умений путем использования возможностей синергетической образовательной среды современного естествознания в профессиональном образовании и жизнедеятельности;

2. способностью понимать высокую социальную значимость своей профессии, поддерживать мотивацию к выполнению своей профессиональной деятельности в условиях глобальных процессов в природе и обществе, ноосферных циклов пассионарности, солнечной и экономической активности, быстрой смены технологий).

Литература:[1-5,8,12]

Теоретическая подготовка эксперимента

Как следует из общей теории систем, открытые системы − это такие системы, которые, в отличие от закрытых систем, обмениваются с окружающей их средой веществом, энергией или (и) информацией. С этой точки зрения все реальные системы, фактически, являются открытыми. Их динамика, т.е. изменение состояния со временем, подчиняется не только закономерностям, характерным для закрытых систем, но и особым законам, учитывающим взаимодействие со средой. В итоге поведение открытой системы может в ряде случаев кардинально отличаться от поведения закрытой системы. А именно, результирующая динамика зависит от баланса энтропийных потоков внутри и вовне системы.

Открытые системы эмерджентны, способны к самоорганизации за счет некоего «механизма» самоорганизации, включенного Природой. Математически это выражается уравнением И.Р. Пригожина для баланса энтропии в открытой системе, которое, отвлекаясь от временных интервалов, можно записать в виде:

∆s0 = ∆si+∆se,

где индексы «0», «i» и «е» относятся соответственно к суммарному потоку энтропии, ее производству и обмену.

Открытые системы способны не только увеличивать свою неупорядоченность в динамике, но и поддерживать порядок на требуемом уровне или даже повышать его со временем. Однако при этом в окружающей среде обязательно накапливается беспорядок, а суммарная энтропия всей системы, включающей окружающую среду, возрастает.

Порядок выполнения эксперимента

1. Зарисуйте схему открытой упорядоченной системы «О», находящейся в окружающей среде «G».

Распределение частиц в системе и среде можно упрощенно представить в виде:

2. В модельном виде динамику системы «0» и среды «G» можно рассматривать как последовательность

45

следующих этапов:

а) поглощение частиц из окружающей среды; б) перераспределение их внутри системы;

в) удаление «лишних» частиц в окружающую среду.

Задавая поглощение числом 2 (для двух частиц) и накладывая условие возврата системы к исходному состоянию, с учетом обозначений, введенных в п. 1, получаем следующую схему динамики системы и среды:

На схеме сбоку отмечены приращения энтропии, соответствующие используемым индексам. Полная обменная энтропия:

∆Se = ∆S'e + ∆S''e

3. Используя формулу Больцмана, с учетом выражения числа состояний через число сочетаний:

S = k lnCmn=2,3k lgCmn

рассчитайте производство энтропии ∆St. Постоянную Больцмана сохраните в алгебраической записи (т. е. без подстановки значения).

Ответ: 0,92 k.

4.Рассчитайте суммарную обменную энтропию ∆Se, пользуясь описанным подходом, и запишите расчеты и результат.

5.Найдите приращение энтропии открытой системы ∆S0 в итоге динамических изменений внутреннего и обменного характера, просуммировав данные из пп. 3 и 4. Объясните полученный результат.

6.Рассчитайте приращение энтропии ∆Sg в окружающей среде после цикла обмена между ней и открытой системой (т. е. перехода из состояния «10-0» в состояние «8-2»). Запишите расчеты и результат. Объясните его качественно, т. е. в отношении знака перед численным значением.

Ответ: 3,8 k.

7.Проанализируйте полученную совокупность результатов (пп. 3-6). Сделайте вывод, касающийся изменения энтропии в полной системе «O» +

«G» (обозначено пунктиром на рис. в п. 1), просуммировав ∆S0 и ∆Sg. Объясните полученный результат с качественных позиций.

8.Рассмотренное в пп. 1-7 модельное поведение открытой системы, несмотря на очевидную искусственность построений, позволяет получить правильные результаты не только качественно, но и количественно. В приближенных к реальным системам моделях выполнение энтропийных расчетов проблематично. Тем не менее, качественная сторона происходящих процессов является весьма содержательной.

На схеме рис. 7 изображена более точная модель реальной системы - бактерии в питательном бульоне.

Рис.7

46

Черными кружками обозначены «изношенные» («дефектные») части «молекул» бактерии, которые подлежат замене полноценными частями, формируемыми из «молекул» бульона.

Рассмотрите качественную и количественную стороны динамических процессов (без выполнения расчетов) производства и обмена в данной системе. Перерисуйте схему для конечного состояния цикла.

Контрольные вопросы

1.Можно ли результат п. 5 получить без численных расчетов? Ответ обоснуйте математически.

2.Какое энтропийное изменение в открытой системе «О» сходно с соответствующим изменением в закрытой системе?

3.Чем отличаются закрытые системы от открытых систем?

4.Как соотносятся энергия и энтропия, информация и энтропия?

5.Чем характеризуют меру организованности системы?

6.Как называются системы, обменивающиеся с окружением путем обмена веществом, энергией и информацией?

7.Вчемсостоятпреимуществасистемногометодаисследований?

8.Можнолиприменитьсистемныйметодкотдельномупредмету?

9.Чемотличаетсясистемныйподходотсинергетическогоподхода?

10.Вчемсостоитцелесообразностьсистемы?

№7.2. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛОГЕНЕЗА

Цель работы: Исследование филогенеза методом имитационного моделирования.

Разделы программы: Процесс развития живого. Закон Геккеля. Многообразие живых организмов. Сущность жизни. Клеточная теория. Размножение и развитие организмов.

Необходимые предварительные знания: Землеведение. Сущность жизни.

Отличие живого от неживого. Закон Геккеля. Оборудование: Видеоролик. Игра «Жизнь».

Программное обеспечение: Gnuplot; программное обеспечение модели динамики популяции для сетевого выполнения. Интернет ресурсы.

Литература [1-5,8,12].

Теоретическая подготовка эксперимента

Происхождение жизни − одна из важнейших нерешенных проблем не только биологии, но и естествознания в целом. Твердо установлено, что на Земле биогенез последовал за планетогенезом, а последний − за космогенезом и астрогенезом. Поэтому возникновение жизни и ее дальнейшая эволюция − это, скорее всего, закономерный этап глобального эволюционизма Природы, т.

47

е. Вселенной в целом. Такую концепцию утвердил выдающийся отечественный естествоиспытатель, отец биогеохимии и ноосферного подхода В.И. Вернадский.

Вместе с тем, ввиду пока теоретической нерешенности проблемы глобального эволюционизма, его этапы, в том числе − биогенез и филогенез, также остаются не раскрытыми наукой до конца. Поэтому любые теоретические разработки указанного плана являются научно значимыми.

Одна из таких разработок, весьма популярная в научных кругах, это − игровая модель под названием «Жизнь». Ее автор − математик из Великобритании Дж. Г. Конвей, год создания модели − 1970. По мнению ученых, эта модель превосходно имитирует рост, распад и другие изменения в развитии популяций.

Имитационная модель «Жизнь» позволяет изучать основные закономерности эволюции популяций. Игра «Жизнь» исходно разработана как компьютерная модель, и в этом виде она наиболее продуктивна в научном исследовании и в преподавании. С программой для ЭВМ можно ознакомиться в [8].

Порядок выполнения эксперимента

1. Усвойте правила игры «Жизнь», для проведения которой достаточно иметь клетчатое поле формуляра отчета:

1.1.Клеточная популяция (например, колония или многоклеточный организм) имитируется определенной конфигурацией клеток поля, которая эволюционирует от исходного к конечному виду по определенным правилам игры;

1.2.Судьба конкретной клетки в конфигурации однозначно определяется числом соседних с ней клеток, в качестве которых рассматриваются клетки, контактирующие с данной по вертикали, горизонтали или диагонали;

1.3.Клетка выживает (остается на игровом поле) в следующем поколении, если у нее имеется 2 или 3 соседние клетки;

1.4.Клетка гибнет (исчезает с поля) в следующем поколении, если занято более трех («перенаселение») или менее двух («незащищенность») соседних клеток;

1.5.Клетка рождается (пустое место занимается клеткой) в последующем поколении, если занято три (и только три!) соседних (с местом рождения) клетки.

2. Закрепите на простом примере эволюцию исходной конфигурации, представленной на рис. 8.

Рис. 8

48

Анализ производится одномоментно для всех занятых и пустых клеток (рис. 9). Знаком X удобно обозначать погибающие клетки, знаком О − рождающиеся, точкой − незанятую клетку (при необходимости ее различения с занятой).

Рис. 9

3. Уясните основные исходы эволюции клеточной конфигурации: а) гибель (пример − рис. 10):

Рис. 10 б) стабилизация (пример − рис. 11):

Рис. 11 в) циклическоевоспроизводство (пример − рис. 12):

Рис. 12 г) неограниченный рост (пример − рис. 13):

Рис. 13

Показанные на рисунке начальные конфигурации не обязательно являются исходными для популяции. Они могут образовываться в процессе эволюции последней, что, очевидно, не меняет конечного результата. Циклическое воспроизводство может происходить не только в трех поколениях (как на рис. 12), но и в гораздо большем их числе.

49

4. Проделайте процедуры по правилам игры для следующей конфигурации (рис. 14):

Рис. 14 Ответьте, каков итог такой эволюции и почему эта фигура называется

«лемминг»?

5. Проделайте процедуры игры для следующей конфигурации (рис.

15):

Рис. 15 Объясните, почему эта фигура называется «планер»? Есть ли общие

черты в эволюции для «лемминга» и «планера»?

6. Осуществите эволюцию для фигуры, представленной на рис. 16:

Рис. 16 Проведите действия для 10 поколений, внимательно выполняя все

процедуры. Какой вывод можно сделать по итогам такой эволюции?

7. Проведите действия для следующей фигуры «два лемминга» (рис.

17):

Рис. 17 В отличие от рис. 16 данная конфигурация четко доводится в своей

эволюции до логического завершения. Каков итог такой эволюции?

8. Дополнительные примеры для работы в аудитории или самостоятельно можно почерпнуть из списка приведенной литературы.

Контрольные вопросы

1. Какие примеры эволюции биологических видов можно привести в качестве аналогий для основных исходов клеточных конфигураций?

50

2.Возможна ли игровая ситуация, когда исходная целостная конфигурация клеток в процессе эволюции разделится на разрозненные фрагменты, каждый из которых будет развиваться самостоятельно?

3.Придумайте модификацию игры, в которой бы реализовывалось участие

вэволюции мутаций (задание на дом).

4.Какие гипотезы происхождения живой материи вам известны?

5.Какими признаками отличается живое от неживого?

6.Какие аналогии между живой и неживой материей можно провести?

7.Дайте определение жизни исходя из разных позиций.

8.Какая эволюция предшествовала клеточному уровню развития жизни?

9.Сколько аминокислот входит в состав человеческого организма?

10.Какие основные функции ДНК?

11.Какому веществу принадлежит основная роль в хранении наследственности?

12.Можно ли вирусы отнести к живым организмам. Обоснуйте ответ.

№ 7.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РИТМОВ ПОПУЛЯЦИЙ

Цель работы: Изучить на модели самоорганизацию и ритмику популяций.

Разделы программы: От автоколебаний к самоорганизации. Элементы теории бифуркаций. Размножение и развитие организмов.

Необходимые предварительные знания: Элементы теории бифуркаций. Математическая теория перестроек. Волны популяций.

Оборудование: Видеоролик.

Программное обеспечение: Gnuplot; kse.exe.(11.4) программное обеспечение моделирования ритмов популяций в сетевом варианте

Литература [1-5].

Теоретическая подготовка эксперимента

Ритмические изменения численности популяций − твердо установленный и подробно описанный научный факт. Специалисты разных естественнонаучных дисциплин − экологии, биофизики, эволюционного учения, микробиологии и др. − используют эти данные для теоретического объяснения и предсказания в рамках своих научных интересов. Вместе с тем причины, обусловливающие параметры ритмов, многообразны и не всегда поддаются учету. Поэтому теоретические модели ритмов, использующие математические построения, не всегда оказываются удовлетворительными. В то же время физические модели ритмической организации взаимодействующих дискретных систем зачастую позволяют простым способом выявлять важнейшие закономерности ритмов.

Моделирование ритмов популяций (типа «хищник − жертва») легко позволяет установить основные закономерности этой динамики не только в

51