Компьютеры в химии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-химический факультет

Кафедра физической и органической химии

РАБОЧАЯ

ПРОГРАММА

по дисциплине

КОМПЬЮТЕРЫ В ХИМИИ

для специальности 011000 ХИМИЯ

Форма обучения очная

Курс …………………………………………………….	5
Семестр ………………………………………………...	X
Всего, час………………………………………………	49
Всего аудиторных часов ………………………………	30
Лекции, час …………………………………………….	18
Лабораторные работы, час …………………………....
Практические (семинарские занятия), час …………..	12
Самостоятельная работа, час ………………………….	19
Экзамен (семестр) ……………………………………..
Зачет (семестр) …………………………………………	X

Ижевск

2012

Рабочая программа составлена на основании авторская.

Cоставители рабочей программы:

Доцент, к. х.н ___________

(подпись)

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры

физической и органической химии «___» ________________ 2012 г.

Заведующий кафедрой ___________

(подпись)

Утверждена на заседании Методической комиссии

биолого-химического факультета «___» ________________ 2012 г.

Председатель методической комиссии ___________

(подпись)

ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО СТАНДАРТА (ГОС ВПО)

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 011000 ХИМИЯ

Общие требования к образованию дипломированного специалиста:

Дипломированый специалист отвечает следующим требованиям:

·  знаком с основными учениями в области гуманитарных и социально-экономических наук, способен научно анализировать социально-значимые проблемы и процессы, умеет использовать методы этих наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности;

·  имеет целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимает возможности современных научных методов познания природы и владеет ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций;

·  способен продолжить обучение и вести профессиональную деятельность в иноязычной среде (требование рассчитано на реализацию в полном объеме через 10 лет);

·  имеет научное представление о здоровом образе жизни, владеет умениями и навыками физического самосовершенствования;

·  владеет культурой мышления, знает его общие законы, способен в письменной и устной речи правильно (логично) оформить его результаты;

·  умеет на научной основе организовать свой труд, владеет компьютерными методами сбора, хранения и обработки (редактирования) информации, применяемыми в сфере его профессиональной деятельности;

·  способен в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, умеет приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии;

·  понимает сущность и социальную значимость своей будущей профессии, основные проблемы дисциплин, определяющих конкретную область его деятельности, видит их взаимосвязь в целостной системе знаний;

·  умеет использовать модели для описания и прогнозирования различных явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ;

·  способен формулировать задачи, связанные с реализацией профессиональных функций, умеет использовать для их решения методы изученных им наук;

·  готов к кооперации с коллегами и работе в коллективе, знаком с методами управления, умеет находить и принимать управленческие решения в условиях различных мнений, знает основы педагогической деятельности;

·  методически и психологически готов к изменению вида и характера своей професси-ональной деятельности, работе над междисциплинарными проектами.

Требования по циклу естественных дисциплин:

Дипломированный специалист должен иметь представление о:

·  математическом моделировании;

·  информации, способах ее хранения, обработки и представления;

·  возможностях применения фундаментальных законов физики и химии для объяснения свойств и поведения сложных многоатомных систем, включая биологические объекты;

·  происхождении и эволюции Вселенной;

·  свойствах ядер атомов и элементарных частиц;

·  физических, химических и биологических методах исследований;

·  современных достижениях естественных наук, физических принципах работы современных технических устройств;

·  экологических принципах рационального природопользования;

·  роли биологических законов в решении социальных проблем.

Требования по дисциплине:

Дипломированый специалист должен иметь представление об использовании:

·  основных программных средств для работы с электронными документами.

·  средств подготовки специализированных научных текстов;

·  средств подготовки иллюстративного материала с использование специализированных систем;

·  специализированного программного обеспечения в области научных исследований по химии;

·  средств и методов компьютерной химии, как инструменте позволяющем расширить границы изучаемых явлений и процессов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРЕПОДАВАТЕЛЮ

Лекции. Методика чтения лекций

Лекции являются одним из основных методов обучения по дисциплине, которые должны решать следующие задачи:

изложить важнейший материал программы курса, освещающий основные моменты; развить у студентов потребность к самостоятельной работе над учебной и научной литературой.

Главной задачей каждой лекции является раскрытие сущности темы и анализ ее главных положений. Рекомендуется на первой лекции довести до внимания студентов структуру курса и его разделы, а в дальнейшем указывать начало каждого раздела, суть и его задачи, а, закончив изложение, подводить итог по этому разделу, чтобы связать его со следующим.

Содержание лекций

Содержание лекций определяется рабочей программой курса. Крайне желательно, чтобы каждая лекция охватывала и исчерпывала определенную тему курса и представляла собой логически вполне законченную работу. Лучше сократить тему, но не допускать перерыва ее в таком месте, когда основная идея еще полностью не раскрыта.

Методика проведения лабораторных занятий

Целями проведения лабораторных работ являются:

установление связей теории с практикой в форме экспериментального подтверждения положений теории; обучение студентов умению анализировать полученные результаты; контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса; обучение навыкам профессиональной деятельности

Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если выполнению эксперимента предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа. Поэтому преподаватель обязан довести до всех студентов график выполнения лабораторных работ с тем, чтобы они могли заниматься целенаправленной домашней подготовкой.

Перед началом очередного занятия преподаватель должен удостовериться в готовности студентов к выполнению лабораторной работы путем короткого собеседования и проверки наличия у студентов заготовленных протоколов проведения работы.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

Успешное освоение дисциплины предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.

Общие рекомендации

Изучение дисциплины следует начинать с проработки рабочей программы, особое внимание, уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.

Работа с конспектом лекций

Просмотрите конспект сразу после занятий, отметьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные вопросы, используя рекомендуемую литературу. Если самостоятельно не удалось разобраться в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь за помощью к преподавателю на консультации или ближайшей лекции.

Регулярно отводите время для повторения пройденного материала, проверяя свои знания, умения и навыки по контрольным вопросам.

Выполнение лабораторных работ

На занятии получите у преподавателя график выполнения лабораторных работ. Обзаведитесь всем необходимым методическим обеспечением.

Перед посещением лаборатории изучите теорию вопроса, предполагаемого к исследованию, ознакомьтесь с руководством по соответствующей работе и подготовьте протокол проведения работы, в который занесите:

название работы; заготовки таблиц для заполнения экспериментальными данными наблюдений; уравнения химических реакций превращений, которые будут осуществлены при выполнении эксперимента; расчетные формулы.

Оформление отчетов должно проводиться после окончания работы в лаборатории или в другом отведенном под занятия месте.

Для подготовки к защите отчета следует проанализировать экспериментальные результаты, сопоставить их с известными теоретическими положениями или справочными данными, обобщить результаты исследований в виде выводов по работе, подготовить ответы на вопросы, приводимые в методических указаниях к выполнению лабораторных работ.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КУРСА

Основными целями курса для студента:

·  подготовить к практическому использованию информационных технологий в образовании и при решении практических задач в области химии.

·  расширение кругозора по теоретическим и практическим вопросам использования средств вычислительной техники для решения профессиональных вопросов;

·  курс помогает студенту более глубоко взглянуть на многие теоретические вопросы химии и путем наглядного компьютерного моделирования (изучения) закрепить (освежить) полученные ранее знания, что способствует развитию самостоятельных навыков в применении законов химии, физики и смежных дисциплин, что способствует формированию физико-химического мышления.

Связь с другими дисциплинами:

·  навыки приобретенные в ходе изучения данного курса позволяют более наглядно представить знания получаемы в ходе изучения теоретических основ неорганической и органической химии, физической химии, квантовой химии и строения вещества и т. д..

·  для успешного изучения курса учитывается общехимическая и физико-математическая подготовка студентов данной специальности, подготовка в области «информатики».

Технология, методика обучения:

·  в лекционной части курса происходит ознакомление с научными и практическими достижениями в области компьютерной химии;

·  практическая часть курса способствует закреплению знаний и развитию навыков в ходе использования специализированного программного обеспечения, а также позволяет преподавателю оценить степень усвоения материала студентами;

·  в связи с тем, что с одной стороны выпускается довольно мало учебных пособий по компьютерной химии, а с другой стороны специализированное программное обеспечение постоянно модифицируется разработчиками студентам рекомендуется помимо бумажной литературы использовать доступ к сети ИНТЕРНЕТ для получения более свежей информации.

·  используются элементы дистанционного обучения.

Технология, методика оценки знаний и умений осуществляется путем:

·  устных опросов на практических занятиях;

·  проверки выполнения домашних заданий;

·  общая оценка знаний и умений студентов проводится с помощью итоговой комплексной задачи, охватывающей все вопросы, изучаемые в данном курсе.

ЦЕЛИ КУРСА

После изучения данного теоретических разделов курса и прохождения практикума в объеме рабочей программы студент:

должен иметь представление:

·  о практических методах использования вычислительной техники в решении образовательных, научных и практических задач в профессиональной области:

·  о прогнозировании строения и свойств малоизученных химических соединений.

должен знать:

·  о принятых в мировой научной среде системах подготовки научных публикаций;

·  какое программное обеспечение существует для подготовки специализированного иллюстративного материала в области химии;

·  какое программное обеспечение существует в области оптимизации научных исследований по химии;

·  о способах кодирования структуры химических соединений.

должен уметь:

·  навыки подготовки публикаций с помощью принятых в мировой научной среде средств подготовки научных публикаций;

·  использовать специализированное программное обеспечение для подготовки иллюстративного материала;

·  использовать специализированное программное обеспечение для более глубокого изучения физико-химических процессов;

·  опираясь на ранее полученные знания и используя специализированное программное обеспечение прогнозировать строение и свойства малоизученных химических соединений.

СТРУКТУРА КУРСА

Основные разделы курса:

1.  Специализированные системы подготовки научных публикаций.

2.  Химические базы данных.

3.  Методы оптимизации геометрии и анализа молекулярных структур с использованием методов молекулярной механики, полуэмпирических и первопринципных методов квантовой химии.

4.  Способы прогнозирования свойств малоизученных соединений

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План КУРСА

№	Тема	Количество часов
Лек-ции	Практические занятия	Лаб. практикум	Самост. работа
1	Офисные и специализированные системы подготовки публикаций. Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление простого текста.	2	1		2
2	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление математических и химических формул.	2	1		2
3	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление таблиц..	2	1		2
4	Основы работы в TeX/LaTex. Графические возможности системы.	2	1		2
5	Специализированные системы отображения химической информации.	2	1		2
6	Химический редактор.	2	1		1
7	Способы кодирования и визуализации трехмерных молекулярных структур.	2	1		2
8	Химические базы данных.	2	1		2
9	Методы оптимизации геометрии и анализа молекулярных структур с использованием методов молекулярной механики, полуэмпирических и первопринципных методов квантовой химии.	2	1		2
10	Способы прогнозирования свойств малоизученных соединений.	2	1		2
	Итого	20	10		19

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

№	Часы	Темы лекционных занятий
1.	2	Офисные и специализированные системы подготовки публикаций. Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление простого текста.
2.	2	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление математических и химических формул.
3.	2	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление таблиц..
4.	2	Основы работы в TeX/LaTex. Графические возможности системы.
5.	2	Специализированные системы отображения химической информации.
6.	2	Химический редактор.
7	2	Способы кодирования и визуализации трехмерных молекулярных структур.
8	2	Химические базы данных.
9.	2	Методы оптимизации геометрии и анализа молекулярных структур с использованием методов молекулярной механики, полуэмпирических и первопринципных методов квантовой химии.
10.	2	Способы прогнозирования свойств малоизученных соединений.

ТЕМЫ И ПЛАНЫ ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ) ЗАНЯТИЙ

Практические занятия по данному курсу являются основным средством практического закрепления навыков работы со специализированным программным обеспечением в области химии.

Материально-техническое база: занятия проводятся в компьютерном классе кафедры оборудованном компьютерами на база процессоров AMD и Pentium. Компьютеры объединены в локальную сеть, имеющую выход в компьютерную сеть университета.

Программное обеcпечение представлено в виде полнофункциональных (freeware), либо ограниченно функциональных (shareware, trial) версий систем.

Для более оперативного доступа часть программного обеспечения доступна студентам на на сервере факультета к которому они имеют доступ в период прохождения курса. На сервере факультета также выложена в электронном виде часть пособий, используемых студентами при прохождении данного курса.

Форма отчетности, перечень заданий и вопросов, выносимых на защиту. По окончании каждой темы практических занятий студентам задаются домашние задания для закрепления полученных навыков. В качестве итогового задания предлагается комплексная задача, охватывающая все разделы данного курса (см. раздел КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ).

Практические работы помогают ознакомить и овладеть более глубоко многими теоретическими вопросами химии путем наглядного компьютерного моделирования (изучения) и закрепить (освежить) полученные ранее знания, что способствует развитию самостоятельных навыков в применении законов химии, физики и смежных дисциплин, что способствует формированию физико-химического мышления.

Перечень задач и заданий выносимых на практические занятия соответствует представленным ниже темам практических занятий.

№	Темы практических занятий	Кол-во часов	Цель занятия	Лит-ра
1	Офисные и специализированные системы подготовки публикаций. Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление простого текста.	1	Ознакомление с основами работы в реальной системе TeX/LaTex и набор и оформление простого текста. Получение практических навыков по набору и оформлению математических и химических формул	2–3
2	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление математических и химических формул.	1	Получение практических навыков по набору и оформлению таблиц	2–3
3	Основы работы в TeX/LaTex. Набор и оформление таблиц..	1	Получение практических навыков по использованию графических возможностей системы.	2–3
4	Основы работы в TeX/LaTex. Графические возможности системы.	1	Получение практических навыков по использованию химического редактора	1
5	Специализированные системы отображения химической информации.	1	Получение практических навыков по способам кодирования и визуализации трехмерных молекулярных структур при использовании химических пакетов	1
6	Химический редактор.	1	Изучение химического редактора и основ набора структурных формул.	1
7	Способы кодирования и визуализации трехмерных молекулярных структур.	1	Ознакомление с кодированием молекулярных структур	4
8	Химические базы данных.	1	Знакомство с химическими базами данных	1
9	Методы оптимизации геометрии и анализа молекулярных структур с использованием методов молекулярной механики, полуэмпирических и первопринципных методов квантовой химии.	1	Получение практических навыков по методам оптимизации геометрии и анализа молекулярных структур с использованием методов молекулярной механики, полуэмпирических и первопринципных методов квантовой химии при использовании химических пакетов	1
10	Способы прогнозирования свойств малоизученных соединений.	1	Получение практических навыков по способам прогнозирования свойств малоизученных соединений	4

ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

В программе курса не предусмотрены как таковые лабораторные работы в классическом понимании. Их роль выполняют практические занятия.

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА

Виды и формы самостоятельной работы студентов: выполнение домашних заданий (ДЗ), подготовка к практическим занятиям (ПЗ), литературный поиск (ЛП), подготовка и выполнение комплексной задачи (КЗ).

Примерный вид комплексной задачи представлен в разделе КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.

График самостоятельной работы по курсу

Семестр	Недели
1	2	3	4	5	6	7	8	9
X	ПЗ	ПЗ ДЗ	ПЗ ДЗ	ПЗ ДЗ	ПЗ ДЗ	ПЗ	ПЗ ЛП	ПЗ КЗ	ПЗ КЗ

Перечень тем для самостоятельной работы:

·  подготовка к практическим занятиям [1-4].

·  выполнение заданий, предлагаемых в качестве домашних в соответствии с тематикой ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.

·  примерный вид комплексной задачи представлен в разделе КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Основная литература

1.  , Компьютерная химия. М. СОЛОН-Пресс, 2005 г. 536 с.

2.  Д. И др. Молекулярное моделирование: Теория и практика. М.: Бином. Лаб знаний, 2009.

3.  , , Морозов а LATEX. М. Ижевск. РХД.20с.

Дополнительная литература

1.  Скрышевский, анализ жидкостей и аморфных тел / . – М.: Высшая школа, 1980. – 328 с.

2.  Журавлев, физика в примерах и задачах / , . – Ижевск: УДГУ, 1979. – 67 с.

3.  и др. Физико-химические свойства молекулярных неорганических соединений (справочные данные и методы расчета). – Л.: Химия, 1987. – 188 с.

4.  Симкин, и статистическая теория растворов. Вычислительные методы и их применение / , . – М.: Химия, 1989. – 256 с.

5.  Гулд, X. Компьютерное моделирование в физике: в 2 ч. / Х. Гулд, Я. Тобочник. – М.: Мир, 1990. – Ч. 2. ­– 399 с.

6.  WinMopac. http://www. *****/science/soft/winmopac/

7.  Краткий химический справочник Любое издание.

Электронные образовательные ресурсы

Вид ресурса	Размещение	Технология	Необходимое оборудование
Шайтан, молекулярной динамики	http://www. *****/library/md/default. html	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
, Набор и верстка в системе LaTeX. 2003 год.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/llang. pdf	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
, Руководство по набору химических формул в системе LaTeX 2e.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/chemmacromanual. pdf	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
Клименко C. В., , LaTeX и его команды.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/catalogs/win/catplain/index. html	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
, , LaTeX, руководство для пользователей.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/ltus1.pdf, http://www. tex. uniyar. *****/doc/ltus2.pdf	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
, , Краткое руководство по использованию издательской системы LaTeX : Методические указания/Яросл. гос. ун-т. - Ярославль, 19с.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/metod94.pdf	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
, Набор химических формул в системе LaTeX 2e. Точка зрения практика.	http://www. tex. uniyar. *****/doc/minkovsky. pdf	Электронная книга	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет
Личный сайт	http://kozlenkoa. *****	Мультимедийный сайт	Компьютер с проектором, компьютерный класс с подключением к локальной сети или с выходом в Интернет

Электронно-библиотечные системы:

1.  Сайт химического факультета МГУ – http://www.chem.msu.su

2.  Издательство ЛАНЬ - http://www.lanbook.com/

3.  Научная электронная библиотека http://*****/defaultx. asp

4.  Библиотека УдГУ http://lib. *****

5.  Национальная библиотека Удмуртской Республики http://unatlib. *****/

Периодические научные издания

1)  Журнал Структурная химия

2)  Вестник Московского госуниверситета. Серия Химия

КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Текущий и итоговый контроль осуществляется на основании выполнения выдаваемых на каждом занятии заданий в соотвествии с разделом ТЕМЫ И ПЛАНЫ ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ) ЗАНЯТИЙ

ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Перечень основного оборудования в соответствии ГОС

По дисциплине ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Специальность ХИМИЯ

Форма обучения очная

№ п/п	Наименование оборудования	Кол-во	Примечание (сведения о наличии, необходимости обновления, приобретения
1	Мультимедийный комплект (ноутбук + проектор + экран)	1	Необходимо приобрести