Дисциплина «Информатика»

ДИСЦИПЛИНА «Информатика»

Специальность: Химия

Цикл дисциплин (по учебному плану) Математический и естественно-научный цикл

Курс: 1

Трудоёмкость: 2,5 зачетных единицы

Трудоёмкость: 90 часов

Количество аудиторных часов на дисциплину: 90 часа

В том числе:

Лекции: 18 часа

Практические и семинарские занятия: 72 часов

Количество часов на самостоятельную работу: 90 часов

Рабочая программа дисциплины «Информатика» составлена на основании федеральных государственных требований к структуре основной профессиональной образовательной программы

Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение дисциплины (компетенции), относящиеся к данной программе:

Выпускник аспирантуры по специальности 02.00.03 «Органическая химия» должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК), такими как:

-  способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

-  способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

Завершивший изучение дисциплины должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями ПК), такими как:

-  способность использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин ООП (ПК-1);

-  способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

-  способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);

-  готовность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-5).

Компетенции по видам деятельности:

научно-исследовательская деятельность:

-  способность предлагать пути решения, выбирать методику и средства проведения научных исследований в области химии;

-  способность применять методики разработки математических и физических моделей исследуемых процессов, явлений и объектов в области органической химии;

-  способность планировать и проводить эксперименты в области химии, обрабатывать и анализировать их результаты;

-  готовность к работе на современном научном оборудовании для физико-химических исследований органических и элементоорганических соединений;

-  способность подготавливать публикации, научно-технические отчеты, обзоры по результатам выполненных исследований в области химии.

Цели изучения дисциплины:

Цель обучения химика-исследователя – работа с компьютером и современным компьютерным программным обеспечением в области химии, информатизационного обеспечения химии и смежных наук, расчетных методов в органической и физической химии, области новых материалов и органических катализаторов. Программа не призвана обучить химика программированию, это необходимо лишь небольшому количеству исследователей – но дать будущему специалисту понимание и базу для работы с расчетными методами в конформационных задачах, минимизации энергетических параметров молекул, молекулярной механики и динамики, в задачах структура-свойство и в расчетах термодинамических и кинетических параметров органических реакций.

Задачи дисциплины:

·  получение базовых представлений об устройстве, назначении и использовании компьютерного и офисно-компьютерного оборудования, программного обеспечения общего и специализированного назначения;

·  получение навыков рисования химических структур и навыков их использования в поиске и представлении научной информации;

·  изучение методов онлайн - и локального поиска общетехнической и специализированной химической информации, работа с онлайн - и офлайн базами данных;

·  формирование углубленных представлений об алгоритмах работы расчетных программ по химии, программном обеспечении в этой области;

·  формирование фундаментальных представлений о динамических методах в вычислительной химии.

Содержание дисциплины:

1.  Основы использования компьютерной техники в научных исследованиях

1. Аппаратное обеспечение. История развития компьютеров. Назначение компьютеров. Компоненты компьютера (устройства ввода, вывода, системный блок). Основные компоненты системного блока (материнская плата, процессор, оперативная память, видеокарта, жесткий диск, охлаждение устройств; устройства ввода-вывода: модем, сетевой адаптер) и их разновидности. Носители информации. Понятия команды, программы, выполнение программы процессором. Представление данных в компьютере. Периферийное оборудование (принтеры, сканеры) и их разновидности. Способы подключения внешних устройств (LPT, COM, USB, Fire-Wire, BlueTooth). Модернизация.

2.  Операционные системы

Назначение ОС. Современные ОС и их краткая сравнительная характеристика (ОС семейства Windows, ОС семейства UNIX, MacOS).

2.1. Файловые системы

Файловые системы (древовидные) на примере FAT/NTFS. Логические диски. Каталоги. Имя файла. Расширение. Путь к файлу. Пользовательский интерфейс.

Основные внутренние команды MS-DOS (смена диска, каталога, копирование, удаление, перенос, создание каталога, пролистывание содержания, запуск, поиск файлов, команды перенаправления вывода). Интерфейс командной строки (cmd. exe). Пакетные файлы.

2.2. Графический интерфейс MS Windows.

Особенности и основные элементы графического интерфейса пользователя MS Windows (окна, меню, панель задач, меню "Пуск", рабочий стол, пиктограммы и их свойства). Работа с использованием клавиатуры и мыши, основные клавиатурные комбинации. Проводник Windows – работа с файлами.

2.3. Структура и настройка Windows. Варианты загрузки Windows. Панель управления. Установка и удаление шрифтов, принтеров, программ, устройств, клавиатура, настройка языков, настройка даты/времени.

3.  Компьютерные сети. Глобальные, региональные и локальные сети.

3.1. Локальные сети

Назначение компьютерных сетей. Одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Протоколы. Стек протоколов TCP-IP. Конфигурация и настройка сети в ОС WindowsXP. Сетевые диски. Работа в сети с помощью проводника Windows. Утилиты работы в сети: ping, tracert, ftp, telnet, ssh, nslookup, ipconfig - краткий обзор. Беспроводные сети.

3.2. Интернет

История развития Интернета. URL. Обзор основных сервисов, предоставляемых Интернетом и программ для работы с ними: e-mail (Microsoft Outlook, TheBat), WWW (Browser), Ftp (ftp-клиенты). Подключение к Интернету (DialUp, DSL, LAN). Поиск информации в Интернете: подходы, основные поисковые машины, порталы, расширенный научный поиск.

3.3. Компьютерная безопасность.

Вирусы, трояны, rootkits и spyware — классификация и характеристика. Способы заражения. Возможные последствия. Меры предосторожности. Защита от вирусов. Антивирусы и брандмауэры, защита от спама. Резервное копирование данных.

4.  Работа с прикладным программным обеспечением.

4.1. Утилиты

4.1.1. Файловые менеджеры.

Назначение файловых менеджеров. Клоны Norton commander. Основные операции с файлами и каталогам (копирование, создание, удаление, перемещение, редактирование).

4.1.2. Сжатие данных.

Принципы работы архиваторов. Архивация в Интернете. Сжатие видео - и аудио-информации, с потерей и без потери качества.

4.1.3. Программы обслуживания жесткого диска. Оптимизация размещения пользовательских файлов.

4.2. Прикладные программы. Windows-приложения. MSOffice.

4.2.1. Текстовые редакторы. Назначение текстовых редакторов. MSWord и альтернативы. Настройки. Создание/загрузка/сохранение документов в различных форматах. Перемещение по документу, виды отображения. Оформление текста без использования стилей (шрифты, абзацы). Поиск/замена текста. Оформление с использованием стилей. Создание/изменение/удаление стилей. Специальное форматирование: страница, табуляция и табличный редактор, списки, колонтитулы, разбиение текста на колонки. Математические формулы. Иллюстрации: импорт и размещение. Средства автоматизации: автоматическая генерация содержаний, указателей, списков (иллюстраций, подписей, ссылок на подписи), поля (fields), сортировка. Шаблоны. Проверка правописания. Вывод на печать. Подготовка химической статьи к публикации.

4.2.2. MS Excel. Назначение электронных таблиц. Создание/загрузка/сохранение таблиц в различных форматах. Добавление и удаление листов из рабочей книги. Форматирование и автоформатирование таблиц. Построение диаграмм. Расчеты в таблицах. Фильтрование. Шаблоны.

4.2.3. PowerPoint. Принципы построения лекционного материала. Принципы дизайна презентации.

4.3. Работа с графикой. Растровая и векторная графика. Форматы графики. Обзор основных графических программ. Научная графика.

Общие вопросы работы с графикой. Растровая и векторная графика. Форматы графических файлов и их особенности (TIFF, JPEG, BMP, GIF, PNG, PCX, EPS), программные форматы, язык PostScript, компрессия файлов. Пример совмещения компрессированной графики и текста – формат PDF. Источники компьютерных изображений (сканирование, цифровые снимки, библиотеки изображений, Интернет, рисование, специализированные программы, научные приборы). Зависимость параметров графических файлов от их назначения. Обзор основных графических программ.

Растровая графика. Назначение. Недостатки и достоинства. Классификация. Разрешение в зависимости от назначения, особенности масштабирования. Цифровая фотография, сканирование, редактирование.

Векторная графика. Назначение. Недостатки и достоинства. Особенности рисования и редактирования, основные графические инструменты. Выделение, преобразование и упорядочивание объектов. Векторное описнаие кривых, дизайн компьютерных шрифтов. Дизайн постера химической конференции в редакторе векторной графики.

Химическая графика. Основные химические графические примитивы и особенности их использования. Типовые ошибки при наборе. Рисование кривых, кривая Безье, карандаш. Группировка и упорядочивание объектов. Особенности набора формул для химической базы данных. Стилевое оформление. Способы оптимизации набора химических структур. Шаблоны и заготовки. Использование текста в химических уравнениях, набор специальных символов. Перенос в программы редактирования текста.

Научная и деловая графика. Основные виды диаграмм, значение в научном исследовании. Подготовка исходных данных, их дополнительная математическая обработка. Принципы оформления, наглядность, типовые ошибки. Оси, засечки, сетка, подписи, размерности, шкалы, легенда, объединение данных. Оформление стенда (постера) конференции.

4.4. Теговые языки компьютерной верстки.

4.4.1. Обзор визуальных HTML редакторов

4.4.2. Редактирование HTML в текстовом в визуальном HTML–редакторе. Оформление текста и гиперссылок. Принципы Web-дизайна.

4.4.3. Другие виды разметки текста и редакторы.

5.  Работа с базами данных.

Назначение баз данных, основные понятия (структура, поля, записи, типы данных), используемые в системах управления базами данных, основы управления и использования БД. Поиск информации в БД, способы ее отображения. Индексация БД. Химические базы данных. Поиск в онлайн химических базах данных.

6  Компьютерное моделирование геометрических и энергетических характеристик молекул.

6.1 Молекулярная механика: теоретические основы, возможности метода и основные трудности.

Программа PCModel. Проблема поиска глобального минимума, множественность конформаций. Молекулярная динамика.

6.2 Общее представление о полуэмпирических и неэмпирических методах квантовой химии.

7  Компьютерные расчеты соотношений «структура-свойство».

7.1 Количественные корреляции "структура-свойство" (QSAR). Численное описание структуры молекул.

Установление QSAR-зависимостей с использованием линейных регрессий.

7.2. Другие методы построения QSAR-моделей: кластерный анализ, нейронные сети, экспертные системы. Оценка качества построенных моделей. Анализ трехмерной структуры молекул и ее связи со свойствами веществ. Визуализация моделей химических объектов на молекулярном уровне. Принципы молекулярных расчетов. Трехмерная графика. Основы алгоритмов расчетов в стереохимии. Молекулярная механика и расчетные программы на ее основе.

8. Работа с источниками информации в химии

Первичные и вторичные источники научно-технической информации (НТИ).

Журналы как первоисточники — печатные и электронные. Что такое импакт-фактор журнала?

Сайт ИОХ РАН с перечислением доступных информационных ресурсов

Электронный каталог печатной подписки ИОХ РАН

http://www. ioc. *****/lib_journals/index. html

Проект Научная электронная библиотека (www. *****).

Доступ к полным текстам журналов через электронную библиотеку РФФИ, через НЕИКОН. Возможность полнотекстового поиска на сайтах издательств. Поиск по специальным полям — ISSN. DOI

Каталоги БЕН РАН и ВИНИТИ РАН.

Поиск с использованием Google Scholar (http://scholar. /).

Сайт с перечислением журналов по естественным наукам и издателям этих журналов (ChemPort CAS)

Поиск конкретных работ (статей из научных журналов) с использованием системы CrossRef (DOI)

Вторичная научно-техническая информация.

Производители НТИ и вендоры. Классификация баз данных — библиографические, структурно-химические, фактографические, полнотекстовые. Библиографические БД. STN International как крупнейший источник библиографических баз данных по научно-техническим дисциплинам (www. cas. org). Дополнительная возможность — поиск по цитированию — БД CA, CAPlus, SCISEARCH (он же Web of Science), SCOPUS.

Индекс цитирования на платформе Web of Knowledge

Related articles - какой принцип заложен?

Импакт-фактор журналов (база данных JCR на платформе Web of Knowledge).

SCOPUS

Какое количество наименований журналов включено в SCOPUS?

Есть ли патенты в SCOPUS?

Поиск по автору. Предметный поиск.

Операторы AND, OR, AND NOT (Boolean operators - булевские операторы). Операторы PRE/n, W/n (proximity operators)

Example

pain W/15 morphine finds articles in which "pain" and "morphine" are no more than 15 terms apart. behavioural PRE/3 disturbances finds articles in which "behavioural" precedes "disturbances" by three or fewer words.

Символы усечения (wild cards, truncation symbols).

Функция анализа (по авторам, названиям организаций, наименованиям журналов, году публикации и т. д.)

Сортировка ответов (по цитированию, по дате и др.)

Что такое h-index (индекс Хирша)?

Web of Science на платформе Web of Knowledge.

Какие еще базы данных имеются на платформе Web of Knowledge?

Какое количество наименований журналов включено в Web of Science?

Есть ли патенты в Web of Science?

Есть ли патенты в Web of Knowledge?

Поиск по автору. Предметный поиск.

Операторы AND OR NOT (Boolean operators булевские операторы). Операторы SAME NEAR. Символы усечения (wild cards, truncation symbols). Лемматизация.

Функция анализа (по авторам, названиям организаций, наименованиям журналов, году публикации и т. д.)

Сортировка ответов (по цитированию, по дате и др.)

Информационные ресурсы издательства Chemical Abstracts Service (CAS).

Библиографическая база данных Chemical Abstracts.

Какое количество наименований журналов включено в Chemical Abstracts?

Есть ли патенты в Chemical Abstracts?

Можно ли делать поиск по цитированию в Chemical Abstracts?

Структурно-химическая база данных Registry производства CAS. Регистрационный номер CAS - основные источники CAS RNs (регистрационных номеров CAS).

http://www. cas. org/expertise/cascontent/registry/index. html

Структурно-химическая база данных CASREACT. Что такое mapping и marking? Отличие reactant и reagent.

SciFinder/SciFinderShcolar – информационно-поисковая система производства CAS.

http://www. cas. org/expertise/cascontent/ataglance/

Какие базы данных входят в состав SciFinder?

Практическое занятие — поиск вещества, поиск реакции. Можно ли искать соединение по тривиальному названию? Можно ли искать соединение по CAS Rn?

Функция анализа (по авторам, названиям организаций, наименованиям журналов, году публикации и т. д.) Функция анализа для результатов поиска по веществу или реакции.

Сортировка ответов (по цитированию, по дате и др.)

REAXYS

Какие базы данных входят в REAXYS?

Практическое занятие — поиск вещества, поиск реакции, поиск фактографической информации, поиск по библиографической части БД.

Можно ли искать соединение по тривиальному названию?

Можно ли искать соединение по CAS Rn?

Функция анализа (по авторам, названиям организаций, наименованиям журналов, году публикации и т. д.) Функция анализа для результатов поиска по веществу или реакции.

Сортировка ответов (по цитированию, по дате и др.)

Патенты как первоисточники.

Процедура патентования — заявка, публикация, патент. Время действия патента. Правовой статус патента. Международная классификация изобретений. Патентное семейство.

Доступ к полным текстам патентов.

http://ep. /

Европейское патентное ведомство

http://www. uspto. gov/main/sitesearch. htm

Американское патентное ведомство

http://www. ipdl. inpit. go. jp/homepg_e. ipdl

Японское патентное ведомство (с автоматическим переводом текста патентов с японского на русский)

Российская библиографическая патентная база данных (в ряде случаев доступен текст в формате PDF)

(www. *****)

Патентные БД в STN International.

Патентная БД Questel Orbit

www.

Методы контроля знаний:

Зачеты, курсовые работы, экзамены.

Содержание методов контроля:

Теоретическая часть

Основные компоненты компьютера (в т. ч. системного блока), краткая характеристика Устройства хранения информации, общая характеристика, достоинства и недостатки Устройства ввода и вывода информации, общая характеристика, достоинства и недостатки Способы подключения внешних устройств к компьютеру, общая характеристика, достоинства и недостатки Операционные системы, типы ОС (многозадачные, многопользовательские, с графическим интерфейсом, и т. д.) Организация хранения данных на запоминающих устройствах (файловые системы) Основные команды MS-DOS Пакетные файлы MS-DOS Общее описание графического интерфейса windows Панель управления и панель администрирования windows Сети – способы организации физических соединений компьютеров (витая пара, коаксиал, wi-fi, модемы, и т. п.) Сети – протоколы, стек протоколов. Сети – адресация в сетях (IP, DNS, WINS/NETBIOS) Основные сервисы Интернета – краткий обзор WWW – подробный обзор, что где искать и как E-Mail – подробный обзор. Спам и методы борьбы с ним Виды подключения к Интернету. Примерные скорости и уровни цен, достоинства и недостатки HTML – основы HTML –программы написания и редактирования HTML – оформление таблицами и слоями (<DIV>) Компьютерная безопасность в целом (кратко) Виды malware [вирусы, spyware, adware, трояны] и способы борьбы с ними Особенности безопасности при подключении к Интернету и без него Файловые менеджеры на основе NC – основы работы с ними Проводник windows – основы работы Сжатие данных – общие принципы Сжатие данных с потерями и без – практическое применение для различных случаев Excel – краткий обзор возможностей программы PowerPoint – составление презентаций на основе существующих шаблонов PowerPoint – составление собственных шаблонов презентаций PowerPoint – как подготовиться к докладу

Практическая часть

Разобрать/собрать системный блок, назвать все компоненты, проверить работоспособность Найти неисправность в компьютере [не воткнут кабель, нет устройства, глючное устройство, Написать пакетный файл по заданию Установить шрифт в windows Настроить компьютер для работы в сети (IP, маска подсети, DNS, шлюз, безопасность) Определить проблему в сети (использовать ipconfig, tracert, ping, nslookup) [обрыв соединения, некорректная настройка компьютера, недоступность NS, нерабочий GW, файрвол режет порты, компьютер не в той рабочей группе] Создать почтовый ящик на любом бесплатном сервере, настроить MS Outlook для работы с ним, отправить себе письмо с вложением, получить его [либо программа-клиент на выбор – Bat, Opera …] Написать небольшую HTML страничку по заданию Работа с архиватором в режиме командной строки (rar) Работа с GUI архиватором (winrar) Решение систем линейных уравнений в Maple Решение ДУ и систем ДУ в Maple Решение задач по линейной алгебре в Maple Нахождение пределов, интегралов и производных в Maple Построение 2D и 3D графиков в Maple Построение диаграмм в Excel Подключение и настройка проектора, работа с проектором

Литература:

1.  Учебники по HTML и Web-дизайну. Например: Матросов, Сергеев, Чаунин «HTML 4.0» СПб, BHV - 1999.

2.  . Работа в редакторе ChemWindow. ВХК РАН, 1996.

3.  «Компьютерная химия». Т. Кларк. Мир - 1990.

4.  «Компьютерный синтез». , . Знание - 1989.

5.  «Машинный поиск информации в STN International. Общие представления и доступ к системе». , М