• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2019/2020

Информационные технологии в химии

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус: Курс обязательный (Химия)
Направление: 04.03.01. Химия
Кто читает: Факультет химии
Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Язык: русский
Кредиты: 6

Программа дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины «Информационные технологии в химии» являются: • ознакомление с современными информационными технологиями, их применением для практики проведения научного исследования и анализа данных; • обучение студентов самостоятельной подготовке результатов своих исследований к публикации; • расширение систематических знаний по информационным технологиям и их прикладное применение; • освоение практических навыков эффективной работы с массовым и научным программным обеспечением. Особое внимание уделяется рассмотрению подготовки результатов к публикации. Настоящая дисциплина относится к базовой части профессионального цикла дисциплин. Изучение данной дисциплины базируется на дисциплине школьных программ «Химия», «Физика» и «Информатика». Для освоения учебной дисциплины студенты должны владеть следующими знаниями и умениями: • Знать элементарные физические и химические законы; • Знать элементарные правила работы с компьютером, программным обеспечением общего назначения; • Знать основные понятия о номенклатуре, геометрии и химических свойствах химических соединений; • Уметь формализовать проблемы и ситуации профессиональной деятельности, используя язык и аппарат математических наук; Общий результат освоения дисциплины заключается в умении использовать общее и специальное программное обеспечение в научной работе химика-исследователя, включая оформление результатов эксперимента в виде научной публикации. Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении дисциплин: • Аналитическая химия • Машинный поиск информации в химии • Квантовая химия • Органическая химия • Дисциплины специализации
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины «Информационные технологии в химии» являются: • ознакомление с современными информационными технологиями, их применением для практики проведения научного исследования и анализа данных; • обучение студентов самостоятельной подготовке результатов своих исследований к публикации; • расширение систематических знаний по информационным технологиям и их прикладное применение; • освоение практических навыков эффективной работы с массовым и научным программным обеспечением.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Демонстрирует знание базовых принципов применения вычислительной техники и программного обеспечения (ПО) в химии.
  • Демонстрирует знание текстовых редакторов, электронных таблиц и систем подготовки презентаций в химии.
  • Умеет: • подготавливать графические файлы в зависимости от их назначения; • оформлять химические тексты любой категории сложности на основе современных стандартов
  • Умеет: • Применять базовые принципы молекулярной механики для расчетов геометрии и энергетических параметров молекул. • Показывает: наличие базовых навыков работы в физико-химических вычислительных системах, методах расчета энергии связывания лиганд-мишень.
  • Умеет: • использовать графический интерфейс, проводить настройку ОС Windows; • подбирать и конфигурировать аппаратное обеспечение современного компьютера в зависимости от поставленной задачи; • анализировать строение и назначение локальных сетей и Интернета.
  • Умеет: • использовать вспомогательные программы: утилиты, архиваторы, антивирусное ПО; • производить необходимые расчеты в электронных таблицах, строить диаграммы и графики; • создавать презентации в среде PowerPoint; • самостоятельно разрабатывать Web-страницы.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Аппаратное обеспечение и ОС, тенденции развития. Компьютерные сети, файлы. Возможности компьютерной сети: локальной и глобальной. Интернет и безопасность, защита данных. Операции с файлами. Использование графического интерфейса ОС.
    1.1. 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, FireWire, BlueTooth). Модернизация. 1.2. Операционные системы. Назначение ОС. Современные ОС и их краткая сравнительная характеристика (ОС семейства Windows, ОС семейства UNIX, MacOS). Установка и обслуживание Windows. Файловые системы (древовидные) на примере FAT/NTFS. Логические диски. Каталоги. Имя файла. Расширение. Путь к файлу. Файловые утилиты, программы обслуживания жесткого диска. 1.3. Введение в компьютерные сети. Глобальные, региональные и локальные сети. Адресация, настройки, проблемы, перспективы. Работа в локальной сети. Назначение компьютерных сетей. Одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Протоколы. Стек протоколов TCP-IP, назначение IP в глобальной и локальной сети, DHCP. Конфигурация и настройка сети в ОС Windows. Сетевые диски. Работа в сети с помощью проводника Windows. Утилиты работы в сети: ping, tracert, ftp, telnet, ssh, nslookup, ipconfig - краткий обзор. Беспроводные сети, защита. 1.4. Глобальные сети, структура. Интернет. 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. 1.5. Компьютерная безопасность Вирусы, трояны и spyware — классификация и характеристика. Способы заражения. Возможные последствия. Меры предосторожности. Защита от вирусов. Антивирусы и брандмауэры, защита от спама. Резервное копирование данных. 1.6. Графический интерфейс MS Windows. Структура и настройка 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. Сторонние системы управления файлами, Total Commander. Установка и удаление шрифтов, принтеров, программ, устройств; клавиатура, настройка языков, локализации, даты/времени. Интерфейс командной строки (cmd.exe), его особенности. Пакетные файлы (без команд организации циклов). Консольные команды.
  • Основные возможности Windows, встроенное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение: текстовые, табличные, web-редакторы, презентационное ПО, работа с источниками информации в химии. Специальное программное обеспечение для работы в химии.
    2.1. Пользовательский интерфейс ОС. Варианты загрузки Windows. Настройка и оптимизация системы. Оптимизация размещения пользовательских файлов. 2.2. Сжатие и архивация данных. Принципы работы архиваторов. Сжатие текста, графики и мультимедиа-информации, с потерей и без потери качества. 2.3. Прикладные программы: обзор ПО. Классификация и назначение прикладных программ. Встроенные Windows-приложения. MSOffice. 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/изме¬нение/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 и в файл. 2.4. Синтаксис и структура HTML. Обзор визуальных HTML редакторов. Редактирование HTML напрямую и в визуальном HTML–редакторе. Простое оформление текста и гиперссылок. Принципы Web-дизайна. 2.5. Использование электронных таблиц 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. Построение графиков в Excel. Знакомство с Origin: построение графиков и их обработка. 2.6. Подготовка презентаций MS PowerPoint. Принципы построения лекционного материала, тайминг. Оформление слайда, текст, анимация. Онлайн-системы подготовки презентаций. Prezi.com. 2.7. 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 (версии WebОfScience и Scopus), его расчет. Понятие и реализация DOI-индекса публикации. Научная электронная библиотека (www.elibrary.ru). Возможности полнотекстового поиска. Поиск по специальным полям — ISSN. DOI/Crossref. Поиск с использованием Google Scholar (http://scholar.google.com/). Поиск конкретных работ (статей из научных журналов) с использованием системы CrossRef (DOI), Web Of Science, Scopus. Синтаксис, фильтрация и сортировка полученной информации. База данных REAXYS. 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.) 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, SCOPUS. 2.8. Распознавание текста OCR. Принцип распознавания. Автораспознавание текстов на иностранном языке; распознавание документов с низким качеством изображения, приведение к виду, позволяющему облегчить распознавание; обучение программы. 2.9. PDF-файлы Особенности PDF-файлов. Создание PDF-файлов, постформатирование, включение дополнительных интерактивных элементов, редактирование имеющихся, в т.ч. с нестандартной кодировкой и шрифтами.
  • Графика. Растровая и векторная графика, особенности научной графики. Химическая графика. Расчеты геометрии структур.
    3.1. 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 графических файлов. Совмещение графики и текста в различных редакторах. 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. 3.2. Векторная графика Назначение. Недостатки и достоинства. Особенности рисования и редактирования, основные графические инструменты. Кривые Безье. Выделение, преобразование и упорядочивание объектов. Шрифт Windows как простейший пример векторной графики. Создание и редактирование шрифтов. 3.3. Растровая графика Назначение. Недостатки и достоинства. Классификация. Разрешение в зависимости от назначения, особенности масштабирования. Цифровая фотография, сканирование. Основные приемы редактирования растровых изображений. 3.4. 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. 4.5. Химическая графика Основные химические графические примитивы и особенности их использования. Типовые ошибки при наборе. Рисование кривых, кривая Безье в химических структурах, карандаш. Группировка и упорядочивание объектов. Особенности набора формул для химической базы данных. Стилевое оформление. Способы оптимизации набора химических структур. Встроенные шаблоны и заготовки для форматирования химической графики в системе ChemDraw. Использование текста в химических уравнениях, набор специальных символов. Перенос в программы редактирования текста и презентаций.
  • Вычислительные методы и математическое моделирование в химии
    4.1. Вычислительные методы в химии. История развития вычислительных методов. Теоретические основы полуэмпирических и неэмпирических расчётных методов. Понятие функционала плотности. Понятие базиса. Математическое моделирование в химии. Визуализация моделей химических объектов на молекулярном уровне. Трехмерная графика. Компьютерное моделирование геометрических и энергетических параметров молекул. 4.2. Молекулярная механика: теоретические основы, возможности метода и основные трудности. Принципы молекулярных расчетов. Расчетные программы на основе молекулярной механики. Молекулярная динамика. Общее представление о полуэмпирических и неэмпирических методах квантовой химии. 4.3. Оптимизация геометрии молекул полуэмпирическими и неэмпирическими методами. Границы области применение различных методов квантовохимических расчётов. Исследование механизмов химических реакций. Поиск переходного состояния методами квадратичного транзита. Использование процедуры сканирования (SCAN) поверхности потенциальной энергии при изучении механизмов химических реакций. 4.4. Соотношения «структура-свойство». Базовые понятия, моделирование структур для направленного синтеза биологически активных соединений. Моделирование каталитических процессов (включая биокатализ).
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашние задания
    По два домашних задания в течении каждого модуля с равным весовым коэффициентом. Всего восемь домашних заданий в течении курса.
  • неблокирующий Письменные контрольные работы
    Одна контрольная работа в каждом модуле. Всего 4 контрольных работы
  • неблокирующий Экзамен 3 модуль
    Экзамен проводится в устной форме. Вопросы будут раздаваться последовательно группам по 5 человек (поделиться на группы заранее, до начала экзамена). Студент может ответить без подготовки устно или же взять себе время на подготовку письменного конспекта ответа на вопрос (до 60 минут). Во время ответа студенту могут быть заданы дополнительные вопросы по теме задания или по темам вокруг него. Студенты в рамках своей группы отвечают последовательно. Экзамен проводится на платформе zoom. Первой группе из 5 человек необходимо подключиться за 10 мин до начала экзамена, второй и последующей с промежутком в 30 мин. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям (не отличаются от того, что требовалось для выполнения домашних заданий весь учебный год. У кого МАС, сообщить заранее, чтоб им не давали 3D-расчет в Chem3D. Но тогда они получат расчет в другой программе):стационарный компьютер /ноутбук /мобильные устройства; операционная система Windows (версии 7 и выше) или Mac OS X Yosemite 10.10 и выше; оперативная память: 3 Гб и более; процессор: Intel Core 2 DUO и более поздней версии с поддержкой SSE2, или AMD Athlon x2 и выше; 2 ядра и выше; 1,8 ГГц и выше; интернет-браузер: любой; свободное место на жестком диске 500 Мб; наличие постоянного интернет-соединения со скоростью передачи данных от пользователя не ниже 5 Мбит/сек.; разрешена передача данных по сетевым портам: 80 TCP, 443 TCP, 3478 TCP/UDP; наличие исправной и включенной веб-камеры и микрофона (включая встроенные в ноутбуки). Во время экзамена студент может иметь при себе ручку, карандаш, ластик, линейку, бухгалтерский калькулятор, не более 3 листов А4 черновиков, воду. Во время экзамена студент обязан сосредоточиться на выполнении заданий (экран компьютера или листы с выполнением заданий), при ответе включить микрофон. Во время экзамена студент не имеет права: привлекать помощь третьих лиц, предоставлять доступ к компьютеру посторонним лицам, вступать в разговоры с третьими лицами. При кратковременном нарушении связи (до 5 мин): зафиксировать время разрыва связи (сделать скриншот, фотографию всего экрана, чтобы было видно время и окно приложения/сайта) и отправить в учебный офис, как только связь восстановится по корпоративной электронной почте; переподключиться к экзамену. При долговременном нарушении связи (более 5 мин): переподключиться к экзамену; сообщить незамедлительно об этом в учебный офис с помощью любых каналов связи. Не позднее, чем через 3 дня, необходимо предоставить максимальное количество подтверждающих документов (ответ от провайдера, скриншот проблемы, объяснительная студента и т.д.) Процедура пересдачи соответствует основному экзамену, проводится в осенний период пересдачи, допускается дистанционная организация в случае продления дистанционного режима обучения. При долговременном нарушении связи при наличии уважительных причин, подтвержденных документально, предусмотрен резервный день в июне.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    Итоговая оценка = 0,4 Домашние задания +0,4 Контрольные работы + 0,2 Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Компьютерные сети: Учебное пособие / А.В. Кузин. - 3-e изд., перераб. и доп. - М.: Форум: ИНФРА-М, 2011. - 192 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Профессиональное образование). (переплет) ISBN 978-5-91134-476-4 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/249563
  • Кувшинов Н.С., Скоцкая Т.Н. - Инженерная и компьютерная графика (для бакалавров) - КноРус - 2017 - 233с. - ISBN: 978-5-406-05308-9 - Текст электронный // ЭБС BOOKRU - URL: https://book.ru/book/920561
  • Работа с электронными таблицами. Microsoft Office Excel 2003, Калугина О. Б., Люцарев В. С., 2009
  • Хейфец А. Л., Васильева В. Н., Буторина И. В. ; Под ред. Хейфеца А. Л. - КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЕЙ 2-е изд., пер. и доп. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 258с. - ISBN: 978-5-534-10969-6 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/kompyuternaya-grafika-dlya-stroiteley-436983

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Введение в хемоинформатику. Ч . 5: Информатика химических реакций, Баскин, И. И., 2017
  • Введение в хемоинформатику. Ч. 1: Компьютерное представление химических структур, Маджидов, Т. И., 2013
  • Введение в хемоинформатику. Ч. 2: Химические базы данных, Маджидов, Т. И., 2015
  • Введение в хемоинформатику. Ч. 4: Методы машинного обучения, Баскин, И. И., 2016
  • Введение в хемоинформатику. Ч. 6: Химическое пространство и виртуальный скрининг, Маджидов, Т. И., 2019
  • Введение в хемоинформатику. Ч.3: Моделирование "структура - свойство", Баскин, И. И., 2015