|
В школе №1326 с углублённым изучением отдельных предметов в течение 3 лет проводится эксперимент по использованию методов молекулярной динамики в профильном обучении учащихся старших классов (10-ых,11-ых)
естественнонаучного и информационного профилей. наряду с профильными предметами, а именно, математикой, информатикой, физикой, химией, биологией
предусматривается чтение элективного курса "компьютерное моделирование". Целями и задачами курса является знакомство учеников с методами компьютерного моделирования.
При этом упор делается на интеграции методов компьютерного моделирования с такими областями науки как физика, химия и биология.
Компьютерное молекулярное моделирование и, в частности, метод молекулярной динамики,
являются способами изучения и исследования молекулярных систем,
доступных широкому кругу лиц. Доступность определяется широким распространением
компьютеров и наличием специального программного обеспечения, и поэтому такие
методы могут быть широко использованы в профильном обучении учеников старших классов.
Работа учеников с такими методами позволяет закрепить и визуализировать представления о
молекулярном строении вещества, физических и химических законах. А главным образом такой
подход позволяет на примерах представить междисциплинарный подход к решению задач современной
науки, перейти от абстрактных представлений к решению конкретных задач передовыми и в то же
время доступными методами.
Программа курса компьютерное моделирование
|
Число часов |
Содержание
|
|
36 |
Общие
основы компьютерного моделирования |
|
1 |
Введение в моделирование, предмет, проблемы, примеры. |
|
1 |
Постановка первой задачи. Этапы моделирования на
примере первой задачи. |
|
1 |
II закон Ньютона. |
|
1 |
Мгновенная скорость |
|
1 |
Мгновенное ускорение |
|
1 |
Численное вычисление скорости и ускорения |
|
1 |
Понятие разностной схемы. |
|
2 |
Простейшие разностные схемы. Разбор различных примеров. |
|
1 |
Связь разностных схем с программированием. |
|
1 |
Простейшая разностная схема для уравнения Ньютона |
|
1 |
Пример моделирования равноускоренного движения. |
|
4 |
Разбор индивидуальных заданий |
|
2 |
Представление учениками проектных заданий |
|
2 |
Особенности суммирования рядов |
|
1 |
Понятие о производной |
|
1 |
Понятие об интеграле |
|
1 |
Методы численного дифференцирования |
|
1 |
Методы численного интегрирования |
|
1 |
Метод Верле численного интегрирования. |
|
2 |
Метод трапеции численного интегрирования |
|
1 |
Точность методов численного интегрирования |
|
1 |
Моделирование популяционных процессов |
|
1 |
Модели популяционной динамики |
|
2 |
Постановка и объяснение задач |
|
1 |
Консультации по проектам |
|
2 |
Представление проектов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5: |
Молекулярная динамика |
|
1 |
Знакомство с предметом молекулярного моделирования.
Макромолекулы. |
|
2 |
Метод Молекулярной Динамики (МД) – основы. |
|
2 |
Температура и термостаты. Модели Берендсена и
Нозе-Гувера. Столкновительный термостат. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15: |
Пакет
MoDyp |
|
4
1
|
Сборка молекул в пакете HyperChem
Создание модифицированного аминокислотного остатка.
Помещение молекулы в водное окружение.
Сохранение структуры. |
|
1
1
1
1
|
Создание входных файлов для модуля
premd.exe
Файл структуры *.ent и его описание *.pos
файл структуры *.hin
топологический справочник *.tpl
силовое поле Amber *.ff |
|
2
1
1
|
Создание входных файлов для модуля
modyp.exe
Структура молекулы *.str
задание параметров *.prm
задание статистики *.tsb |
|
2
|
Обработка результатов
Типы статистик |
|
|
|
|
12: |
Работа
учащихся над собственными проектами |
|
4 |
Консультации по работе |
|
4 |
Защита проекта |
|
4 |
2-4 (годовые или семестровые) контрольные работы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Программа курса Программирование
|
Число часов |
Содержание
|
|
61: |
Программирование (C++) |
|
2 |
Языки программирования. Основы языка
C. |
|
2 |
Среда Borland C++ 3.1. |
|
2 |
Типы данных. Имена в С++. Операторы
присваивания. |
|
2 |
Консольный и файловый вывод. |
|
2 |
Консольный и файловый ввод. |
|
2 |
Условные операторы, операторы цикла,
оператор switch. |
|
2 |
Особенности операций с целыми числами, с
символами. |
|
1 |
Работа с математическими функциями. |
|
1 |
Суммирование рядов. |
|
2 |
Одномерные массивы. |
|
3 |
Алгоритмы сортировки массивов и поиска. |
|
2 |
Потоковый ввод-вывод. |
|
2 |
Функции getch и
gotoxy. |
|
4 |
Функции и процедуры. Рекурсия. |
|
2 |
Строки. |
|
2 |
Битовые операции. |
|
2 |
Многомерные массивы. |
|
4 |
Динамическая память. Абстрактные типы
данных: очередь, список, дерево, двоичный справочник. |
|
4 |
Работа с графикой. Видеопамять. |
|
3 |
Метод координат. Универсальный
графопостроитель. |
|
2 |
Структуры. Массивы структур. |
|
2 |
Header-файлы,
работа с проектами в BC. |
|
2 |
Принципы создания сложных структурированных
программ. Объектно-ориентированное программирование. |
|
2 |
Классы в C++. |
|
3 |
Наследование. Инкапсуляция. Полиморфизм.
Перегрузка операций. |
|
3 |
Стереометрия и векторная алгебра в классах. |
|
1 |
Принципы создания объектно-ориентированных
программ. |
|
|
|
|
39: |
Приложения |
|
1 |
Операционные системы. Назначение, свойства,
типы. |
|
2 |
MS DOS. Основные
понятия, команды. Файловая система. |
|
4 |
FAR –
manager. Команды, свойства.
Редактирование файлов. |
|
2 |
Основы работы с ОС
Microsoft Windows, работа с файлами, папками, окнами,
меню. |
|
2 |
Архиваторы. Антивирусные программы. |
|
4 |
Графические редакторы:
Paint, Adobe Photoshop. |
|
9 |
Пакет Microsoft Office:
Word, Excel,
PowerPoint. Набор и редактирование
текстов, форматирование абзацев. Создание таблиц и графиков.
Подготовка слайдов, создание презентаций. Взаимодействие
компонентов пакета между собой и графика в MS
Office. |
|
1 |
Способы передачи данных. Протокол
TCP/IP. |
|
4 |
Локальные и глобальные сети. Интернет.
Браузеры (Internet Explorer). Почтовые
программы. Поиск по web-сайтам.
Интернет конференции. |
|
6 |
Язык html |
|
2 |
Мультимедиа (видео, аудио,… ) |
|
2 |
Архитектура современных ЭВМ. Модульный
принцип. Организация памяти. Типы устройств. |
|
|
|
|
|
|
|
29 |
Теория |
|
4 |
Понятие информации. Количество информации.
Формула Хартли. Формула Шеннона. |
|
4 |
Понятие Алгоритма. Свойства алгоритма. |
|
6 |
Системы счисления (СС). Позиционные и
непозиционные СС. Основные СС, используемые в компьютере.
Представление данных в двоичной СС. Переход из одной СС в
другую. Арифметические действия в позиционных СС. |
|
10 |
Алгебра логики. Высказывание. Таблицы
истинности. Логические операции. Законы де Моргана. Языки.
Полнота системы логических символов. Дизъюнктивная нормальная
форма (ДНФ), конъюнктивная нормальная форма (КНФ). Совершенные
ДНФ и КНФ. Минимальная ДНФ. |
|
3 |
Логические основы ЭВМ. |
|
|
|
|
9 |
Контрольные, зачётные… работы. Подготовка к
ним, консультации. |
|
