Формирование профессиональных компетенций у студентов направления подготовки бакалавров «Прикладная информатика в химии» при изучении дисциплины «Квантовая механика и квантовая химия» и смежных дисциплин

А. М. Гробов, А. В. Сирик, И. В. Тихонов

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Согласно стандартам третьего поколения ФГОС, выпускник направления подготовки бакалавров 230700 «Прикладная информатика в химии» должен обладать важными профессиональными компетенциями, такими как: «способен использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности и эксплуатировать современное электронное оборудование и информационно-коммуникационные технологии в соответствии с целями образовательной программы бакалавра (ПК-3); «способен ставить и решать прикладные задачи с использованием современных информационно-коммуникационных технологий» (ПК-4); «способен применять системный подход и математические методы в формализации решения прикладных задач» (ПК-21).

Одним из наиболее важных применений информационных технологий для решения химических задач являются квантово-химические расчеты. Они являются неотъемлемой частью современной химии, широко используются при анализе экспериментальных данных, прогнозировании свойств известных и новых соединений. Формирование теоретических знаний и практических навыков в области квантовой химии у студентов происходит в процессе изучения дисциплин «Квантовая механика и квантовая химия», «Компьютерное моделирование молекулярных и кристаллических структур», «Компьютерное моделирование термодинамики и кинетики». При изучении дисциплины «Квантовая механика и квантовая химия» (3-й курс) студенты постигают теоретические основы данной области знаний: основные постулаты и математический аппарат квантовой механики; приближенные методы решения квантово-механических задач; неэмпирические и полуэмпирические методы изучения электронного строения атомов и молекул. На 4-м курсе в процессе освоения дисциплины «Компьютерное моделирование молекулярных и кристаллических структур» студенты овладевают практическими навыками проведения квантово-химических расчетов, включая основные этапы: выбор метода расчета и используемого базисного набора, задание начальной геометрии, осуществление расчета, анализ и интерпретация результатов расчетов. При изучении дисциплины рассматриваются различные методы квантово-химических расчетов – от простых полуэмпирических до современных пост-хартри-фоковских методов и теории функционала плотности. При этом студенты получают навыки работы в современных широко используемых квантово-химических пакетах и прикладных программах: MOPAC, Firefly, ChemOffice, ChemCraft, MacMolPlt и пр. Результаты расчетов используются для интерпретации экспериментальных данных, предсказания свойств и реакционной способности химических соединений. При изучении дисциплины «Компьютерное моделирование термодинамики и кинетики» происходит дальнейшее совершенствование полученных навыков и их применение для расчета термодинамических свойств соединений.

Параллельно с освоением указанных дисциплин студенты самостоятельно совершенствуют навыки проведения квантово-химических расчетов при выполнении курсовых работ и выпускных квалификационных работ. Для проведения высокоуровневых расчетов студенты получают доступ к вычислительному кластеру ЯрГУ. Также используется доступ к базам данных результатов квантово-химических расчетов, таким как NIST CCCBDB. В результате освоения образовательной программы выпускник способен использовать современные информационные технологии (квантово-химические расчеты) для решения прикладных химических задач.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.