Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Компьютерные технологии в науке и образовании Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Магистр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

дфмн В.Г. Маслов, дфмн М.Г. Петухов 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Дисциплина Компьютерные технологии в науке и образовании знакомит студентов с современными компьютерными технологиями и направлен на приобретение навыков их использования в образовании и науке.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук ОК- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение ОК- способностью порождать новые идеи (креативность) ОК- способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для 10 решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны ПК- способностью и готовностью применять на практике навыки составления и оформления научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей (в соответствии с профилем магистерской программы) ПК- способностью использовать свободное владение профессиональнопрофилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки ПК- способностью свободно владеть профессиональными знаниями для анализа и синтеза физической информации (в соответствии с профилем подготовки) 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины -способность планировать, организовывать и проводить научно-исследовательские и научно-образовательные работы с применением современных компьютерных технологий;

умение представлять результаты своей работы;

- способность к профессиональной адаптации, к обучению новым методам исследования и технологиям;

-способность самостоятельно с применением современных компьютерных технологий анализировать, обобщать и систематизировать результаты биофизических работ.

-способность использовать современные методы обработки и интерпретации биофизической информации при проведении научных исследований.

- умение пользоваться базами данных и информационными ресурсами сети Интернет.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Компьютерные технологии в науке и образовании» относится к базовым дисциплинам общенаучного цикла М.1.

Дисциплину «Компьютерные технологии в науке и образовании» студенты изучают в 9-м и 10-м семестрах (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании»

опирается на знания в области информатики, вычислительной математики, молекулярной и структурной биологии, физики белка, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» используются при изучении дисциплин профессионального цикла М.2, при выполнении НИРС и при подготовке магистерской диссертации.

Курс состоит из лекционного материала и практических занятий.

3. Распределение трудомкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе аудиторные занятия в интерактивной – – форме ориентированная самостоятельная работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы Новые информационные технологии в учебном процессе: структура аудио- и видеосредств и методика их применения Современные вычислительные сети Интернет – как главное средство обмена информацией в современном образовании и науке Структура и архитектура ПЭВМ, практические навыки работы с компьютером Архитектура и принципы работы современного персонального Программное обеспечение современного компьютера Принципы построения обучающих и контролирующих систем Компьютерные образовательные технологии Принципы дистанционного обучения Применение пакетов прикладных программ в учебном процессе по биофизике и молекулярной биологии Системное программное обеспечение Общие принципы пользовательской работы. Пакеты программ Редакторы, электронные таблицы, базы данных, сети Текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, базы 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Новые информационные технологии в учебном процессе: структура аудио- и видео- средств и методика их применения 1.1. Введение Современные компьютерные системы.

Персональные компьютеры: назначение, основные характеристики, основные компоненты. Сетевые компьютеры:

назначение и основные характеристики.

Рабочие станции: назначение и основные характеристики. Суперкомпьютеры:

назначение и основные характеристики.

Принципы эффективного хранения и обработки информации. Архитектура и управление базами данных. Основные понятия реляционной теории баз данных:

домены, отношения, первичные и внешние ключи. Основные понятия постреляционной теории баз данных. Основы работы с СУБД PosgreSQL.

1.2. Современные вычислительные сети Цели объединения компьютеров в сеть.

Топология и методы доступа в локальных сетях. Одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Локальные и глобальные сети. Основополагающие принципы функционирования Internet.

Способы подключения к сети Internet.

Уникальный идентификатор информационного ресурса (URL). Схемы адресации ресурсов Internet. Архитектура "клиент/сервер". Примеры построения приложений на основе архитектуры "клиент/сервер". Архитектура "клиентсервер" как основа построения информационных сервисов Internet.

Проблема безопасности при работе в компьютерных сетях. Информационные технологии. Методы и средства обмена информацией в современном обществе.

Принципы хранения и обработки информации. Формы представления информации. Основные понятия современных информационных технологий:

информационные ресурсы, информационные системы, базы данных научной и технической информации, базы знаний.

1.3. Интернет – как главное средство обмена информацией в современном образовании и науке Использование информационных ресурсов Интернет в образовании и науке. Источники информационных ресурсов Интернет: World Wide Web (WWW), системы файловых архивов FTP, электронная почта E-mail и списки рассылки, системы телеконференций Usenet. Создание и распространение информационных ресурсов. Правила подготовки информационных ресурсов к публикации и распространению.

Особенности подготовки основных видов научно-технической документации:

сообщений, рефератов, статей, пояснительных записок, справочников, словарей, технических описаний и др.

Публикация информационных ресурсов в Интернет. Программы-серверы WWW и приложения для создания информационных ресурсов. Основные принципы обмена информацией в электронном виде. Язык гипертекстовой разметки документов HTML.

Стандартные форматы файлов для обмена документами, графическими изображениями, аудио- и видеоинформацией, архивами файлов. Принципы публикации баз данных и баз знаний в Интернете. Основные компоненты и архитектура информационных систем публикации и поиска информации.

2. Структура и архитектура ПЭВМ, практические навыки работы с компьютером 2.1. Архитектура и принципы работы современного персонального компьютера принципах работы современного Основные компоненты и их назначение.

Современные процессоры (архитектура, основные характеристики). Учет архитектуры процессора и вычислительной системы в целом при разработке программного обеспечения. Направления развития устройств ввода, вывода и хранения информации: принципы функционирования, основные характеристики, способы подключения.

2.2. Программное обеспечение современного компьютера Требования к современной операционной системе. Архитектура современных операционных систем. Интерфейсы программирования приложений. Основы эффективной пользовательской работы в операционной системе Windows. Основы эффективной пользовательской работы в операционной системе UNIX. Современное универсальное прикладное программное обеспечение: текстовые редакторы, электронные таблицы, персональные системы управления базами данных, графическое программное обеспечение.

Проблема безопасности при работе на персональном компьютере. Компьютерные вирусы и способы борьбы с ними.

3. Принципы построения обучающих и контролирующих систем 3.1. Компьютерные образовательные технологии Использование компьютера в учебном процессе. Аппаратное и программное обеспечение для реализации образовательной программы. Использование обучающих программ. Выполнения на компьютере лабораторных и практических занятий.

Основные принципы автоматизированного контроля знаний.

3.2. Принципы дистанционного обучения Знание основных принципов и Дистанционное обучение с использованием использование возможностей сети Internet.

технологий Internet. Использование открытых систем дистанционного обучения. системы дистанционного обучения.

Игровые системы. Оптимальное сочетание традиционных правил составления игрголоволомок и содержательной части АОС.

Разработка индивидуальных вариантов одной и той же программы. контроль за знаниями учащихся. Новые информационные технологии в учебном процессе: структура аудио- и видео- средств и методика их применения. Стандарты аудио- и видео данных. Аудио- и видео оборудование иссподльзуемое в в учебном процессе.

Цифровое телевидение. Интерактивные графические приложения (synthetic content).

Интерактивное мультимедиа.

4. Применение пакетов прикладных программ в учебном процессе по биофизике и мо-лекулярной биологии 4.1. Системное программное обеспечение Знакомство с программами квантовой Компиляторы программ на языках ORCA, HyperChem, Molpro, Jaguar, программирования C++ и Fortran-90.

Основные особенности программных средств реализуемые методы, особенности реализации и пользовательского интерфейса.

квантовой химии. Бесплатные и коммерческие программы, условия их распространения. Программы: Gaussian, GAMESS, NWChem, ORCA, HyperChem, Molpro, Jaguar, OpenMX. Основные возможности, реализуемые методы, особенности реализации и пользовательского интерфейса.

4.2. Общие принципы пользовательской работы. Пакеты программ Общие принципы пользовательской работы с действий, выбора методов, основных квантово-химическими программами.

Последовательность действий, выбор методов, основные принципы анализа результатов. Основные способы подготовки молекулярными редакторами, исходных данных в квантово-химических задачах. Вспомогательные программы:

молекулярные редакторы и визуализаторы: с программами для молекулярного Avogadro, Molekel, Molden. Проблема конвертации форматов файлов, конверторы форматов: Babelwin, OpenBabel.

Параллельные вычисления, их организация в применении к квантово-химическим задачам.

Программно-аппаратные средства поддержки параллельных вычислений. Пакеты программ для молекулярного моделирования и биоинформатики: ICM-Pro, AMBER, GROMACS, BLAST, FASTA, CLUSTAW, ENDNOTE. Основные возможности, реализуемые методы, особенности реализации и пользовательского интерфейса.

Общие принципы пользовательской работы с программами для молекулярного моделирования и биоинформатики:

последовательность действий, выбор методов, анализ результатов.

5. Редакторы, электронные таблицы, базы данных, сети 5.1. Текстовые и графические редакторы, Представления о текстовых и графических электронные таблицы, базы данных Электронный калькулятор Numlock, Электронный калькулятор в Windows, Файловый менеджер Total Commander, Растровый графический редактор Paint, Векторный графический редактор OpenOffice Draw, Программа разработки презентаций Microsoft PowerPoint, Электронные таблицы Microsoft Excel, Текстовый редактор Microsoft Word, Электронные таблицы Microsoft Excel. Базы данных PDB, SCOP,

SWISSPROT, ENTREZ, GENEBANK,

5.2. Информационные и телекоммуникационные сети Структура и принципы построения.

Оборудование информационных и телекоммуникационных сетей. Задачи защиты информации в информационных и телекоммуникационных сетях. Угрозы информации. Способы их воздействия на объекты защиты информации. Традиционные и нетрадиционные меры и методы защиты информации. Информационная безопасность предприятия.

5. Образовательные технологии В курсt «Компьютерные технологии в науке и образовании» используются традиционные образовательные технологии:

- лекции, - практические занятия, проводимые полностью в интерактивной форме.

Объм лекционных занятий составляет 50% общего объма аудиторных занятий.

Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах Интерактивные практические занятия по использованию прикладных пакетов программ 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен.

7. Практические занятия Программой курса предусмотрены практические занятия, проводимые в интерактивной форме, общей трудомкостью 18 часов, которые состоят из:

-интерактивных лекций-консультаций - коллоквиумов и -интерактивных практических занятий по использованию стандартных прикладных пакетов компьютерных программ программ.

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» включает следующие виды:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к коллоквиуму и зачету;

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» включает в себя подготовку и выполнение заданий по использованию специализированных пакетов программ, баз данных сети Интернет и электронных ресурсов, по темам, заданным преподавателем:

1. Исследование принципов построения программного обеспечения современного компьютера (раздел № 2, Структура и архитектура ПЭВМ, практические навыки работы с компьютером) 2-3. Создание и распространение информационных ресурсов. Использование компьютерных образовательных технологий (раздел № 3, Принципы построения обучающих и контролирующих систем) 4-6. Изучение построения и работы вычислительной сети. Работа с программами ICM-Pro, BLAST, FASTA, CLUSTAW, ENDNOTE. Работа с программами Avogadro, GAMESS, ORCA (раздел № 4, Применение пакетов прикладных программ в учебном процессе по биофизике и молекулярной биологии).

7-9. Создание документов и выполнение основных операций MS-WORD, MS-Excel, MSPowerPoint. Исследование пользовательского интерфейса в приложениях OpenOffice Draw и Paint. Использование информационных ресурсов интернет. Базы данных PDB, SCOP, SWISSPROT, ENTREZ, GENEBANK, PUBMED (раздел № 5, Редакторы, электронные таблицы, базы данных, сети).

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают коллоквиумы и зачеты.

Учебные и методические пособия, рекомендуемые для использования при самостоятельной работе, указаны ниже в пункте 9.2.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ подготовка к лабораторным работам, к практическим и семинарским занятиям 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература Автор, название, место издания, издательство, год (годы) Год К-во Место 1. Информатика. Технологии баз данных в информационных 2006 98 Библиотека экономических системах : учеб. пособие / Батаев А.В. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2. Программирование на языке высокого уровня : учебник для Библиотека вузов / Павловская Т.А. — СПб. : Питер, Дополнительная литература 1. Квантовая химия / Соколов И.М. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, Ресурсы Интернета 1. 8. Павлов, Н.В. Информатика. Основы работы в Microsoft Windows и Internet [Электронный ресурс] / ftp://ftp.unilib.neva.ru/dl/366.pdf 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины Лицензионные программы:

Windows XP, Linux, СУБД PosgreSQL, Total Commander, Paint, MS Access, MS Word, MS Excel, MS PowerPoint, GFORTRAN-90, GCC, ICM-Pro, AMBER, GROMACS, GAMESS, BLAST, FASTA, CLUSTAW, ENDNOTE, Avogadro, ORCA..

Пособие:

Павлов, Н.В. Информатика. Основы работы в Microsoft Windows и Internet [Электронный ресурс] : Метод. указания по выполнению лабораторных работ / Н.В. Павлов, Е.О. Попов ;

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Кафедра "Предпринимательство и коммерция".— Электрон. текстовые дан. (1 файл : 628 Кб).— Санкт-Петербург, 2003.— Загл. с титул. экрана.— Свободный доступ из сети Интернет.— Adobe Acrobat Reader 4.0.—.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс (6 компьютеров), лицензионное программное обеспечение, Internet.

Наличие в библиотечном фонде отечественной и зарубежной научно-популярной литературы по направлению подготовки (физика, химия, молекулярная биология).

Наличие подборки научно-популярных и обзорных статей, рассчитанных на широкий круг читателей, по направлению подготовки как базового материала для подготовки выступлений студентов.

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Компьютерные технологии в науке и образовании" оценивается при выставлении зачета (девятый идесятый семестры).

Итоговая оценка на зачете по дисциплине "Компьютерные технологии в науке и образовании" выставляется по результатам зачетов и с учетом активности студента на коллоквиумах и практических занятиях, проводимых в интерактивной форме.

11.2. Оценочные средства Список вопросов для зачета:

1. Этапы подготовки документа в среде Word. Настройка рабочего места.

2. Режимы работы Word, их особенности и применение.

3. Работа в режимах «автозамена» и «автотекст».

4. Шаблоны и мастера Word. Создание и редактирование шаблона.

5. Работа со списками, табуляцией, колонками, разделами.

6. Параметры абзаца и его форматирование.

7. Стили, их параметры и использование.

8. Создание, обновление, редактирование стилей.

9. Работа в режиме «структура», главный и вложенный документы.

10. Шаблоны и надстройки, их присоединение, удаление, организация.

11. Создание оглавления на основе стиля. Схема документа. Поля и работа с ними.

12. Колонтитулы и работа с ними. Форматирование колонтитулов.

13. Закладки, гиперссылки, сноски.

14. Команды «поиск», «поиск и замена», подстановочные знаки, выбор объекта 15. Создание и редактирование таблиц, их параметры.

16. Преобразование текста в таблицу и обратно, преобразование импортируемых таблиц в формате DOS/Лексикон/plain-текста.

17. Автоформат таблиц, их сортировка, вычисления в таблицах Word.

18. Импорт и экспорт документов Word в различные форматы. Использование механизма OLE, вставка различных объектов.

19. Формирование документов слиянием, мастер слияния, источник слияния.

20. Совместная работа с использованием режима исправлений.

21. Работа с надписями, автофигурами, графикой в MS Word.

22. Макросы, их назначение и основы работы с ними. Защита от макровирусов.

23. Статистика текста, работа с переносами, проверка правописания.

24. Excel: ввод и редактирование данных, ссылки, их типы и использование.

25. Excel: команды « подбор параметра» и «таблица подстановки».

26. Excel: команды работы со списками («базами данных»).

27. Excel: команда «сводная таблица».

28. Excel: импорт и экспорт данных в форматах CSV, TXT, HTM, команда «текст по 29. Excel: выборка данных и команда «фильтр».

30. Excel: расчет процентов.

31. Excel: расчет амортизации.

32. Excel: решение задачи оптимизации ресурсов средствами команды «Поиск 33. БД и СУБД: назначение, характеристики, особенности.

34. Модели баз данных. Основные понятия реляционной БД.

35. Этапы разработки базы данных.

36. Проектирование БД на основе характеристик «степень связи» и «класс принадлежности».

37. Определение связей в БД с помощью ключей. Схема базы данных.

38. Объекты MS Access: таблицы, запросы, формы, отчеты, макросы, модули.

39. MS Access: определение структуры таблиц и создание их в режиме «Конструктор».

40. MS Access: простые формы ввода-вывода, создание их в режиме «Конструктор».

41. MS Access: разработка многотабличных форм. Мастер форм.

42. MS Access: обработка данных в режиме таблицы и в режиме формы.

43. MS Access: запросы к БД. Запрос по образцу. Мастер запросов. Запрос на выборку.

44. MS Access: запросы на добавление и на изменение таблиц.

45. MS Access: запросы на удаление и перекрестный запрос.

46. MS Access: конструирование отчетов. Мастер отчетов.

47. Работа с внешними данными в MS Access.

48. Понятие «Информационная технология». ИТ в экономике, управлении, образовании.

49. Принципы и уровни информационного менеджмента.

50. Состав аппаратного обеспечения АРМ для молекулярного моделирования белков, выбор технических средств и их основные характеристики.

51. Состав программного обеспечения АРМ для молекулярного моделирования белков. Классификация программных средств.

52. Основные сферы применения компьютерных технологий для молекулярного моделирования белков.

53. Нетикет и основы сетевого общения.

54. Эл. почта. Работа по отправке сообщения. Поля From, To, CC, BCC.

55. Эл. почта. Работа по отправке сообщения. Работа с вложениями. Архиваторы.

56. Эл. почта. Работа по приему сообщений, их автоматическая сортировка, получение 57. Телеконференции и работа с ними.

58. Браузеры, их основных возможности и работа с ними.

59. Протоколы HTTP и FTP. Их особенности и использование.

60. IP адрес и доменное имя. URL.

61. Локальные и глобальные компьютерные сети.

62. Язык HTML. Структура документа HTML.

63. Создание персональной веб-странички средствами MS Office.

64. Векторная и растровая графика. Приложения для работы с графикой.

65. Средства разработки презентации в MS Office.

66. PowerPoint: создание презентации на основе шаблона содержания.

67. PowerPoint: создание презентации на основе шаблона оформления.

68. PowerPoint: смена слайдов и эффекты анимации.

69. PowerPoint: создание слайдов из структуры.

70. Поиск данных в Интернет в базах данных PDB, SWISSPROT и PUBMED.

71. Язык запросов поисковой системы, операторы языка.

72. Метапоисковые системы, особенности их построения и использования.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Текущий контроль освоения материала дисциплины Компьютерные технологии в науке и образовании рекомендуется осуществляется в виде периодических собеседований и практических занятий.