Fagmøte i kjemi 7/

Transkript

1 Fagmøte i kjemi 7/ november 2011

2 Computing in Science Education CSE vil bidra til at laveregradsstudenter lettere kan bruke kombinasjonen av programmering og matematikk. Denne ideen har vært utviklet ved UiO over flere år. Nasjonal arbeidsgruppe oppnevnt av Kunnskapsdepartementet. undervisningssamarbeid/cse/arbeidsgruppe/ Hovedvekten har vært på de matematikktunge realfagene, som nå har et felles første semester med matematikk, informatikk, og mat-inf. For kjemistudentene ved UiO er det mindre utviklet, men vi skal se litt på mulighetene fra første semester (mer om dette senere).

3 CSE - 2: Hvorfor? Det man lærer i innledende kurs brukes til masse interessant, men det er for komplisert å gå inn på detaljene nå Hvorfor? Er det komplisert fordi det krever mange, enkle utregninger?

4 Hva er komplisert?

5 Sitat - reaksjonsfart The mechanism of a chemical reaction is in general complex, proceeding through several elementary kinetic steps,... We consider here only the very simplest reactions... E. Steiner: The Chemistry Maths book, Oxford, Er dette typisk?

6 Eksempel - numerisk derivasjon f (x) = lim h 0 f (x + h) f (x) h f f (x + h) f (x) (x), h liten h Hvor liten bør h være? Flyttallsdivisjon oppfører seg dårlig når tallet vi skal dele på blir veldig lite. Matlab-eksempel.

7 Numerisk derivasjon - 2: repetisjon Hva kan man gjøre med datamaskin som er nytt? Datamaskinen kan gjøre mange tilnærminger. Digital lyd: Lyd i CD-kvalitet er samplet med Hertz. Det vi akkurat hørte var omtrent derivasjoner! Hver derivasjon består nå av en subtraksjon (og en global normalisering).

8 Numerisk integrasjon Numerikken kan selvsagt også hjelpe oss å forstå matematikken direkte! Etter definisjonen av (bestemt) integral, uten noen integrasjonsteknikker, kan vi regne ut normalfordelingstabellen! Matlab-eksempel. Forklar n = før koding: RU RL = x n (f (0) f (x)) < 4 n 1 2 = 2 n < Videre vil man selvsagt ønske bedre metoder.

9 Transformasjoner - determinant Sakset fra wikipedia

10 Førstesemesters kjemistudenter ved UiO GEO Grunnkurs i programmering for geofaglige problemstillinger Valgfag for kjemi i første semester Obligatoriske emner første semester er kjemi og matematikk. Oppgaveseksjon for kjemi, se pensum:

11 Matematikkemnene er bare begynnelsen! Beregningsorienteringen kan følge studentene gjennom hele studieløpet, og i arbeidslivet. For de matematikktunge realfagene ved UiO er mange kurs lagt opp etter denne tankegangen. Opplagte emner for ingeniører er matematikk og statistikk. Men meningen må være at det går naturlig inn i langt flere emner. Hvilke emner det passer i, vil fagmiljøene måtte ta stilling til. Utvidet felles forståelse blant ingeniørstudentene? Flere bachelorprosjekter med studenter fra forskjellige institutt?

12 Eksempel: dataingeniør HiB Hvordan kan beregningsperspektivet innpasses? Det er mange muligheter, her er opplegget for dataingeniører ved HiB: 1. semester: beregninger og diskret matematikk, 10 stp 2. semester: diskret matematikk II og statistikk, 10 stp. 3. semester: kalkulus og lineær algebra, 10 stp 5 ekstra studiepoeng for å få inn beregningsperspektivet, og de 5 stp er plassert i første semester!

13 Organisering På dette tidspunktet har jeg ingen konkrete opplegg å selge, men jeg inviterer til en utvikling. Krever studiepoeng til programmering/data plassert tidlig i studiet. Krever samarbeid mellom fagfolk fra forskjellige disipliner. Krever vilje fra ledelsen. Krever ressurser.

14 Avansert programmering i kjemi? Eksempel fra GPU-programmering. Merk at tiden for å beregne ladningen til BPTI (som jeg ikke vet hva er) er redusert fra 6 minutter til 2 sekunder. Naturvitere og teknologer har bruk for kunnskap om datamaskinens muligheter og begrensninger! Noen bør kunne mye!

15 Store tall og mye struktur Matematikeren Gromov artikkel i Bulletin of the AMS.. titin or connectin, C H N O S 69 Er det i det hele tatt mulig å arbeide med slike stoffer uten datamaskin? Om det er viktig å kunne jobbe med datamaskin, bør vi ikke starte tidlig?

16 Takk for oppmerksomheten!