Časopis Edupoint

Što je kemija danas? Čime se bavi? Koja znanja i vještine mora posjedovati kemičar koji danas završava studij? U kojoj se mjeri slika o kemičaru kao mršavom tipu s crnim naočalama debelih stakala koji miješa sadržaj epruveta uz obvezan dim, smrad i zelenu boju promijenila? Trebaju li kemičarima računala, Internet, komunikacijska tehnologija? Nije li dovoljno zatvoriti ih u mračne podrume u kojima će "kuhati" svoje spojeve (Slika 1).

Premda je istina mnogo drugačija, mnogi smatraju da informacijska tehnologija nema uporišta u kemiji. U jednoj raspravi o potrebi za informatičkom opremom za kemiju na PMF-u reče jedan ugledni informatičar: "Što će vama kemičarima računala, vama su dovoljne epruvete!".

Slika 1a i 1b Kemijski pokusi kao na ovoj slici iznimno su važni za svladavanje osnovnih koncepata, no daleko su od onog čime se kemija danas bavi. Snimljeno tijekom izložbe "10 kemijskih pokusa", Tehnički muzej Zagreb, listopad 2000. (snimio dipl. ing Dominik Cinčić)

Kemija je znanost koja se bavi izučavanjem strukture i promjene materije. Definicija koju više ili manje izmijenjenu možete naći u svakom udžbeniku Opće kemije (1). S jedne strane kemija nastoji ustanoviti međusoban razmještaj atoma i pri tome se oslanja na imaginaciju i potrebu za doživljajem trodimenzionalnosti. S druge strane mjerenja koja se danas obavljaju sadrže iznimno velik broj podataka (2). Za obje aktivnosti računalna tehnologija od iznimne je važnosti, i u istraživanju i u obrazovanju (3). Sam pogled na jedan suvremeni kemijski laboratorij (posebice u području strukturne, računske ili kemije materijala) dovoljan je da shvatite koliko je nužno studente "oboružati" informatičkim znanjem i vještinama (Slika 2) (4).

Slika 2 Gdje su nestale epruvete? Eksperimentalna linija za EXAFS spektroskopiju namijenjena između ostalog istraživanju katalitičkih procesa. Sinkrotron Elettra Trieste, Italija, rujan 2001.

Istina je: kemija je dijelom i "smrdljiva" znanost... Nije moguće završiti studij kemije, a da ne uništite barem jedan komad odjeće sumpornom kiselinom, da ne osjetite kako lužina stvara sapun na vašim prstima, da ne "čepite" nos zbog prodornog miris amonijaka ili "smrada" sumporovodika. No ta su iskustva dio tradicije... Danas diplomirani kemičar mora imati znanja i vještine koje su sasvim drugačije od spomenutih.

Danas činjenicu da ne posjedujete vlastitu e-mail adresu možete braniti samo izuzetnom "osobnošću" ili (najčešće) ispada da ste "nepismeni". Stanje je takvo da se smatra gorim ne odgovoriti na e-mail poruku nego na klasično pismo. Možemo polemizirati koliko je to dobro ili loše, no nitko ne može pobiti tu stvarnost.

Sam pokušaj da se pobroji sva korist od Interneta (vidi Tablicu 1) završit će neuspjehom...

Tablica 1. Neki od važnijih aspekata primjene Interneta u znanstvenom i nastavnom radu za područje kemije


1.	Pretraživanje baza podataka, primjerice Current Contents (projekt OVID(2-43)), Protein Data Bank – PDB (6), bez plaćanja naknade kao i služenje Internetom kao izvorom podataka.
2.	Nabava opreme pribora i literature - gotovo svaki ozbiljniji proizvođač ili distributer kemijske opreme i pribora dnevno ažurira web stranice i nudi sve informacije kao i u "papirnatim" katalozima.
3.	Korespondencija između istraživača, korespondencija prilikom objavljivanja radova.
4.	Korištenje pretraživača Interneta za dobivanje raznih informacija. Danas gotovo svaki znanstveni ili stručni kongres posjeduje stranicu na kojoj se za taj događaj nalaze svi važniji podaci.
5.	Nabava različitog softwarea, počev od edukacijskog pa sve do kompleksnih računalnih paketa za sva područja kemije, a posebice za komputacijsku kemiju, kristalografiju, fizičko-organsku kemiju, biokemiju i sl.
6.	Raspolaganje nizom edukacijskih sadržaja, počev od jednostavnih studentskih vježbi pa sve do usko specijaliziranih tečajeva.
7.	Vrlo jednostavno i brzo dobivanje deponiranih podataka iz određenih časopisa.
8.	Objavljivanje radova u elektronskim publikacijama. *Internet journal of chemistry* razlikuje se od ostalih publikacija samo po tome što ne izlazi u papirnatom obliku. (7) Slično je i s Acta Crystalographica, časopisom koji u WWW obliku služi za objavljivanje strukturnih podataka. (3-6)
9.	Pristup komercijalnim bazama podataka - za područje kemije to je zasigurno Chemical Abstrac Service. (8)
10.	Interaktivno korištenje određenih programskih paketa za područje računske kemije, a posebice za prezentaciju i vizualizaciju podataka.
11.	Interaktivno izvođenje pokusa na udaljenim instrumentima.
12.	Razvijanje Intraneta, praćenje i izvođenje velikih projekata.
13.	Mogućnost isprobavanja računalnih paketa prije kupnje.
14.	Sudjelovanje u diskusijskim grupama i elektronskim konferencijama.

Gdje je u svemu tome prosječni student kemije na PMF-u, ima li priliku i mogućnost dobiti adekvatno znanje i vještine koje će mu omogućiti da svojim znanjem bude konkurentan ostalim studentima srodnih ili sličnih studija unutar i izvan granica Republike Hrvatske. Na to pitanje odgovor se može naći u tekstu koji slijedi.

2. Informacijsko-komunikacijskom tehnologijom obojeni kolegiji na Kemijskom odsjeku PMF-a

Upravo vođeni tim potrebama na Kemijskom odsjeku PMF-a u posljednje se vrijeme iznimno mnogo polaže u informacijsko obrazovanje. Trenutačno postoje dva kolegija koji se u potpunosti bave računalnom i informacijsko-komunikacijskom tehnologijom (ICT).

Prvi od njih pod nazivom Praktikum na elektroničkom računalu nastoji "poravnati neravnine" u informatičkom znanju naših studenata (10). Sastoji se od 60 sati nastave tijekom koje studenti svladavaju osnove korištenja računala. Obrađuju se osnovni pojmovi o građi osobnog računala, operacijski sustavi MS DOS i Windows (95, 98, NT). Zatim, studenti dobivaju osnovne informacije o Internetu, dok najviše pozornosti polažemo u to da svaki student svlada uporabu programa za pisanje (Word) i za tablično računanje (Excel). Uporabu složenijih programskih paketa (Statistica, Matlab ili Mathematica) moguće je obraditi sa studentima koji posjeduju solidno informatičko znanje.

Sljedeći kolegij bavi se Internetom i bazama podataka, a svoj sadržaj nastoji prikazati pod imenom Pretraživanje znanstvenih informacija u bazama podataka (11). Program kolegija (koji je organiziran kao praktikum) mijenja se u skladu s razvojem najnovijih tehnologija. Svrha je praktikuma uputiti korisnike u sadašnje mogućnosti pretraživanja odabranih baza podataka koje se mogu pronaći na webu. Iskreno se nadamo da će uskoro u našoj znanstvenoj zajednici (kao i u većini zemalja čiji bismo standard željeli postići) biti moguće iz vlastitog laboratorija izravno doći do primarnih znanstvenih publikacija. Cilj je navedenoga kolegija usmjeren upravo u tom smjeru: pronaći način kako doći do bitnih podataka, a da se pri tome ne pretvorite u "hrčka" koji ispisuje i skuplja sve dokumente koje može naći na Internetu.

Dok su prva dva kolegija više-manje općenitoga tipa, na našem odsjeku postoji nekoliko kolegija koji se u većoj ili manjoj mjeri oslanjaju na informacijsku tehnologiju te putem Interneta nude nastavne materijale. U nastojanju da nastavni materijali budu dostupni putem Interneta nekoliko je pristupa. Kolegij Bioanorganska kemija nastoji prikazati najnovija dostignuća na području strukturne kemije koja je povezana s biološkim sustavima. (14) Materijali koji se obrađuju prepuni su vrlo složenih strukturnih podataka i svaka pomisao da se pokuša ispredavati nastavni materijal putem ploče i krede (ili grafofolija) čini se nemogućom. Jedini je mogući način upotreba tehnologije koja se temelji na potpunoj interaktivnosti. Voditelj kolegija izabrao je prikaz materijala pomoću Chemscape Chime plugina. Tim odabirom omogućeno je studentima da u bilo koje doba dana ili noći mogu pogledati nastavne materijale uz potpunu interaktivnost.

2.1 Chemscape Chime plugin - standard u prikazivanju kemijskih informacija na Internetu

Jedan od osnovnih problema vezanih uz prikazivanje kemijskih informacija na Internetu (prije svega strukturnih i spektroskopskih podataka) bio je vezan uz različite formate zapisa podataka. U početku rješenja zasnovana na VRML tehnologiji nisu nikad zaživjela u kemijskoj zajednici. S druge strane razvoj dodatka (plugina) za pretraživače Interneta (browsere) pokazao se potpuno opravdanim. Trenutačno je dostupan dodatak (plugin) Chemscape Chime, koji se besplatno distribuira unutar kemijske zajednice, ali i šire (razvija ga i unaprjeđuje MDM korporacija) (12). Korištenjem navedenog dodatka koji se integrira u browser vrlo je jednostavno prikazivati strukturne i spektroskopske podatke u potpuno interaktivnom obliku. Svaki korisnik odabire strukturne motive koji su u području njegova interesa.

Chemscape Chime plugin osnovni je dodatak za preglednike Interneta koji omogućuje prikaz različitih tipova kemijskih podataka. Kod prikaza molekulskih struktura moguće je odabrati nekoliko načina prikaza, a moguća je i potpuna interaktivnost u pogledu rotacije i podešavanja veličine prikaza (zumiranja). Jednako tako uspješno se koristi za prikaz spektroskopskih podataka (IR, NMR i MS). Na temelju rezultata kvantno-kemijskih ili molekulsko-mehaničkih proračuna mogu se animacijama prikazati određene kemijske promjene.

2.2. PDF i Word dokumenti - način za distribuciju nastavnih materijala

Premda možda u očima informatičkih "gurua" spoznaja da se dio materijala studentima distribuira putem Word dokumenata ili PDF datoteka nema neku težinu, ipak umnogome pomaže našim studentima u nekim kolegijima. Primjerice Opća i anorganska kemija za studente biologije kolegij je koji u PDF formatu sadrži više od 400 stranica ponuđenih slajdova koji se koriste tijekom godine u nastavi (13). Na taj način studenti mogu preuzeti materijale i donositi ih na predavanja. Takvim načinom studenti su pošteđeni "ručnog kopiranja" folija i slajdova tijekom predavanja.

Premda postoji određena pretpostavka da prepisivanjem studenti tijekom predavanja mogu naučiti dio gradiva, mišljenje je autora da predavanja moraju biti "obojena" raspravom, pokusima (u području opće kemije ima ih bezbroj) i određenom dinamikomkoja će potaknuti studente za studiranje a ne na "reprodukciju" predavanja. Pored toga korištenje MS Power Pointa omogućuje nastavniku mnogo veću dinamiku u usporedbi s klasičnim pristupom krede i ploče. No, opasno je misliti da će upotrebom moderne tehnologije nastavnik moći prekriti rupe u vlastitom znaju, nesistematičnost, nepovezanost činjenica i slično. Treba stalno imati na umu da tehnologija daje konačni "začin" ili stavlja "zadnji sloj šminke" na nastavu, a pozadina (stup nastave) mora biti znanje i stručnost nastavnika (15).

Naizgled jednostavan i banalan Word dokument o zadacima sa seminara može olakšati život studentu (koji je recimo bio bolestan u vrijeme izvođenja seminara). Da bi riješio zadatke, dovoljno je preuzeti datoteku umjesto nazivanja i moljakanja materijala od kolega koji su prisustvovali nastavi. Za postavljanja materijala takvog oblika na Internet potrebno je izdvojiti ne više od pet minuta i... potrebna je samo dobra volja. Primjer vrijedan pozornosti na Kemijskom odsjeku vezan je uz kolegij Biokemija I/II i može se pogledati na stranici Zavoda za Biokemiju (16).

2.3 WWW i mogućnost arhiviranja studentskih radova

U sklopu mnogih kolegija na Kemijskom odsjeku PMF-a studenti moraju izraditi seminarske radove. Jednostavnije rečeno dobivaju određenu temu, kadšto literaturu te na temelju toga moraju napisati rad u kojem obrađuju zadanu temu i na kraju održati predavanje pred svojim kolegama i nastavnikom ili asistentom koji vodi seminar. Student na taj način stječe vještinu u pisanju znanstvenih i stručnih radova, a priređivanjem i održavanjem predavanja stječe potrebnu sigurnost i rutinu koja je nužna kasnije u karijeri (održavanje predavanja na znanstvenim skupovima, prikaz rada na nekoj temi na korporacijskom sastanku i sl.). Nakon jedne akademske godine voditelj seminara nerijetko skupi i po nekoliko kilograma papira na kojima su napisani studentski seminari. Analiza materijala pokazuje da polovica studenata piše seminarske radove na računalu a takvi materijali vrlo lako mogu biti prebačeni u html dokumente koji se mogu objaviti na webu.

Primjer seminara o Holografiji koji je obradio Marko Dukši, student III. godine Kemijskog odsjeka PMF-a u sklopu kolegija Kemija čvrstog stanja zasigurno zaslužuje svaku pohvalu (17).

Takvom praksom nakon nekoliko generacija može se skupiti bogat materijal koji je svima na korist. Istina je da takav materijal "vješt" student može iskoristiti da po sistemu "copy - paste" napiše lijep seminar, no to je već problem voditelja...

2.4 ICT i nova znanja

Upotreba računalnih metoda u biokemiji i molekularnoj biologiji danas je neizbježna u znanstvenim istraživanjima i nastavi. Ništa tako zorno ne može studentima približiti strukture bioloških makromolekula kao računalne aplikacije za vizualizaciju i modeliranje (Slika 3). Računalna analiza genoma i molekularna filogenija metode su koje traže snažna računala i mnogo računalnog vremena. Danas se studenti Kemijskoga i Biološkog odsjeka upoznaju s tim metodama na tečaju Bioinformatika, koji su zamislili i vode sami studenti molekularne biologije. Za tečaj su izrađena interna skripta i CD-ROM sa svim potrebnim aplikacijama i podacima koje prate skripta. Tečaj od 10 sati izvodi se na računalima Matematičkog odsjeka u večernjim satima tako da ga je samo mali broj studenata u mogućnosti pratiti.

Slika 3a, 3b, 3c Molekula hemoglobina "zumirana" do određene dubine koja omogućuje uvid u strukturu aktivnog mjesta.

Između ostalih brojnih kolegija čije je moderno izvođenje ovisno o uvođenju računala u nastavu, posebno želimo istaknuti najnoviji kolegij Kemijskog odsjeka PMF-a "Računalna kemija - molekulsko modeliranje", koji je temelj za farmaceutsku industriju - sintezu i proizvodnju lijekova, kao i za kozmetičku granu te industrije - određivanje struktura i primjene tenzida za pripremu formulacija za kreme, gelove, liposomske pripravke i druge proizvode

3. Nedostaci i problemi

Kao i uvijek glavni problem i nedostatak vezan je uz novac koji nedostaje za nabavu informacijsko-komunikacijske opreme. Činjenica da se kemija na PMF-u nalazi na pet lokacija, od koje su samo dvije permanentno povezane na Internet, dok ostale tri ostvaruju vezu putem modema, predstavlja najveći problem. Drugi veliki problem vezan je uz nedostatak informatičke učionice, a postojeća oprema i prostorije koje se koriste u tu svrhu bolje je ne spominjati. Analiza naših potreba koje su izravno vezane uz nastavu navedena je u Tablici 2.

Tablica 2. "Trenutačna popunjenost" nepostojeće računalne učionice na Kemijskom odsjeku PMF-a.

	Kolegij	Broj studentskih grupa	Broj sati	Nastavnih sati/akad. godina u učionici
1.	Praktikum na elektroničkom računalu	7	60	420
2.	Pretraživanje znanstvenih informacijskih baza	5	30	150
3.	Računalna kemija	4	30	120
4.	Praktikum iz metodike nastave kemije	8	60	480
5.	Fizikalno-organska kemija	8	15	120
6.	Opća biokemija	6	5	30
7.	Viši praktikum iz biokemije	1	10	10
8.	Bioanorganska kemija	1	30	30
9.	Kemija čvrstog stanja	10	5	50
10.	Praktikum iz anorganske kemije	10	4	40

Nastava na zagrebačkom Sveučilištu traje 30 tjedana, iz čega slijedi da bi računalna učionica bila popunjena 48 sati u jednom tjednu (i to samo za izvođenje nastave). U tu kalkulaciju treba uračunati vrijeme koje studenti provode u pisanju diplomskih radova te vježbe koje bi izvodili u terminima kada u učionici nema nastave. Iz te analize proizlazi da bi za neometan i kvalitetan rad Kemijskom odsjeku PMF-a trebale dvije računalne učionice.

U nastavku treba spomenuti i problem vezan uz sistemske administratore i webmastere, jer jednostavno ne postoji način da se takav čovjek zaposli na našem Odsjeku. Ne zato što ga mi ne bismo htjeli uposliti, već zato što sistematizacijom nije predviđen.

Također je utvrđeno na temelju nekoliko anketa da je znanje naših brucoša vezano uz informacijsku tehnologiju u velikom raskoraku. Manji broj studenata posjeduje iznimno znanje i vještine i vrlo se lako koriste svim dostupnim resursima (tome se radujemo), ali žalosti prevelik broj brucoša koji ne posjeduju niti elementarno znanje i vještinu. Još je strašnije saznanje da određen broj maturanata smatra da im Internet i računalna tehnologija neće pomoći na studiju kemije. Najporazniji je podatak koji govori postotku studenata koji posjeduju osobna računala (manje od 30%). Ohrabruje činjenica da do kraja studija većina ipak nabavi računalo, ali bi učinak bio bolji kad bi barem polovica brucoša studij započela s kvalitetnim osobnim računalom. Stanje s korištenjem i povezivanjem na Internet od kuće još je gore!

4. Planovi za vrijeme koje dolazi

Svi naši pogledi usmjereni su prema "brdu". Preseljenjem u novu zgradu Kemijskog odsjeka PMF-a dio problema spomenutih ranije vezanih uz različite lokacije potpuno će nestati (Slika 4). Zgrada će biti umrežena i spojenu na CARNet-ovu jezgru (IRB-PMF). Također svako će računalo biti spojeno na mrežu, čime se stvara mogućnost za razvoj kvalitetnih Internet/Intranet sadržaja. Na temelju različitih pilot-projekata u sklopu određenih kolegija postoje planovi koji će omogućiti usmjeravanje i nastavne i administracijske aktivnosti prema Internetu i Intranetu. Naša je namjera izgraditi infrastrukturu koja će omogućiti da se za svaki kolegij putem Interneta objavljuju rezultati ispita, nude nastavni materijali i interaktivni testovi te niz drugih pojedinosti (datumi i rasporedi). O tome hoće li se te mogućnosti koristiti i u kojoj mjeri odlučit će nositelj kolegija.

Implementacija zasnovana na primjerice SQL-PHP4 tehnologiji zahtijeva minimalno znanje informacijske tehnologije koje treba posjedovati administrator takvog sustava.

Slika 4 Nova zgrada Kemijskog odsjeka PMF-a na Horvatovcu. Snimljeno tijekom zimskog semestra školske godine 2000./2001. (snimio prof. I. Vicković).

4.1 Virtualni laboratorij i klaster računala

Ako vam u ruke dođe udžbenik kemije od prije dvadeset ili više godina i ako pogledate opis nekog jednostavnog pokusa koji učenici mogu izvesti, vidjet ćete da su vrlo često mase tvari izražene u gramima (nerijetko 10 i više grama...). Danas je stanje drugačije, iznimna se pozornost posvećuje brizi za okoliš, zaštiti zdravlja studenata, a nemali je i ekonomski učinak ako se sve svede na manju skalu.

Izniman napredak postigli bismo kad bismo uspjeli izgraditi virtualni laboratorij u kojem bi studenti mogli izvoditi "vježbe", pokuse i mjerenja (18). Radom u takvom okružju studenti mogu izvesti pokus, mijenjati uvjete, mjeriti prije nego što dođu do stvarnog instrumenta ili laboratorija. Na taj način znatno se može smanjiti broj neuspješnih pokusa i mjerenja... Doduše, na greškama se uči. Dobro je da student katkad ponavlja mjerenje ili pokus, no taj broj treba smanjiti na najmanju moguću mjeru.

Posebno je bitno izraditi virtualne instrumente koji odgovaraju stvarnima sa svim funkcijama. Nerijetko studenti tijekom vježbi previše vremena troše na "borbu s tipkovnicom" i traženje načina za pokretanje određene opcije. Radom na virtualnom instrumentu taj "tehnički" dio odradi se prije i student može prionuti na mjerenje bez gubljenja vremena na učenje kako program za upravljanje instrumentom radi.

Na Slici 5 primjer je aparature za destilaciju "složene" u virtualnom svijetu (19). A na web stranici našeg apsolventa Davida Sovića možete pogledati neke od vježbi koje su za sada obrađene u dvije dimenzije (20).

Slika 5a i 5b Student prije nego što uđe u stvarni laboratorij vježbu izvodi u Virtualnom laboratoriju. Nadamo se uskoro na Kemijskom odsjeku PMF-a. (slika rađena u programu 3D Studio Max 2.5 pod Microsoft Windows NT 4.0)

Nije namjera autora ovog članka stvoriti sliku da se studij kemije može izvesti bez toga da se "smoče prsti". Između ostalog naša je namjera obrazovati studente, koji će jednom kada se nađu u ulozi profesora u školi, raditi pokuse svaki sat, a ne da jedini pokušaj bude zapamćen po tome što je zbog kemije evakuirana čitava škola jer je profesor izvodio pokus sa sumporovodikom (smrad pokvarenih jaja i iznimno opasan otrov).

Želimo da naši diplomirani inženjeri kad se jednom nađu u nekoj kompaniji ne gledaju širom otvorenih očiju šarene prezentacije "trgovaca" sa zapada i dalekog istoka već da postavljaju pitanja vezana uz struku.

Također, ne manje važno je napomenuti da na Kemijskom odsjeku Prirodoslovno-matematičkoga fakulteta namjeravamo razviti profil paralelnoga klastera računala kako bi na njima korisnici mogli paralelno računati. Na taj bi način zahtjevni proračuni iz područja molekulskog modeliranja bili dostupni našim studentima i istraživačima bez kupovine skupih servera.

Može se očekivati da će se i na našem poslijediplomskom studiju iz područja kemije naći kolegiji koji će pojam vizualizacije obraditi na drugi način, stvarajući pretpostavku za razvitak računalnih programa te vrste i u našoj zajednici (21).

5. Zaključak

Smatramo da je u današnje vrijeme informatičkoga i informacijskog razvoja nedopustivo ne upoznati buduće profesore i inženjere kemije (i molekularne biologije) s osnovnim znanjima iz tih područja, utoliko više što studenti koji se upisuju na naš fakultet uglavnom još uvijek nisu informatički opismenjeni.

Rezultati koji su prikazani ovim pregledom pokazuju da nastavnici i suradnici Kemijskog odsjeka poznaju informacijsko-komunikacijsku tehnologiju koja se trenutačno koristi u drugim nastavnim i znanstvenim centrima. Ta se tehnologija zasigurno ne koristi u mjeri koja bi nas zadovoljavala, dijelom i zato što je sva dosadašnja aktivnost posljedica individualnih napora nastavnika i suradnika na određenim kolegijima. Naša je procjena da postoji kritična masa ljudi i znanja koja će omogućiti da se ostvare i bolji projekti od navedenih u pregledu. Također očekujemo pomoć svih studenata koji posjeduju znanje da u zajedničkom radu načinimo što bolje IC proizvode.

1. Kemija: "Smrdljiva" znanost ili izazov novoga tisućljeća?