Ανάπτυξη εκπαιδευτικού λογισμικού τρισδιάστατης οπτικοποίησης ιδιοτήτων της μοριακής δομής
Creators: name: Χαριστός, Νικόλας
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2005
Subjects: Μοριακή συμμετρία
Τρισδιάστατη μοριακή οπτικοποίηση
Molecular symmetry
3D Molecular visualization

description: Σκοπός της διατριβής ήταν ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη καινοτόμου εκπαιδευτικού λογισμικού τρισδιάστατης οπτικοποίησης ιδιοτήτων της μοριακής δομής, που να προσφέρει νέους και βελτιωμένους τρόπους μάθησης ειδικών θεμάτων της θεωρητικής χημείας. Αναπτύχθηκαν δύο εκπαιδευτικά λογισμικά το 3DNormalModes και το 3DMolSym. Κάθε λογισμικό υλοποιήθηκε ως εκτελέσιμη εφαρμογή(.exe) και ως εφαρμογή διαδικτύου(Shockwave). Ο σχεδιασμός των εφαρμογών βασίσθηκε στη μελέτη των θεωριών μάθησης, της διδακτικής της χημείας, της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή και την ανάπτυξη λογισμικού. Αναπτύχθηκαν στο περιβάλλον Macromedia Director, με εκτεταμένη χρήση της αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού Lingo, που παρέχει δυνατότητες δημιουργίας, απεικόνισης και διαχείρισης τρισδιάστατων μοντέλων και γραφικών εικόνων εκ του μηδενός σε πραγματικό χρόνο. Οι εφαρμογές λειτουργούν ως διερευνητικά περιβάλλοντα μάθησης ανοικτού τύπου, σύμφωνα με τις αρχές του εποικοδομητισμού. Με το πρόγραμμα 3DNormalModes ο χρήστης μπορεί να απεικονίσει ένα μοριακό μοντέλο σε τρισδιάστατο αλληλεπιδραστικό περιβάλλον και να ενεργοποιήσει την δονητική κίνηση που εκτελεί το μόριο σύμφωνα με έναν κανονικό τρόπο δόνησης. Περιέχει μια βάση δεδομένων με πληροφορίες που αφορούν τη γεωμετρία, τις πειραματικές τιμές των συχνοτήτων και τους αντίστοιχους κανονικούς τρόπους δόνησης 28 οργανικών και ανόργανων μορίων. Το 3DMolSym είναι ένα εκπαιδευτικό λογισμικό οπτικοποίησης των στοιχείων συμμετρίας των μορίων και της εικονικής κίνησης σύμφωνα με τις αντίστοιχες διεργασίες συμμετρίας, μέσα σε ένα τρισδιάστατο αλληλεπιδραστικό περιβάλλον πραγματικού χρόνου. Περιέχει μια βάση δεδομένων με δεδομένα για τη γεωμετρία και τη συμμετρία 48 οργανικών και ανόργανων μορίων, που ανήκουν σε όλες τις ομάδες σημείου με χημικό ενδιαφέρον. Ο χρήστης μπορεί να ψάξει τη βάση δεδομένων του προγράμματος και να ταξινομήσει τα μόρια ανάλογα με τα στοχεία συμμετρίας που περιέχουν ή την ομάδα σημείου που ανήκουν, να επιλέξει ένα μόριο, να φορτώσει οποιδήποτε στοιχείο συμμετρίας του και να εκτελέσει την αντίστοιχη διεργασία συμμετρίας. Τα προγράμματα αυτά απευθύνονται σε φοιτητές και εκπαιδευτικούς χημείας της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον καθηγητή ως εργαλείο παρουσίασης στην τάξη ή ως ατομικό εργαλείο εξερεύνησης και εκμάθησης από τον φοιτητή
description: The goal of the thesis was the design and development of innovated educational software that offers new and enhanced means of learning of special theoretical chemistry topics, using techniques of three-dimensional visualization of molecular properties. Two educational programs were developed 3DNormalModes and 3DmolSym. Each program was developed as an executable application(.exe) and aw a web-delivered application(Shockwave). The design and development principles of the applications have been set after a thorough study of learning theories, didactics of chemistry principles, human-computer interaction rules and software engineering. They were developed in Macromedia Director authoring environment, with extended use of the object oriented programming language Lingo, offering real time generation, visualization and processing of three dimensional models and bitmap omages from scratch. The applications serve as open discovering learning environments, according to constructivism theory. The 3DNormalModes application illustrates molecular models in an interactive three-dimensional environment. The user can initiate and inspect the internal vibrational movement of the molecule according to a selected normal mode of vibration or to a selected fundamental frequency in the IR or Raman spectrum of the molecule. The application includes a database of the experimental fundamental frequencies and the corresponding calculated normal modes of 28 inorganic and organic molecules. 3DMolSym serves as an educational tool for the visualization in an interactive three dimensional environment of the symmetry elements of molecules and the virtual movement according to the corresponding symmetry operations. The application includes a database with the geometrical and symmetry data of 48 inorganic and organic molecules being examples of all point groups of chemical interest. The user can sort and search the database according to a specific symmetry element and perform the corresponding symmetry operation. The applications developed address to the undergraduate university chemistry students and tutors. They can be used by the tutors as a presentation tool in the classroom or by the students as a self pace discovery educational tool