VIZUALIZACE CHEMICKÝCH STRUKTUR V LMS SYSTÉMECH Karel Myška Martin Bílek Václav Maněna Martina Maněnová University of Hradec Králové, Czech Republic, karel.myska@uhk.cz Visualization of Chemical Structures in the LMS Systems Abstract The article deals with comparison of freely available e-learning systems (LMS) with a focus on use in chemistry education. Furthermore, it briefly presents freeware programs Jmol and JchemPaint used to edit and visualization of chemical structures. The article presents the possibilities of integrating these visualizations in e-learning systems. Key Words LMS, Visualization, Chemical Structure, e-learning. Abstrakt Příspěvek se zabývá porovnáním volně dostupných e-learningových systémů (LMS) se zaměřením na jejich využití při výuce chemie. Dále jsou v něm stručně představeny volně šiřitelné programy Jmol a JchemPaint, které slouží k editaci a vizualizaci chemických struktur. Příspěvek dále představuje možnosti integrace těchto vizualizací do e-learningových systémů. Klíčová slova LMS, vizualizace, chemická struktura, e-learning Při výuce chemie se stále více využívají e-learningové systémy (LMS). LMS systémy nejsou přizpůsobeny speciálním potřebám výuky chemie a proto je v nich integrována možnost zobrazit obsah jakékoliv www stránky. Z tohoto důvodu je do LMS systémů možno za určitých podmínek vkládat vizualizační programy a prohlížeče, které umožňují trojrozměrné (3D) a dvourozměrné (2D) znázornění chemických struktur. Charakteristika LMS Na českých vysokých školách jsou v současné době nejvíce využívány e-learningová prostředí typu LMS (Learning Management Systems). Jedná se o nástupce systémů WBT (Web-Based Training). které
umožňovaly jako první nabízet a snadno aktualizovat vzdělávací obsah pomocí počítačových sítí. LMS obsahují kromě základních funkcí WBT navíc zejména následující funkce (Kopecký, 2006): Nástroje pro tvorbu a správu kurzů umožňují vytvářet a upravovat vzdělávací moduly a disciplíny jednotlivých kurzů, sledovat aktivity studentů v kurzech atd. Nástroje pro testování a zpětnou vazbu umožňují testovat studující a získávat od nich zpětnou vazbu. Nástroje pro administraci kurzů díky nim lze sledovat studijní výsledky a aktivity jednotlivých studujících, přidělovat uživatelům role a práva v kurzu atd. Nástroje pro využití standardů podpora standardů umožňuje výměnu kurzů nebo jejich části mezi různými LMS. V oblasti LMS je nejrozšířenější standard SCORM (Shareable Content Object Reference Model), jednotlivé LMS ho však podporují na různé úrovni. Komunikační nástroje zahrnují všechny nástroje pro synchronní a asynchronní komunikaci v rámci studijního systému. Příkladem nástroje pro synchronní komunikaci je chat, typický prostředek asynchronní komunikace představuje diskusní fórum. Evaluační nástroje jsou využívány pro hodnocení kurzu studujícími. Nejčastěji se k evaluaci používají dotazníky, které mohou být anonymní. LMS běží na serveru, jeho uživatelé k němu přistupují pomocí internetového prohlížeče. K některým LMS je možné přistupovat i pomocí prohlížečů, které jsou spuštěny na mobilních telefonech a podobných zařízeních. České vysoké školy využívají různé komerční LMS, některé školy provozují dokonce více LMS. Univerzita Hradec Králové využívá systém WebCT, který patří k nejkvalitnějším LMS. Jako první začala systém využívat Fakulta informatiky a managementu, v současné době ho využívají všechny fakulty (Poulová, 2006). Kromě komerčních řešení existují také kvalitní volně šiřitelné LMS (viz tabulka), které jsou dostupné pod licencí GPL. Z praktického hlediska to znamená, že škola si může systém zdarma stáhnout, nainstalovat na server (software potřebný pro běh systému na serveru lze získat rovněž zdarma) a provozovat ho. Licence GPL dává škole také možnost si LMS libovolně upravovat podle svých potřeb. Za provoz a získání těchto LMS nemusí škola platit ani v případě, že bude kurzy používat ke komerčním účelům.
Tab. 1: Porovnání volně dostupných LMS Moodle Claroline ILIAS Adresa moodle.org www.claroline.net www.ilias.de Požadavky na webový server MySQL/Postgres/M SSQL/Oracle, PHP MySQL, PHP České prostředí Ano ne ne MySQL, PHP Podpora standardů SCORM SCORM, IMS SCORM, IMS-QTI, AICC Komunikační nástroje Diskusní fórum, chat Diskusní fórum, chat, vnitřní e-mail Diskusní fórum, chat, vnitřní e-mail Význam vizualizace v přírodovědně orientovaných e-learnigových kurzech Kvalitní e-learningový kurz by měl být navržený tak, aby aktivizoval více smyslů studujícího. Tato aktivizace přispívá efektivnějšímu uložení informací do paměti, protože lidé vnímají informace více smysly současně. Z výzkumů zaměřených na smyslovou percepci vyplývá, že nejvíce využívaným smyslem při percepci je zrak (Vrba, Všetulová, 2003). V případě e-elearningových kurzů zaměřených na výuku přírodních věd je však vizuální prezentace informací významná nejen z důvodu lepší zapamatovatelnosti látky. Další významným důvodem k vizualizaci informací je také snazší pochopení prezentované problematiky (v chemii je např. velmi výhodné prezentovat trojrozměrné modely molekul, se kterými může studující při prohlížení různě manipulovat). Pokud zvolíme vhodné nástroje a formu vizualizace, může být efektivita e-learningového kurzu (Šimonová, 2006) několikanásobně vyšší než u ostatních výukových materiálů (např. tištěná nebo elektronická skripta s běžnými ilustracemi). V současné době existuje celá řada různých doplňků a Java appletů, umožňujících vizualizovat chemické struktury. Mezi nejznámější doplňky, které je možno spustit ve www prohlížeči a tím i integrovat do LMS patří například Jmol a JChemPaint. Jmol Jmol je jeden z nejmodernějších vizualizačních programů chemických struktur ve 3D. Jedná se o volně dostupný software pod licencí LGPL, vytvořený v Javě. Program je dostupný v českém jazyce jako Java applet i jako aplikace. S chemickou strukturou lze, na www stránce integrované do LMS systému, manipulovat pomocí ovládacích prvků přímo
na www stránce, pomocí myši, nebo pomocí menu dostupného po klepnutí pravého tlačítka myši na strukturu (Reichsman, 2009). Jmol podporuje standardní chemické vstupní formáty, jako jsou např. CML, CID, GAMESS, Gaussian a další. Skriptovací jazyk programu je jednoduchý, ale skýtá velké možnosti, umožňuje například zobrazení různých typů vizualizací chemických struktur, včetně jejich kontinuálních změn, zoomu a pohybu. Velkou výhodou je snadná implementace do LMS systému Moodle v běžné výuce, ale i v testech. LMS systém Moodle umožňuje studentům přímo vytvářet chemické struktury s automatickým hodnocením jejich odpovědí, za pomoci filtru Jmol, Jmol ressource type a JME molekule design question. Obrázek 1: Program Jmol v aplikaci Moodle [8] JChemPaint JChemPaint je open source a freeware software zaměřený na kreslení 2D chemických struktur. Tento program je možné jako Java applet vložit přímo do www stránky a tím i do LMS, kde je možné pomocí tohoto appletu kreslit 2D chemické struktury.
JChemPaint podporuje formáty CML, MDL, MOL, SDF, z programu je možné strukturu uložit jako bitmapu, nebo SVG soubor, popřípadě vytisknout. Obrázek 2: Program JChemPaint [7] Závěr Je možno konstatovat, že do LMS systémů lze bez větších problémů integrovat různé druhy editorů a prohlížečů chemických struktur. Tímto způsobem je možné modifikovat LMS systémy pro potřeby výuky chemie a tím oživit distanční výuku pro studenty, kteří budou mít možnost přímo manipulovat s danou chemickou strukturou, budou si ji moc prohlédnout a prostudovat její strukturní vlastnosti. Poděkování Příspěvek vznikl s podporou projektu Grantové agentury České republiky (GAČR) č. 406/09/0359 a projektu specifického výzkumu PdF UHK č. 2107/2009. Literatura [1] INDRA, I.: Vyrovnávání chemických rovnic: tvorba e-learningových studijních materiálů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2008. 22 s. dostupný z WWW: <http://www.fch.vutbr.cz/~richtera/download/personal/indra_bp.pdf>. [2] KOPECKÝ, K.: E-learning (nejen) pro pedagogy. 1. vyd. Olomouc : HANEX, 2006. 130 s.
[3] POULOVÁ, P.: Využití elearningu na Fakultě informatiky a managementu UHK : disertační práce. Univerzita Karlova v Praze, 2006. 234 s. [4] ŠIMONOVÁ, I.: Projekt zjišťování a porovnání efektivnosti studia prezenční a distanční formou. In Distanční vzdělávání v České republice - současnost a budoucnost. 1. vyd. Ostrava : Centrum pro studium vysokého školství, 2006. Dostupný z WWW: <http://www.csvs.cz/publikace/ncdiv2006_sbornik/simonova.pdf>. ISBN 80-86302-36-9. [5] VRBA, J., VŠETULOVÁ, M.: Multimediální technologie ve vzdělávání. 1. vyd. Olomouc : Pro Andragogé - Centrum otevřeného a distančního vzdělávání UP, 2003. 70 s. [6] REICHSMAN, F.: Molecules in Motion. [on-line]. [cit. 9.7.2009]. Dostupné na <http://www.moleculesinmotion.com> [7] JChemPaint. [on-line]. [cit. 9.7.2009]. Dostupné na <http://sourceforge.net/apps/mediawiki/cdk/index.php?title=jchempaint> [8] Jmol. [on-line]. [cit. 9.7.2009]. Dostupné na http://moodle.org/mod/data/view.php?d=13&rid=87 Citace MYŠKA, K., BÍLEK, M., MANĚNA, V., MANĚNOVÁ, M. Vizualizace chemických struktur v LMS systémech. In BÍLEK, M. (ed.) Výzkum, teorie a praxe v didaktice chemie XIX. - Sborník 19. Mezinárodní konference o výuce chemie, 2. část: Přehledové studie a krátké informace/research, Theory and Practice in Chemistry Didactics XIX. - Proceedings of the 19th International Conference on Chemistry Didactics, 2nd Part: Overview Studies and Short Information. Hradec Králové : Gaudeamus, 2009, s. 241-246. ISBN 978-80-7041-839-0