Квантовая химия

[DeStroyMol]

Решили мы тут вспомнить годичной давности разговоры о строймоле на Химфаке. С тех пор были прослушаны два курса (кв. химия и строение молекул), которые, судя по всему, и отражают идеал преподавания теоретической химии по Nordу и некоторым другим участникам той дискуссии. По нашему мнению всё не так просто, поскольку именно от этих двух курсов 11 группы осталось, в основном, ощущение потраченного впустую времени. Заранее просим всех заинтересованных участников не обижаться, помня о том, что критика необходима всегда. Продолжение дискуссии по любому из затронутых вопросов всегда возможно, и мы готовы выдвинуть вполне конкретные предложения по изменению программы кв. химии и строения молекул для 11 группы, если у авторов этой программы возникнет интерес к нашим замечаниям.

Структура постов такая: первый посвящён содержанию курсов; второй, вероятно, будет более интересен большинству участников форума, поскольку там собраны забавные (и не очень) наблюдения, относяшиеся к взаимоотношениям Степанова&Co. со студентами. По нашему мнению, одним из очень существенных препятствий для эффективного преподавания кв. химии/строения молекул является снобистское отношение большинства преподавателей как к своему предмету, так и к самому процессу преподавания. Собранные здесь наблюдения характеризуют те аспекты, от которых, по нашему мнению, необходимо избавиться для того, чтобы взаимоотношения студентов и преподавателей стали более эффективными.

[DeStroyMol]

1. DFT - ну всем ведь понятно, что это принципиально иной, чем Хартри-Фок и его "производные" метод квантовой химии. Метод, позволивший расчётам вылезти за пределы третьего периода периодической системы и замахнуться на самое интересное: d- и а-оболочки. Метод, используемый сейчас не меньше, чем всё, что связано с подходом Хартри-Фока. Где он в программе? У общего потока - нет вообще; у 11 группы - пара бессвязных слов о том, как всё можно заменить обменно-корреляционным потенциалом. Недостаточно строгое построение DFT - да, есть местами, но главное в модели, как известно, оценить ошибку. Сколько видел работ - ошибку оценивают одним путём: берут известное соединение, считают разными методами и сравнивают результаты с экспериментом. На то она и "квантовая химия", а не физика - все модели в той или иной степени высосаны из пальца и нефизичны, но иначе пока никуда.

Короче говоря, выпускники Химфака (и 11 группы в частности), никогда не слышавшие слов "приближение локальной плотности" или "гибридный функционал", - исключительно на совести составителей программы курса "квантовая химия/строение молекул". Ситуация усугубляется ещё и тем, что ни одной русскоязычной книги по DFT до сих пор нет. На Западе давно выпущена прорва монографий и обзоров, но далеко не каждый студент Химфака имеет к ним доступ - особенно если не знает, что вообще искать. В данный момент есть открытые источники, позволяющие скачать хорошо известную книжку Parr, Young, но ещё полгода назад этого не было. А DFT в химии уж скоро 20 лет как используют...

2. Грустно, знаете ли, после двух лет изучения квантовой механики и строения молекул открывать мануал к Gaussian и понимать, что вот так вот, с ходу, понятен смысл 20% аббревиатур. Да, RHF, UHF, MP2 - круто, но ведь там ещё так много незнакомых буковок...

Мы предвидим возражение: "Вас учат ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМ аспектам..." (читай: "мы крутые, и это вам не penis canino"). Гм, возникает два возражения: 1) нас учат случайно выбранным фундаментальным аспектам - вернее, тем, которые представляются авторам курса фундаментальными. Есть огромное количество тем, отсутствущих в нынешних программах в принципе, - но об этом ниже; 2) Когда Пупышев говорит: "а теперь рассмотрим метод Хюккеля в приложении к нафтолам и сравним заряды на атомах...", причём подобная ерунда занимает лекцию - это фундаментально?

3. Всё, что связано с учётом возбуждённых состояний, - конфигурационное взаимодействие, теория возмущений, связанные кластеры. На общем потоке, кажется, не излагается вообще; у 11 группы это набор бессвязных слов. Ну да - и обезьяну можно научить тому, что в методе CI берётся не один, а много определителей Слэтера; в теории возмущений - вводится заданный формулой оператор возмущения; а в случае связанных кластеров оператор возмущения переводит определитель Слэтера основного состояния в детерминант, соответствующий возбуждённому состоянию. Это всё для обезьян... За семестр никто так и не удосужился объяснить 11 группе простейшие вещи: почему, например, все значения энергии, получаемые в рамках CI, дают оценки сверху для реальных энергий электронных уровней. Вопрос непростой, но необходимый для разумного понимания кв. химии, за которое так ратует господин Nord. И где искать на него ответ? - Опять не знаю... но явно не в учебниках типа Минкин, Симкин; Степанов, Пупышев; просто Степанов; или просто Новаковская.

4. Простейший вопрос квантовой химии - построение МО простых системы и их классификация по симметрии. Для того, чтобы этому научить, необходимо 45 минут, а штука крайне ценная в понимании многих химических явлений - ещё на первом курсе её пытаются использовать неорганики. И где? И что? Может быть, на общем потоке этому и учат семинаристы, но 11 группа осталась без такого простейшего квантовохимического "знания". В итоге один из нас учился на спецкурсе "Современная неорганическая химия" у Шевелькова-младшего. На фоне этого господин Nord заявляет о том, что "неорганикам надо запретить преподавание любых аспектов физхимии". Может, наоборот - запретим лаборатории кв. механики и строения молекул преподавание квантовой химии? Местами очень хочется предложить сделать именно так...

В тот же огород - даже органики говорят о том, как разбираться с симметрией МО, получаемых в методе Хюккеля. Ну там один узел, два узла, три узла... Так и не знаем, откуда, собственно говоря, это берётся... Вряд ли это какое-то глубинное знание, но где же его взять? Помню какую-то болтовню по теме в зелёной книжке "Степанов, Пупышев", но, как и в случае метода CI, нужной информации там нет, а ненужной - в избытке.

5. Теперь о том, чего в курсе квантовой химии нет в принципе:

1) Анализ распределения электронной плотности для характеристики химических связей, реакционных центров, и т. д. Ну там топологический анализ по Бейдеру, ELF... Всё, что было найдено в учебнике Степанова, - пара слов про NBO. Но не натуральными орбиталями едиными, а вопрос-то принципиальный. Если квантовая химия вообще зачем-то нужна химику, то в первую очередь для того, чтобы понять, как же устроены явления, о которых все привыкли говорить в терминах "полярная связь/неполярная связь", "многоцентровая связь", "электрофильность/нуклеофильность". Количественно понять, а не в рамках метода Хюккеля... Вопрос о том, как выделить в молекулах атомы и определить на них заряды - непростой, но для химии исключительно важный. Большая часть студентов Химфака об этом просто никогда не слышали и, почитав учебники Степанова, считают, что кв. химия определять эти самые заряды до сих пор неспособна.

2) Оптимизация геометрии, расчёт переходных состояний, барьеров и вообще всё, что связано с применением кв. химии в кинетике. Это второе (или первое) по значимости приложение - о нём в курсе нет ни слова.

3) MC, MD - это уже не квантовая химия, но тоже методы теоретической химии. И если мы претендуем на гордое название "теоретическая химия", то невредно бы и о моделировании поговорить. Ладно 11 группа - у неё есть Дуров с Шиловым, способные профессионально рассказать о молекулярной динамике, но вот большинство студентов общего потока слов таких, я думаю, не слышали.

Вывод: по нашему мнению курс квантовой химии должен быть существенно изменён. В настоящий момент акцент сделан на теоретические вопросы, но и они не излагаются сколько-нибудь внятно большинством преподавателей. Даже среди "чистой" теории много вопросов, отсутствующих в программе, - например, DFT. Разговор о приложениях не идёт в принципе, хотя для того, чтобы рассказать о топологическом анализе по Бейдеру и ELF, необходима одна лекция. Просто эту лекцию надо подготовить, а не прийти и трепаться о том, что придёт в голову...

Напомним, что на курс кв. химии в 11 группе отведено 72 часа (две пары в неделю). Ровно столько же внимания уделено статистической термодинамике в исполнении В.А. Дурова. Различие между предметами заключается в том, что Дурову приходится почти с нуля учить студентов стат. физике - совершенно отдельному от механики (что классической, что квантовой) разделу физики. Задача преподавателей кв. химии куда проще: изложить несколько построений, объяснить их результаты и указать на возможные применения. Отметим, что Дуров блестяще справляется со своей задачей, успевая уделить достойное внимание всем входящим в программу моделям - как математически, так и в плане физического смысла. Степанов и Co. за те же 72 часа не успевают ничего... делаем выводы.

[DeStroyMol]

Эпизод № 1. Степанов читает 11 группе лекцию по квантовой химии, до конца пары остаётся минуты 2-3:

Степанов - А теперь перейдём к теории возмущений. *Пауза* Теория Мёллер-Плессета, суть, то же, что теория возмущений, излагаемая в общем курсе квантовой механики.
*Звенит звонок*
Степанов - Это конец пары? Да, ну тогда до свидания.
*На следующей паре*
Степанов - Сегодня мы поговорим о методе конфигурационного взаимодействия...
Студент - А как же теория возмущений?
Степанов - Давайте поговорит о ней на следующей лекции.

Так и не было лекции про теорию возмущений...

Мораль: иногда лучше жевать, чем говорить; прежде, чем начать читать лекционный курс, имеет смысл составить его программу и следовать ей.

Эпизод № 2. После лекции Степанова приходит Ермилов договариваться о дне и времени практикума. Оптимальным вариантом является суббота - свободный день, но не все на это согласны, да и по лицу Ермилова видно, что он не ходит на работу по субботам. Наконец, Староста максимально строгим голосом говорит: "Хорошо, тогда в понедельник на первой паре". Это тоже не всех устраивает, но приходится согласиться. Ермилов уходит.

Степанов, усмехаясь в бороду - Это типичный пример того, как демократия не способна привести ни к одному решению.

Мораль: иногда лучше внятно и чётко читать лекции, нежели пропагандировать свои политические взгляды.

Эпизод № 3. Понедельник, первая пара, лекция Степанова. К 9.10 в аудитории всего два студента.

Степанов - Мне очень не нравится эта ситуация. Это общий курс, а не спецкурс, который можно посещать по желанию. Я не буду читать лекцию двум студентам: теорию функционала плотности изучите самостоятельно, а со следующего раза в начале каждой лекции будем проводить контрольные.
Староста - А по каким источникам изучать теорию функционала плотности?
Степанов - Вот есть моя книжка. И вообще русскоязычных источников
достаточно - их вам называли.

Мораль: иногда лучше думать, прежде чем говорить. Нормальной русскоязычной литературы по DFT как не было, так и нет...

Эпизод № 4. Степанов провёл уже несколько лекционных контрольных (что повысило посещаемость лекций с двух человек до трёх-четырёх); каждый раз он просто собирал листочки и уносил их с собой, ничего не говоря. Наконец, после очередной лекционной контрольной:

Староста - Николай Фёдорович, вот мы пишем эти контрольные. А на что будут влиять их результаты?
Степанов, замедленно и бурча в бороду - Ну, Вы знаете: главное не победа, а участие. Я понятно выразился?

Реально все лекционные контрольные канули куда-то в небытие; об их результатах Степанов так и не сообщил.

Мораль: иногда лучше совсем ничего не говорить. А то только бумага на лекционные контрольные тратится...

Эпизод № 5. Семинар Ермилова:

Ермилов - Сегодня мы с вами будем работать с теорией возмущений. Давайте найдём возмущение, переводящее вот эту матрицу в эту. Вам Николай Фёдорович рассказывал про метод Хюккеля?
Студенты - Нет.
Ермилов - Ну ничего страшного, он когда-нибудь потом расскажет.

Дело было в конце февраля, Степанов рассказал про метод Хюккеля в начале мая.

Мораль: если семинарист и лектор работают в одной лаборатории, то им невредно согласовывать свои действия.

Эпизод № 6. Последний семинар Ермилова, середина мая:

Студент - Александр Юрьевич, а вот мы делали практикум и даже написали по нему отчёт; что с ним дальше делать?
Ермилов - О, давайте устроим сдачу практикума в следующий понедельник.
Староста - А что будет с теми, кто не сдавал Вам практикум и не приносил домашние задания? И где результаты тех домашних заданий, что мы Вам уже сдали?
Ермилов - Ой, да... ну я их проверю и всё Вам расскажу.
Староста - Так что с теми, кто не сдавал?
Ермилов - Ну я ещё подумаю; наверное, они будут решать задачи на экзамене.

Результат - задания Ермилов так и не проверил, на экзамен не пришёл. Все находились в равных условиях, а те, кто решал для Ермилова задачи, впустую тратили время. Поскольку задачи эти были посвящены диагонализации матриц 4 на 4 и вариационному методу, а совсем не квантовой химии.

Мораль: не умеешь - не берись. Семинары должны как минимум соответствовать названию учебного курса.

Эпизод № 7. Egor и Староста пошли сдавать экзамен досрочно и были направлены к Хрустову. Он задал вопрос об адиабатическом приближении, после чего на все попытки выписать какие-то формулы говорил о том, что не понимает их физического смысла. После часа препирательств перешли к другому вопросу; Егор вскоре отказался от идеи досрочной сдачи, а Старосте было предложено прийти ещё раз и, почитав книжки, домучить-таки адиабатическое приближение.

Через 2 дня выяснилось, что Староста так ничему и не научился. Оказывается, адиабатическое приближение для Хрустова надо излагать, что называется, с конца.

Староста - Владимир Фёдорович, а почему же в учебниках, написанных сотрудниками Вашей лаборатории, изложено иначе?
Хрустов - Ну, Вы понимаете, я говорил авторам, но они не приняли мою рекомендацию.

Мораль: иногда лучше писать, чем говорить. Имеешь скрытое знание - открой его людям.

Эпизод № 8. Нужно назначить дату экзамена. Три других экзамена уже расставлены, от Степанова получена предварительная договорённость. На следующей лекции:

Староста - Николай Фёдорович, подпишите, пожалуйста, заявление.
Степанов - Вы знаете, я с 12 по 24 июня уезжаю в Мордовию.
Староста - К сожалению, мы уже расставили остальные экзамены, поэтому придётся, по-видимому, проводить экзамен в Ваше отсутствие, как мы уже делали с Петровым в прошлом семестре.
Степанов - Нет, проводить экзамен без меня нельзя.
Староста - Почему?
Степанов - Ну, Вы знаете, я не хочу, чтобы ваш прошлогодний опыт повторялся.

Мораль: высокий статус профессора не избавляет от необходимости отвечать за свои слова. Хочешь присутствовать на экзамене лично, не объявив заранее о сроках своего (немаленького, кстати) отсутствия, - довольствуйся студентами, которые банально не успели подготовиться.

Эпизод № 9. Егор, не сдав досрочно Хрустову и не ходив ни на лекции, ни на семинары, приходит на основную сдачу. Сдаёт экзамен Nordу. После нескольких вопросов, заданных экзаментатором скорее для того, чтобы показать свою продвинутость, выставляется пятёрка.

Илья - Вот, Николай Федорович, студент сдал на пять.
Степанов - На пять, говорите? А Вы в курсе, что неделю назад на досрочной сдаче он Владимиру Фёдоровичу уравнения Хартри-Фока не написал?

Для сравнения эпизод № 0 - пятый семестр, квантовая механика, никакого Степанова ещё нет на горизонте, поскольку лекции читает Петров.

Малопосещавший лекции Егор приходит к Петрову

- Я - С.Е., студент 311й группы.
- Да, я Вас всё ещё помню.
- Я хотел бы сдать экзамен по квантовой химии.
- По квантовой механике, видимо...
- Да, Андрею Николаевичу...
- ???!!
- Гм, ну, он с Вами ещё в том семестре вместе читал..
- Щербинин Адрей Владимирович, кандидат химических наук.
- Гм...
- Да, конечно, сдавайте, с наступающим Новым Годом Вас...

Мораль № 1. Петров - the best, а Nord - не the best, но от этого не менее халявен.

Мораль № 2. Хочешь, чтобы студенты изучали твой предмет, - заинтересуй их... но не трать силы и нервы (как свои, так и чужие) на то, чтобы подпортить жизнь непосещавшим.

Вывод: чтение лекций и проведение семинаров - работа, выполняемая наёмным работником за определённое вознаграждение. Лектор (равно как семинарист) - человек, у которого есть опеределённая программа; он, соответственно, равномерно и планомерно вычитывает часы
(проводит семинары), преследуя лишь одну цель - адекватно донести материал до слушателей. Предполагается, что при этом данный деятель следит за грамотностью и правильностью речи, тем, что он пишет на доске, а программа составлена логично и последовательно.

Два семестра так всё и было, пока Петров с Щербининым учили нас классической механике, теории поля и кв. механике. Всё было тихо и спокойно, поскольку С.В. и А.В., с одной стороны, внятно излагали свой предмет, а, с другой стороны, не забивали себе голову вопросами посещаемости/познаний. Результат - Петрова с Щербининым все любят, а классическую и квантовую механику знают; квантовой химии не знает никто. Что все думают лично о Степанове тоже, наверное, ясно. Nord тут предлагал общаться с лектором, указывать на неясные места: нам кажется, что приведённые выше эпизоды наглядно показывают полную бесперспективность подобных контактов.

[Кролик]

Ребята, вы сдали это дело и решили, что теперь можно отвести душу. Понимаю.

[Selena]

Извините меня, пожалуйста, что пишу ответ в эту тему даже не прочитав второго поста, сейчас, конечно же, прочитаю, но мне нехорошо стало, когда аватарку увидела, это же кощунство, хотя и выражающее смысл опроса. Не могла не высказать своё мнение.

[DeStroyMol]

Специально отмечаем: ничего плохого в виду не имели, но элемент провокации необходим. Душу отвести - да, безусловно хотелось, но не стоит воспринимать эту акцию как месть кому-то лично. Мы правда хотим, чтобы преподавание теоретической химии на Химфаке развивалось в лучшую сторону...

[Serge]

чувствуется, наболело. то ли еще будет, ребята, от нашего универа. колосс. на глиняных ногах.

хотелось бы услышать мнение контрагентов - Юлии, Ильи, и (я не побоюсь этого слова) Деда Мороза, если он, конечно, соблаговолит.

[Вождь]

Извините меня, пожалуйста, что пишу ответ в эту тему даже не прочитав второго поста, сейчас, конечно же, прочитаю, но мне нехорошо стало, когда аватарку увидела, это же кощунство, хотя и выражающее смысл опроса. Не могла не высказать своё мнение.

По-моему ребята ведут себя даже черезчур корректно.

А что, никто другой, кроме Степанова на Химфаке, "Квантовую Химию" учить не способен?

Да-с, в Штатах такие вопросы решаются намного легче.

[Кролик]

Структура постов такая: первый посвящён содержанию курсов; второй, вероятно, будет более интересен большинству участников форума, поскольку там собраны забавные (и не очень) наблюдения, относяшиеся к взаимоотношениям Степанова&Co. со студентами.

Поскольку рассуждать о содержании курсов здесь, на кемпорте, способны по моим подсчетам человека 4 (если кого-то я не забыла), то полемика будет для избранных, а мы (оставшаяся часть) просто понаблюдаем...

[Вождь]

Дело ведь не только в тематике курса, но еще и в персональных качествах препода, как я понимаю.

[Himera]

Ага, те, кто не чувствуют в себе сил обсуждать содержание, вполне могут рассказать о своих впечатлениях от общения с сотрудниками лаборатории квантовой механики и строения молекул. Думаю, наберётся много интересного.

Вождь, ещё у нас есть Немухин - это отдельная лаборатория, которая преподаёт кв. химию и строймол двум группам на потоке. Что там творится - просто не знаю...

[Satyros]

Что-то Ильюша приумолк...
А хорошо вы их, да. Только толку не будет.

[Anthony]

Вывод: чтение лекций и проведение семинаров - работа, выполняемая наёмным работником за определённое вознаграждение. Лектор (равно как семинарист) - человек, у которого есть опеределённая программа; он, соответственно, равномерно и планомерно вычитывает часы
(проводит семинары), преследуя лишь одну цель - адекватно донести материал до слушателей. Предполагается, что при этом данный деятель следит за грамотностью и правильностью речи, тем, что он пишет на доске, а программа составлена логично и последовательно.

???

Размер так называемого "вознаграждения" преподавателей не является секретом, его все знают. Лично Вы будете работать за такие деньги? От Вас и ответа не нужно; даже ежику понятно, что не будете. Так имейте совесть и уважайте людей, которые за издевательскую госбюджетную "зарплату" Вас хоть как-то учат.

[Himera]

Anthony, я, по-моему, привёл примеры людей, которые, имея ровно ту же официальную зарплату, учат делу и ведут себя по-человечески. Могу ещё не один десяток привести... Может, по делу говорить будем?

[Bolverk]

Прошу прощения, я с процедурным вопросом - чем эта тема отличается от вот этой: http://www.chemport.ru/guest2/viewtopic.php?t=1601

[ГриФ]

отлично излагаете, Дестроймол!
слог хороший.
А Дед Мороз - даааа, не лучший из лекторов в 11 группе

[slavert]

Да, я бы предложил расширить топик в область того, что большинство предметов на химфаке преподается на крайне низком уровне.
К Деду Морозу можно хоть на лекции не ходить, а вот ведь ПМЗ еще есть. И хит первого курса нашего времени - лекции академика Третьякова.
Насчет низкой зарплаты профов. Если они согласны работать за такие деньги, то пусть работают. Если нет - пусть подают в отставку. А жаловатся, это бессмысленно. Вот если все профессора МГУ откажутся читать лекции за эти деньги, то возможно ректор начнет над этим задумыватся. У самого ректора зарплата говорят, чуть ли не в 100 раз больше.
Ну на самом деле, мы все хорошо понимаем что профессора МГУ не живут на эти деньги, и чтение лекций для них - это некое развлечение. Или просто некая повинность, чтобы сохранять ставку профессора.
Вот вас устраивает что вы учили по физхимии? А выводы формул, это вообще полная бессмыслица.
Действительно, на химфаке нужен курс молекулярной спектроскопии, но без работы на нормальных приборах (не ИКС 22), этот курс теряет смысл. На химфаке студентов к приборам как правило не подпускают.
И это понятно, - просто вызвать ЯМР инжинера из Брюкера стоит около 5 килобаксов.
То же касается рентгена.
Ну и иностранные языки на химфаке то же преподают на крайне низком уровне. Писать статьи и гранты вообще не учат.

[ИСН]

Писать статьи и гранты должны учить в лабе, а не на лекциях, нет?
Иностранные языки - неизлечимая болезнь всей нашей образовательной системы, унаследованная от советских лет, когда, наверное, специально так учили, чтобы человек за границу не сбежал.
Меня устраивает, что я учил по физхимии (11 группа). Вообще, не стоит смешивать с грязью все предметы.
Про приборы, увы, верно...

[slavert]

Ну, типа 11 группа - у них специализация физхимическая. Они себе сами выбрали такой тернистый путь.
Вот почему я должен учить всякие вещи, типа теории замедленного разряда? Исходя из чего составлена программа? А реакторы - зачем их проходить? А выводы формул - кому они нужны? Я любой вывод более 3 дней не помню, как и большинство формул. Вообще, физхимия у меня оставила самые неприятные впечатления.

[Himera]

slavert, спасибо, про физхимию уже слышали... Я всё же предлагаю здесь сосредоточиться на кв. химии, а в соседней теме - на курсах о методах исследования. Про физхимию можно поговорить ещё в какой-нибудь ветке. Меня, кстати, тоже физхимия в 11 группе (в смысле термодинамика и кинетика) более чем устраивает. И я не понимаю, что означает физхимия без формул - на пальцах, что ли? Кажется, уже говорил о том, что выводы изучают не для того, чтобы их всю жизнь помнить, - также, как доказательства теорем в математике.

Bolverk, тема отличается от соседней тем же, чем кв. химия от строймола. Просто disclaimer был написан общий, а истории из жизни - разбиты на части по семестрам и личностям...