Образовательная программа «Инфохимия»

Образовательная программа была ориентирована на расширение кругозора участников в спектре естественных наук и их приложений, подготовку обучающихся в новом перспективном направлении науки – инфохимии. Это новая область экспериментальной науки, формирующаяся на пересечении химии, биологии, компьютерных технологий, математики и изучающая хранение и обработку информации на молекулярном уровне. Применение знаний такой интердисциплинарной области науки необходимо для решения многих современных проблем промышленности и социума, связанных с созданием метастабильных систем, систем далеких от равновесия и других.

Программа не только существенно расширила знания учащихся об исследовательских возможностях и интеллектуальном потенциале человека, но также обеспечивает возможность успеха в избранной сфере посредством полного погружения участников в научно-исследовательскую деятельность.

Актуальность программы заключается также в развитии у старших школьников общих «компетенций XXI века», необходимых для их успешной профессиональной и личностной реализации (когнитивные, социально-эмоциональные, цифровые); особенное внимание было уделено развитию у школьников естественно-научного мышления, нацеленности на практически значимую научно-исследовательскую деятельность в области химии, химического инжиниринга, биотехнологии, клеточной и молекулярной биологии, биомедицины и профильной подготовке обучающихся к успешному выступлению на всероссийских и международных конкурсах научных проектов.

Каждый участник программы выполнил собственный научный проект под индивидуальным руководством экспертов и при поддержке менторов.

В ходе программы были проведены:

- 18 лекций по квантовой химии, фармацевтике, IT, искусственному интеллекту, нанотехнологиям,
- 26 проектов на стыке наук,
- 80 часов в лабораториях,
- 1000 расчетов, загруженных на суперкомпьютер.

В ходе смены получены ценные научные результаты, работа над которыми продолжается в НОЦ инфохимии Университета ИТМО в Санкт-Петербурге. Планируется публикация результатов, а также коммерциализация и масштабирование отдельных проектов (например, «Разработка цифрового фотометра»).

Материалы программы

Участников ждали теоретические лекции по химии вместе с решением задач и индивидуальные научные проекты.

Лекции охватывали следующие темы:

- Основы практической химии
- Спектроскопия
- Строение вещества
- Химические системы и процессы
- Растворы электролитов
- Химия неметаллов
- Химия металлов s,p
- Химия легких d-элементов
- Химия тяжелых элементов
- Основы физической химии
- Строение органических соединений
- Механизмы в органической химии

Примеры лекций

Возможности теоретической химии
Машинное обучение vs. машинное понимание
Что сегодня «под зонтиком» инфохимии?
Научно-образовательный центр инфохимии
От комбинаторной химии к программируемому поведению сложных систем и ответам на «большие вызовы»

В рамках реализации научных проектов участникам в индивидуальном порядке будут представлены следующие темы научных исследований:

Теоретические основы научных проектов:

- Инфохимия и самоорганизация
- Изучение реакционно-диффузионных процессов в химических системах
- Методы расчетной химии для моделирования хода реакций
- Функциональные супрамолекулярные материалы
- Инкапсуляция и процессы нуклеации. Инкапсуляция активных органических молекул
- Методы машинного обучения для распознавания концентраций активных компонентов в супрамолекулярных материалах
- Самоорганизация в жидких кристаллах
- Самоорганизация на поверхностях и интерфейсах
- Математические и компьютерные методы анализа
- Введение в хемометрику и гибкую электронику
- Теоретические основы расчета DFT и молекулярной динамики
- Сбор больших данных для создания паспортов молекул
- Вычислительная химия и роботизация химических технологий
- Практический анализ экспериментальных данных
- Хемоинформатика как научная дисциплина
- Представление химических объектов
- Химические базы данных
- Методы машинного обучения для химических систем

Практическая деятельность:

- Техника безопасности в лаборатории и тестирование для проверки усвоенных знаний
- Теория функционала плотности: расчет супрамолекулярных материалов
- Инкапсуляция органических молекул в супрамолекулярных материалах, их характеризация
- Машинное обучения для анализа супрамолекулярных материалов для захвата активных компонентов
- Разработка научно-исследовательских интердисциплинарных проектов под руководством экспертов
- Расчеты DFT и молекулярной динамики
- Поиск количественных соотношений структура-свойство (QSAR) химических соединений
- Машинное обучения для химических систем
- Оформление результатов научных проектов
- Soft Skills

Список проектов

Список участников собеседований

К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 9-10 классов образовательных организаций, реализующих программы общего или дополнительного образования, из всех регионов Российской Федерации

Конкурсный отбор участников осуществляется в два тура. 
Первый тур – дистанционное тестирование. 
Второй тур – индивидуальное собеседование.

Дистанционное тестирование будет проведено 19 февраля 2023 года.

Подготовка к прохождению тестирования.
Для подготовки к тестированию советуем повторить курс химии, физики, биологии 8-9 класса и более ранних лет, а также тематики: полимеры и их переработка, классы органических соединений, гидролиз, история химии. Для написания сложных заданий теста может потребоваться знакомство с учебником Глинка «Общая химия» или аналогичным, а также знание химии веществ, окружающих нас в быту. 

Для расчетных задач необходимо владение решением системы линейных уравнений, знание свойства пропорции и базовых формул алгебры. Для решения IT-задач необходимо владение бинарной логикой, базовыми навыками программирования (без знаний конкретного языка) и понимание базовых принципов машинного обучения. 

Для прохождения теста понадобится, помимо компьютера со стабильным доступом в интернет, бумага и ручка для расчетов, таблица Менделеева, инженерный калькулятор.

Общая продолжительность тестирования – 2 часа (120 минут). Запрещено использовать внешние источники, а также помощь других людей.

Список школьников, приглашенных на индивидуальное собеседование по итогам дистанционного тестирования, будет опубликован не позднее 21 февраля 2023 года. Регламент проведения собеседований будет опубликован 10 февраля.

К заявке на участие в конкурсном отборе в срок до 23 февраля необходимо приложить краткий аналитический обзор одной научной статьи, соответствующей тематике Программы. 

Список научных статей
Требования к оформлению и критерии оценки аналитических обзоров будут опубликованы не позднее 01 февраля 2023 года.

Аналитические обзоры рассматриваются в рамках индивидуальных собеседований. Собеседования с кандидатами на участие в Программе будут проведены с 24 по 26 февраля 2023 года.

Отбор участников образовательной программы осуществляется на основании нормированной суммы баллов, полученных за дистанционное тестирование и собеседование.

Школьники, набравшие проходной балл для участия в заключительном этапе Всероссийской олимпиады школьников по химии 2022/23 учебного года, не могут принять участие в образовательной программе.

Список школьников, приглашенных для участия в образовательной программе, будет опубликован не позднее 28 февраля 2023 года.

Положение образовательной программы «Инфохимия»
Образовательного центра «Сириус»

1. Общие положения
1.1. Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения образовательной программы «Инфохимия» Образовательного центра «Сириус» (далее – Программа, образовательная программа), ее методическое и финансовое обеспечение.

1.2. Образовательная программа проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и Успех») в период с 01 по 24 апреля 2023 года.

1.3. Для участия в образовательной программе приглашаются учащиеся 9-10 классов из образовательных организаций всех субъектов Российской Федерации, успешно прошедшие конкурсный отбор.

Количество участников образовательной программы: не более 25 человек. 

1.4. К участию в образовательной программе допускаются школьники, являющиеся гражданами Российской Федерации.

Конкурсный отбор и преподавание учебных дисциплин в рамках образовательной программы осуществляется на русском языке.

1.5. Персональный состав участников образовательной программы утверждается Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех» по направлению «Наука».

1.6. Научно-методическое и кадровое сопровождение образовательной программы осуществляет научно-образовательный центр инфохимии Университета ИТМО.

1.7. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Фонда.

1.8. В случае обнаружения недостоверных сведений в заявке на образовательную программу (в т.ч. класса обучения) участник может быть исключен из конкурсного отбора или образовательной программы.

1.9. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.

1.9.1. Школьник может быть отчислен с Программы в случае, если им не усваиваются материалы образовательной программы, независимо от результатов отбора.

1.10. В течение учебного года (с июля 2022 года по июнь 2023 года) допускается участие школьников не более чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

2. Цели и задачи образовательной программы
2.1. Образовательная программа нацелена на получение знаний по основным методикам в интердисциплинарном направлении инфохимия, что даст толчок к развитию как профессиональных, так и междисциплинарных компетенций обучающихся для применения в будущей профессиональной деятельности в области химических и биомедицинских технологий и развитию научно-исследовательской деятельности среди молодежи в России.

2.2. Задачи образовательной программы:
– обучить современным методам химического анализа промышленных и природных объектов, сочетающего углубленные знания в области химии, высокую математическую подготовку и профессиональное владение вычислительной техникой;
– развить практические навыки работы в лаборатории с химическими реактивами, современным оборудованием и вычислительной техникой, а также с различными программами обработки данных для их дальнейшего применения в профессиональной деятельности;
– развить интеллектуальные, творческие, экспериментаторские способности детей, их интерес к научно-исследовательской деятельности и научному творчеству;
– подготовить научно-исследовательские работы для дальнейшего участия в конкурсных мероприятиях всероссийского и международного уровней;
 – повысить общий уровень эрудированности и способность школьников мыслить глобально через сближение естественнонаучной и гуманитарной составляющих культуры на базе междисциплинарного подхода и компьютерной визуализации.

3. Порядок отбора участников образовательной программы
3.1. Отбор участников образовательной программы осуществляется Координационным советом, формируемым руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании требований, изложенных в настоящем Положении, а также Порядка отбора школьников на профильные образовательные программы Фонда по направлению «Наука».

3.2. К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 9-10 классов образовательных организаций, реализующих программы общего или дополнительного образования, из всех регионов Российской Федерации

3.3. Для участия в конкурсном отборе необходимо пройти регистрацию на официальном сайте Образовательного центра «Сириус».

Регистрация будет доступна до 16 февраля 2023 года. Не зарегистрировавшиеся школьники к участию в образовательной программе не допускаются.

3.4. Конкурсный отбор участников осуществляется в два тура. 
Первый тур – дистанционное тестирование. 
Второй тур – индивидуальное собеседование.

3.4.1. Дистанционное тестирование будет проведено 19 февраля 2023 года.

3.4.2. Регламент и материалы подготовки к дистанционному тестированию будут опубликованы на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 10 февраля 2023 года. 

3.4.3. Список школьников, приглашенных на индивидуальное собеседование по итогам дистанционного тестирования, будет опубликован не позднее 21 февраля 2023 года.

Регламент проведения собеседований будет опубликован 10 февраля 2023 года.

3.4.4. К заявке на участие в конкурсном отборе в срок до 23 февраля 2023 года необходимо приложить краткий аналитический обзор одной научной статьи, соответствующей тематике Программы. 

3.4.5. Список научных статей, предлагаемых к анализу преподавателями Программы, требования к оформлению и критерии оценки аналитических обзоров будут опубликованы на официальном сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 01 февраля 2023 года.

3.4.6. Аналитические обзоры рассматриваются в рамках индивидуальных собеседований. Собеседования с кандидатами на участие в Программе будут проведены с 24 по 26 февраля 2023 года.

3.5. Отбор участников образовательной программы осуществляется на основании нормированной суммы баллов, полученных за дистанционное тестирование и собеседование.

3.6. Школьники, набравшие проходной балл для участия в заключительном этапе всероссийской олимпиады школьников по химии 2022/23 учебного года, не могут принять участие в образовательной программе.

3.7. В образовательной программе из одного субъекта Российской Федерации могут принять участие не более 20% школьников от общего числа участников Программы.

3.8. Список школьников, приглашенных для участия в образовательной программе, будет опубликован на официальном сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 28 февраля 2023 года.

3.9. Школьники, отказавшиеся от участия в образовательной программе, будут заменены на следующих за ними по рейтингу кандидатов. Внесение изменений в список участников Программы происходит до 17 марта 2023 года. 

4. Аннотация образовательной программы
Программа ориентирована на подготовку обучающихся в области инфохимии - экспериментальной науки, формирующейся на пересечении химии, биологии, компьютерных технологий, математики и изучающей хранение и обработку информации на молекулярном уровне. Применение знаний такой интердисциплинарной области науки необходимо для решения многих современных проблем промышленности и социума, связанных с созданием метастабильных систем, систем далеких от равновесия и других. 

Программа поможет в развитии у школьников общих «компетенций XXI века», необходимых для их успешной профессиональной и личностной реализации (когнитивные, социально-эмоциональные, цифровые). Особенное внимание будет уделено развитию у школьников естественнонаучного мышления, нацеленности на практически значимую научно-исследовательскую деятельность в области химии, химического инжиниринга, биотехнологии, клеточной и молекулярной биологии, биомедицины.

Отличительной особенностью Программы является сочетание передовых научных подходов и использование современного научного оборудования. Каждый участник данной программы выполняет собственный научный проект под индивидуальным руководством экспертов и при поддержке менторов.

5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда по территории Российской Федерации, пребывания и питания обучающихся Образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и Успех».