CC BY
9
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ АНАЛИЗА И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ В MS EXCEL ПРИ ПОДГОТОВКЕ ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ
В.Н. Русакова, канд. пед. наук, доцент Е.С. Саватеева, канд. пед. наук А.А. Меренкова, студент Е.М. Горшкова, студент
Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева (Россия, г. Орел)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-5-1-254-257
Аннотация. В статье приведен пример использования возможностей MS Excel для анализа и визуализации химических данных в проектных работах студентов. Рассматривается применение срезов, для демонстрации влияния температуры на деформацию различных полимеров. Оформленные в едином стиле разнообразные графики, позволяют представить выполненную работу в динамике, показать существующие зависимости и особенности, полученных в ходе эксперимента данных.
Ключевые слова: методика обучения, проектная работа, информационные технологии, MS Excel, анализ и визуализация данных.
Существенную роль в проведении научного исследования играет анализ и правильное представление полученных данных. Результаты проводимых химических экспериментов обычно публикуются в виде таблиц и статичных графиков (см., например, [1] или [2]), что затрудняет анализ и обработку больших массивов данных. Часто исследователю важно увидеть отдельные особенности изучаемого материала для некоторых однотипных элементов/факторов имеющегося набора данных в их сравнении. Кроме того, презентация результатов проекта в интерактивном режиме позволяет подчеркнуть глубокое понимание докладчиком сути излагаемого вопроса.
Проектная деятельность студентов -важнейший этап учебного процесса [3], дающий возможность учащемуся на практике прикоснуться к области будущей деятельности, познакомиться с ее спецификой. Работа над проектом позволяет выявить имеющиеся пробелы в знаниях, получить прочные практические навыки, освоить новые инструменты. При этом од-
ной из важнейших компетенций современных специалистов является владение информационными технологиями.
Электронные таблицы MS Excel имеют широкий функционал для осуществления анализа результатов исследований, представленных в табличной форме [4]. Существующие на текущий момент инструменты MS Excel позволяют обрабатывать довольно большие массивы текста и чисел, в том числе, производить фильтрацию данных при помощи срезов, визуализируя при помощи графиков имеющиеся зависимости.
Рассмотрим данные, полученные при проведении термомеханического анализа синтетических полимеров [5] (на примере учебных данных для 3 полимеров: поли-стерола, поливинилхлорида и полиметил-метакрилата, но их может быть значительно большее число), преобразованные в таблицу MS Excel (рис. 1). Для последнего необходимо выделить область будущей таблицы выбрать вкладку Вставка — Таблица.
A A В С D Е F G Н
1 Полимеры т, мин [Л т, дТ/д-г, град/ми^ hh усл.ед 0 ДЬ, усл.едд е.мкмд
2 полистероп 0 130 20 50
3 полистерол 5 130 26' 1,2 50 0 0
4 полистероп 10 140 31 1 49,9 0,1 0,7
5
6 поливинилхлорид 0 130 20 50 0 0
7 поливинилхлорид 5 130 27' 1,4 50 0 0
8
9 полиметилметакрилат 205 190 249 1,2 44,7 5,3 37,1
10 полиметилметакрилат 210 190 255' 1,2 44 6 42.
®
<Е
Рис. 1.
Имеется по 43 измерения для каждого из полимеров через каждые 5 минут при рекомендуемом [5] напряжении (изменения T от 20 до 255 oC).
Здесь т, мин - время, прошедшее с начала эксперимента; U, B - подаваемое напряжение; T, oC - температура образца; АТ/Ат, град/мин - скорость повышения температуры образца; Ah=hi-hi, усл.ед -разность исходного и текщего значений оптической сситемы; в, мкм - деформация образца.
Целью проектной работы студентов был анализ и визуализация при помощи инструментов MS Excel особенностей деформации различных полимеров под действием температуры. Для этого были построены 3 сводные таблицы (курсор ста-
вим внутри таблицы вкладка Вставка — Сводная таблица, в появившемся диалоговом окне устанавливаем флажок «На новый лист» и ставим галочку «Добавить эти данные в модель данных») - средняя деформация (значения) от времени (строки), средняя деформация (значения) от температуры (строки), а также среднее подаваемое напряжение (значения) и средняя температура (значения) по полимерам (строки).
Далее, был подготовлен дашборд, содержащий соответствующие сводные графики (рис. 2) и, в зависимости от выбранного в срезе полимера, позволяющий изучить, например, соответствующую термомеханическую кривую.
А В С D
J К L М N
4яя деформация,мкк
Зависимость деформации полимера от времени
вййязяйк
Зависимость деформации полимера от температуры
поливинилхлорид
полиметилметакрилат
Средняя температура Среднее напряжение
Рис. 2.
Для этого на отдельном листе вставляем графики. В качестве фона можно добавить одну из готовых фигур (вкладка Вставка Фигуры). Для оформления графиков, щелкаем по отдельным их элементам и выбираем формат соответствующей области. В появившемся диалоге устанавливаем цвет элементов графика, тип линий, формат представления чисел, подписи к осям, изменяем легенду и т.д.
Можно оформить один график, а затем перенести формат на остальные. Для этого копируем диаграмму, имеющую нужный формат (контекстное меню - Копировать), выделяем диаграмму, на которую хотим перенести формат, а затем на вкладке Главная раскрываем список Вставить и выбираем команду Специальная вставка. В открывшемся диалоге устанавливаем флажок Форматы — Ок. После чего, при необходимости, с помощью контекстного меню можем изменить тип диаграммы на
другой, выбрав соответствующую команду.
Затем по одному из графиков вставляем Срез (вкладка Вставка - Срез, в открывшемся диалоговом окне ставим галочку напротив поля «Полимеры»). После чего связываем срез с остальными графиками,
Срезу и из контекстного меню выбираем команду «Подключения к отчетам». В появившемся диалоге ставим галочки напротив остальных сводных таблиц в области выбора отчетов сводных таблиц и сводных диаграмм для подключения к данному фильтру.
Выбирая по-очереди полимеры, можем в интерактивном режиме увидеть различие между полученными термомеханическими кривыми, например, в температурах стеклования полимеров. Т.о. можно говорить о важности правильного анализа и визуализации результатов проведенных химических опытов.
Подчеркнем, что владение специальными инструментами MS Excel, такими, как фильтрация данных в срезах и их наглядная интерпретация, существенно усиливают презентацию проекта, в динамике демонстрируя проделанную работу и позволяя визуально наблюдать найденные исследователем зависимости. Поэтому важно познакомить студентов с разнообразным инструментарием, представленным в MS Excel для анализа и визуализации данных, а затем закрепить навык в ходе выполнения проектных работ в предметной области выбранного направления подготовки.
для этого щелкаем правой клавишей по
Библиографический список
1. Справочник химика 21. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://chem21.info (дата обращения 22.05.22)
2. Методы обработки результатов химического эксперимента / Н.М. Репкин, С.В. Леванова, Ю.А. Дружинина. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. - 107 с.
3. Русаков А.А., Русакова В.Н. Методические особенности применения ИКТ в научно-исследовательской, проектной деятельности школьников // Материалы международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в науке, образовании и производстве» 29-30 октября 2012 г., г. Тирасполь, ПМР. - С. 240245.
4. Русакова В.Н. Математико-статистическая обработка результатов экспериментальных исследований: учебно-методическое пособие для студентов гуманитарных и прикладных направлений подготовки и преподавателей вузов / В.Н. Русакова, Е.С. Саватеева, А.А. Русаков, Е.И. Алехин. - Орел, изд-во Орловского государственного университета им. И.С. Тургенева, 2016. - 140 с.
5. Физика и химия синтетических полимеров: методические указания к лабораторным работам для подготовки бакалавров по направлению 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии. нефтехимии и биотехнологии» / сост.: А.А. Леонович, И.А. Гамова, А.В. Шелоумов. - СПб.: СПбГЛТУ, 2016. - 24 с.
SOME ASPECTS OF ANALYSIS AND VISUALIZATION OF CHEMICAL DATA IN MS EXCEL IN PREPARATION OF PROJECT WORK
V.N. Rusakova, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor E.S. Savateeva, Candidate of Pedagogical Sciences A.A. Merenkova, Student E.M. Gorshkova, Student
Orel State University named after I.S. Turgenev (Russia, Orel)
Abstract. The article provides an example of how MS Excel can be used to analyze and visualize chemical data in students' design work. The use of slices is considered to demonstrate the effect of temperature on the deformation of various polymers. Designed in a single style, various graphics allow you to present the work performed in dynamics, show the existing dependencies and features of the data obtained during the experiment.
Keywords: training methodology, design work, information technology, MS Excel, data analysis and visualization.
