Javaを用いた分子の対称性と基準振動に関する学習プログラム

榊原 正 明・増原 良子 。高見 禾口邦・福井 裕 暁 物質工学科

An Educattonal Computer Software Program using JaVa foFMOleCular S_etry and Nomal Vibrations

Masaaki Sお亜QヽKttBAtty、

Ryoko MASL圧

毛へR♂_、Kazukuni TAKAMIand Hiroaki FLKLII

Department ofMttcrins Science,Faculty ofEn3incering

Tottott U vcrsity9 Tottori,680-8552 Japan

E―maili [email protected]―u.acJp

Abstnct: A oomputcr somare prOgran whidl uses Java For molalar symmctry and■omal vibraliott calallated by hc CF Mod was

deqigned.Ihe∞ntcnts ofhe somate prOpm are tt fonows,

C C4飛_{uaion ofhemotion ofmololcs}

・ calalalion ofthe 税ak s ofdiatomicmolealles

・ ewlanation ofcigcnvallles and eigenvmOIs ・ cxplanad∽ofhe CF mehod

・ a sampleproblcm on thc CF mcthod forpmcticc

C a no―

_{l vibralion calculalion for aboutsix lcinds ofmolale碗 呵LO,助 銑嶋 BH3,0町}C02J ・ cxplanation ofhcuse ofsy― ett h vibetionalproblcs

e asamplc problem on the use ofsy―etry vibrational probles forpracticc

Amcforhclcancris made hcservcrp hcrcsultsofdlepmdiceproblcs arerccoFdCd h t and dlculleshowsbotllwhehcrhe atlwcrね ∞red

or ∽rcctas we■as the朝_時Of Stake.

Keywords: JavЪ Nomal bttionら NcWorkj MolecularsNctry7 G F mcthod

l.は

じめに

あつたが

,今

回

,こ

のプログ ラムの内容 を充実 さ せ,Java言語 を用 いる ことによ りWeb上で実行 で プログ ラミング言語で ある Javaは

,イ

ンター

きるよ うにした。合わせてJavaの適用性について ネ ッ トに対応す るライ ブラ リが用意 されてお り

,

検 討 を行 った。 それ によってネ ッ トワー クを介 して プログラムを ダウンロー ドし

,Webブ

ラウザ上でプログラムの

2.基

準振動 とGF法 [4],[5],[6],[7] 実行ができるという点で注 目されている。 このよ うな Javaの 特徴 を生か した物理

,化

学の教材は

,

多原子分子の運動エネルギー

,位

置エネルギー 現在数多 く存在 している

[1],[2].

をそれぞれ

T,Vと

お くと これ らの Javaを 用いた教材は,Web上で実行さ

鷺

禽

た

篭

猛

看

鍮 ぎ

14Si至

考

れ

手

歩

多

,9 T=孝

「

_受

_M文

₍₁₎

卜と,スタ ン ドア ロー ンで実行 され るJavaプログ

晨

客

と

狙

キ

と

至

証

1挺

索

有

な

硫

望

ぴ

鷲

考

私

拿

協

甚

焉

易

V=孝

再

FR 9)

の多 くとは異なる角度か ら

,化

学教材 に対する道

ただし

,Xは

各原子の直交座標を要素 とする列 用性への検討を試みた。

ベク トル

,Mは

各原子の質量を対角項にもつ行列, 当研究室では

,1997年

に BASIC言 語を用いて

, Rは

分子内座標を要素にもつ列ベク トル

,Fは

カ 基準振動の学習プログラム[3]を作成 した。このプ

の定数を要素にもつ行列である。 ログラムはスタン ドアローンで実行 されるもので

R=BXと

すれば

, R=BX (3)

Xの

全ての要素に共役な運動量 を要素 にもつ 列ベク トルを

Pxと

し

,Rの

全ての要素に共役な 運動量を要素にもつ列ベク トル をPRと す ると,

PX=B PR=MXよ

り

X=M l BPR(4)

(3)と (4)よ り

G=BM lB

とすれ ば

R=BX=BM lB PR=GPR

PR=G lRを

(4)に代入 して

X=M lBG lR(5)

(1)に (5)を代入 して

T,Vが

共通 の座標系 で表せ た ので

,GF行

列 の固有値 を求める。

GFL=LAと

なる。

R=LQ(6)よ

り列ベ ク トル

Qを

導入す る (6)を(2),(5)に代入す る と となる。

Aの

対角項の要素

Ql,Q2・

・・

Qnを

それぞ れ基準座標 といい,基準座標 による振動を基準振 動 という。今回Urey―Bradley力 場を用いた.

3.Jawaの

特徴

3.1.l Javaの

もつ2つの動作形態 Javaで 書かれたプログラムは,動作形態の違 い によ り

,Javaア

プレッ トと Javaア プリケーショ ンの

2つ

に大別される。Javaアプ レット

,Java

アプリケーションの概要は以下に示すようなもの である。 ・

Javaア

プレッ ト ネ ッ トワークで接続 された クライアン ト

/サ

ーバ型の環境を必要とするもので

,サ

ーバに格納 されてお り,クライアン ト側か らの呼び出 しに応 じてダウンロー ドされ

,ク

ライアン トマシン上で は

,デ

ィスクではなくメモリ上に常駐して実行さ れ る。 ク ライ ア ン トマ シ ン上 に配 信 され て実行 され る とい う性質か ら

,厳

しいセキ ュ リテ ィー制限が 設けられている

.代

表的なものとして

,ク

ライア ン トマシン上では,ダウンロー ドされた Javaア プ レットとローカルディスクとのアクセスができな い

,さ

らに

,ア

プレットは配信元であるサーバマ シン以外 とはネットワーク接続を確立できない, などがある。 ・

Javaア

プリケーション マシンのディスク中に格納されて通常のソフ トウェアのように実行される。したがつて

,実

行 しているマシン上では

,そ

のマシンのハー ドディ スクとのアクセスが可能である。 3.1。

2 Javaア

プレットとファイル操作につ いて Javaアプ レッ トのセキ ュ リティー制限 によ り, クライ ア ン トで実行 されて いる Javaアプレッ ト 内のデー タは

,そ

のクライ ア ン トマ シ ンのハ ー ド デ ィス ク に保存す る ことができな い。 そ こで

,ア

プレッ ト内のデータを保存する場合 には

,Javaア

プレッ トと Javaア プリケーション を同時に用いて,ク ライアン ト側の Javaア プレッ ト内のデータを

,サ

ーバ側でのファイル操作によ ってサーバのハー ドディスクに保存を行 う。 このためには

,サ

ーバ上にファイル操作を行 う 常駐 アプ リケーションが必要であ り,次の

URLの

ものを使用 した。 hitpl//www.njk,co.jp/01g/Study/horb/ 今回はWebサーバ として Windows95を 用いた.

Wind6ws95上で の

Webサ

ーバ として

,hitpd

l.34dを 用いた[8].サ ーバマシンとしてPC9821, VALUESTAR,V20 を用いた。 処理の流れ をまとめると次のようになる。 ① サーバに

,フ

ァイル操作を行うようコーディ ングされた Javaアプリケーションを常駐し ておき

,Javaア

プレットの配送を行う。 ②

Javaア

プレットによって

,Javaア

プレット 内のデータをサーバヘ送信し

,サ

ーバに常駐 しているJavaアプリケーションに

,フ

ァイ ルの生成

,デ

ータの保存を要求する。 ③ サーバに送信されたデータを常駐アプリケ ーションによってハー ドディスクに保存す ● Ｒ 一 Ｇ

す

Ｒ

ｌ 一 ２ 〓 Ｔ Ｑ ・Ｑ Ａ     一 Ｑ Ｑ ｌ 一 ２   １ 一 ２ 一 一         〓 Ｖ       Ｔ

る. 以 上 の流 れ を図

3-1に

示す 。 ①Ja↓Aアプレットの配送 ③ファイルの生成、 変 数保 存を 要求 実行結 果 を送 信 よる フ ァイルの生成 、変数保存 図3■

Javaア

プレッ トとファイル操作

3.1.3

双方向性における Javaアプレッ ト と CGIの 相違点

Web上

で双方向性をもたせるものとしては CGI が代表的である。 CGIと Javaア プレットの相違 点は

,プ

ログラムを実行するのが CGIで はサーバ 側であるのに対 して,Javaア プレッ トではクライ アン ト側の Webブ ラウザ上である

,と

いう点であ る.

CGIで

はサーバ に一方的 に負荷 をかけるが, J4vaア プレッ トはそ うではない。 また,Javaア プレッ トではクライアン ト側での プログラムの実行結果によ り

,ア

ニメーションや グラフィックなどが可能 となる.

CGIで

はクライアン ト側でのプログラムの実行 が不可能であるためそれはできない。

3.2 Java適

用のメリッ ト Javaを用 いるメ リッ トとして次 のよ うな こと が挙げられる. ① クライアン ト上で実行される Javaア プレッ トを用いることで

,サ

ーバの負荷を軽減でき る。特に

,高

次な行列の計算な どのプログラ ムを

,複

数の人が同時に実行する場合,クラ イアン ト上の Javaア プレッ トとサーバ上の Javaアプリケーションを組み合わせること によ り

,実

行結果のすばやい表示が行えるな どの利点がある. ② クライアン ト上で実行 された Javaア プレッ ト内の実行結果などのデータの保存を

,サ

ー バ に常駐 している Javaア プリケーションに 行わせ る。この際

,Javaで

は,サーバに複数 の人が同時にアクセスできるように

,マ

ルチ ス レッ ドの機能がサポー トされているので, サーバ をマルチ クライ ア ン トに容易 に対応 させることができる。 ③ クライアン ト上で実行 された Javaア プ レッ トの実行結果 に応 じた

,グ

ラフイック

,ア

ニ メー ションの表示が可能である。

4.プ

ログラムの内容

4.1

基準振動の学習プログラムの内容 今回の研究の基礎 となる BASICプログラム[3] の内容は次のようなものであった。 このプログラムは水型分子 のみを問題 にした ものである。プログラムの流れは

,前

半と後半に 別れてお り

,前

半では分子の振動運動についての 基本事項やGF法の説明

,後

半では GF法 を用いた 水型分子の基準振動計算 を行 い

,そ

の計算過程を 表示す るものであった。

4.2

追加点

,改

良点 学習の効果 を高めるため

,次

のような改良およ び追加 を行 った。 1.ス タン ドアローンで実行されるものか ら,「薬 品分析 のための電気泳動入門」[9]を参考 にしWWW 上で実行できるようにした。これに伴い次のよう なメ リッ トが挙げられる。 ・ ネ ッ トワー ク環境 をもったコンピュータか らは

,時

間や場所に関係な く実行できるよ う になった。 ・ キーボエ ドか らの入力のみ による操作か ら, 基本的にはマウスでの操作 になった。 ・

GUI(グ

又フイツクユーザイ ンターフェイス) をもった画面によ り

,操

作性が向上 した. ・ 画像 を多 く取 り入れ る ことができるよ うに なった. ・ ハイパーテキス トという手法により,別画面 への リンクが行えるようにな り

,項

目同士を 行 き来す るための自由度が増 した。 ・ 双方向性 をもつ画面の作成が容易になった。

2.基

礎知識の追加 固有値

,固

有ベク トルについての基礎知識は基 準振動 を知 る上で必要 となる。そ こで今回

,固

有 値,固有ベク トル とは何か ということか らはじめ, サーパ JaVAア プリケーンョン ハー ドディスク vaア プリケーションに

さらに

,具

体例 を挙げて固有値

,固

有ベク トルの 求め方を示 した。

3.プ

ログラムのメニューの変更 BASICプ ログラム[3]は

,前

半は説明のみ

,後

半 は計算のみ という構成であったが

,今

回は大きく 5項目に分 け

,説

明画面 と演習を交互 に行 えるよ うな構成にした.

4.演

習問題の追加 今回

,新

たに演習問題 を行えるようにし

,ま

た 学習者 1人 二人の成績 を記録 してファイル に保存 するようにした。

5.分

子 の対称性への拡張 今回

,分

子の対称性[10]についての知識を追加 した。ここでは

,分

子が対称操作によって変化す る様子 を,キャラクタを用いて表 し,最終的に基準 振動の型

,縮

重の様子が分かるようにした.

4.3

本プログラムの内容 今回作成 したプログラムは

,当

研究室で作成さ れた

,「

分子の対称性の学習プログラム」[11]に よ り対称性 について学習した人

,あ

るいは これと 同程度 の知識 をもつ人を対象に作成 した. 「分子の対称性学習プログラム」は対称操作に ついて学習することができ

,段

階的に分子中に存 在する対称操作 を見つけ出す問題演習ができる。 さらに

,対

称操作があった

,な

かったの二者択一 式のヒン トを用 いて対称性 を分類することができ るというものである. 今回のプログラムを用いて

,基

準振動 と分子の 対称性の基準振動への適用[10]について学習でき るようにし

,ま

た

,分

子の対称性や基準振動 を理 解する上で必要な予備知識 もカバー し

,初

歩的な ことか ら学習できるようにした。プログラムの内 容を以下の項 目に分けてメニュー画面に示 した, プログラムのメニュー画面 i)分 子の基本運動について 並進運動について 回転運動について 振動運動 について

)2原

子分子の振動について

騒謬鞠舞

,::彗

藻

)GF法

の基本事項

(GF法

の演習 問題) 固有値

,固

有ベ ク トル について GF法の基本事項 につ いて 法 の演習問題

)GF法

による基洋振動計算 表現マ トリクス とキ ャラクタにつ いて 分子 のキャラクタ につ いて 既約表現 につ いて(縮重 な し

,あ

りの場

0

基本運 動のキ ャラクタ所属 について キ ャラクタか ら基本運動 の型 を求 める 準振動の分類 につ いての演習 問題 は演習 問題 は振動数 の計算 による演習 まず項 目 i)で は分子の基本運動である

,並

進, 回転,振動運動を Javaア プレッ トによるアニメー ションを用いて説明を行い

,重

心の移動と分子全 体 の回転を行わない

,分

子の振動運動 についての 基本的なイメージがわ くよ うにした. 項 目五)では

,分

子 の振動運動 を考 える上で最 も基本的な分子である

, 2原

子分子をとりあげ, 説明を行った

.演

習 として

, 2原

子分子の分子デ ータを画面にあるテキス トフィール ドに入力し振 動計算 を行 うようにした。さらに分子データの異 なる複数の分子について振動計算を行 い

,振

動数 の変化をグラフに表すようにした。 項 目 )では多原子分子の振動計算を行 う方法 である

,GF法

の説明を行 った. は じめに

,GF法

を理解する上で必要な知識で ある

,固

有値

,固

有ベク トルの説明を行った。 こ こでは

,固

有値

,固

有ベク トルが何であるのか, ということか ら始まり

,固

有値

,固

有ベク トルを 求める具体例をとりあげて説明を行 った

,(図

4-1) 次 に

,GF法

の説明を行 った。ここでは

,文

章 や数式の羅列をできるだけ避け

,動

きをもつ画面 (サブウィンドウ

,マ

ウスで画面を触れることに よる画像表示の切 り替えなど

)で

効率よく学習を 進め られるように工夫 した。 (図

4-2)

基本事項の説明を行 った後

,学

習者の理解度 を 確認するため,確認演習問題が行 えるようにした。 確認演習問題では

,ま

ず

,テ

キス トフィール ドに 学生番号 と演習を行った回数を入力する

.次

に画 面に示 された設問に対 して

,選

択肢の中か ら解答 を選択する。(図

4-3)定

性実験[12]と 同じよ

6種

類 の分子型 につ いての基準振動計算 算過程の表示) 振動数の変化 をグラフで表利

うに

,正

解

,あ

るいは3回以上 の不正解 で次 の設 問へ移 るよ うに し

,解

答 ごとに ヒン トを表 示す る よ うに した。(図

4-4)こ

の演習 の結果 は

,学

習 者1人 1人のフ ァイル に保存す るように した。 こ の成績 フ ァイル の内容 は

,正

解 か

,不

正解 か

,ま

た不正解時 にどのよ うな解答 を行 ったか につ いて 記録す るよ うに した。 項 目 )で は実際 にGF法による計算 を行 う

.こ

こではC■

,C nv,D nh,Tdの

対称性 を もつ代表 的な分子 として

,C2の

H202型

分子

,C2vの H2

0型

,C3vの

NH3型

,D3hの

B H3型

,D∞

hの

C02,Tdの

C H4型

分子 を取 り上 げた。これ らの 中か ら分子 を選択 し,分子 データ(結合距離,結合 角

,原

子質量,力の定数)を入 力す る

.(図 4-5)

結果表示画面で は全て の計算過程 を表示す るよ う になってお り

,画

面 に配置 されたボタンをク リッ クする ことによ り

,入

力 した分子デー タ

,あ

るい は任意 の計算過程 を表示す る ことができる。振動 形の表示で は

, 2方

向の断面か らその様子 を見 る ことがで きる。(図

4-6)ま

た,各分子型 にお いて 分子データの異 なる複数 の分子 の振動計算 を一度 に行 い

,算

出 した振動数 の変化 をグラフに表示で きる

.(図

4-7)

項 目

v)で

は,分子 の対称性か ら基準振動 の型 を 求めるまで を

,5つ

の項 目に分 けて説明を行 った. 説明画面では

,で

きるだけ多 くのグラフィ ックを 示す ことができるよ うに

,画

面 に配置 されたボタ ンによって画像 が切 り替わ るよ う工夫 した. 演習では

,項

目 で取 り上 げた ものと同 じ分子 型

(H20型

,H202型 ,NH3型

,B H3型

,C

02型

,C H4型

分子

)を

とりあげ

,画

面に表示 さ れたコメン トにしたがい

,選

択 した分子型の各対 称操作に対する

,不

変な原子

,分

子全体の運動, 並進運動

,回

転運動

,振

動運動に対するキャラク タ

,振

動運動の既約表現の係数

,の

値を入力する といった確認演習問題 を行 うようにした

.(図

4

-8)こ _こでも

_,正

_解

_,あ

_{るいは3回以上の不正解} で

,正

解 を画面に表示するようにし

,次

の設間に 移るようにした。(図

4-9)

この演習の結果は

GF法

の演習と同様に

,学

習 者 1人 1人のファイルに保存するようにした。 最後 には

,ど

の型の基準振動が赤外活性である かが分かるようにした。 固有値、固有ベクトルについての基本事項 青列とは、数の配列を考えたものをいう。 数を強に並ぺたものをお行"、 _紺IE並べたものを'列いという. ベクトJレとlH.夢 "｀ 1であるともの行列bことである。 rlk行 ともに刊である イラよよ値といわれる。したが●て 以下の計算〔ど、行列どおしの計算をしているにほかならない. あるイ〒71jA、ある値な あるべど矛,Lたの間に Aと=えと の薗織 靖るとき

,をAの固有億 LをAの固有ぺ外 ルLLiう

` lT列 趨熙懸撻轟霞の目有値をヨI固有ベク〔;'瑾 .肇

羹

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彗

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事

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と

群叶

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第

i :ここで、1 ら が望口で

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4f]与]と=tiを] ない "子 ともつために(g Fgえ DE14〕 =岡

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I:

:卜・ D皇_え予碑何J菊鵡い ￨ せ口tこをうないといサない

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↓

:ぃ 格 ￨ : r―cAキ pス+lAD―BC片0: 帥 轟 図

4-1

固有 値,固 有 ベ ク トル の説 明 画面 'こ 1・

議

lrF・

ξ

鞭】

≠碗

OIS rを

転

_D皇

名

Iを

]刊

宥鈴鋒経斬

ま

る

,￨ 毛 だくみ 品 露 る 咄 HttlalTJllAの固有幽 二対すら _:

GF法についての基本事 項1

指

嗚鶏騒築門苛Υ蓄肇

:縫

q卜q2｀ qa｀_{……qnほ 化学結合の長さや、結合角等} の平衝位ほからのTllの六きさである。 下の式をクリンクすると行列式で表現した式がでてきます。 行列式の中に示し剖■4ヽ る配暑はそれぞれ行列階表すものである。6=3の場合) 1、分子内振動運動の通ヨ区ネルギ ー及び位聾 =ネルギ ーT、Vは次の形で表鶉 . ‐寺●n'1+ら '1+鳴 う〕i…+名_{う.+2fロニ}],っ+2Fぉう?,=i…+ +ち_イ+プ_名v!キ_ +亀_{T:+駈aTa+´絋 ,at +} 不正解、 ヒン ト 図

4-4 GF法

確認テス ト:プ ログラムの流れ

5.プ

ログラムの説明 5。

l Javaア

プレットに関するプログラムの基 本構造 今回は

,サ

ーバ側で動 くファイル操作用のプロ グラムを除くと,ブラウザ上で動くJavaア プレッ トの作成が主であった。Javaア プレットを作成す るためには

,ア

プレットクラスを継承したプログ ラムを作成する必要がある。アプレットクラスを 継承 したプログラムの構成は基本的に図

5-1の

図

4-3 GF法

確認演習 問題 の実行画面 2、クロス '― ムをなくすためltqlか らq命をolからQnに変換するにあたって仮l_kOように根. ‐EIpl+Eta9B IEE〕つ:+………… …+Lttα ‐La12t t名93+ちぬ+…_{… …… … ⅢLLα} Ⅲ Llla十ら2+名ら 十 ……… …Ⅲ二a 3、Lllか らLnnをうまヽ選べばクロスタームカ:な往 り次のようになる.

生色と

生生五二

五」

2

・_{=￨(′ 19,十為露十′} lげ十………Ⅲ4ば 4、 するLT、Vは Qlか 頚_nのそれそれの座標ごとに分けることができる.

Ⅲダ、

猛

‐

_:が I賣

ダ、

名

‐

_:五

名

Ⅲ

:痕

、

名

‐

メ

モ江、

名■が

5、QlからQnの_{座横についてそれぞれ次のようにい約レギーと振動数亡持つ。}

い

_お

4予

「

却

TCV・

うド鍵預

為

i4孤

_{け夕ぽ身√}

4‐

部

(ν+夕

必

‐

み√

乳‐

_葬√。

キ

_タ

x山

み

F

学籍番号、何回目の 演習であるかを入カ 設問1についての解容 設閣2についての解審 設問3についての解答 3回以上の間違い 3回以上の問違い 設間8についての解答 成績 ファイルヘ結果を記録 3回以上の間違 い 図

4-2 GF法

の説明画面の例

よ うにな る。 分子データ入力画面 駅Tの子口 こしたかってrdい。 1、まよ ‖上をft帆い分初 壁 ″ ッ″ る。 よ 分子のデー第 入力す税 学生番号 を入力して下さい。よけれ ばOKボタンを押して下さい。 各 々のポタンで結果を表示します。 いくつかの分子の振動数の変化をグラフでみる 子● ■号を入力してFeい。よけれ ばOКrタ ンをhtrさ と_・. 図

4-7

基準振動計算結果表示

,振

動数の変化 のグラフ表示画面 H2° 型分子の対称性と基準振動 一 番 下 のコメンHこしたが って進 んで碑 い。 わ か らない 場 合 は 、Lント1、ヒント2、をクリッ9t7て ヽ さい. ヒント1、2を クリゥクして新た に 出てきた 画 面は 見 終 わ った ら必ず開し碇 と:!

嘴,il:翼9虜勲跡0主・y●pIFdB

図

4-8

分子 の対称性か ら基準振動の型 を求 める演習問題の実行画面 お台Pと欝A 路 全 角3 縁 子A,原子g・_{の 質 量} 1'篤 の 力の定 数A 麦 角の 力 の 産 致 非 佑 台 間 の 力 の定 数 基準振動計算 の分子 デー タ入 力画面 :稔￨

懲

・

_甘

静

・ 譲

図

4-6 C H4型

分子振動形表示

し た 分 子 の 分 子 模 型 画 各対称操作に対す る全運動 のキャラクタスカ 各対称操作 に対す る並進運動 のキャラクタ入力 各対称操作 に対する回転運動 のキャラクタ入力 各対称操作 に対する振動運動 のキャラクタ入力 GF法の計算結果画面ベ 振動形の結果 との対比 図

4-9

基準振動 の型 を求 める演習問題 :プロ グラム の流れ 図

5-1

プログラムの基本構造 5。

2

演習プログラムのフローチャー ト GF法 確認演習問題に関するpaint Oメ_ソッドの フローチャー トは図

5-2,actionOメ

ソッドのフ ローチャー トは図

5-3に

示す 基 準 振 動 の 型 を 求 め る 演 習 問 題 に 関 す る pain1 0メ _{ソッドのフローチャー トを図}

_5-4に

_示 す.

GF法

による基準振動計算を行 うプログラムで は

,B行

列の配列を定義 したファイル

,F行

列の 配列 を定義 したファイルをそれぞれの分子型 につ いて作成 し

,メ

イ ンプログラムか ら

,要

求に応 じ て読み込むようにした。また

,固

有値

,固

有ベク トル を求める Jacobi法 のプログラムも用意 し,同 じようにメインプログラムから読み込むようにし た。 ActionOメ ソッ ドのフローチャー トは図

5-5に

示す。

5.3

プログラムの作成 分子模型画像は

,MOLDA[18]と

スーパー

K

IDを

用 いて行 い,数式な どの画像 は Wordとス ーパー

KIDを

用 いて作成 した。今回,Javaのプ ログラム作成には,Visual caf6(Symantec)を 用 いた。 図

5-2 GF法

確認テス paint Oメ _ソッ 卜のフローチ ャー ト ド 下の解答群か ら選んで下さしヽ Pa」 学生善号+演習の回鸞 して下 さい。stilmOnIJmadgミト ittc】 アプレットクラスを基 にしたユーザクラスの定義 変数宣言 init Oメソッド pain1 0メ ソッド repain1 0に よるpain1 0メ ソッドの再呼び出 し aclio■0メソット

図

5-3 GF法

確認テス トのフローチャー ト actionOメ ソッ ド 以下省路 図

5-4

対称性 による基準振動 の分類 テス ト のフローチャー ト AG72行 列を求める Aσ1/2行_{列を求める} Th行列 を求 める M行列を求める 1行_列を求め G行列 を求める

j鷲

鞠胡緊楷

ラクタを求めて下さい。

戦露審だ 離

し

sin行 列を求める L行列を求める LJ行列を求める Lx行列を求める 図

5-5

基準振動計算のフローチャー ト

6.ま

とめ 今回,Javaにおける

,分

子 の対称性 と基準振動 の学習プログラムヘの適用を検討 した.Javaを用 いた双方向通信は

,ア

クセスが集 中して も負担が 小さいので

,サ

ーバはパソコンで十分であること が分かった。従って

,こ

のシステムが真価 を発揮 するのは

,多

くの端末が一斉 にアクセスして双方 向通信を行 う場合であるということがいえる。 しか しなが ら,Javaで一番問題になるのは,ク ライアン ト側の負荷の大きさである.Javaアプ レ ッ トの場合はクライアン ト側の

CPUの

性能 に実 行速度が大 きく依存 して しまう。マシンの種類や

CPUパ

ワーの度合いによって

,表

示が使用 に耐 えないほど遅 くなることがあ り得るようである. (榊原研究室

,講

義用電子掲示板 によせ られた学 生の声よ り)この点をふまえ

,Javaの

有効利用 に ついて更に検討する必要があるといえる。 今後の課題 として,次のような点が考え られる. ・

GF法

確認テス トの内容の充実をはかる。つま り

,設

関数の追加

,あ

るいは

,解

答 ごとに表 示するヒン トの内容 を充実 させ ること, ・

GF法

の説明画面では,Urey一 Bradley力 場以 外の分子力場による

F行

列の求め方 について の説明も行 うこと. ・ クライアン ト側の Javaアプ レッ トで計算 し た振動計算結果を

,プ

ラグイ ンソフ トである, VRMLな どの 3次 元立体模型表示アプリケーシ ョンと

,何

らかの方法 によって連携 させ るこ とについての検討を行 うこと. ・ 分子の対称性の学習プログラム[11]と本 プロ グラムを同時に学習できるよ うに し

,学

習内 容の幅を広 げること. ・

GF法

基本事項の説明画面の充実をはかるこ と。 参考文献 [1]小林昭三 :「 イ ンターネ ッ ト・JAVA活用 によ る物理教材の開発」, httpツ忠akuda.cd.niigata―u.acjp/TCC728.html199 7. 石 井晃 :Java言語 によ る分子 動 力学 ライ ブ ラ リ

,鳥

取大学工学部研究報告

,28巻

, 1号

, pp.269-280,1998. ′ [2]桐山雄一郎,鈴 木久雄,尾 崎成子,矢 野敬幸,上 田望,ネ ッ トワー ク新 時代 に対 応 した新 しい 講義 システム の試 み

(2)一

Javaを利用 した 対 話 的 教 育 支 援 システ ム の構 築―

!J.Chem.

Software, 5, 1-14 (1999). [3]増原 良子 :卒業 論文 「基 準振動 の学習 プ ログ ラム」,1997. [4]水 島三一郎

,島

内武彦 :赤外線 吸収 とラマ ン 効果

,共

立全書. [5]日本化 学会編 :赤外 線 吸収スペ ク トル実験化 学講座(続

)10巻

,丸

善. [6]森野米三

,坪

井正道 :現代物理化学講座3, 分子 の構造

,東

京化学 同人. [7]島内武彦 :化 学 の領域 :増刊85号

,分

光化学

68B

別 冊

,南

江堂.

[8]中 田 昭 雄 :AN Hl‐lY Server Homc Page httpツ/町wwost.五m.oFjp/∼ nakata/ [9]田ケ原清

,小

山淳子

,豊

国いずみ

,紀

野 あか り

,下

村克彦

,西

博行

,井

上勤

,榊

原正明, 増原良子

,坂

本光歩

,高

見和邦 :薬 品分析 の ため の電気泳動入 門

,化

学教育 ジャーナル (CEJ),第 2巻

,第

2号,1998. [10]佐藤純夫 :「 化学群論序説」

,講

談社. [11]榊原正明

,立

花良―

,村

畑太郎 :分子の対称 性 についての学習プログラム

,鳥

取大学工学 部研究報告

,29巻

, 1号

,pp.99-114,1998. [12]榊原正明

,高

見和邦

,堀

内敏史

,増

原良子: ネ ッ トワー クを利用 したイ ンタラクテイブな ソフ トウェア

,鳥

取大学工学部研究報告

,29

差争, 1→予, pp.85-97,1998

[13]吉田 弘:MoLDA Home Page The Kingdom of

Cybemolecules

http.ltnlda,Chem,sci.hiroshima― u,acjp/molda可 /

welcome.htm