量子化学方法及相关软件应用于结构化学教学的研究.doc
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1、量子化学方法及相关软件应用于结构化学教学的研究 本文阐述了在结构化学课堂中运用量子化学的教学尝试。教学中利用量子化学计算方法以及运用Gaussian等相关应用软件,循序渐进得对分子结构与性质、功能的关系进行分析,从而生动直观地展示结构化学的知识。此外,在教学内容上增加一些教材中没有的学科前沿研究动态和热点,培养学生从现有课堂知识联想到认识并试图解决前沿问题的思维能力。 0 引言 结构化学教学目前存在两个方面的难题1。首先,结构化学中的内容比较抽象,具有极强理论性、实验性和应用性,要求学生具有较强的空间思维能力,学生因此难于理解和掌握,极大影响了学生的学习积极性和教学效果。其次,结构化学涉及面广
2、,随着当代结构化学学科本身的迅猛发展和与相关学科的交叉,使得结构化学的教学量快速增加,而相应的教学课时量不但没有增加甚至有所减量,这就势必形成了任务多,时间不足的困难。为了解决上述两方面的问题,提高该课程教学效果,国内有一些学者开展不同程度的探索与研究。例如整合结构化学中相关知识点,利用多媒体的方法教学的等教学改革。这些学者的探索都或多或少地影响了结构化学的教学,也取得了不少教学效果。不过,这些教学改革和方法没能根本性地解决这两方面的问题。因此,针对如何更好地解决这两方面问题,我们提出量子化学方法及相关软件应用于结构化学教学的思路。 1 量子化学与结构化学的关系 结构化学作为高等学校化学各分支
3、学科及其它与化学交叉的各学科的一门重要专业基础课程,是利用量子力学理论及现代数学工具和现代实验方法来研究化学问题的一门学科2。它是理论化学的核心,从微观的角度来研究不同层面的微观结构以及其结构与物理化学等性能之间关联关系。 量子化学是化学的一个重要的分支学科。当代量子化学是随着计算机科学的快速发展利用量子力学的相关理论来研究化学问题的一门学科。量子化学发展至今, 可以根据解Schr??dinger方程而引入近似程度的不同分为以下几种方法从头计算方法(ab initio calculation) 、简单分子轨道法如HMO(休克尔分子轨道法)、EHMO(扩展HMO)法等、半经验分子轨道方法、密度泛
4、函理论、量子力学-分子力学的QM/MM组合方法等。它们在从无机小分子到生物大分子,从静态结构到动态分子动力学反应,从分子内的强弱相互作用到分子间强弱相互作用等各方面都有应用。量子化学已经涉及到化学、材料学、物理学、生命科学、医药学等众多学科。 随着计算技术的快速发展和理论上的重大突破, 量子化学软件也越来越发达,得到了广泛的应用。如Gaussian作为一款功能强大的量子化学综合软件包,是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件,可以研究分子能量和结构,过渡态的能量和结构化学键以及反应能量,分子轨道,反应路径,偶极矩和多极矩,振动频率,红外和拉曼光谱,原子电荷和电势,核磁共振,极化率和超极
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- 关 键 词:
- 量子 化学 方法 相关 软件 应用于 结构 教学 研究
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