计算化学在化学教学中的应用_
计算机在化学中的应用 (原创)
计算机在化学中的应用计算机化学是将计算机科学、数学应用于化学的一门新兴的交叉学科,是化学领域的一个重要分支。
计算机化学的英文叫法有多种,如Computers&Chemistry、Computers in Chemistry及Computers on Chemistry。
有时文献中亦会出现Computer Chemistry,但应用较少。
计算化学(Computational Chemistry)通常指分子力学及量子化学计算等,与计算机化学有较大区别。
计算机与化学的联姻始于60年代。
其首先应用领域是分析化学。
因为分析化学的最本征特征是借助于诸种手段收集数据及其数据处理。
到了70年代,计算机化学得以突飞猛进的发展,几乎在化学的每一分支领域都结满了丰硕的成果。
当今的化学几乎无处不用计算机。
计算机(包括数学)已是化学的重要工具,同时计算机化学作为一个学科分支也在迅速发展。
本文拟就如下几个方面作一简单介绍。
一、数据库技术数据库是计算机科学领域中70年代出现的新技术。
化学中的许多数据库正是在70年代历经了由起步、发展,直至成熟的过程。
其中,最具代表性的是用于化合物结构解析的谱图数据库。
目前,几乎所有的大型分析测试仪器均带有数据库及其检索系统。
各种谱学手段的广泛应用对当代有机化学的发展起到了很大促进作用,因为这些物理方法和手段使人们能较精确地了解化合物的结构。
但是,谱图的解释是一较为繁琐,极为费时的工作。
然而,随着计算机技术的发展极大地推进了这一领域的革新。
计算机辅助谱图解析方法可粗略地分为两大类:直接谱图库手段,即谱图检索，间接谱图库手段,包括波谱模拟、模式识别和人工智能。
目前,应用最广泛的是谱图库检索。
此处顺便提及:数据库,英文一般用database或databank表示,而数据库检索却常用librarysearching一词。
所谓谱图库,目前用于结构解析的主要是指质谱、核磁谱和红外光谱。
二、有机化合物结构自动解析该类研究属于人工智能的范畴。
Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用
Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用随着计算机技术的不断发展，计算化学和计算材料学作为一门新兴的学科，正在逐渐成为现代化学和材料科学领域中不可或缺的重要组成部分。
然而，传统的实验室实践和理论课程往往无法满足学生对这些领域的深入理解和实践操作的需求。
为了满足学生的需求，教学方法需要与时俱进，将计算化学和计算材料学的理论知识和实践技能相结合。
Materials Studio软件是由Accelrys Inc.开发的一款强大的材料模拟和计算工具。
它集成了各种计算方法及相应的建模工具，可以用于材料的结构分析、能量计算、分子动力学模拟和材料性能预测等。
在计算化学和计算材料学的课程教学中，Materials Studio软件具有许多重要的应用。
首先，Materials Studio软件可以用于帮助学生理解材料的基本原理。
在材料物理和材料化学的课程中，学生需要了解原子和分子之间的相互作用以及材料的结构与性质之间的关系。
通过使用Materials Studio软件，学生可以通过实践操作模拟原子和分子之间的相互作用、结构的优化和材料的性质计算等，将课堂上的抽象概念变成真实可见的实验操作，从而更好地理解材料科学的基本原理。
其次，Materials Studio软件可以用于进行材料设计和优化。
在计算材料学的课程中，学生需要学习如何利用计算方法进行材料的设计和优化。
Materials Studio软件提供了多种材料建模和模拟工具，可以帮助学生进行材料的结构设计和性能优化。
例如，学生可以利用软件中的晶体建模工具来构建和优化各种材料的晶体结构，也可以利用分子动力学模拟工具来模拟材料的宏观性质。
通过这些实践操作，学生可以更好地理解和掌握计算材料学的方法和技巧，培养他们的创新能力和实践能力。
此外，Materials Studio软件还可以用于材料的性能预测和分析。
科学计算在化学中的应用
科学计算在化学中的应用化学作为一门自然科学，探究的是物质的性质、构成、变化以及它们与能量之间的关系。
随着科技的进步，计算机科学的应用也日益广泛，其中科学计算在化学中的应用也越来越受到重视。
一、计算化学随着计算机技术的不断发展，化学家们开始使用计算机模拟分子结构、预测化合物的性质以及探究化学反应的机理。
这就是计算化学，它的应用为解决化学问题提供了崭新的范式。
计算化学可以利用量子力学和分子力学来预测分子和材料的理化性质，这样可以减少实验试错次数，使得科学家们能够更快地理解和预测化合物的行为。
通过计算化学，科学家们可以研究分子的电子结构、分子的运动、分子之间的相互作用以及分子间的反应。
此外，计算化学还可以预测新化学反应中的副反应和不良反应，有助于减少实验中的意外和损失。
二、分子模拟分子模拟是计算化学的一种应用，它通常使用分子力学方法来研究分子结构和行为。
分子模拟的基础是以分子构型为中心，使用力场近似来描述分子内的相互作用。
通过分子模拟，科学家们可以模拟分子之间的相互作用以及化学反应的机理。
分子模拟常用于药物设计、材料设计以及对化学反应条件的优化。
例如，科学家们可以用分子模拟预测不同药物在人体中的吸收率，帮助设计出更有效的药物，或者优化药物的贮存条件。
此外，分子模拟还可以预测材料的物理性质，帮助制造出具有特定性质的材料。
三、量子化学量子化学是计算化学的一部分，它以量子力学为基础，研究分子和材料的电子结构、能级和反应性。
量子化学的基本理论是薛定谔方程式，通过数值解这个方程式，可以预测和解释化学反应中的电子结构和能级分布。
量子化学在化学研究中的应用非常广泛，它可以为药物设计、有机合成、催化剂开发以及材料设计提供理论基础。
例如，在药物设计中，科学家们可以通过量子化学计算出药物与靶标的电子结构和能级分布，从而理解药物的作用机理和反应路径。
在催化剂研究中，量子化学也可以预测不同反应条件下催化剂的效果。
四、高性能计算与化学高性能计算在化学计算中也扮演了重要的角色。
计算机在化学工程中的应用(精选5篇)
计算机在化学工程中的应用（精选5篇）计算机在化学工程中的应用范文第1篇随着计算机硬件和软件的飞速进展，计算机的应用已深入到各个专业领域。
将计算机技术与其他学科交叉融合，形成了浩繁以计算机应用为核心的新技术、新手段和新兴学科。
将计算机科学、数学应用于化学形成了计算机在化学中的应用（又称计算机化学）这个新兴化学分支学科[1]，重要讨论领域有：化学数据库技术、化学结构与化学反应的计算机处置技术、化学中的人工智能方法、计算机辅佑襄助分子设计、计算机辅佑襄助合成路线设计等[1—3]。
将计算机与应用数学、统计学和计算机科学交叉融合形成了化学计量学这个新兴化学分支学科[1—4]，其基本任务是讨论运用数学、统计学、计算机科学、其他相关学科的理论与方法优化化学量测过程,并从化学量测数据中最大限度地取得有用的化学信息[4]。
将计算机和计算机网络技术应用于化学信息处置形成了化学信息学这个新兴化学分支学科。
它利用计算机技术和计算机网络技术，对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播，以实现化学信息的提取、转化与共享，揭示化学信息的实质与内在联系，促进化学学科的学问创新[5—6]。
计算机在化工领域中的应用已经特别广泛和深入，比较典型的应用有：试验数据的分析与处置、化工过程分析与开发（计算机仿真）、化工过程设计（工艺计算，计算辅佑襄助绘图）、化工过程掌控、化工信息管理和化工文献检索与管理[7—15]。
在这个背景下，化工类的工程技术人员假如没有较强的计算机应用本领，将直接影响到其对工作岗位的胜任程度。
当前大学阶段的计算机应用本领培育重要集中在低班级阶段，在高班级阶段由于教学重点转移到专业基础课和专业课，往往忽视了对计算机应用本领的连续培育，造成毕业生的计算机应用本领不能充足实际需求。
本讨论以武汉科技大学化学工程与技术学院化学工程与工艺专业为例对化工专业本科生高班级阶段强化计算机应用本领培育进行一些初步探究，以期提高毕业生的计算机应用本领。
计算化学在化学教学中的应用
计算化学在化学教学中的应用作者：罗一焦晓微孔庆伟来源：《教育教学论坛》2013年第05期摘要：在教学改革中，计算化学因其结果可视化的优势，而不断被纳入化学教学中。
计算化学辅助的化学教学，可生动、形象地展示分子轨道、光谱、立体结构及化学反应，以激起学生学习化学的兴趣，从而提高教学质量。
关键词：教学改革；计算化学；化学教学中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）05-0059-02 一、教育现状化学是一门以实验为基础而发展起来的学科，研究的主要内容是通过物质的转化以产生新的物质。
由于分子间化学转化的微观性和抽象性等特点，在传统的化学教学中，教师多用比喻、实物分子模型等方法对分子进行展示和讲解。
这种教学方法虽然可以使学生学到一些化学知识，但对化学知识的理解主要停留在记忆层次上，对化学知识抽象原理的进一步深入理解存在困难。
随着计算化学的迅速发展，不断地有许多新的理论方法和软件得到开发[1]。
通过计算化学的模拟研究，不仅能从分子及量子水平解释实验现象中无法解释的问题，还可以通过计算化学对实验中的一些性质或现象总结出一定的规律，进而对化学实验起到指导及预测作用。
这不但可以避免科研工作者进行盲目的科学研究，也在很大程度上节省时间、人力和财力，提高科研效率，也使化学学科发展的更加成熟和完善。
二、计算化学与化学教学相结合为了弥补传统化学教学的不足，将计算化学与化学教学相结合的教育方式，将对化学课程的发展、化学教学的改革及学生创新能力的培养起到推动作用。
近几年，随着教学体制的改革，我国已不断地将计算化学教学纳入化学课程中[2-6]。
对于传统的化学教学手段，难以生动地表现出抽象的化学概念。
采用计算化学模拟及相关的可视化软件分析，则可将这些抽象的概念表达的更具体，使化学变化的本质与过程更形象地展现在学生眼前，从而打破了化学反应的“黑匣子”传统观念。
在国际上已有不少高校将计算化学作为一门独立的学科纳入化学课程体系中。
计算化学在化学教学中的应用
计算化学在化学教学中的应用计算化学是指利用计算机模拟和计算方法研究化学问题的一门学科，它通过数值计算、统计分析和模型构建等方法，在研究和预测化学现象和过程中发挥重要作用。
在化学教学中，计算化学的应用既可以提高学生对化学理论的理解，又可以培养学生的计算和实验技能。
本文将介绍计算化学在化学教学中的一些应用。
一、计算化学在分子结构的确定中的应用分子结构是化学研究的基础，确定分子结构对于理解其性质和反应机理至关重要。
传统方法中，通过实验手段进行分析，然而实验方法往往耗时、容易受到条件限制，并且在某些情况下可能难以确定分子的准确结构。
而计算化学通过各种量子化学计算方法，可以对分子结构进行准确、高效的预测和求解。
计算化学在化学教学中的应用之一是帮助学生理解和预测分子结构。
学生可以通过计算化学软件平台，利用分子力学或量子力学方法预测分子的几何结构、能量和振动频率等信息。
通过计算结果，学生可以直观地了解分子中原子的构成和相互作用，从而更好地理解分子性质和反应机理。
这种通过计算化学方法进行分子结构确定的实践操作，不仅提高了学生的计算和操作能力，还增强了他们的探索精神和创新思维。
二、计算化学在反应机理研究中的应用反应机理是指化学反应过程中发生的分子间相互作用和原子间转化的详细过程。
只有深入了解反应机理，才能更好地解释反应速率、能量变化、反应路径等现象。
然而，实验方法往往难以捕捉和研究快速反应的中间态，而计算化学提供了一种研究反应机理的有效手段。
计算化学在化学教学中的应用之二是帮助学生研究和理解反应机理。
学生可以通过计算化学方法模拟和研究不同反应的机理，预测各个中间态的稳定性和反应路径。
通过计算化学软件的使用，可以绘制出反应过程中的能垒图，直观地展示反应的速率和能量变化。
这种通过计算化学方法研究反应机理的实践操作，不仅培养了学生的计算和分析能力，还提高了他们对反应速率、能量变化等概念的理解和掌握。
三、计算化学在分子性质和理论模型验证中的应用分子性质包括反应活性、溶解性、光学性质等，这些性质对于理解分子的行为和应用具有重要意义。
计算化学在高中化学中的应用
２ 化 合 反 应 的难 易程 度 ． ２ 我 主 要 研 究 了 如下 几 个 反 应 。
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用 化 学 软 件 Ｈ ｐ ｒｈｍ， 用 ｐ 方 法 对 化 合 物 １ ３ 行 ｙ ｅｃｅ 采 ｍ３ —进 优 化 ， 优 化 得 到 的化 合 物 １ ３ 以 — 的几 何 结 构 为 基 础 ． 算 出 化 计 合物 １３ — 的静 电荷 ，然 后 计 算 出 化 合 物 ｌ ３ 硝 酸 反 应 的 自由 一和 能变化 。
一
往 选 择 发 生 在 Ｃ３ 和Ｃ ５上 。 （） （） 在课堂上遇到这样的选择题时 ． 师只是告诉我们 ． 甲 老 像 苯 、 苯等分子 ， 发 生取代反应时 ， 乙 在 主要 发 生 在 邻 、 位 上 ， 对 而 硝 基 苯 发 生 取 代 反应 时 。 要 发 生 在 间位 上 。 师 总 是让 我 主 老 们 记 住 取 代 规 律 ． 于 为 什 么 ， 难 给予 一 个 满 意 的答 复 。 通 至 很
量 ， 似 等 于 这 个 化 学 反 应 的 自由 能 变 化 （ ）计 算 结 果 见 近 ＡＧ ，
表２。
表２ 化合物１ ３ — 的反应的 自由能变化△Ｇ （ｃ ｌ １ ｋａ／ ） ｍｏ
于 化 合 物 １ 苯 环 上 ６ 碳 原 子 的静 电 荷 都 为 一 ． ２ 说 明苯 环 ， 个 ０１ ， ０ 上 ６ 碳 原 子 静 电 荷 分 布 均 匀 ， 几 何 构 型 应 该 很 对 称 的 。 对 个 其 于 化 合 物 ２ 由 于苯 环 上 增 加 了 一 个 甲 基 ， 来 对 称 的 几 何 构 ， 原 型 ， 得 不 对 称 ， 苯 环 上 ６ 碳 原 子 的 静 电荷 中 ， 中Ｃ２、 变 在 个 其 （ Ｃ ） ｆ 和Ｃ６３ 的负 电荷 较 多 ， ４ ） （ ７ ）． 如果 和 一个 带 有 正 电荷 的基 团发 生 反 应 ， 该 发生 在 ｃ２、 （） （ ３ 。 样 很 容 易 解 释 ， 应 （）Ｃ４和Ｃ６ ２ 这 ） 为什 么 像 甲苯 、 乙苯 等 一 些 化 合 物 和 硝 酸 反 应 时 ， 要 发 生 在 邻 、 主 对 位 上 。对 于 化 合 物３ Ｃ３和 Ｃ５上 的 负 电 荷 ￣ｃ２、 ｆ】 Ｃ６ ， （） （ ） ｔ （ Ｃ４和 （ ） ） 上 的 负 电 荷 多 ， 以硝 基 苯 和 一 个 带 正 电 荷 的基 团反 应 时 ． 所 往 气 体 ？ 不 仅 可 以加 深 学 生 对 乙烯 制 法 和 性 质 的 理 解 ． 这 而且 复 习 了 浓 硫 酸 的 性 质 。 在 教 学 中对 于 不 同 视 角 的 问 题 应 引 导 学 生 善 于 用 不 同 的 方 式 给 予 解 决 。 要 有 因 果 法 、 问 法 、 广 主 反 推 法、 比较 法 、 极端 法 、 化 法 、 理验 证 法 、 化 法 ， 等 。 转 推 变 等 教 师激 发学 生质 疑 的另一 途径 便是 善于 逼着 学生提 问 题 ，有 经 验 的教 师往 往 经 常 在 课 堂 上 讲 解 某 一 个 学 生 在 课 外 的提 问或 是 直 接 鼓 励 学 生 自 己来 讲 ，并 对 经 常 提 问 的 学 生 给 予 适 当 的表 扬 或 奖 励 。 例 如 赞 扬 问 题 提 得 巧 妙 、 得 深 刻 ． 提 或 是 赠 书 给 某 一 个 学 生 ， 些 方 法 都 能 在 其 他 学 生 身 上 引 起 震 这 动 ， 为 好 胜 心 是 每 个 学 生 的 天 性 。 这 样 长 期 坚 持 ， 定 会 激 因 必 活 学 生 的思 维 ， 而 提 高 教 学 效 率 从 教 师 为 了达到 逼学 生 提 问 的 目的 ， 还应 注 意 以下几 个 好 地 理 解 这 些 化 合 物 的性 质 ， 也 能 准 确 判 断 出 取 代 反 应 发 生 在 哪个 位 置 上 。
计算机在化学化工中的应用技术
X射线衍射分析
通过测量X射线在晶体 中的衍射角度和强度， 研究物质晶体结构和化 学成分的分析方法。
05
计算机在化学教育中的辅助作用
多媒体教学课件设计与制作
课件内容设计
结合化学教学大纲和实际需求，设计内容丰富、结构清晰 的课件，包括文字、图像、动画、视频等多媒体元素。
数据分析方法
运用统计学、机器学习等方法对数据进行探索性 分析和建模分析，提取有用信息并解释结果。
数据可视化
通过图表、图像等方式将数据直观地展现出来， 帮助用户更好地理解数据和分析结果。
计算机辅助色谱分析技术
色谱峰识别与定量计算
利用计算机图像处理技术自动识别色谱峰，并通过算法计算峰面 积、峰高等参数进行定量分析。
数据挖掘与分析
利用大数据技术对化学数据进行挖掘和分析，发现新的化学反应、 材料性能等规律。
个性化医疗与精准用药
通过分析患者的基因、代谢等数据，实现个性化医疗和精准用药。
量子计算对化学研究的推动作用
量子化学模拟
利用量子计算机模拟分子的量子力学行为，揭 示化学反应的本质和机理。
新材料设计
通过量子计算模拟，预测和设计具有特定性能 的新材料。
个性化教学策略实施
根据学生的认知特点和学习需求，采用个性化的教 学策略和方法，如分层教学、小组合作等，提高教 学效果和质量。
教学评价与反馈机制建立
建立完善的教学评价和反馈机制，及时了解 学生的学习情况和问题所在，调整教学策略 和方法，实现教学相长。
06
计算机在化学研究中的前沿领域
人工智能在化学研究中的应用
交互功能实现
利用计算机编程技术，实现课件的交互功能，如学生答题、 教师批注、实时反馈等，提高课堂互动性和学生参与度。
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计算化学在化学教学中的应用
罗 一，焦晓微，孔庆伟
（大连理工大学 制药科学与技术学院，辽宁 大连 １１６０２４）
摘要：在教学改革中，计算化学因其结果可视化的优势，而不断被纳入化学教学中。计算化学辅助的化学教学，可生动、
形象地展示分子轨道、光谱、立体结构及化学反应，以激起学生学习化学的兴趣，从而提高教学质量。
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有关观点、方法、措施或方案的征集及评分。 参考文献： [1]张金山，等.论大学生团队精神的培育[J].福建农林大学学报（哲 学社会科学版），2007，（3）. [2]高有华.高等教育课程现代化建设探析[J].国家教育行政学院学
综上所述，计算化学在国际上已成为一个独立的研究 领域，而在我国发展相对滞后。因此，将计算化学纳入到化 学课程教学中，使学生体会到计算化学所发挥的重要作 用，树立计算化学在学生心目中的位置，激起一些计算化 学的兴趣爱好者，也为培养具有分子模拟及运用计算化学 能力的新一代化学专业人才奠定基础。 参考文献： [1]苏培峰，谭凯，吴安安，等.理论与计算化学研究进展[J].厦门大 学学报，2011，50（2）：311-318. [2]鄢红，郭广生，张常群.开展交叉学科教学实践，培养新世纪创 新人才[J].化工高等教育，2002，（2）：42-43. [3] 李中华，陈刚. 计算化学新课程体系的构建 [J]. 大学化学， 2008，23（1）：11-16. [4]仲梁维，熊敏，董小虎.计算机辅助设计实践教学的改革探讨[J]. 教改创新，2012，（6）：19-20. [5] 王祖浩. 化学学科教学策略的构想 [J]. 教育研究，1996，（9）： 72-76. [6]罗华军《. 计算机在化学中的应用》课程改革和探索[J].甘肃联合 大学学报，2005，19（1）：80-81. [7]赵丽娇，钟儒刚，甄岩.计算化学软件在大学有机化学教学中的 应用[J].计算机与应用化学，2008，25（8）：1035-1037. [8]余向阳，朱灏，郑康成.化学数据处理机计算化学辅助教学软件 系统[J].现代计算机，1996，12（53）：12-18.
图１ １，３－丁二烯的分子轨道图 图１左侧的四个分子轨道图分别对应着右侧的１４－１７ 号轨道。通过鼠标选中一个轨道号，相应的轨道图就会显 示出来。从轨道图可以看出，分子轨道的节面越多，能量越 高。 ２．分子光谱。在有机化学实验中，常通过光谱来鉴定 不同的化学物质，如红外光谱、拉曼光谱和核磁共振氢谱 等。红外光谱是通过不同种键的不同振动方式而产生的。 由于大多分子含有较多化学键且键的类型较多，因此光谱
以甲醛的异构化反应为例，通过计算模拟优化得到甲 醛分子的两种异构过程，如图３所示。通过Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｖｉｅｗ可 视化软件可以查看两个过渡态ＴＳ的振动情况。图４为通过 对过渡态（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｓｔａｔｅ，ＴＳ）做内禀坐标（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｒｅａｃ－ ｔｉｏｎ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ，ＩＲＣ）计算得到的反应势能面，纵坐标为反
４．化学反应。物质的生成离不开化学反应，有些反应 机理复杂，一个反应因不同的反应方式而得到多种产物。 在传统教学中，学生只能通过课本中的化学方程式进行记 忆，学生在化学实验课上，也仅能通过溶液颜色或状态的 变化判断反应是否进行及是否得到产物，对于分子的微观 反应过程并不了解，这使化学在学生心中变得很神秘。然 而通过计算化学模拟，采用一些化学可视化软件则可以将 微观的化学变化形象地展现在学生面前，使学生对化学反 应的本质有深入的理解。
图４ 甲醛的两条不同反应路径ＩＲＣ示意图
应体系的总能量，横坐标为反应内禀坐标。最高点为过渡 态ＴＳ对应的点，沿着反应坐标两侧分别是导致反应物和产 物的方向。曲线上的每个点对应着一个结构。在可视化软 件中通过鼠标选择不同的点可以查看相应的结构。从图４ 中可以明显看出甲醛分子的异构化过程伴随着键的断裂 和形成，也可以通过反应最高点对应的能量粗略地比较两 个反应的难易，最高点能量较低的反应路径为主反应通 道，相反则为副反应通道。
３．分子的立体构型。同一分子往往具有不同的立体构 象，如烷烃的重叠构象和交叉构象等。由于大多分子含有 的原子数较多，学生很难想象出分子的立体结构，这使学 生对立体化学知识望而生畏。但通过计算化学的应用，这 个问题很容易得到解决。
在基础有机化学中，环己烷的构象是一个比较难于理 解及掌握的知识点。学生往往缺乏对分子结构直观的认 识，难于在头脑中形成正确的立体几何构型，因而很难正 确地书写出环己烷的椅式构象和船式构象。通过计算模拟 可以优化得到环己烷的两种构型，采用Ｃｈｅｍｃｒａｆｔ等可视化 软件则可以将其形象地展现在学生眼前。使用此可视化软 件查看构型时，可以通过鼠标随意地对分子进行平移和反 转等操作，进而使学生对分子的空间构型有较好的认识， 也加强了学生空间思维能力的培养。
关键词：教学改革；计算化学；化学教学
中图分类号：G642.0
文献标志码：A
文章编号：1674-9324（2013）05-005基础而发展起来的学科，研究的 主要内容是通过物质的转化以产生新的物质。由于分子间 化学转化的微观性和抽象性等特点，在传统的化学教学 中，教师多用比喻、实物分子模型等方法对分子进行展示 和讲解。这种教学方法虽然可以使学生学到一些化学知 识，但对化学知识的理解主要停留在记忆层次上，对化学 知识抽象原理的进一步深入理解存在困难。随着计算化 学的迅速发展，不断地有许多新的理论方法和软件得到 开发［１］。通过计算化学的模拟研究，不仅能从分子及量子水 平解释实验现象中无法解释的问题，还可以通过计算化学 对实验中的一些性质或现象总结出一定的规律，进而对化 学实验起到指导及预测作用。这不但可以避免科研工作者 进行盲目的科学研究，也在很大程度上节省时间、人力和 财力，提高科研效率，也使化学学科发展的更加成熟和完 善。 二、计算化学与化学教学相结合 为了弥补传统化学教学的不足，将计算化学与化学教 学相结合的教育方式，将对化学课程的发展、化学教学的 改革及学生创新能力的培养起到推动作用。近几年，随着 教学体制的改革，我国已不断地将计算化学教学纳入化学 课程中[2-6]。对于传统的化学教学手段，难以生动地表现出 抽象的化学概念。采用计算化学模拟及相关的可视化软件 分析，则可将这些抽象的概念表达的更具体，使化学变化 的本质与过程更形象地展现在学生眼前，从而打破了化学 反应的“黑匣子”传统观念。在国际上已有不少高校将计算 化学作为一门独立的学科纳入化学课程体系中。在我国一 些大学中，计算化学也相继走进化学课堂，如北京化工大 学。由于计算化学的高效、形象化和易于理解等特点，在化 学教学中，人们主要是采用计算化学的各种软件并进行一 些简单的计算练习来辅助教学。这不仅可以激发学生学习 化学的兴趣，还可以加强学生对化学知识的理解。 计 算 化 学 所 使 用 的 一 些 可 视 化 软 件 主 要 有 Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｖｉｅｗ、Ｃｈｅｍｃｒａｆｔ、ＣｈｅｍＯｆｆｉｃｅ等。老师及学生通过对选定的 分子进行简单的计算后，就可以通过这些软件对其分子结 构、电子密度和轨道等进行可视化分析。这不但使化学教 学变得更加灵活，也使这些抽象的概念得到形象具体的展
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现，化学课程不再枯燥乏味，也降低了教学的难度，帮助学 生理解复杂的现象与机理，进而增加学生探索化学微观世 界的兴趣，提高了教学质量。
三、计算化学在化学教学中的应用 在大学的化学课程中，如有机化学、无机化学、立体化 学、分析化学等［７，８］，都可以通过计算化学的应用提高教学 质量。以下通过相关化学知识实例来简单介绍一些计算化 学在化学教学中的作用。 １．分子轨道。１，３－丁二烯的分子轨道图是大学化学课 本上讲解分子轨道的一个典型实例。在分子中每个碳原子 都含有一个未占据的ｐ轨道，四个碳原子的四个未杂化的ｐ 轨道线性组合成四个不同的分子轨道，即两个占据轨道和 两个非占据轨道。由于分子轨道概念较抽象，单凭老师的 口述，很难让学生很深入地理解其含义，但通过计算化学 软件进行可视化分析后，这个问题可以得到很好的解决， 采用Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｖｉｅｗ对分子轨道进行可视化后得出的图形 如下：
报，2009，（9）.
基金项目：本文为全国高校物流教改教研课题成果之 一
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【教改创新】
图３ 甲醛的异构化反应路径
图２ 丙醛和丙酮的红外光谱图
图的峰种较多，学生对于光谱的学习比较困难。通过计算 化学软件的辅助作用可加强学生对光谱的理解与记忆。图 ２为计算得到的丙醛和丙酮的红外光谱图。在计算化学软 件显示的光谱图中，用鼠标点击峰的位置，即可显示分子 相应键的振动。因此，在教学的过程中可以进行现场的计 算模拟，使学生快速地了解并掌握不同分子的红外光谱特 征。通过红外光谱也可以对两个不同的分子进行区分，如 丙醛与丙酮的分子式相同且都含有一个羰基，因此在 １７５０ｃｍ－１附近都有一个较强的吸收峰。两个分子的不同 之处主要在于丙醛分子的羰基上含有一个Ｃ－Ｈ键，此键在 ２８００ｃｍ－１处有特征吸收，而丙酮分子中没有，从而将两分 子区别开。