《计算化学理论与应用》课程教学大纲

1、计算化学理论与应用课程教学大纲课程名称：计算化学理论与应用英文名称：computational chemistry课程编码：x4031451学 时 数：32 其中实践学时数：16 课外学时数：0学 分 数：2.0适用专业：应用化学 一、课程简介计算化学理论与应用是一门应用量子化学方法、分子力学方法以及分子动力学模拟来解决化学相关问题的学科。它从化学的基本原理出发，找出化学变化的基本规律，借助数学原理和计算机的计算方法来解决化学问题，是理论化学的重要分支。本课程主要介绍当前计算化学领域的基本方法，包括半经验、密度泛函、分子力学方法等，并介绍相关计算软件的使用。计算化学理论与应用是应用化学专业特色

2、选修课程之一，是培养化学专业学生化学计算能力的重要组成部分。本课程采用授课和上机实验相结合的教学方法。通过学习该课程，使学生能够在较短时间内掌握当今国际流行的常用计算软件原理和使用方法，发展学生的创新思维和解决化学实际问题的能力。二、课程目标与毕业要求关系表课程目标毕业要求使学生能够在较短时间内掌握当今国际流行的常用计算软件原理和使用方法。培养学生查阅整理计算化学相关资料的能力，发展学生的创新思维。运用计算化学手段解决化学实际问题的能力。应用化学专业支撑毕业要求1工程知识1-2掌握相关自然科学的基础原理和思维方法，并能将其应用于解决工程科学和技术问题。支撑毕业要求4研究4-2能够根据应用化学专

3、业知识的特征，选择科学的研究方法，设计合理的实验方案。支撑毕业要求 5使用现代工具 5-2能够针对具体的对象，选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测应用化学相关专业问题，并能够分析其局限性。三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）计算化学课程简介了解计算化学的定义、现状及发展、课程的研究对象、研究内容、性质和学习方法。重点：计算化学学科的交叉性。（二）Gaussian程序使用入门及分子输入介绍了解Gaussian软件的背景、功能及计算流程；掌握Gaussian软件的基本操作，使学生能够利用软件进行分子模型的构建，功能参数设定并进行结构分析。重点：Gaussian软件的使用。难点：Gauss

4、ian软件的使用。分子轨道理论基础，半经验方法和基组问题了解量子力学方法的基本原理、概念及近似；理解分子轨道理论和半经验方法的联系和区别；掌握基组的概念和选择原则。重点：分子轨道理论及基组。难点：基组的选择原则。（四）密度泛函理论基础与应用了解密度泛函理论的基本原理及发展，重点掌握密度泛函理论与从头算、半经验方法的区别和联系；掌握选择泛函的原则。重点：常用泛函的优缺点。难点：计算泛函的选择。超自洽场理论方法介绍了解相关能的计算方法。重点：相关能计算方法的精度和效率。难点：超自洽场理论的基本思想。分子力学简介 了解分子力学方法的基本原理、发展及优缺点；掌握分子力场的构成形式、种类及发展；了解力场

5、参数化流程以及分子动力学模拟的特点及流程。重点：分子力学方法的优点及局限性难点：分子力场的形式及参数化四、教学方式及学时分配序号主要内容主要教学方式学时分配一计算化学课程简介讲授2二Gaussian程序使用入门及分子输入介绍讲授2三分子轨道理论基础，半经验方法和基组讲授3四密度泛函理论基础与应用讲授3五超自洽场理论方法介绍讲授2六分子力学简介讲授2七上机实验一：Gaussian程序的使用实验4八上机实验二：单点能计算实验4九上机实验三：几何优化实验4十上机实验四：频率分析实验4十一课堂报告学生汇报2五、课程其他教学环节要求在计算化学的整体教学中，一要培养运用计算化学理论知识的能力，避免冗长的公

6、式推导；二是要注重培养学生实际上机操作能力，使其理论指导实践，解决化学问题。（一）预习环节：要求学生事先预习，能够准确回答问题。（二）课堂报告环节：为了提高学生的学习效果，将学生分组，每组学生共同完成课外阅读总结报告，报告内容为计算化学的基本原理、方法以及应用。每组一位同学汇报，中英文汇报均可，鼓励英文报告。课堂报告成绩计入计入平时成绩。（三）实验基本要求：Gaussian程序的使用。学习Gaussian09、Gview程序的使用，包括基本输入、计算及查看输出结果。单点能计算。学习应用Gaussian09W和Gview程序进行单点能的计算，并查看输出结果。几何优化。学习应用Gaussian09

7、W和Gview程序进行分子的结构优化和反应路径计算，并查看输出结果。频率分析。学习应用Gaussian09W和Gview程序计算分子的频率，并对输出结果进行分析。（四）实验报告要求：实验报告应包括实验目的、计算方法、计算结果、分析讨论四部分。计算方法要求写出具体使用的方法、基组。计算结果要求记录分子的结构参数，键长保留3位小数，单位为埃（），键角和二面角保留1位小数，单位是度（），能量保留5位小数，单位是hartree（或原子单位a.u.）。电荷保留3位小数。所有的实验结果要以表格的形式给出，并画出相应分子的结构式。六、本课程与其他课程的联系本课程先修课程为无机化学，物理化学，结构化学，计算机

8、基础等。七、建议教材及教学参考书目参考书目：1.计算化学，北京化工大学理学院编，高等教育出版社，20052.理论化学原理与应用，帅志刚，邵久书等编， 科学出版社，2008 3.计算化学实验，北京师范大学实验教学中心编，北京师范大学出版社20084.计算机在化学化工中的应用技术，赵文元、王亦军编，科学出版社，20065.Essentials of Computational Chemistry：Theories and Models，Christopher J. Cramer, John Wiley& Sons 2004 6.Exploring Chemistry with Electronic Structure MethodsJames B. Foresman and A. Frisch,Gaussian 1996 八、课程考核方式与成绩评定办法课程考核方式：考查成绩评价方式： 总成绩=平时成绩*20%+实验成绩*30%+期末成绩*50%评价项目评价环节课程目标平时成绩（20%）考勤（10分）使学生能够在较短时间内掌握当今国际流行的常用计算软件原理和使用方法。培养学生查阅整理计算化学相关资料的能力，发展学生的创新思维。课堂报告（10分）期末成绩（50%）期末大作业（50分）使学生能够在