分子模拟实验课程建设的探索与实践

doi:10.3866/PKU.DXHX201901035

大学化学 >> 2019, Vol. 34 >> Issue (9): 26-31.doi: 10.3866/PKU.DXHX201901035

分子模拟实验课程建设的探索与实践

张恒,马莹,刘刚,张冬菊,宋其圣,苑世领*()

山东大学化学与化工学院, 济南 250199

收稿日期:2019-01-24 录用日期:2019-02-25 发布日期:2019-03-18
通讯作者: 苑世领 E-mail:shilingyuan@sdu.edu.cn
基金资助:
山东大学实验室软件项目(sy20183202);山东大学实验室软件项目(sy20172202);山东省研究生教育质量提升计划(SDYKC18003)

Exploration and Practice on Construction of Molecular Simulation Experiment Course

Heng ZHANG,Ying MA,Gang LIU,Dongju ZHANG,Qisheng SONG,Shiling YUAN*()

School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250199, P. R. China

Received:2019-01-24 Accepted:2019-02-25 Published:2019-03-18
Contact: Shiling YUAN E-mail:shilingyuan@sdu.edu.cn
Supported by:
山东大学实验室软件项目(sy20183202);山东大学实验室软件项目(sy20172202);山东省研究生教育质量提升计划(SDYKC18003)

摘要/Abstract

摘要：

提出建设分子模拟实验课程的设想，并经过几年的教学实践，编写了实验讲义，内容既涵盖了经典的实验项目，也包含了前沿的热点问题，同时也有开放型探究实验。本文总结了该课程的教学要求、基本内容、考核方法、目前所取得的初步成效以及对未来的展望。

关键词: 分子模拟实验, 结构化学, 计算化学, 课程建设

Abstract:

We put forward the idea of building a molecular simulation experiment course. After two-year teaching practice, we write the experiment textbook which not only covers the classic experimental projects, but also includes the frontier hot issues, and open exploration experiment. This article summarizes the teaching requirements, basic content, assessment methods, the initial achievements made so far and the prospects for the future.

Key words: Molecular simulation experiment, Structural chemistry, Computational chemistry, Curriculum construction

张恒,马莹,刘刚,张冬菊,宋其圣,苑世领. 分子模拟实验课程建设的探索与实践[J]. 大学化学, 2019, 34(9): 26-31.

Heng ZHANG,Ying MA,Gang LIU,Dongju ZHANG,Qisheng SONG,Shiling YUAN. Exploration and Practice on Construction of Molecular Simulation Experiment Course[J]. University Chemistry, 2019, 34(9): 26-31.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX201901035

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2019/V34/I9/26

图/表 3

表1

表2

表3

参考文献 13

1	陈鑫; 李彪; 姚军; 朱元强. 大学化学, 2016, 31 (6), 80.
2	王宝山; 侯华. 分子模拟实验, 北京: 高等教育出版社, 2010.
3	王溢磊; 李隽. 大学化学, 2018, 33 (10), 25. doi: 10.3866/PKU.DXHX201805020
4	许秀芳. 大学化学, 2017, 32 (2), 23.
5	苑世领; 张恒; 张冬菊. 分子模拟——理论与实验, 北京: 化学工业出版社, 2016.
6	张恒; 马莹; 刘刚; 宋其圣; 苑世领. 大学化学, 2017, 32 (5), 44.
7	Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: New York, 2017.
8	Leach, A. R. Molecular Modeling: Principles and Applications, 2nd ed.; Pearson Education Limited: Harlow, 2001.
9	Rapaport D. C. The Art of Molecular Dynamics Simulation New York: Cambridge University Press, 2004.
10	陈正隆; 徐为人; 汤立达. 分子模拟的理论与实践, 北京: 化学工业出版社, 2007.
11	FrenkelD.; SmitB.. 分子模拟——从算法到应用., 北京: 化学工业出版社, 2002.
12	陈敏伯. 计算化学——从理论化学到分子模拟, 北京: 科学出版社, 2009.
13	Gou Z. M. ; Zuo Y. J. ; Qi J. W. ; Li Z. Y. ; Feng S. Y. Polym. Chem. 2016, 7, 5496. doi: 10.1039/C6PY01000H

理论基础	具体内容
1.绪论	分子模拟的概念、发展历史
2.统计力学基础	统计力学基本原理、粒子动力学
3.力场	势函数、简正模式、简单体系的分子力场、势能函数的具体形式、常见的力场、联合原子和约化处理、粗粒力场、多体势、水分子力场、选择力场
4.能量最小化	势能面、势函数的极小值、非导数求极值法、导数求极值法、一级导数求极值法、二级导数求极值法、方法的选择和收敛性判据、过渡态结构与反应路径、溶剂化效应
5.模拟中的基本原理	短程相互作用、长程相互作用、模拟过程
6. Monte Carlo模拟	Monte Carlo模拟中的配分函数、Monte Carlo原理、基本Monte Carlo模拟、不同系综中的Monte Carlo模拟
7.分子动力学模拟	积分运动等式、Verlet预测方法、Gear预测校正方法、分子体系中的积分方法、不同系综中的分子动力学、相关函数
8.介观模拟	耗散粒子动力学模拟、介观动力学模拟
9.量子化学方法	Schrödinger方程、电子相关和后HF方法、密度泛函理论、基函数(基组)的选择、半经验分子轨道方法

实验项目	具体内容
1.分子模型的创建与优化	分子模型的绘制、分子构型优化、复杂分子结构的创建
2.分子轨道的计算和分析	分子轨道等值面图、总电子密度图、静电势图、电荷分布图、分子表面
3.势能面计算	键的断裂、分子间的弱相互作用、分子构象搜索、化学反应势能面扫描、对比氢键和卤键势能面
4.化学反应模拟	计算化学反应的自由能、优化搜索过渡态
5.分子光谱计算	红外和拉曼光谱、紫外-可见光谱、X射线衍射光谱
6.分子动力学模拟	乙醇水溶液体系的模拟
7. Monte Carlo模拟	表面吸附行为：吸附等温线、吸附构型、吸附动力学
8.聚集行为的介观模拟	表面活性剂在溶液中的聚集行为、嵌段共聚物的相行为
9.粗粒化模拟	生物膜的搭建及粗粒化

姓名	题目
赵留鹏	两种^{[2, 2]}环仿类化合物催化活性的对比研究
刘盈秋	通过氮吸附的钯修饰石墨烯去除卤代污染物TBBPA的分子机制
李永豪	Micheal加成反应机理的研究
李萌萌	Beckman重排反应机理的研究
张帅	碳纳米管对氢气吸附性能的模拟
赵巾钦	[Fe-Fe]氢化酶催化过程中催化剂电子云密度的计算
李庆存	不同的R基对S_N1反应可能性的影响

[1]	张恒, 宋其圣, 贾春江, 苑世领. 分子及团簇的分子动力学模拟——介绍一个计算化学实验[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 172 -180 .
[2]	陈芳, 王宏, 刘敏, 王楠, 朱丽华. 基于一流课程建设的分析化学实验教学改革与实践[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 26 -30 .
[3]	沈宏, 方文军, 聂晶晶. 基于学科核心素养，立足浙大，讲好中国故事——“普通化学(H)”课程思政教学实践[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 76 -81 .
[4]	柴成文, 樊红霞, 王琛, 袁文霞. “新工科”背景下物理化学实验课程建设实践[J]. 大学化学, 2023, 38(3): 64 -69 .
[5]	冯瑾, 李宝凤, 毛新龙, 毕思玮. 化解畏难情绪，培养学科兴趣——结构化学导入课的探索与创新[J]. 大学化学, 2023, 38(2): 28 -31 .
[6]	汤新景, 师晓萌, 王超. 波谱解析课程的本科教学改革探索[J]. 大学化学, 2023, 38(2): 38 -40 .
[7]	谢锦桂, 管华, 温祖标, 邓志红, 钟声亮. 化学科研基础与创新实验课程建设的探索与实践[J]. 大学化学, 2023, 38(2): 83 -89 .
[8]	张浩, 阚子规, 林子涵, 钱雨晨, 司承运, 钱海. Jupyter交互式平台在结构化学教学中的应用——以“单电子原子薛定谔方程”为例[J]. 大学化学, 2023, 38(1): 287 -294 .
[9]	刘永红, 李慧慧, 段丽君, 文利柏, 胡先文, 陆冬莲, 王运, 成协设. 新高考与大类招生背景下的基础化学实验教学改革思考与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2109045 - .
[10]	吴秋华, 赵影, 王俊敏, 常青云, 李芝, 董彦莉, 唐然肖, 王春. 新农科背景下“无机及分析化学”创新教学与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2112092 - .
[11]	张丽丽, 徐静, 朱树华, 万福贤, 尚鹏鹏. 信息化背景下农科基础化学实验课程改革与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2205046 - .
[12]	饶震红, 张莉, 杜凤沛. 新农科背景下提升新生化学实验课教学质量的探索研究[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2205075 - .
[13]	张晨辉, 李向东, 赵晓东, 路慧哲, 马琛, 杜凤沛. 新农科背景下农林院校物理化学课程建设的改革与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2207004 - .
[14]	王丽丽, 陈春霞, 郭丽, 贾丽娜, 曹晶晶. “新农科”背景下农林高校化学类专业“九抓”课程建设[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2207011 - .
[15]	张冬菊, 马玉臣. 问题式教学法在结构化学教学中的应用：一维势箱中的粒子[J]. 大学化学, 2022, 37(4): 2106032 - .

分子模拟实验课程建设的探索与实践

Exploration and Practice on Construction of Molecular Simulation Experiment Course

RichHTML

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 3

参考文献 13

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0