量子化学基础范文10篇

量子化学基础范文篇1

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127

[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.

量子化学基础范文篇2

国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会（1999美国亚特兰大市）通过决议，呼吁社会正视物理学的重要性。对物理学的作用，大会的口号是“探索自然，驱动技术，拯救生命”。决议指出：“物理学——研究物质、能量和它们相互作用的学科——是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，对所有国家都是重要的。”

中等教育阶段，是一个人从少年步入青年的时期，是身心成长趋于成型的时期，是在知识上和能力上为今后的工作和学习打基础、作准备的时期，有着特殊的重要意义。在中学的各门课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用。对于这个问题，我想从20世纪科技发展大的背景谈起。

1、物理学推动了20世纪科学技术的高速发展

20世纪，是科学技术空前高速发展的世纪。在此世纪内，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。这个世纪之初，无论在动力和信息交流方面，人类社会就全面地进入了“电气化时代”。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果。从上个世纪之交放射性的发现，经过近半个世纪原子物理、核物理的研究，40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘，把人类社会带进了“原子时代”。今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源，放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用，已为人所共知。

这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她的女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。到了50、60年代，物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程。今天激光技术已广泛应于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业。

20世纪科学技术给人类社会带来的最大的冲击，莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术。号称“信息时代”的到来被誉为“第二次产业革命”。的确，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化，是二三十年前任何有远见的科学家都不可能预见到的。现代计算机的硬件核心是半导体集成电路，PN结是基础。半个多世纪前，巴丁、肖克莱、布赖顿等三位物理学家发明了晶体管，标志着信息时代的诞生。从我们物理学家的眼光看来，这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年。这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴的概念。尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体，这才为晶体管的发明打下基础。

以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的。自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍的速度增长着。在有的人看来，物理学对高技术的贡献属于过去，今天我国发展高技术的关键在于新材料、新工艺。殊不知，微电子加工和分析手段本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背景散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！现在教育界大谈素质教育和培养学生的创新精神，我想，20世纪高科技发展的事实证明，重大的创造来源于新的物理思想，否则只是“小打小闹”，成不了大气候。

2、物理学和其它自然科学的关系

谈了物理学对高技术的推动之后，我们再谈谈物理学和其它自然科学的关系。

物理学和天文学由来已久的血缘关系，是有目共睹的。当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。可是近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科。

物理学和化学从来就是并肩前进的。自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密的理论科学，然而长期以来，包括化学在内的其它自然科学却一直是经验性科学。1998年的诺贝尔化学奖颁给了W.Kohn和J.A.Pople，以表彰他们在量子化学方面所做的开创性贡献。颁奖的公报说，量子化学将化学带入一个新的时代，化学不再是纯实验科学了。化学是研究分子的学科。此前，如果说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上的结合，则量子化学已深入到化学现象的微观机理。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的进展，今后两学科之间的合作将更为兴旺发达。

物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用。物理学构成所有自然科学的理论基础，其中包括生物学在内。物理学和生物学的相互渗透，前途是不可估量的。早在40年代，量子力学的创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命的物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体；这种非周期性晶体的结构，可以有无限可能的排列，不同样式的排列相当于遗传的微型密码；……”他所说的这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中的DNA分子。

1953年沃森（J.D.Watson，年青的细菌遗传学博士）和克里克（F.H.C.Crick，一位二战前受过传统物理学训练的人，战后转为生物物理学研究生）共同发现DNA分子的双螺旋结构。核物理学家伽莫夫（G.Gamow，大爆炸宇宙论的创始人）用信息论的方法推测，DNA的遗传密码中，每个“单词”都是用三个“字母”组成的。这些推测相继得到实验证实，20世纪60年代三联密码逐一被破译。薛定谔在《生命是什么？》一书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”。作者还说：“有机体是依赖负熵为生的”。这就是生命的热力学基础。60年代比利时科学家普里高津（I.Prigogine）的耗散结构理论，证实了薛定谔的预言。当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科的研究正方兴未艾。人们说21世纪是生命科学的世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。

1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型—BlackScholes公式。公式的主要创建人F.S.Black的学历背景如下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964年获该校应用数学系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授。可惜他于1995年去世，未能享受诺贝尔奖的殊荣。当前出身数理的人跻身于经济学界的大有人在。

翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然入目。人们不禁要问：“什么是物理学？”的确，今天再从研究对象来回答这个问题已很困难。我们的看法是，不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题。物理学，是一门理论和实验高度结合的精确科学。物理学中有一套最全面最有效的科学方法。我们说，在对学生的科学素质教育中，物理课有着无可替代的重要作用，根据就在于此。

3、对中学物理教师的要求

我认为，作一名优秀的中学教师，除了良好的师德之外，最重要的是两条：一是先进的教育思想，二是较高的学术水平。

3.1转变教育思想

先谈教育思想。过去比较重视知识传授，现在提倡素质教育，其实两者不应是对立的。学校的功能是传授知识，脱离了科学知识的背景，科学素质教育是空的。在传授知识的同时，应注意培养学生的科学素质。但绝不能把素质异化为知识，灌输给学生。

科学素质教育中很重要的一点，是培养学生的创新精神。关于这个问题，我想借杨振宁先生的话来发挥。下表是杨先生为中、美教育所作的比较：

中美

严格、坚实的训练不规范的训练

谦虚和循规蹈矩自大并充满活力

小心谨慎、缺乏自信勇敢、自信

兴趣集中于相对较窄的领域随心涉足广阔领域、兴趣广泛

被动主动进攻

上表中的词句是褒是贬，和我们中国教育的传统看法恐怕有些出入。事物往往不那么绝对，说褒贬参半也许更为恰当，不过这里包含了中西教育思想上的重大差别。杨先生认为：“中国传统教育提倡按部就班的教学方法，认真的学习态度，这有利于学生打下扎实的基础，但相对来说，缺少创新意识；美国提倡‘渗透式’的教育方法，其特点是学生在学习的时候，对所学的内容往往还不太清楚，然而就在这过程中已经一点一滴地学到了许多东西，这是一种‘体会式’的学习方法，培养出来的学生有较强的独立思考和创造能力。易于很快地进入科学发展的前沿，但不如前者具有扎实的根基。中美两种教育方式各具特色，长短互补，若能将两者的优点和谐地统一起来，在教育方法上无疑是一个突破。”

在我国，有一种普遍的提法：作为一名好教师应当“课堂上解决问题”，把所教的内容都“讲深讲透”，不给学生课后留下疑难，让学生课后提不出问题。所以我国的教师都习惯于把知识组织得井井有条，对课程内容的每个细节作详尽的解说，对学生可能发生的误解一一予以告诫。我粗略地估计，同样的内容，在我国现在课上所用的学时，至少比西方多50～100%.现代物理学中的新事物，怕不能讲透而引起麻烦的，在课堂上宁可只字不提。这就是我国细嚼慢咽的讲授风格，封闭式的教学方法。

著名理论物理学家和物理教育家韦斯科夫（V.F.Weisskopf）说：“科学不是死记硬背的知识、公式、名词。科学是好奇，是不断发现事物和不断询问‘为什么，为什么它是这样的？’科学的目的是发问，问如何和问为什么。它主要是询问的过程，而不是知识的获得（很可惜多数人认为是后者，而且是这样教的）。”所以好的老师不是讲得学生没问题可问，而是启发学生提出深刻的问题。长期以来在我国有种提法，即“培养学生分析问题、解决问题的能力”。我认为这个提法没有说到点子上。“启发学生提出问题的能力”才是科学素质教育的关键。伟大的科学家之所以伟大，往往就在这一条上。有一次记者问玻尔：“您可是那位知道科学中大部分问题答案的人？”玻尔回答说：“啊，不，不过也许我比别人多知道一点问题。”

国际物理教育委员会前主席焦塞姆（L.E.Jossem）说：“最好的老师，是让学生知道他们自己是自己最好的老师。”亦即，老师的责任是教会学生自己去取得知识，老师教的目的是让学生以后不需要老师。

以上是我们教育思想最需要转变的方面。

教好物理学，关键是教思路，教方法，启发学生“勤于思考，悟物穷理”，自觉地努力锻炼自己自学的能力。鼓励勤于思考，就要让学生对新的概念、定义、公式中的符号和公式本身的含义，用自己的语言陈述出来。对于定理的证明、公式的推导，最好在了解了基本思路之后，让学生自己背着书本演算出来。这样学生才能对它们成立的条件、关键的步骤、推演的技巧等有深刻的理解。倡导悟物穷理，就要启发学生多向自己提问：哪些是事实？哪些是推论？推论是怎样得来的？我为什么相信它？

3.2提高学术水平

现在谈中学教师的学术水平问题。

在教学中提高学生的素质，需要老师有较高的素质。提高教学水平的关键是师资的学术水平。学术水平高，教学水平不一定高；但学术水平不高，教学水平最多达到一定程度就饱和了，不可能太高。中学教师的学术水平怎样才算高？至少应该是大学本科毕业。师范还是理科？我们的看法，师范物理系与理科物理系在学术水准上不应有区别。如果说要体现师范性，那就是在基础物理方面对师范生的要求更高。

量子化学基础范文篇3

国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会(1999美国亚特兰大市)通过决议，呼吁社会正视物理学的重要性。对物理学的作用，大会的口号是“探索自然，驱动技术，拯救生命”。决议指出：“物理学——研究物质、能量和它们相互作用的学科——是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，对所有国家都是重要的。”

中等教育阶段，是一个人从少年步入青年的时期，是身心成长趋于成型的时期，是在知识上和能力上为今后的工作和学习打基础、作准备的时期，有着特殊的重要意义。在中学的各门课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用。对于这个问题，我想从20世纪科技发展大的背景谈起。

1、物理学推动了20世纪科学技术的高速发展

20世纪，是科学技术空前高速发展的世纪。在此世纪内，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。这个世纪之初，无论在动力和信息交流方面，人类社会就全面地进入了“电气化时代”。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果。从上个世纪之交放射性的发现，经过近半个世纪原子物理、核物理的研究，40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘，把人类社会带进了“原子时代”。今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源，放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用，已为人所共知。这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她的女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。到了50、60年代，物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程。今天激光技术已广泛应于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业。

20世纪科学技术给人类社会带来的最大的冲击，莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术。号称“信息时代”的到来被誉为“第二次产业革命”。的确，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化，是二三十年前任何有远见的科学家都不可能预见到的。现代计算机的硬件核心是半导体集成电路，PN结是基础。半个多世纪前，巴丁、肖克莱、布赖顿等三位物理学家发明了晶体管，标志着信息时代的诞生。从我们物理学家的眼光看来，这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年。这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴的概念。尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体，这才为晶体管的发明打下基础。

以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的。自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍的速度增长着。在有的人看来，物理学对高技术的贡献属于过去，今天我国发展高技术的关键在于新材料、新工艺。殊不知，微电子加工和分析手段本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背景散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！现在教育界大谈素质教育和培养学生的创新精神，我想，20世纪高科技发展的事实证明，重大的创造来源于新的物理思想，否则只是“小打小闹”，成不了大气候。

2、物理学和其它自然科学的关系

谈了物理学对高技术的推动之后，我们再谈谈物理学和其它自然科学的关系。

物理学和天文学由来已久的血缘关系，是有目共睹的。当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。可是近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科。

物理学和化学从来就是并肩前进的。自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密的理论科学，然而长期以来，包括化学在内的其它自然科学却一直是经验性科学。1998年的诺贝尔化学奖颁给了W.Kohn和J.A.Pople，以表彰他们在量子化学方面所做的开创性贡献。颁奖的公报说，量子化学将化学带入一个新的时代，化学不再是纯实验科学了。化学是研究分子的学科。此前，如果说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上的结合，则量子化学已深入到化学现象的微观机理。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的进展，今后两学科之间的合作将更为兴旺发达。

物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用。物理学构成所有自然科学的理论基础，其中包括生物学在内。物理学和生物学的相互渗透，前途是不可估量的。早在40年代，量子力学的创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命的物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体；这种非周期性晶体的结构，可以有无限可能的排列，不同样式的排列相当于遗传的微型密码；……”他所说的这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中的DNA分子。1953年沃森(J.D.Watson，年青的细菌遗传学博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二战前受过传统物理学训练的人，战后转为生物物理学研究生)共同发现DNA分子的双螺旋结构。核物理学家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙论的创始人)用信息论的方法推测，DNA的遗传密码中，每个“单词”都是用三个“字母”组成的。这些推测相继得到实验证实，20世纪60年代三联密码逐一被破译。薛定谔在《生命是什么？》一书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”。作者还说：“有机体是依赖负熵为生的”。这就是生命的热力学基础。60年代比利时科学家普里高津(I.Prigogine)的耗散结构理论，证实了薛定谔的预言。当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科的研究正方兴未艾。人们说21世纪是生命科学的世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。

1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型—BlackScholes公式。公式的主要创建人F.S.Black的学历背景如下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964年获该校应用数学系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授。可惜他于1995年去世，未能享受诺贝尔奖的殊荣。当前出身数理的人跻身于经济学界的大有人在。

翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然入目。人们不禁要问：“什么是物理学？”的确，今天再从研究对象来回答这个问题已很困难。我们的看法是，不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题。物理学，是一门理论和实验高度结合的精确科学。物理学中有一套最全面最有效的科学方法。我们说，在对学生的科学素质教育中，物理课有着无可替代的重要作用，根据就在于此。

3、对中学物理教师的要求

我认为，作一名优秀的中学教师，除了良好的师德之外，最重要的是两条：一是先进的教育思想，二是较高的学术水平。

3．1转变教育思想

先谈教育思想。过去比较重视知识传授，现在提倡素质教育，其实两者不应是对立的。学校的功能是传授知识，脱离了科学知识的背景，科学素质教育是空的。在传授知识的同时，应注意培养学生的科学素质。但绝不能把素质异化为知识，灌输给学生。

科学素质教育中很重要的一点，是培养学生的创新精神。关于这个问题，我想借杨振宁先生的话来发挥。下表是杨先生为中、美教育所作的比较：

中美

严格、坚实的训练不规范的训练

谦虚和循规蹈矩自大并充满活力

小心谨慎、缺乏自信勇敢、自信

兴趣集中于相对较窄的领域随心涉足广阔领域、兴趣广泛

被动主动进攻

上表中的词句是褒是贬，和我们中国教育的传统看法恐怕有些出入。事物往往不那么绝对，说褒贬参半也许更为恰当，不过这里包含了中西教育思想上的重大差别。杨先生认为：“中国传统教育提倡按部就班的教学方法，认真的学习态度，这有利于学生打下扎实的基础，但相对来说，缺少创新意识；美国提倡‘渗透式’的教育方法，其特点是学生在学习的时候，对所学的内容往往还不太清楚，然而就在这过程中已经一点一滴地学到了许多东西，这是一种‘体会式’的学习方法，培养出来的学生有较强的独立思考和创造能力。易于很快地进入科学发展的前沿，但不如前者具有扎实的根基。中美两种教育方式各具特色，长短互补，若能将两者的优点和谐地统一起来，在教育方法上无疑是一个突破。”

在我国，有一种普遍的提法:作为一名好教师应当“课堂上解决问题”，把所教的内容都“讲深讲透”，不给学生课后留下疑难，让学生课后提不出问题。所以我国的教师都习惯于把知识组织得井井有条，对课程内容的每个细节作详尽的解说，对学生可能发生的误解一一予以告诫。我粗略地估计，同样的内容，在我国现在课上所用的学时，至少比西方多50～100%。现代物理学中的新事物，怕不能讲透而引起麻烦的，在课堂上宁可只字不提。这就是我国细嚼慢咽的讲授风格，封闭式的教学方法。

著名理论物理学家和物理教育家韦斯科夫(V.F.Weisskopf)说：“科学不是死记硬背的知识、公式、名词。科学是好奇，是不断发现事物和不断询问‘为什么，为什么它是这样的？’科学的目的是发问，问如何和问为什么。它主要是询问的过程，而不是知识的获得（很可惜多数人认为是后者，而且是这样教的)。”所以好的老师不是讲得学生没问题可问，而是启发学生提出深刻的问题。长期以来在我国有种提法，即“培养学生分析问题、解决问题的能力”。我认为这个提法没有说到点子上。“启发学生提出问题的能力”才是科学素质教育的关键。伟大的科学家之所以伟大，往往就在这一条上。有一次记者问玻尔：“您可是那位知道科学中大部分问题答案的人？”玻尔回答说：“啊，不，不过也许我比别人多知道一点问题。”

国际物理教育委员会前主席焦塞姆(L.E.Jossem)说：“最好的老师，是让学生知道他们自己是自己最好的老师。”亦即，老师的责任是教会学生自己去取得知识，老师教的目的是让学生以后不需要老师。

以上是我们教育思想最需要转变的方面。

教好物理学，关键是教思路，教方法，启发学生“勤于思考，悟物穷理”，自觉地努力锻炼自己自学的能力。鼓励勤于思考，就要让学生对新的概念、定义、公式中的符号和公式本身的含义，用自己的语言陈述出来。对于定理的证明、公式的推导，最好在了解了基本思路之后，让学生自己背着书本演算出来。这样学生才能对它们成立的条件、关键的步骤、推演的技巧等有深刻的理解。倡导悟物穷理，就要启发学生多向自己提问：哪些是事实？哪些是推论？推论是怎样得来的？我为什么相信它？

3．2提高学术水平

现在谈中学教师的学术水平问题。

在教学中提高学生的素质，需要老师有较高的素质。提高教学水平的关键是师资的学术水平。学术水平高，教学水平不一定高；但学术水平不高，教学水平最多达到一定程度就饱和了，不可能太高。中学教师的学术水平怎样才算高？至少应该是大学本科毕业。师范还是理科？我们的看法，师范物理系与理科物理系在学术水准上不应有区别。如果说要体现师范性，那就是在基础物理方面对师范生的要求更高。

量子化学基础范文篇4

国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会(1999美国亚特兰大市)通过决议，呼吁社会正视物理学的重要性。对物理学的作用，大会的口号是“探索自然，驱动技术，拯救生命”。决议指出：“物理学——研究物质、能量和它们相互作用的学科——是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，对所有国家都是重要的。”

中等教育阶段，是一个人从少年步入青年的时期，是身心成长趋于成型的时期，是在知识上和能力上为今后的工作和学习打基础、作准备的时期，有着特殊的重要意义。在中学的各门课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用。对于这个问题，我想从20世纪科技发展大的背景谈起。

1、物理学推动了20世纪科学技术的高速发展

20世纪，是科学技术空前高速发展的世纪。在此世纪内，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。这个世纪之初，无论在动力和信息交流方面，人类社会就全面地进入了“电气化时代”。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果。从上个世纪之交放射性的发现，经过近半个世纪原子物理、核物理的研究，40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘，把人类社会带进了“原子时代”。今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源，放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用，已为人所共知。这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她的女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。到了50、60年代，物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程。今天激光技术已广泛应于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业。

20世纪科学技术给人类社会带来的最大的冲击，莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术。号称“信息时代”的到来被誉为“第二次产业革命”。的确，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化，是二三十年前任何有远见的科学家都不可能预见到的。现代计算机的硬件核心是半导体集成电路，PN结是基础。半个多世纪前，巴丁、肖克莱、布赖顿等三位物理学家发明了晶体管，标志着信息时代的诞生。从我们物理学家的眼光看来，这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年。这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴的概念。尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体，这才为晶体管的发明打下基础。

以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的。自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍的速度增长着。在有的人看来，物理学对高技术的贡献属于过去，今天我国发展高技术的关键在于新材料、新工艺。殊不知，微电子加工和分析手段本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背景散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！现在教育界大谈素质教育和培养学生的创新精神，我想，20世纪高科技发展的事实证明，重大的创造来源于新的物理思想，否则只是“小打小闹”，成不了大气候。

2、物理学和其它自然科学的关系

谈了物理学对高技术的推动之后，我们再谈谈物理学和其它自然科学的关系。

物理学和天文学由来已久的血缘关系，是有目共睹的。当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。可是近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科。

物理学和化学从来就是并肩前进的。自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密的理论科学，然而长期以来，包括化学在内的其它自然科学却一直是经验性科学。1998年的诺贝尔化学奖颁给了W.Kohn和J.A.Pople，以表彰他们在量子化学方面所做的开创性贡献。颁奖的公报说，量子化学将化学带入一个新的时代，化学不再是纯实验科学了。化学是研究分子的学科。此前，如果说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上的结合，则量子化学已深入到化学现象的微观机理。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的进展，今后两学科之间的合作将更为兴旺发达。

物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用。物理学构成所有自然科学的理论基础，其中包括生物学在内。物理学和生物学的相互渗透，前途是不可估量的。早在40年代，量子力学的创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命的物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体；这种非周期性晶体的结构，可以有无限可能的排列，不同样式的排列相当于遗传的微型密码；……”他所说的这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中的DNA分子。1953年沃森(J.D.Watson，年青的细菌遗传学博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二战前受过传统物理学训练的人，战后转为生物物理学研究生)共同发现DNA分子的双螺旋结构。核物理学家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙论的创始人)用信息论的方法推测，DNA的遗传密码中，每个“单词”都是用三个“字母”组成的。这些推测相继得到实验证实，20世纪60年代三联密码逐一被破译。薛定谔在《生命是什么？》一书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”。作者还说：“有机体是依赖负熵为生的”。这就是生命的热力学基础。60年代比利时科学家普里高津(I.Prigogine)的耗散结构理论，证实了薛定谔的预言。当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科的研究正方兴未艾。人们说21世纪是生命科学的世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪。

1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型—BlackScholes公式。公式的主要创建人F.S.Black的学历背景如下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964年获该校应用数学系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授。可惜他于1995年去世，未能享受诺贝尔奖的殊荣。当前出身数理的人跻身于经济学界的大有人在。

翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然入目。人们不禁要问：“什么是物理学？”的确，今天再从研究对象来回答这个问题已很困难。我们的看法是，不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题。物理学，是一门理论和实验高度结合的精确科学。物理学中有一套最全面最有效的科学方法。我们说，在对学生的科学素质教育中，物理课有着无可替代的重要作用，根据就在于此。

3、对中学物理教师的要求

我认为，作一名优秀的中学教师，除了良好的师德之外，最重要的是两条：一是先进的教育思想，二是较高的学术水平。

3．1转变教育思想

先谈教育思想。过去比较重视知识传授，现在提倡素质教育，其实两者不应是对立的。学校的功能是传授知识，脱离了科学知识的背景，科学素质教育是空的。在传授知识的同时，应注意培养学生的科学素质。但绝不能把素质异化为知识，灌输给学生。

科学素质教育中很重要的一点，是培养学生的创新精神。关于这个问题，我想借杨振宁先生的话来发挥。下表是杨先生为中、美教育所作的比较：

中美

严格、坚实的训练不规范的训练

谦虚和循规蹈矩自大并充满活力

小心谨慎、缺乏自信勇敢、自信

兴趣集中于相对较窄的领域随心涉足广阔领域、兴趣广泛

被动主动进攻

上表中的词句是褒是贬，和我们中国教育的传统看法恐怕有些出入。事物往往不那么绝对，说褒贬参半也许更为恰当，不过这里包含了中西教育思想上的重大差别。杨先生认为：“中国传统教育提倡按部就班的教学方法，认真的学习态度，这有利于学生打下扎实的基础，但相对来说，缺少创新意识；美国提倡‘渗透式’的教育方法，其特点是学生在学习的时候，对所学的内容往往还不太清楚，然而就在这过程中已经一点一滴地学到了许多东西，这是一种‘体会式’的学习方法，培养出来的学生有较强的独立思考和创造能力。易于很快地进入科学发展的前沿，但不如前者具有扎实的根基。中美两种教育方式各具特色，长短互补，若能将两者的优点和谐地统一起来，在教育方法上无疑是一个突破。”

在我国，有一种普遍的提法:作为一名好教师应当“课堂上解决问题”，把所教的内容都“讲深讲透”，不给学生课后留下疑难，让学生课后提不出问题。所以我国的教师都习惯于把知识组织得井井有条，对课程内容的每个细节作详尽的解说，对学生可能发生的误解一一予以告诫。我粗略地估计，同样的内容，在我国现在课上所用的学时，至少比西方多50～100%。现代物理学中的新事物，怕不能讲透而引起麻烦的，在课堂上宁可只字不提。这就是我国细嚼慢咽的讲授风格，封闭式的教学方法。

著名理论物理学家和物理教育家韦斯科夫(V.F.Weisskopf)说：“科学不是死记硬背的知识、公式、名词。科学是好奇，是不断发现事物和不断询问‘为什么，为什么它是这样的？’科学的目的是发问，问如何和问为什么。它主要是询问的过程，而不是知识的获得（很可惜多数人认为是后者，而且是这样教的)。”所以好的老师不是讲得学生没问题可问，而是启发学生提出深刻的问题。长期以来在我国有种提法，即“培养学生分析问题、解决问题的能力”。我认为这个提法没有说到点子上。“启发学生提出问题的能力”才是科学素质教育的关键。伟大的科学家之所以伟大，往往就在这一条上。有一次记者问玻尔：“您可是那位知道科学中大部分问题答案的人？”玻尔回答说：“啊，不，不过也许我比别人多知道一点问题。”

国际物理教育委员会前主席焦塞姆(L.E.Jossem)说：“最好的老师，是让学生知道他们自己是自己最好的老师。”亦即，老师的责任是教会学生自己去取得知识，老师教的目的是让学生以后不需要老师。

以上是我们教育思想最需要转变的方面。

教好物理学，关键是教思路，教方法，启发学生“勤于思考，悟物穷理”，自觉地努力锻炼自己自学的能力。鼓励勤于思考，就要让学生对新的概念、定义、公式中的符号和公式本身的含义，用自己的语言陈述出来。对于定理的证明、公式的推导，最好在了解了基本思路之后，让学生自己背着书本演算出来。这样学生才能对它们成立的条件、关键的步骤、推演的技巧等有深刻的理解。倡导悟物穷理，就要启发学生多向自己提问：哪些是事实？哪些是推论？推论是怎样得来的？我为什么相信它？

3．2提高学术水平

现在谈中学教师的学术水平问题。

在教学中提高学生的素质，需要老师有较高的素质。提高教学水平的关键是师资的学术水平。学术水平高，教学水平不一定高；但学术水平不高，教学水平最多达到一定程度就饱和了，不可能太高。中学教师的学术水平怎样才算高？至少应该是大学本科毕业。师范还是理科？我们的看法，师范物理系与理科物理系在学术水准上不应有区别。如果说要体现师范性，那就是在基础物理方面对师范生的要求更高。

量子化学基础范文篇5

[关键词]化学化工专业；毕业论文；本科教学；建设与管理；对策研究

1引言

近年来在毕业论文答辩过程中发现，毕业论文存在写作缺少创新，研究深度不够，如有的同学的毕业论文工作量仅相当于完成了一个大学化学实验课程中的一个实验，对实验条件、实验结果没有系统深入的研究，或重复了已有论文的实验条件，创新性不足；有的毕业论文存在知识点错误的问题，比如分光光度法测定的吸光度为负值；有的同学在回答教师提问的时候，化学实验原理、概念不清；有的论文格式、参考文献引文不规范、甚至存在毕业论文等一系列问题。教育部印发《本科毕业论文(设计)抽检办法(试行)》(简称《办法》)，启动了本科毕业论文(设计)抽检试点工作。从2021年1月1日起，每年进行一次本科毕业论文抽检，抽检比例原则上应不低于2%[1]。加强对化学化工专业本科生毕业论文的科学管理，提高高校本科生毕业论文质量，构建本科毕业论文质量保障体系以提升毕业论文质量，是值得探索的重要课题。

2提高毕业论文质量的对策

为了规范毕业论文写作，提高化学化工学院的毕业论文质量，本文提出了以下对策：

2.1政策上保障毕业论文的顺利实施

学校已经制定了《本科生毕业设计(论文)工作管理办法》，从总则、组织与管理、工作环节基本要求、毕业设计选题、毕业设计撰写的基本要求、毕业设计答辩、毕业设计成绩评定、毕业设计检查、毕业设计总结与档案管理、其它等方面进行了详尽的阐述。学院在9月份会开展动员大会对毕业设计(论文)工作的重要意义进行解释，使学生充分认识到毕业论文得重要性；认真学习和贯彻《教育部本科毕业论文(设计)抽检办法(试行)》、《高等学校预防与处理学术不端行为办法》、《学校学位论文作假行为处理办法》，加强对学生学术道德和学术诚信教育，建立良好学术风气。

2.2优化毕业论文指导教师队伍

指导教师的教学经验、科研能力、师德师风直接影响毕业论文的质量。指导教师队伍方面，化学化工学院学院严格按照学校要求，具有硕士以上学历或者中级职称以上教师，具有丰富的教学经验、有意愿指导本科学生论文的教师方能担任毕业论文指导教师。实习基地化学专业相关科研人员可作为第二指导教师，化学化工学院教师作为第一指导教师，共同指导完成毕业论文工作。指导教师要熟悉所指导学生的毕业论文研究内容，每位指导教师所指导本科毕业生人数应控制一定的数量，原则上不超过8名同学。同时要求指导教师要有爱心、耐心和责任心，大四毕业生面临考研、就业，压力较大，要求指导教师不仅督促要完成论文，论文完成过程中存在的问题要及时给予指导，同时要关注所指导学生的身心健康，给予必要的关心和考研就业压力的疏导。对论文抽检过程中发现存在问题的论文或专家意见审定为不合格论文的指导教师，参照学校和国务院毕业论文抽检办法规定要求，对相应指导教师进行谈话的同时，适当减免指导学生论文人数或暂缓指导。

2.3强化毕业论文的教学质量监控

毕业论文选题应该符合人才培养计划，体现化学化工专业的学科特点和人才培养目标要求，能够充分考核学生的化学理论水平和专业知识结构；选题其次要能提高学生的实践能力，锻炼学生运用所学的化学专业知识解决一定的实际问题；最后，选题要和学生的实际科研水平和研究能力相适应，切忌选题过大、过难[2-4]。选题论证报告是学生在大量阅读、归纳化学相关文献的基础上撰写完成的，主要包括选题的目的、意义、研究内容与方法、研究进度安排、指导教师意见、专家论证意见等，明确的论文研究内容，既体现了学生查阅相关文献资料后对选题的理解程度，一定程度上也能反映指导教师前期的指导工作，该环节的严格把控可以为毕业论文下一步工作奠定基础、指明方向。鼓励论文指导教师结合大学生创新创业项目和自己的科研课题相结合为学生的毕业论文选题，进行毕业论文的指导工作。指导的2017级大学生创新创业项目在《光谱学光谱分析》杂志发表“普鲁卡因的表面增强拉曼光谱密度泛函理论研究”论文1篇，指导的黑龙江省大学生创新创业训练项目在《光谱学光谱分析》杂志发表“缬沙坦分子的拉曼光谱的密度泛函理论研究”会议论文1篇。对物理化学实验课程中的电极的制备和电池电动势测定实验装置进行了改进，获得了“一种电池电动势测定的实验装置”实用新型专利一项。中期检查是毕业论文质量监控的重点环节，毕业设计(论文)中期检查表主要包括毕业设计(论文)进展情况、已完成部正在进行的部分、待完成的部分和执行情况的自我评价。由指导老师结合选题论证报告中论文研究进度安排，对学生毕业论文的研究工作及撰写进度进行检查，根据学生论文工作完成过程中存在的相关问题和不足之处提出整改建议，指明下一步研究的方向，中期检查的认真落实，能及时发现学生完成毕业论文过程中存在的问题，若存在论文研究工作进行不下去的情况，也可以及时更换研究内容或者重新拟定研究方案，对学生能否如期完成毕业论文或论文质量密切相关。

2.4严格把关毕业论文答辩

我院成立了由学院院长为组长、教学副院长为副组长，各专业带头人为组员组成学院的本科毕业论文答辩领导小组，化学化工学院各专业系部成立各答辩小组，由系部主任任答辩小组的组长，专业教师任答辩小组成员，各专业制订本专业的答辩规程以及时间、地点安排等，上报给学院本科毕业论文答辩领导小组。毕业论文初稿完成后，在中国知网大学生系统进行查重，论文查重率低于30%方可进行毕业论文答辩。论文的评价指标分为5个方面，选题方面是否符合培养目标要求、是否具有一定的理论意义和或使用价值，能力方面重点考察文献查阅能力、知识的综合运用能力、论文的研究方案是否有特色，可行性怎样等，论文质量方面考察数据是否准确、逻辑性强不强，论文结构是否完整，是否符合本科毕业论文的写作规范，论文的过程材料是否完备，答辩过程中对论文是否熟悉，能否正确回答答辩老师提出的问题等，由答辩小组长给出答辩小组意见。毕业论文成绩的评定。学生毕业论文总成绩为指导教师成绩50%+答辩成绩50%，最后得分由系统转换为五等级制：优秀(≥90分)、良好(80≤分数＜90)、中等(70≤分数＜80)、及格(60≤分数＜70)、不及格(分数＜60)。答辩后，学校将分专业进行毕业论文抽检，抽检比例不低于5%，专家将重点从毕业论文的选题、论文数据是否正确、格式是否规范、专业能力以及学术素养等方面进行考察。学校建设了实验室与实践教学综合服务平台，，毕业论文完成的全过程材料可在该平台上传，加强了毕业论文完成过程的监管，可以提高毕业论文质量。

2.5探索校企联合的毕业论文教学实践工作新模式

对化学化工专业的毕业生来说，毕业论文需要用到实验数据、仪器表征实验结果等。校企联合为化学化工专业实习和毕业论文设计搭建了更加广阔的平台，发挥了企业课题、场地和设备方面的优势，可以实现双方人力、资源的共享，同时也推动着人才培养模式的改革和创新[5-7]。我院目前建设有专业相关的专业实习基地8个，经实习基地教师和毕业论文指导教师同意，可在实习基地结合专业相关的实习内容，开展完成毕业论文研究工作。结合专业实习，近几年学生完成的毕业论文《分光光度法对汽炉水中磷酸盐含量的研究》、《化肥中氮、氯含量的测定》、《一种药物溶出度的紫外分光光度法研究》等都是和专业知识相结合完成的毕业论文工作，所学的知识应用到了实践上，探索校企联合的毕业论文教学实践工作新模式，可以进一步完善本科生教育培养体系，同时提高毕业论文质量。

2.6量子化学软件辅助完成毕业论文

有的同学的毕业论文论文题目是关于xxx分子的合成，合成的产物用红外光谱仪器采集了生成物的红外光谱，但是由于对有机化合物振动光谱的知识了解不够，对一些有机物官能团在红外光谱区出现的波段不熟悉，实验采集获得的光谱不能进行精确的指认分析，因而对产物的红外光谱图分析不够深刻，若结合Gaussian和GaussView等量化软件，就可以模拟合成分子的红外光谱图，并对目标分子的特征振动模式进行详细的归属和分析；静电势对于考察分子间静电相互作用、预测反应位点、预测分子性质等方面有重要意义，通常认为静电势越负的地方对应的原子越容易发生亲电反应，越正的地方越容易发生亲核反应，分子静电势分析就可以通过量化软件计算的结果直观的以图形的形式呈现出来，苄基紫精分子的静电势见图1，分子静电势分析结果表明，苄基紫精分子存在6个极小值点，16个极大值点。将电子激发过程描述为“空穴→电子”，从而可以以图形化的方式非常直观地考察电子从哪离开、到哪去，是局域激发、整体激发、电子转移激发还是杂化特征的激发，采用Multiwfn程序[8]，可以对待测分子进行“空穴”和“电子”分布分析，从而讨论电子跃迁转移的激发类型，苄基紫精分子的电子空穴分布图见图2。按照前线轨道理论，发生化学反应时，在过渡态附近，反应物与进攻试剂之间将发生电子转移，前线电子的电子转移最容易发生，对大多数化学反应，化学反应在一个反应物的最高占据轨道(HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital)和另一个反应物最低空轨道(LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital)的最大重叠方向上发生，重叠越大，成键越牢固，反应活性越大[9-10]。亲核反应物主要以其HOMO轨道参与反应，亲电反应物主要以其LUMO轨道参与反应，自由基主要以其单电子占据轨道(SOMO，SinglyOccupiedMolecularOrbital)参与反应。能隙差为HOMO-LUMO的能量之差反映了电子从占据轨道跃迁到空轨道的能力。苄基紫精分子的前线轨道及能隙差见图3。

3结论

毕业论文是高等学校专业教学计划中的重要组成部分，是人才培养的主要教学环节，是实现本科培养目标、学生本科阶段综合学业成果的具体体现。结合化学化工专业近年答辩过程中存在的问题，本文提出了政策上保障毕业论文的实施、优化毕业论文指导教师队伍、强化毕业论文的教学质量监控、严格把关毕业论文答辩、探索校企联合的毕业论文教学实践工作新模式、量子化学软件辅助完成毕业论文等6个方面，以提高毕业论文质量，构建化学化工专业本科毕业论文质量保障体系，有效提高化学化工专业毕业生的毕业论文质量。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部，本科毕业论文(设计)抽检办法(试行)，教督[2020]5号．

[2]冯爱秋，钟丽．应用型大学本科毕业设计(论文)选题质量调研分析[J]．北京联合大学学报，2021，35(2)：13-18．

[3]钮金芬，姚秉华，杜宝中，等．以过程管理和质量监控保证本科毕业设计论文质量和水平[J]．大学化学，2015，30(4)：16-20．

[4]宾幕容，应用型专业本科毕业论文质量保障体系的构建[J]．科教文汇(上旬刊)，2018，436：24-25，29．

[5]韩雪峰，陈乐培，陈泽民，等．校企合作指导毕业论文新模式的研究与实践[J]．廊坊师范学院学报(自然科学版)，2013：13(1)：96-99．

[6]张良，柳建华，张慧晨．论毕业设计论文与大学生创新训练计划协同关系[J]．实验室科学，2021，24(1)：140-143．

[7]周莉，朱虹，胡慧媛，等．应用化学本科毕业论文校企联合教学的探索与实践[J]．实验室研究与探索，2019，38(4)：193-196．

[8]LuT，ChenFW．Multiwfn：amultifunctionalwavefunctionanalyzer[J]．JComputChem，2012，33：580-592．

[9]刘中立，李笃，王玉琨．前线轨道理论在有机化学中的应用[J]．化学通报，1983(10)：1-7+14．

量子化学基础范文篇6

五大特点是

（1）化学家对物质的认识和研究，从宏观向微观深入。20世纪以来，化学家已用实验打开原子大门，深入地了解原子内部的情况，并且用量子理论探讨原子内的电子排布、能量变化等。就是对复杂的化学反应来说，也可以测量反应机理，了解反应过渡态的情况以及分子、原子间能量的交换。

（2）从定性和半定量化向高度定量化深入。虽然近代化学也曾广泛地使用各种定量化工具，但是还只能说停留在定性和半定量化水平。本世纪60年代后，电子计算机大规模地引进化学领域，用它来计算分子结构已取得巨大的成功。如今任何化学论文如无详尽的定量数据就难以发表，发表了也难取得公认。而且如今化学实验的精密度愈来愈高，几乎所有仪器都是定量化的，有的还用电子计算机来控制。

（3）对物质的研究从静态向动态伸展。近代化学对物质的研究基本上停留在静态的水平或从静态出发，推出一些动态情况。例如，从热力学定律出发，通过状态函数的变化，从始态及终态情况推断反应变化中一些可能情况。现代化学已摆脱这种间接研究推理，而采用直接的方法去了解或描述动态情况，特别是激光技术、同位素技术、微微秒技术、分子束技术在现代化学里的大规模应用。化学家目前已能了解皮秒内微粒运动的情况，反应中化学键的断裂以及能量交换等情况。特别值得一提的是有关动态薛定谔方程的研究，一旦成功它将会为动态研究开辟光辉前景。

（4）由描述向推理或设计深化。近代化学几乎全凭经验，主要通过实验来了解和阐述物质。虽然也有一些理论如溶液理论、结构理论等可以指示研究方向，但总体来说近代化学基本上是描述性的。原来化学中四大学科（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）彼此存在很大独立性。然而现代化学已打破传统的界限，化学不仅自身各学科相互渗透，而且跟物理、生物、数学、医学等学科相互交融和渗透。特别是近年量子化学的发展，已渗透到各学科，使化学摆脱历史传统，可以预先预测和推理，然后用实验来验证或合成。例如，当今许多高难度的合成工作都事先根据理论设计，然后决定合成路线。著名的维生素B12的合成工作就是一个典范，它标志着化学已从描述向设计飞跃。

（5）向研究分子群深入。近代化学对化学的研究通常只停留在一个或几个分子间的作用。即所谓0级、1级、2级、3级反应，对多分子的反应是无能为力的。但是近代化学远远不能满足实际需要了，特别是研究生物体内的化学反应，就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应了。例如，一个活细胞内往往需要几十种酶作催化剂，同时催化许多化学反应。因此研究分子群关系，已成为现代化学的一个特点。

现代化学的发展方向，一是化学向分子设计方向前进。分子设计就是说化学家像建筑师造房子那样设计好再建造。由于电子计算机、各种能谱技术、微微秒技术、激光技术、同位素技术等在化学上的应用，使分子设计逐渐趋向现实。上面说过的著名有机合成大师伍德沃德合成难度极大的维生素B12，就是按他创立的前沿轨道理论出发，计算后设计出最佳合成路线和原料配比，一举成功并传为佳话。目前全世界每年合成几千种抗癌药，大都是先设计好合成路线，而后进入生产的。

量子化学基础范文篇7

一门科学的内涵和定义至少有四个属性：

整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部，它和整体必然有千丝万缕的联系。这是它的第一个属性。

学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河，那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂，可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学，化学是中游科学，生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什，他在1950年得数学博士学位，1951－1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授，后转而研究经济学，把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测经济发展趋势的博弈论，因而获得诺贝尔经济奖。

发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学（参见《自然辩证法》），因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。到了20世纪，人们认为化学是研究分子的科学，因为在这100年中，在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种，增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交，我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。

定义的多维性一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：（1）一维定义或X－定义，X是指研究对象。（2）二维定义或XY－定义。Y是指研究的内容。（3）三维定义或XYZ－定义。Z是指研究方法。（4）四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。（5）多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。

化学的一维定义

21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下十个层次：（1）原子层次，（2）分子片层次，（3）结构单元层次，（4）分子层次，（5）超分子层次，（6）高分子层次，（7）生物分子和活分子层次，（8）纳米分子和纳米聚集体层次，（9）原子和分子的宏观聚集体层次，（10）复杂分子体系及其组装体的层次。

化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。

化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”：为了社会而关心环保；为了职工而关心安全、健康和福利；为了顾客而关心质量、声誉和商标；为了发展而关心创新；为了股东而关心效益。

化学的多维定义———21世纪化学研究的五大趋势

1、更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交，中国和世界各国政府都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合：1数理科学，2生命科学，3材料科学，4能源科学，5地球和生态环境科学，6信息科学，7纳米科学技术，8工程技术科学，9系统科学，10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。

2、理论和实验更加密切结合

1998年，诺贝尔化学奖授予W．Kohn和J．A．Plple。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。

3、在研究方法和手段上，更加重视尺度效应

20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度，并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。

4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。

5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视。分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。

量子化学基础范文篇8

整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部，它和整体必然有千丝万缕的联系。这是它的第一个属性。

学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河，那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂，可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学，化学是中游科学，生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什，他在1950年得数学博士学位，1951－1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授，后转而研究经济学，把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测经济发展趋势的博弈论，因而获得诺贝尔经济奖。

发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学（参见《自然辩证法》），因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。到了20世纪，人们认为化学是研究分子的科学，因为在这100年中，在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种，增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交，我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。

定义的多维性一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：（1）一维定义或X－定义，X是指研究对象。（2）二维定义或XY－定义。Y是指研究的内容。（3）三维定义或XYZ－定义。Z是指研究方法。（4）四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。（5）多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。

化学的一维定义

21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下十个层次：（1）原子层次，（2）分子片层次，（3）结构单元层次，（4）分子层次，（5）超分子层次，（6）高分子层次，（7）生物分子和活分子层次，（8）纳米分子和纳米聚集体层次，（9）原子和分子的宏观聚集体层次，（10）复杂分子体系及其组装体的层次。

化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。

化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”：为了社会而关心环保；为了职工而关心安全、健康和福利；为了顾客而关心质量、声誉和商标；为了发展而关心创新；为了股东而关心效益。

化学的多维定义———21世纪化学研究的五大趋势

1、更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交，中国和世界各国政府都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合：1数理科学，2生命科学，3材料科学，4能源科学，5地球和生态环境科学，6信息科学，7纳米科学技术，8工程技术科学，9系统科学，10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。

2、理论和实验更加密切结合

1998年，诺贝尔化学奖授予W．Kohn和J．A．Plple。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。

3、在研究方法和手段上，更加重视尺度效应

20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度，并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。

4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。

5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视。分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。

量子化学基础范文篇9

五大特点是

（1）化学家对物质的认识和研究，从宏观向微观深入。20世纪以来，化学家已用实验打开原子大门，深入地了解原子内部的情况，并且用量子理论探讨原子内的电子排布、能量变化等。就是对复杂的化学反应来说，也可以测量反应机理，了解反应过渡态的情况以及分子、原子间能量的交换。

（2）从定性和半定量化向高度定量化深入。虽然近代化学也曾广泛地使用各种定量化工具，但是还只能说停留在定性和半定量化水平。本世纪60年代后，电子计算机大规模地引进化学领域，用它来计算分子结构已取得巨大的成功。如今任何化学论文如无详尽的定量数据就难以发表，发表了也难取得公认。而且如今化学实验的精密度愈来愈高，几乎所有仪器都是定量化的，有的还用电子计算机来控制。

（3）对物质的研究从静态向动态伸展。近代化学对物质的研究基本上停留在静态的水平或从静态出发，推出一些动态情况。例如，从热力学定律出发，通过状态函数的变化，从始态及终态情况推断反应变化中一些可能情况。现代化学已摆脱这种间接研究推理，而采用直接的方法去了解或描述动态情况，特别是激光技术、同位素技术、微微秒技术、分子束技术在现代化学里的大规模应用。化学家目前已能了解皮秒内微粒运动的情况，反应中化学键的断裂以及能量交换等情况。特别值得一提的是有关动态薛定谔方程的研究，一旦成功它将会为动态研究开辟光辉前景。

（4）由描述向推理或设计深化。近代化学几乎全凭经验，主要通过实验来了解和阐述物质。虽然也有一些理论如溶液理论、结构理论等可以指示研究方向，但总体来说近代化学基本上是描述性的。原来化学中四大学科（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学）彼此存在很大独立性。然而现代化学已打破传统的界限，化学不仅自身各学科相互渗透，而且跟物理、生物、数学、医学等学科相互交融和渗透。特别是近年量子化学的发展，已渗透到各学科，使化学摆脱历史传统，可以预先预测和推理，然后用实验来验证或合成。例如，当今许多高难度的合成工作都事先根据理论设计，然后决定合成路线。著名的维生素B12的合成工作就是一个典范，它标志着化学已从描述向设计飞跃。

（5）向研究分子群深入。近代化学对化学的研究通常只停留在一个或几个分子间的作用。即所谓0级、1级、2级、3级反应，对多分子的反应是无能为力的。但是近代化学远远不能满足实际需要了，特别是研究生物体内的化学反应，就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应了。例如，一个活细胞内往往需要几十种酶作催化剂，同时催化许多化学反应。因此研究分子群关系，已成为现代化学的一个特点。

现代化学的发展方向，一是化学向分子设计方向前进。分子设计就是说化学家像建筑师造房子那样设计好再建造。由于电子计算机、各种能谱技术、微微秒技术、激光技术、同位素技术等在化学上的应用，使分子设计逐渐趋向现实。上面说过的著名有机合成大师伍德沃德合成难度极大的维生素B12，就是按他创立的前沿轨道理论出发，计算后设计出最佳合成路线和原料配比，一举成功并传为佳话。目前全世界每年合成几千种抗癌药，大都是先设计好合成路线，而后进入生产的。

量子化学基础范文篇10

结构化学的加速发展使得其对计算机技术的需求越来越迫切，主要表现在三个方面：“1）化学计算的难度越来越高，许多结构化学和物理化学中的问题离开了计算机便不能获得圆满解决；2）化工设备和工艺对自动化的要求越来越高，而且对许多化工过程，人工进行控制已经相当困难，需要高可靠性的控制系统；3）化学和化工实验研究的高费用和高风险性质也驱使人们探讨利用计算机模拟技术部分代替实际的化学和化工实验，以降低研究成本和减少风险。”因此，随着各类计算和模拟软件的开发，计算机越来越多地应用到结构化学的研究和教学中。就教学而言，首先应该使学生明白计算机技术在结构化学中的重要地位，其次掌握相关软件进行实际操作。学生需要学习并掌握以下几个方面的技术。

1.用计算机进行结构化学计算结构化学的研究涉及到原子和分子的结构关系及性能之间的关系，而作为微观粒子的电子、原子、分子等实物粒子具有波粒二象性，这样就涉及到实物粒子的波长、质量等计算。要完成复杂的计算需要借助计算机。用计算机进行结构化学计算需要借助专业软件。目前已经有很多功能强大的软件应用于结构化学的计算。主要有：

（1）Hyperchem。美国Hypercube公司出版的分子模拟软件，可以进行量子化学、分子动力学、分子结构等方面的计算。该软件的主要计算类型有单点能、几何优化、计算振动频率得到简正模式、过渡态寻找、分子动力学模拟、Langevin动力学模拟、MetropolisMonteCarlo模拟。支持的计算方法有：从头计算、半经验方法、分子力学、混合计算。可以用来研究的分子特性有：同位素的相对稳定性、生成热、活化能、原子电荷、HOMO-LUMO能量间隔、电离势、电子亲和力等。这款软件的优点是高质量、高灵活性和容易操作，是结构化学必学的一款软件。

（2）Gaussian。这是一款功能强大的综合性的量子化学软件，其最广泛的用途是做半经验计算和从头计算。其可执行程序可在不同型号的大型计算机、超级计算机、工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。它的功能有：过渡态能量和结构计算、键和反应能量计算、原子电荷和电势计算、振动频率计算等等，还可以预测周期体系的能量、结构和分子轨道。因此，Gaussian是应用研究领域广泛的强大工具。

（3）AccuModel。这是一款准确简单的分子力学计算软件，其功能有：能够建立并演示准确的分子结构模型；提供计算结构参数和热力学参数的手段；基于优化计算对分子模型能够进行几何和构象处理；利用能量计算方法对分子进行构象分析等。计算在结构化学学科中有相当重要的意义，只有严密而准确的计算才能得出分子、原子等实体粒子的结构和功能之间的关系。在信息量大、处理困难、单靠人脑无法准确计算的今天，用计算机进行计算是不二选择。而各种计算软件的学习则是学习结构化学的基础所在，因此课堂上的学习和课下的掌握都相当重要。

2.用计算机进行结构化学过程模拟由于结构化学实验和研究的费用和风险越来越高，大规模地进行实验有时候反而得不偿失。采用计算机模拟的方法则可以减少实验费用、降低实验风险、并扩大研究的范围，从而提高研究速度和效率，以最小的成本达到最好的效果。计算机的结构化学过程模拟主要包括两个方面：仿真模拟和数值模拟。数值模拟在科学领域中更为重要。这两种过程模拟可以更好地研究结构化学的反应机理、模拟过程、并推测结果，从而获得反应参数以指导科学研究。

用计算机进行结构化学过程模拟最常用的软件ChemicalKineticsSimulator0（以下简称CKS0）是少量的、比较出色的化学动力学商业软件之一。它的主要功能有：可以在产物并不清楚的条件下使用，反应物和产物可以用代码表示；处理范围宽泛，浓度和速率数值范围可达8个数量级；除了能够处理常规均相反应之外，还可以处理诸如界面吸附、膜形成、物质交换等化学和物理过程中的动力学问题；软件的使用需要事先了解必要的反应机理、速率常数、反应条件、相关热力学常数、物质的物理状态、等信息；模拟结果以关系曲线图和数据表格形式给出。“CKS0的操作主要包括建立化学反应文件、输入化学反应机理、输入反应条件、输入模拟条件、模拟运行和显示输出模拟结果6个步骤。”CKS0以其强大的功能用于各种化学反应的模拟，如甲基丙烯酸甲酯的聚合反应模拟、五氧化二氮的热分解反应模拟、固体表面吸附过程模拟、膜形成过程模拟等。这些软件在教学过程中产生的效果是显著的，它们使得教学过程有趣、丰富、生动、活泼，一对一的教学模式使得学生学习更加主动。学生不再为复杂的计算过程而一遍一遍地伤透脑筋，也更加直观地认识到分子、原子的结构。

二、计算机技术的应用效果评价

计算机应用到结构化学的教学中有多种形式，如：计算机多媒体教学、计算机交互链接式教学、计算机题库教学等。这里重点评价计算机软件教学。与国外某些发达国家相比，我国的软件教育相对落后，软件的出版和供应相对较少，且优秀的软件都来自国外，要想教学生使用，老师首先要有丰富的使用经验和较好的外语修养。

1.计算机技术教学的效果虽然有这些困难，我国计算机技术的教学效果是值得肯定的。首先，从教材上来讲，我们已经拥有大量的软件教学课件，这些课件来自于我国化学教师与计算机工程师的共同努力。他们编写了很多教材，如《计算机在化学化工中的应用技术》等，还有大量的课件应用于课堂之上，甚至通过国际互联网获得国外的教学课件，极大地丰富和完善了我国软件教学的教材。其次，从技术资源上来讲，刚开始时使用的由国外大学或中学开发的自由软件已经不能满足结构化学快速发展的需要，我国目前使用较多的是大型商业软件，这些软件由专业公司开发，软件的性能和质量能够保障。

2.计算机技术教学的不足尽管取得了很多成果，我国的计算机技术教学还是存在很多不足。

（1）硬件的缺乏。虽然教材资源丰富，但是硬件系统跟不上也会影响教学效果，如电脑的操作系统跟不上时展。计算机技术日新月异，更新换代很快，如果不能积极地引入新型计算机会浪费掉很多优秀的教师和教材资源。

（2）应试教育的副作用明显。多年的应试教育训练使得当代大学生习惯了考试才会努力，如果一门学科不是以考试为目的的学习，则缺乏学习兴趣，导致授课效果不理想。

（3）教师的教育观念偏差。目前我国大多数高校普遍存在的一个问题是教师上课积极性差，对待学生的态度不够严格，导致很多学生上课不认真、下课不复习、操作时间短，无法掌握软件的使用要领。