量子化学的发展精选(九篇)

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第1篇：量子化学的发展范文

关键词： 结构化学教学 量子化学软件 应用

结构化学是一门从微观角度研究原子、分子和晶体的结构及其结构与性能之间关系的科学。这门课程以严谨的数学逻辑推导为基础，建立比较抽象的理论概念，需要学生具备扎实的高等数学基础，特别是量子力学中许多新概念、新方法和新原理，使得学生普遍感到艰涩难懂，缺乏学习的积极性。要提高学生的学习兴趣，培养学生的量子化学思维，使其能够运用结构化学理论知识解释化学事实、阐明分子结构及揭示化学的内在规律，仅用传统的教学方式很难达到目的。在此介绍比较新颖的量子化学软件Gaussian和GaussView，将其应用于结构化学教学过程中，可使枯燥乏味的理论学习变得生动形象，大大提高教学质量，取得良好的教学效果。

一、软件介绍

Gaussian是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包。它最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰・波普在上世纪60年代末、70年代初主导开发的。Gaussian最早的版本是Gaussian 70，现在常用的是Gaussian 03，最新版本为Gaussian 09。该程序可在不同型号的大型计算机、超级计算机及工作站上运行，是当今理论计算化学科研工作的基本工具之一。

Gaussian程序是由许多程序相连接的体系，用于执行各种半经验和从头算分子轨道计算。Gaussian 03 可用来预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括：分子的能量和结构、过渡态的能量和结构、分子体系的振动频率、NMR、IR和拉曼光谱及热化学性质、分子轨道、原子电荷、多极矩、电子亲和能、离子化势，等等［1］。

GaussView是与Gaussian配套的辅助图形软件，可用于绘图、文本和结构编辑；显示结构（从计算输出文件中读取优化的结构）、振动模式和化合物的分子轨道；查询键长、键角、二面角和耦合因子等。

二、计算并显示分子轨道

分子轨道理论是结构化学教学的重点内容之一。由于“分子轨道”中的轨道不同于经典物理中的轨道，指的是分子中的单电子波函数φi，即分子中每个电子都是在由各个原子核和其余电子组成的平均势场中运动，那么第i个电子的运动状态用波函数φi描述，该波函数又称为分子轨道［2］。关于分子轨道的概念理解需要学生具有较好的抽象思维能力，在结构化学教学中是重点和难点。在讲述这部分内容时，可用Gaussian软件计算相关双原子分子的分子轨道，并用GaussView演示分子轨道的分布特点、电子填充情况等，帮助学生很好地理解分子轨道的概念。

下面以N2为例进行介绍。首先，用GaussView软件搭建分子模型、编辑输入文件，然后用Gaussian 03程序优化分子，就可得到各分子轨道能级。Gaussian 03优化结果文件中会具体给出N2的各分子轨道能级大小及其对称性。用GaussView软件可显示优化分子的分子轨道形状，见图1。

在“分子轨道的对称性和反应机理”一节中，涉及前线分子轨道理论、LUMO、HOMO等概念，以及离域π键和共轭效应，均可用Gaussian 03和GaussView软件计算并显示分子轨道形状，辅助教学。通过借助这些量子化学软件来描述分子轨道，使得过于抽象、艰涩难懂的理论、概念变得生动形象，直观易懂，易被学生接受，方便教学。

三、显示分子的振动模式

分子光谱是测定和鉴别分子结构的重要实验手段，也是分子轨道理论发展的实验基础。分子光谱和分子的内部运动密切相关。如红外光谱来源于分子中原子的振动，不同化学键或基团具有不同的振动模式，对应有不同的特征振动频率。在讲述这一部分内容时，如用GaussView给学生以动画形式展示每一种振动，可大大提高课堂趣味性。

下面以HO为例，首先用GaussView搭建水分子的分子模型并编辑输入文件，然后用Gaussian 03软件进行优化和频率计算，最后用GaussView打开结果文件。打开GaussView中Results下拉菜单下的Vibrations，得到图2所示的窗口，可以看到3个振动模式。点击图2显示的Display Vibratons文本框中的#1行，可以看到图2（1）所示的弯曲振动；点击#2行，可看到图2（2）所示的2个氢原子的对称伸缩振动；点击#3行，可看到图2（3）所示的2个氢原子的不对称伸缩振动。每一种振动的振动频率均可从图2显示的Display Vibratons文本框中读出。点击Display Vibratons文本框中的start按钮，可显示所选振动模式的振动动画，点击stop，可停止该振动。点击spectrum按钮，可以生成水分子的红外光谱图。在课堂上，这样的动画演示可使枯燥乏味的知识变得生动活泼，大大增强结构化学的趣味性。

四、结语

Gaussian 03和GaussView等量子化学软件在结构化学教学中的应用远不止以上几种，还可以建立和显示三维分子结构模型、获得分子化学反应的性质，等等。总之，常用量子化学软件可提供许多具体的量子化学计算结果，帮助阐述结构化学中抽象的概念、理论，让学生用分子模拟的方法，通过具体的实践领悟微观世界的运动规律、建立抽象的量子化学思维，提高学习结构化学的积极性。

参考文献：

［1］Gaussian 03中文用户参考手册.

第2篇：量子化学的发展范文

一努力培养学生学习兴趣，激发学生学习热情

结构化学课程内容较为抽象、不易理解，因此学生普遍对该课程的学习兴趣不高。为了尽可能克服这种现象，课堂教学中我们尝试通过各种途径培养学生的学习兴趣，激发他们的学习热情，以切实提高课堂教学效果。

1介绍量子理论诞生的历史，让学生了解结构化学知识的重要性[5-6]

结构化学有着漫长的发展史，其发展历程的每一阶段几乎都有一些传奇的故事和有获得诺贝尔奖的成就作为支撑。因此，课堂教学过程中适当地向学生介绍量子理论诞生及被人们所接受过程的传奇故事，会使学生深刻认识到相关知识的重要性，提高其学习兴趣。同时，向学生介绍这些知识得出的背景和过程，前人分析问题、解决问题的思路和方法，激发并保持学生的兴奋思维，让学生从前人的成功中学会理论联系实际，学会观察、思考以及分析和归纳的能力，从而对结构化学的学习产生浓厚的兴趣，变被动学习为主动学习。

2将理论与实际应用有机结合，让学生了解结构化学知识的广泛应用[7]

教师在授课过程中可针对不同专业的学生，加强授课内容与学生毕业后工作及后续学习的联系。针对师范院校化学专业的学生而言，现行中学化学教材中有许多问题，都可以用结构化学的原理、概念来加以解释。其中，元素周期律、原子结构、原子、离子核外电子的运动状态的描述，核外电子排布的规律等都可以运用结构化学中原子结构的原理进行深入的理解和解释。简单分子的成键情况、分子的空间几何构型判断、分子的性质与结构的关系等则可运用结构化学中分子结构的知识进行深入的解释。C60分子筛等晶体的结构，应用结构化学中晶体结构的知识也都可以得到解释和说明。这些都说明结构化学与中学化学是紧密相关、相互渗透的。教师可在结构化学教学中充分联系中学化学教学的实际，调动学生学习结构化学的积极性和兴趣，提高他们应用结构化学知识解决中学化学教学实际问题的能力，激发学生对结构化学的学习兴趣。

3将学科前沿的研究动态和热点融入课程教学，让学生了解结构化学的最新发展动态和取得的成果[8]

教学中，我们会根据学科进展，适时更新一些前沿内容，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。现代科学技术的日新月异，加快了科学知识的积累和科学概念的更新，所以基础课教学内容也需不断的更新和发展。教学中不但要“少而精”，还要“少而新”，不但要“常教常精”，还要“常教常新”，这就要求教师及时了解发展动态，不断补充新知识。选择新分子、新材料、新理论充实和更新教材内容，如简介球烯化合物、纳米材料、高温超导体、扫描隧道显微镜，展示晶体材料在现代科技中的重要应用，向学生作“结构化学的发展与动向”、“新型材料及应用前景”等专题介绍，使学生了解结构化学的新进展。实践证明，通过课堂知识与当前科研的前沿和实际相结合的讲授方式，使学生在学到基础知识的同时，又能了解所学知识与科研实践的联系，使学生觉得学有所用，激发了他们的学习兴趣和从事科研工作的热情。

二充分利用计算机与网络，督促学生做好课前预习和课后复习

为了让学生能带着问题有针对性地学习，我们要求学生利用网络教学平台进行课前预习和课后复习。我们利用学校网络教学平台把结构化学教学课件、教学大纲、练习题及解答、结构化学资源和实验讲义等各种信息上传到结构化学教学网页上，让学生充分了解课程安排、课程要求等课程信息，有意识地给学生留一些与上课内容有关的问题或知识点，鼓励学生应用网络去主动获取知识，形成自己的认识和体会，提前做到有效预习，这增加了学生自主学习的时间和空间。课后还要求进行知识的复习巩固，遇到疑难问题，还可在网络上进行在线答疑，极大地提高了学生的学习自主性。这为课堂教学质量的提高提供了有效的保证。

三改革传统教学模式，引导学生积极参与课堂教学，创设民主、开放的课堂环境和氛围[7]

传统的教学模式中，课堂教学以教师为中心，知识传播靠教师灌输的特征十分明显。长此以往，造成课堂气氛沉闷、压抑，学生思想不易集中。为确立学生在教学中的主体地位，我们本着以学生为本的思想，创设民主、开放的课堂环境和氛围，把学习的主动权还给学生，引导学生适当参与课堂教学，教学互动、教学相长。在整个教学过程中，我们以积极的心态和情绪，丰富形象的语言，因势利导，不断启迪，使学生思维活跃、积极响应，课堂教学始终充满活力。学生也通过愉快的交流达到掌握知识的目的。

四采用框架结构教学法，强化重难点，弱化复杂数学公式的推演[8]

每门学科都有自己的知识框架，它是学科的精髓。教师在课堂上的讲授不能只见树木，不见森林。如果拘泥于细节讲得太多太细，在有限的时间内很难完成规定的教学任务，也不利于激发学生的求知欲。我们在课堂讲授中，着重阐述分析知识结构框架及知识点之间的联系、关键内容及重要结论等，中间的演算、一般性的论述和遗留问题可以由学生课后通过网络教学平台自己解决，实在无法回避的数学公式，力争用简化的模型来描述，使其易于理解、掌握。我们进入课堂就向学生直接交底，这次课打算解决什么问题，问题是怎样提出的；打算采用哪些方法、沿什么思路解决这些问题，问题解决后又如何具体应用。在引导学生理清思路后再选择重点或难点等关键内容进行重点讲授，达到举一反三的目的。将那些属于拓展提高、疑难问题辨析讨论、进一步应用细节等内容调整为给学生提问题，引导学生通过思考、查阅资料的方式来完成。这样的教学过程不仅使学生接受知识，而且对教师分析问题和解决问题的思路和方法产生兴趣，得到有效启迪，自然也就获得了探索知识的主动权，最终转化为创新能力和课堂效率。

五适当运用多媒体技术和量子化学计算软件辅助教学[8-10]

传统的以“教师+黑板+粉笔”的教学模式有时学生感到枯燥无味，且难以理解原理与结构之间的内在联系，因此，在结构化学教学中我们利用Flash、3D MAX、ChemOfice、PPT等软件制作了分子结构图、动态图片和三维立体变化模型，模拟原子、分子等的结构和变化机理，使抽象的三维空间变得直观化，以生动、形象、清晰的画面向学生展示出分子结构模型等，通过幻灯片放映还可以使学生在最短的时间获得大量知识，提高教学效率。借助于计算机技术，学生将能“走进”原子、分子和晶体内部，探索微观世界的奥妙，从而显著改进教学效果，这也是结构化学多媒体教学的魅力。多媒体教学广泛采用分子软件制作立体感强、可实时操作的动态模型，解决实物模型种类有限、数量不足的困难，为学生提供动手机会；尤其是把Gaussian03程序[11]精确的计算能力与Gaussview的显示能力运用于课堂教学，让学生直观形象地了解物质的微观结构和化学问题处理方法，从而加深对教材内容的理解，为学生进行探究式学习提供一种有用的工具。原子轨道、分子轨道、电子云等图形采用量子化学程序计算绘制，不仅使抽象概念具体化，而且将结构化学中丰富多彩的结构美、形态美、理论美，用多媒体功能表现出来，使化学教学同时成为美感教育过程，活跃气氛，提高学习兴趣，纠正对化学的片面认识，使学生更加热爱化学，从而提倡科学与人文、艺术的结合，以利素质教育，最终改进课堂教学效果。

总之，我们在结构化学的课堂教学中努力培养学生学习兴趣，激发学生学习热情，尽可能做到化繁入简、化简于无形，合理运用现代化教学手段和量子化学计算软件的强大功能，使学生忘却其难，感受其美，喜欢结构化学，从而学好结构化学。

参考文献

[1]潘道皑，赵成大，郑载兴，等.物质结构(第2版) [M] .北京:高等教育出版社，1989.

[2]麦松威，周公度，李伟基.高等无机结构化学[M].北京:北京大学出版社，2001.

[3]周公度，段连运.结构化学基础(第4版) [M].北京:北京大学出版社，2008.

[4]王军.结构化学[M].北京：科学出版社，2008.

[5]王东田，张钱丽，钱惠.培养学生结构化学学习兴趣的实践研究[J].江苏教育学院学报(自然科学)，2011，27(1): 49-50.

[6]宋美荣.培养学习兴趣是结构化学教学的关键[J].科技信息，2011(9):108.

[7]李桂花.提高结构化学课堂教学效果的实践与思考[J].廊坊师范学院学报(自然科学版)，2010，10(1)：111-115.

[8]许莹.材料专业研究生结构化学课程的教学改革与实践[J].河北理工大学学报(社会科学版)，2011，11(3): 97-99.

[9]魏荣敏.提高结构化学教学效果的探索与实践[J].广西轻工业，2011(5):136-137.

第3篇：量子化学的发展范文

    1引导兴趣的倾向性兴趣的倾向性是指兴趣所指向的具体内容和对象。在化学竞赛辅导中要激发学生的学习兴趣,必须注意给学生提供兴趣的需要基础,让学生不仅对化学或涉及化学的知识感到好奇,而且要让学生感觉到学习这种知识是社会实践的需要[2]。因此,在化学竞赛辅导中要精心设计问题,并利用化学的特点———实验来营造学习气氛。

    1.1注重思考性恰到好处地创设“认识冲突”情境,使学生产生强烈的求知欲。如在学习磷元素知识时可提出这样一个问题:“‘鬼火’的科学解释是什么?”学生七嘴八舌地讨论开,课堂气氛一下就活跃起来,若再从中点拨,不久结论就出来了。“鬼火”其实就是“磷火”,磷是生命元素,动物的骨骼和牙齿都含有磷元素,尸体腐烂发生复杂的物理、化学和生物变化,释放出少量的PH3气体。PH3在空气中能够自燃,出现暗淡的蓝绿色火焰,微风吹到哪里,它就飘到哪里燃烧。在PH3生成的同时,往往还有P2H4生成,P2H4比PH3更活泼,是更具自燃性的气体。相关反应的化学方程式为:P4+3KOH+3H2OΔ3KH2PO2+PH32PH3+4O2P2O5+3H2O3P4+8KOH+8H2OΔ8KH2PO2+2P2H42P2H4+7O22P2O5+4H2O这样一来,有关磷的性质和相关化学方程式,学生就会乐意去记并记牢。又如,学习铁的化合物知识时,可以请同学思考这个问题:“为什么烧砖时不喷水生成的是红砖,而喷水则生成青砖?”这个问题与生活中所遇到的事物有关,学生很感兴趣。烧砖用的是粘土,粘土的主要成分是含水硅酸铝(xAl2O3?ySiO2?nH2O),此外还含有一些杂质,如铁质矿物,常以褐铁矿[主要成分为Fe2O3?2Fe(OH)3]、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)或赤铁矿(主要成分为Fe2O3)形式存在。砖坯在高温窑中煅烧,当有充足的氧气存在时,则所有的含铁化合物转化为Fe2O3。根据铁含量的多少,将显现浅红色至深红色。如果砖坯烧到一定程度时,从窑顶向下喷适量的水,则产生大量的水蒸气与灼烧的焦炭反应,生成CO和H2。CO和H2能够把Fe2O3还原成Fe3O4甚至FeO,因此砖显青灰色。

    1.2体现直观性在教室的地面洒上十几颗干燥的三碘化氮小颗粒,当学生进入教室时,干燥的三碘化氮被人踩着,发出“噗噗”的响声,使他们感到仿佛进入了一个神秘的地雷阵。由于没有思想准备,学生往往会吓一跳,但同时也觉得十分有趣,脑子里自然产生许多为什么。这时给学生时间讨论,引导学生观察爆炸物的颜色(黑色)、爆炸时的现象(紫色蒸气)、闻到的气味(刺激性气味),最后告诉学生:浓氨水与碘片反应时,可生成一种黑色不溶于水的固体(NI3?NH3)———三碘化氮与氨的加合物。有关制备的化学方程式为5NH3+3I2=NI3?NH3+3NH4INI3?NH3在暗处和用氨润湿时是稳定的,干燥时受到压力会按下列反应爆炸性分解:2NI3?NH3=N2+3I2+2NH3此时可趁势从中引出碘三离子(I3-)、叠氮酸离子(N3-)、氢叠氮酸(HN3)的结构,并与学生交流。借着学生兴趣浓厚,进一步介绍化学上“C3H3”的含义(Clearhead清晰的头脑,Cleverhands灵巧的双手,Cleanhabit洁净的习惯)。正如陶行知认为的那样“学与乐不可分”,整个教学过程不仅使学生处于主动活跃之中,而且给后续课程的学习打下良好的基础,可取得令人满意的效果。

    1.3强调实验性化学实验具有独特的激发学生兴趣的属性。如果把实验处理成照方抓药的验证性实验来教学,启发性、探索性不强,会抑制学生学习的兴趣。在化学竞赛辅导中,可创造条件让学生自己动手做一些家庭小实验和设计实验,这是让学生动手动脑、培养多方面能力的过程,常常会产生别有洞天的实验现象和心理感觉,学生兴趣盎然。例如,在学习“卤族元素”内容时,可建议学生用毛笔沾米汤在白纸上写字,字迹干后便不见痕迹,此时若涂上碘酒就立即显出深蓝色的字,这便验证了碘单质遇淀粉显蓝色的事实。另外,在学习“原电池”这一节后,要求学生自行设计一个原电池,结果学生制作出了“土豆电池”、“番茄电池”等。教师可以利用周末时间和学生一起做“废电池再生”的实验,具体做法如下:取2节废电池用电珠试验证明电池己废旧无用,然后用铁钉在废电池上部凿几个小孔,深度为电池高度的3/4左右,用滴管(也可用废弃的塑料眼药水瓶)吸取盐酸,将滴管尖端小孔内,然后慢慢将盐酸加入,最后将点着的蜡烛斜持,滴上蜡烛油封口。再用小电珠试验,电珠重新发光。实验设计给学生创造了一个良好的学习氛围和最佳的学习心境,大大地激发了学生的学习兴趣。即使是“失败实验”,帮助学生分析实验失败的原因再实验,也是一个深刻的实事求是精神的锻炼机会。经过“失败———成功”的多次反复,对学生的震撼力深刻、持久。在这一过程中,学生获得了化学知识,培养了能力,促进了身心发展,培养了良好的意志品质和实事求是、勇于探索的精神。

    2维持兴趣的稳定性

    兴趣的稳定性,也称兴趣的持久性,是指兴趣的稳定程度和持续性。兴趣的稳定性对一个人的学习、工作很重要。不稳定的兴趣,不仅会影响知识的深入掌握,而且会导致浮夸、不踏实、惧怕困难等性格的形成。只有稳定而持久的兴趣,才能促使学生系统地学习某一门知识,把某一项工作坚持到底,并取得成就。培养学生的学习兴趣,稳定性是关键的一环。在激起学生的学习兴趣后,为帮助学生顺利克服在学习中遇到的困难,并在克服困难的过程中使兴趣得到进一步的发展,逐渐形成稳定的兴趣,应当注意学生意识倾向的正确引导[2]。在化学竞赛辅导中,可应用我国化学史上的重大发明成果和我国近代化学工业的巨大发展以及与国外化学工业发展水平的差距来激发学生的民族自尊心和自信心,激发学生的爱国主义热情和责任感,将他们的好奇心转化为树立奋斗目标的个性心理,巩固学生兴趣的持久性。例如,在学习“碳酸盐”内容时,首先强调碳酸钠在化学工业上的突出重要性,简单介绍国外发明的氨碱法(索尔维法),然后话题一转,重点介绍我国化学家侯德榜发明的联合制碱法(侯氏制碱法)。强调侯氏制碱法保留了氨碱法的优点,在资源的利用上比氨碱法优越,是制碱工业的重大突破,有极其重要的经济意义。指出侯氏制碱法是我国化学家在纯碱工业上做出的重大贡献,这一发明在国际上引起很大反响,侯德榜也因此获得英国化学工程学会和美国机械学会荣誉会员的称号。这样的扩展讲解能激发学生的自豪感。又如,在学习有机化学时,可以让学生先找出用中国人命名的有机化学反应———“黄鸣龙还原法”,然后告诉学生这个方法是我国化学家对凯西纳-华尔夫还原法的重大改良,已为国际广泛应用,写入各国有机化学教科书中,是我国化学家对有机化学做出的卓越贡献。通过这样的引导,学生的学习动力增加,学习的目的更加明确。

    3拓展兴趣的广阔性

    尔用经典力学的离心力等于向心力的基本原理,结合普朗克的量子论,并赋予角动量以量子化条件来描述微观粒子———氢原子的核外电子运动状态,从而计算出电子的运动速度、轨道半径以及量子化的能量公式,很好地解释氢光谱的实验现象。同时也指出玻尔理论有局限性(虽然引进了普朗克的量子论,但还是应用经典力学来计算电子的运动速度、轨道半径,没有反映微观粒子运动的本质规律,如测不准原理),势必被后来发展起来的量子力学和量子化学所取代。在学习“氢键”时,指出具有方向性和饱和性的氢键是构建蛋白质高级结构(蜷曲、折叠等)的重要因素之一,对生物高分子的高级结构有重要意义;在学习“离子晶体的堆积-填隙模型”时,指出这个模型把正负离子看成是具有一定半径的刚性球,运用数学的空间几何知识推导出堆积球和填隙球的几何制约关系,由此计算离子的空间利用率。这样有助于学生真正理解各学科之间的相互渗透和必然联系。通过对一些科学家(例如:拉瓦锡、玻尔、黄子卿、邢其毅等)的事迹介绍,使学生清楚兴趣广阔的重要性,使学生知道这些科学家正因为兴趣广泛、博览群书,善于从不同角度观察、思考问题,紧密联系自己的中心兴趣,才能攻克一个又一个的科学难关[2]。兴趣的广阔性有利于扩大思维领域,激发创造能力,使学生在学习活动中富于联想、富于想象,变机械被动地接受知识为主动地、灵活地学习知识,从而促使学生多种能力的形成。

第4篇：量子化学的发展范文

一、发挥名人效应，激发学生学习化学的动机和兴趣

兴趣对知识的猎取活动的成功、能力的发展有着巨大的推动作用。化学是充满魅力的，当一个学生对某一学科发生兴趣时，他总是心情愉快地去学，而且一学就懂。然而，一些学生对化学产生畏惧的心理，缺乏正确地学习化学的动机，没有学习化学的兴趣，针对这样的学生，在教学过程中，可以经常向学生渗透名人对化学的认识，以激发他们学习化学的动机和兴趣。如诺贝尔化学奖获得者、日本量子化学家福井谦一说过“在古老的物理学一化学一生物学的排序中，化学注定是中心位置的占有者”。科学院院士卢嘉锡教授说过“化学发展到今天，已经成为人类认识物质自然界、改造物质自然界、并以物质和自然界的相互作用得到自由的一种极为重要的武器”。对于一位化学教师来说，如果他能经常地向学生灌输名人的思想，使学生对化学着了迷，被化学火焰的美妙弄得神魂颠倒，那么学生就能产生强烈的学习动机和浓厚的学习兴趣，这才是一位真正好的化学教师。

二、培养师生的情感，发挥教师的感染力

化学教学的活动中，渗透着教师的教学情感和学生的学习情感的交流。而学生的学习情感是在教师的教学情感感染下萌发。因此在教育教学中教师要善于利用自身的感染力，沟通和培训师生的感情。发挥教师的感染力可从以下几个方面着手。

1.努力提高自身的化学专业知识水平，探索教育与教学的艺术；注意自己仪表形象的塑造；强化语言表达能力的训练，力求语言生动流畅、精练、抑扬顿挫，富有“情”的感染力；注意观察学生的情感反应，每时每刻都进行心灵的接触、情感的交流。

2.要热爱学生，经常找学生谈心、沟通情感、真诚地帮助他们解决学习与生活中的困难，扫除心理上的障碍。只要教师对学生真诚的热爱、帮助和信任，就能使学生产生强烈而积极的内心体验和责任感，调动他们好学上进的积极性。

3.教师要把期望传递给学生。当教师的期望传递绐学生后学生也会按期望的方式来要求自己。实践表明，被寄予期望的学生，他们都以积极的态度对待老师、对待学习，而且更加自尊、自爱、自信、自强，诱发出一种积极向上的激情。

良好师生情感是教学成功的重要条件。因为这种情感可以发展为对教师所教学科的兴趣和热爱。只要教师走进教室，学生就心情舒畅、情绪高涨，使他们产生对学习的渴望和探究的热情，在良好的学习环境中愉快地学习。

三、发挥反馈效应，及时鼓励与批评

反馈的内容包括以下几个方面：①当天的作业当天完成，当天批改，发现了问题及时进行面批，面批加鼓励，对提高学生的成绩效果更显著。②学生对老师课堂提问的回答，可灵活多样，如学生到讲台讲课，或做实验演示等，只要学生提供了新颖的解法，或者发表了有创意的想法都给予及时且较高的评价。③对平时的单元测验，做到当场考试当场批，同位的两位同学交换试卷互相批。十分钟内即可将测验的结果揭晓。这样做，培养了学生的责任心、自尊心及思维的批判性。教师只需要抽样检查，宏观把握即可。对试卷中出现的共性错误，及时点评或分析。并随时让学生了解距离自己定的学习标准还有多远。对学习成绩进步显著的同学，及时表扬与鼓励。特别注意差生的学习情况的变化，只要能找到他们在学习上的微小闪光点，就及时地给予鼓励，以增强其自信心和上进心。对性格内向的学生或对女同学，表扬比批评更有效。

四、意志的培养

第5篇：量子化学的发展范文

关键词：结构化学 教学方法 内容体系 教学质量

中图分类号：O641-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0204-01

结构化学是用量子力学原理和现代物理方法，从微观的角度来研究原子、分子和晶体微观结构及其结构与性能之间关系的学科。结构化学是现代化学的一个重要分支，其基本理论和基本内容是无机化学、有机化学等基础化学的重要理论基础。所以，通过结构化学课程的学习，不仅要让学生掌握结构化学的具体知识，而且还要让学生深刻理解“结构决定物性”这一基本原理。

近几年来，作者所在学校为贯彻“少而精、精而新”的原则，课程体系不断调整，各类课程教学学时数不断减少，在这种新形势下如何提高结构化学课程的教学质量成为教学管理工作者和教师首要解决的问题。作者结合多年从事结构化学课程教学积累的经验，重新优化了结构化学课程的课程体系和教学内容、在此基础上对教学方法进行了改革，旨在要使学生不仅学会从微观层次看问题，拓展思路，抓住问题本质，而且还要提升学生理论联系实际的能力，以利于素质教育和人才培养，更好地顺应社会需要。

1 优化课程内容体系

依据系统论对结构化学课程内容体系进行了进一步的优化、重组和精练。首先，删除原教材中陈旧落后的知识内容，增加新知识的内容。将原有的内容体系向环境、生命、材料、能源等科学领域适当地扩展，实现与现代化学理论前沿的密切接轨。其次，建立新的知识系统，优化知识结构，将知识点按物质系统层次重新组织，将知识点组成知识链、构成知识网。通过整合、精简、丰富、优化课程内容体系，实现对教学内容更深刻的理解，建立更完善的理论体系。

通过内容体系的优化，使教师和学生更加明确电子构型和几何构型是结构化学的两条主线；更加有利于结构化学量子理论和原子结构、化学键理论和分子结构、点阵理论和晶体结构三种理论和三类结构的讲授；更加有利于学生打好量子化学基础、对称性原理基础和结晶化学基础三方面的基础。

2 改革教学方式、方法

2.1 重视多媒体网络教学

掌握结构化学知识和原理不能脱离实验，借助于计算机技术，学生将能“走进”原子、分子和固体内部，探索微观世界的奥妙。计算机技术对结构化学的重要作用之一，就是把真实的微观世界中的抽象性在虚拟世界里具体化，显著改进教学效果，这也是结构化学多媒体网络教学的魅力。

在多媒体教学基础上，我们进一步实施网络教学，编写出适合于现代远程教育的网络课件，使结构化学多媒体教学和网络教学走向更为完美的境界。在教学模式上，进一步发挥学生为认知主体的作用，有利于学生自主安排学习时间和进度，能使学生得到最好的指导，及时获得最新知识。与此同时，我们进行了结构化学的教学平台建设，在教学平台中开设精典试题库、在线辅导答疑、仿真模拟实践等项目，为实现数字化学习和自主、探索性学习创造条件。

2.2 设置课程论文撰写环节

设置课程论文不仅可以让学生在搜寻研究对象、研究范围时，对以前的专业知识进行回顾和分析，还可以引发学生对化学知识、原理和现象进行思考。比如，我们设置的课程论文：三个著名实验—— 黑体辐射、光电效应与波尔原子光谱的思考。通过该课程论文的撰写可以让学生知道，既要掌握好传统知识，又要不为它所束缚，要从反常现象中产生新思维，开创新领域。通过“晶体结构”这部分传统内容的讲解我们设置的课程论文：准晶和非晶态材料的发展与应用。该课程论文可以使学生接触相关领域的最新知识，激发学生的学习热情和研究兴趣。

课程论文撰写环节的设置还可为学生毕业论文研究阶段所需要的逻辑思维和论文写作打下基础。当然，在指导学生进行课程论文研究时，不仅要讲授一般论文的写作格式，培养学生的逻辑思维，提高学生的书面表达能力，形成一般论文的写作规范；还要注意讲述一般科学研究的方法和步骤，科学工作者所应具备的科学道德，全面提升学生的科学素养。

2.3 成立科研兴趣小组

为了鼓励学生在结构护化学的学习过程中有一个思考与深化，接受与发展的时间流程。我们将有兴趣的同学组织在一起，成立科研兴趣小组，通过科学研究过程提高课堂教学的效果与质量。这种做法可以突破课堂教学时间和空间的束缚，让学生提出问题并设立课题进行研究，或让学生直接参与老师的科研课题（通常是将课题拆解成几个子课题）研究。具体做法：一是让学生就某一部分内容，通过查阅文献，尝试提出问题，老师确定具有可行性后，以学生科研项目的形式进行专门研究，教师适时给予专门性指导。二是将老师承担的科研课题进行拆解，拆分成几个相对独立的子课题，针对学生的各自特长分派给学生，在整个研究过程中，课题组的老师全程参与指导。这样的模式不仅有利于学生将课堂中学到的知识进行延伸并拓展，而且有利于激发学生的探索热情和求知的欲望，培养学生的团结合作的素养，提升学生的思维能力和创造能力。

2.4 教师科研成果引入课堂

大量的研究结果表明，教师的科研和教师的教学效果之间呈现出显著的相关性。作为一位高校教师，在开展教学活动中，完全依照传统教学模式进行教学，无法将最新的知识和新技术传授给学生，不利于培养学生的创新意识，也不利于学生实践能力的提升。因此，教师要通过加强科研实践，紧跟学科研究的最新动态，将科研成果引入教学课堂，才能在教学中很自然地、潜移默化地用科研所必需的实践精神和创造精神去感染学生，才能使学生受到鼓舞、得到启迪，才能使自己的课堂内容具有丰富性、代表性、创造性和启发性。

3 结论

通过对课程内容体系的优化，使教师和学生更加明确了电子构型和几何构型是结构化学的两条主线；通过对教学方式方法的改革，拓展了学生的思路、提升了学生理论联系实际的能力、提出问题和解决问题的能力，是培养出来的学生更加顺应社会的需要。

参考文献

[1] 徐志广.结构化学教学中设置课程论文初探[J].数理医药学杂志，2007，20（3）：424-425.

[2] 施建成.结构化学教学质量提升初探[J].广东化工，2010，37（7）：172-173.

第6篇：量子化学的发展范文

作者曾从事过化学史这门课程的教学，因此在有机化学的授课过程中，自然而然就把相关的历史和涉及到的科学家的生动故事引入课堂，使课堂气氛变枯燥为活跃，提高了学生的学习积极性，并可以加深对相关知识点的印象。而且这些科学家的伟大成就的背后无不是辛勤的汗水、顽强的努力以及他们创造性的思维方式，就像著名的物理化学家和化学教育家傅鹰（1902-1979）曾说过的那样：“化学可以给人以知识，化学史可以给人以智慧。”在授课过程中同学们会潜移默化的受到感染，由敬佩之情转变为个人奋发向上的动力，由此产生的效果远比干巴巴的说教要好。

1 通过有机化学发展史增强对有机化学的兴趣

一门课程的第一次课通常都是绪论，其中并不涉及课程的主要内容，但是讲好绪论的重要性却绝对不容我们忽视。提高课堂的教学质量，关键是要提高学生学习的主观能动性。而第一次课绪论的讲解，会直接影响学生对有机化学的兴趣。如果学生先入为主认为有机化学枯燥无味，在后面的教学中再想提起学生的兴趣和积极性就比较难了。

而如何才能讲好绪论呢？仅仅依靠课本内容是不行的。课本中绪论主要涉及无机化学中已经讲过的轨道理论、酸碱理论，以及有机化学和有机化合物的基本概念，仅仅讲解这些是相当枯燥的。但是如果我们是从有机化学的发展史引出有机化学和有机化合物的概念，那效果就完全不同了。从最早的有机物醋、酒、蔗糖等“生命力学说”：有机物只能由有生命的动植物体中才能得到维勒在实验室中由无机物氰酸铵制得尿素打破“生命力学说”的束缚进入有机化学迅猛发展的合成时代：到目前为止，有机化学相关的Nobel化学奖个数仍然是所有化学学科的半数以上引出有机化学和有机化合物的基本概念。在讲解的过程中穿插一些生动的图片或小视频，更加生动形象，使同学们比较容易接受，并且认识到有机化学并不是什么高大上的学科，而是与我们的生活密切相关的，克服对这门课的心理恐惧感。其间还可以简要介绍几个有机化学相关的Nobel化学奖的例子，激发同学们的学习积极性。

2 通过背景介绍加深对化学反应及原理的认识

有机化学的主要特点是理论性强、内容零碎繁多。如果仅仅照本宣科地介绍理论或化学反应是相当无趣的[4]。但是如果我们在介绍这些原理或化学反应时适度地引入一些相关的背景故事，会使整个课程变得丰满起来，更能吸引学生，还可以加深学生对课程内容的记忆。这里简单举几个例子，比如：Wolff-Kishner-黄鸣龙反应，这个反应的产生纯属偶然。黄鸣龙在美国做访问学者期间跟随费塞（LouiseFieser）做研究。费塞让黄鸣龙做一个Wolff-Kishner实验，此反应需要连续回流50h，但开始反应后黄鸣龙临时有事要去纽约，临行前让隔壁一个黎巴嫩籍的同学帮忙照看。但是，黄鸣龙走后，处在回流中的烧瓶软木塞逐渐松动，开了个口子。黎巴嫩同学因为只答应照看反应，从而没有帮忙把软木塞扶正。其结果是反应物中的肼和生成的水全跑光了。黄鸣龙回来一看非常意外，反应非但没有失败而且产率还很高。后来他又经过反复的实验摸索出了新的反应条件，使回流所需时间从50h缩短至3h，产率从40%提高到90%，以后迅速成为标准方法。于是Wolff-Kishner-黄鸣龙反应就这样诞生了，这也是唯一一个以中国人的名字命名的有机反应。除此之外，还有苯的结构，从法拉第第一次从照明气中分离得到苯凯库勒做梦得到苯的六元环结构（可介绍凯库勒的生平，如何由建筑学转入化学）分子轨道理论，前后经历了一个世纪，终于得到苯的最准确真实的结构：正六边形，碳碳键键长平均化，环形离域大π键分布在分子平面的上下方。烯烃亲电加成反应的马氏规则（又称马尔科夫尼科夫规则），从最初提出时由于相关辅助实验做得太少而不被认可，到半个世纪后美国著名化学家鲍林由共振论解释清楚，马氏规则经过了大约60年才被广泛认同，等等。这样将知识点融入故事中，充分调动起了学生的学习兴趣，课堂气氛轻松，学生容易接受且印象深刻。

3 通过相关科学家的科研经历培养学生坚韧的品质

爱因斯坦说过：“优秀的性格和钢铁般的意志比智慧和博学更为重要――智力上的成就在很大程度上依赖于性格的伟大。这一点往往超出人们通常的认识。”社会大力提倡素质教育，事实上在有机化学的教学过程中也可以潜移默化的进行。

比如，在“卤代烃”这一章中涉及的“格利雅试剂”，介绍反应的同时，不妨讲一下“格利雅――浪子回头金不换”的故事，教大家在遭遇失败和挫折时该如何面对，是该自暴自弃，还是该发奋图强。家庭的溺爱使很多孩子缺乏面对失败的承受力，而人生不如意十之八九，这种承受能力是一个人在社会上立身做事所必备的能力，如果缺乏这种能力，当面对生活的种种波折时便会心神不宁，影响正常的学习生活和工作。这些科学家的故事则可以为同学们树立良好的榜样，对提高同学们的挫折承受力具有良好的引导作用。

再比如，“单环芳烃”这一章中的“共振论”，它是由美国著名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一莱纳斯?卡尔?鲍林（LinusCarlPauling，1901-1994）提出的。鲍林于1954年和1962年分别获得诺贝尔化学奖和诺贝尔和平奖，是唯一一位单独获得两次诺贝尔奖的科学家。但是，就是这么一位伟大的科学家，在晚年由于提出了维生素作用的新观点，尤其是主张超大剂量服用维生素C，而饱受讥讽。路透社在报道鲍林逝世的消息时曾说，他是“20世纪最受尊敬和最受嘲弄的科学家之一”。直到鲍林去世之后，其观点才被逐（下转第页）（上接第页）步认可。在维生素C作用与剂量的这场大论战中，鲍林几乎是“孤军作战”地与全球众多医学权威机构和权威人士论争，他为此而受到的嘲弄和轻蔑是一位著名学者，也是一般人难以忍受的。可鲍林在长长的20多年时间里，义无反顾地奋起捍卫自己的观点，这种勇气和探索精神令人深深敬仰。美国19世纪著名的演说家罗伯特?英格索曾说过：“勇气的最大考验是承受失败却不失去信心。”鲍林对待科学的探求精神非常值得我们学习，同学们了解这些故事将受益匪浅。

第7篇：量子化学的发展范文

关键词化学计量学发展中国

化学计量学(Chemometrics)在我国发展已有20多年的历史，是一门化学与统计学、数学、计算机科学交叉所产生的新兴的化学学科分支。它运用数学、统计学、计算机科学以及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提取有用的化学信息［1］。它与基于量子化学的计算化学(ComputationalChemistry)的不同之点只在于化学计量学是以化学量测量为其基点，实质上是化学量测的基础理论与方法学［2］。

由于“”的影响，使我国在化学计量学的发展方面略迟于欧美，但在化学界前辈的积极倡导和国家自然科学基金委的支持下，80年代以来，我国的化学计量学研究得到了飞速发展，到现在已发展成为一门在国际上有一定影响的独立的化学学科分支，已出版了多本化学计量学方面的专著和相应的教材［3］，并在中国科学院的多个研究所和国内多个知名大专院校建立了队伍稳定的化学计量学研究小组，取得了一批具有国际先进水平的成果。8年前，我们曾在第二届斯堪的那维亚国际化学计量学大会上对我国的化学计量学发展主要成果进行过一次综论［4］，在此，仅就近10年来化学计量学在我国的发展情况作出简要介绍。

化学计量学为化学量测提供理论和方法，为各类波谱及化学量测数据的解析，为化学化工过程的机理研究和优化提供新途径，它涵盖了化学量测的全过程，包括采样理论与方法、试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统等，是一门内涵相当丰富的化学学科分支。化学计量学的发展为化学各分支学科、其别是分析化学、环境化学、药物化学、有机化学、化学工程等，提供了不少解决问题的新思路、新途径和新方法。

化学计量学发展成为化学与分析化学学科的一个独特分支。两个重要的条件与因素推动了这方面的发展。首先，化学与分析化学中大量涌现的现代化学量测仪器，使化学与分析化学家比以往任何时侯都更容易获得大量化学量测数据。这种情况，在过去是难以想象的。到20世纪80年代，在分析测试或化学量测中，人们第一次发现，取得数据甚至大量数据已不是最困难的一步。最难解决的瓶颈问题是这些数据的解析及如何从中提取所需的有用化学信息。化学家与分析化学家首次遇到类似行为科学家或经济学家所遇到的大量数据如何处理的问题。化学家与分析化学家比较幸运。因为大量现代分析测试仪器出现带来“数据爆炸时代”，也正是计算机普及的时代。这就构成了化学计量学发展的第二个条件。为了对极为复杂的化学量测数据（其中负载着在分子水平上表征物质世界的信息）进行解析，化学家、分析化学家利用可在计算机上实现的许多强有力的数学方法，包括一些相关学科发展的数据与信号处理新方法，从多维化学量测数据中提取有用的相关化学信息。如果说经典分析化学是得首先依赖费时而麻烦的化学或物理的方法来对很多复杂化学体系进行纯组分分离，即采用单变量校正方法进行定性定量分析的话，那么，现代分析化学家面对的则是各种将分析分离技术集于一体的高维仪器所产生的巨量分析信号，藉化学计量学发展的新型分析信号的多元校正与分辨方法［5］来进行复杂多组分体系的定性定量解析，高维数据解析的化学计量学方法现已进入可用来解决分析化学中实际难题的程度，将这些方法用于复杂环境样本、中草药中单位药及复方分析等［6］，取得了很多令人振奋的结果。继续进行高维数据、特别是针对可产生三维数据的新型仪器的化学计量学算法的研究现仍是一个研究的热点，我国的化学计量学研究在此方面取得了居于国际先进水平的成果［7］。多元校正与分辨一直就是分析化学计量学研究的主要内容，在此方面，中国科技大学、清华大学、石油化工科学研究院、沈阳药科大学、中国药科大学、同济大学、天津大学、厦门大学、兰州大学、江西大学、西北大学、华中理工大学、湖南大学等单位做了大量的研究工作［8］。将化学计量学方法固化于新设计的分析仪器之中，以构建新型智能分析仪器，是一个值得继续研究的方向。另一方面，由于近年来计算机科学及信息科学的长足发展，它们的发展也为化学计量学注入了新鲜血液，我国在分析信号处理新方法，其别是小波分析(waveletanalysis)的引入，为分析信号的压缩、去噪、分辨及背景消除等带来新思路和新方法，从对近年来在此方面的综述来看，可以说，我国在小波分析用于分析信号处理研究的方面是处于国际先进水平的，中国科技大学、中山大学、香港理工大学等单位的化学计量学研究小组在此方面作出了大量有水平的研究［9］。另外，有关人工神经网络(artificialneuralnetworks，ANN)［10］新技术、基于自然计算的全局最优算法如模拟退火(simulatedannealing,SA)和遗传算法(geneticalgorithm,GA)［11］，信息科学中的图象分析(imageanalysis,IA)方法，统计学中研究热烈的稳健方法(robustmethods,RM)［12］等新型化学计量学方法的引入也取得很多可喜的成果。采样理论这一重要的化学计量学研究分支，过去未引起必要的重视，近期有关研究小组如南开大学等单位倡导开展了这方面研究［13］。

化学模式识别的研究提供的是对决策和过程优化很有实用价值的信息，为我国石油化工、材料化学等带来了解决研究难题的新思路，人工神经网络的新方法，为化学模式识别提供了研究的新机遇。无论在化学模式识别的方法和应用方面，我国都取得了不少优秀成果，中国科学院上海冶金研究所的化学计量学研究小组先后用化学模式识别的方法成功地解决了50多个石油化工过程优化、材料设计等方面中的实际难题。化学模式识别方法用于分析化学、物理化学、无机化学、药物化学、食品化学、农业化学、医药化学和环境化学等学科的研究在我国也取得了不少成果，浙江大学、中国科技大学、沈阳药科大学、中国药科大学、同济大学、中国科学院长春应用化学研究所、湖南大学等单位在此方面做了大量工作［14］。

化学定量构效关系（QSAR）的研究，是一个涉及到化学学科的一个带根本性的问题，即如何从物质的化学成分与结构来定量预测其化学特性，也可以说是理论化学研究中的一个最重要目标。目前，由于药学发展的需要，将基于量子化学计算的分子模拟与QSAR研究结合起来，为寻求有生物和药理活性的先导化合物提供了一个新途径，我国在这方面也已取得引人注目的成就［15］。将全局最优算法如模拟退火和遗传算法的引入分子力学的寻优，以指导最佳先导化合物的寻找，是化学计量学家的贡献，现已在QSAR的研究中得到了广泛的应用。QSAR通过直接研究可量测化学量及某些量化参数与化合物的某些已知化学特性之间的已知数据，采用统计回归（多元校正）和模式识别的方法来建立一种模式，从而达到预测化合物特性的目的,建立起某些化学结构与性能的关系来指导进一步的实验研究。目前，用ANN来进行QSAR研究颇引人注目，在模式分类与定量构效关系研究中展现了很好的应用前景。在QSAR的研究中，南开大学、北京大学、中国科学院上海药物研究所、中国科学院化工冶金研究所、中国科学院长春应用化学研究所的化学计量学研究小组将分子模拟与QSAR研究相结合，并直接用于指导实际的药物合成，取得了很好的研究成果［16］。在QSAR研究中，化合物结构的拓朴表征是另一个重要的课题，如何采用图论和数值方法来表征各种化合物分子，并将所得数值结果与实际量测的化合物的物理、化学和生物学特性连接起来，也是目前化学计量学研究的一个重要问题。我国的化学计量学研究工作者在此方面也做了不少有意义的工作［17］。

波谱化学是分析化学与有机化学家都十分关注的一个领域，怎样利用现存波谱数据库，如质谱、红外光谱、核磁共振谱、色谱的保留时间库以及吸收与发射光谱等为复杂分析体系进行快速定性定量分析，一直是分析化学家们努力的目标；而如何利用上述各种波谱为新合成的有机化合物定结构，则是有机化学家们手中必不可少的解析手段。计算机技术，其别是智能数据库与化学专家系统技术为此提供了进行上述解析的新途径。我国的化学计量学工作者在此方面也做了大量富有成果的工作。中国科学院上海有机化学研究所、中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院长春应用化学研究所、中国科学院化工冶金研究所，南开大学、南京大学、东北师范大学、厦门大学、湖南大学等单位都先后建立了多种波谱的数据库和专家系统［18］，如13CNMR谱图数据库和结构解析专家系统（ESESOC）、高效液相色谱专家系统、红外、质谱数据库与专家系统、ICP发射光谱专家系统等，他们用计算机进行各类波谱（包括核磁共振谱、质谱、红外光谱等）模拟，并用联合波谱库和专家系统进行结构自动解析与推导，选择各类仪器（色谱与光谱）的最佳量测和分离条件、进行各类波谱数据库的知识开发，并在各类数据库的网络化上也做了大量工作［19］。

1997年，在国家自然科学基金委的全力支持下，由湖南大学与挪威Bergen大学合作，在张家界举行了我国的第一次国际化学计量学会议，与会代表120多人，其中来自欧美及亚洲各地14个国家的境外代表60多人，会议的议题几乎覆盖了前述化学计量学研究的各个领域，还特别为化学计量学在工业中的应用开辟了一个专门议题。该会议已在国际化学计量学刊物“ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems”出版了会议论文专辑［20］，收集了44篇会议，其中我国作者占了28篇，第一次较系统地向国际化学计量学界展示了我国的化学计量学研究的实力，说明我国的化学计量学研究已与国际接轨。

化学计量学诞生至今，已有近30年历史，其发展前景亦是一个令人关注的问题。从分析化学与化学计量学的关系可以看出，化学计量学的发展将对分析化学产生深刻影响，已构成分析化学第二层次基础理论和方法学的重要组成部分，特别值得提出的是，化学计量学的发展还将为分析仪器的智能化提供新理论和新方法，为新型高维联用仪器的构建提供新思路和新方法，是21世纪分析仪器软件主体化发展的新突破口。此外，随着微型计算机和网络技术的飞速发展，对于化学波谱库的建立与检索方法以及化学人工智能和专家系统的研究也将取得长足进步。在采用计算机网络技术将多种波谱仪器连接的基础上，将数值化计算技术（近年来化学计量学方法学发展的主体）与传统的基于经验的逻辑推理方法的有机结合，可望解决化合物结构自动解析的难题，并使得长期困扰分析化学家的混合物波谱同时定性定量解析成为可能。在分析化学领域中，化学计量学的发展前景十分诱人。另外，化学计量学与其他化学学科分支，如环境化学、食品化学、农业化学、医药化学、化学工程等学科，将产生更密切的联系，得到更广泛的应用。随着各化学分支学科的发展，可以预期，化学计量学也将继续得到更蓬勃的发展。

参考文献

［1］SWold.Chemometrics:whatdowemeanwithit,andwhatdowewantfromit?PaperofInCINC''''94.

［2］俞汝勤.化学计量学导论.长沙：湖南教育出版社，1991.

［3］罗旭.化学统计学基础.沈阳：辽宁出版社，1985；俞汝勤.现代分析化学的信息理论基础.长沙：湖南大学出版社，1987；陈念贻，许志宏，刘洪霖，徐桦，王乐栅.计算化学及其应用.上海:上海科技出版社，1987；相秉仁.计算药学.北京：中国医药出版社，1990；许禄，郭传杰.计算机化学方法及应用.北京：化学工业出版社，1990；卢佩章，张玉奎，梁鑫淼.高效液相色谱法及其专家系统.沈阳：辽宁科学技术出版社，1994;许禄.化学计量学方法.北京：科学出版社，1995；陆晓华.化学计量学.武汉：华中理工大学出版社，1997；梁逸曾.白灰黑复杂多组分分析体系及其化学计量学算法.长沙：湖南科技出版社，1997；周声劢，梁亮，梁逸曾.合成计量学与化学化工系统优化.长沙：湖南大学出版社，1996；刘洪霖，包宏.化工冶金过程人工智能优化.北京：冶金工业出版社，1999；梁逸曾，俞汝勤.分析化学手册（第十分册）化学计量学.北京：化工出版社，1999.

［4］YuRQ(俞汝勤).Chemometricsinchina.Chemom.andIntell.Lab.Sys.,1992,14:15.

［5］袁洪福，陆婉珍.现代科学仪器，1998,(5)：6～8；徐广通，袁洪福，陆婉珍.现代科学仪器，1997,(3):9；ShenHL(沈海林),andLiangYZ(梁逸曾).Chemom.andIntell.Lab.Sys.,1999,45:323～328；Wanghongyan(王洪艳).TheAnalyst,1995,120；梅雨，朱仲良，李通化.计算机与应用化学,2000,17:116;方慧生，吴玉田，黄春明.计算机与应用化学，2000，17：122；方慧生，吴玉田.分析化学，1999，17：14；LiangYZ(梁逸曾),Kvalheim.OMetal.Anal.Chem.,1992,64:946～953;LiangYZ(梁逸曾),KvalheimOM.TheAnalyst,1993,118:779～790;LiangYZ(梁逸曾)etal.Anal.Chim.Acta,1993,276:425～440;XieYL(谢玉珑),LiangYZ(梁逸曾),YuRQ(俞汝勤).Anal.Chim.Acta,1993,272:61～72.XieYL(谢玉珑),LiangYZ(梁逸曾),YuRQ(俞汝勤).Anal.Chim.Acta,1993,281:207～218;XieYL(谢玉珑),LiangYZ(梁逸曾),YuRQ(俞汝勤).Anal.Chim.Acta,1993,276:273～282.龚范，张林，梁逸曾，俞汝勤.化学学报，1998,56:500～506.

第8篇：量子化学的发展范文

关键词：计算思维；计算机基础教育；非计算机专业

0引言

大学计算机基础是大部分非计算机专业学生进入计算机科学世界的一个大门，肩负着培养学生的计算机基础知识、计算思维以及激发学生对于计算机的兴趣和探索的责任。随着计算机的不断普及，大学计算机基础教育应该逐渐改变观念，高校应在培养学生计算机的操作应用能力的过程中，融入计算思维的培养，才能满足学生的未来发展中关于计算机的需求。因此大学计算机课程的目标应该不仅仅只是教会学生一些计算机知识和概念，还应激发学生的创新能力和思考能力。计算思维提出了面向问题解决的系列观点和方法，这些观点和方法有助于人们更加深刻地理解计算的本质和计算机求解问题的核心思想。特别是有利于解决计算机科学家与领域专家之间的知识鸿沟所带来的困惑。

1计算思维

信息技术的产生和发展，逐渐影响着我们的生活习惯和思维习惯，对于我们的思维能力也提出了新的要求。鉴于此，2006年曾任美国卡内基•梅隆大学计算机科学系主任的周以真（JearmetteM．Wing）教授，首次提出了计算思维的概念。“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”她指出计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading，wRiting，andaRithmetic———3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。

2计算思维在各个领域中的应用

计算思维是让学生成为一个问题的解决者而不是计算机操作者，它能让人创造知识而不仅仅是接受使用知识。在生活中，运用计算思维去解决一个问题，有时可以更加直观，更加的节省时间和行之有效。例如当你需要去数一个大屋子里一共有多少人时，按照老办法来一个一个数，或许会有点浪费时间，那么如果试着按照2、4、6…的顺序来数，就可能会节省你一半的时间和精力，而这种简单的小办法就是一种计算思维。计算思维是21世纪普通人所需具备的一种非常有用的素养，为什么每一个人都要具备一点计算思维呢？因为如果具备了计算思维，意味着他们将具备这样一些能力：（1）了解问题的哪些方面是可以通过计算来解决的。（2）能够评估计算工具和技术是否能够解决当前问题。（3）能够了解到计算工具和技术在解决问题时存在的局限性。（4）能够将计算工具和技术创新应用到新的领域。（5）在差异很大的不同领域都能使用计算策略来解决问题。而对于科学家、工程师和其他领域的专家来说，具备计算思维则意味着：（1）能够使用新的计算方法来解决他们的问题。（2）用合适的计算策略重新思考问题。（3）通过大数据分析来实现科学新发现。（4）以前复杂或大规模的研究中没有或不能发现的问题，都可以通过计算思维来提出或解决这些些新问题。（5）以计算思维的思考模式解释问题和策略。计算思维在化学领域的应用最著名的例子就是JohnAnthonyPople，JohnAnthonyPople成为1998年的诺贝尔化学奖得主，然而他得奖的主要原因是他将计算思维应用于化学领域，发展了化学中的计算方法，而根据其理论设计的高斯计算机程序，至今依然在所有化学领域用于量子化学的计算。未来还将会有量子计算机、神经网络计算机、化学生物计算机、光计算机等，这些计算机将对于各个科学领域的发展带来巨大的推动作用。

3当前大学计算机基础教育中存在的问题

20世纪80年代起计算机基础教育成为高校课程，发展到今天已经成为高校各个专业的基础课程，然而对于计算机基础教育的争论却一直存在着。一些专家认为计算机基础教学应该着眼于计算机的应用，这也是现阶段很多应用型大学所采取的教学方式，采用任务驱动式教学方法的计算机应用基础教学，以计算机等级考试为目的，主要培养学生的计算机应用能力。然而有些专家却指出这种教学方式仅仅是将计算机作为工具使用，是“狭义工具论”的问题。这种认识对计算机的教育非常有害，这样会使学生对计算机学科的认识淡化，无助于计算技术中最重要的核心思想与方法的掌握。计算机基础教育面向的是全校的非计算机专业学生，每个学生的计算机基础有差异，专业需求方面也有差异，因此如何才能将计算机知识与自己所学专业的需求结合起来，让学生学会在今后的工作中如何去利用计算机解决专业问题，才是非计算机专业的计算机基础教育的重要目标。因此学生在学习了计算机基础以后学到的不应该仅仅只是如何操作，还应该学到如何思考以及如何创新。如果仅仅是将计算机作为一种工具，注重其工具性和应用性，即使学生在课堂上掌握了当前所学内容，也无法满足未来学生对于计算思维和计算能力的需求。所以笔者认为，在培养学生计算机应用能力的同时，适当培养学生的计算思维是十分有必要的。

4计算机应用基础教学中计算思维培养策略的思考

2010年在西安召开了“九校联盟（C9）计算机基础课程研讨会”，并在会后发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》。声明的核心要点是：必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，需要把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务，并由此建设更加完备的计算机基础课程体系和教学内容，进而为全国高校的计算机基础教学改革树立标杆。在大学计算机基础教育中融入计算思维的培养已成为潮流趋势，然而对于非计算机专业的计算机基础教育来说，计算机思维教育的培养还是会存在一些问题，如：非计算机专业计算机基础课程时间有限，课程知识体系也无法像计算机专业课程那样系统，这就对学生计算思维的培养提出了很大的挑战；非计算机专业学生，尤其是一些计算机基础较差的学生是否能够接受计算思维的教学，也是一个很大的问题。

4．1培养学生计算思维的认知

对于非计算机专业学生计算机基础教育，首先要为他们建立关于计算思维的认知，计算思维不仅仅是一个理论性的东西，而且还是一种思维，这种思维方式对于他们今后在工作和生活中以及对计算机的深入学习有很大帮助。经过对计算机基础的学习，学生除了学到计算机的基础知识之外，还应该学会在以后的专业学习中遇到计算问题，能够运用计算思维在这种计算环境下构建出解决问题的策略。只有提高对计算思维的认知，才能激发学生的学习热情和学习兴趣，才能为真正落实计算思维的培养构建一个良好的环境。

4．2计算机基础教学中融入计算思维的教学大学计算机基础涉及的知识点较多，知识点相互交叉重叠具有一定的复杂性，而计算思维就是贯穿这些知识点之中的一个清晰脉络，提高了学生对于计算思维的认知以后，接下来就应当在教学过程中将计算思维逐步融入到知识的讲解之中。思维是一个很抽象化的概念，但也因思维这一抽象化的特性，使它能够给人以更多想象空间，激发人的创造性。思维不像技术，具有时间的局限性，尤其是计算机技术在当前社会更新换代很快。思维却是潜移默化的融入我们的大脑之中，并且被人类永远的传承下去而不会过时。但是知识是思维的载体，没有丰富的知识，思维将难以理解。思维尽管抽象化、概念化，但能留在人们记忆中的可能是其可视化、形象化的表现，即应将思维以可实现、可视化的方式而不是简单化、概念化的方式传授给学生，把知识贯穿于思维的讲解与训练中。

在计算机基础教学中，抽象和分解，保护、冗余、纠错，递归，关注点分离、海量数据计算、启发式推理等都属于计算思维，如何将他们融入到计算机知识的讲解，下面以EX－CLE中的函数为例，来了解计算机基础与计算思维的融合。对于SUM函数SEARCH函数，按照传统的任务驱动式教学方式，首先了解两个函数的语法和参数，然后了解他们的操作方法，最后通过布置任务，让学生练习函数的用法之后就结束任务。而要将计算思维融入课程教学，则应继续带领学生了解函数的计算过程，如SUM计算过程为首先计算出number1与number2的和，再用这个和继续与num－ber3相加，最后将相加结果呈现在表中，并让学生了解此过程体现出来的计算思维———循环思维。而在search函数中，其顺序查找过程为：从表中最后一个记录开始，逐个进行记录的关键字和给定值的比较，若某个记录的关键字和给定值比较相同，则查找成功；反之，若直至第一个记录，其关键字和给定值比较都不等，则表明表中没有所查记录，查找不成功。体现出来的是计算思维中的递归思维，与数学思维中的归纳法有着相似的处理方式。教师应当以实际问题的求解过程为目标，让学生了解函数求解问题的思维和方法，引导学生思考，在让学生理解知识的同时加强思维的训练，要让学生在学到了计算机的应用方法以后，进一步的理解计算机求解问题的方式，逐步去培养提高学生的计算思维能力。

5结语

计算思维的培养应该是一个长期的过程，因此对于非计算机专业学生计算思维的培养是一个值得探讨的话题，如何在计算机应用基础教学过程中融入计算思维的培养，提高学生解决问题的能力，笔者在今后的教学过程中将继续不断的探索。参考文献：

［1］李廉．计算思维———概念与挑战［J］．中国大学教学，2012（1）：7－12．

［2］牟琴，谭良．计算思维的研究及其进展［J］．计算机科学，2011（3）：10－15＋50．

［3］陈国良，董荣胜．计算思维与大学计算机基础教育［J］．中国大学教学，2011（1）：7－11＋32．

［4］何钦铭，陆汉权，冯博琴．计算机基础教学的核心任务是计算思维能力的培养———《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》解读［J］．中国大学教学，2010（9）：5－9．

［5］谢旻．面向非计算机专业的计算思维培养模式探讨［J］．中国电力教育，2013（7）：109－110．

第9篇：量子化学的发展范文

关键词：化学教学；创设情境；学习兴趣

中图分类号：G633.8 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）36-0204-02

随着新课程教学改革的推进，激活课堂、激发学生学习兴趣是每一位教师必须研究的课题。《化学课程标准》中指出：教师在学习过程中采用生动活泼的教学方式，激发学生的学习兴趣；并不断创设自主探究的教学情境，培养学生的创新精神。随着素质教育的不断发展与完善，情境教学将会占据很重要的地位。捷克教育家夸美纽斯曾说：一切知识都是从感官的知觉开始的。化学课堂教学中，创设情境不难，教师只要把握好创设情境的时机，选用恰当趣例或日常生活中的实例来设置疑问，借学生急于解惑的心理，激发他们强烈的求知欲。所以，教师在课堂上要有目的地巧设问题，形成不同的问题情境来激发学生的学习兴趣。

一、利用生活中的现象或事物创设问题情境

知识源于生活，同时也能创造生活。化学是与生活联系极为密切的学科之一，随着化学的发展，生活中一些奥秘也逐渐被揭示。化学教学要讲来源、讲用处，通过联系实际解决学习、生活中的问题，让学生感到生活中处处有化学，生活中的许多现象蕴含着丰富的化学知识，这些会对学生产生诱惑，会成为学生想要揭开的谜，这些“谜”对学生有极大的诱惑力，会激励他们去探索其中的奥秘。例如，在学习氧化――还原反应时，引导学生回忆一种熟悉的现象：香蕉在剥了皮过不了多久就会变黑，马铃薯和苹果在削了皮后一会儿也会变黄，变黑。这都是为什么呢？在历史书中或者影视剧中我们发现在古代的皇梦想着长生不老，这是不可能的，可是我们在生活中就可以找到延缓衰老的“灵丹妙药”，你知道是什么吗？学校组织的下乡活动中有部分学生”水土不服”，原因是什么呢？水是生命之源，水的硬度高低跟人体健康关系极大。高硬度水中的Ca2+、Mg2+能跟SO42-结合，使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性的腰胀、排气多、腹泻等现象，这就是“水土不服”的秘密。像这样的问题最容易引发学生的学习兴趣，引导学生积极思考，深入探索，因而我们要充分加以利用。总之，问题情境的创设贯穿于一堂课的始终，其方法和途径也是多种多样的。创设情境虽不是目的，但情境的创设能很好地激发学生的学习兴趣。因此，精心创设问题情境能成为一剂很好的课堂教学油、催化剂。

二、利用化学故事创设生动情境

多数中学生热衷于听故事，许多化学故事妙趣横生、引人入胜。故事容易吸引并激发学生的求知欲，点燃学生思维的火花，从而使学生全身心地投入到教学活动中去。因此，用化学故事创设情境是行之有效的方法。例如，在“化学能与电能”的教学中，教师可引入“阿那吉纳”号的沉没的故事导入新课。一天，满载着精选铜矿砂的“阿那吉纳”号货轮正在向日本海岸行驶。突然，货轮上响起了刺耳的警报声，船员们惊呼：船漏水了。坚硬的钢制船体为什么会漏水呢？是货轮跟其他船只相撞还是触及了水底暗礁？都不是，是钢质船体因锈蚀而穿孔漏水了。讲完故事后，教师提出了为什么装载铜矿砂的“阿那吉纳”号货轮会沉没？与我们接下来学习的内容又怎样的关系？等一系列的问题。又如，丹麦著名的物理学家玻尔曾获得诺贝尔奖，在第二次世界大战期间，丹麦即将被德国占领，他被迫要离开祖国。临走前他决定将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液中，装在玻璃容器里，然后将它放在柜子上。不久丹麦被德国攻陷，纳粹分子窜进玻尔的家，到处乱翻也没有找到那枚奖章。战争结束后，玻尔又从溶液中还原提取出金，并重新铸成奖章。新铸成的奖章显得更加灿烂夺目，因为它凝聚着玻尔对伟大祖国无限的热爱和无穷的智慧。故事结束后教师引导学生思考：玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解呢？原来他用的溶液叫王水。王水是浓硝酸和浓盐酸按1∶3的体积比配制成的混和溶液。由于王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂，同时还有高浓度的氯离子。因此，王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金却可以溶解在王水中。这是因为高浓度的氯离子与金离子形成稳定的络离子[AuCl4]-，从而使金的标准电极电位减少，有利于反应向金溶解的方向进行，而使金溶解。这样不仅能让学生轻松愉快地启动思维，带着好奇去探究问题，而且教会学生发现问题，勇于提出问题、探究问题。

三、通过电视广告创设问题情境激发学生的学习兴趣

教师巧妙地把能激发学生极大兴趣的电视广告与化学知识联系起来，使学生在兴奋中迅速掌握化学知识、运用知识，而且会记忆深刻，长久不忘。例如，教师播放实际工业生产的葡萄糖酸钙的原理视频，证实学生的推断是正确的，学生的成就感顿时产生。利用电视广告成功地创设了教学情境，一下子将学生的思维带入了课题，激发了学生学习的兴趣，同学们都积极快乐的学习，从而很轻松地实现了本节课的教学目的。从开始到结束，整节课的课堂气氛都很活跃，同学们在快乐的氛围中学习，这样同学们既学到了知识，又得到了快乐。

四、通过设计演示实验形成问题情境

演示实验是教师进行实验，并引导学生观察和思考，是一种直观的教学手段，能全面提高化学教学质量的重要途径。精心设计的演示实验，往往带给学生的是惊奇、不解和矛盾，促使学生迅速调整自己的认知结构，结合现象进行思考。实践证明，演示实验的素材十分丰富，极易唤起学生的求知欲，是设计问题的最佳情境。例如，在实验室制取氧气时，学生不小心将双氧水溶液滴到红砖上，发现也能看见产生大量的气泡？对此学生提出：是否红砖也能在过氧化氢分解中起到催化作用？那又如何设计实验来验证呢？这些意外的发现，有着特别的印象，当他们完成实验后自然就理解了催化剂的概念。利用实验设计创设问题情境，能使学生得到启发，再让学生动手实验，台上台下焦点聚集在一起，认真观察，情绪高涨，参与实验，积极思考。

总之，学起于思，思源于疑，疑解于问。问题是科学研究的出发点，是开启任何一门科学的钥匙。在课堂教学中，适时、合理地创设问题情境，通过情境启发学生积极的观察、思考。以“情境”为主线来组织和调控课堂教学，营造一种现实而富有吸引力的学习氛围，就能充分调动学生学习的主动性，从而促进学生科学探究活动的开展和课堂教学效率的提高[1]。

教师在教学中精心选择一些内容，创设化学课堂精彩情境，对教与学都有益处。情境的创设使学生进入“情绪高昂和智力振奋的内心状态”，教师并不需要急于传授知识，而是等学生有了欢欣鼓舞的心情后再切入教学内容[2]。从我们熟悉的生活中汲取养分来滋润我们的教学。只有我们真心热爱化学教学、热爱生活，才能从熟悉的环境中源源不断地提取有效而精彩的教学资源，让我们的教学更有实效性。

参考文献：

[1]魏东.化学课堂情境创设的新亮点―电视广告[J].化学教学，2013，（2）.