量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

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量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)范文第1篇

關(guān)鍵詞: 農(nóng)林院校 大學(xué)物理 高中物理 內(nèi)容 比較與分析

1999年開(kāi)始的新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的力度是空前的,在課程理念、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施方式上進(jìn)行全方位整體改革。為適應(yīng)21世紀(jì)技術(shù)化社會(huì)的需要,我國(guó)基礎(chǔ)教育階段的物理課程在課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了調(diào)整和更新,在內(nèi)容上體現(xiàn)了時(shí)代性、基礎(chǔ)性和選擇性。在農(nóng)林院校,物理課程所涉及的物理學(xué)知識(shí)內(nèi)容而言,主要包括力、電、原子、熱四部分。在知識(shí)的講述上,農(nóng)林院校的講述方式是簡(jiǎn)單介紹物理學(xué)基本原理,然后就介紹物理理論知識(shí)在農(nóng)林科技及日常科技中的應(yīng)用、物理學(xué)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,較少涉及公式的推導(dǎo)、數(shù)學(xué)計(jì)算等。

一、力學(xué)內(nèi)容的比較和分析

農(nóng)林院校大學(xué)物理課程力學(xué)部分講述了流體力學(xué)、振動(dòng)和波(機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波、聲波)。流體力學(xué)部分的主要內(nèi)容有:液體的表面張力、液體的流動(dòng)性質(zhì)(液體的定常流動(dòng)、連續(xù)性原理、伯努利方程)、液體的貓滯性質(zhì)(牛頓勃滯定律、泊肅葉公式)、物體在貓滯液體中的流動(dòng)(斯托克斯公式、雷諾數(shù)和流體相似率、離心分離技術(shù))。振動(dòng)和波的主要內(nèi)容有:簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征及描述、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成、頻譜、機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播、平面簡(jiǎn)諧波、惠更斯原理、聲波、波的干涉、多普勒效應(yīng)。此外,有些版本的教材如金仲輝(2000)、王海嬰(2000)均講述了牛頓力學(xué)和力學(xué)的基本定律,兩個(gè)版本都講述了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述、牛頓三定律、力學(xué)相對(duì)性原理、力學(xué)的三個(gè)守恒定律、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)(簡(jiǎn)述)。除此之外,王海嬰(2000)還講述了非線性力學(xué)(線性和非線性力學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)、兩種確定性和兩種隨機(jī)性)、相對(duì)論力學(xué)(相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué)、狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)、廣義相對(duì)論)。刁崗(2001)對(duì)于力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)沒(méi)有專門(mén)介紹,在固體一章中涉及應(yīng)變與應(yīng)力、桿的彎曲等力學(xué)知識(shí)。高中物理共同必修中,沒(méi)有講述流體力學(xué)方面的知識(shí),但是學(xué)生在初中物理中學(xué)習(xí)過(guò)浮力、壓強(qiáng)、壓力方面的知識(shí),高中物理課程涉及的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),以及力的應(yīng)用方面的知識(shí),學(xué)生對(duì)于流體力學(xué)部分的學(xué)習(xí)應(yīng)該不會(huì)有什么困難。振動(dòng)和波這部分涉及的知識(shí)內(nèi)容同工科大學(xué)物理大致相同,農(nóng)林學(xué)院校對(duì)于聲波的講述有所加強(qiáng)。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)同樣是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的。

二、電磁學(xué)內(nèi)容的比較和分析

農(nóng)林院校大學(xué)物理電磁學(xué)部分涉及的物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)同工科院校基本一致,但是,在敘述上更精煉和簡(jiǎn)單,內(nèi)容更側(cè)重于物理知識(shí)在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,如靜電場(chǎng)的應(yīng)用(靜電場(chǎng)處理種子、電暈放電處理種子、人工誘發(fā)閃電的應(yīng)用、靜電噴農(nóng)藥和靜電人工授粉)、磁的應(yīng)用(磁場(chǎng)處理、磁性肥料、磁化水、磁法檢驗(yàn))、電磁波在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用、電容器與細(xì)胞電容、生物組織的電阻等,以及基爾霍夫定律及應(yīng)用、直流電的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。基爾霍夫第一定律的物理背景是電荷守恒定律,基爾霍夫第二定律可以在高中全電路歐姆定律的基礎(chǔ)上引申得出。農(nóng)林院校大學(xué)物理電磁學(xué)部分同高中物理課程的編排思想是一致的,涉及的電磁學(xué)知識(shí)提供了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)所需要的物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

三、光學(xué)內(nèi)容的比較和分析

農(nóng)林院校大學(xué)物理光學(xué)部分涉及光的干涉、衍射、偏振,光的吸收與散射等知識(shí)內(nèi)容,在講述物理基礎(chǔ)知識(shí)時(shí),更加側(cè)重于在生物學(xué)中的應(yīng)用,如薄膜干涉的應(yīng)用、夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射與生物顯微鏡、激光在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和生物學(xué)中的作用、生物體發(fā)光的性質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用、生物學(xué)研究中常用的光學(xué)儀器(光學(xué)顯微鏡、分光光度計(jì)、特種生物顯微鏡、電子顯微鏡)等。由此看到,農(nóng)林院校大學(xué)物理光學(xué)部分同高中物理的編排思想基本是一致的,高中物理課程涉及的光學(xué)、原子物理的知識(shí)提供了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)所需要的物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

四、量子物理基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的比較和分析

農(nóng)林院校量子物理基礎(chǔ)知識(shí)部分涉及的內(nèi)容主要有:第一,光的量子性(黑體輻射定律、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、愛(ài)因斯坦光子理論、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程、光電效應(yīng)的應(yīng)用、光的波粒二象性);第二,量子力學(xué)初步(德布羅意波、不確定關(guān)系、薛定愕方程、勢(shì)阱和勢(shì)壘、氫原子光譜的規(guī)律性、泡利不相容原理、能量最小原理);第三,光譜分析(原子光譜、分子光譜、X射線譜及其應(yīng)用);第四,激光的原理和應(yīng)用醫(yī)學(xué)院校大學(xué)物理該部分講述了原子物理和量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),原子物理中介紹了X射線(X射線的產(chǎn)生、X射線的強(qiáng)度和硬度、X射線譜、X射線的性質(zhì)、X射線衍射、X射線的衰減規(guī)律、X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用)、原子核和放射性(原子核的角動(dòng)量和磁矩、原子核的穩(wěn)定性、放射性核素的衰變種類和衰變規(guī)律、射線與物質(zhì)的相互作用、電離輻射防護(hù)、放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用)。量子力學(xué)基礎(chǔ)講述了玻爾的氫原子理論、德布羅意假設(shè)、物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋、不確定關(guān)系、波函數(shù)、薛定愕方程、勢(shì)阱與勢(shì)壘、原子結(jié)構(gòu)理論(四個(gè)量子數(shù)、原子的殼層結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu))。此外,還介紹了相對(duì)論基礎(chǔ)(狹義相對(duì)論、廣義相對(duì)論)和混沌動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。高中物理對(duì)于相對(duì)論與量子物理的知識(shí)作了初步的介紹,使學(xué)生對(duì)此有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí),而農(nóng)林院校大學(xué)物理對(duì)于這部分內(nèi)容的講述,是在高中物理已有知識(shí)基礎(chǔ)上的提高和擴(kuò)展。高中物理涉及的激光、放射性同位素、核反應(yīng)方程、衰變、半衰期、結(jié)合能、核裂變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、核聚變等知識(shí),側(cè)重于從應(yīng)用的角度展開(kāi)物理知識(shí),這同農(nóng)林院校大學(xué)物理基本是一致的。

五、熱學(xué)內(nèi)容的比較和分析

量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】量子化學(xué) 薛定諤方程 非相對(duì)論近似 伯恩-奧本海墨近似 軌道近似

【基金項(xiàng)目】海南師范大學(xué)第六批校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（HSJG201121）資助。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）04-0158-02

無(wú)機(jī)化學(xué)是大學(xué)一年級(jí)化學(xué)專業(yè)學(xué)生接觸最早的一門(mén)基礎(chǔ)課，其中量子化學(xué)部分由于內(nèi)容較抽象，學(xué)生普遍反應(yīng)非常難理解，有些學(xué)生甚至因此失去了學(xué)習(xí)化學(xué)的勇氣[1-3]。由于這部分內(nèi)容關(guān)系到學(xué)生對(duì)于后來(lái)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和配位化合物等相關(guān)知識(shí)的理解，所以在教學(xué)中歷來(lái)是重中之重，講解課時(shí)也是安排最多的，但是學(xué)生仍然普遍覺(jué)得內(nèi)容晦澀難懂。通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及和學(xué)生們的溝通了解，我們認(rèn)為主要是課本在編排時(shí)只引用了了結(jié)果，而沒(méi)有介紹相關(guān)結(jié)果的來(lái)龍去脈，這一出發(fā)點(diǎn)本是為減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，但反而造成知識(shí)鏈條的中斷，學(xué)生既不知其然，又不知所以然。因此，我們補(bǔ)充了課本中省略的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)于量子化學(xué)的處理方法有初步的了解，提高了教學(xué)效果。由于這一部分涉及許多數(shù)學(xué)知識(shí)，因此在講解時(shí)應(yīng)突出研究思路，而不是讓學(xué)生鉆研數(shù)理公式。這樣就會(huì)使學(xué)生對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)方程的由來(lái)有初步了解，對(duì)于原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)有一定的輔助作用。

1.非相對(duì)論近似

薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程，其解即為體系的波函數(shù)，一旦求得了體系的波函數(shù)，原則上體系的所有性質(zhì)都可以推測(cè)出來(lái)，這是因?yàn)榱孔恿W(xué)的理論會(huì)告訴我們?nèi)绾潍@取這些信息。但是由于薛定諤方程是一個(gè)偏微分方程，除少數(shù)幾種情況外，是難于求解的，所以要求采取一系列合理的理論近似及數(shù)學(xué)處理方法[4-5]。

在研究體系內(nèi)有有限個(gè)原子核和電子，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速，在這里沒(méi)有粒子的產(chǎn)生和湮滅的現(xiàn)象，即粒子數(shù)是守恒的，因而可以忽略相對(duì)論效應(yīng)，而采用非相對(duì)論近似，其相應(yīng)的薛定諤方程為：

但在實(shí)際計(jì)算中，一般只取一個(gè)或幾個(gè)Slater行列式計(jì)算，既能滿足要求又不致于使計(jì)算過(guò)分復(fù)雜。

經(jīng)過(guò)上述的處理，才能夠求得多電子體系中電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)和原子軌道。學(xué)生才能更好地理解多電子體系中對(duì)于電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，是在基于上述幾個(gè)近似后才求得的。

參考文獻(xiàn)：

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量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)范文第3篇

1、物理學(xué)考研有在于難本專業(yè)要求學(xué)生具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)邏輯思維與深厚的基礎(chǔ)物理知識(shí)為鋪墊，并且還要求學(xué)生具有極強(qiáng)的空間立體思維和充足的想象力。而且這一專業(yè)考研的錄取分?jǐn)?shù)線也高，所以說(shuō)，這一專業(yè)考研是非常的不容易的。

2、物理學(xué)專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生掌握與物理相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。這個(gè)專業(yè)主要研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，了解它的本質(zhì)，通過(guò)一些實(shí)踐研究和初步訓(xùn)練，獲得比較好的科學(xué)素養(yǎng)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。

3、物理學(xué)專業(yè)主要分為應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)、核物理專業(yè)、聲學(xué)專業(yè)等類別。主要學(xué)習(xí)的課程有高等數(shù)學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、原子物理學(xué)、電磁學(xué)、量子力學(xué)、數(shù)學(xué)物理學(xué)等。這些課程最核心的學(xué)科就是數(shù)學(xué)，要想學(xué)好物理學(xué)必須要有良好的數(shù)學(xué)知識(shí)。物理學(xué)考研比較難，如果考研成功了，就業(yè)的工資待遇很不錯(cuò)。

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量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)范文第4篇

關(guān)鍵詞：Gaussian程序；教學(xué)實(shí)踐；應(yīng)用教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）27-0162-02

Gaussian程序起源于上世紀(jì)七八十年代，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件條件很差，只能計(jì)算比較簡(jiǎn)單的分子，且計(jì)算級(jí)別較低，所以幾乎不能應(yīng)用于解決化學(xué)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算方法的不斷優(yōu)化改良，到上世紀(jì)八九十年代，人們已經(jīng)逐漸可以借助量子化學(xué)計(jì)算程序去對(duì)實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)體系進(jìn)行模擬和研究。值得一提的是，1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予科恩和波普爾，以表彰他們?cè)诶碚摶瘜W(xué)領(lǐng)域做出的重大貢獻(xiàn)。他們的工作使實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質(zhì)，引起整個(gè)化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)歷一場(chǎng)革命的變化，使化學(xué)不再是一門(mén)純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。其中，波普爾正是Gaussian程序的原創(chuàng)者之一，此次得獎(jiǎng)也是為Gaussian程序在世界范圍內(nèi)被接受和認(rèn)可奠定了基礎(chǔ)。Gaussian的版本從上世紀(jì)開(kāi)始有Gaussian 70、Gaussian 80、Gaussian 90、Gaussian 98等一系列程序。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著Gaussian 98、Gaussian 03、Gaussian 09[1]等版本的持續(xù)更新和改進(jìn)，Gaussian程序的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。目前，Gaussian的主要功能包括：過(guò)渡態(tài)能量和結(jié)構(gòu)、反應(yīng)路徑、熱力學(xué)性質(zhì)、分子軌道、鍵和反應(yīng)能量、原子電荷和電勢(shì)、核磁性質(zhì)、紅外和拉曼光譜、振動(dòng)頻率、極化率和超極化率等，計(jì)算不僅可以對(duì)具體體系的基態(tài)進(jìn)行計(jì)算，還可以對(duì)其激發(fā)態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行研究。另外，它還可以用來(lái)預(yù)測(cè)周期體系的能量、結(jié)構(gòu)和分子軌道。因此，Gaussian可以作為功能強(qiáng)大的工具，用于研究許多化學(xué)領(lǐng)域的課題，例如取代基的影響，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，勢(shì)能曲面和激發(fā)能等。該程序近年來(lái)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用使其成為化學(xué)學(xué)科的科研教學(xué)人員必須掌握的工具之一。目前國(guó)內(nèi)很多知名高校和科研院所都已經(jīng)開(kāi)展了Gaussian程序應(yīng)用這門(mén)課程，并且作為相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的必修課程。鑒于此，我院于2014年也開(kāi)展了Gaussian程序應(yīng)用作為研究生選修課程，這對(duì)于提高我院研究生專業(yè)素養(yǎng)和科研水平具有重要的意義。

一、Gaussian程序應(yīng)用的參考教材選取

有很多關(guān)于Gaussian程序應(yīng)用方面的書(shū)籍，包括中文的和英文的。針對(duì)這門(mén)課來(lái)說(shuō)，我選擇的參考教材主要是Foresman和Frisch編著的《Exploring chemistry with electronic structure methods》[2]以及可在Gaussian官網(wǎng)下載的與其配套的例子。該書(shū)分為三個(gè)部分，分別是基本概念和技術(shù)（包括第一章計(jì)算模型、第二章單點(diǎn)能計(jì)算、第三章幾何優(yōu)化、第四章 頻率分析）、計(jì)算化學(xué)方法（包括第五章基族的影響、第六章理論方法的選擇、第七章高精度計(jì)算）和應(yīng)用部分（包括第八章研究反應(yīng)和反應(yīng)性、第九章激發(fā)態(tài)、第十章溶液中的反應(yīng)）。我選擇此書(shū)的出發(fā)點(diǎn)是：它的內(nèi)容從基礎(chǔ)到應(yīng)用、從淺至深地介紹了Gaussian程序的主要功能和應(yīng)用。書(shū)中的例子涉及分子能量和結(jié)構(gòu)研究、過(guò)渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)研究、化學(xué)鍵以及反應(yīng)的能量、振動(dòng)頻率、分子軌道、偶極矩和多極矩、原子電荷和電勢(shì)、紅外和拉曼光譜、核磁、極化率和超極化率、熱力學(xué)性質(zhì)、IRC反應(yīng)途徑等計(jì)算，另外還舉例模擬了在氣相和溶液中的體系、模擬基態(tài)和激發(fā)態(tài)分子的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。這些具體例子能夠幫助從事化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的科研工作人員、教師和研究生等從不同的視角把握分子模型設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬的策略、原則和方法，從而能夠讓研究人員全面了解Gaussian程序計(jì)算的模擬方法和應(yīng)用實(shí)例。

二、Gaussian教學(xué)內(nèi)容的選取

Gaussian程序主要是以分子力學(xué)和量子力學(xué)等為理論依據(jù)，借助計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行化學(xué)問(wèn)題研究的一門(mén)交叉學(xué)科。該課程教學(xué)涉及內(nèi)容多、范圍廣，這就要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)、計(jì)算化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多專業(yè)知識(shí)的積累。學(xué)習(xí)這門(mén)課有助于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生綜合多種學(xué)科知識(shí)，解決實(shí)際復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題的能力。然而這門(mén)課理論概念抽象，學(xué)生理解起來(lái)非常困難，教學(xué)難度也較大。選修這門(mén)課的學(xué)生主要來(lái)自物理化學(xué)專業(yè)和有機(jī)化學(xué)專業(yè)。對(duì)于物理化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們的結(jié)構(gòu)化學(xué)、計(jì)算化學(xué)和物理化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)較好，這門(mén)課的學(xué)習(xí)不是非常困難。然而對(duì)于有機(jī)化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這門(mén)課學(xué)起來(lái)就比較困難了，因?yàn)樗麄兊挠?jì)算化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)比較薄弱。如何將抽象的化學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)單化，形象化，幫助學(xué)生理解復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)機(jī)理，提高學(xué)習(xí)積極性，這對(duì)老師的教學(xué)方法和方式有很高的要求。

針對(duì)不同化學(xué)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和他們將來(lái)要從事的職業(yè)，我更加注重實(shí)踐教學(xué)而不是抽象概念的講解和公式的推導(dǎo)。對(duì)于量子化學(xué)計(jì)算中涉及的一些算法學(xué)生只需了解，如果有學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)非常感興趣，我建議他們?nèi)ヂ?tīng)量子力學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)課程。在課堂上，我重點(diǎn)講解Gaussian程序的常用計(jì)算方法、思路和一些典型案例，以及如何運(yùn)用這些方法解決科研中碰到的實(shí)際問(wèn)題。比如講解什么是半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算、什么是Hartree-Fock近似、什么是密度泛函理論、什么是分子力學(xué)算法等，講解他們的區(qū)別以及在不同情況下如何選擇不同的算法。此外，我還重點(diǎn)講解基于量化計(jì)算的分子結(jié)構(gòu)（包括穩(wěn)定態(tài)和過(guò)渡態(tài)）的優(yōu)化，分子光譜的計(jì)算和反應(yīng)機(jī)理研究。這些內(nèi)容對(duì)于化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)都是非常有意義的，可以幫助他們后續(xù)的科研工作。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性，讓學(xué)生積極參與到課堂的專題實(shí)驗(yàn)交流活動(dòng)，提高課堂教學(xué)的效果，我會(huì)教學(xué)生使用一些軟件圖形界面如Gaussview等，直接生動(dòng)地展示和分析一些分子的三維結(jié)構(gòu)，將抽象的化學(xué)分子通過(guò)色彩鮮艷的三維立體形象界面予以展示，并教會(huì)他們?nèi)绾问褂肎aussview建立分子模型和分析計(jì)算結(jié)果。在用Gaussview軟件建立模型的過(guò)程中，我首先對(duì)主工具欄里邊的元素工具和環(huán)工具等建模工具做了講解，然后再對(duì)編輯工具即鍵長(zhǎng)、鍵角和二面角工具做了使用演示，另外還講了加H工具和原子消除工具的使用。事實(shí)上，上述的這幾個(gè)工具如果能掌握好，學(xué)生們基本上就能根據(jù)所學(xué)化學(xué)知識(shí)來(lái)建立相應(yīng)的分子的三維結(jié)構(gòu)模型。隨后，在課堂上我再演示如何用鼠標(biāo)操作來(lái)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放和疊加結(jié)構(gòu)，如何用鼠標(biāo)操作來(lái)改變分子的顯示形式和顏色，如何查看結(jié)果如能量數(shù)據(jù)，以及如何顯示分子的原子電荷和分子軌道性質(zhì)等。等學(xué)生基本掌握了Gaussview的模型建立和結(jié)果分析工具，我會(huì)給他們講解如何將分子模型通過(guò)設(shè)置不同的關(guān)鍵詞來(lái)提交相應(yīng)任務(wù)給Gaussian程序去執(zhí)行，如結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵詞是OPT，頻率計(jì)算的關(guān)鍵詞是FREQ等。由于Gaussian的功能強(qiáng)大，授課時(shí)間有限，我們只介紹一些基本操作和簡(jiǎn)單例子給學(xué)生。例如讓學(xué)生對(duì)鄰位、間位和對(duì)位的二取代苯進(jìn)行在不同計(jì)算級(jí)別（如HF/6-31G（d，p）水平下）進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬，然后對(duì)其能量比較分析哪個(gè)異構(gòu)體在氣相和液相下最穩(wěn)定。對(duì)于反應(yīng)機(jī)理，我會(huì)讓學(xué)生通過(guò)尋找一些簡(jiǎn)單的常見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)如Diels-Alder反應(yīng)、SN2親核取代反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)的構(gòu)型來(lái)加深對(duì)反應(yīng)通道的理解，通過(guò)IRC計(jì)算直觀的看出化學(xué)反應(yīng)中分子結(jié)構(gòu)的變化。此外，我還會(huì)講一些實(shí)例介紹光譜的預(yù)測(cè)，比如首先我們會(huì)在基態(tài)下用DFT方法優(yōu)化發(fā)光分子的結(jié)構(gòu)，然后對(duì)其進(jìn)行TDDFT計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)其紫外吸收光譜和熒光光譜等發(fā)光性質(zhì)，從而為功能分子的設(shè)計(jì)提供便利。最后，根據(jù)本院實(shí)際科研需要，我們會(huì)適當(dāng)進(jìn)行一些應(yīng)用教學(xué)來(lái)滿足不同專業(yè)學(xué)生的需求。

三、開(kāi)展Gaussian程序應(yīng)用課程的前景展望

自然科學(xué)發(fā)展的歷史和規(guī)律表明，多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)交叉促進(jìn)了最基本的微觀過(guò)程和最復(fù)雜的宏觀過(guò)程的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。在這個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，Gaussian這一量子化學(xué)計(jì)算程序應(yīng)運(yùn)而生并被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。它既要求使用者有一定的量子力學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)來(lái)理解計(jì)算流程，而且要求他們對(duì)于化學(xué)問(wèn)題有深刻認(rèn)識(shí)和獨(dú)特見(jiàn)解，屬于一門(mén)高度交叉的新興方法和工具，涉及應(yīng)用化學(xué)、理論化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多領(lǐng)域。目前，Gaussian程序已經(jīng)成為理論化學(xué)計(jì)算中的常規(guī)方法之一，開(kāi)展此門(mén)課程可以使科學(xué)研究人將其用于未來(lái)的反應(yīng)機(jī)理研究、反應(yīng)的立體和化學(xué)選擇性的解釋、化合物結(jié)構(gòu)及其光譜等性質(zhì)預(yù)測(cè)，并可指導(dǎo)設(shè)計(jì)小分子催化劑甚至新型催化反應(yīng)，減少實(shí)驗(yàn)上的盲目性和偶然性，從而達(dá)到節(jié)省人力、物力和財(cái)力的最終目的。

理論計(jì)算化學(xué)在近幾十年來(lái)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，已從根本上改變了人們對(duì)于化學(xué)只是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的認(rèn)知，它已經(jīng)成為化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。我國(guó)的理論計(jì)算研究發(fā)展迅速，化學(xué)學(xué)科正處于從單純實(shí)驗(yàn)到以實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相輔相成轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，從專業(yè)發(fā)展的角度而言，開(kāi)展理論計(jì)算化學(xué)相關(guān)課程如Gaussian程序應(yīng)用具有非常廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)范文第5篇

1專業(yè)知識(shí)體系的調(diào)整

2006年教育部全國(guó)高等學(xué)校教學(xué)研究中心、材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合制定的《高等學(xué)校材料化學(xué)專業(yè)規(guī)范(討論稿)》(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)中所制定的專業(yè)知識(shí)體系對(duì)于我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，顯得內(nèi)容偏多，理論偏深，要求偏理，工程意識(shí)不強(qiáng)，因此，結(jié)合我校應(yīng)用型人才辦學(xué)實(shí)際，對(duì)“規(guī)范”中所界定的專業(yè)知識(shí)體系中內(nèi)容做了相應(yīng)的調(diào)整，從而形成了我校材料化學(xué)專業(yè)發(fā)展的專業(yè)知識(shí)體系。該體系內(nèi)容調(diào)整的思路和原則是:精簡(jiǎn)內(nèi)容，保證基本理論和必要的基本知識(shí)，降低難度，突出應(yīng)用特色，體現(xiàn)學(xué)科進(jìn)展;達(dá)到學(xué)生具備繼續(xù)學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)于工程實(shí)踐的能力，適于培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的要求。如“規(guī)范”中的量子力學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算化學(xué)、電子論、材料科學(xué)中的數(shù)學(xué)等理論性強(qiáng)的內(nèi)容一律刪除。調(diào)整后，體系由化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)方向知識(shí)三個(gè)部分所組成，其中化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)包括基本的化學(xué)知識(shí)，化學(xué)原理、化學(xué)方法;材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)包括材料的結(jié)構(gòu)、材料的化學(xué)制備，材料的分析測(cè)試、材料的物理性質(zhì)以及材料的成型加工等;專業(yè)方向知識(shí)包括高分子材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能、加工以及應(yīng)用等，詳見(jiàn)表1。

2課程體系的設(shè)置

設(shè)置什么樣的課程來(lái)貫徹實(shí)施上述專業(yè)知識(shí)是我們一直以來(lái)探索的一個(gè)重要的教學(xué)改革問(wèn)題。課程設(shè)置不同所獲得的教育效果也就不同。在這方面各學(xué)校辦學(xué)情況不同其做法也不一樣［2－4］。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們認(rèn)為，材料化學(xué)既然是研究材料的化學(xué)問(wèn)題的科學(xué)，材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)理當(dāng)強(qiáng)調(diào)化學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，只有具備厚實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)，才有可能弄清材料的化學(xué)問(wèn)題，并用化學(xué)方法去研究和解決材料的化學(xué)以及其他問(wèn)題，未來(lái)發(fā)展才有后勁;另外，化學(xué)基礎(chǔ)好更有利于學(xué)生就業(yè)。因此，我們?cè)O(shè)置了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、高分子化學(xué)、材料化學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子材料等9門(mén)核心課程來(lái)完成化學(xué)基礎(chǔ)、材料學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)方向等三部分知識(shí)，并做到統(tǒng)一考慮內(nèi)容取舍、不重疊，處理好課程的相對(duì)完整與課程間融合銜接;精簡(jiǎn)繁多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和敘述性的內(nèi)容，做到“簡(jiǎn)明”而不弱化基本理論，以滿足材料化學(xué)專業(yè)本科教育專業(yè)認(rèn)證的基本要求;引進(jìn)學(xué)科近展的新內(nèi)容，反映學(xué)科發(fā)展的方向。在教學(xué)內(nèi)容上，無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化工原理、高分子化學(xué)和高分子材料等都緊密聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，滲透工程意念;分析化學(xué)以儀器分析方法為主;物理化學(xué)強(qiáng)化熱力學(xué)基礎(chǔ)和界面與膠體化學(xué)及其在材料化學(xué)中的應(yīng)用;材料化學(xué)注重材料制備和分析測(cè)試;材料科學(xué)基礎(chǔ)主要介紹材料的物理性質(zhì)和材料的成型與加工(如表1所示)。

3課程標(biāo)準(zhǔn)的制定

教學(xué)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是課程實(shí)施質(zhì)量的保障，為此，我們陸續(xù)制定了上述核心課程的課程標(biāo)準(zhǔn)。在課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各門(mén)課程的性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容，以及學(xué)生在知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面的基本要求，全面體現(xiàn)素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的理念和課程功能。課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫(xiě)、教學(xué)及其評(píng)估的依據(jù)，同時(shí)也是管理和評(píng)價(jià)課程、加強(qiáng)課程建設(shè)的基礎(chǔ)，它的制定和實(shí)施，將全面推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的提高，這對(duì)于培養(yǎng)素質(zhì)全面、富有應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才具有深遠(yuǎn)意義［5］。