《计算化学基础与应用》课程教学大纲 课程名称：计算化学基础与应用 课程类别：专业选修课 适用专业：化学 考核方式：考查 总学时、学分：32学时2学分其中实验学时：0学时 一、课程教学目的 现代计算机技术在科研、生产等方面起到日益重要的作用。通过 学习本课程，进一步提高学生的计算机应用能力，尤其是应用计算机 工具解决化学相关问题的基本思路、基本原理、基本方法和基本技能， 培养学习能力、实践能力与创新能力。对于有志于在化学方面进一步 深造的同学，通过本课程学习，可以在以后的科研中最大限度的发挥 计算机的优势，从而跟上当前化学发展的步伐。 二、课程教学要求 通过本课程的学习，使学生掌握计算化学的基本原理及应用，培 养学生运用计算化学的原理和应用软件解决化学化工等问题的能力。 掌握计算机技术在化学各分支中若干应用的基本原理，理解计算机化 学方法中的若干关键算法及其使用情况，计算机化学的应用背景和发 展情况。 三、 先修课程 《高等数学》、《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》等 四、 课程教学重、难点 计算化学中不同模型对性质的影响，计算技巧及数据的灵活处 理，专业软件对材料图形的绘制。 五、课程教学方法与教学手段
1 《计算化学基础与应用》课程教学大纲 课程名称：计算化学基础与应用 课程类别：专业选修课 适用专业：化学 考核方式： 考查 总学时、学分： 32 学时 2 学分 其中实验学时： 0 学时 一、 课程教学目的 现代计算机技术在科研、生产等方面起到日益重要的作用。通过 学习本课程，进一步提高学生的计算机应用能力，尤其是应用计算机 工具解决化学相关问题的基本思路、基本原理、基本方法和基本技能， 培养学习能力、实践能力与创新能力。对于有志于在化学方面进一步 深造的同学，通过本课程学习，可以在以后的科研中最大限度的发挥 计算机的优势，从而跟上当前化学发展的步伐。 二、 课程教学要求 通过本课程的学习，使学生掌握计算化学的基本原理及应用，培 养学生运用计算化学的原理和应用软件解决化学化工等问题的能力。 掌握计算机技术在化学各分支中若干应用的基本原理，理解计算机化 学方法中的若干关键算法及其使用情况，计算机化学的应用背景和发 展情况。 三、 先修课程 《高等数学》、《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》等 四、 课程教学重、难点 计算化学中不同模型对性质的影响，计算技巧及数据的灵活处 理，专业软件对材料图形的绘制。 五、 课程教学方法与教学手段
本课程采用课堂讲授和讨论相结合。通过阅读主要参考书目、 网上查询、资料整理和专题讨论，以演绎法和归纳法为主，运用类 比、模拟及其它科学方法，学会初步解决实际问题的能力，并掌握 该学科的发展动态。 六、课程教学内容 第一章绪论(2学时) 1.教学内容 (1)了解计算化学发展简史。 (2)了解相关科研前沿。 (3)了解本课程与专业及应用的关系。 (4)掌握学习方法和要求。 2.重、难点提示 (1)了解计算化学有关的基本概念。 (2)理解计算机辅助在化学等领域中的作用。 第二章计算化学基础（2学时) 1.教学内容 (1)了解计算化学中涉及的基本概念。 (2)了解计算化学所需的硬件和软件。 2.重、难点提示 了解波函数、自洽场分子轨道、组态相互作用等概念及在计算化学中的应用。 第三章计算方法简介(2学时) 1.教学内容 (1)计算化学概述，了解不同理论。 (2)不同计算方法的优势。 2.重、难点提示 理解分子力学理论、半经验方法、从头计算方法和密度泛函理论的区别。 2
2 本课程采用课堂讲授和讨论相结合。通过阅读主要参考书目、 网上查询、资料整理和专题讨论，以演绎法和归纳法为主，运用类 比、模拟及其它科学方法, 学会初步解决实际问题的能力，并掌握 该学科的发展动态。 六、课程教学内容 第一章 绪论（2 学时） 1．教学内容 (1) 了解计算化学发展简史。 (2) 了解相关科研前沿。 (3) 了解本课程与专业及应用的关系。 (4) 掌握学习方法和要求。 2．重、难点提示 (1) 了解计算化学有关的基本概念。 (2) 理解计算机辅助在化学等领域中的作用。 第二章 计算化学基础（2 学时） 1．教学内容 (1) 了解计算化学中涉及的基本概念。 (2) 了解计算化学所需的硬件和软件。 2．重、难点提示 了解波函数、自洽场分子轨道、组态相互作用等概念及在计算化学中的应用。 第三章 计算方法简介（2 学时） 1．教学内容 (1) 计算化学概述，了解不同理论。 (2) 不同计算方法的优势。 2．重、难点提示 理解分子力学理论、半经验方法、从头计算方法和密度泛函理论的区别
第四章Gaussian计算软件介绍(2学时) 1.教学内容 (1)了解计算化学中用到的软件。 (2)了解Gaussian研究的化学问题。 (3)了解Gaussian运行的平台。 (4)掌握Gaussian的输入文件的格式。 2.重、难点提示 (I)Gaussian的输入文件的格式要求，介绍常用命令。 (2)正常输出文件的格式及各部分的含义。 第四章GaussView软件介绍及应用 (一)单点能计算（2学时) 1.教学内容 (1)掌握能量计算设置。 (2)掌握输出文件中的信息。 2.重、难点提示 准确查找输出文件中分子轨道、电荷分布、偶极矩等参数的信息。 (二)分子优化(2学时) 1.教学内容 (1)理解势能面的含义。 (2)准确寻找极小值。 (3)掌握频率计算的输入要求。以及热力学相关参数的输出。 2.重、难点提示 掌握频率计算和极小点寻找的要点。 (三)轨道分析（2学时) 1.教学内容 (1)计算化学中涉及的原子轨道和分子轨道的概念。 (2)前线分子轨道分析实例。 2.重、难点提示 3
3 第四章 Gaussian 计算软件介绍（2 学时） 1．教学内容 (1) 了解计算化学中用到的软件。 (2) 了解 Gaussian 研究的化学问题。 (3) 了解 Gaussian 运行的平台。 (4) 掌握 Gaussian 的输入文件的格式。 2．重、难点提示 (1) Gaussian 的输入文件的格式要求，介绍常用命令。 (2) 正常输出文件的格式及各部分的含义。 第四章 GaussView 软件介绍及应用 （一）单点能计算（2 学时） 1．教学内容 (1) 掌握能量计算设置。 (2) 掌握输出文件中的信息。 2．重、难点提示 准确查找输出文件中分子轨道、电荷分布、偶极矩等参数的信息。 （二）分子优化（2 学时） 1．教学内容 (1) 理解势能面的含义。 (2) 准确寻找极小值。 (3) 掌握频率计算的输入要求。以及热力学相关参数的输出。 2．重、难点提示 掌握频率计算和极小点寻找的要点。 （三）轨道分析（2 学时） 1．教学内容 (1) 计算化学中涉及的原子轨道和分子轨道的概念。 (2) 前线分子轨道分析实例。 2．重、难点提示
理解分析前线分子轨道的意义。 (四)电离势和亲和势(2学时) 1.教学内容 (1)理解电离势和亲和势的概念。 (2)应用实例。 2.重、难点提示 掌握计算电离势和亲和势的方法。 (五)静电势和电荷分布(2学时) 1.教学内容 (1)掌握静电势的概念。 (2)掌握从Gview中分析静电势和电荷分布。 2.重、难点提示 掌握如何分析静电势和电荷分布变化的意义。 (六)寻找简单反应的过渡态(2学时) 1.教学内容 (1)掌握反应路径分析。 (2)势能面研究实例。 2.重、难点提示 掌握反应路径分析。 (七)激发态计算（4学时) 1.教学内容 (1)了解发光材料的发展。 (2)了解激发态计算的重要性。 (3)掌握激发态计算的方法。 2.重、难点提示 (1)理解激发态的特点。 (2)掌握荧光和磷光的区别 (3)理解计算激发态不同方法的优缺点。 4
4 理解分析前线分子轨道的意义。 （四）电离势和亲和势（2 学时） 1．教学内容 (1) 理解电离势和亲和势的概念。 (2) 应用实例。 2．重、难点提示 掌握计算电离势和亲和势的方法。 （五）静电势和电荷分布（2 学时） 1．教学内容 (1) 掌握静电势的概念。 (2) 掌握从 Gview 中分析静电势和电荷分布。 2．重、难点提示 掌握如何分析静电势和电荷分布变化的意义。 （六）寻找简单反应的过渡态（2 学时） 1．教学内容 (1) 掌握反应路径分析。 (2) 势能面研究实例。 2．重、难点提示 掌握反应路径分析。 （七）激发态计算（4 学时） 1．教学内容 (1) 了解发光材料的发展。 (2) 了解激发态计算的重要性。 (3) 掌握激发态计算的方法。 2．重、难点提示 (1) 理解激发态的特点。 (2) 掌握荧光和磷光的区别 (3) 理解计算激发态不同方法的优缺点
(八)选择合适的理论模型(2学时) 1.教学内容 (1)了解半经验方法的局限性。 (2)了解电子相关和后SCF方法。 2.重、难点提示 掌握运用不同方法计算的优点和不足。 第六章Chemoffice软件简介(2学时) 1.教学内容 (1)绘制平面分子式。 (2)搭建立体分子模型。 2.重、难点提示 搭建立体分子模型的方法和技巧。 第七章利用Origin软件数据分析（2学时) 1.教学内容 (1)科学制表。 (2)从表格到图像。 (3)实例说明。 2.重、难点提示 掌握Origin软件数据分析的基本步骤。 七、学时分配 教学环节 章目 教学内容 理论教学学时 实验教学学时 绪论 2 二 计算化学基础 2 三 计算方法简介 2 四 Gaussian计算软件介绍 4 五 GaussView软件介绍及应用 5
5 （八）选择合适的理论模型（2 学时） 1．教学内容 (1) 了解半经验方法的局限性。 (2) 了解电子相关和后 SCF 方法。 2．重、难点提示 掌握运用不同方法计算的优点和不足。 第六章 Chemoffice 软件简介（2 学时） 1．教学内容 (1) 绘制平面分子式。 (2) 搭建立体分子模型。 2．重、难点提示 搭建立体分子模型的方法和技巧。 第七章 利用 Origin 软件数据分析（2 学时） 1．教学内容 (1) 科学制表。 (2) 从表格到图像。 (3) 实例说明。 2．重、难点提示 掌握 Origin 软件数据分析的基本步骤。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学学时 实验教学学时 一 绪论 2 二 计算化学基础 2 三 计算方法简介 2 四 Gaussian 计算软件介绍 4 五 GaussView 软件介绍及应用
(一)单点能计算 2 （二)分子优化 2 (三)轨道分析 2 (四)电离势和亲和势 2 (五)静电势和电荷分布 2 (六)寻找简单反应的过渡态 2 (七)激发态计算 4 (八)选择合适的理论模型 2 六 Chemoffice软件简介 2 七 利用Origin软件数据分析 2 总计 32 八、课程考核方式 1.考核方式： 笔试；开卷。 2.成绩构成 平时成绩：平时作业与课堂互动：课程论文，要求独立完成。 九、选用教材和参考书目 [1](Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods)(Second Edition),James B. Poresman,Aeleen Frisch,Gaussian,Inc,USA,1996: [2]《计算化学》，聂长明、廖立夫主编，北京理工大学出版社，2010年； [3]《化学图文设计与分子模拟计算》，刘江燕、武书彬编，华南理工大学出版社，2009年： [4]《计算机化学》，丛培盛、朱仲良、许新华、曹同成、柴晓兰编，化学工业出版社，2014 年： [5]叶卫平主编，《Origin9.1科技绘图及数据分析》，机械工业出版社，2015年： [6]范波涛、张瑞生编，《计算机化学与分子设计》，高等教有出版社，2009年。 6
6 （一）单点能计算 2 （二）分子优化 2 （三）轨道分析 2 （四）电离势和亲和势 2 （五）静电势和电荷分布 2 （六）寻找简单反应的过渡态 2 （七）激发态计算 4 （八）选择合适的理论模型 2 六 Chemoffice 软件简介 2 七 利用 Origin 软件数据分析 2 总计 32 八、课程考核方式 1. 考核方式： 笔试；开卷。 2. 成绩构成 平时成绩：平时作业与课堂互动；课程论文，要求独立完成。 九、选用教材和参考书目 [1]《Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods》（Second Edition），James B. Poresman，Aeleen Frisch, Gaussian, Inc, USA,1996 年； [2]《计算化学》，聂长明、廖立夫主编，北京理工大学出版社，2010 年； [3]《化学图文设计与分子模拟计算》，刘江燕、武书彬编，华南理工大学出版社，2009 年； [4]《计算机化学》，丛培盛、朱仲良、许新华、曹同成、柴晓兰编，化学工业出版社，2014 年； [5] 叶卫平主编，《Origin 9.1 科技绘图及数据分析》，机械工业出版社，2015 年； [6] 范波涛、张瑞生编，《计算机化学与分子设计》，高等教育出版社，2009 年