21世纪的化学已经成为一门实验、计算、理论相结合的综合性学科。多学科交叉、计算机与基础教育相结合已成为当今世界新技术和教育改革的特征和趋势。我们瞄准学科发展趋势,在我校化学化工类专业化学系列课优化整合后,新的教学计划中增设了专业基础课程——计算化学。它是一门新兴的、多学科交叉(化学学科、数学学科、计算机学科、化工类相关学科)的综合性新课程,主要内容是运用数学、统计学与计算机科学的方法,进行化学、化工的实验设计、数据与信息处理、分类、解析和预测。
《计算化学》课程在化工类及应用化学专业教学计划中的定位:充分考虑了学生的认识规律,在学生学完基础课程(无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高等数学、计算机文化基础、FORTRAN语言、C语言)之后,与其它专业基础课同步或之前开设这门承上启下的课程,在教学实践中取得了良好的效果。
课程建设目标:按“五个一流”(一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教学方法、一流的教材、一流的教学管理)的标准建设计算化学精品课程。
在计算化学多学科交叉(化学、数学、计算机科学)内容的优化与整合上,突出课程内容的基础性与前沿性;充分利用现代信息技术,用现代化教学理念指导教学全过程,使学生全面掌握应用计算机解决化学、化工相关问题的基本思路、基本原理、基本方法和基本技能,培养学生学习能力、实践能力与创新能力。
课程建设方针:
l ??????? 依托国家工科基础课程优秀化学教学基地实体,以教改立项,促课程建设;
l???????? 依托化学一级学科优势,教学科研互动,师生参与改革促课程创新。
树立“为学生未来的发展和适应未来社会的发展奠定基础”的学生发展观,确保计算化学课程内容的科学性。
课程内容的特色:
1.不同学科相关内容的交叉与融合,确保课程内容的基础性和前沿性。
基础性──继承了有关学科课程的相关内容(无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学、化工热力学、化工动力学、数学、计算机编程)
前沿性──增加了多例化学、化工过程的计算机模拟内容和最优化设计,例如:单纯形法等;又融入了相关学科当今世界发展动态,如分子模拟、Monte Carlo法等。
2.理论教学与实践密切结合,确保课程内容的应用性、实践性。
注重实践,突出应用。以强化学生的综合知识能力和实践能力为目标,让学生循序渐进地面对复杂的工程实际应用,重视培养学生收集处理信息的能力,获取新知识的能力,提高工程意识。
例:镍硅藻土上发生的苯加氢合成环己烷是固体催化剂上进行的表面反应控制的气相反应。在160℃时的微分反应器中,测得不同压力下初始反应速度r0以及相应的苯和氢气的分压pB、pH数据
初始反应速率方程为?? ???
学生学习相关内容之后,可以根据给定的已知实验数据,拟合上述数学模型中的参数bB、bH及ka。
3.依托学科优势,教学科研互动,教师将科研新观点、新成果、新资料融入课程内容之中,课程内容具有一定的创新性。
例:教师科研中,根据实验数据拟合,建立了适用于非均匀固-液界面固体吸附量与溶质浓度关系的数学模型,不仅适用于极限吸附,也适用于无限吸附系统的吸附等温方程式:
式中, ?
该论文在“计算机与应用化学”(2002,19(3):367-370)上发表后,受到同行的高度重视。此科研成果,能用于五种不同类型的吸附等温线,具有理论意义,同时也具有实践价值。
在课程中,介绍了如何确定该模型的模型参数b0、b3、α、β。拓展了学生的知识视野,让学生尽早了解发现科学真理的学习与研究活动,以调动其学习的主动性,掌握学习与发现的方法。 |