化学反应历程及热力学模拟教学模块

分子模拟能够实现无法用传统实验手段直接观察的实验，例如分子的能量和结构、过渡态的能量和结构、热化学性质等。也可以直观显示一些看不到或很难讲清楚的实验现象，例如化学反应路径、分子轨道、原子电荷等。所以，分子模拟能够对分子进行性能预测、对过程进行优化筛选，进而为实验提供可行性方案设计，也可以通过模拟解释现象、建立理论、探讨机理，从而为实验奠定理论基础。

为便于学生学习、了解化学反应历程和热力学概念，中心建立了化学反应历程及热力学模拟实验教学模块（见图2）。本教学模块共开设8个实验教学项目（见表1），可以辅助无机化学，有机化学，结构化学，分析化学等课程，更加深刻形象地让学生掌握分子各种性质计算原理，分子构型以及光谱分析原理；可以辅助物理化学、化工热力学等课程，更加直观的展示物质的焓、熵、吉布斯自由能的计算原理，可以对热力学参数分子间相互作用力等计算方法，从而应用与工程设计；可以助化学反应工程、材料工程等课程，更加深入了解反应过程，基元反应，自由基反应，寻找反应的过渡态，计算反应动力学参数，对催化剂的开发与设计有着重要的作用。

图2化学反应历程及热力学模拟教学模块场景

表1 实验项目一览表I

序号	实验项目	学时	功能	效果
1	分子可视化	4	蛋白质和小分子在可视化软件中恰当显示	学会使用可视化软件
2	分子结构的优化	4	在软件中对自选分子进行结构优化	掌握分子结构优化的方法和原理
3	分子各种性质计算	4	根据优化的分子结构进行分子极性、光谱、分子对称性等性质的计算	掌握分子性质计算的方法和原理
4	分子动力学模拟	6	在动力学模拟软件中对自选蛋白质分子进行分子模拟基本操作	掌握动力学模拟的基本方法和步骤
5	化学反应过程计算	6	在软件中对自选化学反应进行反应过程计算	掌握化学反应的计算方法，加深对过渡态的理解
6	小分子的构建和蛋白质的同源建模	6	对给定序列的蛋白质进行三维建模	掌握同源建模的方法和原理
7	分子对接及虚拟药物筛选	6	对指定体系进行分子对接和虚拟筛选	掌握分子对接和虚拟筛选的基本方法
8	分子设计	6	自选题目，综合运用所学实现计算机辅助分子设计	理解分子设计的方法和步骤