物理化学中的量子化学教学

发布时间：2022-10-03 10:56 热度：

　　这篇论文主要介绍的是物理化学中的量子化学教学的相关内容，本文作者就是通过对物理化学量子教学的内容做出详细的阐述与介绍，特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

　　关键词：物理化学;量子化学;教学内容

　　从物理化学诞生到现在已经有了百年的发展历史，物理化学的核心就是量化程度高，量子化学作为物理化学的重要组成部分，主要研究微观粒子的运动规律，其与学生熟悉的经典力学所研究的宏观运动规律差别显著。在物理化学的教学过程中，因其理论性强、抽象难懂、需要较多的物理、数学知识的特征，与常规的定律、定理相比，更加难以理解，学生学习有一定的困难。

　　一、物理化学课程中的量子化学

　　量子化学是一门将力学和化学融合到一起的学科，20世纪科学家就利用量子化学的理论知识，对氢分子是如何形成的进行了科学的讨论，并且成功地利用量子化学知识解释了化学键的形成过程。通过这样的方式，大家意识到了量子化学的重要性，并开始利用量子力学对分子结构进行探讨，量子化学被应用于各个领域。量子化学包含了分子结构、轨道理论等内容，在量子化学的学习中，教师要结合学生的实际情况，让学生能够清晰地明白分子的结构参数，从而达到学会计算方法的目标;同时教师还要设立物理化学实验课，并且将量子化学的学习内容加入实验课堂，使其成为实验课堂的一部分，让学生能够通过实验更加直观地理解分子的微观结构，从而真正掌握知识点。

　　二、物理化学课程中的量子化学教学策略

　　(一)丰富教学内容

　　要想学好一门学科，必须先了解其发展的历史，学习好量子化学的科学史能增强学生的人文意识[1]。在过去的物理化学的教学过程中，教师并没有讲述学科发展的历史，让学生对物理化学产生了枯燥无趣的印象。让学生学习物理化学的科学史，不仅能让其明白物理化学的所有知识和定律都是前人通过大量的科学实验得出的结论，而且物理化学也是贴近实际生活的一门学科。例如，在课堂上，教师可以在讲解新的教学内容之前，先将有关内容的学科发展史讲述给学生，从价键理论到分子轨道理论再到密度泛函理论，最后到量子化学Gaussian程序，让学生提前对所学内容有所了解，这样能够提高学生学习的兴趣，从而鼓励学生进行科学研发，锻炼学生的创新能力。

　　(二)采用多种教学手段

　　由于量子化学自身的特性，教师在教学过程中，应该采用多种教学手段，这样不仅能使课堂更加生动具体，还能提高教学效率[2]。在具体教学中，教师可以根据量子化学教学内容，注重结合与课程内容相关的应用实例或前沿的研究案例，适当选择提问式、启发式、互动式教学方法。例如，在进行液体饱和蒸气压测定的实验时，课本中仅给出利用静态法进行测试的具体方案，此时，教师就可以采用提问式教学法，通过提出问题诱导学生尝试检验所获理论的可靠性从而提高学生的学习记忆效果及领悟能力。

　　(三)开展上机实验

　　传统教学中教师只是利用实验对化学反应进行解读，现在可以通过让学生上机的方式，将反应过程更加细化，通过几何模型的形式呈现在学生面前[3]。对于量子化学的上机实验，学生能亲自模拟反应过程，并进行理论推算，能让学生自己验证量子化学理论，从而了解到微观化学的世界，增加学生的兴趣。例如，同核双原子分子H2、He2、O2电子结构的计算，在进行实验前让学生思考为什么两个氢原子可以形成一个稳定的氢分子H2，而两个氦原子不能形成稳定的氦分子He2;为什么氧分子具有顺磁性。学生在实验过程中要通过不断地模拟实验、创造构建分子结构，并在这个过程中不断地对其进行优化，获得键长、键能、键级、自旋多重度信息，并与相应实验值做对比，对优化后结构进行计算获得可视化的价层分子轨道。学生在懂得了相应的优化方法后，可以得出分子体系中的电子结构性质，使这个过程清晰明朗，这就是量子化学的意义，即利用量子化学来解决问题[4-5]。

　　三、结语

　　量子化学教学是物理化学不可分割的一部分，要想教好量子化学，教师就要在自己的教学实践中扎扎实实地去摸索和总结教改经验。让学生不再被动学习，而是真正地对量子化学产生兴趣，只有这样，才能从根本上提高教学质量，达到量子化学教学的目的。

　　参考文献：

　　[1]唐树戈,牟林,郑其格,等.高等院校物理化学课程教学实践的研究[J].教学研究,2015(38):81-83.

　　[2]徐佳.化工专业物理化学课程的教学改革与实践[J].教育现代化,2018(5):129-131.

　　[3]杨莹,袁青.大学《物理化学》课程的教学探索[J].合肥师范学院学报,2015(33):107-109.

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

　　[5]李延伟,姚金环,杨建文,等.量子化学计算软件在物质结构教学中的应用[J].中国现代教育装备,2012(5):8-9.

　　作者：李明明 单位：贵州民族大学人文科技学院大数据与信息工程学院