[09512]化学与计算机应用.pdf

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1、化学与计算机应用教学大纲一、课程信息开课单位化学化工学院课程编号09512 课程名称化学与计算机应用英文名称Computer applications in chemistry 课程性质专业任选学分2 总学时32 先修课程微型计算机原理化学化工相关专业课程开课学期第七大学期适应专业应用化学 化学 化工二、课程内容（一）课程教学目标通过这门课程的学习，将为化学化工类各专业传授计算机与化学如何结合及计算机在化学化工中的有关应用技术与方法，培养科学思维和利用计算机解决实际问题的初步能力。（二）基本教学内容1、计算机与化学（1）了解计算机化学的研究对象计算机化学(Computer Chemistry)

2、是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质，认识、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。（2）掌握计算机应用到化学上的优势产生新的边缘学科;促进理论化学的发展;促进实验数据处理方式与方法的发展;提高仪器测试精度和实验室的自动化程度;加速情报交流;促进化工过程控制;（3）了解计算机在化学中应用的主要领域目前计算机在化学中应用的主要领域有：计算机网络技术为基础的计算机网上应用；以化学程序编写和使用为目的的计算化学知识；以计算机 CAD、三维结构和图形化技术为基础的化学结构模型和图形表

3、达；以计算机数据库建立，维护和操作为基础的化学数据库知识。（4）了解计算机在化学当中的应用现状计算机网络技术计算机数值分析技术计算机图形技术计算机接口技术信息处理技术人工智能（5）了解计算机在化学当中的应用前景2、回归分析在化工设计及化工模拟计算中，需要大量的物性参数及各种设备参数。这些参数有些可以通过计算得到，但大量的参数还是要通过实验测量得到。实验测量得到的常常是一组离散数据序列（xi,yi）。可作逼近函数（x）最优地靠近样点，即向量 Q=（(x1),(x2),(xm)）T 与 Y=(y1,y2,ym)T 的误差或距离最小。按Q与 Y之间误差最小原则作为“最优”标准构造的逼近函数，称为拟合

4、函数。回归分析：简言之，在大量实验数据的基础上，根据统计分析的结果，得出相应模型或方程中有关的待定系数；（1）掌握一元线性回归分析y b0+b1 x （2）掌握多元线性回归分析yb0+b1 x1+b2 x2+bn xn（3）掌握多项式回归分析y=a0+a1x+a2x2+anxn；(n m)（4）掌握非线性回归分析目前非线性拟合常用的方法有：高斯-牛顿法(Gauss-Newton法)、麦夸脱法（Marquardt法又称阻尼高斯-牛顿法）、单纯形法等。Gauss-Newton法又称为“逐次线性化法”，是非线性拟合中最基本的方法之一，该方法的理论基础是泰勒级数展开和最小二乘原理。3、化学数据处理和科

5、学绘图软件计算机在化学化工中的一个重要的应用就是对数据进行处理。化学中的数据处理多种多样，对不同的数据处理要求宜采用不同的软件完成。经常用到的到的数据处理软件是 Microsoft Excel、Origin、Sigmaplot 等。（1）掌握 Microsoft Excel数据计算、分析和统计软件。（2）掌握 Origin这一功能强大的数据分析和工程绘图软件（3）了解 SigmaPlot，它可以根据需要对实验数据进行数学处理、统计分析、傅立叶变换、t-试验、线性及非线性拟合,绘制二维及三维图形等。4.常用化学图文处理软件的使用能灵活绘制各种类型的化学分子式、分子图、反应式、立体模型图、表面图、

6、化学实验装置图、化学工艺流程图；初步掌握一些基本的量子力学和量子化学计算方法，进行化学建模、分子设计、分子的电子结构及相关性质的计算等。（1）掌握化学结构式编辑的软件化学结构式编辑的软件,其功能主要是描绘化合物的结构式、化学反应方程式、化工流程图、简单的实验装置图等化学常用的平面图形。常见的这类软件有：ChemDraw、ChemWindow、ISIS Draw、ChemSketch等。（2）了解三维结构的编辑软件比较有名的化学三维结构显示与描绘软件有：Chem3D、WebLab、Viewer Pro、RasWin、ChemBuilder 3D、ChemSite 等，它们都能够以线图(wire

7、frame)、球棍(ball and stick)、CPK 模式显示化合物的三维结构。（3）了解图谱解析软件核磁图谱的解析可以先利用ChemNMR、C13 Module for ChemWindow、gNMR等软件对目标化合物的化学位移进行估算或做出模拟谱，用以协助对该化合物图谱的指认。计算机还可以对核磁数据进行处理，其软件有：NUTS、MestRe-C、Gifa等。NUTS可以处理一维及二维核磁数据，其功能包括傅立叶变换、相位校正、差谱、模拟谱、匀场练习等几乎所有核磁仪器操作软件的功能。IR Mentor Pro，及 IR SearchMaster 为专门用来辅助红外图谱解析的工具，它们能对

8、给定的红外图谱数据自动分析与处理，或对给定的振动谱带给出可能存在的功能团。色谱及Raman 等实验数据的处理可以使用GRAMS/32。（4）了解计算机辅助化工绘图软件计算机辅助绘图（Computer Aided Drawing）是应用计算机及其图形输入输出设备来实现图形显示、辅助设计及绘图的一门新兴学科。5、应用举例（1）实验数据的自动采集数模转换器和模数器原理信号检测与转换电路结构形式数据平滑与数据滤波（电化学测试系统、气相色谱、高效液相色谱、傅立叶红外光谱仪、紫外可见光吸收光度计）（2）线性拟合在测量中的应用（3）多项式拟合在测量中的应用（4）非线性拟合在测量中的应用（5）化学试验装置图的

9、绘制（6）化学结构式等的绘制（三）实践（含实验、上机等）环节要求通过计算机上机实践，对计算机在化学化工专业中的应用进行训练，提高，培养学生自主学习能力和探究能力。（四）能力培养要求1、分析能力的培养培养学生能针对化学化工中的具体问题分析简便的方法，并采用计算机手段得到相关的过程参数，建立适当的数学模型，结合其它专业知识进行解析。2、自学能力的培养通过本课程的学习，要培养和提高学生对所学知识和规律进行整理、归纳、总结和消化吸收的能力；能围绕教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充计算机与相关化学化工知识的能力。3、动手能力的培养培养学生学会独立思考，深入钻研问题的习惯。让学生通过教学各个环节以及上

10、机实践，培养学生利用计算机解决具体问题的能力和对微观世界的探究能力。三、学时分配课程内容讲课习题课或课堂讨论实践（实验）备注计算机与化学2 回归分析4 4 化学数据处理和科学绘图软件2 4 常用化学图文处理软件的使用2 4 应用举例4 2 4 四、考核方式总评成绩=平时成绩（含实践）+期末考试成绩平时成绩占 50%期末成绩占 50%五、教材及参考书1 方利国、陈砺编，计算机在化学化工中的应用，化学工业出版社2 刘道德.计算机在化工中的应用.中南工业大学出版社3 程光钺等编，计算机应用基础，高等教育出版社4 赵文元，王亦军计算机在化学化工中的应用技术，科学出版社5 马江权 计算机在化学化工中的应用高等教育出版社6 李梦龙、王智猛化学软件及其应用化学工业出版社7 陈凯先,蒋华良,嵇汝运.计算机辅助药物设计原理、方法和应用.上海科学技术出版社六、授课手段：课堂多媒体演示讲解；课堂讲解和讨论七、教师队伍及职称姓 名性 别职 称何德良男教授陈范才男教授张小华女副教授撰稿人：何德良审核人：陈范才注意：在教学大纲中提到的“课程性质”指下面几种大理类专业：公共通识、理科A组、理科 B1组、理科 B2组专业核心课、专业限选课、专业任选课集中实践环节大文类专业：公共通识、文科A组、文科 B1组、文科 B2组专业核心课、专业限选课、专业任选课集中实践环节