《分子模拟》教材建设的探索与实践_张恒.pdf

Univ.Chem.2023,38(6),189196 189 收稿：2022-12-11；录用：2023-01-28；网络发表：2023-02-06*通讯作者，Email: 基金资助：山东省本科教学改革研究项目(M2021336,Z2021039)；山东大学教育教学改革研究项目(2022Y073,2021S09,2021Y232,2019P02)；山东大学实验室建设与管理研究项目(sy20221201)；山东省研究生教育优质课程建设项目(SDYKC21014)；山东大学高质量教材出版项目；山东大学分子模拟虚拟教研室建设项目 专题 doi:10.3866/PKU.DXHX202212034 分子模拟分子模拟教材建设的探索与实践教材建设的探索与实践 张恒，贾春江，宋其圣，苑世领*山东大学化学与化工学院，济南 250199 摘要摘要：教材建设是课程建设的重要一环，本文重点对山东大学分子模拟实验国家一流课程的教材建设情况进行了介绍。从历史与传承、发展与创新、总结与展望三个方面对山东大学化学学科的教材编写历史、国内外分子模拟相关教材的建设情况、分子模拟教材的主要内容和特色之处，以及下一步的修订计划进行了详细介绍，以期对相关教材的编写与修订提供启发与借鉴。关键词关键词：计算化学；分子模拟；教材 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Exploration and Practice of Textbook Construction of Molecular Simulation Heng Zhang,Chunjiang Jia,Qisheng Song,Shiling Yuan*School of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong University,Jinan 250199,China.Abstract:The construction of textbooks is an important part of the curriculum construction.This paper focuses on the construction of textbooks of the national first-class curriculum of molecular simulation experiment at Shandong University.From the aspects of history and inheritance,development and innovation,summary and prospect,this paper introduces the history of the compilation of chemistry textbooks at Shandong University,the construction of molecular simulation related textbooks at home and abroad,the main contents and features of the Molecular Simulation textbook,and the next revision plan in detail.We hope this will provide inspiration and reference for the writing and revision of relevant textbooks.Key Words:Computational chemistry;Molecular simulation;Textbook 教材作为知识的载体，是教育活动中不可或缺工具1。一本优秀的教材对于引领学生进入一门学科领域，奠定学科基础，并养成良好的学科思维方式、培养创新能力乃至世界观的形成等都起着至关重要的作用2。历史上我国教材的发展大致经历了三个阶段：新中国成立至文革前以翻译前苏联教材为主，文革后至80年代末为国家统编教材阶段，后随着高校扩招教材编写呈现百花齐放的状态3。十四五时期我国高度重视教材编写工作，山东大学为贯彻党中央、国务院关于加强和改进新形势下大中小学教材建设的意见、教育部普通高等学校教材管理办法和国家教材委员会习近平新时代中国特色社会主义思想进课程教材指南等精神，并落实全国教材工作会议暨首届全国教材建设奖表彰会议要求，印发了山东大学教材建设“十四五”规划，山东大学化学学科也开190 大 学 化 学 Vol.38 启了新一轮的教材修订和编写工作，本文以山东大学分子模拟(第二版)教材4的编写为例，对其建设经验进行介绍，以期为今后相关教材建设提供启发和借鉴。1 历史与传承历史与传承 1.1 山东大学化学学科教材建设情况山东大学化学学科教材建设情况 山东大学化学学科最早起源于1926年的省立山东大学应用化学系，历史上历来重视本科教学与人才培养工作，曾先后编著了多部在国内有重要影响和地位的教材(表1)。如尹敬执、申泮文先生等编著的无机化学简明教程5基础无机化学6，印永嘉先生编著的物理化学简明教程7等。新世纪之后也涌现了一批经典教材，包括山东大学牵头山东省高校共同编写的系列 基础化学实验立体化实验教材810，宋其圣主编的无机化学11，郝爱友主编的精编有机化学教程12，郭用猷主编的物质结构基本原理13，苑世领主编的分子模拟4,14等，形成了理论与实验全覆盖、突出简明特色的系列化教材体系，奠定了山东大学在人才培养上的地位和影响。表表1 山东大学编著出版的部分化学基础理论课及实验课教材山东大学编著出版的部分化学基础理论课及实验课教材 教材名称 出版时间 主编 出版社 无机化学简明教程 1965年 尹敬执、申泮文 高等教育出版社 物理化学简明教程 1965年第一版 1985年第二版 1992年第三版 2007年第四版 印永嘉、奚正楷、张树永等 高等教育出版社 基础无机化学 1980年 尹敬执、申泮文 人民教育出版社 物理化学与胶体化学实验 1981年第一版 1990年第二版 陈宗淇等 高等教育出版社 物质结构基本原理 1984年第一版 2011年第二版 2015年第三版 郭用猷、张冬菊、刘艳华 高等教育出版社 精编有机化学教程 2003年第一版 2009年第二版 郝爱友等 山东大学出版社 基础化学实验I-无机及分析化学实验 2003年第一版 2007年第二版 崔学桂、张晓丽、胡清萍 化学工业出版社 基础化学实验II-有机化学实验 2004年第一版 2007年第二版 李吉海、刘金庭 化学工业出版社 基础化学实验III-物理化学实验 2004年第一版 2009年第二版 2020年第三版 顾月姝、宋淑娥 化学工业出版社 仪器分析实验 2006年 张晓丽、江崇球、吴波 化学工业出版社 综合化学实验 2006年 张树永、贝逸翎、王洪鉴 化学工业出版社 无机化学 2008年 宋其圣等 化学工业出版社 分子模拟 2016年第一版 2022年第二版 苑世领、张恒、张冬菊 化学工业出版社 1.2 国内外分子模拟相关教材与著作国内外分子模拟相关教材与著作 分子模拟与理论研究和实验研究共同构成了现代化学研究的基本范式，并随着计算机技术的发No.6 doi:10.3866/PKU.DXHX202212034 191 展日益得到普及。广义上分子模拟根据其研究对象和手段的不同可分为量子力学模拟(也称量子化学计算，采用量子力学方法对电子结构进行计算)和分子力学模拟(采用牛顿力学对原子核的运动进行计算)，诺贝尔化学奖曾先后于1998年和2013年光顾这一领域。目前国内外也有不少教材和专著对其进行介绍，既有综合类教材，亦有专门针对量子化学计算或分子力学计算的教材。但总体上分子模拟作为一个新兴和飞速发展的领域，与其他化学学科相比其教材数量总体偏少。国内教材多以翻译或借鉴国外教材为主，表2列举了国内外部分有一定影响的教材。表表2 国内外出版的分子模拟相关的教材国内外出版的分子模拟相关的教材 出版时间 教材名称 编者 出版社 内容特色 1987年 第一版 2017年 第二版 Computer Simulation of Liquids M.P.Allen and D.J.Tildesley Oxford University Press 分子模拟领域的第一本专著，对于分子模拟的基本原理和概念有很好的论述，同时配有较多程序示例，对于理解分子动力学算法较有帮助 1996年 第一版 2001年 第二版 Understanding Molecular Simulation Daan Frenkel and Berend Smit Elsevier 对分子动力学和蒙特卡洛方法进行了深入介绍，对其实现提供了详细代码，另有汪文川翻译的中文版 1997年 第一版 2001年 第二版 Molecular Modeling-Principles and Application A.R.Leach Prentice Hall 分子模拟领域的入门教材，内容全面深入 1998年 第一版 2007年 第二版 2017年 第三版 Introduction to Computational Chemistry Frank Jensen John Wiley&Sons 综合类教材，选材较广，偏重量子化学计算，分子力学方法亦有涉及。除理论外，对实际计算中的问题亦有讨论 2002年 第一版 2004年 第二版 Essentials of Computational Chemistry Christopher J.Cramer John Wiley&Sons 综合类教材，涉及面较广，亦以量子化学计算为主 2002年 第一版 2010年 第二版 Molecular Modeling and Simulation：An Interdisciplinary Guide Tamar Schlick Springer 对分子模拟在生物体系中的应用进行了详细介绍 2004年 第二版 The Art of Molecular Dynamics Simulation D.C.Rapaport Cambridge University Press 针对分子模拟涉及到的技术问题均给出了详细的程序代码，适合作为自编程序参考书 (待续)192 大 学 化 学 Vol.38(续表2)出版时间 教材名称 编者 出版社 内容特色 2011年 Introduction to Practice of Molecular Simulation-Molecular Dynamics,Monte Carlo,Brownian Dynamics,Lattice Boltzmann and Dissipative Particle Dynamics Akira Satoh Elsevier 有较丰富的程序代码，适合作为自编程序参考书 2013年 第七版 Quantum Chemistry Ira N.Levine Prentice Hall 对量子化学计算相关的理论基础知识进行了详细深入地介绍 2004年 分子模拟-从算法到应用 汪文川 化学工业出版社 译 自 Understanding Molecular Simulation 2007年 分子模拟的理论与实践 陈正隆 化学工业出版社 专著类，对分子力学方法进行了介绍 2008年 计算化学实验 胡红智、马思渝 北京师范大学出版社 精编了10个量子化学计算实验 2009年 计算化学-从理论化学到分子模拟 陈敏伯 科学出版社 对分子力学方法和相关性质的计算进行了介绍，需要有较强的数理基础 2010年 分子模拟实验 王宝山、侯华 高等教育出版社 实验为主的教材，也包含理论介绍，偏重量子化学计算实验 2010年 软物质的计算机模拟与理论方法 杨小震等 化学工业出版社 专著类，对聚合物、表面活性剂等胶体化学领域模拟涉及到的理论方法进行了介绍 2016年 蛋白质