“计算化学”是化学学科、数学中的数值计算方法和计算机编程等多学科知识相结合的一门综合性交叉学科。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、化工中的数据与信息的处理、分类、解析和预测。

课程旨在使学生通过学习，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，是培养学生综合不同学科知识，运用现代技术，解决实际问题的能力的综合性课程。

课程始终围绕化学、化工中的实际问题，反映课程的多学科性、实践性、体现工科特色。

讲授时以化学化工中常用的数值计算方法及计算机在化学中的应用为主线，主要内容为化学、化学工程中常用的数值计算方法，包括：

——解方程和方程组

——实验数据拟合、数值微分

——数值积分、解常微分方程和方程组

——本征值与本征向量……

从化学、化工中的实例提出问题，并通过上述方法，采用FORTRAN等语言编程或通过数据处理软件，解决问题。

同时简要介绍最优化方法、化学中常用的软件（Origin,Gaussian）和计算机模拟及其在化学、化工中的应用。

课后的练习一部分为编程实践，通过编程工具或计算软件，采用计算方法解决化学、化工中的实际问题（问题涉及学科有无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、结构化学以及化工中的相关问题）；一部分为客观题，用于巩固当次课的知识。

  北京化工大学“计算化学”课程自2001年开设以来，作为国家工科基础课程教学基地的工科特色课程，一直走在教学改革的前沿。课程先后被评为国家级精品课程（2006），国家级精品资源共享课程（2013）。教材荣获北京市精品教材称号（2008），并获批为“十五”及“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材（2012）。“计算化学”数字课程于2018年10月由高等教育出版社出版。“计算化学”教学改革的相关成果荣获北京市高等教育教学成果二等奖（2009），并两次荣获北京化工大学优秀教学成果奖一等奖。2020年，课程获评国家级线上线上混合式一流课程，2021年获评北京市课程思政示范课程。在北京市首届教师教学创新大赛中获市级奖励。教材获北京化工大学优质本科教材。教案获北京化工大学优质本科教案。

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。

 最好具备大学化学学科、高等数学的基本知识，以及计算机编程基础。即使没有上述基础，只要对课程感兴趣，跟随课程进度，也一定会有收获。

【第0周】课程介绍与导学

0-1 前言——什么是计算化学？为什么学习计算化学？怎么学习计算化学？

0-2 FORTRAN 语言简介

【第1周】 第一章 代数方程及代数方程组的求解在化学中的应用（上）

1-0 代数方程及代数方程组的求解在化学中的应用——引言

1-1 二分法

1-2 牛顿迭代法

作业1：利用平衡常数的表达式计算反应的平衡组成

测验：代数方程及方程组求解01

【第2周】第一章 代数方程及代数方程组的求解在化学中的应用（下）

1-3 Gauss消去法

1-4 Gauss-Seidel迭代法

测验：代数方程及方程组求解02

作业2：利用滴定法结果计算混合物中各物质的含量

【第3周】第二章 插值法和回归分析——实验数据的拟合及模型参数的确定（上）

2-0 实验数据的拟合和模型参数的确定 引言

2-1 线性插值

2-2 Lagrange插值

2-3 一元线性回归分析及其推广

测验：插值法和回归分析01

【第4周】第二章 插值法和回归分析——实验数据的拟合及模型参数的确定（下）

2-4 多元回归分析及其推广

2-5 数值微分

作业4：标准平衡常数与温度关系的拟合

测验：插值法和回归分析02

作业3：微分法确定化学反应速率方程式

【第5周】第三章 数值积分与常微分方程的数值解法（上）

3-0 数值积分与常微分方程的数值解法——引言

3-1 梯形法

3-2 Simpson法

3-3 离散点数据的积分

测验：数值积分与常微分方程的数值解法01

作业5：利用热容数据计算系统熵变

【第6周】第三章 数值积分与常微分方程的数值解法（下）

3-4 常微分方程的数值解法——引言

3-5 Euler法及其改进

3-6 Runge-Kutta法

测验：数值积分与常微分方程的数值解法02

作业6：复杂反应的化学动力学计算

【第7周】第六章 化学化工过程计算机模拟简介

6-1 化学中模拟简介

6-2 分子动力学简介

6-3 量子化学计算方法简介

测验：化学化工过程的计算机模拟

【第8周】第七章 计算化学相关软件简介

7-1 计算化学相关软件简介

7-2 Origin软件简介

作业7：Origin软件 练习1

作业8：Origin软件练习（自选练习，实验报告）

作业9：高斯练习1-分子结构优化和性质计算

作业10：高斯练习2-取代苯亲电取代反应的理论研究

作业11：高斯练习3-CO燃烧反应的热力学研究

【第9周】第四章 本征值和本征向量

4-0 本征值和本征向量——引言

4-1 本征值和本征向量——问题提出

4-2 本征值和本征向量——方法原理

4-3 本征值和本征向量——应用示例

测验：本征值和本征向量

【第10周】第五章 化学化工中的最优化方法简介

5-0 最优化方法——引言

5-1 单纯形法——方法原理

5-2 单纯形法——应用示例

5-3 化工调优

测验：化学化工中的最优化方法

【第11周】课程总结

8 课程总结

【互评作业答案】

互评作业答案

• 参考教程

  张常群，鄢红，郭广生，吕志. 计算化学. 北京：高等教育出版社，2006 

  （国家十五，十二五规划教材，北京市精品教材）

           ISBN: 7－04－019363－9

 计算化学数字课程教材

   https://icc.hep.com.cn/loadShowHome.action?courseInfoId=5000001710

• 编程环境

    FORTRAN POWER STATION（本课程推荐）

• 参考网站

  计算化学精品资源共享课课程网站

     https://www.icourses.cn/sCourse/course_3340.html

Q1：本课程综合了几门学科，重点要掌握的是哪方面的知识？

A1：课程的确融合了化学、数学、计算机编程等方面的知识，但是落脚点还是在化学上，通过学习计算方法和编程或软件，能够利用这些方法解决化学化工中的问题。重点掌握方法原理及其在化学中的应用，编程或使用软件只是实现手段，对化学知识的理解是解决问题的关键所在。

Q2：本课程的计算实例涉及到哪些化学方面的知识？

A2：精选40多个化学化工的计算实例。实例涉及无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和结构化学知识。主要是物理化学方面的知识。学完本门课程后，将会对已学过的化学知识有一定的认识提升。

Q3：本课程对编程基础有要求吗？

A3：学习本课程前最好已有一门编程语言的基础。本课程在讲授的过程中是使用FORTRAN语言，主要是因为FORTRAN语言是一门公认的科学计算方面具有优势的语言，而且能很好地体现模块化的编程思想。化学中很多有名的程序如GAUSSIAN也是用FORTRAN编写的。所以推荐大家使用FORTRAN进行本课程作业的编程。如果有同学对其他语言更熟悉，也可以采用你更熟悉的语言（如C++，Python，VB，Matlab等），如果用别的语言编程需要向老师提前说明。

Q4：本课程对数学基础要求高吗？

A4：最好学过高等数学，但只要有高中以上的数学知识，能跟着教学进度，本课程的数学方法大部分都是能够理解的。

Q5：本课程难学吗？

A5：本课程的教学设计是循序渐进的，对于大部分同学来说，是可以跟上进度的。对于基础较弱的同学，我们会给出一些补充材料如化学知识背景、编程知识简介；针对基础很好或有志于从事计算化学专业的同学，我们也会提供一些更深入的学习资料（不作为考试要求）。