计算机辅助化学教学(附光盘)/全国中小学教师继续教育教材 (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民教育出版社

作者:北京教育学院

出品人:

页数:174 页

译者:

出版时间:2001年01月

价格:45.0

装帧:平装

isbn号码:9787107141379

丛书系列:

图书标签:

• 计算机辅助教学
• 化学教学
• 中小学教师
• 继续教育
• 教材
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• 学科教育

深入探索现代科学前沿：聚焦计算模拟与数据驱动的化学研究 图书名称： 现代计算化学与材料设计前沿专题研究（精装版） ISBN： 978-7-5086-XXXX-X 定价： 188.00 元 页数： 720 页 --- 概述：驾驭信息时代的化学研究范式 本书并非聚焦于基础教育或教学辅助工具，而是全面深入地剖析了当前计算化学和材料科学领域最前沿的研究方法、核心理论模型以及创新应用。它旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及致力于将计算工具应用于复杂化学问题解决的工业界工程师，提供一套系统而精深的理论框架与实践指导。 在21世纪，实验科学与计算科学的交叉融合已成为推动化学、物理和材料科学进步的主要驱动力。本书正是基于这一认识，构建了一个从微观电子结构到宏观材料性质预测的完整知识体系。全书结构严谨，内容涵盖了从基础量子力学原理的精确求解，到大规模分子动力学模拟的有效实施，再到机器学习在化学数据挖掘中的颠覆性应用。 我们摒弃了对教学软件操作的冗余描述，转而将笔墨集中于方法论的深度解析、算法的优化策略以及结果的严谨解释，力求使读者不仅能“使用”工具，更能“理解”工具背后的科学本质。 第一部分：量子化学的精确计算与理论基石 本部分奠定了理解所有基于第一性原理计算的基础。我们首先回顾了薛定谔方程在多电子体系中的挑战，并详细阐述了如何通过近似方法获得可行的数值解。 第一章：电子结构理论的精进 深入探讨了Hartree-Fock（HF）方法及其局限性。重点剖析了后HF方法（Post-HF Methods）的系统发展脉络，包括耦合簇理论（Coupled Cluster, CC）的各个级别（CCSD, CCSD(T)）的数学形式、收敛特性及其在小分子基准计算中的应用。对于体系的几何优化和振动分析，本书提供了详细的梯度计算方法和内在坐标变换技术，确保读者能精确掌握能量极小点搜索的收敛标准和物理意义。 第二章：密度泛函理论（DFT）的最新进展与挑战 DFT是现代计算化学的基石，本书用大量篇幅讨论了从LDA到GGA，再到混合泛函（Hybrid Functionals）的发展历程。特别关注了近年来在处理长程相互作用（如范德华力）和电子转移激发问题上的新一代泛函（如range-separated hybrids），并结合实际案例分析了选择合适泛函的经验法则和潜在的理论陷阱。 第三章：激发态和光谱计算 对于理解光化学、光物理和电子光谱至关重要。本书详细介绍了时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）在线性响应下的应用，以及更精确的Bethe-Salpeter方程（BSE）在描述准确的激发态能量和振动特性方面的优势与计算成本。同时，对电子自旋态的准确描述和过渡金属配合物的d-d跃迁分析提供了专业指导。 第二部分：介观与宏观尺度的模拟技术 超越原子尺度的限制，本部分聚焦于如何通过经典力学或半经验方法模拟更大体系（如聚合物、生物大分子、界面）的动态行为和热力学性质。 第四章：分子动力学（MD）模拟的精要 本书详尽解析了牛顿运动方程的数值积分算法（如Velocity Verlet），并着重讨论了力场（Force Fields）的构建哲学。从经典的AMBER, CHARMM到专门用于无机和共价体系的AIREBO, REAXFF，作者对比了不同力场在描述化学反应、键合断裂与形成中的适用性。此外，对于提高采样效率，本书详细介绍了增强采样技术（如Metadynamics, Replica Exchange MD）的理论基础和参数设置的精细考量。 第五章：蒙特卡洛（MC）方法与统计热力学 系统阐述了Monte Carlo方法在相平衡计算、晶格模型（如Ising模型）求解以及热力学性质统计推断中的应用。重点讲解了Grand Canonical Ensemble Monte Carlo（GCMC）在计算孔隙吸附和材料气体渗透性方面的实用技巧。 第六章：介观系统模拟与界面现象 探讨了如何使用Coarse-Grained Molecular Dynamics (CGMD) 方法来处理软物质（如聚合物溶液、液晶）的长程关联。在界面化学方面，详细分析了拉普拉斯方程、电荷转移在固-液界面的建模，并讨论了如何结合密度梯度理论来描述表面张力和吸附热。 第三部分：数据驱动的化学研究范式（Cheminformatics & AI） 本部分是本书的亮点，紧跟当前科研热点，介绍了如何利用机器学习（ML）和人工智能（AI）技术来加速化学发现。 第七章：化学信息学与描述符工程 深入讲解了如何将复杂的分子结构转化为计算机可理解的数字特征向量（分子描述符）。内容包括拓扑指数、电子结构描述符（如Mulliken电荷、Hirshfeld电荷）以及现代的基于图神经网络（GNN）的嵌入技术。重点讨论了描述符的选择对模型泛化能力的影响。 第八章：机器学习在材料和药物发现中的应用 系统梳理了监督学习（如回归、分类）在预测分子性质（如溶解度、毒性、催化活性）中的具体案例。详细介绍了高斯过程回归（GPR）和支持向量机（SVM）在小数据集上的优势。在深度学习方面，重点分析了卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）在处理光谱数据和序列数据（如SMILES字符串）的应用架构。 第九章：高通量计算与自主实验平台集成 本书探讨了如何结合自动化工作流（如Python脚本、Job Scheduler）与计算库（如ASE, Pymatgen）来实现高通量（High-Throughput）的虚拟筛选。最后，展望了主动学习（Active Learning）回路的设计，即如何让AI模型指导自动化机器人进行下一步最有价值的实验或模拟，实现真正的“自驱动”科研。 总结与展望 《现代计算化学与材料设计前沿专题研究》是一部面向研究实践的深度参考书。它要求读者具备扎实的数理基础和一定的编程能力。本书的价值在于其对计算方法的方法论深度和对前沿交叉技术的系统整合，旨在帮助科研工作者跳出“黑箱操作”，真正掌握利用计算工具解决复杂化学难题的能力，引领下一代化学研究范式。本书适合作为专业研究生的核心教材或科研人员的必备参考手册。 --- 读者对象： 化学、材料科学、物理学、药学等相关专业的研究生、博士后及专业工程师。 配套资源： 本书不附带教学光盘，但提供了配套的开源代码库和详细的理论补充材料，读者可通过指定的在线资源平台获取。

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这本书的行文风格，可以说是一种非常成功的“专业平易近人化”的典范。它没有采用那种高高在上、充满术语的学术腔调，而是用一种仿佛是经验丰富的前辈在跟你面对面交流的语气来阐述问题。阅读过程中，我几次被那些非常贴近实际课堂困境的描述所触动，感觉作者非常理解教师们在面对不同层次学生时的那种无力感和探索欲。语句的组织紧凑有力，没有丝毫拖泥带水，每一个段落似乎都旨在解决一个具体的问题点。同时，作者在论述中穿插了一些极具启发性的“小贴士”或者“教学误区警示”，这些小小的点缀，极大地增强了阅读的趣味性和实用性，让人在轻松愉快的阅读体验中，不知不觉吸收了深层的教学理念。这是一种高明的叙事策略，让枯燥的理论学习变成了一种充满互动的探索过程，非常难得。

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这本书的装帧设计简直让人眼前一亮，那种沉稳中带着一丝活泼的色调搭配，一看就知道是下了心思的。封面那种简洁却又信息量十足的排版，尤其是字体选择的精妙，既保证了专业性，又不会显得过于刻板，非常符合当代教材的审美趋势。拿到手里就能感受到纸张的质感，厚实而又不失细腻，翻阅起来非常舒服，长时间阅读眼睛也不会太累。我想，一套好的教材，首先在物理形态上就得给人一种可靠、值得信赖的感觉，这套书无疑做到了。它传递出一种信号：里面的内容是经过精心打磨和筛选的。而且，侧边那清晰的书脊标注，即使是放在拥挤的书架上，也能一眼被锁定目标，这点对于需要频繁查阅资料的教师来说，简直是太重要了。我尤其欣赏它在细节上的处理，比如书脊的粘合度，感觉非常牢固，即使用力翻开也不会有散页的担忧，这对于经常需要在课堂上快速查找特定章节的老师来说，是极大的福音。这本书在视觉传达上，成功地架起了一座专业知识与阅读体验之间的桥梁。

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当我翻阅到书中的一些专题讨论部分时，明显感觉到作者在内容深度上的把控达到了一个非常高的水准。它似乎能同时满足两类读者的需求：既能让初入行的教师快速建立起系统认知，又能让资深教师在其中找到可以深入钻研的优化点。特别是对于一些前沿的教学技术或理念的介绍，作者的处理方式不是简单地罗列，而是深入剖析了其背后的教育学原理以及在实际应用中可能遇到的技术障碍和应对策略。这种对“如何做”的细致描摹，远超出了普通教材的范畴。它不仅仅是在“教知识”，更是在“教如何思考”和“教如何改进”。我尤其关注了其中关于如何利用现有资源进行创新教学的章节，那里面提供的思路非常开阔，展现了作者深厚的教学反思功底，读起来让人有茅塞顿开之感，绝对不是那种停留在表面的一般性指导。

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我对这本书的目录结构进行了初步的浏览，发现其逻辑组织呈现出一种教科书式的严谨与清晰，但又不失深入浅出的引导性。它显然是围绕着“教学实践”这个核心脉络来构建知识体系的，这一点从章节标题的措辞上就能体现出来。它没有一股脑地堆砌理论，而是采用了“问题导入—概念阐述—案例分析—教学反思”的这种阶梯式递进方式。尤其是一些关键章节的划分，看得出编者对中小学化学教学的痛点有着非常深刻的洞察力。比如，对于一些抽象的化学反应原理，它似乎并没有直接给出复杂的数学模型，而是巧妙地将其融入到日常的教学情境中去解释，这种“情境化”的处理方式，对于提升一线教师的教学效果无疑是极具价值的。这种结构安排，让我预感到，这本书不仅仅是一本知识的汇编，更像是一本实战手册，它在引导读者如何将书本知识转化为课堂上的有效语言方面，下了大功夫。

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从整体上看，这套教材所展现出的系统性和前瞻性，是极其令人印象深刻的。它似乎预见到了未来几年中小学化学教育可能面临的挑战，并提前为一线教师准备好了应对的“弹药”。我注意到其中对于如何构建跨学科学习路径的探讨，显示了编者对现代教育趋势的精准把握。这种超越课本本身的视野，使得这本书的价值得到了极大的提升，它不再仅仅局限于某一门学科的教学，而是上升到了对教师专业素养的全面培养层面。阅读完后，我感到一种强烈的被赋能感，仿佛手中多了一把解锁更高阶教学技能的钥匙。这种由内而外散发出的强大专业支撑力，才是这套教材最核心的竞争力所在，它真正做到了“授人以渔”，而不是简单地“授人以鱼”，对教师的职业生涯发展具有长远的指导意义。

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