化学虚拟仿真实验教学

  近年来,化学实验的虚拟仿真教学受到越来越多的重视。人们已经意识到,传统的化学实验教学已经受到一些制约,影响到创新型化学研究人才的能力培养。例如,理论与计算化学,特别是量子化学计算与分子模拟方法近年来发展迅速,1998年诺贝尔化学奖颁给了2位量子化学研究的科学家,并且在颁奖公告中提到:“化学已不再是纯实验科学”,2013年的诺贝尔化学奖颁发给了3位从事分子模拟的科学家,表彰他们在复杂化学体系多尺度模拟方面所做的贡献。

显然,量子化学或分子模拟的手段,可以帮助人们从分子层次上理解化学物质的结构-性能关系、动力学性质和反应特性,而这些通过传统的宏观层次上的实验室教学是很难做到的。又如,大型仪器分析手段在化学研究中十分重要,熟练掌握最新的仪器分析原理和技术在现代化学实验教学中是必须的环节。但由于大型仪器都很贵重,且都进行自动化封装,传统的实验室教学很难帮助学生较完整和深入了解仪器的使用和拓展,制约了教学效果。再如,基于安全因素以及成本原因,大面积的化学实验教学不宜使用危险或是贵重的化学药品;然而,许多重要的化学反应往往不可避免地要用到危险及贵重化学药品,这些教学实验的缺失也影响了人才培养的效果。另外,当前化学学科的研究前沿日新月异,而传统的化学实验教学由于物理空间和时间的限制,也不利于学生及时地了解和跟踪科技前沿,等等。
化学虚拟仿真实验教学中心   针对上述化学实验及学科发展的新特点和新规律,中国科学技术大学化学实验教学在现有基础上,从分子模拟计算、仪器仿真、网络教学等多方面切实开展了虚拟仿真化学实验的教学探索和平台建设,研究和开发了多种类型的虚拟仿真实验教学项目(如图),作为实验室实验教学的重要补充和扩展,以实现虚实结合、相互补充。
  学院凝练优势师资队伍,在现有国家级示范中心的基础上进一步组建化学虚拟仿真实验教学中心,并专门构建了虚拟仿真开放共享平台(http://vcec.ustc.edu.cn/),以实现教学资源的共享。这种虚实相结合的实验教学体系为提升我校化学本科教学质量和创新性人才的培养打下了坚实的基础。