計(jì)算化學(xué)省公共課全國(guó)賽課教案（2025—2026學(xué)年）一、教學(xué)分析1.教材分析本教案針對(duì)2025—2026學(xué)年的計(jì)算化學(xué)省公共課全國(guó)賽課，緊密結(jié)合教學(xué)大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。課程內(nèi)容涵蓋了化學(xué)計(jì)算的基本原理、方法及其在化學(xué)研究中的應(yīng)用，與前后知識(shí)關(guān)聯(lián)緊密，如化學(xué)基礎(chǔ)、物理化學(xué)等。核心概念包括化學(xué)反應(yīng)速率、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等，技能包括計(jì)算模型建立、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果解釋等。2.學(xué)情分析針對(duì)高中學(xué)段的學(xué)生，他們已具備一定的化學(xué)基礎(chǔ)，但對(duì)計(jì)算化學(xué)的了解有限。學(xué)生可能具備一定的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，但對(duì)化學(xué)計(jì)算模型的理解和應(yīng)用存在困難。興趣傾向方面，學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用有一定興趣。學(xué)習(xí)困難可能體現(xiàn)在對(duì)復(fù)雜計(jì)算模型的難以理解，以及計(jì)算過(guò)程中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。3.教學(xué)目標(biāo)與策略教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為使學(xué)生掌握計(jì)算化學(xué)的基本概念和技能，能夠運(yùn)用計(jì)算方法解決實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)策略包括：通過(guò)案例教學(xué)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，采用小組合作探究培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題引導(dǎo)，幫助學(xué)生理解計(jì)算化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。此外，注重學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)，通過(guò)練習(xí)和測(cè)試，確保學(xué)生達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)的目標(biāo)說(shuō)出計(jì)算化學(xué)的基本概念和原理，如量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)等。列舉計(jì)算化學(xué)在化學(xué)研究中的應(yīng)用實(shí)例，如藥物設(shè)計(jì)、材料科學(xué)等。解釋計(jì)算化學(xué)模型建立的基本步驟和方法。2.能力的目標(biāo)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的計(jì)算化學(xué)模型，并能夠進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。操作使用計(jì)算化學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果的可靠性和適用性。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀的目標(biāo)樹(shù)立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，對(duì)待計(jì)算化學(xué)研究。培養(yǎng)對(duì)科學(xué)探索的興趣和好奇心。增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和解決問(wèn)題的能力。4.科學(xué)思維的目標(biāo)運(yùn)用邏輯推理和批判性思維分析計(jì)算結(jié)果。發(fā)展系統(tǒng)化思維，將計(jì)算化學(xué)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合。提升科學(xué)探究和問(wèn)題解決的能力。5.科學(xué)評(píng)價(jià)的目標(biāo)評(píng)估計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理。判斷計(jì)算結(jié)果是否符合科學(xué)原理。反饋改進(jìn)計(jì)算方法和模型，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。三、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握計(jì)算化學(xué)的基本原理和方法，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算模型建立和數(shù)據(jù)分析。難點(diǎn)：理解復(fù)雜的計(jì)算模型，解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的模型適用性和結(jié)果解釋，以及計(jì)算過(guò)程中的誤差分析和模型優(yōu)化。這些難點(diǎn)源于概念的抽象性和技能的復(fù)雜性，需要通過(guò)實(shí)例分析和實(shí)踐操作來(lái)逐步突破。四、教學(xué)準(zhǔn)備為了確保教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行，我將準(zhǔn)備以下資源：5套多媒體課件，3種教具（包括圖表和模型），2套實(shí)驗(yàn)器材，以及相關(guān)的音頻視頻資料。學(xué)生需要預(yù)習(xí)教材內(nèi)容并收集相關(guān)資料，同時(shí)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)用具如畫筆和計(jì)算器。此外，我將設(shè)計(jì)4個(gè)小組座位，并制定黑板板書(shū)的設(shè)計(jì)框架，以便于學(xué)生理解和參與。這些準(zhǔn)備將有助于教學(xué)流程的順暢和高效。五、教學(xué)過(guò)程1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：通過(guò)展示計(jì)算化學(xué)在實(shí)際科研中的應(yīng)用案例，如藥物設(shè)計(jì)、材料科學(xué)等，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。教師引導(dǎo)：“同學(xué)們，今天我們將一起探索計(jì)算化學(xué)的奧秘。大家知道，計(jì)算化學(xué)在哪些領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用呢？請(qǐng)結(jié)合自己所學(xué)知識(shí)，分享一兩個(gè)例子?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生積極參與討論，分享計(jì)算化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。2.新授環(huán)節(jié)（20分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：講解計(jì)算化學(xué)的基本概念、原理和方法，通過(guò)實(shí)例分析，幫助學(xué)生理解計(jì)算化學(xué)的核心知識(shí)。教師引導(dǎo)：“首先，我們來(lái)回顧一下化學(xué)計(jì)算的基本概念。接下來(lái)，我將為大家介紹計(jì)算化學(xué)的幾種常用方法，包括量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)等。為了更好地理解這些方法，我將結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行講解?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講，記錄關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，對(duì)不懂的地方及時(shí)提問(wèn)。3.鞏固環(huán)節(jié)（10分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：通過(guò)小組討論和練習(xí)，鞏固學(xué)生對(duì)計(jì)算化學(xué)基本概念和方法的掌握。教師引導(dǎo)：“現(xiàn)在，請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，討論以下問(wèn)題：如何運(yùn)用計(jì)算化學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題？如何評(píng)估計(jì)算結(jié)果的可靠性？請(qǐng)分享你們的討論成果?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分組討論，提出問(wèn)題和解決方案，互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。4.小結(jié)環(huán)節(jié)（5分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：教師總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)計(jì)算化學(xué)的重要性。教師引導(dǎo)：“通過(guò)今天的學(xué)習(xí)，我們了解了計(jì)算化學(xué)的基本概念、原理和方法。計(jì)算化學(xué)在化學(xué)研究中具有重要作用，希望大家能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到實(shí)際學(xué)習(xí)和研究中?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生回顧所學(xué)內(nèi)容，鞏固記憶。5.作業(yè)環(huán)節(jié)（10分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：布置與計(jì)算化學(xué)相關(guān)的作業(yè)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。教師引導(dǎo)：“請(qǐng)大家完成以下作業(yè)：利用計(jì)算化學(xué)方法，分析一個(gè)化學(xué)問(wèn)題，并撰寫一份簡(jiǎn)要的報(bào)告?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)作業(yè)要求，獨(dú)立完成作業(yè)，并提交報(bào)告。6.課堂評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)（5分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：教師對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生的積極參與。教師引導(dǎo)：“今天課堂上，同學(xué)們表現(xiàn)都很積極，積極參與討論和練習(xí)。希望大家在今后的學(xué)習(xí)中，繼續(xù)保持這種良好的學(xué)習(xí)態(tài)度?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)取教師評(píng)價(jià)，反思自己的學(xué)習(xí)過(guò)程。7.課后反思環(huán)節(jié)（5分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：教師總結(jié)本節(jié)課的教學(xué)效果，反思教學(xué)過(guò)程中的不足，為今后的教學(xué)提供參考。教師引導(dǎo)：“這節(jié)課的教學(xué)效果如何？有哪些地方做得好，有哪些地方需要改進(jìn)？請(qǐng)大家分享一下你們的想法。”學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生提出自己的意見(jiàn)和建議，教師認(rèn)真聽(tīng)取并記錄。8.教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)（5分鐘）活動(dòng)設(shè)計(jì)：通過(guò)測(cè)試或作業(yè)等方式，評(píng)估學(xué)生對(duì)計(jì)算化學(xué)知識(shí)的掌握程度。教師引導(dǎo)：“為了檢驗(yàn)大家的學(xué)習(xí)成果，我們將進(jìn)行一次測(cè)試。請(qǐng)大家認(rèn)真作答，相信大家一定能夠取得好成績(jī)?！睂W(xué)生活動(dòng)：學(xué)生認(rèn)真作答測(cè)試題，教師收集測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行評(píng)價(jià)。六、作業(yè)設(shè)計(jì)1.基礎(chǔ)性作業(yè)內(nèi)容：完成教材中的計(jì)算題和概念題，包括化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、熱力學(xué)數(shù)據(jù)的分析等。完成形式：書(shū)面練習(xí)，要求學(xué)生獨(dú)立完成，并附上解題過(guò)程。提交時(shí)限：下節(jié)課前。能力培養(yǎng)目標(biāo)：鞏固學(xué)生對(duì)計(jì)算化學(xué)基本概念和計(jì)算方法的掌握，提高學(xué)生的計(jì)算能力和解題技巧。2.拓展性作業(yè)內(nèi)容：選擇一個(gè)與計(jì)算化學(xué)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，如藥物分子的設(shè)計(jì)或材料性能的預(yù)測(cè)，進(jìn)行初步的文獻(xiàn)調(diào)研，并撰寫一份簡(jiǎn)短的報(bào)告。完成形式：研究報(bào)告，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行文獻(xiàn)綜述和數(shù)據(jù)分析。提交時(shí)限：兩周內(nèi)。能力培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的信息檢索能力、文獻(xiàn)閱讀能力和問(wèn)題分析能力，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。3.探究性/創(chuàng)造性作業(yè)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如分子間作用力的研究，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。完成形式：實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒?、結(jié)果和討論。提交時(shí)限：一個(gè)月內(nèi)。能力培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。七、教學(xué)反思1.教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度本次教學(xué)，學(xué)生的計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力得到了提升，教學(xué)目標(biāo)基本達(dá)成。然而，部分學(xué)生對(duì)復(fù)雜計(jì)算模型的理解仍存在困難，需要進(jìn)一步的教學(xué)支持。2.教學(xué)環(huán)節(jié)效果分析課堂討論環(huán)節(jié)效果顯著，學(xué)生們積極參與，思維活躍。但個(gè)別學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)的參與度較低，可能需要更多個(gè)性化指導(dǎo)。3.教學(xué)改進(jìn)建議為了提高教學(xué)效果，建議在后續(xù)教學(xué)中：加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜計(jì)算模型的教學(xué)，通過(guò)實(shí)際案例和模擬實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解。優(yōu)化課堂討論，鼓勵(lì)更多學(xué)生參與，提高他們的表達(dá)和交流能力。考慮引入更多互動(dòng)式學(xué)習(xí)工具，如在線平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)度較慢的學(xué)生提供個(gè)別輔導(dǎo)，確保他們能夠跟上教學(xué)進(jìn)度。八、本節(jié)知識(shí)清單及拓展1.計(jì)算化學(xué)概述計(jì)算化學(xué)是一門利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決化學(xué)問(wèn)題的學(xué)科，涉及量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。它通過(guò)計(jì)算模型和算法，模擬化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)。2.量子化學(xué)基礎(chǔ)量子化學(xué)研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)。了解薛定諤方程、哈密頓算符、波函數(shù)等基本概念，是計(jì)算化學(xué)的基礎(chǔ)。3.分子動(dòng)力學(xué)方法分子動(dòng)力學(xué)模擬通過(guò)經(jīng)典力學(xué)方法模擬分子運(yùn)動(dòng)，研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。了解分子動(dòng)力學(xué)的基本原理和常用算法，如Verlet算法、Leapfrog算法等。4.統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究系統(tǒng)在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的性質(zhì)。掌握玻爾茲曼分布、麥克斯韋玻爾茲曼分布等基本概念，是理解系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵。5.計(jì)算化學(xué)軟件應(yīng)用常用的計(jì)算化學(xué)軟件包括Gaussian、MOPAC、MOE等，了解這些軟件的基本操作和功能，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。6.計(jì)算化學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用計(jì)算化學(xué)在藥物設(shè)計(jì)中用于預(yù)測(cè)藥物分子的活性、毒性等性質(zhì)，是藥物研發(fā)的重要工具。7.計(jì)算化學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用計(jì)算化學(xué)在材料科學(xué)中用于預(yù)測(cè)材料的結(jié)構(gòu)、性能等，對(duì)于新型材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重要意義。8.計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是計(jì)算化學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)，包括選擇合適的計(jì)算方法、設(shè)置合理的計(jì)算參數(shù)等。9.計(jì)算結(jié)果分析對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析是計(jì)算化學(xué)研究的關(guān)鍵，需要掌握數(shù)據(jù)分析的方法和技巧。10.計(jì)算化學(xué)與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合計(jì)算化學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，提高研究的準(zhǔn)確性和可靠性。11.計(jì)算化學(xué)的倫理問(wèn)題在進(jìn)行計(jì)算化學(xué)研究時(shí)，需要關(guān)注數(shù)據(jù)安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等倫理問(wèn)題。12.計(jì)算化學(xué)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算化學(xué)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如人工智能、大數(shù)據(jù)等。13.計(jì)算化學(xué)的跨學(xué)科應(yīng)用計(jì)算化學(xué)與生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)工程等多個(gè)學(xué)科交叉融合，形成新的研究領(lǐng)域。14.計(jì)算化學(xué)的教育與培訓(xùn)計(jì)算化學(xué)的教育與培訓(xùn)對(duì)于培養(yǎng)計(jì)算化學(xué)人才至關(guān)重要，需要建立完善的教育體系。15.計(jì)算化學(xué)的社會(huì)影響計(jì)算化學(xué)的發(fā)展對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等方