人类在认识世界、改造世界过程中表现出了三种基本的思维特征，即实证思维、逻辑思维和计算思维。计算思维，不仅是计算机专业学生应具备的科学素养，而且也是非计算机专业学生应具备的科学素养；计算思维培养是大学通识教育的重要组成部分。

计算科学已经和理论科学、实验科学并列成为推进社会文明进步 和科技发展的三大手段。随着计算机技术的发展及其广泛应 用，更进一步强化了计算思维的意义和作用。

本课程将计算思维与非计算机专业知识相融合，通过“计算化学”学科的成功案例，将抽象的创新思维培养与 跨学科专业化的经典成果相联系，使学生在赏析和实践的过程中逐渐加深对计算思维科学素养的认识，进而启发和引导学生广泛涉猎不同学科的知识，培养学生的创新能力。

本课程暂无证书，是“计算思维的化学魅力”混合式教学——研讨式教学的主要平台之一，本课程采取累加式考核方式，学生需在此平台完成相应主题的在线研讨，提交学习报告，完成教学大纲规定的学习内容，才能获得此课程的成绩。

先修课程：无机化学、物理化学、结构化学、计算机应用基础

1.计算思维的概念与内涵——基础理论篇（4学时）

从现代科学思维体系的角度，阐述计算思维的内涵与概念、发展历史以及与实证思维、逻辑思维之间的关系。计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看似困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题，它是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维无处不在，当其真正被融入人类活动的整体时，它就成为解决问题的有效工具。

1.1计算思维的历史演变

1.2计算思维概念与特征

1.3计算思维的应用领域   

1.4计算思维能力融入素质培养的重要性

2.“计算思维”与“方法论”——热词解析篇（4学时）

量子化学理论和计算的丰硕成果被认为正在引起整个化学的革命。约翰·波普尔系统完整地建立了的量子化学方法学,被应用于化学的各个分支。“量子化学计算方法学”赏析，方法论在不同层次上有哲学方法论、一般科学方法论、具体科学方法论之分。数学方法已日益成为包括自然科学、社会科学、思维科学等一切科学部门不可缺少的方法。马克思认为，一门科学只有成功地运用数学时,才算达到真正完善的地步。基于不同学科的思想在方法论层面融合的多学科交叉；阐述计算思维在理解问题本身、寻求解决问题途径中的作用。

2.1计算思维与计算方法

2.2量子化学方法学

2.3哲学方法论

2.4数学方法

2.5学科交叉与“计算”

3.凭什么相信计算——自我批判篇（4学时）

计算所依据的“第一原理”是什么？自我批判是科学的生命力所在, 计算化学增添了化学学科的创造力,实验/形式理论和计算是科学发现的三大支柱。计算化学将被肢解的化学统一起来，严密科学无法避免数学，阐述如何进行计算， 20世纪80年代以来 ，计算机已经成为所有分支领域化学家的必备工具。“计算化学”不应停留在“计算机辅助”的角色，计算化学将被肢解的化学统一起来。正如爱因斯坦说过的那样：“解决一个问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能，从新的角度去看旧的问题，却需要创新性的想象力，而且标志着科学的真正进步。

3.1计算所依据的“第一原理”是什么？

3.2实验/形式理论和计算是科学发现的三大支柱

3.3如何进行计算？

3.4科学理论发展的问题模式

3.5计算化学将被肢解的化学统一起来

4.Nature 和Science 中的“计算”实例——化学魅力篇（4学时）

分享我校教师在Science上发表“Reproducibility in density functional theory calculations of solids”的研究经历，展示Nature 和Science 中的“计算”实例和诺贝尔化学奖中获得的突破性和开创性的成果，赏析计算化学学科蕴涵的数学与自然科学交叉与渗透的方法学的“化学魅力”；通过“计算化学”学科的成功案例，将抽象的思维培养与跨学科专业化的经典知识体系相联系，使学生在学习新知识的过程中逐渐加深对计算思维意识的认知，进而引导学生广泛涉猎不同学科领域的知识。

4.1“计算思维”的“化学魅力”展示

4.2 诺贝尔化学奖中的“计算方法学”

4.3 Nature 和Science 中的“计算”实例

4.4 Science 中 “计算方法”研究经历分享

4.5“计算思维”的“化学魅力”展望

5.计算思维的应用与检验——实践验证篇（8学时）

解决问题的过程包括先前知识的运用、实验的设计与调整，以及各种试探性的假设的采用、评价、筛选、修正等环节。在此期间，需要发挥思维的功能，确定需要什么信息和如何得到这种信息或者接受信息的反馈，而思维的功能把这些推理或信息的逻辑处理联结成有计划的步骤去实现科学发现的目标。本篇内容主要概述计算思维应用在数学与化学，材料科学，工程学，计算机科学，虚拟仿真等跨学科的交叉与融合的典型科技前沿问题。并通过学习Chemoffice, chemdraw,chem3D等常用计算化学软件和上机实践环节，加深对计算思维的可行性和创新潜力的认知。科学发展的历史也并不是知识积累的历史，而是不断批判、不断革命的历史。科学的发展表现为从提出问题到解决问题，从建立理论到批判理论，然后又提出新的问题和建立新的更令人满意的理论这样一种往复的无穷的探索过程。

5.1计算化学常用软件的介绍及应用实例

5.2计算化学常用软件及网络资源

5.3计算化学实例解析与模拟仿真试验的体验

5.4分子模型的构建及几何构型的优化（上机实践）

1.《理论化学原理与应用》帅志刚，邵久书.科学出版社(2008)

2.《计算化学》郭纯孝，化工出版社(2004)

3.《计算化学》张常群，高等教育出版社(2006)

4.《计算化学-从理论化学到分子模拟》陈敏伯，科学出版社（2009）

5.《科学方法论基础》吴元樑，中国社会科学出版社（2008）

6. 《计算思维导论》唐培和，徐奕奕 ，王日凤.广西师范大学出版社(2012)

7.《数学思维与数学方法论》郑毓信, 肖柏荣, 熊萍著，四川教育出版社（2001）   

8. 《 计算思维应用实例》 赵宏、王恺、高裴裴、张健、李妍、刘爽.清华大学出版社（2015）

9.David C.Young A. Computational Chemistry， John Wiley & Sons, Inc.,Publication, 2001

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