亚琛工业大学应用Maple学习研究现代化学-量子化学应用案例

Maple在大学理工科应用案例研究

在德国亚琛工业大学，多年来教授与学生们一直自信而成功地应用 Maple 来支持数学和物理课程中的学习。然而，当无机化学研究所的讲师 Jan van Leusen 博士第一次从 RDMChem 了解到 Maple 量子化学工具箱时，他意识到是时候将 Maple 引入化学系的课程学习当中了！

Van Leusen 在大学教授无机化学课程。他在物理学工作中已经非常熟悉使用 Maple，很快意识到他可以使用 Maple 中的量子化学工具箱来丰富他的授课并启发他的学生。Maple 的这个工具箱组件将现代量子化学软件技术与 Maple 的数学能力和易用性有机结合起来，为分子电子能量和性质的并行计算提供了一个全面又方便使用的环境。量子化学工具箱为日常授课和自学提供了工具，从初级量子力学问题的完整实例到高级应用方法，例如应用于分子化合物的完全活性空间方法。它可用于研究和理解分子，为工程、分子生物学和物理学中的应用设计新型分子，并将量子力学和理论化学在课堂上通过软件栩栩如生地展现出来，加深学生对抽象化学及量子力学的理解与学习。

可视化的关键作用

化学家经常需要知道海森堡算子波函数解的具体样子，引时这就需要 Maple 发挥其用武之地了。Van Leusen 使用 Maple 和量子化学工具箱计算并可视化 s、p、d 和 f 轨道，使用多种原子的 3D 可视化，而不仅仅是标准的氢原子。此外，他向学生展示小型分子化合物（如 H2O）的分子轨道的计算和可视化，发展并加深学生们对概念的理解。通过一个可视化，他可以交互式地旋转模型，以不同视角展示给学生，以传达有关不同轨道的信息。这种方法远优于他之前的方法，该方法涉及为每个轨道创建单独的 2D 投影，在他的课程中通过多张幻灯片展示，并要求学生尝试整合信息以构建完整分子的图像。通过使用 Maple，他的学生发现这些可视化更容易理解，因此更容易理解基础理论及其如何应用于他们正在研究的特定分子。

“来自 Maple 的量子化学工具箱生成的分子可视化作为学习工具的价值是巨大的，” van Leusen 说。“有了它们，学生们可以更快、更准确、更自信地将理论与特定分子的结构以及它们如何结合在一起联系起来。”

Van Leusen 还使用 Maple 来帮助解答课外问题。他发现量子化学工具箱附带的课程材料特别有用，并经常求助于它们以找到能回答学生问题或帮助他们理解所遇问题的范例。

Maple是易于使用的化学软件

Van Leusen 发现 Maple 和 Maple 量子化学工具箱比传统的计算化学工具更容易使用，同时还能满足他课程的所有需求。其他工具通常需要大量编程、特殊硬件、响应缓慢，并且在设置问题时很容易在不注意的情况下出错。相比之下，Maple 高度直观，能够在标准桌面计算机上运行，结果返回迅速，并且使用标准表示法意味着很容易发现错误。

“使用来自 RDMChem 的量子化学工具箱在 Maple 中工作是高度直观的。感觉就像只需用几句话提出我的要求，提供一些细节，然后 Maple 就简单地完成了。它比我用过的任何其他计算化学工具都简单得多，并且完全满足我的教学需求。”

他还喜欢 用Maple 可以找到解析解和数值解，因此可以用于对单电子进行精确计算和相应的可视化。

在目睹他成功地吸引和启发学生后，该系的其他教授开始请求 van Leusen 帮助他们创建支持自己讲座的可视化内容。如今，使用来自 RDMChem 的量子化学工具箱在 Maple 中创建的分子可视化已经应用于许多课程中，包括一年级和三年级的无机化学课程，甚至应用于生物学学生修读的化学课程以及为新生开设的预备课程中。