用计算研究化学？——揭秘青年科光 -《计算显微镜》课程

在南京大学有这样一个研究方向，跳出传统的实验方法，采用计算机通过理论模拟的方法研究化学。为了引导本科生超越现有知识的框架，以小见大、认识科学研究的普遍方法，匡亚明学院董昊教授面向刚刚进入大学的一年级新生开设了一门项目制课程《计算显微镜》，这也是“科学之光——青年学者”系列课程之一。今天，让我们一起走进这门课。

董昊老师正在授课

从兴趣出发，激发思维火花

“选课时，这门课的课程介绍非常吸引我，尤其是其中提到的‘使用可视化工具和分子模拟软件相结合’的研究方式，非常契合我自身对于化学和计算机两方面的兴趣”，谈及选择此门课程的原因，一位同学如是说道。

作为一门学科交叉融合的课程，“计算显微镜”把计算机学科的方法融入到了化学研究领域中，用计算机软件对其进行呈现，更加立体可观。“从这个角度来看，这门课程对学生是一个新事物，更是一种新的研究手段和思维方式。”为了帮助大一新生提升兴趣、进而培养理论计算的思维方式，董昊老师循循善诱，用第一堂课做了一次相对科普性的讲座，从化学的发展史讲起，帮助大家从源头真正认识化学，让大家明白——它不仅仅是一门实验学科，不仅仅是在实验室里与不计其数的试剂反应接触。相较于早期对化学“=chem is try”的认知，从理论计算的角度研究化学，有助于人们更好地去原子分子层面理解、预测、设计化学物质与化学反应。

兴趣为桨，思维扬帆。董昊老师热忱地希望通过这门课程，“同学们能够理解、接受、认同理论计算的思维，也许在本科阶段不会有太多的具体从事理论计算的经历，但作为南京大学的学生，作为国内最优秀的一批本科生，我认为同学们应该在本科阶段就对此有所了解，对其形成基本的思维模式。”

从理论到实践

考虑到大一新生在接受程度上可能存在困难，董昊老师细致而全面地设置了课程构架，包括提供更多的教案、补充材料等，从理论和上手实践两个方面进行授课，并安排高年级博士生作为课程助教。

开始时，考虑到大家来自不同的专业，老师先对同学们进行了课程科普，让大家对这门课产生兴趣，尽量不让理论部分的知识显得过于枯燥平淡。而随着理论部分的深入讲解，董昊老师以严谨的教学态度、启发式的教学方式，耐心引导同学们主动思考，步步深入。每堂课都与同学们一起听课的助教也在对计算模拟理论的重新梳理、学习中受益匪浅，“课下和老师交流、沟通的过程中可以学习到更多的教学方法，老师可能会分享自己的经验和教学策略，更深入地理解课程内容，提高自己的知识水平，获得反馈和改进，也会给予一些建设性的反馈，帮助我发现自己的不足并进行改进。”

在董昊老师看来，“理论计算其实是和实验紧密连接的”，在容量为150人的传统“科学之光”课程中，让每位同学都上手实操的实现难度较大，而学校特别设计的“青年科光”系列课程，课程容量更小，一对一、一对几的小班化教学模式，更有利于学生从倾听者、听从者切实转变为实践者。

课程遵循从理论到实践的科学方法论，带给了同学们极大的收获与体验感。而令同学们印象最深的，也是实践环节的几节课程。比如在老师的带领下，同学们亲手实践在计算机上编写程序、用图形软件显示生物分子并对数据进行处理和分析等。“因为单看理论，有时会觉得它们像是悬浮的空中楼阁，但如果你亲手在自己的程序中，通过你自己的环境配置和编辑，在一个从前完全不了解的领域中从零基础到可以把一个化学结构呈现在自己的屏幕上，我觉得这是一件非常有成就感的事情。”

从启迪到探问

在开设这门课程时，董昊老师只是期望“能够让同学们认可、接受理论计算这种实验研究的方法”，但同学们在课程中的表现，无疑让他感到意外与惊喜。

“事实上，许多同学对这门课程的理解、对实践操作的接受程度都出乎我的意料”。作为老师，看到同学们对这门课程的热情与兴趣，也让董昊老师倍感振奋与鼓舞，“我们非常乐于看到同学们能够理解、接受我们所传达的一些理念，也非常希望能够有同学受到这门课程的启迪，在未来从事相关的研究工作。”

在这门今年第二次开设的课程中，还有一位较为“特殊”的同学，这位同学是上一年课程中的一位学员，在学习后对这门课程产生了浓厚的兴趣，所以决定今年再学一次。课后，他也向老师提出了自己的看法与诉求，希望能够参与课题组的科研训练，进一步拓展、夯实自身的兴趣与能力。除此之外，还有很多初学的同学期望未来能够有更多的课时、更充裕的时间让他们得到进一步的锻炼与成长。

“我想，能够通过这门科学之光的课程传播科学思想，培养更多对计算模拟领域感兴趣的同学，真是一个让人觉得特别高兴、特别欣慰的事情。”

从启迪到探问，看似是小小的一步，却让科学之种在同学们心中悄然扎根，只待未来破土而出、枝繁叶茂。

同学们发言

导师寄语

“

我们身处的世界既广阔又精彩

对于刚刚步入本科阶段的同学们而言

你们就如同一张纯净的白纸

充满了无限的可能

我鼓励你们全身心地投入其中

尽情探索

勇敢地、主动地拓展自己的视野

积极拥抱新思维、新方法和新技术

衷心祝愿每一位同学都能能够“怀鸿鹄志”

振衣濯足展襟怀

在人生的道路上、在科研的旅途中

找到真正属于自己的方向

”

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采访｜王俪涵

组稿｜梁芮源

美编｜姚欣怡

编辑｜邵镕 李睿怡