理工学部Faculty of Science and Engineering
COS300XG（計算科学 / Computational science 300）シミュレーション技法Basics of Computer Simulation
田村 祐介Yusuke TAMURA
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2023 |
| 授業コードClass code | H9063 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 火1/Tue.1 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 小西館‐PC教室1 |
| 配当年次Grade | 3年 |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | ○ |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
創生科学科 学科専門科目 |
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Outline (in English)
（Learning Objectives）
Now a days 'Simulation' is a common word for the method to calculate and predict the state of an real object based on a mathematical model obtained by observation without using the real materials.
The purpose of this class is as follows, we will focus on the microscopic world and deepen our understanding of the chemical bond theory and the spectroscopy by visualizing molecular orbitals and calculating vibrational states using the Molecular Orbital simulation package Gaussian and its GUI GaussView.
（Learning activities outside of classroom）
Before/after each class meeting, students will be expected to spend four hours to understand the course content.
（Grading Criteria /Policy）
Grading will be decided based on reports.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
シミュレーションは、観測により得られた数理モデルを基に、実物を使わずに対象の状態を計算したり予測するのに利用されており、理論、実験と並び模擬実験と呼ばれている。
本授業では、ミクロの世界に注目し、分子軌道法シミュレーション・パッケージのGaussianとそのGUIのGaussViewを用いて分子軌道を可視化したり振動状態を計算することで化学結合論や分光学の理解を深めることを目的とする。
到達目標Goal
分子軌道計算を行い、結果を整理、検討することで計算の理解を深めることを目標とする。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
分子シミュレーションの計算を行い、結果を可視化する。条件の異なる計算を比較して何が結論できるか議論し、レポートにまとめる。
提出されたレポート結果を見て，適宜解説する。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]：計算環境の確認
計算を実施するための環境やGUIの操作法の確認
簡単な計算を行い結果の確認
元素周期表の見方
第2回[対面/face to face]：入力データの作成方法
入力データ条件、電荷、スピン多重度の計算できる組み合わせを確認
軌道関数を可視化し、s軌道、p軌道などの形状
波動関数の位相について
第3回[対面/face to face]：水素類似原子の計算（１）
第一周期、第二周期の元素について計算。
原子番号の違いが軌道エネルギーに与える変化を見て、ボーア理論との整合性を確認
第4回[対面/face to face]：水素類似原子の計算（２）
残存の計算を進め、レポート作成
第5回[対面/face to face]：化学結合の成り立ち
少数の原子で小さな分子をGUIにより作成
電荷、スピン多重度の組み合わせを確認
σ結合、π結合の成り立ち
第6回[対面/face to face]：小さな分子の計算（１）
電荷の偏りと官能基
分子の表記方法とIUPAC命名法
第7回[対面/face to face]：小さな分子の計算（２）
制限と非制限Hartree-Fock法による結合エネルギーの評価
基底状態と励起状態
第8回[対面/face to face]：振動計算（１）
半経験的分子軌道法や分子力学法
入力のセットアップ
簡単な計算を実施
第9回[対面/face to face]：振動計算（２）
振動モードの可視化
IR分光とRaman分光のスペクトルの比較
第10回[対面/face to face]：化学反応（１）
反応エネルギーの見積もり方法
入力データの作り方
反応式の表記
第11回[対面/face to face]：化学反応（２）
遷移状態を確認する方法
Diels-Alder反応など
第12回[対面/face to face]：密度半関数法
金属を含む計算と密度半関数の欠点
第13回[対面/face to face]：Post Hartree-Fock法
より高精度な計算法
第14回[対面/face to face]：まとめ
残存の計算を進める
レポートの作成
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】レポート提出。
テキスト（教科書）Textbooks
使用せず。
参考書References
(1) J. B. Foresman and AE Frish著、“Exploring Chemistry with Electronic Structure Mathods”Third Ed.、Gausssian, Inc
日本語翻訳版、川内 進 訳、“電子構造論による化学の探求” 第３版、ガウシアン社
成績評価の方法と基準Grading criteria
レポート課題（100%）
授業出席を前提とする。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
内容を精選する。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
使用するソフトウェアは、PC教室の環境を利用する予定なので学生が用意する必要はありませんが、レポートの作成には各自のPCを使うこと。
その他の重要事項Others
実務経験のある教員による授業です。