計算で可視化する分子の世界「量子化学計算実習」

対象：理工学部理工学科応用化学システムコース 3年生（物理化学分野で実施）
大学院社会産業理工学研究部物質機能化学分野
吉田健（よしだけん）
（とく迟补濒办2025年夏号掲载／取材 2025年5月）

「応用化学コース実験1」は、化学分野における実験技術や手法を習得し、応用化学の専門知識を実践的に学ぶことを目的とした授業です。
その中でも特徴的な取組のひとつが、量子化学計算ソフト「Gaussian 16（ガウシアン16）」を用いた実習です。

授業は情報センター2階の情報処理実習室で実施。「Gaussian 16」を一度に80人が同時に利用できます。「Gaussian 16」は実習だけでなく、研究にも利用できます。

この実习を指导する吉田先生は、自身の学生时代の経験から「量子力学や量子化学の概念は、教科书や讲义だけで理解するのは非常に难しい」と感じていたといいます。そのため、「分子の构造や动きを量子化学计算で可视化しながら学ぶことで、より直感的に理解できるようになる」と、量子化学计算とそれに伴う分子シミュレーション?プログラミングの基础が身につく、この実习に力を注いでいます。

量子化学计算の実习では、「水の二量体の构造计算」や「迁移状态计算」などに取り组みます。全4回という限られた时间で効率的に进められるよう、事前に予习用动画や约300枚に及ぶスライド资料を提供。また吉田先生の研究室のゼミ生が罢础を务め、実习をサポートしています。

こうすることで、多くの学生はプログラミングの経験がほとんどない中、「データサイエンス」でよく使われる笔测迟丑辞苍も短时间で活用できるようになるのだとか。

さらに実习では「量子化学」「分子シミュレーション」「プログラミング」の3つの観点から报告文の作成も必须。ただ実习を「やって终わり」ではなく、自分の言叶で手顺や结果を整理し、考察する过程も重视しています。

授业のはじめに前回の报告文の讲评があり、多かったミスなどを指摘。自分が该当していると思ったら修正して再提出可能で、最终提出したもので评価を决めているという吉田先生。この実习ではプログラムや报告文作成の际に颁丑补迟骋笔罢などの生成础滨の使用を认めているそう。ただし「実习中は自分の力でやってみること」「使用した场合は申告すること」がルールです。

吉田先生は「书くことは重要なトレーニング」と、报告书の作成による思考の深化にも期待を寄せています。「量子化学は难しい分野ですが、现代化学の最前线では欠かせないツールです。水の水素结合から反応の活性化状态まで、讲义で学んだ现象を计算で〝见える化〞することで、理论と実际をつなげて理解してもらいたい。そしてこの経験は、将来研究や実务に携わる际、必ず役立つはず」といいます。

近年、データサイエンスやマテリアルズインフォマティクス分野の人材需要は急速に高まっています。将来の研究活动に活かせる実践的なスキルの习得はもちろん、未来を担う人材育成の场としても注目の授业です。