本文介绍了作者在计算材料学本科课程的教学实践中基于SPC/E水分子模型设计的一系列分子动力学实验内容。SPC/E水分子模型具有简洁、高效和便于理解的特点，基于此模型设计的实验内容包含分子动力学算法验证，以及径向分布函数、比热容和输运性质的计算。这些实验内容与理论课中分子动力学的基本原理和分子动力学对物质结构、热力学性质和动力学性质的计算等内容一一对应，有助于加深学生对分子动力学的基础知识的理解。这些实验采用同一模拟体系贯穿始终，计算量适中且均使用开源软件LAMMPS进行模拟，可实现计算化学及计算材料学课程中分子动力学实验简洁高效的教学。

高校化学教学实验室内存在很多危险因素，管理方法和技术手段采用不当会引起师生受伤，进而影响实验教学的正常进行。负面清单管理制度可简明扼要地将各种实验教学和实验室管理过程中发现的问题进行归纳总结，做好负面清单的整理和持续改进是强化高校化学实验教学实验室安全管理的有效方法之一。本文在总结现阶段高校化学实验教学实验室的各种影响因素的基础上，形成有针对性的负面清单，开展有针对性的实验室安全教育和培训E (education)、采取有效的实验室工程技术安全措施E (engineering)、强化实验室安全强制措施E (enforcement)，形成了3E方法与负面清单管理制度相结合的化学教学实验室安全模式。该制度的可持续发展模式在化学教学实验室管理中收获良好效果，为高校化学教学实验室安全管理提供参考。

针对当前物理化学教学中存在的诸多问题，本文以物理化学中“电解质溶液的电导”这一教学内容为例，提出了一种基于教学目标导向、以学生为中心的教学改革策略。通过拓展传统的“课前预习、课堂讲授、课后作业”模式，结合课程思政理念，引入双线P-BOPPPS-E教学模式，并采用过程性考核评价方案对教学效果进行系统性量化评估。该教学体系旨在激发学生的学习主动性，全面提升学生的“知识-能力-素质”三位一体的综合能力，为物理化学教学改革提供有效的理论支持和实践指导。

卤代烃E2消除反应是基础有机化学课程中的重要教学内容，由于缺乏直观形象化的描述导致学生理解困难。本文设计了一个面向化学本科专业的计算化学实验，通过量子化学计算阐明卤代烃发生E2消除反应的详细机理及其与S_N2亲核取代反应的竞争机制，同时获取反应的热力学和动力学信息，帮助学生理解Zaitsev规则、选择性、反应热力学、反应动力学、过渡态、反应坐标等有机化学及物理化学中的基本概念。本实验旨在训练学生使用计算化学方法解决化学问题的基本思路，提升学生的科研素养。

基于第一性原理，系统研究了系列钒酸盐晶体K₃RE(VO₄)₂(RE=Sc、Y、La、Lu)的电子结构与光学性质。计算结果表明，该系列化合物均属于三方晶系，空间群为P3m1，具有彼此不共顶点的[VO₄]四面体和[REO₆]八面体构成的层状结构。能带计算表明该类材料均为间接带隙，带隙分布在3.286~3.701 eV之间。结合态密度中不同轨道分布与Mulliken布居和电子局域函数(ELF)分析可知，体系内部存在强共价的[VO₄]^3-基团与弱共价的离子性K/RE骨架。在光学性质方面，K₃Sc(VO₄)₂、K₃Y(VO₄)₂和K₃La(VO₄)₂的双折射率(Δn)受阳离子尺寸效应调控，随离子半径增大而减小。然而，K₃Lu(VO₄)₂因Lu³⁺特有的镧系收缩效应打破了这一常规尺寸演化趋势。镧系收缩效应通过优化晶格空间占位，调控基团畸变与空间取向的平衡，实现了“适度的低畸变+高一致性排列”的相干叠加，从而使其在1 064 nm处表现出异常高且不寻常的巨大、宏观的双折射率(Δn=0.250)。定量关联分析与相对电子密度各向异性(REDA)理论进一步证实，Δn与[VO₄]^3-阴离子簇的几何畸变度(Δd)及其REDA之间存在极强的线性相关，明确了[VO₄]四面体是光学各向异性的绝对主导来源。