分子水平上的虛擬仿真實驗估算模擬已然成為物理研究的一個重要手段，這一方面是因為現有的檢測手段常常是間接檢測，須要理論與估算解釋，另一方面則是因為實驗條件的限制，理想的實驗條件難以真正實現。量子物理估算和分子模擬的手段，可以幫助人們從分子層次上理解物理物質的結構-性能關系，動力學性質和反應特點，而那些通過傳統的宏觀層次上的實驗室教學是很難做到的。
我校物理與材料科學大學在理論與估算物理方面具有雄厚的科研實力和豐富的教學經驗。依托南京微尺度物質科學國家實驗室等研究平臺，中學擁有一支強悍的理論與估算物理研究團隊（包含3名杰青，2名優青等），在相關基礎研究方面取得了明顯科研成果，為將估算物理方式應用于本科實驗教學奠定了堅實的基礎。為培養中學生應用量子物理估算方式和分子模擬估算解決物理實際問題的能力，我們構建了“分子水平上的虛擬仿真實驗”平臺，依托“電子密度泛函理論與應用”、“化學化學實驗”、“高分子化學實驗”等課程，開辦了10多個模擬仿真實驗項目。
一方面，我們將量子物理估算方式用于物理實驗教學。在實驗教學中，讓中學生熟悉目前國際上流行的估算物理科研手段，采用現代電子結構估算方式模擬傳統實驗手段未能解決的問題，如材料原子空間結構、電子態結構、反應過渡態特點、表面吸附等基礎物理問題。將量子物理估算方式與物理實驗教學相結合，對于中學生加深基礎知識的理解、培養科學研究的興趣與素質、以及了解學科前沿都具有重要的作用。目前，我們已開辦“基于C60分子體系電子結構性質的估算”、“簡單體系石墨烯的電子結構估算”、“卟啉分子的譜學估算與理論表征”、“三聚氰胺熱力學函數的估算”、“簡單質子轉移反應的過渡態的量子物理模擬”和“Pt(Ⅲ)表面吸附O2分子的構象模擬”等實驗項目。
另一方面，結合我校班主任自身的科研成果3d物理虛擬仿真實驗室網頁，我們在國外率先將分子模擬方式運用到高分子科學的實驗教學中，研究實驗室教學方式不能直接研究或觀測的高分子鏈構型、形態、尺寸（高分子鏈的遠程結構問題）以及動力學過程。
我們開發了分子模擬實驗項目“用‘分子的性質’軟件重構聚乙烯、全同立構聚丙烯分子，并估算它們末端的直線距離”、“用‘分子的性質’軟件估算聚丙烯酸乙酯的氫鍵能量”、“二維高分子鏈形態及標度關系的計算機模擬”和“受限空間中高分子鏈穿越納米管線的MonteCarlo模擬”等，可以按照高分子的短程結構特點，直接在屏幕上構造（即在屏幕上直接合成）高分子鏈，直觀展示高分子鏈的內旋轉以及鏈的形態和規格變化；并估算鏈規格的統計平均值，確定平均值與高分子聚合度的標度關系，使中學生對高分子鏈構型形態問題構建直觀、形象和透徹的理解；借助MonteCarlo方式模擬受限空間中的高分子鏈怎樣在熵驅動下穿越納米管線，以幫助學生理解“構象熵”這一概念在高分子科學學習中的特殊重要性。那些相關的分子模擬實驗項目，提出了一種高分子科學實驗教學的創新模式，已取得了挺好的教學療效，并幅射到國外多所院校。
中心還新建了專門的多功能課室，已用于量子物理估算和分子模擬實驗教學，并配備了高性能估算機房（如圖）。
項目一基于C60分子體系電子結構性質的估算
基于量子熱學從頭估算和密度泛函理論，采用DMOL3軟件包和軟件界面獲得C60分子體系的電子結構性質的微觀圖形，并剖析其物理性質。通過估算獲得C60分子的總電荷密度圖和差分電荷密度、C60分子的前線軌道（HOMO與LUMO）、C60分子的FUKUI等微觀電子結布光，并做出C60分子的分子基態圖。（詳盡信息）
項目二簡單體系石墨烯的電子結構估算
基于量子熱學從頭估算和密度泛函理論，采用vasp.5.2軟件包估算石墨烯的能帶和態密度，獲得石墨烯的電子結構信息。實驗以六角形的石墨烯單胞（有兩個碳原子）為例，進行自洽估算，得到最優結構。以結構優化后自洽形成的文件作為輸入文件進行非自洽估算（=11），估算能帶和態密度，并得到石墨烯單胞的電子結構信息。（詳盡信息）
項目三配體分子的譜學估算與理論表征
基于量子熱學第一性原理的理論技巧，采用DMOL3軟件包對配體分子的拉曼、紅外震動、光吸收譜的譜學性質進行模擬。實驗采用DFT-core的贗勢，paw-pbe的泛函進行鈷配體分子模型的搭建及結構優化。對優化后的結構進行震動模式剖析，從而獲得配體分子的拉曼、紅外震動、光吸收譜等實驗結果。（詳盡信息）
項目四三聚氰胺熱力學函數的估算
實驗采用全電子的的泛函進行三聚氰胺分子結構的建模及結構優化，用得到的最優結構進行性質的自洽估算，并進行熱力學函數剖析，得到三聚氰胺的基本熱力學函數變化曲線。（詳盡信息）
項目五簡單質子轉移反應的過渡態的量子物理模擬
采用DMOL3軟件確定乙烯醇和丙酮異構化的微觀反應信息、結構優化、過渡態等，實現反應微觀信息的可視化。首先進行反應物和產物模型的搭建及結構優化，使用線性內標法和逐點優化法獲得一組接近過渡態的初始結構參數，從而采用估算執行的LST/QST搜索過渡態，找到過渡態后，在原文件的基礎上進行頻度的估算，確認過渡態結構。按照反應物、產物和過渡態的能量信息，勾畫出乙烯醇與乙酸異構化的反應示意圖3d物理虛擬仿真實驗室網頁，同時給出能壘和反應焓等實驗數據。（詳盡信息）
項目六Pt(Ⅲ)表面吸附O2分子的構象模擬
基于密度泛函理論，采用vasp.5.2.軟件包和軟件對O2分子在Pt(Ⅲ)表面吸附進行模擬。實驗采用的泛函進行模擬估算，獲得優化后的面心立方的Pt晶胞。在優化后的Pt晶胞，切出一個(Ⅲ)的晶面，并標示出分子可能的吸附位。估算優化得到O2分子在Pt(Ⅲ)表面吸附構象及相應的吸附能、鍵長、O2分子所得電荷和磁矩的變化數據。通過實驗數據確定O2在Pt(Ⅲ)表面的最穩定吸附位。（詳盡信息）
項目七用“分子的性質”軟件重構聚乙烯、全同立構聚丙烯分子，并估算它們末端的直線距離
在屏幕上直接建立（合成）側鏈含150個碳原子的呈下蹲鏈形態的聚乙烯分子，模擬估算下蹲鏈的末端距離；多次改變鏈的氫鍵，使鏈在不同位置彎曲，觀察鏈的形態變化并測定鏈的末端距，從中來理解C-C鍵內旋轉對分子鏈卷曲程度和規格的極大影響。再建立（合成）側鏈含100個碳原子的呈全反式構型的聚丙烯分子，調整內旋轉角使其呈反式旁式交替出現的TGTG…構象，得到全同立構聚丙烯分子的H31螺旋形構型。對于聚丙烯，碳鏈的全反式構型并不是位能最低的氫鍵方式，其位能通常要比反式旁式交替出現的氫鍵來得高。（詳盡信息）
項目八用“分子的性質”軟件估算聚丙烯酸乙酯的氫鍵能量
分別建立含三個和五個單體單元的聚丙烯酸乙酯片斷，先后選擇一個和兩個內旋轉角，并按5°或10°的間隔來估算內旋轉的氫鍵能。本實驗只涉及到兩個內旋轉角角度變化對柔性高分子鏈構型及官能團能的影響。通過這個分子模擬實驗的教學，使中學生深刻理解到：柔性高分子雖然不能自由內旋轉，并且可以實現的氫鍵數量仍是十分大的。構型能E(Φ)與內旋轉角Φ是一個很復雜的函數，計算機模擬無疑是事半功倍的。（詳盡信息）
項目九二維高分子鏈形態及標度關系的計算機模擬
初步了解四位置模型和鍵長漲落算法，以及本實驗采用的改進型四位置模型；學會用改進型四位置模型模擬二維空間中不同厚度的自回避行走鏈（SAW）和無規行走鏈（RW），并估算兩種鏈的均方末端距、均方回轉直徑與聚合度的標度關系。通過本實驗的學習，中學生可初步了解高分子鏈形態及其物理描述方式，以及SAW鏈和RW鏈在形態及其特點上的差異。（詳盡信息）
項目十受限空間中的高分子鏈穿越納米管線的MonteCarlo模擬
采用自編的MonteCarlo分子模擬軟件，在計算機上直觀地觀察受限空間中的單鏈高分子穿越納米管線的動力學過程。設置相關參數（鏈長、管道厚度、受限空間規格等），其中，受限程度不同，高分子穿越納米管線對應的自由能壁壘也有所不同，測定高分子從開始穿越到最終又回到起點的時間（Ttrap），確定自由能壁壘ΔE與高分子鏈長N、納米管線寬度M之間的函數關系，討論受限程度對高分子穿越納米管線動力學行為的影響，并與物理反應過程相類比。（詳盡信息）
