摘 要： 化學(xué)信息學(xué)是化學(xué)化工與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的新興交叉學(xué)科。本文簡(jiǎn)單敘述了化學(xué)信息學(xué)的產(chǎn)生背景、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，并對(duì)化學(xué)信息學(xué)的課程教學(xué)進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞： 化學(xué)信息學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 檢索
　　
　　隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，有關(guān)化學(xué)學(xué)科的信息層出不窮，各類化學(xué)文獻(xiàn)及化學(xué)新聞每天都在報(bào)道最新的化學(xué)進(jìn)展，使化學(xué)信息的組織、處理和應(yīng)用等工作面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，人們迫切需要提高信息處理的速度和管理水平。目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、分子模擬、化學(xué)反應(yīng)模擬、信息查詢等工作中發(fā)揮越來越大的作用，受到了化學(xué)工作者和信息學(xué)專家的廣泛關(guān)注。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展日新月異，使其逐步成為各種化學(xué)信息資源傳遞的重要載體。計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為化學(xué)信息的管理工作提供了必要的工具和技術(shù)手段。于是，一門有關(guān)化學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科——化學(xué)信息學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，并得以飛速發(fā)展［１］。目前，國內(nèi)外很多高校已認(rèn)識(shí)到化學(xué)信息學(xué)的重要性，紛紛開設(shè)了化學(xué)信息學(xué)課程。就我國來說，國內(nèi)化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)已將化學(xué)信息學(xué)列入了化學(xué)教學(xué)的基本內(nèi)容［２］。但是，作為一門新興學(xué)科，化學(xué)信息學(xué)的發(fā)展還不如傳統(tǒng)學(xué)科那么成熟，高校教師在該課程的教學(xué)過程中還會(huì)遇到各種各樣的問題。本文主要就該學(xué)科的產(chǎn)生背景、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)，以及教學(xué)中的問題作簡(jiǎn)要探討。
　　1.化學(xué)信息學(xué)的產(chǎn)生背景
　　化學(xué)信息學(xué)是一門以信息學(xué)技術(shù)來解決化學(xué)問題的學(xué)科。上世紀(jì)中后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)以越來越快的速度發(fā)展，并逐步應(yīng)用于人類生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。與此同時(shí)，化學(xué)信息也爆炸式增長，化學(xué)家開始意識(shí)到，多年積累的大量化學(xué)信息，只有通過計(jì)算機(jī)技術(shù)才能讓化學(xué)工作者容易查詢和應(yīng)用。于是，一批關(guān)于化學(xué)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、光譜信息數(shù)據(jù)庫等大型化學(xué)數(shù)據(jù)庫的編排工作開始啟動(dòng)。至此，致力于解決化學(xué)問題的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息學(xué)方法悄然進(jìn)入了化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。1987年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Lehn教授在獲獎(jiǎng)報(bào)告中首次提出信息化學(xué)的概念［３］。這個(gè)全新的概念對(duì)化學(xué)的發(fā)展而言具有深遠(yuǎn)的影響，它觸及新的化學(xué)研究工具，具有深刻的時(shí)代意義。當(dāng)時(shí)，雖然多數(shù)化學(xué)工作者沒有認(rèn)識(shí)到化學(xué)信息學(xué)的重要性，也沒有對(duì)信息化學(xué)展開實(shí)質(zhì)性的研究工作。但是，無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)、材料化學(xué)，以及超分子化學(xué)等學(xué)科所積累的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卻為構(gòu)建信息化學(xué)提供了基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外很多大學(xué)開設(shè)了化學(xué)信息學(xué)課程并將其確定為研究生或高年級(jí)本科生的必修課程，從事研究、管理和開發(fā)化學(xué)信息的團(tuán)體、機(jī)構(gòu)和公司也相繼出現(xiàn)。化學(xué)信息學(xué)將成為推動(dòng)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。
　　2.化學(xué)信息學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
　　化學(xué)信息學(xué)的內(nèi)容主要包括化學(xué)信息的產(chǎn)生和獲取；化學(xué)信息的表達(dá)、存儲(chǔ)和管理；化學(xué)信息的加工和處理，以及化學(xué)信息的深化。其中，化學(xué)信息的產(chǎn)生和獲取主要通過實(shí)驗(yàn)方法或計(jì)算機(jī)檢索。隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，科技文獻(xiàn)數(shù)量劇增。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息社會(huì)的產(chǎn)生，伴隨著以光盤、計(jì)算機(jī)硬盤等形式記錄的非紙信息急速上升，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了計(jì)算機(jī)信息檢索的發(fā)展。目前，傳統(tǒng)的靠“手翻、眼看、大腦判斷”的手工檢索紙質(zhì)文件的檢索方式已不能適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展，進(jìn)而產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)查詢技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)查詢技術(shù)。
　　化學(xué)信息的表達(dá)、存儲(chǔ)和管理主要涉及化學(xué)運(yùn)籌學(xué)、數(shù)據(jù)整理可視化，以及數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)。計(jì)算機(jī)能快速地進(jìn)行大量復(fù)雜、繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算，從而幫助化學(xué)工作者對(duì)化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析、表征。各種物質(zhì)的詳細(xì)信息被整理后，分類整合到各數(shù)據(jù)庫中，就可以方便化學(xué)工作者查閱。
　　化學(xué)信息的加工和處理主要指運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)和化學(xué)軟件對(duì)化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)包括統(tǒng)計(jì)學(xué)和統(tǒng)計(jì)方法；分析信息理論；采樣；試驗(yàn)優(yōu)化與設(shè)計(jì)；分析校正理論；分析信號(hào)檢測(cè)和分析信號(hào)處理；圖像分析；構(gòu)效關(guān)系研究；人工智能和專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)與自適應(yīng)化學(xué)模式識(shí)別；庫檢索?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的多個(gè)分支，以及發(fā)展成熟，可以通過合適的實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方法獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但在人工智能和專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)與自適應(yīng)化學(xué)模式識(shí)別；庫檢索等方面尚未完善，還有很多工作需要補(bǔ)充。此外，利用計(jì)算機(jī)程序編制的各種化學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)的處理也提供了非常重要的幫助。比如，通過各種化學(xué)軟件的幫助，我們可以很容易地獲得樣品的光譜圖（核磁共振譜、紅外光譜、熒光光譜等）。利用Shelxl軟件還可以對(duì)X-射線單晶衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，逐個(gè)指認(rèn)分子中的各個(gè)原子，精確解析出分子的結(jié)構(gòu)。
　　化學(xué)信息的深化主要包括化學(xué)模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)。通過計(jì)算機(jī)模擬可以進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，例如：微觀分子工程設(shè)計(jì)與化學(xué)模擬，功能材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系及其理論設(shè)計(jì)與性能模擬，生物活性分子和藥物分子的相互作用機(jī)制和QSAR（Quantitative Structural Activity and Relationship）構(gòu)效關(guān)系，藥物設(shè)計(jì)、固態(tài)表面結(jié)構(gòu)、固體表面軌道相互作用規(guī)律、表面吸附與催化機(jī)理的研究，以及分子以上層次聚集體（超分子體系、界面體系等）結(jié)構(gòu)和固體結(jié)構(gòu)及其性能的模擬等。這些是當(dāng)前非?；钴S的研究領(lǐng)域，也是未來的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。
　　總的來說，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，化學(xué)信息學(xué)已經(jīng)取得了豐碩的成果。人們?cè)诨瘜W(xué)信息的產(chǎn)生和獲??；化學(xué)信息的表達(dá)、存儲(chǔ)和管理，以及化學(xué)信息的加工和處理方面都積累了大量經(jīng)驗(yàn)。但在化學(xué)信息的深化方面還不完善，它所包括的化學(xué)模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)仍是今后化學(xué)信息學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。
　　3.化學(xué)信息學(xué)的課程教學(xué)
　　化學(xué)信息學(xué)是一門有關(guān)化學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科，其內(nèi)容涉及上述三門學(xué)科，卻在很大程度上有別于其中任何一門學(xué)科。相對(duì)于其他傳統(tǒng)學(xué)科的課程來說，大學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)沒有理論或?qū)嵺`基礎(chǔ)。此外，該學(xué)科涉及的知識(shí)更新太快，內(nèi)容日新月異，稍不留神就會(huì)跟不上形勢(shì)。因此，大學(xué)生對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)總會(huì)遇到這樣那樣的問題。我就如何增強(qiáng)該課程的教學(xué)效果作簡(jiǎn)單介紹。
　　首先，教師要選擇最新的教材，教會(huì)學(xué)生獲取化學(xué)信息的方法。該學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科不同，其內(nèi)容廣泛，在其包含的領(lǐng)域內(nèi)，新知識(shí)層出不窮。很多化學(xué)信息更新速度極快，去年寫進(jìn)教材的信息，可能在今年就會(huì)被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過時(shí)，并被新信息取而代之。到了明年，今年的信息又可能失去價(jià)值。因此，教師要勤于選擇化學(xué)信息學(xué)的教材甚至每年自己整理、編寫教材。另外，教師務(wù)必要將獲取化學(xué)信息的方法傳授給學(xué)生，讓學(xué)生學(xué)會(huì)檢索美國化學(xué)文摘（CA）、美國科學(xué)引文索引（SCI），以及Reaxys等常用的數(shù)據(jù)庫，學(xué)會(huì)使用Chemoffice、Origin等作圖或數(shù)據(jù)處理軟件。
　　其次，教師要注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該課程涉及的知識(shí)面廣，但是大學(xué)生對(duì)該課程沒有任何學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。因此，很多學(xué)生會(huì)覺得學(xué)習(xí)該課程的難度較大。如果不加以引導(dǎo)，有些學(xué)生聽過幾次課之后，就會(huì)喪失學(xué)好這門課程的信心。在教學(xué)中，教師應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生切實(shí)感受到該學(xué)科對(duì)化學(xué)、人類社會(huì)的發(fā)展所起的重要作用。強(qiáng)調(diào)該課程對(duì)化學(xué)工作者的重要性，培養(yǎng)大學(xué)生獲得信息、篩選信息的能力，使其具有課題查新的意識(shí)，具備渴求知識(shí)的欲望，從而形成信息處理的能力。
　　最后，教師要選擇適當(dāng)?shù)氖谡n方式。第一次教這門課程時(shí)，由于條件的限制，我采用了純粹的課堂教學(xué)，依靠板書向?qū)W生傳授知識(shí)。盡管我已經(jīng)盡力調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，但教學(xué)效果甚微，學(xué)生在這節(jié)課學(xué)的知識(shí)，下節(jié)課就忘記了。后來采用多媒體教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的授課方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性明顯增強(qiáng)，教學(xué)效率明顯提高。兩種教學(xué)方式產(chǎn)生的教學(xué)效果說明單純的板書教學(xué)是枯燥無味的，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。但是，多媒體教學(xué)作為一種圖文并茂的教學(xué)方法，可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。此外，上機(jī)實(shí)踐可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，是本課程的重要環(huán)節(jié)。通過親身實(shí)踐，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息檢索的能力明顯增強(qiáng)。檢索到目標(biāo)信息后，學(xué)生的信心倍增，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)該課程提供了保障。
　　4.結(jié)語
　　本文簡(jiǎn)要介紹了計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的影響，分析了化學(xué)信息學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，人們對(duì)化學(xué)信息學(xué)的研究還將繼續(xù)深入，化學(xué)信息學(xué)的應(yīng)用范圍將繼續(xù)拓寬，化學(xué)信息學(xué)對(duì)化學(xué)學(xué)科甚至全社會(huì)所起的作用將越來越重要。該學(xué)科的課程教學(xué)效果也將隨著學(xué)科的成熟和教師經(jīng)驗(yàn)的增加而增強(qiáng)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］解征.化學(xué)信息學(xué)的研究進(jìn)展［J］.安徽化工，2008，34，（1）：21.
　　［2］高盤良，姚天揚(yáng).當(dāng)前化學(xué)教學(xué)改革若干問題的意見［J］.大學(xué)化學(xué)，2000，15，（2）：26.
　　［3］宋心琦.21世紀(jì)理論化學(xué)的重要課題之我見［J］.大學(xué)化學(xué)，1999，14，（1）：15.