在科技日新月异的今天, 大学本科学生毕业后不能适应岗位需求的现象越来越多, 如何提高学生的动手能力受到教育部及学校的高度重视, 就此很多高校开设了综合设计性实验课程, 该课程的主要任务是加强对学生基本操作技能的训练, 培养学生锐敏的观察能力和科学严谨的工作作风, 发展智力, 增强独立分析问题、解决问题能力和探索创新精神。学生在开展实验设计之前, 必须搜索大量信息以供参考, 这就得借助于化学信息学, 因此, 化学信息学在综合设计性实验中起着十分重要的作用。
近年来, 各种化学图书、文献的迅速增长, 带来了化学信息学的快速发展。CA[1] (美国化学文摘, 检索化学文献信息的重要工具) 创刊初期的1907年, 年文献摘录量仅有11847篇, 1971年发展为308936篇, 增长了26倍, 1981年发展为450587篇, 增长了38倍, 1991年上升为553051篇, 增长了46倍, 而到2006年已剧增为980000篇, 增长了83倍。这给化学学者的研究提供很大的方便, 同时也给申请综合设计性实验的学生一个很好的学习平台。
本文就如何做好综合性设计实验, 提出化学信息学的重要性, 随后给出化学信息学的定义、内容。在了解其重要性后, 学生应在那些方面提高自己, 笔者提出了自己的观点。
1 综合设计性实验
有想提高自己动手能力的学生可向学校申请到综合性设计实验。而后可进行以下步骤: (1) 学生可根据个人的喜好, 选择感兴趣的方向及老师; (2) 在老师的引导下, 可根据该老师的实验条件, 选定一个课题; (3) 为了更快更好的完成该项化学实验, 学生需动手查找大量有关课题的资料, 这样做可使学生在充分了解该项课题的前提下, 查找到国内外该项课题的前沿研究, 以供学生阅读、参考、思考, 从中得到自己做实验的思路, 有计划有步骤的进行研究学习; (4) 写下实验方案, 和老师探讨定下方案; (5) 按照方案设计的步骤一步一步进行实验, 并写好反应时间、材料用量、反应温度、实验现象及每天的思考。 (6) 完成实验设计, 达到预期目标后, 学生需对整个过程进行总结, 完成此项学习任务, 拿到相应的学分。
笔者认为第 (3) 、 (5) 两步都很重要, 要做好此步还需化学信息学的帮助。
2 化学信息学
2.1 化学信息学的定义
Frank Brown[2]曾于1998年把化学信息学定义为:把各种化学信息源数据组合为信息, 把信息提升为知识, 其主要目的是在药物先导化合物的发现及优化领域快速地更好地作出决定。
2002年中国科技大学的邵学广等[3]对化学信息学的定义为:化学信息学是近几年发展起来的一个新的化学分支, 它利用计算机和计算机网络技术, 对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播, 以实现化学信息的提取、转化与共享, 揭示化学信息的内在实质与内在联系, 促进化学学科的知识创新。
Gasteiger[4]2006年将化学信息学定义为。用信息学解决化学问题的应用方法, 已经为化学研究的各个领域作出了很大贡献。
总之, 化学信息学是信息科学与化学的交叉科学。利用数学、统计学与计算机科学的理论、方法和网络技术作为手段, 研究化学信息的获取、表示、管理、传播、分析、加工和应用, 在此基础上进行知识创新, 促进化学学科的发展。
2.2 化学信息学的发展
[5]自从19世纪“现代”化学开始, 化学学者就已经致力于化学信息的研究。化学文献的编著者面临着比其他编著者更多的挑战, 他们要面对大量的化学结构和反应这类化学所特有的语言。随后, 这些文献创就了主要的期刊杂志及专利 (即二次化学信息系统) , 能够竭尽全力有效运用这些系统的化学学者, 则可以掌握自己所学的化学信息。
在19世纪70年代, 出于化学工业的发展, 大量文献的涌入, 化学文献的编著者很快的掌握了计算机技术, 便于他们能够很快地找到编著的出处。另外, 这一新的技术的引入, 可以为学者提供搜索功能, 可以通过:文章标题、化学结构、反应方程等方式搜索到所需的化学信息, 从此, 带来了化学信息学的快速发展, 比如:Chemical Abstracts Registry File[6] (19世纪80年代的搜索引擎) 和Cambridge Structural Database[7]等。
最新化学信息学的发展包括:全文电子期刊的获得、化学信息应用的网络资源、三倍结晶体结构及反应的搜索、老的电子期刊的查找等。
3 化学信息学在综合设计性实验中的作用
资料搜索 (即信息的搜索) 是进行科研的第一步, 也是学生将课本知识运用到实际的第一步, 对于化学学科更是如此, 化学是实践性科学, 大多数化学理论都来自于实验, 因而做实验也就成为化学学者的必修课, 做实验前该准备些什么呢?从何找到与实验相关的信息, 都是很多学者问的问题, 如此, 产生了化学信息学, 并可看出化学信息学在实验 (如综合设计性实验) 中的重要性。
目前, 国内外各个学校都开设了化学信息学这门课程
Indiana大学[8]在三个学期内创建了第一所新的学校 (信息学校) , 有五门主修课程:多媒体艺术学、人机相互作用学、热门信息学、生物信息学和化学信息学。其中化学信息学课程又包括:化学信息技术、计算机化学和分子模拟。
Sheffield大学开设了:化学信息学Ⅰ、化学信息学Ⅱ、计算机程序Ⅰ、计算机程序Ⅱ、信息存储与采集、信息系统建模和分子模拟。
国内大多数院校开设:计算机c语言程序设计、化学信息学等。
可见, 化学信息学在化学学科中占有相当重要的地位。
如何将化学信息学运用到综合设计性实验中呢?笔者举出下例。
例:一本科生想做有关“药物缓蚀体系”的设计实验, 可先从学校的图书馆中 (数据库《中国期刊网》或《重庆维普咨询网》等) 以关键词“药物缓蚀”搜索此方面的内容, 了解后, 运用外文数据库查找国外的前沿研究 (可能要在老师的推荐和帮助下完成, 如碰到学校数据库没有大量信息) ;认真阅读文献, 与老师商讨定下实验方案, 实验准备阶段所需的药品仪器, 学生可从“化工引擎”中搜索到信息, 购买后方可进行实验步骤;最后, 做出实验结果, 又可运用CA网络版查新, 看自己做出的成果有没有发表过。
例中的查找搜索资料的过程, 其实也是学生学习运用化学信息学的过程。
4 讨论
化学信息学是一门应用性很强的科学, 广泛应用于化学研究的各个领域, 已成为不管是博士研究生、硕士研究生还是本科生一个很好的研究工具, 然而, 要灵活的运用此工具, 还需学生在学习实践中掌握。比如, 综合设计性实验中化学信息学的运用:学生可从本校的数据库中查找信息;也可从计算机网络中查找信息;还可从学校资料库中查找信息。这样学生在老师帮助下能够更深刻地学习到化学信息学的精髓所在。
摘要：出于对学生全面发展的考虑, 高校 (特别是化学专业) 开设了综合设计性实验课程来锻炼学生的动手能力;化学信息学集合了现代化学、计算机、数学等领域的最新技术, 对综合设计性实验起着重要作用。
关键词：化学信息学,综合设计性实验,化学文献
参考文献
[1] 苏洁, 王希民.沈阳化工学院图书馆, 当代化工, 2006.36 (6) :639～640.
[2] Frank B.Annu Rev Med Chem.1998, 33:375～384.
[3] 邵学广, 蔡文生.化学信息学及其课程建设[J].大学化学, 2002, 17 (3) :12～15.
[4] J.Gasteiger.“The Central Role of Chemoinformatics”, Chemomet.Intell.Lab.System.vol.2006 (82) :200～209.
[5] Schofield, H.Wiggins, G.and Willett, P.Recent developments in chemoinformatics education, Drug Discovery Today, Volume6, 2001 (18) :931～934.
[6] Chemical Abstracts Services, http://www.cas.org See also:Fisanick, Wetal.Chemical Abstracts Service Informa-tion System.Encycloped.Comput.Chem.1, 2008:277～315.
[7] Cambridge Crystallographic Data Centre, at, http://www.ccdc.cam.ac.uk/.
[8] Indiana University School of Informatics is at, http://informatics.indiana.edu and http://www.informatics.iupui.e d u/.