化学信息学课程的整合与更新:21世纪化学教育展望

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：应用化学专业化学信息学课程教学内容的整合与更新●摘要化学信息学课程是应用化学专业的一门必修课。国内多次举办的化学信息学学术会议，促进了我国化学信息学教育的发展。化学信息学课程的基本内容，应该包括化学信息的获取与利用两方面。在随后为应用化学专业研究生开设的化学信息学课程也以这3部分内容为基础，根据学生在本科阶段前期课程基础，进行适当调整。

应用化学专业化学信息学课程教学内容的整合与更新

●(郑州轻工业学院，王国庆、孙晓丽、孙雨安)

摘　要　化学信息学课程是应用化学专业的一门必修课。作为新型的边缘交叉学科，其定义、内容体系等尚无完全确定。针对工科院校应用化学专业对实验方案设计与数据处理、化学化工信息资源的检索利用、化学信号处理的实际需要，整合试验设计、化学化工文献检索利用、化学计量学方法等内容，确定了我校应用化学专业化学信息学课程的教学内容。教学实践证明，这些内容适应了普通工科院校应用化学专业研究生对该课程的需要。

关键词　化学信息学、化学计量学、试验设计、研究生教学

化学信息学的产生与发展与药物研究和开发密切相关，其应用却渗透至包括农业化学、分析化学、合成化学、物理化学等多个化学学科领域。作为一门新型的边缘交叉学科，不同学者对其定义也不完全相同。如Frank Brown于1998年定义，化学信息学是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又快又好地作出决定。Greg Paris则认为，化学信息学是一个一般的术语，包括化学信息的设计、建立、组织、管理、检索、分析、判别、可视化及使用。国内一些专家学者对化学信息学的定义与研究等作过述评，也有不少专著或教材出版。这些教材对于综合性大学或理科类化学专业较为适合，但对于工科院校的应用化学专业的研究生，由于前期相关化学信息学课程基础的不足，现有教材模式并不完全合适。因此，需要根据工科应用化学专业的特点，结合不同高校的研究特色方向，对化学信息学课程的内容进行整合，并根据化学信息学方法的最新进展对课程内容进行不断的更新。

一、化学信息学课程现状

徐筱杰认为，化学信息学的主要内容包括:化学信息的组织、管理、检索和使用；分子结构的编码、描述、三维结构的构建；化学信息的加工、处理及深化；计算组合化学；化学体系中信息的交换及传递；分子的物理化学性质预测。邵学广、蔡文生认为化学信息学的研究内容主要包括:利用计算机技术和计算机网络技术对化学信息进行表示和管理；利用计算机网络技术对化学信息进行收集、传播和共享；化学体系的计算机模拟或建模；利用计算机技术对复杂的化学信息进行解析，以快捷方便的方式最大限度地提取和利用有用信息。李梦龙等对化学信息学的结构和特点进行了初步探讨，认为化学信息学的主体部分实际上是由3个层次构成的，即信息核心层、信息处理层和信息表示层。

在我国，北京大学、南京大学、中国科学技术大学、南开大学等多所重点大学率先开设了化学信息学课程，并根据本科生与研究生不同层次和要求，组织教学内容。如北京大学的化学信息学课程，本科生以文献检索为主要内容，适当增加一些数据处理及实验设计的内容；研究生则主要包括数据处理及计算机模拟技术等方面的内容。国内多次举办的化学信息学学术会议，促进了我国化学信息学教育的发展。化学信息学已成为化学类各专业研究生不可或缺的课程。

二、工科应用化学专业研究生化学信息学课程内容体系探讨

化学信息包括化学物质的化学信息和媒体形式的化学信息。前者是利用科学的原理和方法通过测量得到的化学成分的相关信息，如物质的物理、化学性质，物质中各成分的定性、定量以及结构信息，分子间的相互作用信息(包括化学反应信息)等；后者是化学信息的记录形式，如图书、期刊、专利、数据库以及音像资料等，通过化学信息的传播使化学家们共享测量的原理、方法及测量结果。

化学信息学课程的基本内容，应该包括化学信息的获取与利用两方面。因此，在2000年我校开设化学信息学课程还没有公开出版的教材时，根据工科院校应用化学专业的特点，在为应用化学专业本科生开设的化学信息学课程确定了试验设计与优化、化学化工文献检索利用、化学计量学基本方法等3部分内容。

第一，试验设计与调优操作。主要讲述正交试验设计、均匀试验设计、单纯形与统计调优等内容。

第二，化学化工文献检索与利用。主要讲述多媒体形式的化学信息的检索利用，特别是基于Internet的化学信息的获取。(www.chuimin.cn)

第三，基础化学计量学方法。主要包括回归分析(最小二乘法原理)、因子分析、人工神经网络、小波变换、偏最小二乘法等。

在随后为应用化学专业研究生开设的化学信息学课程也以这3部分内容为基础，根据学生在本科阶段前期课程基础，进行适当调整。同时，根据化学信息学方法不断发展的现实，及时将一些新型的化学计量学方法引入到课程中，如2005年后在化学信息学课程中增加了支持向量机分类与支持向量回归分析、独立成分分析等内容。

经过30多年的发展，化学计量学方法众多，而对于非专业进行化学信息学方法研究的应用化学专业研究生，我们注意从化学信息学应用的角度作为切入点，激发学生学习化学信息学课程的兴趣，提高学生运用化学信息学方法的能力，拓宽化学信息学方法的应用领域。多年的教学实践证明，我校开设的化学信息学课程，符合工科院校应用化学专业研究生与本科生的实际，取得了较好的教学效果。

参考文献

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化学信息学课程的整合与更新:21世纪化学教育展望

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