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首頁 精品范文 計算機分子模擬技術(shù)

計算機分子模擬技術(shù)

時間:2023-09-17 15:04:16

開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機分子模擬技術(shù),希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。

計算機分子模擬技術(shù)

第1篇

但是由于中藥組成成分繁多而且復(fù)雜,加上對實際起作用的藥物單體結(jié)構(gòu)認識不清、作用機制模糊等研究現(xiàn)狀,傳統(tǒng)的篩選方法是將各成分分離提純出來測其分子結(jié)構(gòu)并進行相應(yīng)的藥理試驗,其工作量巨大、盲目性、耗時長、成本高且只能是小規(guī)模篩選,這些都使得中醫(yī)藥學(xué)得不到很好的傳承和發(fā)展。

有助于新藥研究

近50年來,隨著計算機技術(shù)的進步,運用計算機技術(shù)模擬藥物小分子與生物大分子相互作用的分子模擬技術(shù)得到迅猛發(fā)展,從最初只能模擬小分子之間相互作用到如今能實現(xiàn)分子量巨大的蛋白質(zhì)的相互作用;從最初只能模擬幾個皮秒的變化到如今模擬幾十個納秒的變化,這些發(fā)展歷程表明分子模擬計算正朝著高精度、大體系、長時程的方向發(fā)展。

這為我們從現(xiàn)有的中藥數(shù)據(jù)庫中數(shù)以百萬計的分子中篩選出新的藥物先導(dǎo)分子,研制新的藥物提供了極大的方便。我們可以將中藥或復(fù)方看成天然組合的化學(xué)庫,在目前已知的中藥或復(fù)方有關(guān)化學(xué)成分信息基礎(chǔ)上,利用計算機藥物虛擬篩選技術(shù)探討其可能的作用機理,為實驗的進行提供重要的信息,如有效分子的構(gòu)象等,這會使得實驗具有比較強的導(dǎo)向性,提高藥物設(shè)計的命中率和減少盲目性,同時減少大量人力物力的消耗。

可以說,應(yīng)用分子模擬技術(shù)篩選藥物改變了傳統(tǒng)的盲目性的藥物篩選模式,極大地減少了藥物篩選的時間,降低了成本,增加了安全性,加快了研究過程,并增進了對分子具體作用機制的了解。

分子模擬利用理論方法與計算機技術(shù),是指運用一定的軟件,通過超級計算機模擬或仿真分子運動或分子間相互作用的現(xiàn)代技術(shù),可廣泛應(yīng)用于計算化學(xué)、計算生物學(xué)、材料科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域。

計算機分子模擬技術(shù)通過分析和計算一系列活性藥物分子的三維構(gòu)象,可以了解某一類藥物分子所具有的空間結(jié)構(gòu),這一技術(shù)對新藥研究有很大幫助。

以國際大型藥廠為例,在采用計算機模擬篩選以前,研制一種新藥,平均需要花費10~12年的時間,耗資2. 0億~3. 5億美元,而新藥上市成功率只有17%~20%,但由于模擬計算的加入,新藥上市的時間縮短了2~3年,成功率提升至50%~60%。這些都表明,模擬計算大大加快了新藥研發(fā)的進程,也為中藥新藥物的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展帶來了新的曙光。

三種主要的計算機虛擬篩選技術(shù)

隨著國家“十二五”規(guī)劃的出臺,生物醫(yī)藥研發(fā)受到了前所未有的重視。而想在醫(yī)藥方面有重大突破,中醫(yī)藥有效成分研發(fā)勢在必行。

在醫(yī)學(xué)全球化的大背景下,隨著技術(shù)進步和人文理念的轉(zhuǎn)變,生命科學(xué)的研究正在飛速發(fā)展中,全球化組織也紛紛出臺相應(yīng)發(fā)展戰(zhàn)略,如WHO提出“21世紀人人享有衛(wèi)生保健”的目標,這些都為中醫(yī)藥現(xiàn)代化提供了良好的機遇。

中醫(yī)藥經(jīng)過長期積淀,其臨床療效顯著,對人體健康毒副作用較低,而且部分藥物單體表現(xiàn)出了廣泛的藥理活性,對多種疾病均具有治療效果。而分子模擬計算的高通量和高精度等特點很好解決中醫(yī)藥現(xiàn)代化進程中面臨的諸多難題。模擬計算不僅能夠?qū)崿F(xiàn)中藥單體的大批量篩選,而且能夠探究其具體的作用機制,這為闡明中醫(yī)藥的藥理活性注入了全新的活力。

由此觀之,在模擬計算技術(shù)飛速發(fā)展的今天,中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化是大勢所趨。

眾所周知,傳統(tǒng)的實體的藥物篩選需要構(gòu)建大規(guī)模的化合物庫,提取或培養(yǎng)大量實驗必需的靶酶或靶細胞,并且需要復(fù)雜的設(shè)備支持,因而需要投入大量的資金。而虛擬藥物篩選是將藥物篩選的過程在計算機上模擬,對化合物的活性做出預(yù)測,這樣就能夠集中目標,大大降低實驗篩選化合物的數(shù)量從而縮短研發(fā)周期、節(jié)約經(jīng)費開支。

將虛擬藥物篩選技術(shù)應(yīng)用在中醫(yī)藥研發(fā)中,能夠達到事半功倍的效果。現(xiàn)階段計算機虛擬篩選技術(shù)主要有以下幾種方法:

一是基于分子對接的篩選方法。具體而言,這個方法是基于一個靶點(通常是酶、受體、離子通道、核酸等)的三維結(jié)構(gòu),常常采用分子對接的虛擬篩選方法從小分子數(shù)據(jù)庫中找到能與之匹配的候選化合物。

所謂分子對接,就是小分子與受體大分子通過幾何匹配和能量匹配相互識別的過程,即在藥物分子和靶點產(chǎn)生藥效的反應(yīng)過程中,兩個分子先充分接近,然后采取合適的取向,使兩者在必要的部位相互契合、發(fā)生作用,進而通過構(gòu)象調(diào)整形成穩(wěn)定的復(fù)合物。這就好比是鎖與鑰匙的原理,特定的鑰匙(藥物分子)只與特定的鎖(蛋白質(zhì))作用,而篩選出來的新的先導(dǎo)化合物就是與特定的鑰匙類似的藥物分子。

另一種是基于藥效團搜索的方法。藥效團的概念早在1909年由德國科學(xué)家提出,特指載有活性特征原子的分子框架。現(xiàn)在泛指生物活性分子(一般指小分子)中對活性起重要作用的“藥效特征元素”的空間排列形式。這些“藥效特征元素”可以是某些具體的原子或原子團,比如氧原子、苯環(huán)等,也可以指特定的功能結(jié)構(gòu),如親水基團、疏水基團、氫鍵供體、氫鍵受體等。在得到某類抑制劑的藥效團模型后,就可以以藥效團作為一個參照標準進行數(shù)據(jù)庫搜索。從數(shù)據(jù)庫中篩選得到符合該藥效團模式的候選分子,而在這些候選分子中可能包含新的先導(dǎo)化合物。

此外,定量構(gòu)效關(guān)系研究方法在現(xiàn)代藥物設(shè)計方法中占有重要的地位,也是應(yīng)用最為廣泛的藥物設(shè)計方法,其目的是利用理論計算和統(tǒng)計分析工具來研究化合物的結(jié)構(gòu)與其生物效應(yīng)之間的定量關(guān)系,在此基礎(chǔ)上推斷受體活性部位的結(jié)構(gòu),并在計算機中建立起這樣的一個結(jié)構(gòu),以這個結(jié)構(gòu)為模板,對藥物進行篩選。

利國利民

模擬計算在中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用可以極大地推動該領(lǐng)域的科研進程和市場發(fā)展,是一件利國利民的措施。

我國是一個人口大國,人均基礎(chǔ)資源缺乏,每年有不計其數(shù)的患者在飽受疾病痛苦的同時還要面對藥物帶來的諸多毒副作用。根據(jù)有關(guān)臨床研究,天然藥物比合成藥有較小的毒副作用和更加全面的人體保健功能。我國有著豐富的動、植物資源,結(jié)合先進的計算機技術(shù)合理開發(fā)利用,不僅有助于弘揚中華醫(yī)學(xué)文化,造福患者,同時可以節(jié)省巨額的醫(yī)藥研發(fā)經(jīng)費和生產(chǎn)經(jīng)費。

第2篇

結(jié)構(gòu)化學(xué)的加速發(fā)展使得其對計算機技術(shù)的需求越來越迫切,主要表現(xiàn)在三個方面:“1)化學(xué)計算的難度越來越高,許多結(jié)構(gòu)化學(xué)和物理化學(xué)中的問題離開了計算機便不能獲得圓滿解決;2)化工設(shè)備和工藝對自動化的要求越來越高,而且對許多化工過程,人工進行控制已經(jīng)相當困難,需要高可靠性的控制系統(tǒng);3)化學(xué)和化工實驗研究的高費用和高風(fēng)險性質(zhì)也驅(qū)使人們探討利用計算機模擬技術(shù)部分代替實際的化學(xué)和化工實驗,以降低研究成本和減少風(fēng)險。”因此,隨著各類計算和模擬軟件的開發(fā),計算機越來越多地應(yīng)用到結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究和教學(xué)中。就教學(xué)而言,首先應(yīng)該使學(xué)生明白計算機技術(shù)在結(jié)構(gòu)化學(xué)中的重要地位,其次掌握相關(guān)軟件進行實際操作。學(xué)生需要學(xué)習(xí)并掌握以下幾個方面的技術(shù)。

1.用計算機進行結(jié)構(gòu)化學(xué)計算結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究涉及到原子和分子的結(jié)構(gòu)關(guān)系及性能之間的關(guān)系,而作為微觀粒子的電子、原子、分子等實物粒子具有波粒二象性,這樣就涉及到實物粒子的波長、質(zhì)量等計算。要完成復(fù)雜的計算需要借助計算機。用計算機進行結(jié)構(gòu)化學(xué)計算需要借助專業(yè)軟件。目前已經(jīng)有很多功能強大的軟件應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化學(xué)的計算。主要有:

(1)Hyperchem。美國Hypercube公司出版的分子模擬軟件,可以進行量子化學(xué)、分子動力學(xué)、分子結(jié)構(gòu)等方面的計算。該軟件的主要計算類型有單點能、幾何優(yōu)化、計算振動頻率得到簡正模式、過渡態(tài)尋找、分子動力學(xué)模擬、Langevin動力學(xué)模擬、MetropolisMonteCarlo模擬。支持的計算方法有:從頭計算、半經(jīng)驗方法、分子力學(xué)、混合計算。可以用來研究的分子特性有:同位素的相對穩(wěn)定性、生成熱、活化能、原子電荷、HOMO-LUMO能量間隔、電離勢、電子親和力等。這款軟件的優(yōu)點是高質(zhì)量、高靈活性和容易操作,是結(jié)構(gòu)化學(xué)必學(xué)的一款軟件。

(2)Gaussian。這是一款功能強大的綜合性的量子化學(xué)軟件,其最廣泛的用途是做半經(jīng)驗計算和從頭計算。其可執(zhí)行程序可在不同型號的大型計算機、超級計算機、工作站和個人計算機上運行,并相應(yīng)有不同的版本。它的功能有:過渡態(tài)能量和結(jié)構(gòu)計算、鍵和反應(yīng)能量計算、原子電荷和電勢計算、振動頻率計算等等,還可以預(yù)測周期體系的能量、結(jié)構(gòu)和分子軌道。因此,Gaussian是應(yīng)用研究領(lǐng)域廣泛的強大工具。

(3)AccuModel。這是一款準確簡單的分子力學(xué)計算軟件,其功能有:能夠建立并演示準確的分子結(jié)構(gòu)模型;提供計算結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)的手段;基于優(yōu)化計算對分子模型能夠進行幾何和構(gòu)象處理;利用能量計算方法對分子進行構(gòu)象分析等。計算在結(jié)構(gòu)化學(xué)學(xué)科中有相當重要的意義,只有嚴密而準確的計算才能得出分子、原子等實體粒子的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。在信息量大、處理困難、單靠人腦無法準確計算的今天,用計算機進行計算是不二選擇。而各種計算軟件的學(xué)習(xí)則是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)的基礎(chǔ)所在,因此課堂上的學(xué)習(xí)和課下的掌握都相當重要。

2.用計算機進行結(jié)構(gòu)化學(xué)過程模擬由于結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗和研究的費用和風(fēng)險越來越高,大規(guī)模地進行實驗有時候反而得不償失。采用計算機模擬的方法則可以減少實驗費用、降低實驗風(fēng)險、并擴大研究的范圍,從而提高研究速度和效率,以最小的成本達到最好的效果。計算機的結(jié)構(gòu)化學(xué)過程模擬主要包括兩個方面:仿真模擬和數(shù)值模擬。數(shù)值模擬在科學(xué)領(lǐng)域中更為重要。這兩種過程模擬可以更好地研究結(jié)構(gòu)化學(xué)的反應(yīng)機理、模擬過程、并推測結(jié)果,從而獲得反應(yīng)參數(shù)以指導(dǎo)科學(xué)研究。

用計算機進行結(jié)構(gòu)化學(xué)過程模擬最常用的軟件ChemicalKineticsSimulator0(以下簡稱CKS0)是少量的、比較出色的化學(xué)動力學(xué)商業(yè)軟件之一。它的主要功能有:可以在產(chǎn)物并不清楚的條件下使用,反應(yīng)物和產(chǎn)物可以用代碼表示;處理范圍寬泛,濃度和速率數(shù)值范圍可達8個數(shù)量級;除了能夠處理常規(guī)均相反應(yīng)之外,還可以處理諸如界面吸附、膜形成、物質(zhì)交換等化學(xué)和物理過程中的動力學(xué)問題;軟件的使用需要事先了解必要的反應(yīng)機理、速率常數(shù)、反應(yīng)條件、相關(guān)熱力學(xué)常數(shù)、物質(zhì)的物理狀態(tài)、等信息;模擬結(jié)果以關(guān)系曲線圖和數(shù)據(jù)表格形式給出。“CKS0的操作主要包括建立化學(xué)反應(yīng)文件、輸入化學(xué)反應(yīng)機理、輸入反應(yīng)條件、輸入模擬條件、模擬運行和顯示輸出模擬結(jié)果6個步驟。”CKS0以其強大的功能用于各種化學(xué)反應(yīng)的模擬,如甲基丙烯酸甲酯的聚合反應(yīng)模擬、五氧化二氮的熱分解反應(yīng)模擬、固體表面吸附過程模擬、膜形成過程模擬等。這些軟件在教學(xué)過程中產(chǎn)生的效果是顯著的,它們使得教學(xué)過程有趣、豐富、生動、活潑,一對一的教學(xué)模式使得學(xué)生學(xué)習(xí)更加主動。學(xué)生不再為復(fù)雜的計算過程而一遍一遍地傷透腦筋,也更加直觀地認識到分子、原子的結(jié)構(gòu)。

二、計算機技術(shù)的應(yīng)用效果評價

計算機應(yīng)用到結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)中有多種形式,如:計算機多媒體教學(xué)、計算機交互鏈接式教學(xué)、計算機題庫教學(xué)等。這里重點評價計算機軟件教學(xué)。與國外某些發(fā)達國家相比,我國的軟件教育相對落后,軟件的出版和供應(yīng)相對較少,且優(yōu)秀的軟件都來自國外,要想教學(xué)生使用,老師首先要有豐富的使用經(jīng)驗和較好的外語修養(yǎng)。

1.計算機技術(shù)教學(xué)的效果雖然有這些困難,我國計算機技術(shù)的教學(xué)效果是值得肯定的。首先,從教材上來講,我們已經(jīng)擁有大量的軟件教學(xué)課件,這些課件來自于我國化學(xué)教師與計算機工程師的共同努力。他們編寫了很多教材,如《計算機在化學(xué)化工中的應(yīng)用技術(shù)》等,還有大量的課件應(yīng)用于課堂之上,甚至通過國際互聯(lián)網(wǎng)獲得國外的教學(xué)課件,極大地豐富和完善了我國軟件教學(xué)的教材。其次,從技術(shù)資源上來講,剛開始時使用的由國外大學(xué)或中學(xué)開發(fā)的自由軟件已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)化學(xué)快速發(fā)展的需要,我國目前使用較多的是大型商業(yè)軟件,這些軟件由專業(yè)公司開發(fā),軟件的性能和質(zhì)量能夠保障。

2.計算機技術(shù)教學(xué)的不足盡管取得了很多成果,我國的計算機技術(shù)教學(xué)還是存在很多不足。

(1)硬件的缺乏。雖然教材資源豐富,但是硬件系統(tǒng)跟不上也會影響教學(xué)效果,如電腦的操作系統(tǒng)跟不上時展。計算機技術(shù)日新月異,更新?lián)Q代很快,如果不能積極地引入新型計算機會浪費掉很多優(yōu)秀的教師和教材資源。

(2)應(yīng)試教育的副作用明顯。多年的應(yīng)試教育訓(xùn)練使得當代大學(xué)生習(xí)慣了考試才會努力,如果一門學(xué)科不是以考試為目的的學(xué)習(xí),則缺乏學(xué)習(xí)興趣,導(dǎo)致授課效果不理想。

(3)教師的教育觀念偏差。目前我國大多數(shù)高校普遍存在的一個問題是教師上課積極性差,對待學(xué)生的態(tài)度不夠嚴格,導(dǎo)致很多學(xué)生上課不認真、下課不復(fù)習(xí)、操作時間短,無法掌握軟件的使用要領(lǐng)。

第3篇

關(guān)鍵詞:計算機 趨勢 發(fā)展

一、計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了智能化的超級計算

可能你不知道,超高速計算機采用平行處理技術(shù)改進計算機結(jié)構(gòu),使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理,進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機)組成,能完成普通計算機和服務(wù)器不能計算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級計算機獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果,能推動各個領(lǐng)域高精尖項目的研算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機,以光子代替電子,光互連代替導(dǎo)線互連,光硬件代替計算機中的電子硬件,光運算代替電運算。在光子計算機中,不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù),可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。總之,計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了智能化的超級計算。

(二)計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了分子計算機

大家都知道,分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息,并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶,而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下,甚至在生物有機體中運行,并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小,而效率大大提高,分子計算機完成一項運算,所需的時間僅為10微微秒,比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量,1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小,只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子,所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能,又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎(chǔ)元器件,可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計算機。預(yù)計20年后,分子計算機將進人實用階段。也就是說計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了分子計算機。

(三)計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了納米計算機

納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍,質(zhì)地堅固,有著極強的導(dǎo)電性,能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位,大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域,最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子,制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子算機也會像現(xiàn)在的馬達一樣,存在于家中的各種電器中,那時問你家里有多少計算機,你也數(shù)不清,你的筆記本,書籍都已電子化。再過十幾、二十幾年,可能學(xué)生們上課用的不再是教科書,而只是一個筆記本大小的計算機,不同的學(xué)生可以根據(jù)自己的需要方便地從中查到想要的資料所以有人預(yù)言未來計算機可能像紙張一樣便宜,可以一次性使用,計算機將成為不被人注意的最常用的日用品。

(四)計算機科學(xué)與技術(shù)實現(xiàn)了量子計算機

量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究,量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的,它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài),利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)。使信息沿著聚合物移動。從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng),一個量子位可以是0或1,也可以既存儲0又存儲1。因此,一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù),同樣數(shù)量的存儲位,量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎悖溥\算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外,量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。無論是量子并行計算還是量子模擬計算,本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。

二、計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢總結(jié)

計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,將朝著向信息的智能化發(fā)展。計算機技術(shù)的大多數(shù)領(lǐng)域以應(yīng)用學(xué)科和工程學(xué)科的出現(xiàn)為標志,這些學(xué)科的職責是促進與實踐有關(guān)的認識的發(fā)展,這些學(xué)科常吸收更為基礎(chǔ)的學(xué)科,提高就能有實踐的進步,在對計算機技術(shù)研究中,發(fā)現(xiàn)常有另外一條路徑,這個過程存在著強烈的相互作用,有關(guān)半導(dǎo)體是如何運行的理論也建立了起來,這是用它們能夠使計算機技術(shù)的實踐中普遍存在的問題得到解決,或者說是促進實踐的發(fā)展。能實現(xiàn)或更困難一些。顯然,選擇機制在計算機技術(shù)的實踐進化和認識進化之間明顯地提供了一種雙向的連接,推動計算機技術(shù)的快速發(fā)展。參考文獻:

[1]王華.計算機技術(shù)發(fā)展[J].電腦與電信,2013(02).

第4篇

1 DNA平面結(jié)構(gòu)模型制作過程

在課前運用Flash4.0軟件工具欄中的工具分別制作成球形磷酸、五邊形脫氧核糖、四種不同顏色形狀的堿基方塊,將它們生成符號,屬性定為圖形,命名為磷酸、脫氧核糖、堿基A、堿基T、堿基C、堿基G,如圖1所示:

然后再調(diào)出以上符號,排列形成一條脫氧核苷酸短鏈和DNA分子平面結(jié)構(gòu)片段。同樣將它生成符號,屬性定為圖形,分別命名為短鏈和DN段。以上符號的圖形可以作為排列成DNA分子平面結(jié)構(gòu)的材料,由于圖形已經(jīng)分別生成了符號,可以反復(fù)調(diào)用。在多媒體教室,教師將提供的原料(以上圖形符號)以Flash文件形式發(fā)送到學(xué)生主機上。其中符號脫氧核苷酸短鏈和DN段,作為教師提供給學(xué)生的范例,學(xué)生可以多次調(diào)用符號庫中的磷酸圖形、脫氧核糖圖形、4種堿基圖形,并利用所學(xué)Flash軟件的基本技術(shù)將它們分別組裝成不同堿基數(shù)目和順序的脫氧核苷酸鏈,最后形成如符號庫中教師所提供的DNA分子平面結(jié)構(gòu)片段。

2 DNA立體結(jié)構(gòu)模型制作過程

DNA立體結(jié)構(gòu)主要是突出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu),即脫氧核糖和磷酸交替構(gòu)成的兩條鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)。同時兩條鏈之間形成堿基互補配對。做成螺旋片段,如圖2所示。

同樣將它生成符號,屬性定為圖形,命名為螺旋片段。接著教師利用生成的螺旋片段符號,為學(xué)生提供一個DNA雙螺旋的范例,如圖3所示。

也將圖形生成符號,命名為DNA螺旋片段。學(xué)生就可以通過符號庫調(diào)用,作為利用螺旋片段符號合成DNA雙螺旋的參考,再利用符號庫中的堿基圖形,將兩條鏈之間的堿基對補充上去,形成完整的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。然后選擇菜單Control中的TestMove將圖形放大。這樣,學(xué)生的實驗操作過程就完成了。

3 學(xué)生分析和教師的引導(dǎo)

學(xué)生在用計算機做好DNA平面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)后,對照圖形,教師有目的地引導(dǎo)學(xué)生分析以下幾個問題:

(1) 回憶DN面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)是如何一步一步做成的。

(2) 相互比較所做成的DNA分子中的堿基數(shù)量和順序差別(教師在實驗過程中沒有具體要求),分析:這些差別意味著什么?DNA是如何儲存遺傳信息的?

(3) DNA立體構(gòu)型是怎樣的?每個脫氧核苷酸之間在什么部位相互連接成長鏈的?

(4) DNA分子兩條鏈的方向是怎樣的?

由于學(xué)生制作的DNA圖形直觀、形象,可以隨意移動、組合、放大、修改,再加上計算機的交互性,教師可隨時調(diào)用學(xué)生所做的范例進行分析,所以學(xué)生很容易回答上述問題,從而加深了對DNA分子結(jié)構(gòu)特點的了解。

第5篇

一、課程整合的基礎(chǔ)理論

(一)課程整合的概念

從理論上講,課程整合意味著對課程設(shè)置、各課程教育教學(xué)的目標、教學(xué)設(shè)計、評價等諸要素作系統(tǒng)的考量與操作,也就是說要用整體的、聯(lián)系的、辨證的觀點來認識、研究教育過程中各種教育因素之間的關(guān)系。

狹義的課程整合指的是,考慮到各門課程的有機聯(lián)系,將這些課程綜合化。廣義的課程整合,即課程標準不變,但是相關(guān)課程的課程目標、教學(xué)與操作內(nèi)容(包括例子、練習(xí)等)、學(xué)習(xí)的手段等課程要素之間互相滲透、互相補充。當這些互相滲透和補充的重要性并不突出,或者已經(jīng)非常自然,到了潛移默化的程度,就沒有必要提“整合”了,反之,就需要強調(diào)“整合”。

(二)當今世界對課程整合的研究

目前,國內(nèi)對課程整合比較主流的理解是“把計算機技術(shù)融入到各學(xué)科教學(xué)中”,就像使用黑板粉筆一樣自然、流暢。這種觀點將課程整合的重點放在CAI(計算機輔助教學(xué))上。它突出計算機作為工具,去輔助各傳統(tǒng)學(xué)科的教學(xué)。

從世界范圍來看,在實現(xiàn)信息技術(shù)與課程整合的理解目前是第一種模式占主流地位,第二種模式已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注,一些不發(fā)達國家的教育也積極加入信息技術(shù)與課程整合的行列中來。可以肯定信息技術(shù)與課程整合是未來教育發(fā)展的必然趨勢。

二、信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科的課程整合的探究和實踐

課堂教學(xué)向著多媒體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,必將大大促進對未來一代化學(xué)的教育。如果說化學(xué)教學(xué)中的實驗教學(xué)在提高學(xué)生能力和化學(xué)素質(zhì)上的作用是不可低估、不可代替的教學(xué)手段,那么從現(xiàn)在開始,使用計算機輔助化學(xué)教學(xué)將會異軍突起,在體現(xiàn)和實現(xiàn)教學(xué)目的觀、結(jié)構(gòu)觀、質(zhì)量觀和發(fā)展觀方面將成為不可多得的形式。。

(一)利用多媒體軟件解決物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中的難點

在《離子鍵與共價鍵》、《極性分子與非極性分子》兩節(jié)教學(xué)中,利用計算機模擬核外電子運動、化學(xué)鍵的形成和分子模型就會很成功。這一內(nèi)容抽象、枯燥、難度大,用一般模型演示不能給學(xué)生以動感,而且容易使學(xué)生概念模糊。計算機的二維及三維的圖象與動畫模擬達到了其他教學(xué)手段無法達到的效果。形成離子鍵時電子的轉(zhuǎn)移、陰陽離子的形成、離子間引力與斥力的平衡等都表示的清清楚楚。使學(xué)生有了直觀的感受,并且能科學(xué)準確地理解化學(xué)鍵的實質(zhì)和特征。

(二)利用計算機模擬實驗改進實驗教學(xué)

對于藥品太貴、裝置復(fù)雜、反應(yīng)中產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的實驗,應(yīng)用計算機模擬整個過程,并且將各步實驗操作進行分解,反復(fù)演練,直到學(xué)生掌握為止。

1.各種制備反應(yīng)的裝置、演示實驗一般比較復(fù)雜、現(xiàn)象不明顯,可按教學(xué)要求設(shè)計一定的操作步驟、模擬演示實驗裝置和過程,尤其可以針對操作中的注意事項設(shè)計一定的解釋指導(dǎo)內(nèi)容,及時反饋,比通過實驗報告的反饋要及時、全面。例如,《原電池》利用計算機把無法用肉眼觀察到的電極反應(yīng)的微觀變化模擬成宏觀圖景加以演示,彌補了化學(xué)實驗為難以展現(xiàn)的微觀世界的動態(tài)變化。軟件的運用交錯穿插在學(xué)生實驗和教師講解之間,教學(xué)效果達到了最佳狀態(tài),使學(xué)生理解透徹、掌握準確、印象深刻、記憶牢固。

2.對于一些研究物質(zhì)性質(zhì)的實驗,運用計算機輔助之后,可以更廣泛的選材,擴大書本內(nèi)容,提高對比度。例如:在《金屬和非金屬的性質(zhì)》這節(jié)的教學(xué)當中,我們可以用計算機預(yù)先設(shè)計出每種金屬與非金屬的反應(yīng)現(xiàn)象,這樣學(xué)生可以在段時間內(nèi)看到多個實驗,對比記憶印象深刻,而且毒性較大的物質(zhì)的反應(yīng)現(xiàn)象也可以課堂上演示。可見,利用計算機模擬化學(xué)實驗,不僅擴大了學(xué)習(xí)內(nèi)容的范圍,縮短了學(xué)習(xí)時間,節(jié)省了實驗場地和藥品儀器,還大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。當然,盡管這是一種很好的教學(xué)形式,但它并不能完全取代化學(xué)實驗室中的實驗,對于有條件做的化學(xué)實驗我們應(yīng)該盡量多做,這樣可以提高學(xué)生的實際動手能力。

(三)利用網(wǎng)絡(luò)資源豐富課堂教學(xué)內(nèi)容

第6篇

【關(guān)鍵詞】化學(xué)軟件;課程教學(xué);改革;教學(xué)模式

隨著現(xiàn)在科技進步和計算機技術(shù)在專業(yè)和科研中的逐步應(yīng)用和推廣,專業(yè)軟件成為科研、生產(chǎn)和教學(xué)中必不可少的素養(yǎng)之一[1],在化學(xué)與化工專業(yè)領(lǐng)域,Chemoffice和Origin成為最基礎(chǔ)也是最重要的專業(yè)軟件,而且目前用人單位也非常看重學(xué)生的計算機應(yīng)用水平,但是大量研究生進入課題后,他們在撰寫科技論文與畢業(yè)論文時,無法熟練使用這兩款軟件,這限制了論文的整體水平。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,各門學(xué)科內(nèi)已經(jīng)廣泛使用各種專業(yè)軟件,眾所周知,圖形化的描述要比文字等表達方式更為直接、詳細和準確,因此計算機輔助繪圖技術(shù)已經(jīng)成為化學(xué)、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要表達方式,在科技論文的撰寫與數(shù)據(jù)處理方面非常重要。隨著生物信息學(xué)領(lǐng)域的進展,大數(shù)據(jù)與計算機模擬計算技術(shù)已經(jīng)成為計算化學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。本文作者累積了數(shù)年的國內(nèi)化學(xué)軟件類課程教學(xué)經(jīng)歷與國外留學(xué)經(jīng)歷,本文擬就此類課程的教學(xué)模式進行深入探討。

1 傳統(tǒng)教學(xué)的模式

目前,傳統(tǒng)的軟件類課程教學(xué)與普通課程并無太大差別,教師使用ppt等演示文稿首先進行課堂教學(xué),在每章結(jié)束或者全部課程結(jié)束后,安排學(xué)生上機教學(xué)。這種教學(xué)方式的優(yōu)點是課時較容易掌握,整體課時量較大[2]。缺點是每款軟件都是從菜單功能講起,然后進入某個模塊,講解某個簡單實例后,進入下一個功能,講述過程十分凌亂,學(xué)生學(xué)習(xí)過于碎片化,課堂教學(xué)后,所能記憶的信息有限,且都是碎片化的信息,不利于對軟件整體的理解。雖然在每章結(jié)束后,學(xué)生可以通過上機對教師的講述內(nèi)容進行復(fù)習(xí)和強化,但是教學(xué)與上機的相隔時間過長,學(xué)生上機時對內(nèi)容依然非常陌生。

2 傳統(tǒng)教學(xué)的課時安排

2012年我系面向化學(xué)工程與技術(shù)碩士研究生開設(shè)了《化學(xué)軟件基礎(chǔ)》課程,共計32課時,共講述辦公軟件(office),繪圖軟件(Chemoffice,AutoCAD,Origin,Photoshop和3Dmax),編程軟件(Matlab),分子模擬軟件(Gaussian)共計8款軟件,平均每款軟件講授課時為4課時[2]。由于國內(nèi)眾多兄弟院校均在本科生階段開設(shè)類似課程,因此2013年,我系將《化學(xué)軟件基礎(chǔ)》課程開設(shè)為三年級本科生的選修課程,講述內(nèi)容依然為上述8款軟件,課時壓縮為16課時。從目前課程的運行情況來看,本門課程主要面臨兩個主要問題:(1)講述軟件較多,講述較為寬泛,平均每款軟件只能講述2個課時,教學(xué)效果較差,每款軟件只能講述最基礎(chǔ)的內(nèi)容。(2)講述內(nèi)容單調(diào),目前的講述內(nèi)容均為如何使用軟件,但學(xué)生對目前這些軟件在科研與生產(chǎn)實際中有哪些使用實例并不清楚。后續(xù)學(xué)生每個軟件4學(xué)時的上機課時并不能掌握課堂講述內(nèi)容。

3 課堂教學(xué)模式與課時改革

以32課時為例,在講述內(nèi)容方面,削減軟件數(shù)量,共講述ChemOffice,Photoshop,Origin,Matlab等4款軟件。其中,Microsoft Office屬于目前最流行的辦公軟件,大部分學(xué)生對于該軟件的使用已經(jīng)非常熟悉,因此可不列為教學(xué)內(nèi)容。Chemoffice是Cambridgesoft公司的一款專門針對化學(xué)專業(yè)使用的軟件包,其中ChemDraw,Chem3D,ChemFinder,ChemInfo是最常用的模塊。Chemdraw的主要功能是用于繪制反應(yīng)方程式和流程圖,包含各種常用化學(xué)鍵、分子式等模板可供使用,是目前繪制方程式和流程圖最常用的軟件,并且可以根據(jù)所繪制的分子式生成該化合物的模擬核磁共振譜圖,對于化學(xué)研究和工業(yè)生成有巨大的幫助。而Chem3D的最重要功能是可將所繪制的二維分子式轉(zhuǎn)化為3D視圖。ChemFinder是該軟件的一個數(shù)據(jù)管理模塊,可以用于檢索化合物的結(jié)構(gòu),分子式等信息。ChemInfo是一個化學(xué)數(shù)據(jù)庫,包含數(shù)十萬種化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu),分子式,物性常數(shù)等信息。因此,整個ChemOffice軟件自身構(gòu)成了一個龐大的化學(xué)系統(tǒng),整合了大多數(shù)使用者所需的功能。

Origin是OriginLab公司推出的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件,現(xiàn)在的最高版本為2015版,它的主要功能包括:數(shù)據(jù)分析(排序、調(diào)整、計算、統(tǒng)計、頻譜變換、曲線擬合),繪圖,與編程。其特點是使用簡單,采用直觀的、圖形化的、面向?qū)ο蟮拇翱诓藛魏凸ぞ邫诓僮鳎嬷С质髽擞益I、支持拖方式繪圖等。目前絕大多數(shù)的科學(xué)期刊都要求使用Origin軟件進行圖形的繪制,它是目前在全世界被廣泛使用,被公認為是最快、最靈活、使用最容易的工程繪圖軟件。具有強大的數(shù)據(jù)分析功能,包括線性回歸,非線性擬合,插值,頻譜分析,3D繪圖等。因此也成為化學(xué)專業(yè)學(xué)生必須掌握的軟件之一。

Matlab軟件是目前數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域功能完備、使用較為簡單的數(shù)學(xué)與計算分析軟件,可以用于化學(xué)領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)計算、結(jié)果處理、微分方程的數(shù)值解析等方面,且可以與Origin軟件進行編程。

因此,本專業(yè)的主要課時用于最基礎(chǔ)的Chemoffice,Origin,Matlab這三款軟件上,其中最復(fù)雜的Origin和Matlab兩款軟件的課時均為10課時,達到深入講述這兩款軟件的目的。

化學(xué)軟件的使用主要是用來解決科研與生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,示意圖,反應(yīng)方程式,總結(jié)報告等方面,因此,在教學(xué)模式上,改革以往課堂教學(xué)與上機教學(xué)分開的模式,要求學(xué)生必須攜帶筆記本電腦上課;改變碎片化教學(xué)從菜單和功能講起的傳統(tǒng)模式,以現(xiàn)代高水平科技論文中所使用的化學(xué)軟件為實際例子,結(jié)合實驗設(shè)計、繪圖、數(shù)據(jù)分析等方面,全方位分析高水平科技論文中的軟件使用技巧,繪圖布局,數(shù)據(jù)分析以提高講述效果,在課堂講述時,要求學(xué)生必須通過個人的筆記本電腦模擬教師的操作,并完成全部繪圖。

4 改革效果

目前上述改革已經(jīng)實施一年,雖然總體上沒有了單獨的上機教學(xué),從總課時量上減少了課時,但是教學(xué)效果避免了碎片化,學(xué)生至上課伊始就直接接觸軟件的使用,教學(xué)與學(xué)習(xí)效果有了極大的提高。

【參考文獻】

[1]徐順,張勇,趙曉洋,劉宏民.常用化學(xué)軟件多媒體教學(xué)軟件的開發(fā)研究[J].計算機與應(yīng)用化學(xué),2005,22(12):1142-1145.

第7篇

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)計算機;發(fā)展;量子;納米;新型計算機

自1946年第一臺電子傳統(tǒng)計算機問世以來,傳統(tǒng)計算機技術(shù)在元件器件、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用等方面,均有驚人進步。現(xiàn)代傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)小到微型傳統(tǒng)計算機和個人傳統(tǒng)計算機,大到巨型傳統(tǒng)計算機及其網(wǎng)絡(luò),形態(tài)、特性多種多樣,已廣泛用于科學(xué)計算、事務(wù)處理和過程控制,日益深入社會各個領(lǐng)域,對社會的進步產(chǎn)生深刻影響。

一、對傳統(tǒng)計算機的認識

傳統(tǒng)計算機是人類腦力的延伸和擴充,是近代科學(xué)的重大成就之一。它按人的要求接收和存儲信息,自動進行數(shù)據(jù)處理和計算,并輸出結(jié)果信息。

1.系統(tǒng)組成

傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu):內(nèi)核是硬件系統(tǒng),是進行信息處理的實際物理裝置。最外層是使用傳統(tǒng)計算機的人,即用戶。人與硬件系統(tǒng)之間的接口界面是軟件系統(tǒng),它大致可分為系統(tǒng)軟件、支援軟件和應(yīng)用軟件三層。

硬件硬件系統(tǒng)主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統(tǒng)和各種外部設(shè)備組成。中央處理器是對信息進行高速運算處理的主要部件,其處理速度可達每秒幾億次以上操作。存儲器用于存儲程序、數(shù)據(jù)和文件,常由快速的主存儲器(容量可達數(shù)百兆字節(jié),甚至數(shù)G字節(jié))和慢速海量輔助存儲器(容量可達數(shù)十G或數(shù)百G以上)組成。各種輸入輸出外部設(shè)備是人機間的信息轉(zhuǎn)換器,由輸入-輸出控制系統(tǒng)管理外部設(shè)備與主存儲器(中央處理器)之間的信息交換。

軟件系統(tǒng)的最內(nèi)層是系統(tǒng)軟件,它由操作系統(tǒng)、實用程序、編譯程序等組成。操作系統(tǒng)實施對各種軟硬件資源的管理控制。實用程序是為方便用戶所設(shè),如文本編輯等。編譯程序的功能是把用戶用匯編語言或某種高級語言所編寫的程序,翻譯成機器可執(zhí)行的機器語言程序。支撐軟件有接口軟件、工具軟件、環(huán)境數(shù)據(jù)庫等,它能支持用機的環(huán)境,提供軟件研制工具。支援軟件也可認為是系統(tǒng)軟件的一部分。應(yīng)用軟件是用戶按其需要自行編寫。

2.系統(tǒng)特點

傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)的特點是能進行精確、快速的計算和判斷,而且通用性好,使用容易,還能聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。①計算:一切復(fù)雜的計算,幾乎都可用傳統(tǒng)計算機通過算術(shù)運算和邏輯運算來實現(xiàn)。②判斷:傳統(tǒng)計算機有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用于管理、控制、對抗、決策、推理等領(lǐng)域。③存儲:傳統(tǒng)計算機能存儲巨量信息。④精確:只要字長足夠,計算精度理論上不受限制。⑤快速:傳統(tǒng)計算機一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用:傳統(tǒng)計算機是可編程的,不同程序可實現(xiàn)不同的應(yīng)用。⑦易用:豐富的高性能軟件及智能化的人-機接口,大大方便了使用。⑧聯(lián)網(wǎng):多個傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)能超越地理界限,借助通信網(wǎng)絡(luò),共享遠程信息與軟件資源。

3.系統(tǒng)局限

傳統(tǒng)計算機,它的心臟依賴的是硅芯片,但是一個芯片的面積總有限。如果繼續(xù)使用現(xiàn)在的芯片,15年以后,傳統(tǒng)計算機的發(fā)展將走到盡頭。在由上海中國工程院院士中心召開的院士沙龍上,院士們曾預(yù)言,10-15年后將是傳統(tǒng)傳統(tǒng)計算機發(fā)展的“死限”,院士呼吁我國應(yīng)加快研制新型計算機。

二、新型高性能計算機

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時,也意味看硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此,世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機,計算機的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等,將會在二十一世紀走進我們的生活,遍布各個領(lǐng)域。

1.量子計算機

量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究,量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的,它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài),利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動,從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲,由于量子疊加效應(yīng),一個量子位可以是0或1,也可以既存儲0又存儲1。因此,一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù),同樣數(shù)量的存儲位,量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎悖溥\算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外,量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。

無論是量子并行計算還是量子模擬計算,本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。

2.光子計算機

光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機,以光子代替電子,光互連代替導(dǎo)線互連,光硬件代替計算機中的電子硬件,光運算代替電運算。在光子計算機中,不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù),可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.分子計算機

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息,并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶,而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下,甚至在生物有機體中運行,并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小,而效率大大提高,分子計算機完成一項運算,所需的時間僅為10微微秒,比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量,1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小,只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子,所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能,又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎(chǔ)元器件,可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計算機。預(yù)計20年后,分子計算機將進人實用階段。

4.納米計算機

納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍,質(zhì)地堅固,有著極強的導(dǎo)電性,能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位,大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀80年代初迅速發(fā)展來的新的前沿科研領(lǐng)域,最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子,制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機械系統(tǒng)起步,把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片,其體積只有數(shù)百個原子大小,相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源,而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法,用這種方法連接的納米管可用作芯片元件,發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測,10年后納米技術(shù)將會走出實驗室,成為科技應(yīng)用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好,將逐漸取代芯片計算機,推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。

科學(xué)在發(fā)展,人類在進步,歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個從無到有的艱難歷程。隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力,我們相信,新型計算機與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,必將推進全球經(jīng)濟社會高速發(fā)展,成為二十一世紀科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新,實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破。人類未來的生活必將在新型計算機的推動下越來越奇妙,越來越優(yōu)越。

參考文獻

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[3]陳連水,袁鳳輝,鄧放.分子計算機[J].分子信息學(xué),2005(3).

第8篇

關(guān)鍵詞:IP板 激光喇曼 拉曼光譜

引言

傳統(tǒng)的X線成像是經(jīng)X射線透照被檢查物件,將影像信息記錄在膠片上,在顯定影處理后,影像才能在照片上顯示。計算機射線照相檢測(簡稱CR)則不同,它是一種模擬數(shù)字照相成像系統(tǒng),將透過物體的X射線影像信息記錄在由輝盡性熒光物質(zhì)制成的存儲熒光板上,這種存儲熒光板又稱影像板或成像板(簡稱IP板),即用IP板取代傳統(tǒng)的X射線膠片來接受X射線照射。拉曼光譜分析技術(shù)已經(jīng)在化工 化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、和半導(dǎo)體電子技術(shù)等各種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。很多高 等學(xué)校都開設(shè)了拉曼光譜的實驗課程。本論文主要對IP板的拉曼光譜進行測量,并 對結(jié)果進行分析,從而判斷IP板的成分[1]。

一、成像板技術(shù)簡介

(一)數(shù)字化的射線照相圖像

IP板又稱為無膠片暗盒、拉德成像板等,可以與普通膠片一樣分成各種不同大 小規(guī)格以滿足實際應(yīng)用需要。IP板是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)(可受光刺激的感光聚 合物涂層)具有保留潛在圖像信息的能力,當對它進行X射線曝光時,這些熒光物 質(zhì)內(nèi)部晶體中的電子被投射到成像板上的射線所激勵并被俘獲到一個較高能帶(半 穩(wěn)定的高能狀態(tài)),形成潛在影像(光激發(fā)射熒光中心),再將該IP板置入CR讀出設(shè) 備(讀出器,CR閱讀器)內(nèi)用激光束掃描該板,在激光激發(fā)下(激光能量釋放被 俘獲的電子),光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們的初始能級,并產(chǎn)生可見光發(fā)射,這種光發(fā)射的強度與原來接收的射線劑量成比例(IP板發(fā)射熒光的量依賴于一次激發(fā)的X射線量,可在 1:104 的范圍內(nèi)具有良好的線性),光電接收器接收可見光 并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計算機進行處理,從而可以得到數(shù)字化的射線照相圖像[2]。 CR技術(shù)利用的IP板可重復(fù)使用(IP板經(jīng)過強光照射即可抹消潛影,因此可以重復(fù)使用)。

(二)IP 板圖像信息的讀出經(jīng)X射線曝光后保留有潛在圖像信息的IP板置入CR讀出設(shè)備內(nèi),用激光束以2510x2510 的像素矩陣(像素約 0.1mm大小)對勻速移動的IP板整體進行精確而均 勻的掃描,激發(fā)出的藍色可見光被自動跟蹤的集光器(光電接收器)收集,再經(jīng)光 電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號,放大后經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像信息,送入計算機進行處理,最終形成射線照相的數(shù)字圖像并通過監(jiān)視器熒光屏顯示出人眼可見的灰階圖像供觀察分析。讀出器分為多槽自動排列讀出處理式和單槽讀出處理式,前者可在相同時間內(nèi)處理更多IP板。讀出器輸出的圖像格式符合國際通用影 像傳輸標準DICOM 3.0,因此可以經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸、歸檔及打印。

二、激光拉曼光譜的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

(一)激光拉曼光譜的發(fā)現(xiàn)

激光拉曼光譜得名于印度物理學(xué)家拉曼(Raman)。1928 年,拉曼首先從實驗中 觀察到單色的入射光投射到物質(zhì)中產(chǎn)生的散射,通過對散射光的光譜進行分析,他 發(fā)現(xiàn)散射光除了含有與入射光相同頻率的光之外,還包含有與入射光不同頻率的 光。以后人們將這種散射光與入射光不同頻率的現(xiàn)象稱為拉曼散射(Raman scattering)。拉曼本人也因此榮獲 1930 年的諾貝爾物理學(xué)獎。

(二)激光拉曼光譜的發(fā)展

在 1928-1940 年期間。由于可見光分光技術(shù)和照相感光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來,拉 曼光譜受到廣泛的重視,曾經(jīng)是研究分子結(jié)構(gòu)的主要手段。1940-1960 年,拉曼光 譜的地位一落千丈。主要是因為拉曼效應(yīng)太弱(光強約為入射光強的 10-6),并要 求被測樣品的體積必須足夠大、無色、無塵埃、無熒光等等。所以到 40 年代中期, 紅外技術(shù)的進步和商品化更使拉曼光譜的應(yīng)用一度衰落。1960 年以后,激光技術(shù) 的發(fā)展使拉曼技術(shù)得以復(fù)興。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等眾多方面的 優(yōu)點,成為拉曼光譜的理想光源。隨探測技術(shù)的改進和對被測樣品要求的降低,目前在物理、化學(xué)、醫(yī)藥、工業(yè)等各個領(lǐng)域拉曼光譜得到了廣泛的應(yīng)用,越來越受研究者的重視。

我國科學(xué)家在國內(nèi)開展的拉曼光譜學(xué)研究已涉及了廣泛的學(xué)科領(lǐng)域,并取得了 許多世界一流的研究成果,在高溫超導(dǎo)體、新型碳材料、功能晶體和催化劑等方面 的成就舉世公認,尤其是在低維納米材料和過渡金屬增強拉曼光譜研究領(lǐng)域已步入 世界前沿。在理論方面,黃昆于 1988 年發(fā)表了超晶格拉曼散射的微觀模型-黃- 朱模型。該模型不僅正確地解釋了選擇定則問題,還揭示了界面模的物質(zhì)本質(zhì),被人們廣泛承認為超晶格拉曼散射的最正確的理論,也為更低維體系的拉曼散射理論 打下了基礎(chǔ)。在實驗方面,目前觀察到的6種單聲子模中,美國、德國和印度學(xué)者 各占一種,而我國學(xué)者卻占了三種,并且張樹霖教授還在國際上第一次觀察到了超 晶格微觀界面聲子的單聲子和多聲子拉曼散射。因此可以說,我國低維結(jié)構(gòu)的拉曼 光譜研究已進入世界最前沿。另外,我國是世界上最早開展表面增強拉曼光譜研究 的國家之一,近年廈門大學(xué)所做的過渡金屬表面增強拉曼光譜研究,已兩次被國際 拉曼光學(xué)大會安排作邀請報告。

(三)激光拉曼光譜的應(yīng)用 拉曼光譜技術(shù)以其信息豐富,制樣簡單,水的干擾小等獨特的優(yōu)點,在化學(xué)、材料、物理、高分子、生物、醫(yī)藥、地質(zhì)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。拉曼光譜在有機化學(xué)方面主要是用作結(jié)構(gòu)鑒定和分子相互作用的手段,它與 紅外光譜互為補充,可以鑒別特殊的結(jié)構(gòu)特征或特征基團。拉曼位移的大小、強度 及拉曼峰形狀是鑒定化學(xué)鍵、官能團的重要依據(jù)。

在高聚物方面,拉曼光譜可以提供關(guān)于碳鏈或環(huán)的結(jié)構(gòu)信息。在確定異構(gòu)體(單體異構(gòu)、位置異構(gòu)、幾何異構(gòu)和空間立現(xiàn)異構(gòu)等)的研究中拉曼光譜可以發(fā)揮其獨特作用。電活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光譜為工具,在 高聚物的工業(yè)生產(chǎn)方面,如對受擠壓線性聚乙烯的形態(tài)、高強度纖維中緊束分子的 觀測,以及聚乙烯磨損碎片結(jié)晶度的測量等研究中都采用了拉曼光譜。

拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段,由于水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡 單,故拉曼光譜可以在接近自然狀態(tài)、活性狀態(tài)下來研究生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化。拉曼光譜在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的研究、DNA 和致癌物分子間的作用、視紫紅質(zhì)在光循環(huán)中的結(jié)構(gòu)變化、動脈硬化操作中的鈣化沉積和紅細胞膜的等研究中的應(yīng)用均有文獻報道。在表面和薄膜方面,拉曼光譜在材料的研究方面,在相組成界面、晶界等課題中可以做很多工作。

參考文獻:

[1]李大鵬.淺析 IP 板的使用[J].實用醫(yī)技雜志,2008(12):1570-1571

第9篇

【論文摘要】本文首先探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題,其次分析了納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊,最后電子技術(shù)在時間與頻率標準中的應(yīng)用進行了相關(guān)的研究。因此,本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應(yīng)用價值。

一、近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用

在電子技術(shù)中應(yīng)運中,近似計算貫穿其始終。然而,沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術(shù)中往往行不通,也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差,但這個誤差控制得好,不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆眨貏e是如何應(yīng)用近似計算。

在工作點穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進行靜態(tài)分析,就必須求出三極管的基電壓,必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣,我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。

二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題

由于納米器件的特征尺寸處于納米量級,因此,其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同,理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決,如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機理等。盡管如此,納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面,其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工

要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度,最直截了當?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋印⒐饪痰燃夹g(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中,不同層通常是由不同勢能的半導(dǎo)體材料制成的,構(gòu)建成納米尺度的量子勢阱,這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。

(2)分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線,但把這些元件組裝成一個可以運轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上;另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管,Purdue University等研究機構(gòu)在這個方向上取得了可喜的進展,但該技術(shù)何時能夠走出實驗室進入實用,仍無法斷言。

(3)超高密度量子效應(yīng)存儲器

超高密度存儲量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件,它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是,有了制造納米電子邏輯器件的能力后,如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應(yīng)存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。

(4)納米計算機的“互連問題”

一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局,而整體結(jié)構(gòu)問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說,就是計算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內(nèi),并極快地使用和產(chǎn)生信息,需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計算機的諸多元件,而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設(shè)計的微型化而言,由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”,這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制,連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此,納米計算機導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。

(5)納米 / 分子電子器件制備、操縱、設(shè)計、性能分析模擬環(huán)境

當前,分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計算、計算機并行技術(shù)、計算機圖形學(xué)已取得快速發(fā)展,利用這些技術(shù)建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境,并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題,目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。

三、交互式電子技術(shù)手冊

交互式電子技術(shù)手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段,根據(jù)美國國防部的定義:加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術(shù)手冊、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術(shù)手冊和集成電子技術(shù)手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊并不存在,大多數(shù)電子技術(shù)手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是,各類電子技術(shù)手冊雖然代表不同的發(fā)展階段,但是各有優(yōu)點,較低級別的電子技術(shù)手冊目前仍然有著各自的應(yīng)用價值。由于類以上的電子技術(shù)手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。

簡單的說,電子技術(shù)手冊就是技術(shù)手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便,數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式,電子技術(shù)手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。

四、電子技術(shù)在時間與頻率標準中的應(yīng)用

時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù),可由時間標準導(dǎo)出頻率標準,兩者可共用的一個基準。

1952 年國際天文協(xié)會定義的時間標準是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的,分別稱為世界時(UT)和歷書時(ET)。這種基于天文方面的宏觀計時標準,設(shè)備龐大,操作麻煩,精度僅達10- 9 。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展,產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù),由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標準——量子頻率標準。這種頻率標準是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標準。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標準,如(133 Cs)頻標、銣原子頻標、氫原子作成的氫脈澤頻標、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標等等。這樣做后,將過去基于宏觀的天體運動的計時標準,改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運動的時間基準。這一方面使設(shè)備大為簡化,體積、重量大減小;另一方面使頻率標準的穩(wěn)定度大為提高(可達10- 12 —10- 14量級,即30 萬年——300 萬年差1 秒)。1967 年第13 屆國際計量大會正式通過決議,規(guī)定:“一秒等于133 Cs 原子基態(tài)兩超精細能級躍遷的9192631770 個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準,發(fā)展了高精度的測頻技術(shù),大大有助于宇宙航行和空間探索,加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長度計量提供了新的測試手段。

總之,在探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊后,廣大科技工作者對電子技術(shù)在時間與頻率標準中的應(yīng)用知識的初步了解和認識。在當代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮,尖端信息普遍進入我們生活之中的同時,國家經(jīng)濟建設(shè)和和諧社會的構(gòu)建離不開我們科技工作者對新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用,因此說,本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應(yīng)用價值是不足為虛的。

【參考文獻】

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[5]魏萬云《淺談當代電子技術(shù)的發(fā)展》[J],《中國科技信息》,2005(19)。

第10篇

摘 要:目的 研究環(huán)氧合酶-2(COX-2)和配體復(fù)合物結(jié)構(gòu)中藥物小分子的能量及構(gòu)象變化,為選擇性COX-2抑制劑的研究奠定基礎(chǔ). 方法 從PDB庫中提取COX-2與選擇性抑制劑(SC-588)作用復(fù)合物的X-線晶體結(jié)構(gòu),在由美國Tripos公司提供的Alchemy2000平臺上,剝離與之結(jié)合的藥物小分子SC-588,然后同孤立態(tài)優(yōu)勢構(gòu)象進行能量及性質(zhì)比較. 結(jié)果 復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中藥物分子的低能構(gòu)象及其孤立態(tài)優(yōu)勢構(gòu)象在能量和性質(zhì)上均有差異. 結(jié)論 分子活性構(gòu)象并不一定是低能構(gòu)象,其能量往往介于孤立態(tài)能量和復(fù)合物結(jié)合狀態(tài)時最低能量之間,根據(jù)活性構(gòu)象可設(shè)計新型藥物分子.

Keywords:oxygenases/antagonists&inhibitors;computer-aided design;drug design;energy minimization

Abstract:AIM To study the changes of small molecular en-ergy and conformation in Cox-2-selective inhibitor design.METHODS Molecular structure of Cyclooxygenase-2(COX-2)was found on the internet protein database and the file was dounloaded with the molecular coordinates for COX-2,and entered Alchemy2000.The selective inhibitor(SC-558)was extracted completely from the SC-558/COX-2com-plex.The static energy and molecular property were calculat-ed in optimized and unoptimized conformations in an isolated situation.RESULTS Optimized conformation and isolated conformation were different in energy and property.CONCLUSION Molecular energy in active conformation usually is not the minimum energy,but between optimized and iso-lated situation.We may design the new molecule based upon the active conformations.

0 引言

非甾體抗炎藥(NSAIDS,nonsteroidal antiin-flammatory drugs)通過抑制環(huán)氧合酶催化的花生四烯酸炎癥介質(zhì)前列腺素,達到解熱、鎮(zhèn)痛及治療多種炎癥的目的.環(huán)氧合酶有兩種異構(gòu)酶[1-3] ,環(huán)氧合酶-1(cyclooxygenase-1,COX-)和環(huán)氧合酶-2(cy-clooxygenase-2,COX-2).COX-1主要存在于正常的細胞組織中,催化產(chǎn)生維持正常生理功能的前列腺素;誘導(dǎo)性的COX-2主要存在于炎癥組織細胞中,在炎癥介質(zhì)的誘導(dǎo)下產(chǎn)生的COX-2催化花生四烯酸,產(chǎn)生致炎前列腺素,加重炎癥反應(yīng).研究COX-2選擇性抑制劑成為開發(fā)高效、低毒副作用的NSAIDs的新途徑.計算機分子模擬技術(shù)和理論化學(xué)計算方法在合理的藥物設(shè)計得到廣泛的應(yīng)用.利用計算機模擬這一方便而實用的現(xiàn)代技術(shù),我們可以在計算機屏幕上方便快捷地建造、分析和修改分子結(jié)構(gòu)并利用三維技術(shù)實時顯示其立體結(jié)構(gòu),計算分子能量和立體化學(xué)性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì),推算出各種低能構(gòu)象,進行構(gòu)象分析并與酶模型相結(jié)合,對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,由此推斷其活性構(gòu)象,設(shè)計新的藥物分子.

1 理論基礎(chǔ)和方法

1.1 理論基礎(chǔ) 能量極小化方法基于如下思想,認為分子勢能最低構(gòu)象是最穩(wěn)定的構(gòu)象,分子勢能是坐標的函數(shù),通過改變坐標求勢能極小值就可得到低能的穩(wěn)定構(gòu)象[4] .Alchemy2000中能量最小化程序用來測定分子中各原子不同位置時分子不同構(gòu)象時的能量,以下是其測得最小能量結(jié)構(gòu)時應(yīng)用的參數(shù),最小值是指分子構(gòu)象發(fā)生任何小的變化即引起能量增加時的構(gòu)象,梯度值是原子處于笛卡爾坐標下能量的一階導(dǎo)數(shù),當梯度為零時,處于分子表面上的點為定點,鞍點是指分子的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生局部變化而導(dǎo)致分子能量變化時的構(gòu)象.Alchemy2000中能量最小化程序報告的極小值是指比輸入程序時構(gòu)象更穩(wěn)定時的能量值,并不是絕對意義上的能量最小值.本程序利用分子力學(xué)方法進行構(gòu)象分析、優(yōu)化、計算分子能量時,計算的是分子立體和非鍵相互作用,即E=Estr +Eang +Etor +Evdw +Eoop +Eele 其中E分子總勢能,Estr 共價鍵伸縮的振動能,Eang 鍵角彎曲的振動能,Etor 二面角扭轉(zhuǎn)能,Evdw 范德華作用能,Eoop 成鍵超平面勢能,Eele 靜電勢能.計算過程中運用的力場參數(shù)均為Tripos標準力場,這些都是依據(jù)經(jīng)驗勢函數(shù)進行計算的,不同的計算方法可以用不同的經(jīng)驗勢函數(shù).力場參數(shù)可通過理論計算和實驗數(shù)據(jù)擬合得到,根據(jù)經(jīng)驗勢函數(shù)形式和擬合方法不同,可得到不同的力場.

1.2 方法

1.2.1 軟件安裝 Alchemy2000是由美國Tripos公司提供的最早用于計算機輔助分子設(shè)計的PC版桌面操作平臺.硬件需求,至少8MB內(nèi)存,推薦使用16MB內(nèi)存,至少40MB硬盤空余空間,SVGA顯示器,Windows3.1或Windows95或Windows98系統(tǒng).

1.2.2 下載COX-2坐標系文件 第一步獲得COX-2結(jié)構(gòu),將流覽器連接到Datebase-Bookhaven數(shù)據(jù)庫,輸入四個字符的COX-2蛋白質(zhì)識別代碼(6COX),進入Down/Display界面下載非壓縮的PDB格式文件,以*.PDB格式另存在磁盤上.

1.2.3蛋白結(jié)構(gòu)輸入Alchemy2000,剝離SC-558小分子 以*.PDB格式將下載文件輸入Alche-my2000中,利用軟件對復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)進行著色,我們可以清晰地觀察到,COX-2是由兩條完全相同的空間結(jié)構(gòu)完全一致的肽鏈構(gòu)成,分別有自己獨立的活性位點,結(jié)合區(qū)域,且兩個配體結(jié)合位點彼此遠離,可見,兩個配體與酶的相互作用是相對獨立的.此時通過Build模式轉(zhuǎn)換可將*.PDB轉(zhuǎn)換為小分子格式*.al2,然后將小分子SC-558移至新打開的小分子窗口,不做任何改變,對其進行動力學(xué)性質(zhì)計算.

1.2.4 靜態(tài)能及分子性質(zhì)計算 用上述同樣的方法,再分離出一個SC-558分子,移至新的窗口,對其進行動力學(xué)幾何優(yōu)化處理,計算單點靜態(tài)能并進行分子性質(zhì)計算.整個計算過程均為Tripos標準力場.

2 結(jié)果

孤立態(tài)優(yōu)化分子SC-558同復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中SC-558分子性質(zhì)參數(shù),構(gòu)象鍵角變化分別列于Tab1,Tab2.孤立態(tài)優(yōu)化后分子SC-558各原子排列如Fig1,同復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中SC-558分子疊合如Fig2.

表1 復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中SC-558同孤立態(tài)優(yōu)化后分子性質(zhì)參數(shù)同能量比較 略

表2 復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中SC-588鍵角值與優(yōu)化后各鍵角值比較 略

3 討論

本文數(shù)據(jù)說明分子處于孤立態(tài)能量和最低能量時,分子中各鍵角有明顯差異,可見兩者構(gòu)象是不同的.Fig1可見,鍵角改變是分子中單鍵旋轉(zhuǎn)造成各原子空間排列狀態(tài)不同引起的.不同能量的構(gòu)象與相適應(yīng)的酶相互作用,便可產(chǎn)生不同的藥理作用.Tab1中分子容積、表面積及能量的差異正是因為不同構(gòu)象中各個相互作用的原子或基團間距離不一,使得整個分子空間立體結(jié)構(gòu)及能量發(fā)生改變,藥物分子的構(gòu)象變化與生物活性間有重要關(guān)系,這是因為藥物小分子與大分子的酶間相互適配、誘導(dǎo)契合中構(gòu)象的互補性.孤立態(tài)優(yōu)化后SC-558分子同復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中SC-558分子疊合發(fā)現(xiàn),同酶作用后分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,說明藥物與酶結(jié)合不一定均以最低能量的構(gòu)象形式.孤立態(tài)的分子總是處于能量最低狀態(tài),即具有能量最低的構(gòu)象,藥物分子與酶作用時,雖然不處在能量最低,但它一定是某一能量優(yōu)勢構(gòu)象[5] ,與酶結(jié)合的構(gòu)象稱作活性構(gòu)象,其能量往往介于孤立態(tài)能量和最低能量之間[6] .COX-2的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定,并已知與抑制劑的結(jié)合位點[7-8] ,它已成為當前最引人注目的抗炎治療新靶點,COX-2選擇性抑制劑設(shè)計中,對已知三環(huán)系COX-2抑制劑進行改造是一條有效途徑,其三維結(jié)構(gòu)可利用優(yōu)化后的SC-558為模板,取代相應(yīng)的基團和原子后,通過分子力學(xué)優(yōu)化后得到.通過孤立態(tài)能量計算,推算低能量的各種構(gòu)象爾后與酶模型結(jié)合,其互補最佳者,即為藥物分子的活性構(gòu)象,根據(jù)活性構(gòu)象可設(shè)計新型藥物分子.

圖1 略

在已經(jīng)獲得了不少體內(nèi)有重要生理作用的酶的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,合理藥物設(shè)計領(lǐng)域正在開展著越來越多的基于酶結(jié)構(gòu)的小分子研究.然而,僅僅利用酶的靜態(tài)結(jié)構(gòu)很難直接設(shè)計出有效的酶抑制劑,因為生物體內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)幾乎都是在酶的催化下進行的,酶是生物催化劑,所以酶抑制劑的設(shè)計一定要進行酶促反應(yīng)動力學(xué)分析,既要分析反應(yīng)催化部位又要檢測可能的中間產(chǎn)物,致力于發(fā)現(xiàn)酶活性中心的構(gòu)象互補物及反應(yīng)的過渡態(tài)類似物來深入了解酶與 底物的結(jié)合機制,基于酶與底物的結(jié)合機制來設(shè)計酶抑制劑.這樣設(shè)計出的化合物抑制作用要比基于酶靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計的抑制劑活性高出幾個數(shù)量級[9] ,可見,酶抑制劑設(shè)計不但需要酶的結(jié)構(gòu)、功能而且要清楚它與藥物作用的方式以及產(chǎn)生生理活性的機制.計算機科學(xué)的不斷進步以及量子化學(xué)、分子力學(xué)、分子動力學(xué)與藥物科學(xué)的滲透使計算機科學(xué)中的數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)及人工智能廣泛應(yīng)用于藥物分子和生物大分子的三維結(jié)構(gòu)研究,為構(gòu)象分析、兩者作用模式和機制的推測以及構(gòu)效關(guān)系的研究等提供了先進的手段和方法.合理藥物設(shè)計是在分子甚至電子的水平上進行研究,需要先進的技術(shù)支持,計算機輔助藥物設(shè)計綜合并藉助多學(xué)科的先進技術(shù)、方法和成果,為合理藥物設(shè)計提供強有力的基本工具和手段,計算機輔助藥物設(shè)計這門新興學(xué)科,使藥物設(shè)計進入直觀設(shè)計的新階段.

圖2 略

參考文獻

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第11篇

隨著鋼液潔凈化要求的提高和冶金技術(shù)的發(fā)展,鋼中夾雜物控制技術(shù)亟待解決。目前夾雜物控制主要涉及2個方面:一是通過改變夾雜物成分來控制其塑性或熔點,以減輕鋼在加工或使用過程中的危害,如硬線鋼[1];二是細化并利用超細夾雜物提高鋼的力學(xué)性能,如CSP鋼[2]。當前,2種控制方法僅在部分鋼種或特定生產(chǎn)工藝中應(yīng)用,對于大量鋼種還缺乏合適的控制技術(shù),因此,研究夾雜物的控制技術(shù)是潔凈鋼發(fā)展應(yīng)著力解決的問題。要掌握夾雜物細化控制并實現(xiàn)有效利用,首先應(yīng)了解夾雜物的形成機制。煉鋼過程中內(nèi)生夾雜物的形成主要包括形核、長大、運動、碰撞及聚合等行為,發(fā)生在2種尺度范圍:一是納米尺度,二是宏觀尺度。由于納米顆粒尺寸對系統(tǒng)性質(zhì)有重要影響,要準確理解夾雜物的形成機制,必須針對不同尺度過程加以區(qū)別研究。以往對夾雜物形核的研究,基本上是基于經(jīng)典熱力學(xué)理論,不考慮粒子尺寸的影響[2]。為此,本文嘗試基于納米熱力學(xué)理論研究夾雜物形核過程的熱力學(xué),建立夾雜物形核的納米熱力學(xué)模型,并以Al2O3夾雜形核為例進行計算,期望從更為精確的理論視角理解夾雜物的形核機制,為高潔凈度鋼在非CSP工藝條件下實現(xiàn)夾雜物的超細化甚至納米化控制和有效利用提供基礎(chǔ)理論。1納米熱力學(xué)理論基礎(chǔ)對于宏觀體系無外場下,體系內(nèi)能為U=TS-PV+μN,S為體系的熵,T為絕對溫度,P為壓力,V為體積,μ為化學(xué)勢,N為粒子數(shù)(組分摩爾數(shù))。納米體系與宏觀體系的區(qū)別關(guān)鍵在于:隨著體系內(nèi)粒子尺寸減小到納米級,表、界面所占能量顯著增加,相比體系的體能量已不可忽略,所以,納米體系的總能量明顯高于其體積能量,這種能量變化必然對體系的演變過程產(chǎn)生不可忽視的影響。為了描述納米體系的熱力學(xué),許多學(xué)者進行了大量研究[3-5]。

20世紀60年代,Hill提出小系統(tǒng)(納米)熱力學(xué)的概念[3],針對納米體系的內(nèi)能,提出通過在宏觀體系內(nèi)能基礎(chǔ)上增加一項反映體系內(nèi)粒子尺度特征的物理量W(稱為“subdivisionenergy”)來表示。W與溫度、壓力、化學(xué)勢以及尺寸等有關(guān),納米體系內(nèi)能為U=TS-PV+μN+W,則W=U-TS+PV-μN,Gibbs自由能為G=W+μN。當W=0時,納米體系的U、G即轉(zhuǎn)化為宏觀體系的U、G。所以,納米熱力學(xué)問題關(guān)鍵在于考慮納米尺度對體系熱力學(xué)參數(shù)和性質(zhì)的影響,即W問題。根據(jù)界面理論,W為對體系所做的表面功[6],W=γdA,γ為表面、界面張力或單位表面Gibbs自由能,A為表面、界面面積。實際上經(jīng)典熱力學(xué)在處理與表、界面相關(guān)的過程時,已考慮了W,只是認為γ只與體系T、P、Cj和μ有關(guān),與粒子尺寸無關(guān)。對于納米體系,應(yīng)考慮γ與粒子尺寸的關(guān)系,即W=f(γ)=f(T,P,Cj,μ,ri)。到目前為止,人們對這一問題仍沒有獲得較為普適的規(guī)律,多數(shù)研究都是針對某一具體過程進行分析,獲得的模型或規(guī)律有一定的局限性。通常,研究該問題的方法有2種:一是考慮納米尺度效應(yīng)對表、界面能的影響,進行理論分析和計算[4-5,7];二是采用分子動力學(xué)方法模擬[8]。本文針對鋼液中夾雜物的形核過程,采用理論分析方法進行研究。

2夾雜物形核Gibbs自由能及晶核臨界半徑的納米熱力學(xué)計算模型

新相形核可以通過均質(zhì)或非均質(zhì)形核這2種方式進行。實際生產(chǎn)中,金屬熔體凝固形核幾乎都是非均質(zhì)形核。對于鋼液中的高熔點夾雜物,除耐火材料外,一般沒有固態(tài)質(zhì)點可供其形核,所以形核方式主要為均質(zhì)形核,如Al2O3夾雜物。本文針對均質(zhì)形核過程,基于納米熱力學(xué)理論建立夾雜物形核過程Gibbs自由能變化以及臨界晶核半徑計算模型。假設(shè)形成夾雜物的反應(yīng)為[M]+x[O]=(MOx)S,則形核過程的總Gibbs能變化ΔG為ΔG=γA+VΔGV。式中:A、V分別為夾雜物晶核的界面積和體積;γ、ΔGV分別為形核過程鋼液-夾雜物界面能和體積Gibbs自由能變化。考慮納米級晶核尺寸對γ以及ΔGV的影響,同時,假設(shè)晶核形狀為球形,則形核過程的總Gibbs自由能變化可表示為:ΔG(r)nano=γnanoA+VΔGV,nano=4πr2γnano+43πr3ΔGV,nano(1)式中:γnano、ΔGV,nano分別為考慮納米尺寸影響的晶核-鋼液界面能和體積Gibbs自由能變化。

2.1γnano的尺寸依賴關(guān)系關(guān)于納米顆粒-環(huán)境界面能γnano與顆粒半徑r的關(guān)系已有報道[9-12],綜合文獻結(jié)果可得:式中:r0為顆粒臨界尺寸,指顆粒小到幾乎全部原子位于表面時的尺寸,r0=3h/2,h為顆粒分子直徑;f為界面應(yīng)力。對式(2)取最大值,可得:式(3)即為考慮納米尺寸效應(yīng)的界面能與尺寸之間的依賴關(guān)系式。可見:γnano隨著r增加而增大,最大值為10γ/9。以鋼液中Al2O3夾雜物為例,。根據(jù)式(3)得到如圖1所示鋼液-納米o與r之間的關(guān)系。從圖1可以看出:1)當r小于10nm時,鋼液-夾雜物之間的界面能隨粒子尺寸增大而迅速提高。尺寸越小,提高得越快,說明粒子尺寸通過改變γnano來影響形核過程的總能量。2)當r大于10nm時,界面能隨r增大而緩慢提高,并趨于最大值2.556N/m,即當夾雜粒子長大到超過10nm后,r對進一步長大過程的能量變化影響逐漸減小,最后達到穩(wěn)定,穩(wěn)定后就可完全應(yīng)用經(jīng)典熱力學(xué)解釋。KyokoWasai[13]等根據(jù)氣-液滴間界面能與液滴尺寸關(guān)系對不同尺寸夾雜物與鋼液間的界面能進行了計算,獲得的界面能隨粒子尺寸的變化趨勢與本文一致。但同一尺寸下,氣-液滴間的界面能數(shù)值略高于本文鋼液Al2O3夾雜物的界面能,原因在于本文界面能-尺寸關(guān)系是基于液-固顆粒建立的。

2.2ΔGV,nano的尺寸依賴關(guān)系式中:Vm為夾雜物MOx的摩爾體積;K*為夾雜物形成元素的過飽和度,即反應(yīng)的某一時刻t時的反應(yīng)物濃度積mt與平衡濃度積K′之比,定義為根據(jù)Kelvin公式,當粒子尺寸減小時,粒子在溶液中的溶解度將增加。所以,鋼液中納米夾雜物的平衡溶解度K′nano應(yīng)大于常規(guī)夾雜的平衡溶解度K′。ΔGV,nano可表示為:物形成元素的過飽和度和平衡濃度積。由于Kelvin公式是建立在界面能與尺寸無關(guān)的經(jīng)典熱力學(xué)上的,所以其對描述納米尺度也存在一定偏差。為此,本文對Kelvin公式中的界面能γ采用式(3)代替,則可得到考慮界面能與尺寸依賴關(guān)系的所謂新Kelvin公式:晶核形成過程的體積Gibbs自由能變化越大。2.3球形夾雜物形核過程的總Gibbs自由能變化ΔG(r)nano式(9)即為考慮納米尺寸效應(yīng)的夾雜物形核過程的總Gibbs自由能變化方程。則納米熱力學(xué)與經(jīng)典熱力學(xué)形核總Gibbs自由能之差為ΔG(r)nano-ΔG(r)=πγr(92r-300h)/27。當r=300h/92=3.26h時,ΔG(r)nano=ΔG(r),此時晶核半徑約為晶核分子直徑的3倍,遠未達到夾雜物晶核臨界半徑;隨著形核過程進行,r不斷增大,ΔG(r)nano-ΔG(r)不斷增大,直到長大到臨界晶核半徑;隨后晶核繼續(xù)長大,兩類自由能均下降。對式(9),令ΔG(r)nano/r=0,可得夾雜物的臨界晶核半徑r*公式為:2至此,本文得到式(10)即為基于納米熱力學(xué)的夾雜物臨界晶核半徑計算公式,式中ΔGV由式(4)給出。下面以鋼液鋁脫氧形成Al2O3夾雜物為例進行計算分析。3Al2O3夾雜物的臨界晶核尺寸計算與分析鋼液鋁脫氧形成Al2O3夾雜物的演變過程如ZhangLifeng[14]根據(jù)經(jīng)典形核和擴散理論,采用計算機模擬得到Al2O3的臨界晶核半徑約為0.52~2.0nm,大約由10~100個Al2O3分子組成。根據(jù)式(11)和式(14),分別計算并繪制出基于經(jīng)典熱力學(xué)和納米熱力學(xué)的Al2O3夾雜物的臨界晶核半徑與lnK*的關(guān)系曲線(圖3)。分析圖3可以得出

3點基本結(jié)論:1)采用經(jīng)典形核理論和納米熱力學(xué)得到的臨界晶核半徑r與lnK*之間的變化趨勢是一致的;2)對于同一lnK*,納米熱力學(xué)計算得到的臨界晶核半徑值大于經(jīng)典熱力學(xué)計算值,并且lnK*越小,兩者之差越大;3)由于K*是夾雜物形成元素的過飽和度,可視為鋼液的潔凈度。從圖3可知,lnK*越小(即潔凈度越圖2所示。為了對比分析,本文分別采用經(jīng)典形核理論和納米熱力學(xué)模型進行計算。高),夾雜物臨界晶核半徑越大,形核功也就越大,夾雜物在鋼液中就越難形成,這就有可能將夾雜物的形成延遲至鋼液凝固過程中,由于凝固過程中元素擴散較慢,則夾雜物長大速率減緩,從而為實現(xiàn)夾雜物尺寸細化提供了一種可能的思路。對于鋼液終脫氧,加鋁后初始時刻lnK*最大,隨后逐漸減小。許多研究發(fā)現(xiàn)鋁脫氧速度很快[13-15],在形成穩(wěn)定晶核之前產(chǎn)生大量Al2O3團簇導(dǎo)致lnK*很快減小,當團簇達到一定數(shù)量后,開始形成穩(wěn)定晶核。在大量形成穩(wěn)定晶核時,lnK*的變化范圍約為6~10。采用經(jīng)典形核理論計算可得Al2O3夾雜物的臨界晶核半徑為1.02~1.69nm,與ZhangLifeng[14]的計算結(jié)果相近。采用納米熱力學(xué)計算得到臨界半徑為1.40~2.72nm,略大于經(jīng)典熱力學(xué)計算值,兩者差值為0.38~1.03nm。因為臨界晶核尺寸本來就很小,差值約為經(jīng)典熱力學(xué)臨界晶核半徑的37.25%~60.95%。目前,還未檢索到文獻報道直接觀察到鋼液中夾雜物臨界晶核圖像。主要原因是夾雜物的形核速度很快,難以制備和捕捉到僅僅存在夾雜物臨界晶核的樣品。目前,本文也難以采用試驗方法直接證實納米熱力學(xué)理論與經(jīng)典形核理論應(yīng)用于夾雜物形核過程的差異,隨著試驗技術(shù)提高,相信這一問題遲早可以得到直接驗證。而且,以本文為基礎(chǔ),本研究下一步將采用分子動力學(xué)方法對這一問題進行計算機模擬研究,雖不能直接驗證,但可以通過關(guān)于納米體系熱力學(xué)的研究報道對這一問題予以間接佐證。王金照[16]基于納米熱力學(xué)理論,采用分子動力學(xué)方法模擬了氣泡形核的臨界半徑,并與經(jīng)典熱力學(xué)進行了對比,發(fā)現(xiàn)分子模擬結(jié)果略大于經(jīng)典熱力學(xué)計算值,這一點與本文的推論是一致的。另外,薛永強[17]、來蔚鵬[18]等研究納米顆粒粒度對其參加的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)的影響時得知,隨著納米顆粒粒度減小,反應(yīng)標準熵、焓和Gibbs自由能均不斷減小,平衡常數(shù)增大。這些研究結(jié)果也可以間接證明本文的推論。

4結(jié)論

1)基于納米熱力學(xué)理論,獲得鋼液-夾雜物晶核之間的界面能、形核過程體積Gibbs自由能變化和總Gibbs自由能變化的尺寸依賴關(guān)系模型為:3)在相同冶煉條件下,針對鋁脫氧形成Al2O3夾雜物,采用納米熱力學(xué)計算的臨界晶核半徑值為1.40~2.72nm,經(jīng)典熱力學(xué)計算值為1.02~1.69nm,納米熱力學(xué)計算值大于經(jīng)典熱力學(xué)計算值。由于試驗技術(shù)限制,暫時無法對兩者的差異進行直接驗證,但可從有關(guān)納米體系熱力學(xué)研究文獻結(jié)果得到間接證明,有待于進一步探索突破。4)針對鋼液中納米夾雜物形核過程的熱力學(xué),本文模型及結(jié)果可為后續(xù)分子模擬提供理論依據(jù)和參考。

第12篇

關(guān)鍵詞:電子商務(wù)法;課程;教學(xué)方法

中圖分類號:G424 文獻標識碼:A文章編號:1003-949X(2008)-04-0102-01

一、整體教學(xué)方法――模塊式教學(xué)法

1.模塊式教學(xué)法

模塊式教學(xué)法是按照教學(xué)過程的基本環(huán)節(jié),把課程內(nèi)容按多元目標進行系統(tǒng)綜合的教學(xué)方法。它旨在把一個復(fù)雜、相互交叉的課程內(nèi)容分成若干個基本課程或教程模塊,把相互滲透的教學(xué)內(nèi)容組成系列知識模塊。通過各模塊的優(yōu)化組合,使教學(xué)盡可能適應(yīng)不同層次和目標的需求,以達到提高教學(xué)效果為目的。

2.模塊劃分及模塊法應(yīng)用

電子商務(wù)的交易過程可以分為交易前(指買賣雙方在Internet在供需信息)、交易中(指買賣雙方將雙方磋商的結(jié)果以口頭、書面或以、電子文件形式確定下來)、交易后(指買賣雙方各自履行合同)三個環(huán)節(jié)。所以,《電子商務(wù)法》課程的模塊相應(yīng)地可以劃分為:(1)電子商務(wù)交易主體的法律制度(交易前);(2)電子商務(wù)交易行為的法律制度(交易中);(3)電子商務(wù)稅收的法律制度(交易后);(4)電子商務(wù)信息資源的法律法規(guī)(交易前中后)。

在電子商務(wù)交易前模塊教學(xué)中,將交易當事人和交易參加方的權(quán)利義務(wù)形成一個網(wǎng)絡(luò)模塊關(guān)系。在電子商務(wù)交易中模塊教學(xué)中,進一步劃分子模塊,從而形成一個層級模塊關(guān)系。在電子商務(wù)交易后模塊教學(xué)中,講授可以按照國與國之間的差異對比來組織,從而形成一個并列模塊關(guān)系。在電子商務(wù)交易前中后模塊教學(xué)中,進一步劃分子模塊,如網(wǎng)絡(luò)信息資源提供、數(shù)據(jù)電文以及電子商務(wù)安全等從而形成一個遞進模塊關(guān)系。

二、各組成模塊教學(xué)方法

1.情景模擬法

情景模擬法把學(xué)生分為若干小組,每組代表一個企業(yè),學(xué)生分別扮演企業(yè)決策者們和參加交易者的不同角色,訓(xùn)練學(xué)生將所學(xué)理論運用到實際中,學(xué)生和教師對情景模擬情況評說和總結(jié)。情景模擬法與單純的說教相比,調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,大大地提高教學(xué)效果。

2.圖片演示法

在真正的電子商務(wù)交易中,很多概念比較抽象,如電子合同、電子簽名、電子錢包等,學(xué)生理解其法律制度較困難。以圖片的形式展示其外觀,讓學(xué)生留下直觀的印象,然后闡述相關(guān)法律規(guī)定,教學(xué)效果亦可以大大提高。

3.案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是將案例運用于教學(xué),通過教師展示案例,組織學(xué)生討論案例,教師歸納提煉,學(xué)生最后演練。優(yōu)點是以互動的形式使學(xué)生掌握如同實際從業(yè)人員一樣的認識問題、分析問題和解決問題。

4.PPT演示法

PPT演示法是利用計算機處理文字、圖形、圖像等,以替代傳統(tǒng)板書教學(xué)的一種方法。優(yōu)點是能將文本、圖形、圖像和動畫有機結(jié)合,清楚明了。在電子商務(wù)信息資源的法律法規(guī)教學(xué)過程中,數(shù)據(jù)電文與電子商務(wù)的法律法規(guī)均需要圖文并茂,即采用PPT演示法,才能使這些學(xué)生更好理解這些法律法規(guī)。

參考文獻:

[1] 黃筱調(diào)、鄭莉,模塊式教學(xué)法及其探索,江蘇高教,1998年第4期。

[2] 楊路明,電子商務(wù)法,機械工業(yè)出版社,2007。

[3] 吳凌嬌,《電子商務(wù)概論》教學(xué)方法探討,常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004 Vol.3 No.3。