時間：2023-09-17 15:04:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
但是由于中藥組成成分繁多而且復雜，加上對實際起作用的藥物單體結構認識不清、作用機制模糊等研究現狀，傳統的篩選方法是將各成分分離提純出來測其分子結構并進行相應的藥理試驗，其工作量巨大、盲目性、耗時長、成本高且只能是小規模篩選，這些都使得中醫藥學得不到很好的傳承和發展。
有助于新藥研究
近50年來，隨著計算機技術的進步，運用計算機技術模擬藥物小分子與生物大分子相互作用的分子模擬技術得到迅猛發展，從最初只能模擬小分子之間相互作用到如今能實現分子量巨大的蛋白質的相互作用；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、長時程的方向發展。
這為我們從現有的中藥數據庫中數以百萬計的分子中篩選出新的藥物先導分子，研制新的藥物提供了極大的方便。我們可以將中藥或復方看成天然組合的化學庫，在目前已知的中藥或復方有關化學成分信息基礎上，利用計算機藥物虛擬篩選技術探討其可能的作用機理，為實驗的進行提供重要的信息，如有效分子的構象等，這會使得實驗具有比較強的導向性，提高藥物設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，應用分子模擬技術篩選藥物改變了傳統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，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代技術，可廣泛應用于計算化學、計算生物學、材料科學等多個學科領域。
計算機分子模擬技術通過分析和計算一系列活性藥物分子的三維構象，可以了解某一類藥物分子所具有的空間結構，這一技術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的進程，也為中藥新藥物的發現與發展帶來了新的曙光。
三種主要的計算機虛擬篩選技術
隨著國家“十二五”規劃的出臺，生物醫藥研發受到了前所未有的重視。而想在醫藥方面有重大突破，中醫藥有效成分研發勢在必行。
在醫學全球化的大背景下，隨著技術進步和人文理念的轉變，生命科學的研究正在飛速發展中，全球化組織也紛紛出臺相應發展戰略，如WHO提出“21世紀人人享有衛生保健”的目標，這些都為中醫藥現代化提供了良好的機遇。
中醫藥經過長期積淀，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藥現代化進程中面臨的諸多難題。模擬計算不僅能夠實現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，在模擬計算技術飛速發展的今天，中醫藥產業實現現代化是大勢所趨。
眾所周知，傳統的實體的藥物篩選需要構建大規模的化合物庫，提取或培養大量實驗必需的靶酶或靶細胞，并且需要復雜的設備支持，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測，這樣就能夠集中目標，大大降低實驗篩選化合物的數量從而縮短研發周期、節約經費開支。
將虛擬藥物篩選技術應用在中醫藥研發中，能夠達到事半功倍的效果。現階段計算機虛擬篩選技術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）的三維結構，常常采用分子對接的虛擬篩選方法從小分子數據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生藥效的反應過程中，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、發生作用，進而通過構象調整形成穩定的復合物。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）作用，而篩選出來的新的先導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年由德國科學家提出，特指載有活性特征原子的分子框架。現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、苯環等，也可以指特定的功能結構，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據庫搜索。從數據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化合物。
此外，定量構效關系研究方法在現代藥物設計方法中占有重要的地位，也是應用最為廣泛的藥物設計方法，其目的是利用理論計算和統計分析工具來研究化合物的結構與其生物效應之間的定量關系，在此基礎上推斷受體活性部位的結構，并在計算機中建立起這樣的一個結構，以這個結構為模板，對藥物進行篩選。
利國利民
模擬計算在中醫藥產業的應用可以極大地推動該領域的科研進程和市場發展，是一件利國利民的措施。
我國是一個人口大國，人均基礎資源缺乏，每年有不計其數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。根據有關臨床研究，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，結合先進的計算機技術合理開發利用，不僅有助于弘揚中華醫學文化，造福患者，同時可以節省巨額的醫藥研發經費和生產經費。
結構化學的加速發展使得其對計算機技術的需求越來越迫切，主要表現在三個方面：“1）化學計算的難度越來越高，許多結構化學和物理化學中的問題離開了計算機便不能獲得圓滿解決；2）化工設備和工藝對自動化的要求越來越高，而且對許多化工過程，人工進行控制已經相當困難，需要高可靠性的控制系統；3）化學和化工實驗研究的高費用和高風險性質也驅使人們探討利用計算機模擬技術部分代替實際的化學和化工實驗，以降低研究成本和減少風險。”因此，隨著各類計算和模擬軟件的開發，計算機越來越多地應用到結構化學的研究和教學中。就教學而言，首先應該使學生明白計算機技術在結構化學中的重要地位，其次掌握相關軟件進行實際操作。學生需要學習并掌握以下幾個方面的技術。
1.用計算機進行結構化學計算結構化學的研究涉及到原子和分子的結構關系及性能之間的關系，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、質量等計算。要完成復雜的計算需要借助計算機。用計算機進行結構化學計算需要借助專業軟件。目前已經有很多功能強大的軟件應用于結構化學的計算。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、分子動力學、分子結構等方面的計算。該軟件的主要計算類型有單點能、幾何優化、計算振動頻率得到簡正模式、過渡態尋找、分子動力學模擬、Langevin動力學模擬、MetropolisMonteCarlo模擬。支持的計算方法有：從頭計算、半經驗方法、分子力學、混合計算。可以用來研究的分子特性有：同位素的相對穩定性、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。這款軟件的優點是高質量、高靈活性和容易操作，是結構化學必學的一款軟件。
（2）Gaussian。這是一款功能強大的綜合性的量子化學軟件，其最廣泛的用途是做半經驗計算和從頭計算。其可執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，并相應有不同的版本。它的功能有：過渡態能量和結構計算、鍵和反應能量計算、原子電荷和電勢計算、振動頻率計算等等，還可以預測周期體系的能量、結構和分子軌道。因此，Gaussian是應用研究領域廣泛的強大工具。
（3）AccuModel。這是一款準確簡單的分子力學計算軟件，其功能有：能夠建立并演示準確的分子結構模型；提供計算結構參數和熱力學參數的手段；基于優化計算對分子模型能夠進行幾何和構象處理；利用能量計算方法對分子進行構象分析等。計算在結構化學學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構和功能之間的關系。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習則是學習結構化學的基礎所在，因此課堂上的學習和課下的掌握都相當重要。
2.用計算機進行結構化學過程模擬由于結構化學實驗和研究的費用和風險越來越高，大規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。計算機的結構化學過程模擬主要包括兩個方面：仿真模擬和數值模擬。數值模擬在科學領域中更為重要。這兩種過程模擬可以更好地研究結構化學的反應機理、模擬過程、并推測結果，從而獲得反應參數以指導科學研究。
用計算機進行結構化學過程模擬最常用的軟件ChemicalKineticsSimulator0（以下簡稱CKS0）是少量的、比較出色的化學動力學商業軟件之一。它的主要功能有：可以在產物并不清楚的條件下使用，反應物和產物可以用代碼表示；處理范圍寬泛，濃度和速率數值范圍可達8個數量級；除了能夠處理常規均相反應之外，還可以處理諸如界面吸附、膜形成、物質交換等化學和物理過程中的動力學問題；軟件的使用需要事先了解必要的反應機理、速率常數、反應條件、相關熱力學常數、物質的物理狀態、等信息；模擬結果以關系曲線圖和數據表格形式給出。“CKS0的操作主要包括建立化學反應文件、輸入化學反應機理、輸入反應條件、輸入模擬條件、模擬運行和顯示輸出模擬結果6個步驟。”CKS0以其強大的功能用于各種化學反應的模擬，如甲基丙烯酸甲酯的聚合反應模擬、五氧化二氮的熱分解反應模擬、固體表面吸附過程模擬、膜形成過程模擬等。這些軟件在教學過程中產生的效果是顯著的，它們使得教學過程有趣、豐富、生動、活潑，一對一的教學模式使得學生學習更加主動。學生不再為復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、原子的結構。
二、計算機技術的應用效果評價
計算機應用到結構化學的教學中有多種形式，如：計算機多媒體教學、計算機交互鏈接式教學、計算機題庫教學等。這里重點評價計算機軟件教學。與國外某些發達國家相比，我國的軟件教育相對落后，軟件的出版和供應相對較少，且優秀的軟件都來自國外，要想教學生使用，老師首先要有豐富的使用經驗和較好的外語修養。
1.計算機技術教學的效果雖然有這些困難，我國計算機技術的教學效果是值得肯定的。首先，從教材上來講，我們已經擁有大量的軟件教學課件，這些課件來自于我國化學教師與計算機工程師的共同努力。他們編寫了很多教材，如《計算機在化學化工中的應用技術》等，還有大量的課件應用于課堂之上，甚至通過國際互聯網獲得國外的教學課件，極大地豐富和完善了我國軟件教學的教材。其次，從技術資源上來講，剛開始時使用的由國外大學或中學開發的自由軟件已經不能滿足結構化學快速發展的需要，我國目前使用較多的是大型商業軟件，這些軟件由專業公司開發，軟件的性能和質量能夠保障。
2.計算機技術教學的不足盡管取得了很多成果，我國的計算機技術教學還是存在很多不足。
（1）硬件的缺乏。雖然教材資源豐富，但是硬件系統跟不上也會影響教學效果，如電腦的操作系統跟不上時展。計算機技術日新月異，更新換代很快，如果不能積極地引入新型計算機會浪費掉很多優秀的教師和教材資源。
（2）應試教育的副作用明顯。多年的應試教育訓練使得當代大學生習慣了考試才會努力，如果一門學科不是以考試為目的的學習，則缺乏學習興趣，導致授課效果不理想。
（3）教師的教育觀念偏差。目前我國大多數高校普遍存在的一個問題是教師上課積極性差，對待學生的態度不夠嚴格，導致很多學生上課不認真、下課不復習、操作時間短，無法掌握軟件的使用要領。
關鍵詞：計算機 趨勢 發展
一、計算機科學與技術的發展趨勢
（一）計算機科學與技術實現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改進計算機結構，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數百數千甚至更多的處理器（機）組成，能完成普通計算機和服務器不能計算的大型復雜任務。從超級計算機獲得數據分析和模擬成果，能推動各個領域高精尖項目的研算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，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據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。總之，計算機科學與技術實現了智能化的超級計算。
（二）計算機科學與技術實現了分子計算機
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分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構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境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。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、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，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據。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分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內產生感應電流。以色列科學家已經研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。也就是說計算機科學與技術實現了分子計算機。
（三）計算機科學與技術實現了納米計算機
納米計算機是用納米技術研發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，質地堅固，有著極強的導電性，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。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，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品。現在納米技術正從微電子算機也會像現在的馬達一樣，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，不同的學生可以根據自己的需要方便地從中查到想要的資料所以有人預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）計算機科學與技術實現了量子計算機
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規律進行高速數學和邏輯運算、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基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態。使信息沿著聚合物移動。從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，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個數據，同樣數量的存儲位，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實行量子并行計算，其運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據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。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、計算機科學與技術的發展趨勢總結
計算機科學與技術的發展，將朝著向信息的智能化發展。計算機技術的大多數領域以應用學科和工程學科的出現為標志，這些學科的職責是促進與實踐有關的認識的發展，這些學科常吸收更為基礎的學科，提高就能有實踐的進步，在對計算機技術研究中，發現常有另外一條路徑，這個過程存在著強烈的相互作用，有關半導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展。能實現或更困難一些。顯然，選擇機制在計算機技術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，推動計算機技術的快速發展。參考文獻：
[1]王華.計算機技術發展[J].電腦與電信，2013（02）.
1 DNA平面結構模型制作過程
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分子平面結構片段。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分子平面結構的材料，由于圖形已經分別生成了符號，可以反復調用。在多媒體教室，教師將提供的原料（以上圖形符號）以Flash文件形式發送到學生主機上。其中符號脫氧核苷酸短鏈和DN段，作為教師提供給學生的范例，學生可以多次調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Flash軟件的基本技術將它們分別組裝成不同堿基數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分子平面結構片段。
2 DNA立體結構模型制作過程
DNA立體結構主要是突出DNA分子的雙螺旋結構，即脫氧核糖和磷酸交替構成的兩條鏈形成螺旋結構。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。學生就可以通過符號庫調用，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雙螺旋結構。然后選擇菜單Control中的TestMove將圖形放大。這樣，學生的實驗操作過程就完成了。
3 學生分析和教師的引導
學生在用計算機做好DNA平面結構和立體結構后，對照圖形，教師有目的地引導學生分析以下幾個問題：
（1） 回憶DN面結構和立體結構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，教師可隨時調用學生所做的范例進行分析，所以學生很容易回答上述問題，從而加深了對DNA分子結構特點的了解。
一、課程整合的基礎理論
（一）課程整合的概念
從理論上講，課程整合意味著對課程設置、各課程教育教學的目標、教學設計、評價等諸要素作系統的考量與操作，也就是說要用整體的、聯系的、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系。
狹義的課程整合指的是，考慮到各門課程的有機聯系，將這些課程綜合化。廣義的課程整合，即課程標準不變，但是相關課程的課程目標、教學與操作內容（包括例子、練習等）、學習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“整合”。
（二）當今世界對課程整合的研究
目前，國內對課程整合比較主流的理解是“把計算機技術融入到各學科教學中”，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）上。它突出計算機作為工具，去輔助各傳統學科的教學。
從世界范圍來看，在實現信息技術與課程整合的理解目前是第一種模式占主流地位，第二種模式已經引起越來越多的關注，一些不發達國家的教育也積極加入信息技術與課程整合的行列中來。可以肯定信息技術與課程整合是未來教育發展的必然趨勢。
二、信息技術與化學學科的課程整合的探究和實踐
課堂教學向著多媒體化、智能化、網絡化發展，必將大大促進對未來一代化學的教育。如果說化學教學中的實驗教學在提高學生能力和化學素質上的作用是不可低估、不可代替的教學手段，那么從現在開始，使用計算機輔助化學教學將會異軍突起，在體現和實現教學目的觀、結構觀、質量觀和發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結構教學中的難點
在《離子鍵與共價鍵》、《極性分子與非極性分子》兩節教學中，利用計算機模擬核外電子運動、化學鍵的形成和分子模型就會很成功。這一內容抽象、枯燥、難度大，用一般模型演示不能給學生以動感，而且容易使學生概念模糊。計算機的二維及三維的圖象與動畫模擬達到了其他教學手段無法達到的效果。形成離子鍵時電子的轉移、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。使學生有了直觀的感受，并且能科學準確地理解化學鍵的實質和特征。
（二）利用計算機模擬實驗改進實驗教學
對于藥品太貴、裝置復雜、反應中產生有毒有害物質的實驗，應用計算機模擬整個過程，并且將各步實驗操作進行分解，反復演練，直到學生掌握為止。
1.各種制備反應的裝置、演示實驗一般比較復雜、現象不明顯，可按教學要求設計一定的操作步驟、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計一定的解釋指導內容，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的微觀變化模擬成宏觀圖景加以演示，彌補了化學實驗為難以展現的微觀世界的動態變化。軟件的運用交錯穿插在學生實驗和教師講解之間，教學效果達到了最佳狀態，使學生理解透徹、掌握準確、印象深刻、記憶牢固。
2.對于一些研究物質性質的實驗，運用計算機輔助之后，可以更廣泛的選材，擴大書本內容，提高對比度。例如：在《金屬和非金屬的性質》這節的教學當中，我們可以用計算機預先設計出每種金屬與非金屬的反應現象，這樣學生可以在段時間內看到多個實驗，對比記憶印象深刻，而且毒性較大的物質的反應現象也可以課堂上演示。可見，利用計算機模擬化學實驗，不僅擴大了學習內容的范圍，縮短了學習時間，節省了實驗場地和藥品儀器，還大大提高了學生的學習效果。當然，盡管這是一種很好的教學形式，但它并不能完全取代化學實驗室中的實驗，對于有條件做的化學實驗我們應該盡量多做，這樣可以提高學生的實際動手能力。
（三）利用網絡資源豐富課堂教學內容
【關鍵詞】化學軟件；課程教學；改革；教學模式
隨著現在科技進步和計算機技術在專業和科研中的逐步應用和推廣，專業軟件成為科研、生產和教學中必不可少的素養之一[1]，在化學與化工專業領域，Chemoffice和Origin成為最基礎也是最重要的專業軟件，而且目前用人單位也非常看重學生的計算機應用水平，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。隨著計算機技術的發展，各門學科內已經廣泛使用各種專業軟件，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已經成為化學、化工、醫學等領域的重要表達方式，在科技論文的撰寫與數據處理方面非常重要。隨著生物信息學領域的進展，大數據與計算機模擬計算技術已經成為計算化學領域的重要基礎。本文作者累積了數年的國內化學軟件類課程教學經歷與國外留學經歷，本文擬就此類課程的教學模式進行深入探討。
1 傳統教學的模式
目前，傳統的軟件類課程教學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，在每章結束或者全部課程結束后，安排學生上機教學。這種教學方式的優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，學生學習過于碎片化，課堂教學后，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。雖然在每章結束后，學生可以通過上機對教師的講述內容進行復習和強化，但是教學與上機的相隔時間過長，學生上機時對內容依然非常陌生。
2 傳統教學的課時安排
2012年我系面向化學工程與技術碩士研究生開設了《化學軟件基礎》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]。由于國內眾多兄弟院校均在本科生階段開設類似課程，因此2013年，我系將《化學軟件基礎》課程開設為三年級本科生的選修課程，講述內容依然為上述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，教學效果較差，每款軟件只能講述最基礎的內容。（2）講述內容單調，目前的講述內容均為如何使用軟件，但學生對目前這些軟件在科研與生產實際中有哪些使用實例并不清楚。后續學生每個軟件4學時的上機課時并不能掌握課堂講述內容。
3 課堂教學模式與課時改革
以32課時為例，在講述內容方面，削減軟件數量，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，大部分學生對于該軟件的使用已經非常熟悉，因此可不列為教學內容。Chemoffice是Cambridgesoft公司的一款專門針對化學專業使用的軟件包，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方程式和流程圖，包含各種常用化學鍵、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，對于化學研究和工業生成有巨大的幫助。而Chem3D的最重要功能是可將所繪制的二維分子式轉化為3D視圖。ChemFinder是該軟件的一個數據管理模塊，可以用于檢索化合物的結構，分子式等信息。ChemInfo是一個化學數據庫，包含數十萬種化合物的化學結構，分子式，物性常數等信息。因此，整個ChemOffice軟件自身構成了一個龐大的化學系統，整合了大多數使用者所需的功能。
Origin是OriginLab公司推出的數據分析和繪圖軟件，現在的最高版本為2015版，它的主要功能包括：數據分析（排序、調整、計算、統計、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、面向對象的窗口菜單和工具欄操作，全面支持鼠標右鍵、支持拖方式繪圖等。目前絕大多數的科學期刊都要求使用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。具有強大的數據分析功能，包括線性回歸，非線性擬合，插值，頻譜分析，3D繪圖等。因此也成為化學專業學生必須掌握的軟件之一。
Matlab軟件是目前數據分析領域功能完備、使用較為簡單的數學與計算分析軟件，可以用于化學領域中的數據計算、結果處理、微分方程的數值解析等方面，且可以與Origin軟件進行編程。
因此，本專業的主要課時用于最基礎的Chemoffice，Origin，Matlab這三款軟件上，其中最復雜的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。
化學軟件的使用主要是用來解決科研與生產中的數據統計，示意圖，反應方程式，總結報告等方面，因此，在教學模式上，改革以往課堂教學與上機教學分開的模式，要求學生必須攜帶筆記本電腦上課；改變碎片化教學從菜單和功能講起的傳統模式，以現代高水平科技論文中所使用的化學軟件為實際例子，結合實驗設計、繪圖、數據分析等方面，全方位分析高水平科技論文中的軟件使用技巧，繪圖布局，數據分析以提高講述效果，在課堂講述時，要求學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
目前上述改革已經實施一年，雖然總體上沒有了單獨的上機教學，從總課時量上減少了課時，但是教學效果避免了碎片化，學生至上課伊始就直接接觸軟件的使用，教學與學習效果有了極大的提高。
【參考文獻】
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【關鍵詞】傳統計算機；發展；量子；納米；新型計算機
自1946年第一臺電子傳統計算機問世以來，傳統計算機技術在元件器件、硬件系統結構、軟件系統、應用等方面，均有驚人進步。現代傳統計算機系統小到微型傳統計算機和個人傳統計算機，大到巨型傳統計算機及其網絡，形態、特性多種多樣，已廣泛用于科學計算、事務處理和過程控制，日益深入社會各個領域，對社會的進步產生深刻影響。
一、對傳統計算機的認識
傳統計算機是人類腦力的延伸和擴充，是近代科學的重大成就之一。它按人的要求接收和存儲信息，自動進行數據處理和計算，并輸出結果信息。
1.系統組成
傳統計算機系統的層次結構：內核是硬件系統，是進行信息處理的實際物理裝置。最外層是使用傳統計算機的人，即用戶。人與硬件系統之間的接口界面是軟件系統，它大致可分為系統軟件、支援軟件和應用軟件三層。
硬件硬件系統主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統和各種外部設備組成。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、數據和文件，常由快速的主存儲器（容量可達數百兆字節，甚至數G字節）和慢速海量輔助存儲器（容量可達數十G或數百G以上）組成。各種輸入輸出外部設備是人機間的信息轉換器，由輸入-輸出控制系統管理外部設備與主存儲器（中央處理器）之間的信息交換。
軟件系統的最內層是系統軟件，它由操作系統、實用程序、編譯程序等組成。操作系統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，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，翻譯成機器可執行的機器語言程序。支撐軟件有接口軟件、工具軟件、環境數據庫等，它能支持用機的環境，提供軟件研制工具。支援軟件也可認為是系統軟件的一部分。應用軟件是用戶按其需要自行編寫。
2.系統特點
傳統計算機系統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，還能聯成網絡。①計算：一切復雜的計算，幾乎都可用傳統計算機通過算術運算和邏輯運算來實現。②判斷：傳統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、推理等領域。③存儲：傳統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：傳統計算機一次操作所需時間已小到以納秒計。⑥通用：傳統計算機是可編程的，不同程序可實現不同的應用。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聯網：多個傳統計算機系統能超越地理界限，借助通信網絡，共享遠程信息與軟件資源。
3.系統局限
傳統計算機，它的心臟依賴的是硅芯片，但是一個芯片的面積總有限。如果繼續使用現在的芯片，15年以后，傳統計算機的發展將走到盡頭。在由上海中國工程院院士中心召開的院士沙龍上，院士們曾預言，10-15年后將是傳統傳統計算機發展的“死限”，院士呼吁我國應加快研制新型計算機。
二、新型高性能計算機
硅芯片技術高速發展的同時，也意味看硅技術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新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。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規律進行高速數學和邏輯運算、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基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態.使信息沿著聚合物移動，從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲，由于量子疊加效應，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個數據，同樣數量的存儲位，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實行量子并行計算，其運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據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。
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據運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，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據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。
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分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構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境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。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、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，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據。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分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內產生感應電流。以色列科學家已經研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計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研發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，質地堅固，有著極強的導電性，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。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展來的新的前沿科研領域，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品。現在納米技術正從微電子機械系統起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。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，發揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。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，推動計算機行業的快速發展。
科學在發展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經過一個從無到有的艱難歷程。隨著一代又一代科學家們的不斷努力，我們相信，新型計算機與相關技術的研發和應用，必將推進全球經濟社會高速發展，成為二十一世紀科技領域的重大創新，實現人類發展史上的重大突破。人類未來的生活必將在新型計算機的推動下越來越奇妙，越來越優越。
參考文獻
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關鍵詞：IP板 激光喇曼 拉曼光譜
引言
傳統的X線成像是經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，它是一種模擬數字照相成像系統，將透過物體的X射線影像信息記錄在由輝盡性熒光物質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板取代傳統的X射線膠片來接受X射線照射。拉曼光譜分析技術已經在化工 化學、生物醫學、環境科學、和半導體電子技術等各種領域得到廣泛應用。很多高 等學校都開設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 對結果進行分析，從而判斷IP板的成分[1]。
一、成像板技術簡介
（一）數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 小規格以滿足實際應用需要。IP板是基于某些熒光發射物質（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 質內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 穩定的高能狀態）,形成潛在影像（光激發射熒光中心），再將該IP板置入CR讀出設 備（讀出器，CR閱讀器）內用激光束掃描該板，在激光激發下（激光能量釋放被 俘獲的電子），光激發射熒光中心的電子將返回它們的初始能級，并產生可見光發射，這種光發射的強度與原來接收的射線劑量成比例（IP板發射熒光的量依賴于一次激發的X射線量，可在 1:104 的范圍內具有良好的線性），光電接收器接收可見光 并轉換為數字信號送入計算機進行處理，從而可以得到數字化的射線照相圖像[2]。 CR技術利用的IP板可重復使用（IP板經過強光照射即可抹消潛影，因此可以重復使用）。
（二）IP 板圖像信息的讀出經X射線曝光后保留有潛在圖像信息的IP板置入CR讀出設備內，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，再經光 電轉換器轉換成電信號，放大后經模擬/數字轉換器（A/D）轉換成數字化影像信息，送入計算機進行處理，最終形成射線照相的數字圖像并通過監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，因此可以經過網絡傳輸、歸檔及打印。
二、激光拉曼光譜的發現與發展
（一）激光拉曼光譜的發現
激光拉曼光譜得名于印度物理學家拉曼(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中產生的散射，通過對散射光的光譜進行分析，他 發現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 年的諾貝爾物理學獎。
（二）激光拉曼光譜的發展
在 1928-1940 年期間。由于可見光分光技術和照相感光技術已經發展起來，拉 曼光譜受到廣泛的重視，曾經是研究分子結構的主要手段。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， 紅外技術的進步和商品化更使拉曼光譜的應用一度衰落。1960 年以后，激光技術 的發展使拉曼技術得以復興。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等眾多方面的 優點，成為拉曼光譜的理想光源。隨探測技術的改進和對被測樣品要求的降低，目前在物理、化學、醫藥、工業等各個領域拉曼光譜得到了廣泛的應用，越來越受研究者的重視。
我國科學家在國內開展的拉曼光譜學研究已涉及了廣泛的學科領域，并取得了 許多世界一流的研究成果，在高溫超導體、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域已步入 世界前沿。在理論方面，黃昆于 1988 年發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本質，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。在實驗方面，目前觀察到的6種單聲子模中，美國、德國和印度學者 各占一種，而我國學者卻占了三種，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，我國低維結構的拉曼 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 拉曼光學大會安排作邀請報告。
（三）激光拉曼光譜的應用 拉曼光譜技術以其信息豐富，制樣簡單，水的干擾小等獨特的優點，在化學、材料、物理、高分子、生物、醫藥、地質等領域有廣泛的應用。拉曼光譜在有機化學方面主要是用作結構鑒定和分子相互作用的手段，它與 紅外光譜互為補充，可以鑒別特殊的結構特征或特征基團。拉曼位移的大小、強度 及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵、官能團的重要依據。
在高聚物方面，拉曼光譜可以提供關于碳鏈或環的結構信息。在確定異構體（單體異構、位置異構、幾何異構和空間立現異構等）的研究中拉曼光譜可以發揮其獨特作用。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 高聚物的工業生產方面，如對受擠壓線性聚乙烯的形態、高強度纖維中緊束分子的 觀測，以及聚乙烯磨損碎片結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、活性狀態下來研究生物大分子的結構及其變化。拉曼光譜在蛋白質二級結構的研究、DNA 和致癌物分子間的作用、視紫紅質在光循環中的結構變化、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].實用醫技雜志,2008(12):1570-1571
【論文摘要】本文首先探討了近似計算在靜態分析中的應用問題，其次分析了納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊，最后電子技術在時間與頻率標準中的應用進行了相關的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值。
一、近似計算在靜態分析中的應用
在電子技術中應運中，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生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握，特別是如何應用近似計算。
在工作點穩定電路中的應用要進行靜態分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。
二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機理和現有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現象和相關問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此，納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面，其主要表現在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質結加工
要繼續把現有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當的方法是采用外延、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中，不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的，構建成納米尺度的量子勢阱，這種結構稱作“半導體異質結”。
（2）分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線，但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構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等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展，但該技術何時能夠走出實驗室進入實用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應存儲器
超高密度存儲量子效應的電子“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存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰。
（4）納米計算機的“互連問題”
一臺由數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構及合理整體布局，而整體結構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，就是計算結構中信息的輸入、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，并極快地使用和產生信息，需要有特殊的結構來控制和協調計算機的諸多元件，而納米計算元件之間、計算元件與外部環境之間需要有大量的連接。就現有傳統計算機設計的微型化而言，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上的考慮和限制，連接的數量不可能無限制地增加。因此，納米計算機導線間的量子隧穿效應和導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、設計、性能分析模擬環境
當前，分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發展，利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環境，并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術手冊
交互式電子技術手冊經歷了5個發展階段，根據美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數據庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在，大多數電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術手冊雖然代表不同的發展階段，但是各有優點，較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優點。
簡單的說，電子技術手冊就是技術手冊的數字化。為了獲取信息的方便，數字化后的數據需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術手冊的發展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術在時間與頻率標準中的應用
時間和頻率是描述同一周期現象的兩個參數，可由時間標準導出頻率標準，兩者可共用的一個基準。
1952 年國際天文協會定義的時間標準是基于地球自轉周期和公轉周期而建立的，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，設備龐大，操作麻煩，精度僅達10- 9 。隨著電子技術與微波光譜學的發展，產生了量子電子學、激光等新技術，由此出現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構運動的時間基準。這一方面使設備大為簡化，體積、重量大減小；另一方面使頻率標準的穩定度大為提高（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，規定：“一秒等于133 Cs 原子基態兩超精細能級躍遷的9192631770 個周期所持續的時間”。該時間基準，發展了高精度的測頻技術，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現代微波技術和雷達、激光技術等的發展。而激光技術和電子技術的發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分析中的應用問題、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊后，廣大科技工作者對電子技術在時間與頻率標準中的應用知識的初步了解和認識。在當代高科技產業日漸繁榮，尖端信息普遍進入我們生活之中的同時，國家經濟建設和和諧社會的構建離不開我們科技工作者對新理論的學習和新技術的應用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值是不足為虛的。
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摘 要:目的 研究環氧合酶-2（COX-2）和配體復合物結構中藥物小分子的能量及構象變化，為選擇性COX-2抑制劑的研究奠定基礎. 方法 從PDB庫中提取COX-2與選擇性抑制劑（SC-588）作用復合物的X-線晶體結構，在由美國Tripos公司提供的Alchemy2000平臺上，剝離與之結合的藥物小分子SC-588，然后同孤立態優勢構象進行能量及性質比較. 結果 復合物晶體結構中藥物分子的低能構象及其孤立態優勢構象在能量和性質上均有差異. 結論 分子活性構象并不一定是低能構象，其能量往往介于孤立態能量和復合物結合狀態時最低能量之間，根據活性構象可設計新型藥物分子.
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）通過抑制環氧合酶催化的花生四烯酸炎癥介質前列腺素，達到解熱、鎮痛及治療多種炎癥的目的.環氧合酶有兩種異構酶［1-3］ ，環氧合酶-1（cyclooxygenase-1，COX-）和環氧合酶-2（cy-clooxygenase-2，COX-2）.COX-1主要存在于正常的細胞組織中，催化產生維持正常生理功能的前列腺素;誘導性的COX-2主要存在于炎癥組織細胞中，在炎癥介質的誘導下產生的COX-2催化花生四烯酸，產生致炎前列腺素，加重炎癥反應.研究COX-2選擇性抑制劑成為開發高效、低毒副作用的NSAIDs的新途徑.計算機分子模擬技術和理論化學計算方法在合理的藥物設計得到廣泛的應用.利用計算機模擬這一方便而實用的現代技術，我們可以在計算機屏幕上方便快捷地建造、分析和修改分子結構并利用三維技術實時顯示其立體結構，計算分子能量和立體化學性質及物理化學性質，推算出各種低能構象，進行構象分析并與酶模型相結合，對結構進行優化，由此推斷其活性構象，設計新的藥物分子.
1 理論基礎和方法
1.1 理論基礎 能量極小化方法基于如下思想，認為分子勢能最低構象是最穩定的構象，分子勢能是坐標的函數，通過改變坐標求勢能極小值就可得到低能的穩定構象［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象時的能量，以下是其測得最小能量結構時應用的參數，最小值是指分子構象發生任何小的變化即引起能量增加時的構象，梯度值是原子處于笛卡爾坐標下能量的一階導數，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構發生局部變化而導致分子能量變化時的構象.Alchemy2000中能量最小化程序報告的極小值是指比輸入程序時構象更穩定時的能量值，并不是絕對意義上的能量最小值.本程序利用分子力學方法進行構象分析、優化、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均為Tripos標準力場，這些都是依據經驗勢函數進行計算的，不同的計算方法可以用不同的經驗勢函數.力場參數可通過理論計算和實驗數據擬合得到，根據經驗勢函數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計的PC版桌面操作平臺.硬件需求，至少8MB內存，推薦使用16MB內存，至少40MB硬盤空余空間，SVGA顯示器，Windows3.1或Windows95或Windows98系統.
1.2.2 下載COX-2坐標系文件 第一步獲得COX-2結構，將流覽器連接到Datebase-Bookhaven數據庫，輸入四個字符的COX-2蛋白質識別代碼（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蛋白結構輸入Alchemy2000，剝離SC-558小分子 以*.PDB格式將下載文件輸入Alche-my2000中，利用軟件對復合物晶體結構進行著色，我們可以清晰地觀察到，COX-2是由兩條完全相同的空間結構完全一致的肽鏈構成，分別有自己獨立的活性位點，結合區域，且兩個配體結合位點彼此遠離，可見，兩個配體與酶的相互作用是相對獨立的.此時通過Build模式轉換可將*.PDB轉換為小分子格式*.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，對其進行動力學性質計算.
1.2.4 靜態能及分子性質計算 用上述同樣的方法，再分離出一個SC-558分子，移至新的窗口，對其進行動力學幾何優化處理，計算單點靜態能并進行分子性質計算.整個計算過程均為Tripos標準力場.
2 結果
孤立態優化分子SC-558同復合物晶體結構中SC-558分子性質參數，構象鍵角變化分別列于Tab1，Tab2.孤立態優化后分子SC-558各原子排列如Fig1，同復合物晶體結構中SC-558分子疊合如Fig2.
表1 復合物晶體結構中SC-558同孤立態優化后分子性質參數同能量比較 略
表2 復合物晶體結構中SC-588鍵角值與優化后各鍵角值比較 略
3 討論
本文數據說明分子處于孤立態能量和最低能量時，分子中各鍵角有明顯差異，可見兩者構象是不同的.Fig1可見，鍵角改變是分子中單鍵旋轉造成各原子空間排列狀態不同引起的.不同能量的構象與相適應的酶相互作用，便可產生不同的藥理作用.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構及能量發生改變，藥物分子的構象變化與生物活性間有重要關系，這是因為藥物小分子與大分子的酶間相互適配、誘導契合中構象的互補性.孤立態優化后SC-558分子同復合物晶體結構中SC-558分子疊合發現，同酶作用后分子結構發生改變，說明藥物與酶結合不一定均以最低能量的構象形式.孤立態的分子總是處于能量最低狀態，即具有能量最低的構象，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勢構象［5］ ，與酶結合的構象稱作活性構象，其能量往往介于孤立態能量和最低能量之間［6］ .COX-2的晶體結構已經確定，并已知與抑制劑的結合位點［7-8］ ，它已成為當前最引人注目的抗炎治療新靶點，COX-2選擇性抑制劑設計中，對已知三環系COX-2抑制劑進行改造是一條有效途徑，其三維結構可利用優化后的SC-558為模板，取代相應的基團和原子后，通過分子力學優化后得到.通過孤立態能量計算，推算低能量的各種構象爾后與酶模型結合，其互補最佳者，即為藥物分子的活性構象，根據活性構象可設計新型藥物分子.
圖1 略
在已經獲得了不少體內有重要生理作用的酶的晶體結構數據的基礎上，合理藥物設計領域正在開展著越來越多的基于酶結構的小分子研究.然而，僅僅利用酶的靜態結構很難直接設計出有效的酶抑制劑，因為生物體內所有化學反應幾乎都是在酶的催化下進行的，酶是生物催化劑，所以酶抑制劑的設計一定要進行酶促反應動力學分析，既要分析反應催化部位又要檢測可能的中間產物，致力于發現酶活性中心的構象互補物及反應的過渡態類似物來深入了解酶與 底物的結合機制，基于酶與底物的結合機制來設計酶抑制劑.這樣設計出的化合物抑制作用要比基于酶靜態結構設計的抑制劑活性高出幾個數量級［9］ ，可見，酶抑制劑設計不但需要酶的結構、功能而且要清楚它與藥物作用的方式以及產生生理活性的機制.計算機科學的不斷進步以及量子化學、分子力學、分子動力學與藥物科學的滲透使計算機科學中的數據庫、圖形學及人工智能廣泛應用于藥物分子和生物大分子的三維結構研究，為構象分析、兩者作用模式和機制的推測以及構效關系的研究等提供了先進的手段和方法.合理藥物設計是在分子甚至電子的水平上進行研究，需要先進的技術支持，計算機輔助藥物設計綜合并藉助多學科的先進技術、方法和成果，為合理藥物設計提供強有力的基本工具和手段，計算機輔助藥物設計這門新興學科，使藥物設計進入直觀設計的新階段.
圖2 略
參考文獻
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隨著鋼液潔凈化要求的提高和冶金技術的發展，鋼中夾雜物控制技術亟待解決。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工藝中應用，對于大量鋼種還缺乏合適的控制技術，因此，研究夾雜物的控制技術是潔凈鋼發展應著力解決的問題。要掌握夾雜物細化控制并實現有效利用，首先應了解夾雜物的形成機制。煉鋼過程中內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性質有重要影響，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別研究。以往對夾雜物形核的研究，基本上是基于經典熱力學理論，不考慮粒子尺寸的影響［2］。為此，本文嘗試基于納米熱力學理論研究夾雜物形核過程的熱力學，建立夾雜物形核的納米熱力學模型，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工藝條件下實現夾雜物的超細化甚至納米化控制和有效利用提供基礎理論。1納米熱力學理論基礎對于宏觀體系無外場下，體系內能為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為化學勢，N為粒子數（組分摩爾數）。納米體系與宏觀體系的區別關鍵在于：隨著體系內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生不可忽視的影響。為了描述納米體系的熱力學，許多學者進行了大量研究［3－5］。
20世紀60年代，Hill提出小系統（納米）熱力學的概念［3］，針對納米體系的內能，提出通過在宏觀體系內能基礎上增加一項反映體系內粒子尺度特征的物理量W（稱為“subdivisionenergy”）來表示。W與溫度、壓力、化學勢以及尺寸等有關，納米體系內能為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即轉化為宏觀體系的U、G。所以，納米熱力學問題關鍵在于考慮納米尺度對體系熱力學參數和性質的影響，即W問題。根據界面理論，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。實際上經典熱力學在處理與表、界面相關的過程時，已考慮了W，只是認為γ只與體系T、P、Cj和μ有關，與粒子尺寸無關。對于納米體系，應考慮γ與粒子尺寸的關系，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律，多數研究都是針對某一具體過程進行分析，獲得的模型或規律有一定的局限性。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計算模型
新相形核可以通過均質或非均質形核這2種方式進行。實際生產中，金屬熔體凝固形核幾乎都是非均質形核。對于鋼液中的高熔點夾雜物，除耐火材料外，一般沒有固態質點可供其形核，所以形核方式主要為均質形核，如Al2O3夾雜物。本文針對均質形核過程，基于納米熱力學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。假設形成夾雜物的反應為［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的尺寸依賴關系關于納米顆粒－環境界面能γnano與顆粒半徑r的關系已有報道［9－12］，綜合文獻結果可得：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為界面應力。對式（2）取最大值，可得：式（3）即為考慮納米尺寸效應的界面能與尺寸之間的依賴關系式。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，。根據式（3）得到如圖1所示鋼液－納米o與r之間的關系。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，最后達到穩定，穩定后就可完全應用經典熱力學解釋。KyokoWasai［13］等根據氣－液滴間界面能與液滴尺寸關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－尺寸關系是基于液－固顆粒建立的。
2．2ΔGV，nano的尺寸依賴關系式中：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，即反應的某一時刻t時的反應物濃度積mt與平衡濃度積K′之比，定義為根據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應大于常規夾雜的平衡溶解度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的經典熱力學上的，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的夾雜物形核過程的總Gibbs自由能變化方程。則納米熱力學與經典熱力學形核總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］根據經典形核和擴散理論，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。根據式（11）和式（14），分別計算并繪制出基于經典熱力學和納米熱力學的Al2O3夾雜物的臨界晶核半徑與lnK＊的關系曲線（圖3）。分析圖3可以得出
3點基本結論：1）采用經典形核理論和納米熱力學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＊，納米熱力學計算得到的臨界晶核半徑值大于經典熱力學計算值，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，本文分別采用經典形核理論和納米熱力學模型進行計算。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。許多研究發現鋁脫氧速度很快［13－15］，在形成穩定晶核之前產生大量Al2O3團簇導致lnK＊很快減小，當團簇達到一定數量后，開始形成穩定晶核。在大量形成穩定晶核時，lnK＊的變化范圍約為6～10。采用經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］的計算結果相近。采用納米熱力學計算得到臨界半徑為1．40～2．72nm，略大于經典熱力學計算值，兩者差值為0．38～1．03nm。因為臨界晶核尺寸本來就很小，差值約為經典熱力學臨界晶核半徑的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理論與經典形核理論應用于夾雜物形核過程的差異，隨著試驗技術提高，相信這一問題遲早可以得到直接驗證。而且，以本文為基礎，本研究下一步將采用分子動力學方法對這一問題進行計算機模擬研究，雖不能直接驗證，但可以通過關于納米體系熱力學的研究報道對這一問題予以間接佐證。王金照［16］基于納米熱力學理論，采用分子動力學方法模擬了氣泡形核的臨界半徑，并與經典熱力學進行了對比，發現分子模擬結果略大于經典熱力學計算值，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反應的熱力學參數的影響時得知，隨著納米顆粒粒度減小，反應標準熵、焓和Gibbs自由能均不斷減小，平衡常數增大。這些研究結果也可以間接證明本文的推論。
4結論
1）基于納米熱力學理論，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，采用納米熱力學計算的臨界晶核半徑值為1．40～2．72nm，經典熱力學計算值為1．02～1．69nm，納米熱力學計算值大于經典熱力學計算值。由于試驗技術限制，暫時無法對兩者的差異進行直接驗證，但可從有關納米體系熱力學研究文獻結果得到間接證明，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，本文模型及結果可為后續分子模擬提供理論依據和參考。
關鍵詞：電子商務法；課程；教學方法
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A文章編號：1003-949X（2008）-04-0102-01
一、整體教學方法――模塊式教學法
1．模塊式教學法
模塊式教學法是按照教學過程的基本環節，把課程內容按多元目標進行系統綜合的教學方法。它旨在把一個復雜、相互交叉的課程內容分成若干個基本課程或教程模塊，把相互滲透的教學內容組成系列知識模塊。通過各模塊的優化組合，使教學盡可能適應不同層次和目標的需求，以達到提高教學效果為目的。
2．模塊劃分及模塊法應用
電子商務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）三個環節。所以，《電子商務法》課程的模塊相應地可以劃分為：（1）電子商務交易主體的法律制度（交易前）；（2）電子商務交易行為的法律制度（交易中）；（3）電子商務稅收的法律制度（交易后）；（4）電子商務信息資源的法律法規（交易前中后）。
在電子商務交易前模塊教學中，將交易當事人和交易參加方的權利義務形成一個網絡模塊關系。在電子商務交易中模塊教學中，進一步劃分子模塊，從而形成一個層級模塊關系。在電子商務交易后模塊教學中，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系。在電子商務交易前中后模塊教學中，進一步劃分子模塊，如網絡信息資源提供、數據電文以及電子商務安全等從而形成一個遞進模塊關系。
二、各組成模塊教學方法
1．情景模擬法
情景模擬法把學生分為若干小組，每組代表一個企業，學生分別扮演企業決策者們和參加交易者的不同角色，訓練學生將所學理論運用到實際中，學生和教師對情景模擬情況評說和總結。情景模擬法與單純的說教相比，調動了學生學習的主動性，大大地提高教學效果。
2．圖片演示法
在真正的電子商務交易中，很多概念比較抽象，如電子合同、電子簽名、電子錢包等，學生理解其法律制度較困難。以圖片的形式展示其外觀，讓學生留下直觀的印象，然后闡述相關法律規定，教學效果亦可以大大提高。
3．案例教學法
案例教學法是將案例運用于教學，通過教師展示案例，組織學生討論案例，教師歸納提煉，學生最后演練。優點是以互動的形式使學生掌握如同實際從業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，以替代傳統板書教學的一種方法。優點是能將文本、圖形、圖像和動畫有機結合，清楚明了。在電子商務信息資源的法律法規教學過程中，數據電文與電子商務的法律法規均需要圖文并茂，即采用PPT演示法，才能使這些學生更好理解這些法律法規。
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