化学与人类文明结课论文--宁剑

《化学与人类文明》 结课论文 题目：计算机大脑中的化学进化之路

学 院 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 专 业 xxxxxxxxxxxxxxxx

年 级 2012

学 号 xxxxxxxxxx

姓 名 宁剑

２０１5年xx 月xx 日

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计算机大脑中的化学进化之路

化学历史悠久，最早起源于人类文明的起点——火的利用，之后历经了类似于制陶、化学冶金、火药与造纸、炼金术与炼丹术等历史阶段。近代化学开始于16、17世纪，现代化学兴起于19世纪末，

正文：

A4纸打印，不少于2000字，不多于3000字。宋体，四号，1.5倍行距。

结合自己的专业，对化学如何影响人类文明（包括化学发展的历史、化学与材料、化学与能源、化学与环境、化学与健康、化学与医药、化学与人类情感、化学与日常生活等等）写一篇综述，并最后谈一谈对这门课的真实感受，学到了什么东西。

参考文献：小四号宋体，单倍行距。

计算机大脑中的化学进化之路

化学历史悠久，最早起源于人类文明的起点——火的利用，之后历经了类似于制陶、化学冶金、火药与造纸、炼金术与炼丹术等历史阶段。近代化学开始于16、17世纪，建立在英国的波义耳的理论基础之上：元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物，但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西。现代化学兴起于19世纪末，热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而开始建立了物理化学，把化学从理论上提高到了一个新的水平。

1623年，德国科学家施卡德建造出世界已知的第一部机械式计算器，成为计算机世代之父。而现代计算机公认起源于1946年2月14日，美国宾西法尼亚大学摩尔学院教授莫契利（J. Mauchiy）和埃克特（J.Eckert）共同研制成功了ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)计算机。直到现在，计算机的发展已经历了四代，变成了我们面前的电脑，手掌中的智能手机。

那么，当传统化学遇到现代计算机的时候，会产生怎样的“化学反应”呢？在这里就不得不提到一个新兴的名词“计算机化学”。

计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法。计算机化学围绕着“化学信息”这一核心，从计算机化学的基本概念、方法入手，将实验数据、量测信号、谱图、分子结构、化学知识和Internet这一系列看似零散但却有着内在联系的内容串联起来。展现了计算机化学在数据处理、信号分析、结构解析、有机合成、分子设计等诸多方面的应用。认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。

计算机化学覆盖的领域主要有：(1)化学数据挖掘(Data mining)；(2)化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3)计算机辅助分子设计；(4)计算机辅助合成路线设计；(5)计算机辅助化学过程综合与开发；(6)化学中的人工智能方法等。

计算机化学有其独特的解决问题的方法。其面向信息的方法依赖于对已知信息的加工、贮存和检索来解决问题，实现知识创新，是经验性的，突出的实例是各种化学信息系统（数据库）的建立和广泛使用；面向逻辑的方法是基于严格的数学结构和逻辑推理来实现知识创新，本质上是非经验性的。它要求首先将化学中的问题转化为形式数学，才能有效的应用计算机来解决。而绝大多数化学知识的信息量大，又多是经验性的和各种数据类型相混杂的。所以要将化学问题转化为形式数学问题，相对来说是较困难的。这也是计算机化学基础研究的中心。

面对化学的数字化进程，出现了虚拟化学实验室。通过计算机对浩如烟海的化学知识进行有效的处理，可以对某些传统概念进行重新评估、更新和非经验化，开发一系列综合性的数字化工具，来实现由未知化合物的光谱性质确定其分子结构；对结构变化引起的属性变化进行系统的搜索，通过对分子结构进行系统化的规律性变化，研究并找出性质与结构之间的相互关系模型，用于结构修饰和分子设计，高效地预测具有某种关键性质的分子结构，使得合成更有明确的目的性；

还可用智能程序来模仿化学家的思维活动进行高速的推理，将理论化学方法、数据库技术和合成设计紧密结合，建立高效的反应知识检索系统，寻找预测反应性能的可靠方法，最终建成实用的计算机辅助合成设计系统。这就是计算机辅助化学要解决的三个问题：计算机辅助结构解析、计算机辅助分子设计和计算机辅助合成线路设计。比如计算分子性质的方法在考虑分子模型时非常有用，借此可以预示诸如“蛋白质折叠的精细三维几何形状”，目前已广泛用于现代药物化学界进行新药的设计。

计算机化学的特殊性决定了它在化学中的地位。它能帮助化学家提高研究方法，促进化学界和工业界的生产方式不断革新。同时它与迅速崛起的高科技关系密切，是绿色化学和绿色化工的基础，是联系化学化工为国民经济可持续发展服务的桥梁。因此，计算机化学对化学学科发展的促进作用不可低估，没有它的发展就没有现代化学。

计算机对化学的作用，还体现在可以用计算机技术描述已有的化学理论知识、化学反应机理、物质结构、化学实验等。将计算机的多媒体技术与化学知识相结合，用来展示原子、分子、晶体的空间结构，动态性地模拟各种化学键的形成原理、过程和特性，揭示化学反应的内部机理，重现特殊化学实验的全过程。化静为动，变抽象为具体，将在真实世界中难以感觉到的虚幻世界、微观世界真实地模拟出来，使人们对化学的了解和学习进入了一个可视化的世界。

通过十二周的课堂学习，在老师的精心准备和认真讲解下，我了解了化学与人类文明之间密不可分的关系，尤其是化学与材料，化学与医药的发展，带给了我们全新的生活和巨大的便利。此外，化学在现代计算机的帮助下，可以进行各种实验的模拟与计算，极大的加快了化学的发展与进步。另外，我也希望老师在课堂讲解的同时，可以多放一些类似的资料片和记录片，不要总是单调的依赖PPT。毕竟视频和影像更容易让人印象深刻，其丰富的内容能让人了解到更多的东西。最好在加上几个安全且有趣的课堂小实验，那就更好了。

参考文献：

[1]百度百科：《计算机化学》

[2]百度文库：《化学与人类文明》

[3] 百度文库：《浅谈计算机与化学的关系》周明红山西大学商务学院TP3-05