化学计量学教学及其目的

1.6　化学计量学教学及其目的

20世纪80年代，化学计量学从学术研究领域发展到进入化学课堂，化学计量学的软件纷纷问世，到20世纪90年代，它已成为现代分析化学工作者不可缺少的工具。

Brown认为化学家习惯于将99%的精力与资源用在数据的收集上，只余下1%用于将数据转化为信息。这种与信息时代的观念相悖的习惯应通过化学教育加以改变。在InCINC’94网上讨论中，Lochmueller等介绍了Duke大学主持的美国国家自然科学基金研究项目，目标是将化学计量学引入主修化学的本科生分析化学实验中。他们将采样（土壤中镁的离子交换－萃取及AA测定）、发现建模及单纯形优化（NMR及中子活化）、重叠峰去卷积及通用秩消去法（HPLCDAD）与化学模式识别（烷烃及烯烃的GC－MS）等列入实验大纲。

主修分析化学的学生掌握化学计量学基础，将有利于他们更好地完成提供化学信息的服务，进而他们还能为智能分析仪器的设计提供新的思路。分析仪器工业是发达国家十分重要的高科技产业。许多新型智能分析仪器的基础部分其实与常规仪器相同，其增值部分往往是智能软件，通常这就是化学计量学的贡献。

作为一个交叉学科，化学计量学的很多内容或方法与当前的一些术语在本质上是相同的。如目前的研究热点——数据信息采掘与知识获取（Data Mining and Knowledge Discovery，简称Data Mining）以及数据分析与信息挖掘技术（Data Analysis and Information Digging）中的各种方法也是化学计量学中常用或研究的热点，从某种意义上而言，只是由于研究背景的不同而有了不同的叫法而已。从历史角度而言，化学计量学这一名词的提出和应用源自分析化学，因此化学计量学课程或相关研究多以分析化学中的问题为背景。

为了便于学生掌握和运用相关方法，本书将结合相关的背景问题进行介绍。首先是一些重要的数据处理、分析方法和信息抽提技术的原理、方法，然后通过具体实际案例问题的解决，演示如何应用合适的方法来处理化学实验（测试）数据，抽提有用的信息，对研究对象进行合理、正确的评价和分析。在具体章节中，着重介绍方法的使用和步骤，理论部分的推导与原理介绍从简或用＊标出，有兴趣及数学基础好的同学可以阅读带有＊号的内容或相关的参考书籍作为拓展。

本教材和课程设置的目的是希望学生能够学会有关的数据处理方法与信息挖掘技术，无论例子来自哪个领域，应着重理解方法的本质和适用范围，而不要拘泥于某一特定领域。因此，化学计量学教学的目的可以说是为了培养学生具备以下科学技能与素质。

（1）学习合理地安排科学实验方案、选择最优的测量过程的方法，以最经济的代价获取最完善可靠的实验数据。

（2）掌握从化学实验和测试数据中抽取信息的方法；从实验（测试）数据中抽提出所需要的信息及有关数据间的基本关系（规律）、用于指导生产实践和科学研究。

（3）良好理解和掌握现代分析仪器中分析软件的原理和功能，为更好地应用相关软件奠定基础，并能利用其所提供的数据解决实际问题。

（4）学习根据不同问题的特点选择合适的方法，建立数学模型去描述研究对象，以解决相关的具体问题。