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教育信息化背景下初中英語教師技術(shù)傾向的現(xiàn)狀與對策探究

應建芬 王陳琦

摘要：本研究依據(jù)教師技術(shù)傾向理論，以173名初中英語教師為研究對象，采用問卷調(diào)查的方式，探究初中英語教師的技術(shù)傾向現(xiàn)狀。利用SPSS 22.0進行的數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計表明：初中英語教師技術(shù)傾向呈現(xiàn)正向性。教師對于計算機及其輔助教學均呈現(xiàn)積極的態(tài)度，技術(shù)性創(chuàng)新意識較強，具有較高的技術(shù)整合教學的興趣，但一般性創(chuàng)新的意識有待加強。鑒于此，初中英語教師應更加積極主動地學習和使用計算機，并在課余時間通過自主學習和參加培訓講座等多種形式學習新的教學理念和教學方法，將理論與實踐相結(jié)合，以期提高技術(shù)整合教學能力，實現(xiàn)教育信息化在初中英語教育中的實際應用。

關(guān)鍵詞：教育信息化；教師技術(shù)傾向；初中英語教師

一、引言

教育部于2019年3月發(fā)布的《關(guān)于實施全國中小學教師信息技術(shù)應用能力提升工程2.0的意見》中指出：信息技術(shù)應用能力是新時代高素質(zhì)教師的核心素養(yǎng)。雖然教師應用信息技術(shù)改進教育教學的意識和能力普遍提高，但仍然存在著信息化教學創(chuàng)新能力不足等問題。因此提高教師的技術(shù)整合教學能力勢在必行，而教師技術(shù)傾向是提高教師技術(shù)整合教學能力的關(guān)鍵因素。中學階段的英語學習是提升學生英語學科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵時期。中學英語教師將教育技術(shù)應用到英語教學的能力如何一定程度上決定了中學英語教學的有效性。因此，本研究依據(jù)教師技術(shù)傾向理論，采用調(diào)查問卷的形式，對初中英語教師技術(shù)傾向進行系統(tǒng)調(diào)研，以期以實證數(shù)據(jù)來揭示當前初中英語教師教育技術(shù)傾向的現(xiàn)狀，并提出相應的對策，供廣大初中英語一線教師和相關(guān)教育主管部門參閱，從而能真正實現(xiàn)教育信息化在初中英語教育中的落地開花。

二、教師技術(shù)傾向的內(nèi)涵與國內(nèi)外研究概況

（1）教師技術(shù)傾向的理論建構(gòu)

美國學者Katz & Raths（1985）首次將“教師專業(yè)傾向”作為教師教育課程中的目標加入專業(yè)知識和技能中。職業(yè)傾向能夠使教師運用教學技能，并在熟練的教學行為中得到很好的體現(xiàn)。在教師專業(yè)傾向的基礎(chǔ)上，Jung等（2006）首次提出教師技術(shù)傾向這一概念，認為教師技術(shù)傾向是教師對于技術(shù)的信念、態(tài)度和自我意識，同時指出TDS-T量表由技術(shù)傾向量表和技術(shù)能力量表組成，并檢測其信度和效度。Singh & Stoloff指出教師技術(shù)傾向與教師的教學方法和知識技能對于學生的成就同樣重要。由于很難定義和衡量傾向，他們開發(fā)了一個傾向評價工具——東部教師傾向指標（ESTDI），并用此對85名職前教師進行了評價。數(shù)據(jù)分析表明，職前教師總體上具有積極的傾向。該研究的意義在于試圖定義和闡明傾向的結(jié)構(gòu)。

Van Braak（2001）的研究探討了課堂中計算機的使用情況與教師個人因素之間的關(guān)系。對計算機課堂使用者和非課堂使用者在年齡、性別、計算機態(tài)度等個體特征上的差異進行了平均差異測試，除年齡變量外，他發(fā)現(xiàn)所有因素均與計算機的課堂使用顯著相關(guān)。這是教師技術(shù)傾向研究的雛形。

本研究借鑒Van Braak（2001）和Jung等（2006）的研究，把教師技術(shù)傾向歸納為以下5個維度：

（2）教師技術(shù)傾向的實踐研究

在實踐研究方面，國內(nèi)外學者多從計算機態(tài)度和計算機整合教學意愿的視角對職前教師和中小學教師進行了現(xiàn)狀調(diào)查和影響因素分析。林秀欽等（2009）采用網(wǎng)上問卷的方式調(diào)查了全國各地教師的信息技術(shù)應用的態(tài)度信念和應用現(xiàn)狀。研究發(fā)現(xiàn)：（1）教師的應用行為在性別、教齡上存在顯著差異；（2）教師的態(tài)度在性別、教齡和地區(qū)上存在顯著差異；（3）教師的應用意愿、成本認同、性別、教齡和價值認同對于其應用行為有一定的預測力，其中“應用意愿”最有預測力。Sang等（2010）的研究主要探討中國職前教師的性別、建構(gòu)主義教學信念、教學自我效能感、電腦自我效能感及電腦態(tài)度對其未來信息通信技術(shù)（ICT）使用的影響。結(jié)果表明，除性別外，預期的ICT融合與所有教師相關(guān)變量顯著相關(guān)。

為了對西部農(nóng)村中小學教師信息技術(shù)使用意向做出分析，并提出有針對性的建議，劉禹等（2012）以寧夏回族自治區(qū)的 115 名農(nóng)村中小學教師為研究對象進行問卷調(diào)查，分析和探討了影響西部中小學教師信息技術(shù)使用意向的因素。研究結(jié)果表明，感知的有用性對教師信息技術(shù)運用行為意向具有直接影響；主觀規(guī)范和工作相關(guān)性作為外部因素，對感知有用性有直接影響；感知易用性對行為意向和感知有用性的影響不顯著。熊丙章（2014）從實證的角度來揭示教師信念對教學整合的影響：學生觀和教學效能對信息技術(shù)與數(shù)學課程整合的影響呈正相關(guān)，其余則呈負相關(guān)；相對而言，自我效能和教學效能對信息技術(shù)與課程整合的影響顯著。李濤等（2017）依據(jù)教師技術(shù)傾向理論，通過對某高校163名大四英語師范生進行問卷調(diào)查，運用SPSS 23.0進行方差分析和判別分析，探討了影響職前外語教師技術(shù)整合教學的傾向因素。研究發(fā)現(xiàn)，職前外語教師的技術(shù)創(chuàng)新性、計算機興趣、計算機輔助教學態(tài)度及計算機自我效能是判別其技術(shù)整合教學的主要指標。

在教育信息化的背景下，國內(nèi)外學者基于教師技術(shù)傾向的理論框架開展了各種實踐研究，在實踐研究中進一步充實其理論框架，促進了教師進行技術(shù)整合教學，深化了現(xiàn)代技術(shù)在課堂教學中的運用。但以初中英語教師為對象的研究較少，而且多數(shù)研究從單一維度進行分析，系統(tǒng)整體的研究仍然較少。

三、研究設計

（1）研究問題

本研究圍繞以下三個問題展開：初中英語教師的計算機態(tài)度及其輔助教學現(xiàn)狀如何？初中英語教師的技術(shù)性創(chuàng)新和一般性創(chuàng)新現(xiàn)狀如何？初中英語教師的技術(shù)整合教學興趣現(xiàn)狀如何？通過對這三個方面的調(diào)查來揭示當前初中英語教師技術(shù)傾向的現(xiàn)狀，并以此為據(jù)，提出相應的對策，希冀對提高初中英語教師技術(shù)整合教學能力提供一定的參照。

（2）研究對象

本研究以2019年8月參加浙江省某高校主持的浙江省中小學教師培訓項目中的173名初中英語省培班學員為研究對象，其具體信息見圖3.2.1。

在年齡結(jié)構(gòu)上，30歲以下的26人（15.0%），30-39歲39人（22.6%），40-49歲76人（43.9%），50歲及以上32人（18.5%）；在職稱比例上，初級教師118人（68.2%），中級教師46人（26.6%），高級教師9人（5.2%）；在教齡分布上，7年及以下的50人（28.9%），8-15年的92人（53.2%），15年以上的31人（17.9%）。此外，從學員名單上的信息看，教師來自浙江省各個地級市，因此該樣本具有普遍性和代表性。

（3）研究工具

本研究以“關(guān)于外語教師技術(shù)傾向的調(diào)查問卷”為研究工具。調(diào)查問卷由初中英語教師背景信息和教師技術(shù)傾向兩部分構(gòu)成。第一部分主要包括教師的基本信息，如年齡、職稱和教齡；第二部分包括教師技術(shù)傾向的5個維度：教師計算機態(tài)度、教師計算機輔助教學態(tài)度、教師技術(shù)性創(chuàng)新、教師一般性創(chuàng)新和教師技術(shù)整合教學興趣，共115題。具體信息見表3.3.1。

這三個量表均采用李克特5級量表統(tǒng)計方法，部分陳述項目反向統(tǒng)計，要求調(diào)查對象對量表中陳述觀點的同意程度進行分級（完全不同意=SD，不同意=D，不確定=U，同意=A，完全同意=SA）。

（4）數(shù)據(jù)收集與分析

問卷調(diào)查在2019年8月2日和8月4日下午進行。筆者首先對教師技術(shù)傾向理論和本研究作了簡單介紹，解釋問卷內(nèi)容，確定被調(diào)查者能明確信息。隨后就問卷的填寫作出說明，以確?；厥諉柧淼挠行?。為了便于收集數(shù)據(jù)，問卷采用問卷星的形式發(fā)放，回收有效問卷173份。數(shù)據(jù)分析運用SPSS22.0，對教師技術(shù)傾向的五個維度進行描述性統(tǒng)計，得出研究結(jié)果。

四、結(jié)果與討論

（1）計算機態(tài)度

對參加本次調(diào)查的173名教師在計算機態(tài)度中每道題的均值和標準差進行的統(tǒng)計分析表明：教師計算機態(tài)度總體呈現(xiàn)積極性，愿意學習和使用計算機。

從表4.1.1和表4.1.2的數(shù)據(jù)中可以看出，表4.1.1的標準差在0.861—1.130之間，表4.1.2的標準差在0.831—1.187之間，表4.1.1的標準差小于表4.1.2，說明在積極態(tài)度方面，教師的選擇比較集中，有139位老師的積極態(tài)度的平均得分高于3.5（偏向于“贊同”），占4/5（80.4%），教師對于計算機的積極態(tài)度差異不大；相反，表4.1.2的標準差較大，說明在消極態(tài)度方面，教師的選擇較為分散，有93位教師的消極態(tài)度的平均得分低于2.5（偏向于“反對”），占一半以上（53.6%），說明教師的消極態(tài)度存在一定的差異。

從平均數(shù)上看，教師對于計算機積極態(tài)度的選擇基本上是“不確定”、“贊同”和“強烈贊同”，平均數(shù)大于3.5（偏向于“贊同”）的數(shù)量有20題，占71.4%，說明初中英語教師對于計算機具有較為明確的積極態(tài)度，他們愿意學習和使用計算機，認為計算機有積極的作用；而教師對于計算機消極態(tài)度的選擇基本上是“不確定”、“反對”和“強烈反對”，平均數(shù)小于2.5（偏向于“反對”）的數(shù)量有21題，占95.5%，說明初中英語教師對于計算機基本上沒有消極態(tài)度。綜上所述，初中英語教師對于計算機呈現(xiàn)明顯的積極態(tài)度，基本上沒有消極態(tài)度，認為使用計算機是可接受的，在情感上基本上是正向積極的，沒有消極的傾向性。

但值得注意的是，計算機積極態(tài)度中最后兩題的平均數(shù)遠低于3.5（偏向于不確定）。通過圖4.1.1可知，有35%的教師對于這兩題的選擇為“不確定”，還有超過1/3的教師選擇“反對”和“強烈反對”，說明一些教師對于計算機本身的態(tài)度并非是積極的，他們只是把計算機作為一個輔助教學的工具，對于計算機本身的興趣還有待提高。

（2）計算機輔助教學態(tài)度

研究數(shù)據(jù)顯示：教師計算機輔助教學態(tài)度呈現(xiàn)出積極的特點，教師具有較高的運用計算機于課堂教學的意愿。

從表4.2.1的數(shù)據(jù)中可以看出，各題的標準差在0.797—1.033之間，說明每一題的選項都比較集中，教師的選擇比較一致。從平均數(shù)上看，教師對于計算機輔助教學態(tài)度的選擇基本上是“不確定”、“贊同”和“強烈贊同”，但平均數(shù)大于3.5（偏向于“贊同”）的數(shù)量有12題，占100%，說明初中英語教師具有積極的運用計算機輔助教學的態(tài)度，他們愿意把計算機運用到課堂教學中，達到更好的教學效果。

（3）技術(shù)性創(chuàng)新

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師具有很強的技術(shù)性創(chuàng)新，他們愿意接受新技術(shù)，相信新技術(shù)能夠促進課堂教學和教師職業(yè)發(fā)展，而且能夠?qū)⑵溥\用于課堂教學中。

從表4.3.1的數(shù)據(jù)中可以看出，各題的標準差在0.756—0.860之間，說明每一題的選項都比較集中，老師對于每一個陳述都做出了比較一致的選擇。從平均數(shù)上看，老師對于技術(shù)性創(chuàng)新的選擇基本上是“不確定”、“贊同”和“強烈贊同”，平均數(shù)大于3.5（偏向于“贊同”）的數(shù)量有10題，占100%，說明浙江省中學英語教師具有很強的技術(shù)性創(chuàng)新意識，愿意把新技術(shù)運用到課堂教學中。由于中學英語教師中年輕老師居多（40歲以下占總數(shù)的37.6%），因此教師比較容易接受新事物，愿意把新技術(shù)運用到課堂教學中去。

（4）一般性創(chuàng)新

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師的一般性創(chuàng)新還有待提高，他們對于新的教學理念和教學方法的接受程度不高，持觀望態(tài)度。

從表4.4.1的數(shù)據(jù)中可以看出，各題的標準差在1.044—1.184之間，說明相較于技術(shù)性創(chuàng)新，一般性創(chuàng)新的各題選項比較分散，教師之間的選擇差異較大。通過進一步地分析，筆者發(fā)現(xiàn)有46位教師的一般性創(chuàng)新的平均得分大于3（選擇“贊同”或“強烈贊同”的較多），超過總?cè)藬?shù)的1/4 (26.7%)，教師之間的差異比較明顯。從總體的平均數(shù)上看，教師對于技術(shù)性創(chuàng)新的選擇基本上是“強烈反對”、“反對”和“不確定”，但平均數(shù)大于2.5的題目數(shù)量有2題，占1/3，總體上有77位教師的一般性創(chuàng)新的平均得分在2.5—3.5之間（偏向于“不確定”），占總?cè)藬?shù)的44.6%，教師對一般性創(chuàng)新的選擇多數(shù)為“不確定”，說明初中英語教師的一般性創(chuàng)新意識還有待提高，創(chuàng)新理念的意識和敏感性還可以進一步加強。

值得注意的是，一般性創(chuàng)新中最后兩題的平均數(shù)高于2.5（偏向于不確定）。由圖4.4.1可知，有超過1/4的教師對于這兩題的選擇為“不確定”，還有近30%的教師選擇“贊同”和“強烈贊同”，說明一部分教師對于新的教學理念比較保守，往往要等其他教師進行實踐并取得一定地成效后才會付諸實踐。

（5）技術(shù)整合教學興趣

數(shù)據(jù)顯示：教師具有積極的技術(shù)整合教學興趣，愿意將技術(shù)和教學進行融合，他們也意識到技術(shù)整合教學能夠提高教學效率，營造有利于學習的課堂氛圍。

從表4.5.1和表4.5.2的數(shù)據(jù)中可以看出，表4.5.1的標準差在0.766—1.188之間，表4.5.2的標準差在1.068—1.219之間，表4.5.1的標準差小于表4.5.2，說明在積極態(tài)度方面，教師的選擇比較集中，有124位教師的積極態(tài)度的平均得分高于3.5（偏向于“贊同”），占71.4%，說明教師的積極態(tài)度差異不大；相反，表4.5.2的標準差較大，說明在消極態(tài)度方面，教師的選擇較為分散，有71位教師的消極態(tài)度的平均得分低于2.5（偏向于“反對”），占41.1%，說明教師的消極態(tài)度存在一定的差異。

從平均數(shù)上看，教師對于技術(shù)整合教學興趣的積極態(tài)度的選擇基本上是“不確定”、“贊同”和“強烈贊同”，平均數(shù)大于3.5（偏向于“贊同”）的數(shù)量有26題，占92.9%，說明初中英語教師對于技術(shù)整合教學具有積極態(tài)度，他們對技術(shù)整合教學具有濃厚的興趣，愿意把新技術(shù)融入課堂教學中。而教師對于技術(shù)整合教學興趣的消極態(tài)度的選擇基本上是“不確定”、“反對”和“強烈反對”，平均數(shù)小于2.5（偏向于“反對”）的數(shù)量僅有3題，占37.5%，說明初中英語教師對于技術(shù)整合教學沒有消極態(tài)度，大部分是不確定的態(tài)度，說明大多數(shù)教師對于技術(shù)整合教學沒有清晰的認知，但他們并不抗拒把技術(shù)與課堂教學進行整合。綜上所述，初中英語教師具有強烈的技術(shù)整合教學的興趣，愿意將技術(shù)與課堂教學進行融合，使課堂氛圍更加和諧，教學效果更加顯著。

但在數(shù)據(jù)分析的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有22位教師缺乏技術(shù)整合教學的意識和能力，他們不善于將技術(shù)運用于課堂教學中，在運用技術(shù)進行合作學習，課程建設，評價學習等方面存在問題。因此，提升教師的技術(shù)整合教學的能力刻不容緩。

四、結(jié)語

通過以浙江省173名初中英語教師為個案進行的初中英語教師技術(shù)傾向的描述統(tǒng)計分析，筆者可以得出以下結(jié)論：就計算機態(tài)度而言，教師對于計算機普遍具有積極的態(tài)度，他們認為計算機對生活和教學有著積極的作用，愿意學習和使用計算機；教師具有積極的計算機輔助教學態(tài)度，他們愿意運用計算機于教學之中，認為計算機是促進教與學的一個良好媒介，有利于提高教學的效果；教師具有較高的技術(shù)性創(chuàng)新意識，愿意將新技術(shù)引入課堂教學中，并期望新技術(shù)能夠改善教學；但就一般性創(chuàng)新而言，教師還比較缺乏創(chuàng)新意識，還不善于接受新的教學理念和教學方法，還可以更加大膽地在教學中做出改變，走出舒適區(qū)；教師具有濃厚的技術(shù)整合教學興趣，愿意將技術(shù)運用于教學設計，合作學習，班級管理，課堂評價和課后作業(yè)等方面，期望提高教與學的效率。

積極的教師技術(shù)傾向能夠有效提高教師的信息技術(shù)應用能力，促進教育信息化，因此教師和學校在如何進一步樹立正向的教師技術(shù)傾向還可以做更多的努力和嘗試，例如：

首先，加強職前教師計算機教育，組織提高在職教師計算機操作水平的培訓。加強職前教師的計算機教育，開設相關(guān)計算機輔助教學的課程，使他們能夠熟練進行計算機的基本操作，為教學服務；對于在職教師也要進行計算機操作水平的培訓，使他們能夠在教學中熟練地運用計算機，提高業(yè)務能力和水平。

其次，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。在職前教師培養(yǎng)的過程中，要多教授國內(nèi)外先進的教學理念和方法，同時進行教學實踐，使職前教師認識到新的教學理念和方法的有效性；組織在職教師進行理論學習并結(jié)合優(yōu)質(zhì)課的觀摩，讓他們看到理論與實踐相結(jié)合所取得的良好效果，鼓勵教師在課堂上多加嘗試。通過應用激勵政策、課題研究、教學評估等方式，進一步鼓勵并督促教師利用信息技術(shù)手段創(chuàng)新課堂教學模式。

再者，提高教師技術(shù)整合教學能力。學?？梢蚤_設相關(guān)課程，讓職前教師體驗技術(shù)整合教學的魅力，并進行實操訓練，提高他們的運用能力；組織相關(guān)培訓和講座，讓在職教師進行相關(guān)的學習和訓練，提高他們的興趣和能力。

注：[基金項目] 浙江省教育科學規(guī)劃2018年度課題“‘PAL’理念下大中小學合作共同體式的英語教師專業(yè)發(fā)展敘事研究——以浙師大附屬義烏實驗學校合作辦學為個案”（項目編號2018SCG347）。

浙江省外文學會2019年專題研究項目重點項目“教育信息化背景下中小學英語教師技術(shù)傾向研究——以浙師大省培項目學員為個案”（項目編號ZWZD2019018）。

參考文獻

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An Investigation of the Status Quo of Middle School English Teachers’ Technology Dispositions under the Guidance of ICT-Integrated Teaching Innovation and Their Countermeasures

Ying Jianfen Wang Chenqi

Abstract: Based on teachers’ technology dispositions theory, taking 173 middle school English teachers as subjects and adopting the questionnaires as the research instrument, this study aims to explore middle school English teachers’ technology dispositions. After the analysis of data by SPSS 22.0, the findings reveal that English teachers’ technology dispositions are positive. They hold the positive attitude to the computer and computer-assisted teaching, their technological innovativeness is strong, their interest in technology-integrated teaching is keen, but their general innovativeness is still rather weak. To promote technology-integrated teaching and realize the ICT-integrated teaching innovation in English teaching of middle school, English teachers should be more active to have a good command of knowing and using the computer. Meanwhile, they should equip themselves with some novel teaching ideologies and teaching methods via self-regulated learning and attending lectures in their spare time to combine the theory with practice.

Key words: ICT-integrated teaching innovation; teachers’ technology dispositions; Middle school English teachers

（本文首次發(fā)表在《基礎(chǔ)教育外語教學研究》2020年第1期）

rom:Preferred Network 編譯:T.R

尋找擁有特殊藥理特性的新分子在研發(fā)新藥的過程中十分重要。傳統(tǒng)的方法將合成一系列候選化合物并用它們進行藥理實驗。但由于化學分子構(gòu)成的空間十分龐大, 合成分子進行廣泛實驗的成本十分巨大。

為了替代在分子空間中搜索期待特性的方法，研究人員提出了新的思路，將人們希望得到的藥物特性加入到重頭開始設計新藥的過程中去。來自日本PFN的研究人員們提出了一種基于可逆流模型的圖生成方法GraphNVP用于高效的合成有效藥物分支結(jié)構(gòu)，并在實驗中取得了良好的效果。

分子的表示

將深度學習應用于分子生成問題中的關(guān)鍵是如何在訓練過程中表達化合物。先前的模型依賴于字符串的表達方式(simplified molecular-input line-entry system,SMILES ) ，利用基于RNN的語言模型或變分自編碼器來生成一系列SMILES 字符串，并將它們轉(zhuǎn)換為分子結(jié)構(gòu)。

下圖中底部的字符串就是分子結(jié)構(gòu)SMILES 分子表示法：

但這種方法最主要的問題在于SMILES 字符串對于鏡像變化不魯棒，使得相同的字符串可能生成特性截然不同的分子結(jié)構(gòu)。為了克服這一缺陷，近年來研究人員開始將更富有表達能力的圖表示引入到分子生成中，將這一問題轉(zhuǎn)換為了分子圖生成問題。

通常分子被表示為一個無向圖。原子和價鍵分別被表示為節(jié)點和邊。分子的結(jié)構(gòu)則被表示為向量的張量A，節(jié)點的特征矩陣X則用于表示原子的種類。分子生成問題此時就可約化為如何生成一個可以表示有效分子的圖生成問題。

包括生成對抗和變分自編碼器等方法都可以用于解決這一問題。先前的生成模型主要分為兩種，一類是一步一步地序列生成各個節(jié)點和邊的模型、另一類則是一步到位，直接生成整個分子圖，十分類似于圖像生成模型。

在這篇文章中為了對分子結(jié)構(gòu)進行精確有效的學習，研究人員提出了GraphNVP的方法，基于可逆的歸一化的流方法flow-based進行分子圖生成。但在分子圖生成的過程中需要有效處理具有稀疏性和離散性的結(jié)構(gòu)，為了捕獲這樣的結(jié)構(gòu)特征并將其編碼到隱空間中，研究人員提出了新穎的兩步法來進行分子圖生成。

分子圖的生成的兩個步驟，分別是表示結(jié)構(gòu)的鄰近張量生成和表示原子類型的特征矩陣生成。第一步通過一個鄰近矩陣表示圖結(jié)構(gòu)，第二步則為節(jié)點的原子賦值。在生成過程中，GraphNVP將依次生成圖的結(jié)構(gòu)，并基于結(jié)構(gòu)來為每個節(jié)點的原子賦值。

基于可逆流模型的分子圖生成網(wǎng)絡

GraphNVP是首個基于可逆流模型的圖生成網(wǎng)絡。下圖中顯示了兩個隱變量的表示過程。其中鄰近矩陣用來獲取圖結(jié)構(gòu)的未知分布，節(jié)點賦值則用于為節(jié)點原子賦予合適的屬性。

在具體的實現(xiàn)中，研究人員使用了兩種新型的耦合層：相鄰耦合層與節(jié)點特征耦合層。學習到的特征相互耦合生成最終的分子結(jié)構(gòu)。

這種兩層的分解服從于圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)精確的最大似然估。為了有效表示這一生成過程，研究人員在模型構(gòu)建的過程中同時引入了兩種可逆的流來分別表示生成過程中的兩個隱變量，這兩種新穎的可逆流方法結(jié)合得到了生成有效分子圖的高效方法，同時發(fā)現(xiàn)模型學習的隱空間可以用于生成期望化學特性的分子結(jié)構(gòu)。

此外，可逆的流模型對于分子圖生成的研究至關(guān)重要。流模型可逆帶來的重要優(yōu)勢是它們可以在極大似然估計中進行精確的計算，而不像VAEs或者GANs一樣不可逆。研究人員認為精確的優(yōu)化是藥物分子生成的關(guān)鍵所在，因為藥物分子對于單個原子的手性替換十分敏感。除此之外，流模型的另一個優(yōu)勢在于可逆性在分子設計中有著重要的作用，完美的構(gòu)建保證了時間的利用率。

只需要逆運行模型，就能利用隱變量構(gòu)建出需要的分子圖，同時便于操縱樣本的生成過程?；诹髂Ｐ涂梢灾庇^的生成或者便捷地查詢分子結(jié)構(gòu)，這對于藥物研發(fā)和優(yōu)化十分重要。

實驗表明，這種方法在兩個分子數(shù)據(jù)集中幾乎可以達到100%的獨特比例，這意味著生成的分子圖幾乎沒有重復。這種方法還可以有效地生成期望化學特性的分子圖，甚至在沒有足夠的先驗知識情況下依然表現(xiàn)良好。

實驗中研究人員從訓練數(shù)據(jù)集中隨機選擇了分子并利用提出的方法編碼到隱空間中表示為Z0，隨后選擇了兩條互相正交的隨機軸，并以Z0作為原點在隨機的軸表示的二維空間中柵格化采樣，并將這些采樣點進行解碼。

下圖可視化了這些隱變量的解碼結(jié)果，相鄰的隱變量得到的分子圖具有鏡像的特征。

同時這一模型還可以對化學結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，下圖中展示了在給定最左側(cè)分子的情況下，通過在最大化QED(quantitative estimate of drug-likeness)的方向上進行隱變量插值得到的結(jié)果。圖中結(jié)果顯示隨著優(yōu)化的進行，這些分子具有的藥理屬性也逐漸增加。這種方法為人們提供了一種優(yōu)化分子藥理特性的良好方法。

如果想了解更多細節(jié)，請參看論文：

https://arxiv.org/pdf/1905.11600.pdf

也可以下載代碼，看看能不能向化學家一樣利用AI合成新的藥物分子：

https://github.com