時間：2023-08-16 17:11:30
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1環境工程原理課程實驗教學特點
《環境工程原理》是基礎理論向工程技術過渡的課程，它抽象出了環境工程學科的基本理論和普遍規律，其特點決定了教材難以理解，再加上內容多，公式推導繁瑣，本人在教學過程中，發現多半數的學生對本課程的學習興趣不高，在學習中往往體會不到該課程的樂趣，體會不到重要性，總覺得用處不大，學習中也就自然缺乏了主觀能動性［4］。由于我們課時有限(理論教學50課時，實驗教學20課時)，在理論課的教學中，我們結合本學科的側重點，對內容進行了小范圍的適當刪節和調整，簡化理論推導過程，增強公式的理解和應用，注重公式的應用條件。《環境工程原理》的實踐教學同樣包括課程實驗和課程設計兩大部分(課程設計探索下文再敘)，課程的特點決定了實踐教學與理論教學占同等重要的地位，因為實踐環節的訓練能使學生把環境工程原理的理論來提高工程實踐的思維方式、分析能力和創新能力。這樣讓學生切身感受到環境工程原理的實際應用價值，激發學習能動性。
2環境工程原理課程實驗教學體系
2.1環境工程原理課程實驗教學安排
盡管《環境工程原理》在國內高校已開設多年，但是相關的課程實驗教材參考資料幾乎沒有。自我系開設《環境工程原理》課程以來，一直非常重視實踐環節尤其是課程實驗的安排、改革、研討與建設。因此結合《環境工程原理》課程實驗的特點和我系所在的生物與化學工程學院的學科優勢(我院具有較強的應用化學、化工、生物技術和生物工程等7個本科專業和環境科學與工程一級學科碩士點、應用化學、微生物、發酵工程等9個二級學科碩士點)，我系《環境工程原理》安排了20個學時的課程實驗，幾乎涉及到課程大部分篇章。我們對《環境工程原理》課程實驗的安排主要考慮原則是《環境工程原理》實驗要區別于《環境工程專業實驗》，例如沉降是《環境工程原理》重要的基礎理論，也是《大氣污染控制工程》的重力沉降室、《水污染控制工程》的沉砂池(沉淀池)的重要工程理論，在水處理實驗中，我們也開設沉降實驗(包括自由沉降和絮凝沉降實驗)，因此在《環境工程原理》課程實驗教學講授的方式、深度和范圍，及如何有效和后續專業課程實驗有所區別又能巧妙的銜接對《環境工程原理》課程實驗是非常重要的。最重要的是理論闡述與工程實際相結合，激發學生學習興趣和能動性。所以我們在工業中廣泛應用的單元操作的基礎上，運用環境工程原理基礎理論，提高綜合性、設計性實驗的比例，既使學生了解每個單元操作的基本原理，有能使學生理解這個單元操作在環境工程中的應用，以更寬泛的視覺和更高的高度來看待這些操作，使學生不拘泥于工業操作的模式，使學生可以根據每個單元操作的原理獨立設計實驗，以充分調動學生的創新能力和綜合能力。同時，通過“深化”課程實驗內容，學生可以借助理論知識和課程實驗來發現當前應用的環境工程處理單元的原理和優缺點，提出改進的方向是個重要的課題，也為今后環境工程設計打下基礎。
2.2環境工程原理課程實驗教學設計
我系《環境工程原理》課程實驗以前主要參考和使用《化工原理》實驗教學設備，基本上是通過單元設備和仿真實驗來實際觀察設備的工作狀況，驗證課堂講授的基本內容。我們充分借鑒和吸收《化工原理》、《反應工程原理》和《生物工程原理》等課程實驗，在這個基礎上，結合《環境工程原理》課程特點重新進行了設計和優化。我們擬將《環境工程原理》實驗分為三個層次:基礎實驗、提高型實驗(設計型實驗)、研究型實驗［5］。第一層次是基礎實驗，即教學大綱所要求的實驗項目，包括流體流動阻力系數的測定、孔板流量計校核實驗和吸附等溫線實驗等必做基礎實驗。第二層次為設計型實驗，補充基礎實驗中未體現而在工業中廣泛應用的單元操作，包括恒壓過濾常數測定實驗、吸附動力學實驗及超濾膜實驗等選做實驗。第三層次就是是研究型實驗。例如污染物降解菌的間歇培養實驗(CSTR)實驗。在具體的實驗教學過程中，比如流體流動和流體機械實驗，過濾實驗和吸收實驗，我們主要充分參考了《化工原理》實驗成熟的實驗設置。比如吸附實驗，為了有別于《水污染控制工程》的吸附實驗以及抽象出吸附基本理論，我們設計了吸附等溫線實驗和吸附動力學實驗，這樣不僅使學生深入理解吸附的基本理論，比如Langmuir和Freundlich等溫線，看看他們的相關性系數R2，得出更符合L或者F的等溫線，又可以很好與第三篇反應動力學結合起來，通過研究吸附速率，就是吸附量與時間的關系得出吸附過程是否符合一級或二級吸附動力學。比如沉降，我們開設落球自由沉降實驗，通過這個實驗使學生更能理解流體的Re對自由沉降的影響，熟練掌握Stocks公式的應用，并且理解Stocks定律用落球法測定液體粘度的原理和方法，這樣以能顯著區別于《水污染控制工程》的自由沉降實驗又能使學生深入理解沉降的基本理論。
3結語
關鍵詞：應用型本科院校新建本科院校；生物工程專業；應用型人才；人才培養模式
如今社會對于應用型人才的需求是很大的，學校結合自身對應用型人才的定位以及生源特點和辦學模式，對于大學生的培養應該是以創新與實踐相結合，扎實基礎又具備自主學習能力為特征來進行的，這樣就能解決實際生產所需的問題。同時，才能進一步的提高專業的教學水平，為整個社會提供更多的應用型人才。作為本科院校，對于如何培養生物工程專業應用型人才計劃是一個值得探討的課題，本文就針對此來進行分析探討。
一目前生物工程專業人才培養現狀及存在的問題
目前，在高校教育與行業需求日益突出的矛盾中，“一刀切”的現象還是普遍存在高校的教育中，所謂的“一刀切”現象是指高校還是把培養“研究型”“學術型”人才作為培養的重點，也就是說重視高分而忽視其實踐能力，只是為了考研而存在的理論型人才，這種人才對于社會所需的應用型人才還差著很遠的距離，也因為這種教育方式使得學生的動手實踐能力相當的弱。生物工程專業本身就是一門交叉性的學科，它既涉及到了化學工程，同時也涉及到生物技術等，也就是說其學習的內容跨度比較大，學生在進行學習的時候就會很分散，難以掌握重點。很多高校為了使課程不顯得過重就會刪除掉許多的相關專業課時，也就是說生物工程專業的學生和其他專業的學生課程是一樣的，但是比起化工科或者生物專業的學生來說，所學到的專業知識是沒有他們深入的，過多的理論課占據了主要的學習時間，使學生沒有多余的時間去進行實踐課的學習，這就把學生實踐能力的培養給耽誤了。教育部把生物工程專業劃分為正式的專業課程目錄后，雖然許多高校都相繼開設了專門的課程，這些課程都是與國際本行業的發展進行緊密相連的，也因此就把重點放在了“學術型”人才的培養上。無論是課程的設置還是培養方案都是相同的，就是為了提升考研率，對于社會所需則考慮的過少，這就把高校培養人才的弊端給顯現出來，就是有些脫離實際。高校為了提升考研率就會讓學生犧牲專業課學習的時間專門只針對考研科目進行補習，對于整個專業的學習來說并沒有什么益處，很多學生學完以后對于本專業的學習內容還只是一知半解的了解，知識比較表面，在實踐動手能力更是沒有什么針對性的練習，這些不能繼續考研深造的學生一旦進入社會就無法適應社會的所需，就會出現大量高分低能的現象，所以說這種只在乎理論學習的培養方式是不利于應用型人才的培養的。
二應用型本科院校生物工程專業特色人才培養模式
（一）結合區域經濟發展需求
有關生物工程專業應用型人才的培養模式和高職教學中的技術培養和理論培養都有著一定的區別，其主要就是結合當地的實際情況和社會的需求來設計人才的培養方案，從而對他們進行培養。首先要對課程進行有效的優化，從而合理的安排好每個教學的環節，同時要加強實踐課和實驗課的教學。在進行項目教學的時候，還可以提高學校的合作教育。然后就是根據當地的經濟情況建立起相應的人才培養模塊。在對人才培養的時候，按照生物工程專業人才培養的要求來對學生進行有效的培養，同時對課程進行有效的優化和調整，把握住其中的基礎知識和專業知識的相結合。在面對一些公共基礎課程中，要做好合理的選擇，從而對學生的綜合素質進行有效的培養，而在專業課程的選擇上，主要有一些基礎細胞工程、發酵工程和物質分離工程等，在進行選修的專業課程中，不需要學生把所有的知識都進行系統和完整的學習，而是需要學生結合自己當地的經濟情況進行有針對性的選擇[1]，從而真正的培養出適合當地市場的應用型人才。
（二）建立多學科融合的復合型人才培養方案
應用型本科人才的主要培養目標就是要滿足社會各界的要求，其主要奮戰的地方就是社會的各種高新技術產業。在工業的生產和企業的管理當中，這些人才主要就是工作在最為主要的工作崗位上，直接解決實際的問題，同時維持企業正常的運行。根據《普通高校修訂本科教學計劃的原則意見》、《高等工程教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃》以及《高等學校本科生物工程專業規范》等文件，結合各大工程學院實際情況，在制定應用型專業人才培養方案的時候，要確定人才培養的目標，保證他們將來可以為社會的發展和當地經濟的發展做出巨大的貢獻。在對人才進行培養的時候，不僅要提高他們的專業水平和能力，同時還要提高他們的綜合素質和道德水平，只有這樣才能保證他們可以真正的為社會服務。在對他們進行專業性培養的時候，主要是對物理、化學和生物等學科的基本理論，進行有效的培養，同時還要培養他們相關的技術水平和基本技能等。然后結合當地地經濟實際的發展情況，對學生的應用能力進行有效的培養。對專業方向設置的時候要有針對性，加強實踐和實驗教學，從而真正的提高學生對知識的應用能力，讓他們真正的成為專業的應用型人才。
（三）增加教學實踐性
生物工程應用型人才培養，需要增加教學的實踐性，具體來說，可以增加實驗課程的學時數，像實驗課課程的學時可以增加到32學時，無機化學與分析化學實驗、基礎生物實驗等課程的課時增加到32課時；還有在學儀器分析理論時，對授課內容及課時進行有效的調整，根據專業的特點及需求修改教學大綱，增加相關內容的比重及實驗學時，相應的減少其他內容的比重及學時；微生物學、化工原理等專業基礎課程的實驗學時也要增加。根據教學計劃中一些沒有開設實驗課的理論課也可以增加的實驗學時，像分子生物學與基因工程、發酵工程等，總之通過加大實驗比重來促使學生的動手能力、分析問題、解決問題的能力得到提升。
（四）加強校企合作，強化實訓力度
生物工程專業教學實習是生物工程專業學生的重要課程，主要目的為了讓學生掌握專業課程，并能借助校企合作平臺進入到企業實習，學生在實踐中可以運用課本中的專業知識，使得學生的專業知識得到發展與鞏固，還有學生也能在企業中熟悉與掌握一定的企業經營與管理知識的相關體系，幫助學生提前認識社會。
（五）構建合理的生物工程專業體系
生物工程專業的應用型人才培養需要學校構建出合理的生物工程專業體系，新型生物工程應用型人才培養的新課程體系的設想，構建出重視培養學生應用以及能力為重點的理論課程體系，實踐以及素質拓展的教學體系，結合精簡、重組、融合、增設等方面的途徑，來調整教學內容，開設選修課、實驗課，給學生提供培養創新能力的機會；還有以市場需求為導向[2]，訓練學生的行業能力，開發學生的綜合行業能力。由校企聯合來對課程進行研究，為學生制定出專業技術課程與技能的實訓模塊，突出專業課程的行業特點，以學生行業能力培養為課程的基礎內容，培養學生的學習能力，提升學生的就業適應能力。重視人文與科學最優結合，使得學生的理論基礎為專業理論服務，專業理論為技術的理論服務，使得學生具備綜合運用理論基礎知識的能力，提升學生的就業適應能力。另外，學生綜合運用知識能力的培養是十分重要的，在進行教學的時候，要提高課堂的多樣性，增加教學的靈活性和多樣性，從而培養出適應行業與社會發展的應用型人才。
（六）優化實踐教學體系
生物工程專業技術的應用型人才培養，需要重視學生技術應用能力以及工程意識的培養，對實驗、實習、見習等是實現生物工程專業技術應用型人才的培養的重要途徑，由此構建出完善的分類設計、分層施教、分步實施、獨立設置等課程，結合實踐教學體系，圍繞生物工程專業技術應用型人才的培養目標，構建出實驗課程、認識實習、畢業設計等組合的實踐教學體系，在構建完善的實驗課程體系的同時，要關注實踐教學內容的設置。可以將實驗課程課程分為必修實驗、選做實驗、自選實驗等三種類型，讓學生根據自身的學習需求來進行自主選擇，為實驗課程的發展提供更加廣泛的空間。另外，對于實驗課程來說，要適當減少驗證性的實驗比例，增加設計性、綜合性的實驗比例，逐漸將實驗課程轉變成為驗證性、設計性、綜合性的實驗組成體系。
三結語
生物工程專業特色人才培養方案的實施必須落到實處，在實施過程中不斷優化，著實提高應用型本科院校生物工程專業人才培養的質量。
參考文獻
[1]李常健，黃光文.新建本科院校生物工程專業應用型人才培養模式研究[J].湖南科技學院學報，2007，12:31-33.
關鍵詞：分層教學；制藥工程；創新能力
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）10-0158-02
《制藥工程》是一門實踐性強，需要在學生掌握較多的基礎知識、專業知識的基礎上，結合當前的中醫藥工業發展趨勢，解決實際的工程問題，通過分層教學方案實施完善各個教學環節，使不同水平的學生均取得了較好的學習效果，能使不同層次的學生都能在一定程度上得到發展和提高，享受到成功的喜悅，并能較好地適應專業工作崗位，開展創新研究工作，促進我國制藥工業的發展。
一、《制藥工程》開展分層教學的意義
分層教學又稱分組教學，是根據學生的現有知識、能力水平和潛力傾向相對地把學生科學地分成幾組各自水平相近的群體，并加以有區別的對待，采用恰當的分層教學策略進行分層次教學，使每一個學生均得到最好的發展和提高。
《制藥工程》是在藥學、化學、化學工程學等的基礎上形成的一門學科，是與藥學、工程學和經濟學等學科密切結合的綜合性應用學科。涉及的內容有制藥工程項目設計的所有內容，包括工藝、安全、經濟等。教學目標是通過本課程的學習，使學生掌握制藥工程項目的設計程序、方法、各項技術，把握制藥工程的前沿，使學生能將所學理論知識與工程實際銜接起來，從工程和經濟的角度去考慮技術問題，具有藥品新產品、新工藝研究、開發和設計的初步能力，提高綜合分析能力和自主創新能力，并逐步實現由學生向制藥工程師的轉變。
大學教學是培養學生素質和能力為目的，《制藥工程》是一門實踐性強，與當前的中醫藥工業發展密切相關的課程，需要前期學習藥劑學、制藥工藝學、工程制圖等大量基礎課、專業課的基礎上，開展綜合運用，并且要與制藥工業發展趨勢緊密結合，需要學生在前期打下扎實的基礎，然而在實際上學生的基礎、領悟力、理解能力、綜合概括能力、創新能力等參差不齊，造成學習制藥工程的效果具有明顯的差別，而且受到課時數、實踐條件等各方面限制，采用一般的教學方法很能達到較好的教學效果。
因此《制藥工程》采用分層教學方法，根據制藥工程的各項內容、要求等，結合專業目標、方向，實施分層教學策略，可以使從不同層次、不同角度使每一位學生均得到提高和發展。
二、分層教學的教學對象、分析
本校《制藥工程》面向的專業主要是制藥工程、生物工程專業（四年制），均為工科專業，本課程分別安排在第7、6學期。
專業不同，知識結構、培養目標不同。制藥工程專業學生已學習藥物化學、藥物合成反應、藥物分析、生化工程、化工原理、藥劑學、生物工藝學、生化制藥學、制藥工藝學等方面的基本理論和基本知識，要求培養學生具有對醫藥產品的生產、工程設計、新藥的研制與開發的基本能力。生物工程專業學生已學習基礎生物學、生物化學、工業微生物學、工程制圖、電工技術基礎、化工原理、細胞工程、酶工程、基因工程、生物工藝學、生化工程、生物工程設備等方面的基礎理論和基本知識，要求培養學生能在生物技術與工程及中醫藥領域從事設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發的工程技術人才。
同專業班內學生的個體情況不同，個性差異現象明顯，學習層次也截然不同。新課程改革強調教學必須面向全體學生，同時，要正視學生的個別差異。根據《制藥工程》不同的授課專業、班內不同水平、個性差異，從學生的實際情況出發，從學生的個別差異出發，開展有差別的教學，采用分層教學，倡導“因材施教”，使全體學生共同進步。
三、分層教學的實施方案
如何開展分層教學，主要從調研、分層（分組）、備課分層、授課分層、作業分層、評價分層、及結合輔導、網絡等多方面開展實施。
1.認真調研分析，實施科學分組。首先分析不同專業，根據專業的培養目標，制定本課程的教學目標、基本教學方法和手段，確定需要掌握最基本內容。然后開展調研，通過問卷調查表、交談溝通等手段，掌握每個學生的學習現狀、基礎、能力等，認真分析全班學生的共同特點和個別差異，根據學生的成績、智力情況、自主學習能力、綜合能力、個性特點等因素，結合教材、教學目標將學生相對地分為ABC三個層次[1]：A組（平時成績優秀，基礎扎實，接受能力強，學習方法正確、綜合素質相對較高）、B組（成績中等，基礎和智力一般，有一定的上進心，學習相對比較自覺）、C組（學習積極性不高，基礎、智力較差，接受能力不強，學習上有一定困難）。建立學習小組[2]（每個學習小組由4～5位同學構成，并任命一名同學擔任小組長）。教學過程中并可根據學生的情況或請求可做調整。
2.落實教學思想，優化分層教學環節。（1）備課分層。備課時根據學生分組和學生的實際情況進行分層備課，認真鉆研課程標準和教材，從教學目標、教學內容、教學時間、教學步驟、教學方法等多個教學設計環節中，體現共同的目標外，對A、B、C三個層次的同學分別提出不同的教學要求。如A組要求在掌握基本知識外，重點培養其創新意識；B組要求熟練掌握基礎知識，并能靈活運用基本方法和技術，解決實際工程問題；C組要求掌握課程的基礎知識，學會基本方法，初步建立工程的理念。（2）授課分層。分層教學中最重要的一個環節是課堂實行分層授課。限于大學教學的客觀條件，不可能在同一堂課里將不同層次的學生分開授課，因此在實際的課堂教學活動過程中，既要有統一要求，又應有區別對待，既有主攻基本目標，面向全體學生的環節，又有分層次目標，兼顧優秀、困難生的環節，主要通過把握課堂提問的層次，讓各層次學生都學有所得。對A組以鼓勵創新為主，給予思路點撥；對B組以激發興趣為主，開拓思路；對C組以增強信心為主，灌輸工程理念。可以在講授知識時提問B組，利用他們在認識上的不完善，把問題展開，提供思路，開展知識點相關研究；也可采用設計不同梯度的問題，讓不同層次的學生都參與到教學活動中來，以滿足不同層次學生的學習需要，都能體驗到成功的喜悅。（3）作業分層。作業分層應考慮學生的心理承受能力和知識實際水平，減少差生的作業量，使其在不抄襲的前提下能夠回答，逐步培養繼續學習的興趣和信心；適當增加優秀學生的作業量，讓其有機會體驗到挑戰成功的愉，循序漸進地訓練，使學生不斷得到進步，在建立制藥工程理念的基礎上，逐步建立知識框架，提高相關解決制藥工程設計的相關技術、方法。作業分必做、選做兩類。必做作業根據教學大綱、教材、教學目標的基本要求，設計比較基礎的題目，全班統一標準，統一要求；選做作業根據優等和中等水平學生的學習水平設計，要求優等生必做，通過平時成績的考核加分鼓勵中等生都能去做，如一個簡單的制藥工程設計項目。（4）輔導分層。輔導是課堂教學的延伸和補充，同時制藥工程課時數有限，作為一門與制藥工程實際密切聯系的課程，課外輔導是重要的補充環節。具體根據學生的個性差異、學習能力、自覺性，安排有針對性的輔導，主要通過督促檢查制藥工程設計項目完成過程中的疑難和困惑。對優生的輔導注重各知識點之間的聯系和區別，注重創新思維的培養，并通過提供制藥工程設計的實際問題，充分開發其學習的潛能；對中等生重在分析和解決問題能力的培養，輔導如何將教材的各知識點綜合利用、融合，以解決基本的工程設計問題；對困難生，降低問題的切入點，重點在最基本的知識點的掌握，制藥工程知識框架的構建和工程理念的樹立。在輔導形式上，除采用個別輔導外，通過成立課外興趣小組，團隊合作，共同完成一個制藥工程設計項目，使學生整體優化。同時積極結合網絡技術、方法，開展多途徑、多形式的輔導方式，以便獲得積極、有效的教學效果。（5）評價分層。學期總評時對不同層次的學生要采用不同的評價標準進行分層評價，分別采用嚴格性評價，激勵性評價和賞識性評價，最后綜合評估。對困難生主要采用賞識評價法，發現其閃光點，肯定他們的點滴進步，調動他們學習的積極性；對中等生采用激勵性評價，既揭示學習中的不足又指明需要努力的方向；對優秀生采用競爭性、嚴格性評價，堅持高標準、嚴要求，促使他們更加嚴謹、謙虛，不斷超越自己，提高其創新能力。
四、分層教學的實施效果
通過對《制藥工程》開展分層教學以來，生物工程、制藥工程不同專業、不同水平的學生均得到了大幅的提高，課堂反映良好，不同層次的學生體現不同層次的提高，困難生在掌握制藥工程基本概念的基礎上，基本樹立了制藥工程的工程理念；中等生學會如何綜合貫穿教材中各個知識點，并基本能通過學到的技術、方法完成基本的設計方案；優秀生能密切聯系工程實際問題，完成完整的項目設計，并能結合目前的發展趨勢思考、突破創新，優化項目設計內容。結合課外輔導、網絡交流，創造較好的學習環境，鍛煉其團隊合作的能力，每一個學生都享受到成功的喜悅。
五、總結與反思
在制藥工程教學中開展分層教學取得了較好的教學效果，各層次學生反映也較好，但仍有個別學生因為輔導不足、參與性不足、自覺性不足等原因，未能達到預期的教學目標，因此在以后的分層教學實施中仍要進一步完善教學環節，及時調整學生層次，以最大程度地提高學生學習積極性，繼續完善分層評價方法，如合理設置小組，培養團隊合作精神，多渠道獲得學生反饋，調整方案及調整相關策略。
參考文獻：
我們開展分子生物學教學改革遵循兩條基本原則：一是適應普通高等教學需求的基本原則；二是適應本學科發展和人才培養需要的基本原則。在堅持兩個基本原則基礎之上,我們提出三條改革思路:一是針對生物工程類專業特點,突出分子生物學在現代工業微生物研究和改良中的應用趨勢和途徑,加強學生對專業的理解和本學科的認識;二是遵循高等院校教學特點,從教學方法和教學內容等方面進行改革和探索,建立一套能夠培養理論素養與實驗能力并重的工程化人才的分子生物學教學體系;三是加強理論知識與實際應用實例相結合的教學方式,在理論中強調應用,在應用中引出理論,使學生在有限的教學課時內消化理論知識的同時拓展視野并加強對本學科的理解。
2教學改革具體內容
2.1優化教學內容
我們在進行分子生物學課程的授學時,首先針對生物工程類專業特點選擇合適的教材并制定教學大綱。經過比較和分析,我們選擇趙亞華編著的《分子生物學教程》(第三版)(普通高等教育“十一五”國家級規劃教材)作為基礎教材,該教材主要闡述的是狹義分子生物學所涵蓋的范疇,編寫內容具有條理清晰,語言簡練,信息量大,實例豐富等特點,并且全書系統地在重要的知識點后附有簡要小結,便于學生在學習和復習過程中從繁雜的信息中快速的查找和理解重點內容,比較適合于普通高校生物工程類專業教學使用。分子生物學課時少而內容繁雜,在有限的課時之內不可能按教材內容全部講授,學生也不可能全部能夠接受。因此,在實際教學過程中,我們必須結合專業特點,對教科書內容進行取舍,并根據專業的培養目標進行補充,突出專業領域涉及的重點和難點。因此,選定教材之后,我們根據生物工程類專業特點對教學內容進行了優化:(1)弱化學科交叉重復部分,分子生物學是在多個學科的基礎上發展起來的,也決定了分子生物學中有很多理論知識與其它學科具有交叉和重復,如生物化學、遺傳學、酶學和微生物學等,我們在分子生物學的實際教學過程中對已經學習過的交叉部分的知識點采用復習的方式快速進行;(2)強化對與專業相關的理論知識講解,例如DNA的重組、真核生物與原核生物基因的轉錄和表達調控等內容;(3)引導介紹與本專業相關性不強的知識點,學生如有興趣可以利用課外時間進行學習,以滿足求知欲望較為強烈的學生的學習要求,如噬菌體基因的表達調控、病毒的分子生物學等;(4)結合專業方向補充教學內容,加大應用實例講解,促進學生對理論知識的理解,例如講解特異位點重組內容時,可以結合目前研究領域應用較多的Xer/dif重組系統進行講解,讓學生理解了特異位點重組概念和過程的同時,又學習了該重組理論最新研究進展及其在微生物代謝途徑工程中的應用,從而實現教學內容的理論性、專業性、實用性、學術性和前沿性并舉。
2.2改革教學方法
對大學生而言,分子生物學是一門及其抽象的學科,其中涉及的理論體系和生物過程復雜而又晦澀難懂,極其難以掌握,采用傳統的填鴨式教學,學生的學習興趣不高,學習效率有限,因此創新教學方法,改變授課方式,使抽象化的概念能夠直觀地呈現在學生面前,對提高學生的學習興趣并提升學習效率尤為重要。我們在實際教學中,對教學方法做了以下改革:(1)采用多媒體教學,結合大量精美圖片、動畫和視頻,將抽象的、理論的生物過程或概念中涵蓋的大量信息有效、生動、形象化地展現給學生,例如,蛋白質合成過程中涉及的起始、延生和終止三個過程以及延生過程中涉及的進位、轉肽和轉位三個反應實際上是一個連續的動態過程,中間涉及的概念和因子很多,通過板書無法有效地進行形象化演示和解釋,而在多媒體教學方式下,借助大量圖片和動畫實現靜態和動態相結合的方式講授該生物過程,可使學生有效地理解并掌握該部分內容;(2)大力利用網絡資源,搜尋與講授內容相關的精美圖片和科教視頻,補充教材內容的不足,從不同視角、不同階段對重點內容進行闡釋,幫助學生對難點的理解和掌握,例如,RNA干擾技術是一個比較抽象的概念和過程,課堂調查中發現學生很難理解雙鏈RNA的產生、水解蛋白的作用過程等概念,在我們的實際教學過程中選用一段網絡公開視頻通過三維動畫模擬,使學生輕松地“看到了”生物體內RNA干擾過程,極大地幫助了學生對相關過程的認識和理解;(3)利用生物學分析軟件演示促進學生理解,在現代分子生物學研究領域,無論是簡單基因的比對分析還是復雜的蛋白質定向進化模擬都離不開專業的生物學分析軟件,在教學方面利用生物學分析軟件也可以達到事半功倍的效果,例如,在講授蛋白質的編碼基因序列和開放閱讀框兩個概念的時候,學生短時間之內無法深刻理解,如果使用生物學分析軟件對一條基因進行分析演示,學生可以一目了然地“看到”CDS與ORF之間的聯系與區別;(4)結合實例對重點理論進行剖析,例如基因表達調控部分內容,在目前的科學研究領域和實際工業化應用領域研究都極為廣泛,但在實際教學時,由于知識點多,過程復雜,學生在學習過程中往往感覺到枯燥而不知所以然,此時即可在教學過程中結合某個具體的相關研究項目(例如碩士研究論文、博士研究論文或科研基金研究項目)的目的、意義和方法等進行講解,達到理論學習與實際應用相結合,在實例中引出理論概念和過程。通過大量實例的講解,不僅促進了學生對理論知識的理解和掌握,同時加深了學生對本學科的認識,拓展了學生的視野,培養了學生在實際應用中解決問題的思維能力。
2.3強化實驗教學
分子生物學是在實驗論證的基礎之上建立并發展起來的對實驗技能要求很強的一門實驗性學科,因此，分子生物學的教學也必須有實驗教學作為支撐,只有在理論教學和實驗教學相結合的模式下才能使學生學以致用,達到真正理解并掌握分子生物學的教學目的。對工科的生物工程類專業,實驗教學具有舉足輕重、不可替代的作用,是培養學生動手能力和創新能力的基礎。在我們的實驗教學改革中,將每個班分為10組,每組3～4人,每個學生可以且必須單獨完成實驗操作,掌握本專業應用最為廣泛的基因工程操作技術中常用的經典方法。實驗教學時間與課堂教學時間比例設置為1∶2,保障有1/3的教學時間用于實驗教學。實驗內容主要圍繞基因工程操作技術經典的四個步驟進行,即目的基因的獲取、重組載體的構建(克隆載體)、受體細胞(大腸桿菌)轉化、結果驗證,在此過程中連續進行染色體提取、連接、大腸桿菌感受態細胞制備、轉化、質粒提取、限制性酶切以及瓊脂糖凝膠電泳檢測等基本操作,使學生掌握DNA體外重組過程中使用的基本操作方法和技術原理。在上述實驗過程中,多數實驗步驟中都是微升級反應體系,對學生的動手能力和分析能力要求極高,因此,通過分子生物學實驗教學可以培養并強化學生的“精細化”實驗操作能力,為培養動手能力強,專業素質過硬,分析能力嚴謹的合格大學畢業生做出貢獻。
3結語
【關鍵詞】抑制劑；酶動力學；微課；教學設計
教學設計是根據教學對象和教學目標，解決教什么、怎樣教的問題，以教學效果最優化為最終目的。“微課”是指以視頻為主要載體，記錄教師在課堂內外教育教學過程中圍繞某個知識點（重點難點疑點）或教學環節而開展的精彩教與學活動全過程。是將來比較熱門的教學模式，其主要特點就是教學時間短、內容小、促進教師的專業成長，提高學生學業水平。本次微課教學選擇《生物化學》課程酶學中的一個重要問題，利用18分鐘左右的時間將其順利完成，力爭達到預期目標。
1教學目標
1.1 使學習者準確理解和掌握酶抑制劑的概念和分類，不同抑制劑會導致動力學參數怎樣的改變，原因是什么。
1.2 使學習者提高學習知識的技能，例如在分析三種可逆抑制劑對動力學參數的影響時怎樣用自己的語言來描述。
1.3 使學習者掌握研究問題、分析問題、解決問題的方法，微課中講到的磺胺類藥物的作用機理就是實際運行理論來分析問題的典型案例。
1.4 為后續酶工程的學習奠定基礎。
2重點與難點
2.1 重點：認真分析概念、分類等途徑使學生理解和掌握抑制劑與變性劑等概念的區別，動力學參數變化。
2.2 難點：怎樣從根據米氏方程中參數Vmax及Km的物理意義進一步分析其變化本質。
3學情分析
《生物化學》課程作為輕化工程、化學工程與工藝專業課程在目前具有重要的意義，通過該課程的學習，使學生對本專業發展及應用有較大的幫助。根據培養計劃，在教學過程中針對具體專業培養目標、學生實際情況確立教學目標，重點選擇相應內容進行講解，為其所用，因此具有很強的針對性；教師具有近10年的生物化學一線教學經驗；學生前期已學有機化學、無機及分析化學等基礎課程；教材選用高等教育“十一五”國家級規劃教材《生物化學簡明教程》（第4版）張麗萍，楊建雄主編（高教出版社，2009）。
4指導思想
通過前期各位專家在網絡會議上的講解、我校教務處多次會議的分析及參加兩個微課群的討論，構建起我對微課的初步認識，形成自己的一些看法，并將這些看法融入到我的教學行為中，成為教學設計、制作微課錄像的指導思想。首先，微課教學要圍繞著一個自成體系的小問題來設計，因而不能像課堂教學哪有可以講幾個問題。我選擇“抑制劑對酶動力學影響”正是基于以上考慮。其次，微課做出來是給那些需要了解或學習這方面知識的受眾看，因而這個知識一定要具備整體性和獨立性。如果像課堂教學（具有很強的連貫性）那樣，先來一個“上節回顧”之類的前奏，應該不太合適。因為觀看者并不知道上次講解的內容，或者說他無需知道，因為他關心的是現在的內容。如果他想學習“上節回顧”中的知識，他可以去看這方面的微課。再次，微課授課的過程是講授者面向網絡中的觀看者來講解的，我在講，他（們）在看，因此，在錄制時可以想象他（們）就在我的面前，所以在稱呼上就要與課堂教學不同了。否則，如果張嘴就是“同學們”，“大家好”，“你們”，是否會讓觀看者很不舒服？最后我認為微課不等于課堂教學的縮小版，受眾也不是旁觀者，如果將微課錄制成了一種課堂教學的模式，那就變成了網上的受眾在一旁看你是怎樣教課的，看你與現場學生是怎樣互動的，儼然成為一個看客、旁觀者，這是不合適的。基于上述的感性認識，作為我進行微課教學設計和錄制的“指導思想”。
5 教學方式與方法
5.1 問題探究法：在講解抑制劑對酶動力學參數影響時，先提出3個問題，讓學習者帶著問題去看視頻，從而更有針對性和目的性，在觀看時不局限于被動接受信息，而是主動分析、處理信息。在講解抑制劑概念時對其特點的分析就是為后面抑制劑分類奠定了重要的基礎。
5.2比較教學法：課程中可逆抑制和不可逆抑制的概念；競爭性抑制劑、非競爭性抑制劑、反競爭性抑制劑的概念全部進行比較（對比）式教學，使學習者進行比較學習和掌握，理解和記憶都得到提高，起到很好的教學效果。
5.3 啟發式教學：知識的學習絕不是灌輸，而是思考后的結果，因此在講課時不斷創設一些思考點，讓學習者在不知不覺中跟著老師的思路，不僅使學習者不感到疲勞，關鍵是形成自己的知識。
5.4 案列分析法：知識來源于生活、高于生活，所有知識的學習目的也要運用于生活，在講課過程中，充分運用磺胺類藥物的抗菌機理，進行深入分析，講透其本質，完美的解釋了競爭性抑制劑的作用，同時引導學生對其他方面相關知識進行分析和解釋，避免膚淺認識。
6 教學過程安排
7 作業與考核
（1）競爭性抑制劑使酶促反應的km增大 而Vmax 不變 。
（2）磺胺類藥物能抑制細菌生長，因為它是 對氨基苯甲酸 結構類似物，能 競爭 性地抑制 二氫葉酸合成酶活性。
（3）酶的競爭性抑制劑具有下列哪種動力學效應：（ A ）
A、Vm不變，Km增大 B、Vm不變，Km減小
C、Vm增大，Km不變 D、Vm減小，Km不變
（4）關于酶的抑制劑的敘述正確的是：（ C ）
A、酶的抑制劑中一部分是酶的變性劑 B、酶的抑制劑只與活性中心上的基團結合 C、酶的抑制劑均能使酶促反應速度下降 D、酶的抑制劑一般是大分子物質
（5）丙二酸對于琥珀酸脫氫酶的影響屬于（ C ）。
A 反饋抑制 B 非競爭性抑制 C 競爭性抑制 D 底物抑制
（6）inhibition（抑制作用）酶的必須基團化學性質的改變，引起酶活力降低或喪失。但酶未變性。
（7）irreversible inhibition（不可逆抑制作用）抑制劑與酶的必須基團以共價鍵結合而引起酶活性的喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。
（8）reversible inhibition（可逆抑制作用））抑制劑與酶的必須基團以非共價鍵結合而引起酶活性的喪失，能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。
（9）competitive inhibition（競爭性抑制作用）抑制劑與底物競爭酶的結合部位，從而影響了底物與酶的正常結合。
（10）noncompetitive inhibition（非競爭性抑制作用）底物和抑制劑同時與酶結合，兩者沒有競爭作用。抑制劑和底物可以同時結合在酶分子的不同部位上，形成ESI三元復合物。但是，中間產物ESI三元復合物不能進一步分解為產物，酶活力降低。
（11）uncompetitive inhibition（反競爭性抑制作用） 酶只有與底物結合后，才能與抑制劑結合。與抑制劑結合后的三元復合物不能形成產物。
8 設計說明
8.1 微課設計與講授貫徹微課“短小精悍”的特點，緊緊圍繞著一個知識點展開，力圖將這個酶學中比較重要、比較難學的知識點講清楚、講透徹，目的性強；
8.2 微課內容比較難，有些地方比較抽象，如何將抽象的知識變得生動有趣，就是本次微課的最大挑戰。通過對比教學、圖片結合、肢體動作、通俗化的語言比較好的淡化了抽象的概念，變得具體、形象、生動，盡量做到由淺入深、深入淺出，這是本次微課的最大特色；
8.3 微課秉承“以學習者為主體”的原則，整堂課問題、玄機不斷，充分調動學習者的思維，使其在不知不覺中完成了知識的學習，既掌握了知識，也運用了知識，會有很大的成就感，并且，由于在整個過程中重視學習者的主體地位，使學習者有一種受尊敬被重視的感覺。
9 教學評價
9.1 自我評價：教學思想先進，符合時代要求；課程內容安排合理，條理性強，符合認知規律；信息量大；教學內容理論聯系實際，注重學生綜合素質和能力培養。因材施教，方法靈活；課程講授能激發學生的學習興趣，促進學生積極思維和調動學生潛在的能力，給學生以深刻的創新熏陶；積極開展教學法研究與應用，科學、合理、有效使用現代教育技術，效果好；注重引導學生自主學習；
9.2 同行專家評價：多次進行過公開課，專家評價良好。（見公開課評價）；
9.3 學校評價：近五年獲得較多學校教學方面的榮譽。（省現代教學技術優秀獎、校教學優秀獎、教壇新秀、教學十佳等）；
9.4 學生評價：近五年學評教為A（見學校教務處評價系統）。
10 教學反思
10.1 語言不夠嚴謹、精煉，缺乏活力，在錄播時緊張，個人平時教學特色不能充分發揮；
10.2由于個人對錄播設備及后期制作知識了解不多，所以對做出微課視頻效果不滿意，還需自己努力。
作者簡介
朱長俊（1973―），男，安徽鳳陽縣，漢族，碩士，副教授，研究方向：生物學；
關鍵詞：工程教育專業認證;化工原理實驗教學;工程素質培養
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）42-0196-02
工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。在我國工程教育專業認證是由專門職業或行業協會（聯合會）、學會會同該領域的教育工作者和相關行業企業專家一起進行的，針對高等教育本科工程類專業開展的一種合格評價。我國開展工程教育專業認證的目的是：（1）構建工程教育的質量監控體系，推進工程教育改革;（2）建立與工程師制度相銜接的工程教育專業認證體系，促進工程教育與工業界的聯系，增強工程教育人才對產業發展的適應性;（3）促進中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術人才的國際競爭力。在這個大背景下我校化工原理實驗課程在教學實踐中始終注重工程思維與工程意識的培養，提高學生分析與解決工程實際問題的能力。作為我校化學工程與工藝、精細化工、催化工程、高分子化工、環境工程、生物工程以及應用化學等相關學科的專業基礎課，該課程與其他基礎課程實驗存在本質的不同，具有典型的工程特點，學生在實際操作過程中往往會遇到不同類型的工程實際問題，因此我們應該有效利用該課程的特點與優勢培養學生工程實踐能力和創新意識[1]。以化學工程與工藝工程教育專業認證為導向，將工程觀念滲入到實驗預習、實驗授課、實驗操作以及實驗結果討論等環節中，從而提高學生的動手能力、設計能力和創新能力等綜合素質，增強與產業發展相適應。
一、實驗預習中滲透工程意識
在學校的支持下我校化工原理實驗室設備經過多次升級改造，目前能夠開設八個單元操作實驗和兩個創新實驗，同時我們還自主研發了實驗仿真教學平臺用于教學研究，提供了多層次、多方位的實驗教學手段，為工程教育專業模式的實施提供了硬件保障。化工原理與實驗作為省精品課程擁有優秀的教學團隊，任課教師全部具有博士學位，并且多年與化工企業聯合承擔重大項目實施，具備豐富的工程經驗，這些都為我校高素質化工卓越工程師的培養打下了堅實的基礎。實驗預習中創新地增設獨立授課環節，利用多媒體技術形象展示宏觀設備內部的三維結構，演示單元操作的工藝過程，展示微觀傳遞過程原理。化工原理實驗作為理論課的重要實踐環節，面對的是各個單元操作的共性問題，具有極強的工程背景，尤其是對于那些能夠進行多種工況條件下操作的綜合實驗裝置，可以充分調動學生的積極性參與實驗方案設計、工藝流程裝配以及實驗結果的對比分析，通過多媒體手段對不同裝置復雜工況的模擬展示，可以讓學生立刻直觀化地感知到本課程與基礎課程本質的不同，成功地在學生腦海中植入大工程觀念。學生在進入實驗室之前需先寫好預習報告，即了解本次實驗目的、實驗原理、實驗工藝流程和實驗操作步驟，在此常規基礎要求之上，針對每個實驗教師提前布置一些預習任務，讓學生帶著任務通過查閱文獻收集本實驗的相關信息，弄清楚實驗裝置中各個設備在化學工業生產中的主要用途和常規操作方法。如流體阻力實驗中會用到離心泵、轉子流量計等設備和儀表。讓學生通過預習了解離心泵在工業生產中的主要分類與用途，教學實驗出于安全考慮只用清水泵，學生通過文獻的查閱可以了解其他類型泵的用途;化工原理課程主要介紹三種流量計：轉子流量計、文丘里流量計和孔板流量計，學生查閱文獻后可以清楚地了解三種流量計的構造、工作原理及在工業中的用途，查閱文獻使學生在進入實驗室之前自然地滲透了工程意識，拓展了工程實踐知識。在實驗課程教學前，實驗室對學生開放，學生可以了解實驗設備工藝流程、操作方法及主要控制參數。還可以利用仿真教學平臺，模擬啟動實驗裝置，監控并調節實驗的溫度、流量、壓力及組成，處理實驗過程中異常現象，對于實驗結果進行對比，培養學生實際的工程意識。
二、實驗授課中建立工程觀念
出于對課程任務銜接的考慮，我校化工原理理論教學通常先進行各單元操作原理的講授，最后再集中介紹各單元設備。由于實驗教學與理論教學是同時進行的，這樣就出現了學生對于設備的認知比較陌生，表現出“重原理、輕設備”的現象，缺乏對各單元操作之間的有機聯系，從而導致理論與實踐脫節，思維中樹立不起來“工程觀念”[2]。為了建立學生的工程觀念，我們在實驗教學中倡導以學生為主體，教師以引導提問的方式進行實驗的講解。化工原理實驗過程中，學生思維模式比較單一，常規性地只關注某一單元操作設備的原理、操作方法及實驗結果驗證，忽略了解整個裝置的工藝流程，缺乏對不同實驗方案的嘗試和操作參數優化的觀念，更不會考慮裝置運行的可行性、經濟性及環保等工程實際問題。因而教師在進行授課過程中要有意識地滲透工程觀念，結合實驗裝置提出相關的工程概念與學生進行互動式討論。如在精餾綜合實驗中讓學生明確板式塔與填料塔內部結構存在的差異，各自適用于何種物系的過程分離，以及分離效率的比較;同時還可以提出以下工程實際問題：工業上采用精餾手段為何得不到100%純度的乙醇？如果采用反應精餾、萃取精餾、膜分離等方法是否可以得到100%純度的乙醇？并詳盡比較這幾種單元操作的優缺點。實驗講解過程中，還可以利用仿真教學平臺模擬精餾塔出現漏液、液泛等非正常操作現象、各種極限工況及如何進行操作調整等工程實踐問題，擬補出于安全考慮而不能進行的實際工況中出現的非常規狀況的操作。在進行離心泵特性曲線測定實驗時，學生通過理論課教學對“氣縛”和“汽蝕”兩種概念有大致的了解，但兩者在工程實踐過程中的區別和危害究竟如何，在學生的腦海中并不清晰。在實驗講解過程中，我們展示工程實踐過程中汽蝕后離心泵被腐蝕的葉片，利用仿真教學平臺演示氣縛操作現象，使學生對這兩個工程概念重新認識，強化了工程觀念。實踐證明，實驗授課中注重建立工程觀念能夠培養學生對復雜化工過程動態運行的綜合分析和決策能力，深刻體會工程學科的研究方法，從而積累工程經驗。
三、實驗操作中體會工程觀念
我校化工原理實驗室的設備經過升級改造之后，絕大部分裝置能夠完成多個實驗任務，具備綜合性、設計性和研究型的特點。學生來到實驗室后，面對一套多功能的實驗裝置需要2～3人組成一個小組來進行實驗，每一個小組成員都是工程實驗的實踐者和探索者，必須具備團隊協作精神，共同探討實驗方案，在實驗方案的實施過程中要及時捕捉工程實踐問題，進行結果的匯總和分析，進一步嘗試相應的操作方法解決實際問題。教師在巡視過程中仔細觀察學生的操作情況，及時發現工程實踐問題，適時提出存在的問題，引發學生對問題的思考并引導學生進行理論分析做出正確的判斷，在此基礎上執行相關操作解決出現的問題。例如在傳熱綜合實驗過程中，由于鼓風機的連續轉動做功會使管路入口處空氣的溫度逐漸升高，在實驗過程中讓學生通過觀察溫度計注意到這個問題，針對這一問題讓學生踴躍提出解決的方法，開啟學生解決工程實際問題的思路，開拓學生工程思維模式;工業上用于加熱的蒸汽內會含有不凝性的氣體，如果不進行排放會出現什么問題？如何在實際操作中解決此類問題？在板框過濾機實驗中為何會出現濾液流不出的現象？它與板框的擺放順序，以及流道的對應有何關系？通過以上問題的提出，學生可以主動把從理論課程學到的知識應用于實際碰到的工程問題的分析，在理論指導下完成相關問題的操作，將理論與實踐聯系起來，在激發學生學習興趣的同時體會工程的觀念。
四、實驗結果討論中反饋工程意識
實驗結束之后，指導教師組織學生將實驗操作中出現的實驗現象和實驗結果進行分析討論，讓學生各抒己見，在聽取學生分析意見的同時提出工程問題引導學生思考。實驗報告中要求學生寫出一組數據處理的詳盡過程，匯總全部測試數據結果做出對應的趨勢圖，與工程經驗值進行對比，判斷數據的可靠性，查找實驗中存在誤差的原因，并對實驗裝置的設計、儀器儀表的控制與調節手段等提出自己的意見和想法。通過對實驗結果討論的系統化整理，學生學會用工程的觀點思考問題[3]，掌握工程實際操作中的規律，工程意識得到全方位加強。提升我國工程技術人才的國際競爭力是工程教育專業認證的主要目的之一，培養符合產業發展要求的優秀工程技術人才是我國教育改革關鍵所在[4]。立足現有實驗條件，在化工原理實驗教學過程中，我校始終秉持以培養學生工程素質和創新能力作為實驗教學的首要任務，在重視理論教學的基礎之上，將工程素質培養模式貫穿于實踐教學環節，推進我校化工原理實驗教學改革新突破。
參考文獻：
[1]王俊文，郝曉剛，劉世斌.改革實驗教學方法，增強學生工程意識[J].實驗技術與管理，2000，17（6）：107-110.
[2]俞路，吳雪梅，潘艷秋.基于全新工程教育理念構建多層次化工原理實踐教學模式[J].教育教學論壇，2014，12（53）：132-133.
關鍵詞：新能源；新能源科學與工程；培養方案；課程體系
作者簡介：韓新月（1982-），女，河南商丘人，江蘇大學能源與動力工程學院，講師；何志霞（1976-），女，甘肅涇川人，江蘇大學能源與動力工程學院，副教授。（江蘇 鎮江 212013）
基金項目：本文系江蘇大學教學改革項目（項目編號：JGZD2009025）、江蘇省高等教育教學改革研究重中之重課題（課題編號：2011JSJG006）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0009-03
一、我國高校設立新能源專業的必要性
能源問題與環境問題是21世紀人類面臨的兩大基本問題，發展新能源是解決這兩大問題的必由之路。新能源是相對于常規能源而言，以采用新技術和新材料而獲得，在新技術基礎上系統地開發利用的能源，如太陽能、風能、地熱能、海洋能等。由于新能源具有再生、清潔、低碳、可持續利用等優勢，所以越來越多的國家開始重視它。而且新能源可以作為促進人類發展和保護環境的重要途徑，所以這些國家在相關政策中都增加了新能源的元素。新能源產業的發展也是未來中國可持續發展的關鍵。但是，和發達國家相比，我國新能源產業化發展起步較晚，技術相對落后，總體產業化程度不高。不過，我國天然資源非常豐富，市場需求空間很大，在政府大力發展新能源及可再生能源政策的帶動下，新能源領域成為大型能源集團、民營企業、國際資本、風險投資等諸多投資者的投資熱點，技術利用水平正逐步提高，具有較大的發展空間。“十二五”期間將是我國新能源產業從起步階段進入大規模發展的關鍵轉折時期。我國新能源在這一時期的發展總目標是：建立初步適應大規模新能源發展的電網等重大基礎設施體系，推動新能源裝備制造業的壯大和升級，促進新能源市場的不斷擴大，爭取在2015年將非化石能源在能源消費中的比重提高到12%左右。[1]
盡管國家已經把發展新能源放在一個重要的戰略位置上，一場新的能源革命已在悄然進行，它必將帶來新的經濟繁榮、新的社會理念和新的生活方式。但是，我國新能源產業發展過程中的一大難題是缺少成熟先進的新能源技術。我國主要的新能源設備和技術完全依賴進口，新能源領域的科技創新能力明顯不足。而新能源產業化進程中的這些難題有待專業人士去破解。所以，培養新能源方面的專業和復合型人才是重中之重。[2]但是，新能源產業作為一個錯綜復雜的資源環境復合體，涉及物理學、化學、流體力學、傳熱學、電子電工學、材料科學、生物學、管理學、工業經濟學等學科內容，是一個典型的多學科交叉的新興產業。[3]因此，需要設立專門的新能源專業來滿足，新能源產業對新能源人才要有寬的知識面、自主的學習能力、豐富的想象力、敏銳的洞察力以及較強的溝通協調能力等要求，進而要求高校做好優化人才培養層次、改進人才培養方案等工作。
國外已有一些著名大學建立了新能源的本科專業，用于培養太陽能、風能、生物質能等方面的科技人才，如澳大利亞的新南威爾士大學設立了專門的光伏與可再生能源工程學院，并于2000年開設了光伏與太陽能本科專業，2003年又開設了可再生能源工程本科專業；澳大利亞國立大學依托其可持續能源系統中心也建立了四年制的可再生能源系統專業。此外，意大利的都靈理工大學和米蘭理工大學都開辦了四年制的可再生能源專業。美國的俄勒岡州科技學院于2005年也建立了可再生能源四年大學本科學位課程。隨著全球能源結構的變化，對于新能源方面的人才需求不斷增加，世界上將會有更多的高校開辦有關新能源的專業。
我國高校在新能源專業設置和新能源產業專業人才培養方面還落后于發達國家。為順應時代的發展，為國家培養新能源這一新興產業的專業人才，2010年7月經教育部審批，浙江大學、中南大學、江蘇大學等11所高校首次設立新能源科學與工程專業。其中江蘇大學的新能源科學與工程本科專業由能源與動力工程學院承擔開設任務，已分別于2011年9月和2012年9月招收第一批和第二批本科生。關于新能源科學與工程專業本科生的培養方案、培養模式和培養體系則處于不斷探索和完善中。
二、 新能源科學與工程專業的培養方案
在對國內外新能源相關專業人才培養充分調研的基礎上，分析國家社會和經濟發展要求，基于新能源產業特點及企業和社會對新能源專業人才知識結構和能力結構的要求，同時結合本校自身的學科特色和優勢，確定了新能源專業人才培養方案，主要包括專業培養目標的確立及科學、合理的課程體系的設置、可行的教學計劃的制訂等。
1.培養目標
專業的培養目標是專業建設和一切教學活動的基礎、依據，也是人才培養的最終目的。新能源科學與工程專業在國內甚至在世界上都是非常新的專業，目前處于初步形成和探索階段，因此，找準本校專業人才培養定位和確立該專業人才培養的長遠目標尤為重要。江蘇大學能源與動力工程學院結合自身實際情況，依托機械工程、電氣信息工程、材料科學與工程、化學化工、土木工程等學科專業的支持，并結合新能源產業的特點設立了新能源科學與工程專業，使培養出來的學生具有良好的綜合素質和創新意識，富有社會責任感，具有國際一流的視野，具備新能源科學與工程這一強交叉學科寬厚扎實的物理、化學及熱流體科學基礎理論，系統掌握新能源科學與工程應用專業知識及技能、新能源轉換與利用原理、新能源裝置及系統運行技術，能勝任新能源技術相關的科學研究、工程設計、技術開發及技術經濟管理等工作的高級專門人才。
2.課程體系的構建
盡管自2010年以來國內陸續已有許多高校正式獲批新能源科學與工程專業在本科階段的招生資格。但總體來看，我國系統培養新能源科學與工程本科生、研究生的工作才剛剛起步，對于相應課程體系的構建也處于探索階段。一個專業所設置的課程相互間的分工與配合構成課程體系。課程體系是否合理、課程內容是否先進直接關系到培養人才的質量。而且，一個專業要具有區別于其他專業的培養方向和業務范圍，就應有自己獨立的課程體系。[4]新能源科學與工程專業是一門內容豐富而又廣泛的科學與工程，屬交叉學科。它與數學、物理、化學、生物學等緊密相關，又強烈地依托于能源與動力工程、材料、機械、電氣、化工、自控和生物工程技術的發展。由于國內在這方面的研究幾乎為空白，因此，如何以這些學科為依托，形成內容先進、結構合理的課程體系是急需解決的一項重大課題。筆者根據孫根年有關課程體系優化的思路給出了系統思考下新能源科學與工程專業課程體系的總體結構，如圖1所示。[5]
由圖1可以看出，在層次上將新能源科學與工程課程劃分為通識教育平臺課程、學科專業基礎課程、專業（方向）課程、集中實踐環節和課外實踐環節五個方面。新能源科學與工程課程體系作為一個系統，不同的課程類別在培養目標和培養規格的指導下相互作用、相互影響，共同服務于新能源科學與工程專門人才培養這一特定的功能。
3.教學組織與實施
基于新能源科學與工程專業的培養目標及課程體系結構，考慮到本地區、本學校的實際情況，筆者制定的新能源科學與工程專業的指導性教學計劃如圖2所示。
由圖2可以看出，在教學組織上前五學期主要進行普通文化課和專業技術基礎課的教學，為后續專業課程的學習打下良好基礎。同時，在第二、三、四、五學期還安排了金工實習、專業認知實習、電工電子實習和機械設計課程設計，目的是增加學生在校期間的動手操作機會。第六、七學期組織專業（方向）課程的教學和實習實訓，核心課程均采用一體化教學方式。第八學期開展畢業設計環節，從而培養學生綜合運用所學知識、結合實際獨立完成課題的工作能力。
三、 新能源科學與工程專業培養計劃的特色
1.以厚基礎、寬平臺、交叉學科為理念，強調扎實的物理、化學和熱流體科學基礎理論
課程建設時，首先在物理、化學基礎理論方面增加了“大學化學”、“物理化學”、“能源與環境化學”和“半導體物理”課程。其次，根據新能源專業的特點，強調物理、化學基礎的同時，通過減少“工程圖學”、“工程力學”和“機械原理與設計”課程的學時數來弱化機械類課程。再次，為了充分發揮本校本學院學科優勢和特點，在熱流體理論方面除了開設“流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”課程外，還開設了“熱流體數值計算基礎”和“新能源利用中的熱流體理論與技術”兩門專業特色課程。目的是提升專業內涵，強化特色，確保學生具備新能源領域相關的扎實的基礎理論，是學生今后在本專業及相關領域是否具備發展潛力的關鍵所在。
2.強調實踐教學及新能源工程訓練
首先，增加了“現代分析測試技術”課程。其次，增加了實習環節的學時數，把一般安排在第六學期的三周生產實習變為第四學期末的一周認知實習和第六學期的三周生產實習。目的是增加實踐教學，先認知實習，后生產實習，使實習環節更為科學和合理。再次，還增加了項目設計，把一般安排在第七學期的兩周課程設計修訂為第六學期末的兩周課程設計和第七學期末的兩周項目設計。目的是先開展某門課程的課程設計，后進行具體的項目設計，設置更為科學和合理。通過指導學生開展設計性、綜合性項目設計，培養學生發現問題、解決問題的創新能力。此外，還增加了新能源工程訓練環節，在此環節中學生和指導老師雙向選擇后，學生參與到老師的科研項目中。指導老師在與國內外新能源企業合作中，向學生提供不同類型的專業實踐機會。這個環節是在第七學期前完成，設置此環節的目的是培養學生實踐創新和工程應用能力。通過明確的學分要求保證學業導師制的落實。指導老師通過這樣一個環節對于特別優秀的學生可向學院推薦其保研，實現本研貫通培養，前后的培養具備一定的連續性。最后，為了充分利用學科資源及已有的實驗條件，培養學生實踐創新能力，更好地滿足新能源專業對學生實踐能力和新能源技術工程應用能力的高要求，在課內及集中實踐環節總學分要求基礎上還增加大于等于六個學分的課外實踐要求（社會實踐、競技活動）。
3.體現多學科交叉特點
在課程設置時，除開設“工程圖學”、“工程力學”、“電工電子學”、“機械原理”、“工程材料”等課程外，還增開了物理、化學方面的課以及“新能源材料”、“現代生物學導論”、“能源與環境”、“新能源系統自動控制原理”課程，這樣充分體現了新能源科學與工程專業和動力工程及工程熱物理、應用化學、材料物理、機械工程、化學工程與技術、環境科學與工程各學科的交叉。
4.重視形成寬闊的國際視野
首先，學校開設了全英文及雙語課程，比如全英文的“太陽能光伏技術”以及雙語的“熱流體數值計算基礎”、“熱泵原理與應用”、“生物質燃燒及混燃技術”課程。其次，借鑒國外新能源專業的課程設置增設了反映新能源領域前沿的“生命周期評價”課程。此外，還增設“新能源前沿及工程應用專題”必修課。這門課要求學生在第七學期結束前聽取學院安排的新能源前沿及工程應用專題講座7次以上。專題可以是合作企業、國內外知名專家的講座，也可以是本專業教師科研最新進展的講座，目的是讓學生了解本專業領域的最新研究進展及發展趨勢，拓寬視野，盡快適應社會發展要求，同時提高學生的專業興趣。
5.以太陽能為主，兼顧生物質能和風能，提供其他種類新能源的廣泛選擇的專業定位
首先，在太陽能方面，學校設置有“太陽能熱利用”和“太陽能光伏技術”專業課；在生物質能方面，開設有“現代生物學導論”和“生物質能轉化原理與技術”；而在風能方面，設置有“風力機空氣動力學”和“風力發電與控制技術”專業課。其次，還提供了廣泛的新能源相關選修課程來滿足學生對不同專業的需求，比如“氫能與新型能源動力系統”、“新能源發電并網技術”、“水力發電與水電站”、“燃料電池原理與技術”、“熱泵原理與應用”、“生物柴油制備及應用”、“生物質燃燒與混燃技術”、“能源工程管理”、和“能源經濟學概論”等課程。
四、結束語
新能源科學與工程專業的設置順應時代的發展，是我國可持續發展的需要。但是，由于新能源科學與工程專業是非常新的專業，與之配套的培養方案、課程安排等還處于起步探索階段。筆者考慮到本地區、本學校的實際情況，同時結合新能源產業對人才的要求提出了具有鮮明特色的新能源科學與工程專業的培養方案，以供參考。筆者相信江蘇大學有能力、有信心建設好該專業，為國家經濟的可持續健康發展輸送合格的人才。
參考文獻：
[1]任東明.中國新能源產業的發展和制度創新[J].中外能源，2011，
（1）.
[2]王偉東，艾建軍，楊坤.新能源產業人才培養問題與對策[J].中國電力教育，2011，（12）.
[3]張玨.新能源產業發展所需專業人才培養探討[J].中國人才，
2010，（8）.
隨著適用性研究和開發的進展，人們可以發現許多經濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該"設想"確定了方向和相應的規劃，采取措施建立利用植物系統中能源和碳源的可再生資源基礎。面臨的挑戰是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應變化，但必須接受所面臨的挑戰。序言中從兩方面進一步闡明“設想”提出的背景：
1、界定植物/農作物基資源
植物/農作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統，主要是農作物、林產品和食品、飼料和纖維工業加工過程中的副產物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內再生。石油化學品原本也是以植物為基礎，其基本分子為烴類。植物/農作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區別是烴類及其提取系統已經開發并加工處理其所需要的原料型產品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技術進展可以改變植物成分和酶提取系統，這就為現在需要的化學產品和新型中間人體及產品制造提供了新的經濟機遇。據統計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產大量植物/農作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產。
2、烴類經濟
20世紀后期，世界經濟發展很快，生產增長率有很大提高，尤其是各發達國家，一些發展中國家也不斷增長。成功的增長和發展過程中起主要作用的是烴類經濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經濟效益和生活水準。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。
在過去50年中，大量的研究開發在能源生產和基礎產品制造方面創造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅動，以創造各種產品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據統計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經濟角度看還不能趕上工業原料，而以烴類為基礎的經濟卻繁榮昌盛。
烴類雖然將繼續起到非常有效的經濟發展平臺作用，但是在其未來應用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學產品的應用環境問題日益受到關注，隨著又產生了許多相關的問題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應用植物/農作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經濟有序地向可持續發展轉變創造了機會。
通過對能源狀態的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設是“現在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應問題是多方面的，因為發展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/3，其需要增加的能量數量約相當于美國現在全年能源使用總量。
表1當前按人口平均能源消費水平kwh/人美國法國日本巴西泰國中國
122007500700015001200900
一些有效利用烴類的開發將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續發展的工業基礎。
新技術開發和應用需要時間。石油化學工業本身的發展就是一個事例。1920年烴類原材料經濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農作物基系統達到同樣現代化水平也需要時間。
當前正是開展大量研究開發工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候。現在進行研究并不意味系統要立即改變，但是，烴類經濟的經濟學未來將出現問題：要支付高額環境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。
投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農作物基可再生資源可能是要兼顧環境方面容許和經濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發可能只在一些領域內進行，使植物/農作物可再生資源能開始進入基本化學原料市場，從而擴大資源基礎，延長有價值的化石燃料儲備的應用壽命。
在上述背景環境下，通過研究討論，提出了2020年開發利用植物/農作物可再生資源的設想的目標；“設想”是要通過植物/農作物基可再生資源的開發來提供經濟繼續發展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。
本“設想”的內涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業原料資源。非再生資源可能因經濟和環境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設想”反對等到危機發生時現開始啟動替代。
展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現在就要開始，為經濟發展有足夠的時間，保證解決環境而進行良好的合作。
要取得有成效的進展，應當確定以下的方向性目標：
1、2020年化學基礎產品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(農作物，林產，加工業)系統，用有效的轉化加工工藝生產可再生原料，為2020年選中的產品提供經濟合理、對環境瓜敏感的制造平臺。用此生產鏈來示范一個綜合的植物/農作物基原料系統的經濟合理性和潛在效益，顯示工業應用機遇的新領域，為2020年以后國內和出口的需求做出貢獻。
3、在工業投資者、植物商、生產者、學術界和各級政府之間建立合作伙伴關系，開發從小范圍到大規模的工業應用，重新激活農村經濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業與基礎材料制造業之間的差別。
“設想”中提出，科研與開發方面要制定有詳細目的和要求的相應計劃，支持上述方向性目標的實現，從而也可取得投資的優勢。
植物/農作物基資源利用現狀和前景
一、現狀
烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎原料，已經成為現代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質量不高、供應不穩或是價格高。要推動和提高植物/農作物可再生資源應用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。
1、實用性
盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學品方面應用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統原料，隨著基因工程進展，可以生產滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數氨基酸以及各種蛋白質等化學品生產中，植物基資源是主要原料，詳見表2。
表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途
木材8090紙，紙板，木質素纖維復合材料
工業淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂
植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂
天然橡膠100輪胎，家用品
木材提取物90油料，膠
纖維素50紡織纖維，聚合物
木質素20粘合劑，丹寧，vanillin
在多數情況下，應用的植物基材料主要是原始狀態分子。如木質素纖維、植物油和橡膠等復雜分子的應用也只有有限的改性。這就與石油化學工業構成明顯的反差，石油化工則是用化學方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎原料進行化學合成，制造所需要的復雜的分子。
在少數情況下，植物/農作物原料進行裂解成為不同的基礎分子，例如高果糖的玉米生產糖漿和玉米淀粉發酵生產燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發酵方法生產9億加侖(1加侖=4.546l,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產像藥物那樣的高度專業化的分子，但卻包括了大量生產的中間體及產品。
2、供應及質量
植物系統地區分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導致供應和質量的差異。森林和農業系統的發展已經縮小了天然野生植物的供應差異。
生物質的總產量雖然很大，但是由于沒有經濟的轉化技術而使其應用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產品的機會，如果能在分離技術上進一步創新，就可以推動此應用。生物質資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質資源是當前為食用和飼料種植的農作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應用其產量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結構，但大部分運出去，作為原料應用。因此要求有適當的、成本低的儲運系統和加工技術。
供應方面的主要問題是對原始生產的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優化。對植物/農作物投入的成本評價基礎是未經優化的植物生產系統，因此經濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經濟上比較，其很難達到經濟可行目標。在估算其經濟回報時，要考慮化肥、農藥等化學品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應是如何對良田建立優化種植生產系統。
當前低投入、低產出的植物生產對農民難以盈利，并不利于農村發展，也不能為加工業提供低價原料。但是在產出方面，數量和質量相差甚大，從此系統得到的產品必然價格較高，嚴重地限制了經濟上的可行性。而且，由于低產出生產就需要更多的土地，其對環境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統。因此要優化生產系統，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產率高的土地作為植物/農作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數量和質量上的波動變化。
農村根據市場需求規劃種植計劃，如根據乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產出經濟效益有很大影響。面對“設想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據供應或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關課題。
3、植物/農作物基原料成本
利用植物/農作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經濟的。工業生產要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發適當的系統將極具競爭能力。利用植物/農作物基原料生產化學品的成本比較，詳見表3。
表3、植物/農作物基化學品生產成本類別生產量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產量%
糠醛300.750.7897.0
粘合劑5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性劑3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑劑801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗滌劑12601.101.7511.0
顏料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墻涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
專用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
實際上,在制造業中選用不同的化學加工工藝對其成本影響很大。
植物/農作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關，因此要進一步開發新的化學和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應用范圍，使之成為經濟可行系統。
二、前景
由于植物/農作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構成了一種多維的發展前景。本“設想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統，并取得各種不同的開發效果。
1、廢料和副產物利用
從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術才能使其成為更重要的資源。
(1)現代化學
森林工業已經將副產物利用發展成為一個較大的行業，如紙漿副產液轉化為磺酸木質素表面活性劑ch3soch3以及用樹皮制丹寧。農作物的磨榨工業開發了許多應用副產物進行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業，如蔬菜和水果卻沒有開發相應的副產利用加工工藝，經常將副產淀粉和糖排放入周圍環境。副產物的利用具有許多發展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產物成本的手段，而且從戰略上看是擴大利用植物基資源。
(2)改進化學
木本植物和有些農作物加工中有較高的木質纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業一樣，可以將復雜分子轉變為較小分子技術。便宜的植物衍生發酵制糖的開發已在進行。用金屬有機物化學將碳水化合物轉變為增值化學品是擴大利用植物基原料的又一技術途徑。改進化學方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經濟回報率。
(3)生物加工
在比較復雜的料漿中用微生物發酵法生產某種分子，再將其分離出來成為需要的產物。生物轉化是應用微生物、細胞或不含細胞的酶系統的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產物利用機會，隨著分離技術的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，從廢料中生產新分子不是一條最佳途徑。
2、現有農作物
從近期看擴大應用具有最佳機會。
(1)現代化學
從化學工業整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改進化學
如果植物衍生原料是結構型的生物質，含有木質素和纖維素等成分，其具有一定優勢。一些新技術，如綜合燃燒或金屬有機化學等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產資源外，約有5200億磅的生物質資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現有資源的效益。新的工藝開發可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質、用途都不同，因此需要改進其化學方法，發揮其潛能。新化學工藝與生物加工及先進的分離技術綜合起來可產生很大效益。
(3)生物加工工藝
植物作為生物加工原料量大而多樣，從結構型生物質到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優勢很大：用酶轉換玉米衍生的葡萄糖生產高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經過發酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學產品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產品，現在正在中試。多種學科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內取得成效的一種良好運行模式。
(4)新分子
植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產品需求增加，投入產出可能會促使其發展，技術和經濟的綜合研究要沿著產品開發鏈進行，從界定所需要的產品——需要的特性——分子結構——中間體——酶技術——蛋白質/基因工程——投入植物的最佳原料——生產優化等。
3、新鮮農作物
此項作為中期發展機遇。
(l)現代化學
因為化學工業一般不認為農作物的利用能獲得較高的經濟價值，因此新鮮農作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術限制否定了其經濟性。
(2)改進化學
從投入產出看，存在類似問題，如果改進的化學工藝需要專門的農作物，-新鮮農作物可能會有優勢。另一優勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規模，所需原料只能就近供應新鮮農作物。因此改進工藝應當與供應系統平行進行才能互相支持共同發展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農作物和森林種植地區，而植物基原料運輸費用很高。
(3)生物加工工藝
與改性化學類似,區別在于如何將原料加工成中間體和最終產品。在技術上要考慮農作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進行加工。優化工藝是影響運作經濟很重要的因素。
4、改性基因類植物
這是中長期發展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現碳水化合物經濟，或是其他經濟，這要看建立在生物工程基礎上的新工業平臺所能發揮的作用。
(1)現代化學
基因改性植物基原料可能成為現有的烴類加工系統原料。但是，改性植物分子在烴類系統中降解所花代價太高。因此投入技術要能跨越加工技術，或者是較復雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應用此改性原料。當然這些變革都要從經濟和環境兩方面來評價其效益。
(2)改性化學
對優化植物/農作物基原料投入和加工有好處，應當進行此方面研究。至于何時見效則要根據基因技術進展及其達到工業化時間來確定。
(3)生物加工工藝
微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術本身之間創優，有時所需要的可作基礎原料的分子可以部分在植物原料內進行合成，用生物轉化或高度專門化的生物/化學工藝進行分離。為了繼續應用化石燃料生產專門產品，需要進行研究開發，使有限資源能取得最大的價值。
(4)新分子
過去20年中，塑料已成為最大的工業部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據消費者的意愿和需求發生變化。材料科學將繼續發展，市場銷售者將繼續設計新的消費品，塑料的未來變化難以預料。能作為新工業發展平臺基礎的新分子將會很多，物理與化學科學與生物工程材料結合將產生新的領域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎原料的渠道，支持社會基礎設施。開發和拓寬其可能性，需要先進的技術，這將是未來新領域。
生物技術的潛在影響及實施“設想”的工作途徑
生物技術的潛在影響
對一個新的技術領域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關協會的活動、觀察開發進程、審視所取得的成功進展。
90年代初期，許多人對生物技術將對農作物帶來很大變化是持懷疑態度的。到1996年，轉基因作物在產業化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關于新的作物保護途徑，對保護植物生產免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。
由于管理方面的需要，轉基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監測服務中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在進行。
為了改變植物組分以提高營養價值，改善加工性能，或是為了某些工業和制藥的應用，一些轉基因改性品種已經進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質形態操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產生抗體、工業酶生產、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產。
轉基因技術發展非常迅速，為植物基材料擴大應用開辟了新的途徑，使其可以為工業生產提供分子基礎原料和更為復雜的分子原料。用植物基原料主產聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從a1-coligenenentrophus細菌的3種基因已經能轉入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。
在過去50年內，通常用的植物培植產率已經提高了3倍，根據農作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產物。高級植物種植要用基因圖譜和轉基因技術，進一步提高食物和飼料生產需要供應的植物基原料。
生物技術對植物基原料已經產生革命性的影響。但是，用生物技術來改變植物，使之適合烴類經濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉基因植物基可再生資源中具有最大的優勢。
實施“設想”的工作途徑
要成功實施美國可再生資源開發利用的戰略設想(以下簡稱“設想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發、工業過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應“設想”的多學科計劃以及各個項目的協作都要求有一共同的目標，向前沿技術邁進。應用改進的化學工藝加工現有的農作物，包括集成運用生物工藝，可以納入短期計劃之內，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學，結合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內實施并產生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內可以取得回報。
如果在這些領域內取得成功，在工業應用上就可以有了一個可行的堅實科學基礎。新鮮作物應用開發將被看作是一個降低這些系統成本的一種機制，或是改善供應狀況(數量和質量)，滿足工業發展需要。
當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發展有各自的地理優勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進入國內和國外兩個市場。對轉基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統都需要進一步研究。
本“設想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現。下一階段就要進行各方的協調工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎，針對“設想”提出的目標進行開發工作。該規劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發來支持“設想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。
優化生物質和農作物基原料生產，達到計劃應用要求狀況。
為植物基原料的供應鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農村經濟的機制。
加速發展基于改性化學和生物工藝的新工藝，同時考慮利用植物/農作物基可再生資源原料。
對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產生影響的項目，或是多學科項目等將給以優先和優惠待遇。投資項目選擇標準應考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。
植物/農作物基可再生資源對工業基礎原產的需求增長是一個戰略性措施，也是使美國在21世紀繼續保持領先地位的戰略性選擇。開發基礎資源具有經濟、環境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設想是需要的，要聯合投資者對新途徑進行投資，才能創造一個安全的未來。
“設想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應變化的”。
2020年可再生資源應用將增加五倍
《植物/農作物基可再生資源2020年設想實施的技術指南》(以下簡稱“技術指南”)，是《植物/農作物基可再生資源2020年設想》(以下簡稱“設想”)的補充，提出的目的是：支持“設想”方向，確定發展中的主要障礙和問題，確定優先的研究領域。
要達到上述目的需要進行協調觀念開發，收集專家證明，組織多學科研討會、聽證會，優勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關部門不同行業的專家。專家們就全球性問題提出“設想”，針對“設想”結合現實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發領域，從而找出優先研究開發的課題。這些課題所屬領域都是能為利用可再生資源實現可持續發展起最大杠桿作用的研究領域。通過參加“技術指南”研究和編制的專家的專業情況反映出在化工制造中應用生物基原料需要涉及多門學科。但是有3個產業是中心，即化學、生物和農業，每個產業都涉及幾門不同的學科，如農業，林業和石油化學。
1、農業和林業
農業：是一個廣泛的概念，包括谷物生產、林地和牧場等。這些土地上生產的農產品和林產品一起構成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的co2和土壤中養分進行原始生產而成為可再生資源。美國擁有大量優良土地，豐富的自然水資源和先進的技術基礎，通過資源保護和利用，每年可產生可再生資源的巨大財富。林業：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業人口140萬，每年生產價值2000億美元產品。過去10年內，紙張部門的增長比木材業快。木材和紙產品回收循環利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業已經制定出2020年發展設想以及相應的研究計劃。該設想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術以及樹木生理學和土壤科學等理論。
農業和林業通過應用基因學技術和轉基因植物等新手段將會出現大的躍進。在不久的將來，可生產出大數量和高質量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內制造完全新型的聚合物，并可大量生產，成為經濟的消費用品。
美國將技術進展應用于植物和農作物的調整，使其在農業、林業和制造業中保持可持續發展的領先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發可再生資源基礎的研究來支持。
2、石油化工業
化學、工程學、物理學和地理學等幾門學科在石油化學工業中的應用，對人們生活產生的影響是50年前難以想像的。石油化學工業成功地創造了眾多產品，從高性能的噴氣發動機燃料到基礎化學品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化學工業：是資本密集型工業，已經建立了可觀的基礎設施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數是作為燃料型產品，用于化工及其他工業基礎原料生產，每天約為260萬桶油短類原料。
近年來，工業化學品和塑料生產都有巨大的增長。塑料工業從業人員120萬人，有20000套生產加工裝置，過去在研究開發上花費以10億美元數計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內。世界原油生產已經變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發現及應用，在20年內原油產量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生資源補充石油化學品，要從現在開始，由少量到大量逐步進行，有關研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發可再生資源作為工業原料都是十分重要的。
“設想”中提出的指標是“2020年基礎化學品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產總量計算，也比當前消費水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。
換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應用使化石燃料能穩定地維持現在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：
由于不是一個競爭替代戰略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。
需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰是巨大的，需要從現在就采取行動，應當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎指標外，其他一些相關的指標也是很重要的，包括：
建立系統，通過加強經濟可靠性的基礎設施支持，將供應、制造和分銷等活動集成起來。
通過功能基因學來提高對植物新陳代謝的理解，優化對專門的增值加工工藝的設計和應用，除應用現有的組分外，要開拓新型聚合物生產和應用。要保證開發的新工藝過程的效率高于95%，同時應用伴生工藝，應用所有副產物，消除廢料，保證新的平臺能在特殊的環境條件下堅持目標方向對確定目標與研究指標要反復交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。
在生產和分銷中要開發保持穩定供應的途徑，在年生產一定范圍基礎上控制一些因素，如價格、數量、性能、地區分布、質量等。同時要制定提出這些因素的標準。
建立進一步合作伙伴關系，改進綜合集成，通過加強農村發展來支持取得成功。
“設想”的目標要實現，主要要使本“技術指南”中所列出的目的大綱都能達到。基因改性植物生產專門的代謝產品和開發補充性的化學改性產品取得成效就可以達到2020年可再生資源應用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發展奠定基礎。
可再生資源應用技術和市場的障礙及問題
將可再生資源制成消費產品的整個系統中有許多障礙和問題，其中關鍵和問題是：
植物科學方面：基因學、酶、新陳代謝和組分。
生產方面：單位成本、收率、持續性、基礎設計、植物設計。
加工方面：經濟學、分離、轉化、生物催化、基礎設施。
應用方面(由技術和材料驅動的問題)：經濟學、功能性、性能、新用途。
應用方面(由市場和需求驅動的問題)：價格性能比、性能、知覺、市場開發。
現將上述關鍵和問題擇要分別介紹于下。
一、關于應用方面（材料驅動問題）
1、經濟學
單位成本是當前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經常引起爭論的一個問題，問題的核心是競爭性成本狀態。在多數情況下，應用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個非常復雜的因素互相影響，諸如產品價值、材料成本、產量、需要加工程度以及所用基礎原料的性能等。因此如果未來的戰略只考慮降低本是不會成功的。最重要的經濟推動因素不是成本本身，而是制得的產品和制造費用的差價(即增值)。
產品價格是諸多因素的函數，諸如產品利用、性能、消費者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價格、供應的持續性、加工、廢料處理費用和投資等諸因素影響，要符合當前的具有競爭性的通用化學品工業的低成本需要。但是，從長遠考慮，只進行成本比較是有問題的，因為未來的化石燃料的成本是難以預測的。
在當前情況下，用烴類原料生產消費型產品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點。因為石油化工已經研究了100年，有了3代科學家，政府投入了大量資源才使之達到今日的水平。與之相比，植物基材料應用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應用來適應已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應用數量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進行技術開發，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。
2、功能性
改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復雜的分子和聚合物。植物中已經含有不同形態的聚合物，可以在許多產品中應用。但是，在現在加工系統中尚無大量應用。用量有限的原因有幾個方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經由植物衍生的蛋白質聚合物研制出塑料薄膜的試驗產品，顯示出其應用的潛力。而且，植物擁有立體化學結構，可以得到一些有價值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎原料的反應性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應用思路的產生。
二、關于應用方面（需求驅動問題）
1、市場開發的費用
植物衍生材料應用的一個關鍵是市場開發費用高。正如許多新產品市場一樣，新產品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續發展的資源，常常只停留在試驗階段。工業化的成功率低，由于沒有一定的供應量而常使產品衰落。因此，需要大力改進產品開發和支持機制，而且要進行與產品相關的市場開發，這是擴大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應用的標準都是基于石化產品，沒有適應生物基產品的標準，這也是要成功地與石化產品競爭的另一障礙。
2、認識問題
植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當前處于“石化時代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因為未得優化。雖然公眾環境意識增強，但是對植物基產品需求尚不足以創造市場來拉動技術開發。因此，當前可再生資源的進展主要是基于技術推動的結果，只有增加市場拉動才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會有更多的變革。因此，如果沒有各種經濟傾斜途徑，現狀是難以改變的。
三、加工問題
1、基礎設施中分銷問題
多年來石油化學工業已經建立了加工和分銷烴類基礎產品的有效基礎設施。由于依賴進口原油，美國的多數基礎設施是建設在海岸線上。因此，許多現有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進行加工，它們最好接近于供應地。要應用大量植物原料就需要進一步將供應和加工制造集成起來。應當開拓確立農村發展優勢和重點的戰略和措施，更好地鼓勵多用可再生資源。
2、分離技術
應用植物于工業用途的一個關鍵是缺少植物組分的分離技術。樹木具有非常復雜的成分如木質纖維素。此成分強度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數農作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質、油分和數萬種其他組分。通常對許多谷物發芽和生長都能進行良好的安排，而對其作為原料進行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經開發，但如何將專門形態的蛋白質和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費用很高而且技術困難，這是應當要解決的問題。將反應與分離集成起來的加工系統(如催化蒸餾)可能是一個解決問題的方向。但是此類系統目前應用有限。而且還未被開發作為植物基原料方面的應用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應用先進的分離技術來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發中目前就因缺少高效純凈的經濟上可行的分餾工藝技術而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產品的特性和質量。
3、轉換技術
要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉換成較為簡單的分子，這才可以進行進一步反應。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進行回收。
知識不足是另一關鍵，目前人們尚缺乏關于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識。這些知識的缺乏和不足就構成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應用。發酵是用來將某些農作物轉化為各種產品的工藝，轉化是非均相的。所用的轉化方式，副產利用和分離等方面仍有許多有待改進之處。一般地說，植物系統的復雜化學問題使新型或改進植物基加工工藝的設計較為困難。烴類化學制造中有豐富的氧化化學知識，還原化學方面較少，這些都是植物系統加工所需要的。目前特別缺少關于還原生物催化劑共生因子系統方面的實踐知識。
植物原料加工工藝開發的另一個大的障礙是當前缺乏有關的教育培訓。目前化學工程課程中只有少數涉及生物化學課題，多數畢業生成為化學工程師只擁有非常基礎的生物工藝知識和有限的重要生物分離的知識。多年來，工藝化學家和工程師的培訓重點都是烴類化學，考慮植物基可再生資源加工需要很少。
四、生產方面
1、收率、持續性和基礎設施
因為目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造紙外，只是關注未來的供應分銷而不是現實存在的問題。但是，這些對實現可再生資源的目標都是十分重要的。在供應的持續性方面，數量和質量都是未知數。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續性問題就不成關鍵。但是如果要設計應用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質量和數量的穩定性就非常重要。
在一些情況下，供應持續性中的不確定因素實際上就是風險管理的內容。未來的石油化工供應問題和可再生資源供應問題都有風險。對石油化工來說，未來的供應不桷定因素可能因世界上一些區域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區因素。如果某些專門植物不能大量生產可能導致貿易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎設施來保證經濟可靠性。另一個沖擊供應持續性的不確定因素是未來的農作物用途是作為食物還是作為工業原料。一方面是根據供應短缺理論，認為農業難以供應飛躍增長的人口和消費品增長所需的原料。實際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進行工業利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業原料問題的方案。因此，在供應方面必須應用新技術，如生物技術，這樣才能保持產率不斷提高，使農業能達到一個新的水平。
2、植物設計、植物科學、基因學
轉基因技術已經顯示出令人鼓舞的前景，要進一步充分利用尚有大量工作有待進行。存在的一個主要障礙是對植物本身內在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進行設計。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識匱乏是其發展中的限制因素。
近年來功能基因學的進展有望促進對材料合成設計的理解。但是這門科學目前剛開始，與類似的醫學領域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質體以及細胞核的常規轉變。在植物變化、基因學和生物信息等方面有著廣泛的研究項目，但是將這些出現的新技術應用于可再生資源的專門研究則很少。
要使科學知識不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學科的研究。但是，需要努力加強和協調才能促進現有的障礙及時地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結合。
研究和開發的課題
《美國植物/農作物基可再生資源2020年設想的技術指南》(以下簡稱“技術指南“)列出為解決植物/農作物基可再生資源利用中的主要障礙應當進行研究開發的課題。“技術指南”按4個主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發課題，每個研究課題的影響都有其時間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標的達到可用以衡量面向2020年可再生資源開發利用設想的前進步伐。
一、植物科學研究方面
1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)
(1)應用功能基因學了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農作物基因計劃結合；
(2)開發能實時進行植物組分的定量分析工具；
(3)改進轉基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎上提高效益10倍；
(4)開發1—2種主要農作物的基因標記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；
(5)將80%現有的germplasmbase進行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質和油分；
(6)找尋發展中的生物信息學利用途徑，推動可再生資源的研究和開發，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影響課題
(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個限制速率的關鍵步驟；
(2)利用功能基因學弄清分子、細胞和整個植物的控制管理；
(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標準；
(4)在2種植物中，建立碳庫并為細胞分割確定控制點；
(5)在plastid轉變中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)創建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如c5)大于3o%；
(7)利用基因開關的方法；
(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學基礎。
3、長期影響課題
(1)重新設計新陳代謝過程，提供有用的碳結構骨架；
(2)應用有針對性進化技術建立100個未來原料的品種庫；
(3)設計新型分子或改性現有化合物，使之適應于功能需要；
(4)為提供工業用原料，創制2種新植物種類；
(5)利用簡單的細胞組織進行成本和能源效率評價；
(6)利用計算機技術設計植物組分。
二、生產研究方面
1、近期影響課題
(1)提高畝產量10%~15%以降低原材料單位成本；
(2)改善農業管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，
(3)確定至少10種影響原料組分和質量的因素；
(4)對至少10種具有潛力的系統和植物類型的畝產效率進行定標趕超（如主要農作物、林業和多年生種類等）；
(5)調節氣候條件對生產的影響；
(6)每年對2種農作物的潛力進行評價或用其他方法評價畝產量；
(7)提高當前農業加工中廢料利用率5倍；
(8)在單位投入基礎上提高貧瘠土地產量2倍。
2、中期影響課題
(1)提高產量，使單位投入的碳產出為1998年基礎上的2倍；
(2)為長期可持續發展，開發盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統方法；
(3)對收獲產物和主要植物成分建立標準；
(4)專門設計收獲裝備，盡量增大碳的收獲；
(5)開發新的利用方法，使現在遺留在土地上的農作物45%能得到利用，
(6)培育適應專門土地和土壤的農作物；
(7)建立農業信息學基礎，重點是不同來源的可再生資源植物類型、生產價值、質量和單位成本。
3、長期影響課題
(l)在化石燃料排出廢氣中co2的固定；
(2)從現在植物/農作物生產中消除碳的廢料；
(3)設計新的農作物/植物生長系統，優化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；
(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進行設計；
(6)對連續生產系統進行設計和評價。
三、加工研究方面
1、近期影響課題
(1)改進分離技術，處理大于95%的非均—植物材料；
(2)改進單體基礎原料變換的生物催化劑；
(3)開發3種具有高選擇性的快速反應強力催化劑；
(4)為將植物聚合物轉換為有用的單體，找出新型和性能優良的酶(具有10倍活性)并進行評價；
(5)將微生物進行工程化，改善非均—植物的發酵；
(6)提高廢物利用率2倍；
(7)開發高效的除水技術并對改進的非水溶劑反應系統進行評價；
(8)在植物材料中利用天然立體化學方法的評價。
2、中期影響課題
(1)應用5種以上高級分離系統(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；
(2)為經濟捕集植物單體和聚合物開發改進的分離——純化技術；
(3)為2種以上植物類型建立經濟共生系統；
(4)通過分子進化技術設計并創制50種新型酶；
(5)開發100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；
(6)研究反應性分級系統；
(7)對微生物、酶和化學品庫的性能建立信息學基礎，用于特殊的轉化。
3、長期影響課題
(1)實現原料加工中無廢料的多種產出的連續工藝；
(2)為改性植物和組分設計新設備；
(3)為3種以上新產品(如將工程化酶轉入植物并在收獲中得到活化)設計新機制；
(4)固態酶轉化；
(5)設計14種化學與生物結合型反應器；
(6)評價植物組分在分離前相內的作用。
四、應用和基礎設施研究方面
1、近期影響課題
(3)探求3種在現有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴大應用植物原料的機遇；
(4)分析測量系統，對90%以上的主要植物組分進行定量；
(5)實時評價單位性能成本和增值成本的方法；
(6)評價運輸系統及成本；
(7)計算出100%年加工貯存量和投人產出的需求量；
(8)創建基礎設施，擴大利用農業廢料。
2、中期影響課匾
(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結構與功能關系知識；
(2)開發對高質量原材料的100%鑒別保護系統；
(3)為價值驅動的生產和定貨實現營銷系統；
(4)對在同一地點的多目的利用區的協同作用進行評價；
(5)對原材料組分和加工過程中的中間產物實現實時定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；
(6)開發生產預測手段，準確性大于95%；
(7)在一組植物原料性能基礎上建立信息學基礎，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應用范圍等。
3、長期影響課題
(1)所需功能進行分子結構設計制備植物化合物至少10種；
(2)在植物生產區內開發至少5個制造利用中心；
(3)開發3種以上有新功能的新材料；
(4)提出擴大利用可再生資源所需的教育培訓需求；
(5)在植物組分功能間協同作用的利用；
(6)設計最終產品的貯存和運輸，使之到達銷售中心和出口；
(7)為供需關系的控制創建減輕超過90%風險的戰略。
當前，美國有一些項目已在進行，可視為工業原料中應用可再生資源的先驅，也可視為本“技術指南”中研究項目的示范事例。其一是在轉基因植物開發中的聚羥基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當的細菌基因進行轉化并弄清植物內在的新陳代謝路徑，從而構成制備方法。現在正在進行分離、生產標準等項工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應制備聚乳酸(pla)。cargi11-dow合資企業已在充分研究的基礎上進一步投資數百萬美元建立制造裝置進行工業開發。pla是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發酵過程和酶的活性是重要因素。最終的pla樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規格品種。pla具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。
協同與合作是取得成功的途徑
未來利用可再生資源需要采取一條多學科和跨行業途徑。在許多領域內的研究成就都提供了發展機遇，如生物聚合物、立體結構型分子、新型酶、新材料和轉基因設計等。但是每個方面內的任何進展如果只當作孤立的技術領域是遠遠不夠的，需要更有力的相關研究計劃，采取平行的和協調的方式進行工作，才能取得成果。
要取得有效益的進展必須采取多學科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個組織都難以具備有如此深度和廣度的技術能力。因此，對研究提供的支持應當是多方面的，而且要在跨行業的系統中進行。
“植物/農作物基可再生資源2020年設想”(以下簡稱“設想”)中提出的要求需將重點瞄準有限的熱點目標同步取得進展。對于研究工作則需要有準確的時間表和系統中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協同的道路。例如，一位科學家可能發現一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價值受到以下一些因素的限制：發現適當的基因、新陳代謝過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發才能取得相應的進展。進行這些研究開發要采取最佳途徑保證研究成果關鍵的目標互相協調、平行地進行，此途徑要鼓勵私營部門的參與。
當前，植物和農作物作為生物質和原料已被應用，諸如淀粉、蛋白質、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業主要是為紙漿和造紙提供原料。黃豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發酵工藝已經進入幾個工業部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發展機遇。
“技術指南”已經突出了未來取得進展的途徑，而且確定了系統的各個組成部分的目標。成功地達到這些目標就可實現“設想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時也為2020年以后進一步發展奠定了基礎。按“技術指南”目標提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費品和能源的需要。當前進行研究將為今后的產品選擇提供機會。可再生資源需要將注意焦點放在以下幾個方面：發展方向、最佳科學思維的應用、最先進技術的應用和最高級智能水平的繼續研究等。本“技術指南”已經提出了需求和研究開發課題，其目的就是為美國開拓實施一條成功的可再生資源戰略。而且也選出了需要優先支持的領域，它們都是從幾個已經確定的科學研究和工業開發需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關鍵部門有最大的投資回報。
未來世界許多方面都會延續但將發生變化。幸運的是我們已看見其需求并具有科學智慧適應變化的發展。美國要保持領先地位就要繼續采取迅速的行動來滿足擴大利用可持續發展的可再生資源的需求。不斷的科學突破和技術進步(正如“技術指南”文件中所列出的項目和課題)才能滿足資源利用的挑戰。這些挑戰正在我們面前，我們面臨的挑戰是為滿足人們對產品不斷增長的需求。
“技術指南”中從兩個方面表明多學科和跨部門的研究開發對實現“設想”的重要性：
一是植物的投人，同時要考慮廢料和副產物利用、改性基因學的應用。
關鍵詞：地方院校專業建設創新
2008年度廣東省本科高等教育教學改革項目“高校科技創新教育研究與實踐”（BKJGZZ2008063）和2009年教育部人文社會科學研究一般項目“高等教育地方化的中國模式：地方大學發展的歷程、問題與經驗”（09YJA880022）階段性成果之一。
專業建設水平是反映一所高校的辦學理念、辦學特色和辦學實力的真實體現，系統地探索地方院校的本科專業、課程建設機制、素質教育機制、學生的學習機制、和教學管理機制，創新地方高校本科專業建設的體系，是為培養具有引領意識、創業精神和實踐能力的、一專多能的應用型高級專門人才，引導學生就業創業工作的重中之重。
一、地方院校本科專業建設面臨的問題：
1．對現代教育教學思想和觀念缺乏深層次的認識
21世紀高等教育發展趨勢是大眾化、職業化、社會化、多樣化和國際化。我國高等教育正處在從“精英教育”向“大眾化教育”的轉變過程中。在大眾化發展階段的高等教育內部，存在著精英教育和大眾化教育兩種不同價值體系和實踐體系，我們地方普通本科院校依然徘徊在這兩種教育體系之間。造成學校的一些教育教學活動依然沒有擺脫傳統的精英模式的慣性影響，在大學教育教學的人才觀、質量觀、教學觀和發展觀等方面很難沖破傳統觀念的束縛，使得學校教育教學改革思想不夠解放，膽子不夠大，步伐不夠快。
2．專業建設與地方社會經濟發展不協調
專業少，口徑寬，是目前世界高等教育發展的特征之一。我國建國初期，受到前蘇聯模式的影響，根據行業、工種、崗位甚至產品設置高校專業，最多時專業數達到了1400多種，直接結果就是專業數量太多，專業口徑過于狹窄。改革開放以后，經過1987年和1993年的兩次調整，使本科專業目錄從1400多種壓縮到504種。自此以后，直到1998年，將專業目錄縮減了50％，減少到249種，并又對工科類制定了寬口徑的引導性專業目錄。政府教育部門對全國高校辦學又有過多的統一要求，如統一的專業目錄，相對劃一的培養模式，相同的評估標準等，從客觀上造成不合理和不公平的競爭，導致不同層次高校的專業發展趨同，難以形成自身辦學特色。因此，目前地方院校的專業設置與地方產業發展仍存在較大程度的脫節或者是不協調[1]。
3．人才培養目標、模式與培養過程設計、實施不協調
在本科院校，人才培養包括兩個層面的問題，即培養什么樣的人以及怎樣培養人的問題。前者即我們通常所說的培養目標，后者則是學校的人才培養模式。地方本科院校人才培養的定位，既要與研究型大學有區別，又不同于高職高專的教學型學校。但是目前對人才培養的定位和模式的內涵并沒有一個清晰的認識，再受傳統教育模式的影響，使得人才培養過程設計、實施與人才培養目標定位不協調，最明顯特征表現在三個方面：教學內容和課程體系改革力度不大，沒有突出學校的特色和創新；實踐教學還不能滿足應用型人才的培養目標；選修課和任選課的設計彈性不夠，難以突出學生的個性化和創新性培養。因此，導致培養目標與培養過程錯位以及教育活動的低效能。
4．大眾化教育要求與有限教學資源結構不平衡
在大眾化背景下，隨著高校的擴招，專業發展又快又多，一方面教師數量與知識結構仍然跟不上擴招和人才培養改革的步伐，教學內容陳舊，教學方法單一，教學手段較落后，教風和學風還存在許多問題。另一方面，學生自主選專業、自主選課程、自主選教師的教學改革受到資源限制，難以真正推進學分制的改革。
雖然地方院校具有發展快、多方支持、學生情商高等優勢，但是辦學歷史比較短、沉淀不足、生源單調等問題，專業建設已經成為地方院校的薄弱環節，并在一定程度上影響到人才質量的培養。從總體看，地方院校專業建設主要存在專業定位不太準確，專業特色不夠明顯；專業辦學規模偏小，整合的力度不夠，辦學條件不夠完善；教學規范管理和教學改革工作有待加強；不注重專業內涵的建設等問題，而這些問題已經成為地方院校人才培養的“瓶頸”。
二、地方院校本科專業創新建設的實踐探索
佛山科學技術學院1958年開辦，1995年升格本科，到現在已經歷了半個世紀，專科辦學時間37年，本科教育歷史14年，又經過兩次學校的合并或并入磨合。同時，2002年接受了教育部本科教學工作合格評價，2007年本科教學工作水平評估，目前基本完成了由專科教育向本科教育的轉變，進入了所謂的“新建期”，屬于教學型本科院校。學校一直致力于提高教學質量，勇于改革，積極開展專業、課程建設。目前，初步形成了相對比較合理的專業結構，專業門類齊全，專業教師梯隊基本形成，專業辦學條件不斷改善。
1．明確了地方院校本科專業的人才培養層次定位
從學校屬性來看：佛山地處珠江三角洲腹地，毗鄰港澳，靠近廣州，是歷史上的四大名鎮之一，有著得天獨厚的人文背景和發展經濟的地緣優勢。在設計學校規模、培養目標、專業設置、學科建設、教學改革、科研開發等工作中緊緊圍繞“立足地方，服務地方”這一主題，具有明顯的地方性[2]。
從人才培養目標來看：任何一所地方院校，無論其層次高低、規模大小，都在不同程度上接受地方的地理、經濟的影響和文化的熏陶，這種潛移默化的影響也總是通過一定的渠道折射在學校的校風、教風、學風中，使得學校辦學理念和辦學傳統具有地方文化的烙印。
2．緊密圍繞地方經濟社會發展需求，調整優化專業結構
專業結構調整優化是學校主動適應經濟社會發展對人才需求的具體體現。根據學校辦學條件和基礎及專業結構的現狀，堅持新建、優化、加強和淘汰的原則，需求牽引，注重應用，凸顯特色，構建適應應用型本科人才培養的多學科協調和可持續發展的專業體系。
為了主動適應地方經濟社會發展及其產業結構調整的需求，更好地與佛山“3+9”特色產業基地建設任務相銜接，學校新建和改造一批現有專業，以適應地方產業發展對人才的需求。按照市委市政府對學校提出的“理工為主，綜合發展”的要求， 2010年，我校將以電子信息為重點，組建設電子信息工程學院，以工業設計為重點，組建了陶瓷（珠寶）藝術設計學院；并于今后兩年內組建化學化工與環境工程學院、機械與材料學院、自動化學院、土木建筑學院，增設了“光源與照明”、“化學工程與工藝”兩個戰略性新興產業專業。不斷加大對理工科專業建設經費的投入，提高工科類學科專業比例，在光機電一體化、工業自動化、計算機軟件及信息化、生物工程、材料應用、土木工程等學科逐步形成特色，前瞻性地培養適應未來發展需要、引領行業發展的高素質人才。
3．創新人才培養模式，積極探索創業創新課程建設
創業教育是未來教育的角色主體，作為一所地方院校應結合地方，以創業人才培養為導向，加強培養學生創業意識、創業精神、創業知識、創業能力、創業心理品質等，不斷滿足地方經濟對創業性人才培養的需要，闖出一條發達地區地方高校的人才培養特色。
為深化教學改革，探索應用型人才培養的有效途徑，2008年學校啟動了 “國際貿易專業”和 “機械制造及其自動化專業”開設“創業創新班”的實踐。 “創業創新班”教學改革的試點，旨在培養具有扎實專業基礎和經營管理才能、較高創新精神、創新素質和創業能力的專門人才。
在課程建設上，堅持以科學發展觀為指導，以地方所需人才培養為根本任務，依照人才培養定位，育人為本，以更新教學思想觀念為先導，以精品課程和重點建設課程為龍頭，以核心課程為主體，優化課程體系，更新教學內容學，推進以BB平臺為標志的網絡、多媒體課程的現代教學改革。近年來，學校積極探索創新課程建設。
4．構建地方院校應用型人才培養實踐教學體系
以培養學生獨立自主學習能力和創新精神為重點，構建和完善了由基礎實踐教學、專業實踐教學和綜合實踐教學三個層面有機結合、系統化的實踐教學體系。結合科技與創新教育的開展與實踐，積極培養學生的創新意識、實踐能力和創業精神。
學校建立了實驗教學實訓中心，采用“定時開放”、“預約開放”、“階段開放”等形式共享實踐教學資源。加強實踐教學基地的建設，拓展校外實習空間,與各企事業單位，建立頂崗實習基地和一批穩定的專業實習基地，為學生提供更多的實際鍛煉機會。在穩定現有校內外實習基地的基礎上，積極推進產學研結合，加強同地方政府、企業等合作，擴大基地數量，加強校內外實習基地建設，提升基地質量，充分發揮其在人才培養中的作用。
5．完善地方院校教學質量監控機制
學校為實現人才培養目標，運用系統理論和方法，把質量管理各階段、各環節的職能組織起來，圍繞人才培養活動，對教學過程進行評價和診斷，形成一個任務、職責、權限明確，互相協調、互相促進的穩定、有效的管理系統。它包括教學質量管理系統；教學質量評估系統；教學質量監控系統；教學質量支持系統[2]。
樹立以人為本、重在改進的理念，借助系統論的觀點，建立一個以人才培養目標為切入口，關注質量標準的科學設計和修正，注重教與學活動過程的信息收集、處理和反饋，并對教學各環節進行質量評價的全方位、全過程、多層次控制的運行機制。
6．強化教學團隊的培育和人事分配制度改革
學校注重加強教學團隊建設，重點分層次建設一批結構合理、團結協作、教學質量高和積極參與教學改革的教學團隊，積極推動學校教學改革和創新。并在開展教學研究、改革和教師培訓等方面給予大力支持。
在人事分配制度改革方面堅持四大原則，一是堅持“優化結構、整合資源、提高效率、增加效益”的原則。二是堅持“按需設崗、公開招聘、平等競爭、擇優聘用、嚴格考核、合同管理”的原則。三是堅持“按勞分配、優勞優酬、績效優先、兼顧公平”的原則。四是堅持“分級管理、責權利對等、事權和人權統一”的原則。
參考文獻：
