时间：2023-08-16 17:11:30
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1环境工程原理课程实验教学特点
《环境工程原理》是基础理论向工程技术过渡的课程，它抽象出了环境工程学科的基本理论和普遍规律，其特点决定了教材难以理解，再加上内容多，公式推导繁琐，本人在教学过程中，发现多半数的学生对本课程的学习兴趣不高，在学习中往往体会不到该课程的乐趣，体会不到重要性，总觉得用处不大，学习中也就自然缺乏了主观能动性［4］。由于我们课时有限(理论教学50课时，实验教学20课时)，在理论课的教学中，我们结合本学科的侧重点，对内容进行了小范围的适当删节和调整，简化理论推导过程，增强公式的理解和应用，注重公式的应用条件。《环境工程原理》的实践教学同样包括课程实验和课程设计两大部分(课程设计探索下文再叙)，课程的特点决定了实践教学与理论教学占同等重要的地位，因为实践环节的训练能使学生把环境工程原理的理论来提高工程实践的思维方式、分析能力和创新能力。这样让学生切身感受到环境工程原理的实际应用价值，激发学习能动性。
2环境工程原理课程实验教学体系
2.1环境工程原理课程实验教学安排
尽管《环境工程原理》在国内高校已开设多年，但是相关的课程实验教材参考资料几乎没有。自我系开设《环境工程原理》课程以来，一直非常重视实践环节尤其是课程实验的安排、改革、研讨与建设。因此结合《环境工程原理》课程实验的特点和我系所在的生物与化学工程学院的学科优势(我院具有较强的应用化学、化工、生物技术和生物工程等7个本科专业和环境科学与工程一级学科硕士点、应用化学、微生物、发酵工程等9个二级学科硕士点)，我系《环境工程原理》安排了20个学时的课程实验，几乎涉及到课程大部分篇章。我们对《环境工程原理》课程实验的安排主要考虑原则是《环境工程原理》实验要区别于《环境工程专业实验》，例如沉降是《环境工程原理》重要的基础理论，也是《大气污染控制工程》的重力沉降室、《水污染控制工程》的沉砂池(沉淀池)的重要工程理论，在水处理实验中，我们也开设沉降实验(包括自由沉降和絮凝沉降实验)，因此在《环境工程原理》课程实验教学讲授的方式、深度和范围，及如何有效和后续专业课程实验有所区别又能巧妙的衔接对《环境工程原理》课程实验是非常重要的。最重要的是理论阐述与工程实际相结合，激发学生学习兴趣和能动性。所以我们在工业中广泛应用的单元操作的基础上，运用环境工程原理基础理论，提高综合性、设计性实验的比例，既使学生了解每个单元操作的基本原理，有能使学生理解这个单元操作在环境工程中的应用，以更宽泛的视觉和更高的高度来看待这些操作，使学生不拘泥于工业操作的模式，使学生可以根据每个单元操作的原理独立设计实验，以充分调动学生的创新能力和综合能力。同时，通过“深化”课程实验内容，学生可以借助理论知识和课程实验来发现当前应用的环境工程处理单元的原理和优缺点，提出改进的方向是个重要的课题，也为今后环境工程设计打下基础。
2.2环境工程原理课程实验教学设计
我系《环境工程原理》课程实验以前主要参考和使用《化工原理》实验教学设备，基本上是通过单元设备和仿真实验来实际观察设备的工作状况，验证课堂讲授的基本内容。我们充分借鉴和吸收《化工原理》、《反应工程原理》和《生物工程原理》等课程实验，在这个基础上，结合《环境工程原理》课程特点重新进行了设计和优化。我们拟将《环境工程原理》实验分为三个层次:基础实验、提高型实验(设计型实验)、研究型实验［5］。第一层次是基础实验，即教学大纲所要求的实验项目，包括流体流动阻力系数的测定、孔板流量计校核实验和吸附等温线实验等必做基础实验。第二层次为设计型实验，补充基础实验中未体现而在工业中广泛应用的单元操作，包括恒压过滤常数测定实验、吸附动力学实验及超滤膜实验等选做实验。第三层次就是是研究型实验。例如污染物降解菌的间歇培养实验(CSTR)实验。在具体的实验教学过程中，比如流体流动和流体机械实验，过滤实验和吸收实验，我们主要充分参考了《化工原理》实验成熟的实验设置。比如吸附实验，为了有别于《水污染控制工程》的吸附实验以及抽象出吸附基本理论，我们设计了吸附等温线实验和吸附动力学实验，这样不仅使学生深入理解吸附的基本理论，比如Langmuir和Freundlich等温线，看看他们的相关性系数R2，得出更符合L或者F的等温线，又可以很好与第三篇反应动力学结合起来，通过研究吸附速率，就是吸附量与时间的关系得出吸附过程是否符合一级或二级吸附动力学。比如沉降，我们开设落球自由沉降实验，通过这个实验使学生更能理解流体的Re对自由沉降的影响，熟练掌握Stocks公式的应用，并且理解Stocks定律用落球法测定液体粘度的原理和方法，这样以能显著区别于《水污染控制工程》的自由沉降实验又能使学生深入理解沉降的基本理论。
3结语
关键词：应用型本科院校新建本科院校；生物工程专业；应用型人才；人才培养模式
如今社会对于应用型人才的需求是很大的，学校结合自身对应用型人才的定位以及生源特点和办学模式，对于大学生的培养应该是以创新与实践相结合，扎实基础又具备自主学习能力为特征来进行的，这样就能解决实际生产所需的问题。同时，才能进一步的提高专业的教学水平，为整个社会提供更多的应用型人才。作为本科院校，对于如何培养生物工程专业应用型人才计划是一个值得探讨的课题，本文就针对此来进行分析探讨。
一目前生物工程专业人才培养现状及存在的问题
目前，在高校教育与行业需求日益突出的矛盾中，“一刀切”的现象还是普遍存在高校的教育中，所谓的“一刀切”现象是指高校还是把培养“研究型”“学术型”人才作为培养的重点，也就是说重视高分而忽视其实践能力，只是为了考研而存在的理论型人才，这种人才对于社会所需的应用型人才还差着很远的距离，也因为这种教育方式使得学生的动手实践能力相当的弱。生物工程专业本身就是一门交叉性的学科，它既涉及到了化学工程，同时也涉及到生物技术等，也就是说其学习的内容跨度比较大，学生在进行学习的时候就会很分散，难以掌握重点。很多高校为了使课程不显得过重就会删除掉许多的相关专业课时，也就是说生物工程专业的学生和其他专业的学生课程是一样的，但是比起化工科或者生物专业的学生来说，所学到的专业知识是没有他们深入的，过多的理论课占据了主要的学习时间，使学生没有多余的时间去进行实践课的学习，这就把学生实践能力的培养给耽误了。教育部把生物工程专业划分为正式的专业课程目录后，虽然许多高校都相继开设了专门的课程，这些课程都是与国际本行业的发展进行紧密相连的，也因此就把重点放在了“学术型”人才的培养上。无论是课程的设置还是培养方案都是相同的，就是为了提升考研率，对于社会所需则考虑的过少，这就把高校培养人才的弊端给显现出来，就是有些脱离实际。高校为了提升考研率就会让学生牺牲专业课学习的时间专门只针对考研科目进行补习，对于整个专业的学习来说并没有什么益处，很多学生学完以后对于本专业的学习内容还只是一知半解的了解，知识比较表面，在实践动手能力更是没有什么针对性的练习，这些不能继续考研深造的学生一旦进入社会就无法适应社会的所需，就会出现大量高分低能的现象，所以说这种只在乎理论学习的培养方式是不利于应用型人才的培养的。
二应用型本科院校生物工程专业特色人才培养模式
（一）结合区域经济发展需求
有关生物工程专业应用型人才的培养模式和高职教学中的技术培养和理论培养都有着一定的区别，其主要就是结合当地的实际情况和社会的需求来设计人才的培养方案，从而对他们进行培养。首先要对课程进行有效的优化，从而合理的安排好每个教学的环节，同时要加强实践课和实验课的教学。在进行项目教学的时候，还可以提高学校的合作教育。然后就是根据当地的经济情况建立起相应的人才培养模块。在对人才培养的时候，按照生物工程专业人才培养的要求来对学生进行有效的培养，同时对课程进行有效的优化和调整，把握住其中的基础知识和专业知识的相结合。在面对一些公共基础课程中，要做好合理的选择，从而对学生的综合素质进行有效的培养，而在专业课程的选择上，主要有一些基础细胞工程、发酵工程和物质分离工程等，在进行选修的专业课程中，不需要学生把所有的知识都进行系统和完整的学习，而是需要学生结合自己当地的经济情况进行有针对性的选择[1]，从而真正的培养出适合当地市场的应用型人才。
（二）建立多学科融合的复合型人才培养方案
应用型本科人才的主要培养目标就是要满足社会各界的要求，其主要奋战的地方就是社会的各种高新技术产业。在工业的生产和企业的管理当中，这些人才主要就是工作在最为主要的工作岗位上，直接解决实际的问题，同时维持企业正常的运行。根据《普通高校修订本科教学计划的原则意见》、《高等工程教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划》以及《高等学校本科生物工程专业规范》等文件，结合各大工程学院实际情况，在制定应用型专业人才培养方案的时候，要确定人才培养的目标，保证他们将来可以为社会的发展和当地经济的发展做出巨大的贡献。在对人才进行培养的时候，不仅要提高他们的专业水平和能力，同时还要提高他们的综合素质和道德水平，只有这样才能保证他们可以真正的为社会服务。在对他们进行专业性培养的时候，主要是对物理、化学和生物等学科的基本理论，进行有效的培养，同时还要培养他们相关的技术水平和基本技能等。然后结合当地地经济实际的发展情况，对学生的应用能力进行有效的培养。对专业方向设置的时候要有针对性，加强实践和实验教学，从而真正的提高学生对知识的应用能力，让他们真正的成为专业的应用型人才。
（三）增加教学实践性
生物工程应用型人才培养，需要增加教学的实践性，具体来说，可以增加实验课程的学时数，像实验课课程的学时可以增加到32学时，无机化学与分析化学实验、基础生物实验等课程的课时增加到32课时；还有在学仪器分析理论时，对授课内容及课时进行有效的调整，根据专业的特点及需求修改教学大纲，增加相关内容的比重及实验学时，相应的减少其他内容的比重及学时；微生物学、化工原理等专业基础课程的实验学时也要增加。根据教学计划中一些没有开设实验课的理论课也可以增加的实验学时，像分子生物学与基因工程、发酵工程等，总之通过加大实验比重来促使学生的动手能力、分析问题、解决问题的能力得到提升。
（四）加强校企合作，强化实训力度
生物工程专业教学实习是生物工程专业学生的重要课程，主要目的为了让学生掌握专业课程，并能借助校企合作平台进入到企业实习，学生在实践中可以运用课本中的专业知识，使得学生的专业知识得到发展与巩固，还有学生也能在企业中熟悉与掌握一定的企业经营与管理知识的相关体系，帮助学生提前认识社会。
（五）构建合理的生物工程专业体系
生物工程专业的应用型人才培养需要学校构建出合理的生物工程专业体系，新型生物工程应用型人才培养的新课程体系的设想，构建出重视培养学生应用以及能力为重点的理论课程体系，实践以及素质拓展的教学体系，结合精简、重组、融合、增设等方面的途径，来调整教学内容，开设选修课、实验课，给学生提供培养创新能力的机会；还有以市场需求为导向[2]，训练学生的行业能力，开发学生的综合行业能力。由校企联合来对课程进行研究，为学生制定出专业技术课程与技能的实训模块，突出专业课程的行业特点，以学生行业能力培养为课程的基础内容，培养学生的学习能力，提升学生的就业适应能力。重视人文与科学最优结合，使得学生的理论基础为专业理论服务，专业理论为技术的理论服务，使得学生具备综合运用理论基础知识的能力，提升学生的就业适应能力。另外，学生综合运用知识能力的培养是十分重要的，在进行教学的时候，要提高课堂的多样性，增加教学的灵活性和多样性，从而培养出适应行业与社会发展的应用型人才。
（六）优化实践教学体系
生物工程专业技术的应用型人才培养，需要重视学生技术应用能力以及工程意识的培养，对实验、实习、见习等是实现生物工程专业技术应用型人才的培养的重要途径，由此构建出完善的分类设计、分层施教、分步实施、独立设置等课程，结合实践教学体系，围绕生物工程专业技术应用型人才的培养目标，构建出实验课程、认识实习、毕业设计等组合的实践教学体系，在构建完善的实验课程体系的同时，要关注实践教学内容的设置。可以将实验课程课程分为必修实验、选做实验、自选实验等三种类型，让学生根据自身的学习需求来进行自主选择，为实验课程的发展提供更加广泛的空间。另外，对于实验课程来说，要适当减少验证性的实验比例，增加设计性、综合性的实验比例，逐渐将实验课程转变成为验证性、设计性、综合性的实验组成体系。
三结语
生物工程专业特色人才培养方案的实施必须落到实处，在实施过程中不断优化，着实提高应用型本科院校生物工程专业人才培养的质量。
参考文献
[1]李常健，黄光文.新建本科院校生物工程专业应用型人才培养模式研究[J].湖南科技学院学报，2007，12:31-33.
关键词：分层教学；制药工程；创新能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）10-0158-02
《制药工程》是一门实践性强，需要在学生掌握较多的基础知识、专业知识的基础上，结合当前的中医药工业发展趋势，解决实际的工程问题，通过分层教学方案实施完善各个教学环节，使不同水平的学生均取得了较好的学习效果，能使不同层次的学生都能在一定程度上得到发展和提高，享受到成功的喜悦，并能较好地适应专业工作岗位，开展创新研究工作，促进我国制药工业的发展。
一、《制药工程》开展分层教学的意义
分层教学又称分组教学，是根据学生的现有知识、能力水平和潜力倾向相对地把学生科学地分成几组各自水平相近的群体，并加以有区别的对待，采用恰当的分层教学策略进行分层次教学，使每一个学生均得到最好的发展和提高。
《制药工程》是在药学、化学、化学工程学等的基础上形成的一门学科，是与药学、工程学和经济学等学科密切结合的综合性应用学科。涉及的内容有制药工程项目设计的所有内容，包括工艺、安全、经济等。教学目标是通过本课程的学习，使学生掌握制药工程项目的设计程序、方法、各项技术，把握制药工程的前沿，使学生能将所学理论知识与工程实际衔接起来，从工程和经济的角度去考虑技术问题，具有药品新产品、新工艺研究、开发和设计的初步能力，提高综合分析能力和自主创新能力，并逐步实现由学生向制药工程师的转变。
大学教学是培养学生素质和能力为目的，《制药工程》是一门实践性强，与当前的中医药工业发展密切相关的课程，需要前期学习药剂学、制药工艺学、工程制图等大量基础课、专业课的基础上，开展综合运用，并且要与制药工业发展趋势紧密结合，需要学生在前期打下扎实的基础，然而在实际上学生的基础、领悟力、理解能力、综合概括能力、创新能力等参差不齐，造成学习制药工程的效果具有明显的差别，而且受到课时数、实践条件等各方面限制，采用一般的教学方法很能达到较好的教学效果。
因此《制药工程》采用分层教学方法，根据制药工程的各项内容、要求等，结合专业目标、方向，实施分层教学策略，可以使从不同层次、不同角度使每一位学生均得到提高和发展。
二、分层教学的教学对象、分析
本校《制药工程》面向的专业主要是制药工程、生物工程专业（四年制），均为工科专业，本课程分别安排在第7、6学期。
专业不同，知识结构、培养目标不同。制药工程专业学生已学习药物化学、药物合成反应、药物分析、生化工程、化工原理、药剂学、生物工艺学、生化制药学、制药工艺学等方面的基本理论和基本知识，要求培养学生具有对医药产品的生产、工程设计、新药的研制与开发的基本能力。生物工程专业学生已学习基础生物学、生物化学、工业微生物学、工程制图、电工技术基础、化工原理、细胞工程、酶工程、基因工程、生物工艺学、生化工程、生物工程设备等方面的基础理论和基本知识，要求培养学生能在生物技术与工程及中医药领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。
同专业班内学生的个体情况不同，个性差异现象明显，学习层次也截然不同。新课程改革强调教学必须面向全体学生，同时，要正视学生的个别差异。根据《制药工程》不同的授课专业、班内不同水平、个性差异，从学生的实际情况出发，从学生的个别差异出发，开展有差别的教学，采用分层教学，倡导“因材施教”，使全体学生共同进步。
三、分层教学的实施方案
如何开展分层教学，主要从调研、分层（分组）、备课分层、授课分层、作业分层、评价分层、及结合辅导、网络等多方面开展实施。
1.认真调研分析，实施科学分组。首先分析不同专业，根据专业的培养目标，制定本课程的教学目标、基本教学方法和手段，确定需要掌握最基本内容。然后开展调研，通过问卷调查表、交谈沟通等手段，掌握每个学生的学习现状、基础、能力等，认真分析全班学生的共同特点和个别差异，根据学生的成绩、智力情况、自主学习能力、综合能力、个性特点等因素，结合教材、教学目标将学生相对地分为ABC三个层次[1]：A组（平时成绩优秀，基础扎实，接受能力强，学习方法正确、综合素质相对较高）、B组（成绩中等，基础和智力一般，有一定的上进心，学习相对比较自觉）、C组（学习积极性不高，基础、智力较差，接受能力不强，学习上有一定困难）。建立学习小组[2]（每个学习小组由4～5位同学构成，并任命一名同学担任小组长）。教学过程中并可根据学生的情况或请求可做调整。
2.落实教学思想，优化分层教学环节。（1）备课分层。备课时根据学生分组和学生的实际情况进行分层备课，认真钻研课程标准和教材，从教学目标、教学内容、教学时间、教学步骤、教学方法等多个教学设计环节中，体现共同的目标外，对A、B、C三个层次的同学分别提出不同的教学要求。如A组要求在掌握基本知识外，重点培养其创新意识；B组要求熟练掌握基础知识，并能灵活运用基本方法和技术，解决实际工程问题；C组要求掌握课程的基础知识，学会基本方法，初步建立工程的理念。（2）授课分层。分层教学中最重要的一个环节是课堂实行分层授课。限于大学教学的客观条件，不可能在同一堂课里将不同层次的学生分开授课，因此在实际的课堂教学活动过程中，既要有统一要求，又应有区别对待，既有主攻基本目标，面向全体学生的环节，又有分层次目标，兼顾优秀、困难生的环节，主要通过把握课堂提问的层次，让各层次学生都学有所得。对A组以鼓励创新为主，给予思路点拨；对B组以激发兴趣为主，开拓思路；对C组以增强信心为主，灌输工程理念。可以在讲授知识时提问B组，利用他们在认识上的不完善，把问题展开，提供思路，开展知识点相关研究；也可采用设计不同梯度的问题，让不同层次的学生都参与到教学活动中来，以满足不同层次学生的学习需要，都能体验到成功的喜悦。（3）作业分层。作业分层应考虑学生的心理承受能力和知识实际水平，减少差生的作业量，使其在不抄袭的前提下能够回答，逐步培养继续学习的兴趣和信心；适当增加优秀学生的作业量，让其有机会体验到挑战成功的愉，循序渐进地训练，使学生不断得到进步，在建立制药工程理念的基础上，逐步建立知识框架，提高相关解决制药工程设计的相关技术、方法。作业分必做、选做两类。必做作业根据教学大纲、教材、教学目标的基本要求，设计比较基础的题目，全班统一标准，统一要求；选做作业根据优等和中等水平学生的学习水平设计，要求优等生必做，通过平时成绩的考核加分鼓励中等生都能去做，如一个简单的制药工程设计项目。（4）辅导分层。辅导是课堂教学的延伸和补充，同时制药工程课时数有限，作为一门与制药工程实际密切联系的课程，课外辅导是重要的补充环节。具体根据学生的个性差异、学习能力、自觉性，安排有针对性的辅导，主要通过督促检查制药工程设计项目完成过程中的疑难和困惑。对优生的辅导注重各知识点之间的联系和区别，注重创新思维的培养，并通过提供制药工程设计的实际问题，充分开发其学习的潜能；对中等生重在分析和解决问题能力的培养，辅导如何将教材的各知识点综合利用、融合，以解决基本的工程设计问题；对困难生，降低问题的切入点，重点在最基本的知识点的掌握，制药工程知识框架的构建和工程理念的树立。在辅导形式上，除采用个别辅导外，通过成立课外兴趣小组，团队合作，共同完成一个制药工程设计项目，使学生整体优化。同时积极结合网络技术、方法，开展多途径、多形式的辅导方式，以便获得积极、有效的教学效果。（5）评价分层。学期总评时对不同层次的学生要采用不同的评价标准进行分层评价，分别采用严格性评价，激励性评价和赏识性评价，最后综合评估。对困难生主要采用赏识评价法，发现其闪光点，肯定他们的点滴进步，调动他们学习的积极性；对中等生采用激励性评价，既揭示学习中的不足又指明需要努力的方向；对优秀生采用竞争性、严格性评价，坚持高标准、严要求，促使他们更加严谨、谦虚，不断超越自己，提高其创新能力。
四、分层教学的实施效果
通过对《制药工程》开展分层教学以来，生物工程、制药工程不同专业、不同水平的学生均得到了大幅的提高，课堂反映良好，不同层次的学生体现不同层次的提高，困难生在掌握制药工程基本概念的基础上，基本树立了制药工程的工程理念；中等生学会如何综合贯穿教材中各个知识点，并基本能通过学到的技术、方法完成基本的设计方案；优秀生能密切联系工程实际问题，完成完整的项目设计，并能结合目前的发展趋势思考、突破创新，优化项目设计内容。结合课外辅导、网络交流，创造较好的学习环境，锻炼其团队合作的能力，每一个学生都享受到成功的喜悦。
五、总结与反思
在制药工程教学中开展分层教学取得了较好的教学效果，各层次学生反映也较好，但仍有个别学生因为辅导不足、参与性不足、自觉性不足等原因，未能达到预期的教学目标，因此在以后的分层教学实施中仍要进一步完善教学环节，及时调整学生层次，以最大程度地提高学生学习积极性，继续完善分层评价方法，如合理设置小组，培养团队合作精神，多渠道获得学生反馈，调整方案及调整相关策略。
参考文献：
我们开展分子生物学教学改革遵循两条基本原则：一是适应普通高等教学需求的基本原则；二是适应本学科发展和人才培养需要的基本原则。在坚持两个基本原则基础之上,我们提出三条改革思路:一是针对生物工程类专业特点,突出分子生物学在现代工业微生物研究和改良中的应用趋势和途径,加强学生对专业的理解和本学科的认识;二是遵循高等院校教学特点,从教学方法和教学内容等方面进行改革和探索,建立一套能够培养理论素养与实验能力并重的工程化人才的分子生物学教学体系;三是加强理论知识与实际应用实例相结合的教学方式,在理论中强调应用,在应用中引出理论,使学生在有限的教学课时内消化理论知识的同时拓展视野并加强对本学科的理解。
2教学改革具体内容
2.1优化教学内容
我们在进行分子生物学课程的授学时,首先针对生物工程类专业特点选择合适的教材并制定教学大纲。经过比较和分析,我们选择赵亚华编著的《分子生物学教程》(第三版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)作为基础教材,该教材主要阐述的是狭义分子生物学所涵盖的范畴,编写内容具有条理清晰,语言简练,信息量大,实例丰富等特点,并且全书系统地在重要的知识点后附有简要小结,便于学生在学习和复习过程中从繁杂的信息中快速的查找和理解重点内容,比较适合于普通高校生物工程类专业教学使用。分子生物学课时少而内容繁杂,在有限的课时之内不可能按教材内容全部讲授,学生也不可能全部能够接受。因此,在实际教学过程中,我们必须结合专业特点,对教科书内容进行取舍,并根据专业的培养目标进行补充,突出专业领域涉及的重点和难点。因此,选定教材之后,我们根据生物工程类专业特点对教学内容进行了优化:(1)弱化学科交叉重复部分,分子生物学是在多个学科的基础上发展起来的,也决定了分子生物学中有很多理论知识与其它学科具有交叉和重复,如生物化学、遗传学、酶学和微生物学等,我们在分子生物学的实际教学过程中对已经学习过的交叉部分的知识点采用复习的方式快速进行;(2)强化对与专业相关的理论知识讲解,例如DNA的重组、真核生物与原核生物基因的转录和表达调控等内容;(3)引导介绍与本专业相关性不强的知识点,学生如有兴趣可以利用课外时间进行学习,以满足求知欲望较为强烈的学生的学习要求,如噬菌体基因的表达调控、病毒的分子生物学等;(4)结合专业方向补充教学内容,加大应用实例讲解,促进学生对理论知识的理解,例如讲解特异位点重组内容时,可以结合目前研究领域应用较多的Xer/dif重组系统进行讲解,让学生理解了特异位点重组概念和过程的同时,又学习了该重组理论最新研究进展及其在微生物代谢途径工程中的应用,从而实现教学内容的理论性、专业性、实用性、学术性和前沿性并举。
2.2改革教学方法
对大学生而言,分子生物学是一门及其抽象的学科,其中涉及的理论体系和生物过程复杂而又晦涩难懂,极其难以掌握,采用传统的填鸭式教学,学生的学习兴趣不高,学习效率有限,因此创新教学方法,改变授课方式,使抽象化的概念能够直观地呈现在学生面前,对提高学生的学习兴趣并提升学习效率尤为重要。我们在实际教学中,对教学方法做了以下改革:(1)采用多媒体教学,结合大量精美图片、动画和视频,将抽象的、理论的生物过程或概念中涵盖的大量信息有效、生动、形象化地展现给学生,例如,蛋白质合成过程中涉及的起始、延生和终止三个过程以及延生过程中涉及的进位、转肽和转位三个反应实际上是一个连续的动态过程,中间涉及的概念和因子很多,通过板书无法有效地进行形象化演示和解释,而在多媒体教学方式下,借助大量图片和动画实现静态和动态相结合的方式讲授该生物过程,可使学生有效地理解并掌握该部分内容;(2)大力利用网络资源,搜寻与讲授内容相关的精美图片和科教视频,补充教材内容的不足,从不同视角、不同阶段对重点内容进行阐释,帮助学生对难点的理解和掌握,例如,RNA干扰技术是一个比较抽象的概念和过程,课堂调查中发现学生很难理解双链RNA的产生、水解蛋白的作用过程等概念,在我们的实际教学过程中选用一段网络公开视频通过三维动画模拟,使学生轻松地“看到了”生物体内RNA干扰过程,极大地帮助了学生对相关过程的认识和理解;(3)利用生物学分析软件演示促进学生理解,在现代分子生物学研究领域,无论是简单基因的比对分析还是复杂的蛋白质定向进化模拟都离不开专业的生物学分析软件,在教学方面利用生物学分析软件也可以达到事半功倍的效果,例如,在讲授蛋白质的编码基因序列和开放阅读框两个概念的时候,学生短时间之内无法深刻理解,如果使用生物学分析软件对一条基因进行分析演示,学生可以一目了然地“看到”CDS与ORF之间的联系与区别;(4)结合实例对重点理论进行剖析,例如基因表达调控部分内容,在目前的科学研究领域和实际工业化应用领域研究都极为广泛,但在实际教学时,由于知识点多,过程复杂,学生在学习过程中往往感觉到枯燥而不知所以然,此时即可在教学过程中结合某个具体的相关研究项目(例如硕士研究论文、博士研究论文或科研基金研究项目)的目的、意义和方法等进行讲解,达到理论学习与实际应用相结合,在实例中引出理论概念和过程。通过大量实例的讲解,不仅促进了学生对理论知识的理解和掌握,同时加深了学生对本学科的认识,拓展了学生的视野,培养了学生在实际应用中解决问题的思维能力。
2.3强化实验教学
分子生物学是在实验论证的基础之上建立并发展起来的对实验技能要求很强的一门实验性学科,因此，分子生物学的教学也必须有实验教学作为支撑,只有在理论教学和实验教学相结合的模式下才能使学生学以致用,达到真正理解并掌握分子生物学的教学目的。对工科的生物工程类专业,实验教学具有举足轻重、不可替代的作用,是培养学生动手能力和创新能力的基础。在我们的实验教学改革中,将每个班分为10组,每组3～4人,每个学生可以且必须单独完成实验操作,掌握本专业应用最为广泛的基因工程操作技术中常用的经典方法。实验教学时间与课堂教学时间比例设置为1∶2,保障有1/3的教学时间用于实验教学。实验内容主要围绕基因工程操作技术经典的四个步骤进行,即目的基因的获取、重组载体的构建(克隆载体)、受体细胞(大肠杆菌)转化、结果验证,在此过程中连续进行染色体提取、连接、大肠杆菌感受态细胞制备、转化、质粒提取、限制性酶切以及琼脂糖凝胶电泳检测等基本操作,使学生掌握DNA体外重组过程中使用的基本操作方法和技术原理。在上述实验过程中,多数实验步骤中都是微升级反应体系,对学生的动手能力和分析能力要求极高,因此,通过分子生物学实验教学可以培养并强化学生的“精细化”实验操作能力,为培养动手能力强,专业素质过硬,分析能力严谨的合格大学毕业生做出贡献。
3结语
【关键词】抑制剂；酶动力学；微课；教学设计
教学设计是根据教学对象和教学目标，解决教什么、怎样教的问题，以教学效果最优化为最终目的。“微课”是指以视频为主要载体，记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点（重点难点疑点）或教学环节而开展的精彩教与学活动全过程。是将来比较热门的教学模式，其主要特点就是教学时间短、内容小、促进教师的专业成长，提高学生学业水平。本次微课教学选择《生物化学》课程酶学中的一个重要问题，利用18分钟左右的时间将其顺利完成，力争达到预期目标。
1教学目标
1.1 使学习者准确理解和掌握酶抑制剂的概念和分类，不同抑制剂会导致动力学参数怎样的改变，原因是什么。
1.2 使学习者提高学习知识的技能，例如在分析三种可逆抑制剂对动力学参数的影响时怎样用自己的语言来描述。
1.3 使学习者掌握研究问题、分析问题、解决问题的方法，微课中讲到的磺胺类药物的作用机理就是实际运行理论来分析问题的典型案例。
1.4 为后续酶工程的学习奠定基础。
2重点与难点
2.1 重点：认真分析概念、分类等途径使学生理解和掌握抑制剂与变性剂等概念的区别，动力学参数变化。
2.2 难点：怎样从根据米氏方程中参数Vmax及Km的物理意义进一步分析其变化本质。
3学情分析
《生物化学》课程作为轻化工程、化学工程与工艺专业课程在目前具有重要的意义，通过该课程的学习，使学生对本专业发展及应用有较大的帮助。根据培养计划，在教学过程中针对具体专业培养目标、学生实际情况确立教学目标，重点选择相应内容进行讲解，为其所用，因此具有很强的针对性；教师具有近10年的生物化学一线教学经验；学生前期已学有机化学、无机及分析化学等基础课程；教材选用高等教育“十一五”国家级规划教材《生物化学简明教程》（第4版）张丽萍，杨建雄主编（高教出版社，2009）。
4指导思想
通过前期各位专家在网络会议上的讲解、我校教务处多次会议的分析及参加两个微课群的讨论，构建起我对微课的初步认识，形成自己的一些看法，并将这些看法融入到我的教学行为中，成为教学设计、制作微课录像的指导思想。首先，微课教学要围绕着一个自成体系的小问题来设计，因而不能像课堂教学哪有可以讲几个问题。我选择“抑制剂对酶动力学影响”正是基于以上考虑。其次，微课做出来是给那些需要了解或学习这方面知识的受众看，因而这个知识一定要具备整体性和独立性。如果像课堂教学（具有很强的连贯性）那样，先来一个“上节回顾”之类的前奏，应该不太合适。因为观看者并不知道上次讲解的内容，或者说他无需知道，因为他关心的是现在的内容。如果他想学习“上节回顾”中的知识，他可以去看这方面的微课。再次，微课授课的过程是讲授者面向网络中的观看者来讲解的，我在讲，他（们）在看，因此，在录制时可以想象他（们）就在我的面前，所以在称呼上就要与课堂教学不同了。否则，如果张嘴就是“同学们”，“大家好”，“你们”，是否会让观看者很不舒服？最后我认为微课不等于课堂教学的缩小版，受众也不是旁观者，如果将微课录制成了一种课堂教学的模式，那就变成了网上的受众在一旁看你是怎样教课的，看你与现场学生是怎样互动的，俨然成为一个看客、旁观者，这是不合适的。基于上述的感性认识，作为我进行微课教学设计和录制的“指导思想”。
5 教学方式与方法
5.1 问题探究法：在讲解抑制剂对酶动力学参数影响时，先提出3个问题，让学习者带着问题去看视频，从而更有针对性和目的性，在观看时不局限于被动接受信息，而是主动分析、处理信息。在讲解抑制剂概念时对其特点的分析就是为后面抑制剂分类奠定了重要的基础。
5.2比较教学法：课程中可逆抑制和不可逆抑制的概念；竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂的概念全部进行比较（对比）式教学，使学习者进行比较学习和掌握，理解和记忆都得到提高，起到很好的教学效果。
5.3 启发式教学：知识的学习绝不是灌输，而是思考后的结果，因此在讲课时不断创设一些思考点，让学习者在不知不觉中跟着老师的思路，不仅使学习者不感到疲劳，关键是形成自己的知识。
5.4 案列分析法：知识来源于生活、高于生活，所有知识的学习目的也要运用于生活，在讲课过程中，充分运用磺胺类药物的抗菌机理，进行深入分析，讲透其本质，完美的解释了竞争性抑制剂的作用，同时引导学生对其他方面相关知识进行分析和解释，避免肤浅认识。
6 教学过程安排
7 作业与考核
（1）竞争性抑制剂使酶促反应的km增大 而Vmax 不变 。
（2）磺胺类药物能抑制细菌生长，因为它是 对氨基苯甲酸 结构类似物，能 竞争 性地抑制 二氢叶酸合成酶活性。
（3）酶的竞争性抑制剂具有下列哪种动力学效应：（ A ）
A、Vm不变，Km增大 B、Vm不变，Km减小
C、Vm增大，Km不变 D、Vm减小，Km不变
（4）关于酶的抑制剂的叙述正确的是：（ C ）
A、酶的抑制剂中一部分是酶的变性剂 B、酶的抑制剂只与活性中心上的基团结合 C、酶的抑制剂均能使酶促反应速度下降 D、酶的抑制剂一般是大分子物质
（5）丙二酸对于琥珀酸脱氢酶的影响属于（ C ）。
A 反馈抑制 B 非竞争性抑制 C 竞争性抑制 D 底物抑制
（6）inhibition（抑制作用）酶的必须基团化学性质的改变，引起酶活力降低或丧失。但酶未变性。
（7）irreversible inhibition（不可逆抑制作用）抑制剂与酶的必须基团以共价键结合而引起酶活性的丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。
（8）reversible inhibition（可逆抑制作用））抑制剂与酶的必须基团以非共价键结合而引起酶活性的丧失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。
（9）competitive inhibition（竞争性抑制作用）抑制剂与底物竞争酶的结合部位，从而影响了底物与酶的正常结合。
（10）noncompetitive inhibition（非竞争性抑制作用）底物和抑制剂同时与酶结合，两者没有竞争作用。抑制剂和底物可以同时结合在酶分子的不同部位上，形成ESI三元复合物。但是，中间产物ESI三元复合物不能进一步分解为产物，酶活力降低。
（11）uncompetitive inhibition（反竞争性抑制作用） 酶只有与底物结合后，才能与抑制剂结合。与抑制剂结合后的三元复合物不能形成产物。
8 设计说明
8.1 微课设计与讲授贯彻微课“短小精悍”的特点，紧紧围绕着一个知识点展开，力图将这个酶学中比较重要、比较难学的知识点讲清楚、讲透彻，目的性强；
8.2 微课内容比较难，有些地方比较抽象，如何将抽象的知识变得生动有趣，就是本次微课的最大挑战。通过对比教学、图片结合、肢体动作、通俗化的语言比较好的淡化了抽象的概念，变得具体、形象、生动，尽量做到由浅入深、深入浅出，这是本次微课的最大特色；
8.3 微课秉承“以学习者为主体”的原则，整堂课问题、玄机不断，充分调动学习者的思维，使其在不知不觉中完成了知识的学习，既掌握了知识，也运用了知识，会有很大的成就感，并且，由于在整个过程中重视学习者的主体地位，使学习者有一种受尊敬被重视的感觉。
9 教学评价
9.1 自我评价：教学思想先进，符合时代要求；课程内容安排合理，条理性强，符合认知规律；信息量大；教学内容理论联系实际，注重学生综合素质和能力培养。因材施教，方法灵活；课程讲授能激发学生的学习兴趣，促进学生积极思维和调动学生潜在的能力，给学生以深刻的创新熏陶；积极开展教学法研究与应用，科学、合理、有效使用现代教育技术，效果好；注重引导学生自主学习；
9.2 同行专家评价：多次进行过公开课，专家评价良好。（见公开课评价）；
9.3 学校评价：近五年获得较多学校教学方面的荣誉。（省现代教学技术优秀奖、校教学优秀奖、教坛新秀、教学十佳等）；
9.4 学生评价：近五年学评教为A（见学校教务处评价系统）。
10 教学反思
10.1 语言不够严谨、精炼，缺乏活力，在录播时紧张，个人平时教学特色不能充分发挥；
10.2由于个人对录播设备及后期制作知识了解不多，所以对做出微课视频效果不满意，还需自己努力。
作者简介
朱长俊（1973―），男，安徽凤阳县，汉族，硕士，副教授，研究方向：生物学；
关键词：工程教育专业认证;化工原理实验教学;工程素质培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）42-0196-02
工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。在我国工程教育专业认证是由专门职业或行业协会（联合会）、学会会同该领域的教育工作者和相关行业企业专家一起进行的，针对高等教育本科工程类专业开展的一种合格评价。我国开展工程教育专业认证的目的是：（1）构建工程教育的质量监控体系，推进工程教育改革;（2）建立与工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系，促进工程教育与工业界的联系，增强工程教育人才对产业发展的适应性;（3）促进中国工程教育的国际互认，提升我国工程技术人才的国际竞争力。在这个大背景下我校化工原理实验课程在教学实践中始终注重工程思维与工程意识的培养，提高学生分析与解决工程实际问题的能力。作为我校化学工程与工艺、精细化工、催化工程、高分子化工、环境工程、生物工程以及应用化学等相关学科的专业基础课，该课程与其他基础课程实验存在本质的不同，具有典型的工程特点，学生在实际操作过程中往往会遇到不同类型的工程实际问题，因此我们应该有效利用该课程的特点与优势培养学生工程实践能力和创新意识[1]。以化学工程与工艺工程教育专业认证为导向，将工程观念渗入到实验预习、实验授课、实验操作以及实验结果讨论等环节中，从而提高学生的动手能力、设计能力和创新能力等综合素质，增强与产业发展相适应。
一、实验预习中渗透工程意识
在学校的支持下我校化工原理实验室设备经过多次升级改造，目前能够开设八个单元操作实验和两个创新实验，同时我们还自主研发了实验仿真教学平台用于教学研究，提供了多层次、多方位的实验教学手段，为工程教育专业模式的实施提供了硬件保障。化工原理与实验作为省精品课程拥有优秀的教学团队，任课教师全部具有博士学位，并且多年与化工企业联合承担重大项目实施，具备丰富的工程经验，这些都为我校高素质化工卓越工程师的培养打下了坚实的基础。实验预习中创新地增设独立授课环节，利用多媒体技术形象展示宏观设备内部的三维结构，演示单元操作的工艺过程，展示微观传递过程原理。化工原理实验作为理论课的重要实践环节，面对的是各个单元操作的共性问题，具有极强的工程背景，尤其是对于那些能够进行多种工况条件下操作的综合实验装置，可以充分调动学生的积极性参与实验方案设计、工艺流程装配以及实验结果的对比分析，通过多媒体手段对不同装置复杂工况的模拟展示，可以让学生立刻直观化地感知到本课程与基础课程本质的不同，成功地在学生脑海中植入大工程观念。学生在进入实验室之前需先写好预习报告，即了解本次实验目的、实验原理、实验工艺流程和实验操作步骤，在此常规基础要求之上，针对每个实验教师提前布置一些预习任务，让学生带着任务通过查阅文献收集本实验的相关信息，弄清楚实验装置中各个设备在化学工业生产中的主要用途和常规操作方法。如流体阻力实验中会用到离心泵、转子流量计等设备和仪表。让学生通过预习了解离心泵在工业生产中的主要分类与用途，教学实验出于安全考虑只用清水泵，学生通过文献的查阅可以了解其他类型泵的用途;化工原理课程主要介绍三种流量计：转子流量计、文丘里流量计和孔板流量计，学生查阅文献后可以清楚地了解三种流量计的构造、工作原理及在工业中的用途，查阅文献使学生在进入实验室之前自然地渗透了工程意识，拓展了工程实践知识。在实验课程教学前，实验室对学生开放，学生可以了解实验设备工艺流程、操作方法及主要控制参数。还可以利用仿真教学平台，模拟启动实验装置，监控并调节实验的温度、流量、压力及组成，处理实验过程中异常现象，对于实验结果进行对比，培养学生实际的工程意识。
二、实验授课中建立工程观念
出于对课程任务衔接的考虑，我校化工原理理论教学通常先进行各单元操作原理的讲授，最后再集中介绍各单元设备。由于实验教学与理论教学是同时进行的，这样就出现了学生对于设备的认知比较陌生，表现出“重原理、轻设备”的现象，缺乏对各单元操作之间的有机联系，从而导致理论与实践脱节，思维中树立不起来“工程观念”[2]。为了建立学生的工程观念，我们在实验教学中倡导以学生为主体，教师以引导提问的方式进行实验的讲解。化工原理实验过程中，学生思维模式比较单一，常规性地只关注某一单元操作设备的原理、操作方法及实验结果验证，忽略了解整个装置的工艺流程，缺乏对不同实验方案的尝试和操作参数优化的观念，更不会考虑装置运行的可行性、经济性及环保等工程实际问题。因而教师在进行授课过程中要有意识地渗透工程观念，结合实验装置提出相关的工程概念与学生进行互动式讨论。如在精馏综合实验中让学生明确板式塔与填料塔内部结构存在的差异，各自适用于何种物系的过程分离，以及分离效率的比较;同时还可以提出以下工程实际问题：工业上采用精馏手段为何得不到100%纯度的乙醇？如果采用反应精馏、萃取精馏、膜分离等方法是否可以得到100%纯度的乙醇？并详尽比较这几种单元操作的优缺点。实验讲解过程中，还可以利用仿真教学平台模拟精馏塔出现漏液、液泛等非正常操作现象、各种极限工况及如何进行操作调整等工程实践问题，拟补出于安全考虑而不能进行的实际工况中出现的非常规状况的操作。在进行离心泵特性曲线测定实验时，学生通过理论课教学对“气缚”和“汽蚀”两种概念有大致的了解，但两者在工程实践过程中的区别和危害究竟如何，在学生的脑海中并不清晰。在实验讲解过程中，我们展示工程实践过程中汽蚀后离心泵被腐蚀的叶片，利用仿真教学平台演示气缚操作现象，使学生对这两个工程概念重新认识，强化了工程观念。实践证明，实验授课中注重建立工程观念能够培养学生对复杂化工过程动态运行的综合分析和决策能力，深刻体会工程学科的研究方法，从而积累工程经验。
三、实验操作中体会工程观念
我校化工原理实验室的设备经过升级改造之后，绝大部分装置能够完成多个实验任务，具备综合性、设计性和研究型的特点。学生来到实验室后，面对一套多功能的实验装置需要2～3人组成一个小组来进行实验，每一个小组成员都是工程实验的实践者和探索者，必须具备团队协作精神，共同探讨实验方案，在实验方案的实施过程中要及时捕捉工程实践问题，进行结果的汇总和分析，进一步尝试相应的操作方法解决实际问题。教师在巡视过程中仔细观察学生的操作情况，及时发现工程实践问题，适时提出存在的问题，引发学生对问题的思考并引导学生进行理论分析做出正确的判断，在此基础上执行相关操作解决出现的问题。例如在传热综合实验过程中，由于鼓风机的连续转动做功会使管路入口处空气的温度逐渐升高，在实验过程中让学生通过观察温度计注意到这个问题，针对这一问题让学生踊跃提出解决的方法，开启学生解决工程实际问题的思路，开拓学生工程思维模式;工业上用于加热的蒸汽内会含有不凝性的气体，如果不进行排放会出现什么问题？如何在实际操作中解决此类问题？在板框过滤机实验中为何会出现滤液流不出的现象？它与板框的摆放顺序，以及流道的对应有何关系？通过以上问题的提出，学生可以主动把从理论课程学到的知识应用于实际碰到的工程问题的分析，在理论指导下完成相关问题的操作，将理论与实践联系起来，在激发学生学习兴趣的同时体会工程的观念。
四、实验结果讨论中反馈工程意识
实验结束之后，指导教师组织学生将实验操作中出现的实验现象和实验结果进行分析讨论，让学生各抒己见，在听取学生分析意见的同时提出工程问题引导学生思考。实验报告中要求学生写出一组数据处理的详尽过程，汇总全部测试数据结果做出对应的趋势图，与工程经验值进行对比，判断数据的可靠性，查找实验中存在误差的原因，并对实验装置的设计、仪器仪表的控制与调节手段等提出自己的意见和想法。通过对实验结果讨论的系统化整理，学生学会用工程的观点思考问题[3]，掌握工程实际操作中的规律，工程意识得到全方位加强。提升我国工程技术人才的国际竞争力是工程教育专业认证的主要目的之一，培养符合产业发展要求的优秀工程技术人才是我国教育改革关键所在[4]。立足现有实验条件，在化工原理实验教学过程中，我校始终秉持以培养学生工程素质和创新能力作为实验教学的首要任务，在重视理论教学的基础之上，将工程素质培养模式贯穿于实践教学环节，推进我校化工原理实验教学改革新突破。
参考文献：
[1]王俊文，郝晓刚，刘世斌.改革实验教学方法，增强学生工程意识[J].实验技术与管理，2000，17（6）：107-110.
[2]俞路，吴雪梅，潘艳秋.基于全新工程教育理念构建多层次化工原理实践教学模式[J].教育教学论坛，2014，12（53）：132-133.
关键词：新能源；新能源科学与工程；培养方案；课程体系
作者简介：韩新月（1982-），女，河南商丘人，江苏大学能源与动力工程学院，讲师；何志霞（1976-），女，甘肃泾川人，江苏大学能源与动力工程学院，副教授。（江苏 镇江 212013）
基金项目：本文系江苏大学教学改革项目（项目编号：JGZD2009025）、江苏省高等教育教学改革研究重中之重课题（课题编号：2011JSJG006）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0009-03
一、我国高校设立新能源专业的必要性
能源问题与环境问题是21世纪人类面临的两大基本问题，发展新能源是解决这两大问题的必由之路。新能源是相对于常规能源而言，以采用新技术和新材料而获得，在新技术基础上系统地开发利用的能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能等。由于新能源具有再生、清洁、低碳、可持续利用等优势，所以越来越多的国家开始重视它。而且新能源可以作为促进人类发展和保护环境的重要途径，所以这些国家在相关政策中都增加了新能源的元素。新能源产业的发展也是未来中国可持续发展的关键。但是，和发达国家相比，我国新能源产业化发展起步较晚，技术相对落后，总体产业化程度不高。不过，我国天然资源非常丰富，市场需求空间很大，在政府大力发展新能源及可再生能源政策的带动下，新能源领域成为大型能源集团、民营企业、国际资本、风险投资等诸多投资者的投资热点，技术利用水平正逐步提高，具有较大的发展空间。“十二五”期间将是我国新能源产业从起步阶段进入大规模发展的关键转折时期。我国新能源在这一时期的发展总目标是：建立初步适应大规模新能源发展的电网等重大基础设施体系，推动新能源装备制造业的壮大和升级，促进新能源市场的不断扩大，争取在2015年将非化石能源在能源消费中的比重提高到12%左右。[1]
尽管国家已经把发展新能源放在一个重要的战略位置上，一场新的能源革命已在悄然进行，它必将带来新的经济繁荣、新的社会理念和新的生活方式。但是，我国新能源产业发展过程中的一大难题是缺少成熟先进的新能源技术。我国主要的新能源设备和技术完全依赖进口，新能源领域的科技创新能力明显不足。而新能源产业化进程中的这些难题有待专业人士去破解。所以，培养新能源方面的专业和复合型人才是重中之重。[2]但是，新能源产业作为一个错综复杂的资源环境复合体，涉及物理学、化学、流体力学、传热学、电子电工学、材料科学、生物学、管理学、工业经济学等学科内容，是一个典型的多学科交叉的新兴产业。[3]因此，需要设立专门的新能源专业来满足，新能源产业对新能源人才要有宽的知识面、自主的学习能力、丰富的想象力、敏锐的洞察力以及较强的沟通协调能力等要求，进而要求高校做好优化人才培养层次、改进人才培养方案等工作。
国外已有一些著名大学建立了新能源的本科专业，用于培养太阳能、风能、生物质能等方面的科技人才，如澳大利亚的新南威尔士大学设立了专门的光伏与可再生能源工程学院，并于2000年开设了光伏与太阳能本科专业，2003年又开设了可再生能源工程本科专业；澳大利亚国立大学依托其可持续能源系统中心也建立了四年制的可再生能源系统专业。此外，意大利的都灵理工大学和米兰理工大学都开办了四年制的可再生能源专业。美国的俄勒冈州科技学院于2005年也建立了可再生能源四年大学本科学位课程。随着全球能源结构的变化，对于新能源方面的人才需求不断增加，世界上将会有更多的高校开办有关新能源的专业。
我国高校在新能源专业设置和新能源产业专业人才培养方面还落后于发达国家。为顺应时代的发展，为国家培养新能源这一新兴产业的专业人才，2010年7月经教育部审批，浙江大学、中南大学、江苏大学等11所高校首次设立新能源科学与工程专业。其中江苏大学的新能源科学与工程本科专业由能源与动力工程学院承担开设任务，已分别于2011年9月和2012年9月招收第一批和第二批本科生。关于新能源科学与工程专业本科生的培养方案、培养模式和培养体系则处于不断探索和完善中。
二、 新能源科学与工程专业的培养方案
在对国内外新能源相关专业人才培养充分调研的基础上，分析国家社会和经济发展要求，基于新能源产业特点及企业和社会对新能源专业人才知识结构和能力结构的要求，同时结合本校自身的学科特色和优势，确定了新能源专业人才培养方案，主要包括专业培养目标的确立及科学、合理的课程体系的设置、可行的教学计划的制订等。
1.培养目标
专业的培养目标是专业建设和一切教学活动的基础、依据，也是人才培养的最终目的。新能源科学与工程专业在国内甚至在世界上都是非常新的专业，目前处于初步形成和探索阶段，因此，找准本校专业人才培养定位和确立该专业人才培养的长远目标尤为重要。江苏大学能源与动力工程学院结合自身实际情况，依托机械工程、电气信息工程、材料科学与工程、化学化工、土木工程等学科专业的支持，并结合新能源产业的特点设立了新能源科学与工程专业，使培养出来的学生具有良好的综合素质和创新意识，富有社会责任感，具有国际一流的视野，具备新能源科学与工程这一强交叉学科宽厚扎实的物理、化学及热流体科学基础理论，系统掌握新能源科学与工程应用专业知识及技能、新能源转换与利用原理、新能源装置及系统运行技术，能胜任新能源技术相关的科学研究、工程设计、技术开发及技术经济管理等工作的高级专门人才。
2.课程体系的构建
尽管自2010年以来国内陆续已有许多高校正式获批新能源科学与工程专业在本科阶段的招生资格。但总体来看，我国系统培养新能源科学与工程本科生、研究生的工作才刚刚起步，对于相应课程体系的构建也处于探索阶段。一个专业所设置的课程相互间的分工与配合构成课程体系。课程体系是否合理、课程内容是否先进直接关系到培养人才的质量。而且，一个专业要具有区别于其他专业的培养方向和业务范围，就应有自己独立的课程体系。[4]新能源科学与工程专业是一门内容丰富而又广泛的科学与工程，属交叉学科。它与数学、物理、化学、生物学等紧密相关，又强烈地依托于能源与动力工程、材料、机械、电气、化工、自控和生物工程技术的发展。由于国内在这方面的研究几乎为空白，因此，如何以这些学科为依托，形成内容先进、结构合理的课程体系是急需解决的一项重大课题。笔者根据孙根年有关课程体系优化的思路给出了系统思考下新能源科学与工程专业课程体系的总体结构，如图1所示。[5]
由图1可以看出，在层次上将新能源科学与工程课程划分为通识教育平台课程、学科专业基础课程、专业（方向）课程、集中实践环节和课外实践环节五个方面。新能源科学与工程课程体系作为一个系统，不同的课程类别在培养目标和培养规格的指导下相互作用、相互影响，共同服务于新能源科学与工程专门人才培养这一特定的功能。
3.教学组织与实施
基于新能源科学与工程专业的培养目标及课程体系结构，考虑到本地区、本学校的实际情况，笔者制定的新能源科学与工程专业的指导性教学计划如图2所示。
由图2可以看出，在教学组织上前五学期主要进行普通文化课和专业技术基础课的教学，为后续专业课程的学习打下良好基础。同时，在第二、三、四、五学期还安排了金工实习、专业认知实习、电工电子实习和机械设计课程设计，目的是增加学生在校期间的动手操作机会。第六、七学期组织专业（方向）课程的教学和实习实训，核心课程均采用一体化教学方式。第八学期开展毕业设计环节，从而培养学生综合运用所学知识、结合实际独立完成课题的工作能力。
三、 新能源科学与工程专业培养计划的特色
1.以厚基础、宽平台、交叉学科为理念，强调扎实的物理、化学和热流体科学基础理论
课程建设时，首先在物理、化学基础理论方面增加了“大学化学”、“物理化学”、“能源与环境化学”和“半导体物理”课程。其次，根据新能源专业的特点，强调物理、化学基础的同时，通过减少“工程图学”、“工程力学”和“机械原理与设计”课程的学时数来弱化机械类课程。再次，为了充分发挥本校本学院学科优势和特点，在热流体理论方面除了开设“流体力学”、“工程热力学”和“传热学”课程外，还开设了“热流体数值计算基础”和“新能源利用中的热流体理论与技术”两门专业特色课程。目的是提升专业内涵，强化特色，确保学生具备新能源领域相关的扎实的基础理论，是学生今后在本专业及相关领域是否具备发展潜力的关键所在。
2.强调实践教学及新能源工程训练
首先，增加了“现代分析测试技术”课程。其次，增加了实习环节的学时数，把一般安排在第六学期的三周生产实习变为第四学期末的一周认知实习和第六学期的三周生产实习。目的是增加实践教学，先认知实习，后生产实习，使实习环节更为科学和合理。再次，还增加了项目设计，把一般安排在第七学期的两周课程设计修订为第六学期末的两周课程设计和第七学期末的两周项目设计。目的是先开展某门课程的课程设计，后进行具体的项目设计，设置更为科学和合理。通过指导学生开展设计性、综合性项目设计，培养学生发现问题、解决问题的创新能力。此外，还增加了新能源工程训练环节，在此环节中学生和指导老师双向选择后，学生参与到老师的科研项目中。指导老师在与国内外新能源企业合作中，向学生提供不同类型的专业实践机会。这个环节是在第七学期前完成，设置此环节的目的是培养学生实践创新和工程应用能力。通过明确的学分要求保证学业导师制的落实。指导老师通过这样一个环节对于特别优秀的学生可向学院推荐其保研，实现本研贯通培养，前后的培养具备一定的连续性。最后，为了充分利用学科资源及已有的实验条件，培养学生实践创新能力，更好地满足新能源专业对学生实践能力和新能源技术工程应用能力的高要求，在课内及集中实践环节总学分要求基础上还增加大于等于六个学分的课外实践要求（社会实践、竞技活动）。
3.体现多学科交叉特点
在课程设置时，除开设“工程图学”、“工程力学”、“电工电子学”、“机械原理”、“工程材料”等课程外，还增开了物理、化学方面的课以及“新能源材料”、“现代生物学导论”、“能源与环境”、“新能源系统自动控制原理”课程，这样充分体现了新能源科学与工程专业和动力工程及工程热物理、应用化学、材料物理、机械工程、化学工程与技术、环境科学与工程各学科的交叉。
4.重视形成宽阔的国际视野
首先，学校开设了全英文及双语课程，比如全英文的“太阳能光伏技术”以及双语的“热流体数值计算基础”、“热泵原理与应用”、“生物质燃烧及混燃技术”课程。其次，借鉴国外新能源专业的课程设置增设了反映新能源领域前沿的“生命周期评价”课程。此外，还增设“新能源前沿及工程应用专题”必修课。这门课要求学生在第七学期结束前听取学院安排的新能源前沿及工程应用专题讲座7次以上。专题可以是合作企业、国内外知名专家的讲座，也可以是本专业教师科研最新进展的讲座，目的是让学生了解本专业领域的最新研究进展及发展趋势，拓宽视野，尽快适应社会发展要求，同时提高学生的专业兴趣。
5.以太阳能为主，兼顾生物质能和风能，提供其他种类新能源的广泛选择的专业定位
首先，在太阳能方面，学校设置有“太阳能热利用”和“太阳能光伏技术”专业课；在生物质能方面，开设有“现代生物学导论”和“生物质能转化原理与技术”；而在风能方面，设置有“风力机空气动力学”和“风力发电与控制技术”专业课。其次，还提供了广泛的新能源相关选修课程来满足学生对不同专业的需求，比如“氢能与新型能源动力系统”、“新能源发电并网技术”、“水力发电与水电站”、“燃料电池原理与技术”、“热泵原理与应用”、“生物柴油制备及应用”、“生物质燃烧与混燃技术”、“能源工程管理”、和“能源经济学概论”等课程。
四、结束语
新能源科学与工程专业的设置顺应时代的发展，是我国可持续发展的需要。但是，由于新能源科学与工程专业是非常新的专业，与之配套的培养方案、课程安排等还处于起步探索阶段。笔者考虑到本地区、本学校的实际情况，同时结合新能源产业对人才的要求提出了具有鲜明特色的新能源科学与工程专业的培养方案，以供参考。笔者相信江苏大学有能力、有信心建设好该专业，为国家经济的可持续健康发展输送合格的人才。
参考文献：
[1]任东明.中国新能源产业的发展和制度创新[J].中外能源，2011，
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[2]王伟东，艾建军，杨坤.新能源产业人才培养问题与对策[J].中国电力教育，2011，（12）.
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随着适用性研究和开发的进展，人们可以发现许多经济上可行的方案来满足整个地球的需求。该"设想"确定了方向和相应的规划，采取措施建立利用植物系统中能源和碳源的可再生资源基础。面临的挑战是严重的，但机遇也是难以衡量的。人类可以适应变化，但必须接受所面临的挑战。序言中从两方面进一步阐明“设想”提出的背景：
1、界定植物/农作物基资源
植物/农作物基(有时用生物基bio-based)资源是指来自于一定范围的植物系统，主要是农作物、林产品和食品、饲料和纤维工业加工过程中的副产物。它们可以通过一年生的作物和树种，多年生植物和短期轮作树种等途径在一个较短的时间内再生。石油化学品原本也是以植物为基础，其基本分子为烃类。植物/农作物基可再生资源当前所用的大量基本分子是碳水化合物、木质素和植物油。也有一些量少高值的分子是来自二级植物新陈代谢。另一个主要区别是烃类及其提取系统已经开发并加工处理其所需要的原料型产品，而植物基可再生资源在某些程度上虽然也被认定，但某种植物会含有某种资源，加工后会留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技术进展可以改变植物成分和酶提取系统，这就为现在需要的化学产品和新型中间人体及产品制造提供了新的经济机遇。据统计，美国的森林、耕地、牧场等面积约22.46亿英亩(1英亩=0.405公顷，下同)，其中主要农作物的种植面积有4.24亿英亩，可以生产大量植物/农作物基资源。过去50年，这类资源的重点主要是面向食物、饲料和纤维生产。
2、烃类经济
20世纪后期，世界经济发展很快，生产增长率有很大提高，尤其是各发达国家，一些发展中国家也不断增长。成功的增长和发展过程中起主要作用的是烃类经济。自20年代以来，矿物化石燃料的采取和利用提供了人们当前所享受的经济效益和生活水准。许多国家都依靠这种资源来满足能源和原材料的需要。
在过去50年中，大量的研究开发在能源生产和基础产品制造方面创造了许多可以大量增值的工艺过程。市场经济明显地受人们提高生活水准的意愿所驱动，以创造各种产品。生物基资源的(主要是用植物基)用量很小。据统计，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美国1996年玉米、黄豆和小米等生产用作食品和饲料量约为6900亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此从经济角度看还不能赶上工业原料，而以烃类为基础的经济却繁荣昌盛。
烃类虽然将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但是在其未来应用中却有若干问题有待解决。首先是对石油化学产品的应用环境问题日益受到关注，随着又产生了许多相关的问题。化石燃料是一类正在减少的原料资源。应用植物/农作物基资源作为一种补充，由于它们是可再生的，所以为经济有序地向可持续发展转变创造了机会。
通过对能源状态的审视就可看到可再生资源作为一种补充的必要性。烃类资源有限，许多专家提出世界可采和探明储量，如按现在消费水平计算只能提供50-100年，此处的一个重要假设是“现在消费水平”是保持不变，但是从全世界人口增长和生活水准变化来考虑，此假设是不合理的。当前世界上按人口平均的能源消费水平差距很大，详见表1，许多发展中国家都将增加能源消费。未来的能源供应问题是多方面的，因为发展中国家人口众多。例如，中国按人口平均能源消费相当于美国水平的1/3，其需要增加的能量数量约相当于美国现在全年能源使用总量。
表1当前按人口平均能源消费水平kwh/人美国法国日本巴西泰国中国
122007500700015001200900
一些有效利用烃类的开发将有助于需要增长问题的解决，但是对烃类找到补充资源是完全必要的，只有如此才能保持可持续发展的工业基础。
新技术开发和应用需要时间。石油化学工业本身的发展就是一个事例。1920年烃类原材料经济并不像今天这样具有吸引力，过了50年，开始适应化石燃料状况的工艺。因此，要使植物/农作物基系统达到同样现代化水平也需要时间。
当前正是开展大量研究开发工作、利用各种可再生资源和各种新工艺、并开始在各种可供选择的途径中提出选择标准的时候。现在进行研究并不意味系统要立即改变，但是，烃类经济的经济学未来将出现问题：要支付高额环境费用，或是由于原料缺少而价格上扬。
投资适用性研究可以在未来能源和原材料间进行相关的比较，提供非常需要的选择。在中期至长期，选择植物/农作物基可再生资源可能是要兼顾环境方面容许和经济方面具有吸引力。而在近期，研究和开发可能只在一些领域内进行，使植物/农作物可再生资源能开始进入基本化学原料市场，从而扩大资源基础，延长有价值的化石燃料储备的应用寿命。
在上述背景环境下，通过研究讨论，提出了2020年开发利用植物/农作物可再生资源的设想的目标；“设想”是要通过植物/农作物基可再生资源的开发来提供经济继续发展、生活的健康标准和强大的国家安全。植物/农作物基可再生资源可以改变当前对日益减少的非再生资源的依赖。
本“设想”的内涵重点是建立新的观念，即植物基资源是越来越重要的工业原料资源。非再生资源可能因经济和环境因素逐步被植物基再生资源所取代，“设想”反对等到危机发生时现开始启动替代。
展望2020年，化石燃料可能仍将占90%，增加植物基可再生资源并不是可有可无的，它对满足未来的需求非常迫切。当然，需要有效地加工和利用这些植物衍生原料。其新途径的研究从现在就要开始，为经济发展有足够的时间，保证解决环境而进行良好的合作。
要取得有成效的进展，应当确定以下的方向性目标：
1、2020年化学基础产品中至少有10%来自植物的可再生资源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(农作物，林产，加工业)系统，用有效的转化加工工艺生产可再生原料，为2020年选中的产品提供经济合理、对环境瓜敏感的制造平台。用此生产链来示范一个综合的植物/农作物基原料系统的经济合理性和潜在效益，显示工业应用机遇的新领域，为2020年以后国内和出口的需求做出贡献。
3、在工业投资者、植物商、生产者、学术界和各级政府之间建立合作伙伴关系，开发从小范围到大规模的工业应用，重新激活农村经济，改进增值加工和制造链的集成，消除食品、饲料和纤维加工业与基础材料制造业之间的差别。
“设想”中提出，科研与开发方面要制定有详细目的和要求的相应计划，支持上述方向性目标的实现，从而也可取得投资的优势。
植物/农作物基资源利用现状和前景
一、现状
烃类提供人类能源和衣着。塑料、油料、油漆、染料、药品等基础原料，已经成为现代生活的主要依靠。1970-1990年间石油基的塑料增加了4倍，已经逐步代替了玻璃、金属甚至纸张。植物/农作物基资源目前尚未有效利用，主要是因为可用性差、质量不高、供应不稳或是价格高。要推动和提高植物/农作物可再生资源应用的兴趣，需要从以下几个方面来分析。
1、实用性
尽管消费总量不高，但是植物基原料当前在化学品方面应用面很广，如用于油漆、粘合剂及剂等。黄豆是植物袖的传统原料，随着基因工程进展，可以生产满足特殊剂市场需要的专门油。最近，可用黄豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纤维素、拧槽酸、天然橡胶、多数氨基酸以及各种蛋白质等化学品生产中，植物基资源是主要原料，详见表2。
表2、美国植物基资源用量万t/a类别用量用途
木材8090纸，纸板，木质素纤维复合材料
工业淀粉300粘合剂，聚合物，树脂
植物油100表面活性剂，油墨，油漆，树脂
天然橡胶100轮胎，家用品
木材提取物90油料，胶
纤维素50纺织纤维，聚合物
木质素20粘合剂，丹宁，vanillin
在多数情况下，应用的植物基材料主要是原始状态分子。如木质素纤维、植物油和橡胶等复杂分子的应用也只有有限的改性。这就与石油化学工业构成明显的反差，石油化工则是用化学方法按需要将烃类裂解成几种简单分子，如甲烷、丙烯等。用这些基础原料进行化学合成，制造所需要的复杂的分子。
在少数情况下，植物/农作物原料进行裂解成为不同的基础分子，例如高果糖的玉米生产糖浆和玉米淀粉发酵生产燃料乙醇。1996年美国用211亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶发酵方法生产9亿加仑(1加仑=4.546l,下同)乙醇，从而加工为90亿加仑混合汽油。从许多实例看，植物基原料有一定实用性，虽还未生产像药物那样的高度专业化的分子，但却包括了大量生产的中间体及产品。
2、供应及质量
植物系统地区分布广，由于土壤和气候条件不同，导致供应和质量的差异。森林和农业系统的发展已经缩小了天然野生植物的供应差异。
生物质的总产量虽然很大，但是由于没有经济的转化技术而使其应用受限制。一些新进展如快速裂解提供了从中获得低分子量产品的机会，如果能在分离技术上进一步创新，就可以推动此应用。生物质资源可以来自快速增长木材、田边作物以及其他专门培植的植物物种。另一潜在的生物质资源是当前为食用和饲料种植的农作物，如玉米、黄豆、小麦和高梁等。一般情况下这些作物只应用其产量的一半。此4种作物估计每英亩(1英亩=0.405公顷,下同)约有2600磅(以干物质计,下同)遗留在田地中，总计约有5200亿磅。一部分留在耕地以改良土壤结构，但大部分运出去，作为原料应用。因此要求有适当的、成本低的储运系统和加工技术。
供应方面的主要问题是对原始生产的管理。当前，树木可作木材和纸浆，种植农作物只是为食品、饲料和纤维加工，没有在综合利用上进行优化。对植物/农作物投入的成本评价基础是未经优化的植物生产系统，因此经济性不佳。一些边际土地的利用可以扩大植物基可再生资源原料基地。但是从经济上比较，其很难达到经济可行目标。在估算其经济回报时，要考虑化肥、农药等化学品的使用费用。要增加可再生资源来源，除了要提高边际土地利用率外，主要应是如何对良田建立优化种植生产系统。
当前低投入、低产出的植物生产对农民难以盈利，并不利于农村发展，也不能为加工业提供低价原料。但是在产出方面，数量和质量相差甚大，从此系统得到的产品必然价格较高，严重地限制了经济上的可行性。而且，由于低产出生产就需要更多的土地，其对环境的单位影响常常大于更为强化、密集的系统。因此要优化生产系统，同时改善边际土地的利用。此外利用生产率高的土地作为植物/农作物可再生资源的原料基地，这也有利于解决数量和质量上的波动变化。
农村根据市场需求规划种植计划，如根据乙醇市场还是植物油供需情况，做出种玉米还是种黄豆的选择，其次则要进行第2轮对品种的选择，作乙醇则要种高淀粉含量的玉米品种，如要种饲料，则种含高油量玉米更佳。这些选择都对产出经济效益有很大影响。面对“设想”需要扩大食品或饲料、饲料或原料、油料或淀粉、纤维或糖、药品或聚合物等等选择范围。要根据供应或需求来决策，就需要进一步仔细研究有关课题。
3、植物/农作物基原料成本
利用植物/农作物基可再生资源主要是成本问题，它与烃类相比是不经济的。工业生产要求大量的便宜原料。植物原料价格便宜，如果能开发适当的系统将极具竞争能力。利用植物/农作物基原料生产化学品的成本比较，详见表3。
表3、植物/农作物基化学品生产成本类别生产量万吨通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占总产量%
糠醛300.750.7897.0
粘合剂5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性剂3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑剂801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗涤剂12601.101.7511.0
颜料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墙涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
专用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
实际上,在制造业中选用不同的化学加工工艺对其成本影响很大。
植物/农作物基可再生资源不是一种替代性资源,而是为工业原料提供的补充资源。成本问题并非只限于原料,而且与加工过程有关，因此要进一步开发新的化学和生物加工工艺，才能扩大植物基可再生资源应用范围，使之成为经济可行系统。
二、前景
由于植物/农作物基可再生资源的来源不同，每种来源的原料又可以利用不同的加工工艺，构成了一种多维的发展前景。本“设想”运用矩阵分析方法进行探讨。不同投人的植物原料，可以运用不同的加工系统，并取得各种不同的开发效果。
1、废料和副产物利用
从当前看，利用机会多，但需要有新的加工技术才能使其成为更重要的资源。
(1)现代化学
森林工业已经将副产物利用发展成为一个较大的行业，如纸浆副产液转化为磺酸木质素表面活性剂ch3soch3以及用树皮制丹宁。农作物的磨榨工业开发了许多应用副产物进行加工的工艺，如从燕麦制糠醒、淀粉粘合剂、专用棉籽油、从湿磨料生产拧蒙酸盐和氨基酸等。但是，许多食品加工业，如蔬菜和水果却没有开发相应的副产利用加工工艺，经常将副产淀粉和糖排放入周围环境。副产物的利用具有许多发展机遇，提取及销售其所含的有效成分是降低主产物成本的手段，而且从战略上看是扩大利用植物基资源。
(2)改进化学
木本植物和有些农作物加工中有较高的木质纤维素含量和一些碳水化合物，如烃类工业一样，可以将复杂分子转变为较小分子技术。便宜的植物衍生发酵制糖的开发已在进行。用金属有机物化学将碳水化合物转变为增值化学品是扩大利用植物基原料的又一技术途径。改进化学方法具有潜力，可以使植物衍生的废料加工利用提高经济回报率。
(3)生物加工
在比较复杂的料浆中用微生物发酵法生产某种分子，再将其分离出来成为需要的产物。生物转化是应用微生物、细胞或不含细胞的酶系统的一步法工艺，它提供了改进废物料和副产物利用机会，随着分离技术的提高，生物加工工艺可以获得更为广泛的应用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，从废料中生产新分子不是一条最佳途径。
2、现有农作物
从近期看扩大应用具有最佳机会。
(1)现代化学
从化学工业整体看，并没有|认为植物衍生材料具有较高的经济价值，但是具体|问题要具体分析。石油化工利用烃类而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改进化学
如果植物衍生原料是结构型的生物质，含有木质素和纤维素等成分，其具有一定优势。一些新技术，如综合燃烧或金属有机化学等都能提供更好地利用此类资源的机会。除林产资源外，约有5200亿磅的生物质资源目前尚未加以利用。改变加工工艺路线可以提高利用现有资源的效益。新的工艺开发可以提供利用糖和淀粉的机会。植物淀粉有不同来源，如水稻、土豆、玉米和小麦，它们的性质、用途都不同，因此需要改进其化学方法，发挥其潜能。新化学工艺与生物加工及先进的分离技术综合起来可产生很大效益。
(3)生物加工工艺
植物作为生物加工原料量大而多样，从结构型生物质到一些专门的植物组分，在生物加工方面潜在优势很大：用酶转换玉米衍生的葡萄糖生产高果糖的玉米糖浆。最近从玉米葡萄糖经过发酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸盐可以用作制一些化学产品如丁二醇、四氢呋喃，这些中间体又可进一步加工制成许多种产品。当前，用10亿磅这种原料可得到价值13亿美元产品，现在正在中试。多种学科进行合作就可取得良好的效果，这是短期内取得成效的一种良好运行模式。
(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专用酶，可产生新分子。此工作目前只在很小的市场中进行。当市场对具有特殊性能的新产品需求增加，投入产出可能会促使其发展，技术和经济的综合研究要沿着产品开发链进行，从界定所需要的产品——需要的特性——分子结构——中间体——酶技术——蛋白质/基因工程——投入植物的最佳原料——生产优化等。
3、新鲜农作物
此项作为中期发展机遇。
(l)现代化学
因为化学工业一般不认为农作物的利用能获得较高的经济价值，因此新鲜农作物并无吸引力。过去曾认为可以降低成本，但是实际上的技术限制否定了其经济性。
(2)改进化学
从投入产出看，存在类似问题，如果改进的化学工艺需要专门的农作物，-新鲜农作物可能会有优势。另一优势是在物流方面。按照改进工艺实施和运作规模，所需原料只能就近供应新鲜农作物。因此改进工艺应当与供应系统平行进行才能互相支持共同发展。植物作为原料补充资源时，困难在于许多烃类加工装置不位于农作物和森林种植地区，而植物基原料运输费用很高。
(3)生物加工工艺
与改性化学类似,区别在于如何将原料加工成中间体和最终产品。在技术上要考虑农作物品种的适用性，一种生物工艺可以对多种品种进行加工。优化工艺是影响运作经济很重要的因素。
4、改性基因类植物
这是中长期发展机遇，其可提供的成效目前尚难以想像，今后是否出现碳水化合物经济，或是其他经济，这要看建立在生物工程基础上的新工业平台所能发挥的作用。
(1)现代化学
基因改性植物基原料可能成为现有的烃类加工系统原料。但是，改性植物分子在烃类系统中降解所花代价太高。因此投入技术要能跨越加工技术，或者是较复杂的分子能直接得到并进入制造链，再有是新工艺路线能高效地应用此改性原料。当然这些变革都要从经济和环境两方面来评价其效益。
(2)改性化学
对优化植物/农作物基原料投入和加工有好处，应当进行此方面研究。至于何时见效则要根据基因技术进展及其达到工业化时间来确定。
(3)生物加工工艺
微生物或酶进行基因改变达到强化工艺过程目的。生物工程具有长期潜力，在原料投入和生物技术本身之间创优，有时所需要的可作基础原料的分子可以部分在植物原料内进行合成，用生物转化或高度专门化的生物/化学工艺进行分离。为了继续应用化石燃料生产专门产品，需要进行研究开发，使有限资源能取得最大的价值。
(4)新分子
过去20年中，塑料已成为最大的工业部门，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金属。市场将会根据消费者的意愿和需求发生变化。材料科学将继续发展，市场销售者将继续设计新的消费品，塑料的未来变化难以预料。能作为新工业发展平台基础的新分子将会很多，物理与化学科学与生物工程材料结合将产生新的领域。植物基可再生资源将是未来的主要资源。新陈代谢工程是将丰富资源制造成所需基础原料的渠道，支持社会基础设施。开发和拓宽其可能性，需要先进的技术，这将是未来新领域。
生物技术的潜在影响及实施“设想”的工作途径
生物技术的潜在影响
对一个新的技术领域进行评价，可以从如下几个方面来分析：近来变化的速度和引入的速度、量度及其带来利益的水平及公共公司投资、评价专利活动和有关协会的活动、观察开发进程、审视所取得的成功进展。
90年代初期，许多人对生物技术将对农作物带来很大变化是持怀疑态度的。到1996年，转基因作物在产业化方面取得成功，明确地澄清了这个问题。这些早期的成效是关于新的作物保护途径，对保护植物生产免受病虫害起了重要作用，对进一步了解和掌握如何改进植物组分也很重要。
由于管理方面的需要，转基因大田试验记录由美国动物和植物健康监测服务中心保存。从记录中可以看到一些行之有效的转基因改变植物组分的工作正在进行之中，试验范围也在不断扩大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在进行。
为了改变植物组分以提高营养价值，改善加工性能，或是为了某些工业和制药的应用，一些转基因改性品种已经进行了评价，包括碳水化合物的变革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白质形态操作(typemonipulation)、纤维特性改性、产生抗体、工业酶生产、二级化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生产。
转基因技术发展非常迅速，为植物基材料扩大应用开辟了新的途径，使其可以为工业生产提供分子基础原料和更为复杂的分子原料。用植物基原料主产聚合物，制造塑料就是一个成功事例。从a1-coligenenentrophus细菌的3种基因已经能转入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羟基丁酸酯)，浓度可达14%。这种生物可降解的热塑性塑料正在进一步开发，使之可以从黄豆、棉花和油菜籽制备。
在过去50年内，通常用的植物培植产率已经提高了3倍，根据农作物满足食物、饲料和纤维不同用途，选择不同的方法得到具有不同特性的产物。高级植物种植要用基因图谱和转基因技术，进一步提高食物和饲料生产需要供应的植物基原料。
生物技术对植物基原料已经产生革命性的影响。但是，用生物技术来改变植物，使之适合烃类经济需要，并不是一条最佳途径。这就需要进一步弄清什么是工业链需要的因素，而这些因素又是能在未来转基因植物基可再生资源中具有最大的优势。
实施“设想”的工作途径
要成功实施美国可再生资源开发利用的战略设想(以下简称“设想”)中所提出的大纲，需要将研究、开发、工业过程工程以及对未来的市场了解等项工作有效地集成起来。适应“设想”的多学科计划以及各个项目的协作都要求有一共同的目标，向前沿技术迈进。应用改进的化学工艺加工现有的农作物，包括集成运用生物工艺，可以纳入短期计划之内，从当前到今后10年可以着手实施。这是研究中的一个热点。另一个热点是观念上的飞跃，超越当前的烃类化学，结合基因改性植物，运用新的工艺，这可以纳人中长期计划中，在10到20年甚至更长时期内实施并产生影响。上述两个热点都是当前在研究中进行投资，在不同期限内可以取得回报。
如果在这些领域内取得成功，在工业应用上就可以有了一个可行的坚实科学基础。新鲜作物应用开发将被看作是一个降低这些系统成本的一种机制，或是改善供应状况(数量和质量)，满足工业发展需要。
当审视植物基可再生资源的前景时，可以看到供应链本身包含着许多重大课题。不同物种发展有各自的地理优势，可以形成专门原料的加工中心，包括进入国内和国外两个市场。对转基因作物的鉴别保护机制仍在变化，植物基可再生资源上的这些系统都需要进一步研究。
本“设想”并非要给各种问题以答案，而是指出未来潜在的可能，在各方面采取一定的步骤就可以使其实现。下一阶段就要进行各方的协调工作，使多方面的投资者能有一个投入的基础，针对“设想”提出的目标进行开发工作。该规划要订出各项目计划，通过研究和开发来支持“设想”中提出的方向性指标。各计划项目要符合下列一个或几个方面的要求。
优化生物质和农作物基原料生产，达到计划应用要求状况。
为植物基原料的供应链提出装置、地点、贮运和分销措施，包括加强农村经济的机制。
加速发展基于改性化学和生物工艺的新工艺，同时考虑利用植物/农作物基可再生资源原料。
对多类投资者支持的项目，对上述三个方面中一个或一个以上将产生影响的项目，或是多学科项目等将给以优先和优惠待遇。投资项目选择标准应考虑时间要求和潜在影响的大小来确定。
植物/农作物基可再生资源对工业基础原产的需求增长是一个战略性措施，也是使美国在21世纪继续保持领先地位的战略性选择。开发基础资源具有经济、环境和社会方面的好处。机遇是明确的，考虑未来的设想是需要的，要联合投资者对新途径进行投资，才能创造一个安全的未来。
“设想”文本中不止一处引用达尔文的名言“能够幸存下来的物种，不是最强的，也不是最聪明的，而是能适应变化的”。
2020年可再生资源应用将增加五倍
《植物/农作物基可再生资源2020年设想实施的技术指南》(以下简称“技术指南”)，是《植物/农作物基可再生资源2020年设想》(以下简称“设想”)的补充，提出的目的是：支持“设想”方向，确定发展中的主要障碍和问题，确定优先的研究领域。
要达到上述目的需要进行协调观念开发，收集专家证明，组织多学科研讨会、听证会，优势排队试验和团队行动计划等多项工作。在“技术指南”编制过程中吸收了各方面人士的意见，参加研讨的共有66名有关部门不同行业的专家。专家们就全球性问题提出“设想”，针对“设想”结合现实状况提出存在的主要障碍与问题，再确定研究与开发领域，从而找出优先研究开发的课题。这些课题所属领域都是能为利用可再生资源实现可持续发展起最大杠杆作用的研究领域。通过参加“技术指南”研究和编制的专家的专业情况反映出在化工制造中应用生物基原料需要涉及多门学科。但是有3个产业是中心，即化学、生物和农业，每个产业都涉及几门不同的学科，如农业，林业和石油化学。
1、农业和林业
农业：是一个广泛的概念，包括谷物生产、林地和牧场等。这些土地上生产的农产品和林产品一起构成生物基材料，它们通过太阳能，大气中的co2和土壤中养分进行原始生产而成为可再生资源。美国拥有大量优良土地，丰富的自然水资源和先进的技术基础，通过资源保护和利用，每年可产生可再生资源的巨大财富。林业：在美国有超过6.5亿英亩（1英亩=4046.24平方米）的森林，从业人口140万，每年生产价值2000亿美元产品。过去10年内，纸张部门的增长比木材业快。木材和纸产品回收循环利用率高，每年有约4000万t纸再生利用。美国的林业已经制定出2020年发展设想以及相应的研究计划。该设想呼吁进行研究，用先进的生物和遥感技术以及树木生理学和土壤科学等理论。
农业和林业通过应用基因学技术和转基因植物等新手段将会出现大的跃进。在不久的将来，可生产出大数量和高质量的作物。除了饲料和食品，还可以为工业部门提供原材料。而且还可以引入某些酶标记基因，可能会在植物体内制造完全新型的聚合物，并可大量生产，成为经济的消费用品。
美国将技术进展应用于植物和农作物的调整，使其在农业、林业和制造业中保持可持续发展的领先地位起着主要作用。国家的未来明显地要依靠近期开发可再生资源基础的研究来支持。
2、石油化工业
化学、工程学、物理学和地理学等几门学科在石油化学工业中的应用，对人们生活产生的影响是50年前难以想像的。石油化学工业成功地创造了众多产品，从高性能的喷气发动机燃料到基础化学品以及许多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化学工业：是资本密集型工业，已经建立了可观的基础设施来处理和加工化石燃料。美国每天要用1390万桶烃类原料，多数是作为燃料型产品，用于化工及其他工业基础原料生产，每天约为260万桶油短类原料。
近年来，工业化学品和塑料生产都有巨大的增长。塑料工业从业人员120万人，有20000套生产加工装置，过去在研究开发上花费以10亿美元数计的投资，才获得了今日成就。如果塑料制品的原料没有可再生资源，迟早有一天会变得十分昂贵。一方面，是否还有上万亿桶的石油开采量，原油价格能否在每桶10美元以内。世界原油生产已经变化迅速，而且有许多不定因素。另一方面，化石燃料资源是有限的，这是无可争议的事实。重要的是考虑当供应呈峰值时未来价格的敏感度，而不是去争论何时是油将用尽的理论时间。最近由于几处新资源的发现及应用，在20年内原油产量可能会有所增加。但是，必须注意美国一直是原油进口国，50%原油靠进口。如果原油进口一旦停止，北美可采用的化石燃料资源储量按目前消费水平只能维持约14年。如果保持目前进口水平而不增加，也只能使用28年。当然，将会有新的改进的抽提技术，例如水平钻探和核磁共振钻孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生资源补充石油化学品，要从现在开始，由少量到大量逐步进行，有关研究工作要立即开始。不考虑化石原料供应衰退时间表的争论，由于人口增长以及一些新兴国家人们生活水平提高，需求将继续增长。在可再生资源取代化石燃料之前，它将作为一种补充资源。因此，无论如何在美国开发可再生资源作为工业原料都是十分重要的。
“设想”中提出的指标是“2020年基础化学品至少有10%来自植物衍生可再生资源，随着发展观念到位，2050年要提高到50%”。要注意无论是美国还是全世界总消费量的增加是很快的，因为即使2020年的10%目标是按当时的生产总量计算，也比当前消费水平要提高4—5倍，绝对的增加更大。如果2020年消费水平本身提高1倍，可再生资源的绝对指标也要翻番。
换言之，不能期望可再生资源在不变的需求环境下能完全取代烃类资源，而只有当消费产品需求增加，可再生资源可以能满足此增加需求中的一部分。在2040年时间框架中，指标可以是：可再生资源应用使化石燃料能稳定地维持现在的消费水平。按此指标可以形成以下的观念：
由于不是一个竞争替代战略，可再生资源并不与非再生资源直接竞争。
需要用可再生资源和非再生资源两种资源来满足未来20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生资源，因为那时的化石燃料将会很贵而且有限。满足近期指标的支持和研究完全与长期目标保持一致，这些方向性指标，非常清楚地表明面临的挑战是巨大的，需要从现在就采取行动，应当开始建立通向扩大利用可再生资源的道路。除了建立可操作的可再生资源基础指标外，其他一些相关的指标也是很重要的，包括：
建立系统，通过加强经济可靠性的基础设施支持，将供应、制造和分销等活动集成起来。
通过功能基因学来提高对植物新陈代谢的理解，优化对专门的增值加工工艺的设计和应用，除应用现有的组分外，要开拓新型聚合物生产和应用。要保证开发的新工艺过程的效率高于95%，同时应用伴生工艺，应用所有副产物，消除废料，保证新的平台能在特殊的环境条件下坚持目标方向对确定目标与研究指标要反复交叉检验，使其能坚持可再生燃料/能源需要的目标。
在生产和分销中要开发保持稳定供应的途径，在年生产一定范围基础上控制一些因素，如价格、数量、性能、地区分布、质量等。同时要制定提出这些因素的标准。
建立进一步合作伙伴关系，改进综合集成，通过加强农村发展来支持取得成功。
“设想”的目标要实现，主要要使本“技术指南”中所列出的目的大纲都能达到。基因改性植物生产专门的代谢产品和开发补充性的化学改性产品取得成效就可以达到2020年可再生资源应用增加5倍的目标。这些进展也将为2020年以后的进一步发展奠定基础。
可再生资源应用技术和市场的障碍及问题
将可再生资源制成消费产品的整个系统中有许多障碍和问题，其中关键和问题是：
植物科学方面：基因学、酶、新陈代谢和组分。
生产方面：单位成本、收率、持续性、基础设计、植物设计。
加工方面：经济学、分离、转化、生物催化、基础设施。
应用方面(由技术和材料驱动的问题)：经济学、功能性、性能、新用途。
应用方面(由市场和需求驱动的问题)：价格性能比、性能、知觉、市场开发。
现将上述关键和问题择要分别介绍于下。
一、关于应用方面（材料驱动问题）
1、经济学
单位成本是当前植物衍生材料使用的主要障碍，也是经常引起争论的一个问题，问题的核心是竞争性成本状态。在多数情况下，应用植物基原料的成本都比较高，难以与以烃类原料为基础的加工工艺竞争。但是，成本竞争情况有几个非常复杂的因素互相影响，诸如产品价值、材料成本、产量、需要加工程度以及所用基础原料的性能等。因此如果未来的战略只考虑降低本是不会成功的。最重要的经济推动因素不是成本本身，而是制得的产品和制造费用的差价(即增值)。
产品价格是诸多因素的函数，诸如产品利用、性能、消费者喜好和需求等，而制造成本则受原材料价格、供应的持续性、加工、废料处理费用和投资等诸因素影响，要符合当前的具有竞争性的通用化学品工业的低成本需要。但是，从长远考虑，只进行成本比较是有问题的，因为未来的化石燃料的成本是难以预测的。
在当前情况下，用烃类原料生产消费型产品的加工效率是很高的。但这并非是化石原料本身具备的特点。因为石油化工已经研究了100年，有了3代科学家，政府投入了大量资源才使之达到今日的水平。与之相比，植物基材料应用尚处于较低的水平，开拓植物基原料应用来适应已臻成熟的烃类加工需要并不是一条唯一的道路，目前应用数量还是很少的。另一条路线是通过弄清植物衍生材料性能进行技术开发，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的组分。
2、功能性
改变植物中的不同组分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先进行原料裂解降级成为简单的分子，随后用它们再行合成为较复杂的分子和聚合物。植物中已经含有不同形态的聚合物，可以在许多产品中应用。但是，在现在加工系统中尚无大量应用。用量有限的原因有几个方面，其中主要的是由于缺乏对其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已经由植物衍生的蛋白质聚合物研制出塑料薄膜的试验产品，显示出其应用的潜力。而且，植物拥有立体化学结构，可以得到一些有价值的手性分子，如糖类、维生素、氨基酸等。从总体看，目前对植物基础原料的反应性和功能性尚不够了解，因此限制了新应用思路的产生。
二、关于应用方面（需求驱动问题）
1、市场开发的费用
植物衍生材料应用的一个关键是市场开发费用高。正如许多新产品市场一样，新产品的研究往往是由小公司开始的，它们投资不足，缺乏继续发展的资源，常常只停留在试验阶段。工业化的成功率低，由于没有一定的供应量而常使产品衰落。因此，需要大力改进产品开发和支持机制，而且要进行与产品相关的市场开发，这是扩大利用可再生资源的主要工作。目前市场上应用的标准都是基于石化产品，没有适应生物基产品的标准，这也是要成功地与石化产品竞争的另一障碍。
2、认识问题
植物衍生材料常给人以较低级的印象，这可能是由于当前处于“石化时代”之故。对某些制造厂商来说，它的性能较差，主要是因为未得优化。虽然公众环境意识增强，但是对植物基产品需求尚不足以创造市场来拉动技术开发。因此，当前可再生资源的进展主要是基于技术推动的结果，只有增加市场拉动才能有力吸引公司更多投资。没有要变革的冲击，就不会有更多的变革。因此，如果没有各种经济倾斜途径，现状是难以改变的。
三、加工问题
1、基础设施中分销问题
多年来石油化学工业已经建立了加工和分销烃类基础产品的有效基础设施。由于依赖进口原油，美国的多数基础设施是建设在海岸线上。因此，许多现有的加工装置并不适合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工厂、榨油厂和玉米湿法加工厂进行加工，它们最好接近于供应地。要应用大量植物原料就需要进一步将供应和加工制造集成起来。应当开拓确立农村发展优势和重点的战略和措施，更好地鼓励多用可再生资源。
2、分离技术
应用植物于工业用途的一个关键是缺少植物组分的分离技术。树木具有非常复杂的成分如木质纤维素。此成分强度高，但要将它分离为有用的分子组分则很困难。多数农作物收获品是种子，它们含有碳水化合物、蛋白质、油分和数万种其他组分。通常对许多谷物发芽和生长都能进行良好的安排，而对其作为原料进行分别管理则很困难。一些除去原始粗组分的工艺，如榨油和提取糖分等已经开发，但如何将专门形态的蛋白质和纯的含碳组分分离则仍是困难。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，处理费用很高而且技术困难，这是应当要解决的问题。将反应与分离集成起来的加工系统(如催化蒸馏)可能是一个解决问题的方向。但是此类系统目前应用有限。而且还未被开发作为植物基原料方面的应用。通过引入某些基因而使植物增加新的组分，就更需要应用先进的分离技术来回收有意义的新组分。例如生物聚合物开发中目前就因缺少高效纯净的经济上可行的分馏工艺技术而受到限制。植物的组分如不能有效地分离出来，就不可能控制最终产品的特性和质量。
3、转换技术
要利用植物中各种组分的另一问题是将这些非均相的混杂原料转换成较为简单的分子，这才可以进行进一步反应。在植物基原料中，加工工艺需要有高性能的多功能生物催化剂或是非均相催化剂，这些催化剂具有多种功能并可以进行回收。
知识不足是另一关键，目前人们尚缺乏关于植物组分的自然差别和来自不同作物的同样组分的特性等方面知识。这些知识的缺乏和不足就构成难以鉴别植物的差异性，缺少鉴别的手段，因此也就难以考虑作为原料的应用。发酵是用来将某些农作物转化为各种产品的工艺，转化是非均相的。所用的转化方式，副产利用和分离等方面仍有许多有待改进之处。一般地说，植物系统的复杂化学问题使新型或改进植物基加工工艺的设计较为困难。烃类化学制造中有丰富的氧化化学知识，还原化学方面较少，这些都是植物系统加工所需要的。目前特别缺少关于还原生物催化剂共生因子系统方面的实践知识。
植物原料加工工艺开发的另一个大的障碍是当前缺乏有关的教育培训。目前化学工程课程中只有少数涉及生物化学课题，多数毕业生成为化学工程师只拥有非常基础的生物工艺知识和有限的重要生物分离的知识。多年来，工艺化学家和工程师的培训重点都是烃类化学，考虑植物基可再生资源加工需要很少。
四、生产方面
1、收率、持续性和基础设施
因为目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造纸外，只是关注未来的供应分销而不是现实存在的问题。但是，这些对实现可再生资源的目标都是十分重要的。在供应的持续性方面，数量和质量都是未知数。如果植物基原料能加工成简单的碳分子，其持续性问题就不成关键。但是如果要设计应用其中某种特殊组分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某种专门组分，原料的质量和数量的稳定性就非常重要。
在一些情况下，供应持续性中的不确定因素实际上就是风险管理的内容。未来的石油化工供应问题和可再生资源供应问题都有风险。对石油化工来说，未来的供应不桷定因素可能因世界上一些区域的政治变化而增加。而对植物基原料来说，气候可能成为不确定的地区因素。如果某些专门植物不能大量生产可能导致贸易上的不确定因素，这些问题不需要采取断然措施，但是需要重视通过改变基础设施来保证经济可靠性。另一个冲击供应持续性的不确定因素是未来的农作物用途是作为食物还是作为工业原料。一方面是根据供应短缺理论，认为农业难以供应飞跃增长的人口和消费品增长所需的原料。实际上，从需求角度看，食物和原料都在增长，即使不考虑可再生资源进行工业利用，食物本身也存在问题。解决食物问题的方案也可能就是解决工业原料问题的方案。因此，在供应方面必须应用新技术，如生物技术，这样才能保持产率不断提高，使农业能达到一个新的水平。
2、植物设计、植物科学、基因学
转基因技术已经显示出令人鼓舞的前景，要进一步充分利用尚有大量工作有待进行。存在的一个主要障碍是对植物本身内在新陈代谢过程还不够了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要进行设计。因此，对植物新陈代谢和碳流的知识匮乏是其发展中的限制因素。
近年来功能基因学的进展有望促进对材料合成设计的理解。但是这门科学目前刚开始，与类似的医学领域相比所取得的支持还是很有限的。基因转变中的另一成就是让更多的专用基因嵌入和对质体以及细胞核的常规转变。在植物变化、基因学和生物信息等方面有着广泛的研究项目，但是将这些出现的新技术应用于可再生资源的专门研究则很少。
要使科学知识不断深化，在一定程度上取决于消除这些主要障碍，有些已被称为多学科的研究。但是，需要努力加强和协调才能促进现有的障碍及时地被克服。换言之，基因管理的研究必须紧密地与植物内含聚合物的功能性以及分离工程等研究相结合。
研究和开发的课题
《美国植物/农作物基可再生资源2020年设想的技术指南》(以下简称“技术指南“)列出为解决植物/农作物基可再生资源利用中的主要障碍应当进行研究开发的课题。“技术指南”按4个主要方面的障碍依重要性大小列出研究开发课题，每个研究课题的影响都有其时间范围，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、长期表示2020年，近期目标的达到可用以衡量面向2020年可再生资源开发利用设想的前进步伐。
一、植物科学研究方面
1、近期影响课题(按重要性依次减小顺序排列,，下同)
(1)应用功能基因学了解植物新陈代谢和组成，至少要与1种主要农作物基因计划结合；
(2)开发能实时进行植物组分的定量分析工具；
(3)改进转基因方法，特别是对麦杆基因的专门嵌入，要在1998年基础上提高效益10倍；
(4)开发1—2种主要农作物的基因标记系列，使之有助于摆在有用的可再生组件含量；
(5)将80%现有的germplasmbase进行编目，有效利用各类淀粉、蛋白质和油分；
(6)找寻发展中的生物信息学利用途径，推动可再生资源的研究和开发，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影响课题
(1)在新陈代谢过程和碳流中至少弄清50个限制速率的关键步骤；
(2)利用功能基因学弄清分子、细胞和整个植物的控制管理；
(3)为主要植物用于可再生资源的组分制定标准；
(4)在2种植物中，建立碳库并为细胞分割确定控制点；
(5)在plastid转变中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)创建示范工厂，使主要组分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是专门碳键(如c5)大于3o%；
(7)利用基因开关的方法；
(8)建立为植物可再生资源利用的生物信息学基础。
3、长期影响课题
(1)重新设计新陈代谢过程，提供有用的碳结构骨架；
(2)应用有针对性进化技术建立100个未来原料的品种库；
(3)设计新型分子或改性现有化合物，使之适应于功能需要；
(4)为提供工业用原料，创制2种新植物种类；
(5)利用简单的细胞组织进行成本和能源效率评价；
(6)利用计算机技术设计植物组分。
二、生产研究方面
1、近期影响课题
(1)提高亩产量10%~15%以降低原材料单位成本；
(2)改善农业管理，提高肥料利用效率和虫害防治，
(3)确定至少10种影响原料组分和质量的因素；
(4)对至少10种具有潜力的系统和植物类型的亩产效率进行定标赶超（如主要农作物、林业和多年生种类等）；
(5)调节气候条件对生产的影响；
(6)每年对2种农作物的潜力进行评价或用其他方法评价亩产量；
(7)提高当前农业加工中废料利用率5倍；
(8)在单位投入基础上提高贫瘠土地产量2倍。
2、中期影响课题
(1)提高产量，使单位投入的碳产出为1998年基础上的2倍；
(2)为长期可持续发展，开发尽量减小土地、大气和水利用影响的系统方法；
(3)对收获产物和主要植物成分建立标准；
(4)专门设计收获装备，尽量增大碳的收获；
(5)开发新的利用方法，使现在遗留在土地上的农作物45%能得到利用，
(6)培育适应专门土地和土壤的农作物；
(7)建立农业信息学基础，重点是不同来源的可再生资源植物类型、生产价值、质量和单位成本。
3、长期影响课题
(l)在化石燃料排出废气中co2的固定；
(2)从现在植物/农作物生产中消除碳的废料；
(3)设计新的农作物/植物生长系统，优化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)对主要能源获取和固定，提高化合效率；
(5)对收获前期工作和部分就地加工的装置进行设计；
(6)对连续生产系统进行设计和评价。
三、加工研究方面
1、近期影响课题
(1)改进分离技术，处理大于95%的非均—植物材料；
(2)改进单体基础原料变换的生物催化剂；
(3)开发3种具有高选择性的快速反应强力催化剂；
(4)为将植物聚合物转换为有用的单体，找出新型和性能优良的酶(具有10倍活性)并进行评价；
(5)将微生物进行工程化，改善非均—植物的发酵；
(6)提高废物利用率2倍；
(7)开发高效的除水技术并对改进的非水溶剂反应系统进行评价；
(8)在植物材料中利用天然立体化学方法的评价。
2、中期影响课题
(1)应用5种以上高级分离系统(如自行清净膜、离子交换、精馏等)；
(2)为经济捕集植物单体和聚合物开发改进的分离——纯化技术；
(3)为2种以上植物类型建立经济共生系统；
(4)通过分子进化技术设计并创制50种新型酶；
(5)开发100种以上具有性能成本特性的新型酶库；
(6)研究反应性分级系统；
(7)对微生物、酶和化学品库的性能建立信息学基础，用于特殊的转化。
3、长期影响课题
(1)实现原料加工中无废料的多种产出的连续工艺；
(2)为改性植物和组分设计新设备；
(3)为3种以上新产品(如将工程化酶转入植物并在收获中得到活化)设计新机制；
(4)固态酶转化；
(5)设计14种化学与生物结合型反应器；
(6)评价植物组分在分离前相内的作用。
四、应用和基础设施研究方面
1、近期影响课题
(3)探求3种在现有加工装置(如玉米湿法加工厂、纸浆厂)上扩大应用植物原料的机遇；
(4)分析测量系统，对90%以上的主要植物组分进行定量；
(5)实时评价单位性能成本和增值成本的方法；
(6)评价运输系统及成本；
(7)计算出100%年加工贮存量和投人产出的需求量；
(8)创建基础设施，扩大利用农业废料。
2、中期影响课匾
(1)深入掌握植物中10种以上组分和碳键新陈代谢体的结构与功能关系知识；
(2)开发对高质量原材料的100%鉴别保护系统；
(3)为价值驱动的生产和定货实现营销系统；
(4)对在同一地点的多目的利用区的协同作用进行评价；
(5)对原材料组分和加工过程中的中间产物实现实时定量分析手段(小于3分钟/试样)；
(6)开发生产预测手段，准确性大于95%；
(7)在一组植物原料性能基础上建立信息学基础，如单位成本、性能、功能性、最佳来源、应用范围等。
3、长期影响课题
(1)所需功能进行分子结构设计制备植物化合物至少10种；
(2)在植物生产区内开发至少5个制造利用中心；
(3)开发3种以上有新功能的新材料；
(4)提出扩大利用可再生资源所需的教育培训需求；
(5)在植物组分功能间协同作用的利用；
(6)设计最终产品的贮存和运输，使之到达销售中心和出口；
(7)为供需关系的控制创建减轻超过90%风险的战略。
当前，美国有一些项目已在进行，可视为工业原料中应用可再生资源的先驱，也可视为本“技术指南”中研究项目的示范事例。其一是在转基因植物开发中的聚羟基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作为制造生物降解塑料的原料，用适当的细菌基因进行转化并弄清植物内在的新陈代谢路径，从而构成制备方法。现在正在进行分离、生产标准等项工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通过酶反应制备聚乳酸(pla)。cargi11-dow合资企业已在充分研究的基础上进一步投资数百万美元建立制造装置进行工业开发。pla是一种生物裂解聚合物，原料是由玉米湿法加工工艺制备的葡萄糖，其中发酵过程和酶的活性是重要因素。最终的pla树脂可视用户制膜、纤维、碳制品和涂层的需要分别制出不同规格品种。pla具有聚苯乙烯、聚烯烃和纤维素的功能性。
协同与合作是取得成功的途径
未来利用可再生资源需要采取一条多学科和跨行业途径。在许多领域内的研究成就都提供了发展机遇，如生物聚合物、立体结构型分子、新型酶、新材料和转基因设计等。但是每个方面内的任何进展如果只当作孤立的技术领域是远远不够的，需要更有力的相关研究计划，采取平行的和协调的方式进行工作，才能取得成果。
要取得有效益的进展必须采取多学科的途径，这是非常清楚的。但是，任何一个组织都难以具备有如此深度和广度的技术能力。因此，对研究提供的支持应当是多方面的，而且要在跨行业的系统中进行。
“植物/农作物基可再生资源2020年设想”(以下简称“设想”)中提出的要求需将重点瞄准有限的热点目标同步取得进展。对于研究工作则需要有准确的时间表和系统中各方面的广泛交流，所有这些都要走相互协同的道路。例如，一位科学家可能发现一种新型聚合物，具有可以作为高级生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的价值受到以下一些因素的限制：发现适当的基因、新陈代谢过程可靠性、:最佳作物类型是否能有足够的产率和可承受的成本、各种聚合物组分分离可能和利用此材料制造新产品的方法等。所有这些因素都需通过研究和开发才能取得相应的进展。进行这些研究开发要采取最佳途径保证研究成果关键的目标互相协调、平行地进行，此途径要鼓励私营部门的参与。
当前，植物和农作物作为生物质和原料已被应用，诸如淀粉、蛋白质、脂肪酸和异戊二烯化合物。林业主要是为纸浆和造纸提供原料。黄豆则是用于油墨和涂料。玉米通过湿法加工发酵工艺已经进入几个工业部门，但是各种用量都很少。由于基因工程可以通过新陈代谢操作使植物或农作物生成有功能需要的材料，从而显示出新的发展机遇。
“技术指南”已经突出了未来取得进展的途径，而且确定了系统的各个组成部分的目标。成功地达到这些目标就可实现“设想”中确定的到2020年可再生资源利用增加5倍的目的，同时也为2020年以后进一步发展奠定了基础。按“技术指南”目标提出课题是人们用所有的天然资源满足不断增长的消费品和能源的需要。当前进行研究将为今后的产品选择提供机会。可再生资源需要将注意焦点放在以下几个方面：发展方向、最佳科学思维的应用、最先进技术的应用和最高级智能水平的继续研究等。本“技术指南”已经提出了需求和研究开发课题，其目的就是为美国开拓实施一条成功的可再生资源战略。而且也选出了需要优先支持的领域，它们都是从几个已经确定的科学研究和工业开发需求中选择出来的，而且考虑了在高级可再生资源的关键部门有最大的投资回报。
未来世界许多方面都会延续但将发生变化。幸运的是我们已看见其需求并具有科学智慧适应变化的发展。美国要保持领先地位就要继续采取迅速的行动来满足扩大利用可持续发展的可再生资源的需求。不断的科学突破和技术进步(正如“技术指南”文件中所列出的项目和课题)才能满足资源利用的挑战。这些挑战正在我们面前，我们面临的挑战是为满足人们对产品不断增长的需求。
“技术指南”中从两个方面表明多学科和跨部门的研究开发对实现“设想”的重要性：
一是植物的投人，同时要考虑废料和副产物利用、改性基因学的应用。
关键词：地方院校专业建设创新
2008年度广东省本科高等教育教学改革项目“高校科技创新教育研究与实践”（BKJGZZ2008063）和2009年教育部人文社会科学研究一般项目“高等教育地方化的中国模式：地方大学发展的历程、问题与经验”（09YJA880022）阶段性成果之一。
专业建设水平是反映一所高校的办学理念、办学特色和办学实力的真实体现，系统地探索地方院校的本科专业、课程建设机制、素质教育机制、学生的学习机制、和教学管理机制，创新地方高校本科专业建设的体系，是为培养具有引领意识、创业精神和实践能力的、一专多能的应用型高级专门人才，引导学生就业创业工作的重中之重。
一、地方院校本科专业建设面临的问题：
1．对现代教育教学思想和观念缺乏深层次的认识
21世纪高等教育发展趋势是大众化、职业化、社会化、多样化和国际化。我国高等教育正处在从“精英教育”向“大众化教育”的转变过程中。在大众化发展阶段的高等教育内部，存在着精英教育和大众化教育两种不同价值体系和实践体系，我们地方普通本科院校依然徘徊在这两种教育体系之间。造成学校的一些教育教学活动依然没有摆脱传统的精英模式的惯性影响，在大学教育教学的人才观、质量观、教学观和发展观等方面很难冲破传统观念的束缚，使得学校教育教学改革思想不够解放，胆子不够大，步伐不够快。
2．专业建设与地方社会经济发展不协调
专业少，口径宽，是目前世界高等教育发展的特征之一。我国建国初期，受到前苏联模式的影响，根据行业、工种、岗位甚至产品设置高校专业，最多时专业数达到了1400多种，直接结果就是专业数量太多，专业口径过于狭窄。改革开放以后，经过1987年和1993年的两次调整，使本科专业目录从1400多种压缩到504种。自此以后，直到1998年，将专业目录缩减了50％，减少到249种，并又对工科类制定了宽口径的引导性专业目录。政府教育部门对全国高校办学又有过多的统一要求，如统一的专业目录，相对划一的培养模式，相同的评估标准等，从客观上造成不合理和不公平的竞争，导致不同层次高校的专业发展趋同，难以形成自身办学特色。因此，目前地方院校的专业设置与地方产业发展仍存在较大程度的脱节或者是不协调[1]。
3．人才培养目标、模式与培养过程设计、实施不协调
在本科院校，人才培养包括两个层面的问题，即培养什么样的人以及怎样培养人的问题。前者即我们通常所说的培养目标，后者则是学校的人才培养模式。地方本科院校人才培养的定位，既要与研究型大学有区别，又不同于高职高专的教学型学校。但是目前对人才培养的定位和模式的内涵并没有一个清晰的认识，再受传统教育模式的影响，使得人才培养过程设计、实施与人才培养目标定位不协调，最明显特征表现在三个方面：教学内容和课程体系改革力度不大，没有突出学校的特色和创新；实践教学还不能满足应用型人才的培养目标；选修课和任选课的设计弹性不够，难以突出学生的个性化和创新性培养。因此，导致培养目标与培养过程错位以及教育活动的低效能。
4．大众化教育要求与有限教学资源结构不平衡
在大众化背景下，随着高校的扩招，专业发展又快又多，一方面教师数量与知识结构仍然跟不上扩招和人才培养改革的步伐，教学内容陈旧，教学方法单一，教学手段较落后，教风和学风还存在许多问题。另一方面，学生自主选专业、自主选课程、自主选教师的教学改革受到资源限制，难以真正推进学分制的改革。
虽然地方院校具有发展快、多方支持、学生情商高等优势，但是办学历史比较短、沉淀不足、生源单调等问题，专业建设已经成为地方院校的薄弱环节，并在一定程度上影响到人才质量的培养。从总体看，地方院校专业建设主要存在专业定位不太准确，专业特色不够明显；专业办学规模偏小，整合的力度不够，办学条件不够完善；教学规范管理和教学改革工作有待加强；不注重专业内涵的建设等问题，而这些问题已经成为地方院校人才培养的“瓶颈”。
二、地方院校本科专业创新建设的实践探索
佛山科学技术学院1958年开办，1995年升格本科，到现在已经历了半个世纪，专科办学时间37年，本科教育历史14年，又经过两次学校的合并或并入磨合。同时，2002年接受了教育部本科教学工作合格评价，2007年本科教学工作水平评估，目前基本完成了由专科教育向本科教育的转变，进入了所谓的“新建期”，属于教学型本科院校。学校一直致力于提高教学质量，勇于改革，积极开展专业、课程建设。目前，初步形成了相对比较合理的专业结构，专业门类齐全，专业教师梯队基本形成，专业办学条件不断改善。
1．明确了地方院校本科专业的人才培养层次定位
从学校属性来看：佛山地处珠江三角洲腹地，毗邻港澳，靠近广州，是历史上的四大名镇之一，有着得天独厚的人文背景和发展经济的地缘优势。在设计学校规模、培养目标、专业设置、学科建设、教学改革、科研开发等工作中紧紧围绕“立足地方，服务地方”这一主题，具有明显的地方性[2]。
从人才培养目标来看：任何一所地方院校，无论其层次高低、规模大小，都在不同程度上接受地方的地理、经济的影响和文化的熏陶，这种潜移默化的影响也总是通过一定的渠道折射在学校的校风、教风、学风中，使得学校办学理念和办学传统具有地方文化的烙印。
2．紧密围绕地方经济社会发展需求，调整优化专业结构
专业结构调整优化是学校主动适应经济社会发展对人才需求的具体体现。根据学校办学条件和基础及专业结构的现状，坚持新建、优化、加强和淘汰的原则，需求牵引，注重应用，凸显特色，构建适应应用型本科人才培养的多学科协调和可持续发展的专业体系。
为了主动适应地方经济社会发展及其产业结构调整的需求，更好地与佛山“3+9”特色产业基地建设任务相衔接，学校新建和改造一批现有专业，以适应地方产业发展对人才的需求。按照市委市政府对学校提出的“理工为主，综合发展”的要求， 2010年，我校将以电子信息为重点，组建设电子信息工程学院，以工业设计为重点，组建了陶瓷（珠宝）艺术设计学院；并于今后两年内组建化学化工与环境工程学院、机械与材料学院、自动化学院、土木建筑学院，增设了“光源与照明”、“化学工程与工艺”两个战略性新兴产业专业。不断加大对理工科专业建设经费的投入，提高工科类学科专业比例，在光机电一体化、工业自动化、计算机软件及信息化、生物工程、材料应用、土木工程等学科逐步形成特色，前瞻性地培养适应未来发展需要、引领行业发展的高素质人才。
3．创新人才培养模式，积极探索创业创新课程建设
创业教育是未来教育的角色主体，作为一所地方院校应结合地方，以创业人才培养为导向，加强培养学生创业意识、创业精神、创业知识、创业能力、创业心理品质等，不断满足地方经济对创业性人才培养的需要，闯出一条发达地区地方高校的人才培养特色。
为深化教学改革，探索应用型人才培养的有效途径，2008年学校启动了 “国际贸易专业”和 “机械制造及其自动化专业”开设“创业创新班”的实践。 “创业创新班”教学改革的试点，旨在培养具有扎实专业基础和经营管理才能、较高创新精神、创新素质和创业能力的专门人才。
在课程建设上，坚持以科学发展观为指导，以地方所需人才培养为根本任务，依照人才培养定位，育人为本，以更新教学思想观念为先导，以精品课程和重点建设课程为龙头，以核心课程为主体，优化课程体系，更新教学内容学，推进以BB平台为标志的网络、多媒体课程的现代教学改革。近年来，学校积极探索创新课程建设。
4．构建地方院校应用型人才培养实践教学体系
以培养学生独立自主学习能力和创新精神为重点，构建和完善了由基础实践教学、专业实践教学和综合实践教学三个层面有机结合、系统化的实践教学体系。结合科技与创新教育的开展与实践，积极培养学生的创新意识、实践能力和创业精神。
学校建立了实验教学实训中心，采用“定时开放”、“预约开放”、“阶段开放”等形式共享实践教学资源。加强实践教学基地的建设，拓展校外实习空间,与各企事业单位，建立顶岗实习基地和一批稳定的专业实习基地，为学生提供更多的实际锻炼机会。在稳定现有校内外实习基地的基础上，积极推进产学研结合，加强同地方政府、企业等合作，扩大基地数量，加强校内外实习基地建设，提升基地质量，充分发挥其在人才培养中的作用。
5．完善地方院校教学质量监控机制
学校为实现人才培养目标，运用系统理论和方法，把质量管理各阶段、各环节的职能组织起来，围绕人才培养活动，对教学过程进行评价和诊断，形成一个任务、职责、权限明确，互相协调、互相促进的稳定、有效的管理系统。它包括教学质量管理系统；教学质量评估系统；教学质量监控系统；教学质量支持系统[2]。
树立以人为本、重在改进的理念，借助系统论的观点，建立一个以人才培养目标为切入口，关注质量标准的科学设计和修正，注重教与学活动过程的信息收集、处理和反馈，并对教学各环节进行质量评价的全方位、全过程、多层次控制的运行机制。
6．强化教学团队的培育和人事分配制度改革
学校注重加强教学团队建设，重点分层次建设一批结构合理、团结协作、教学质量高和积极参与教学改革的教学团队，积极推动学校教学改革和创新。并在开展教学研究、改革和教师培训等方面给予大力支持。
在人事分配制度改革方面坚持四大原则，一是坚持“优化结构、整合资源、提高效率、增加效益”的原则。二是坚持“按需设岗、公开招聘、平等竞争、择优聘用、严格考核、合同管理”的原则。三是坚持“按劳分配、优劳优酬、绩效优先、兼顾公平”的原则。四是坚持“分级管理、责权利对等、事权和人权统一”的原则。
参考文献：
