生物工程和化学工程的区别范文

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化学工程与工艺专业是一个极富创造性、挑战性的重要工业领域，能在化工、石油、能源、轻工、冶金、医药、微电子生产、食品和环保等多领域行业，从事产品的研制开发与评估、过程工艺与装置的设计放大、过程科学研究、高等工程教育、生产过程的控制及经营管理等方面工作的高级工程技术、教育教学和管理营销人才，具有技术密集、人才密集、资本密集的特征，特别是二十一世纪的化学工业在向“绿色化工”方向发展的同时，对知识的交叉渗透、产业的相互交融提出了更宽更深的要求，该专业就是为了适应面向二十一世纪化学工业发展而设置的一个厚基础、宽口径、适应性强的大专业。本专业旨在培养德、智、体全面发展，具备在工业界、科技界、政府及行业机构中担任重要职务的基本素质，掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法。

通过上述阐述，我们简单了解到了化学工程与工艺的定义，在一些重要领域的关键作用。下面就让我们分开来解读化学工程和工艺在哪些领域起到了什么作用，在工作中，如何将资源更好的利用？

化学工程与工艺就是研究化学工业生产过程中的共同规律，并用化学方法改变物质组成或性质来生产化学产品的一门工程W科。简单来说，也就是化学在工程实际中的应用。该专业主要开设高等数学、无机与分析化学、有机化学、物理化学、高级语言程序设计、化工原理、化工热力学、化工分离工程、仪器分析、化工设计、化学反应工程、化工工艺等课程。其中英语、化工原理、化学反应工程、高等数学为学位课程，参加省自学考试。

化学工程与技术学科是从19世纪末由于化学品大规模生产的需要而形成和发展的。当时，为了化工生产的高效和大型化，根据典型的化学工艺和设备中出现的一些具有共同属性的工程问题，形成了单元操作的概念。20世纪50年代后发展的传递过程原理和化学反应工程使化学工程学科上升到了新的阶段。人类穿的各种合成纤维的衣物，吃的各种食物的包装加工，住的房屋的水泥钢材，以及人们开车所用的石油天然气，都是化工研究的方向。中科院院士陈洪渊就曾经评价化工产业为“国之重器”，能创造出数千万个“新物种”。譬如说，1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍，解决了世界上一半人的温饱问题。1995年我国的化学纤维产量为330万吨，其中90%是合成纤维，这一化工技术的应用，使大多数人免于挨冻。

当今社会，化学工程与工艺也应用到多个领域，如分析化学师、食品化学师、化妆品研发员、医药技术师等职业，这些职业你肯定听说过，但不一定想到他们与化学工程与工艺专业相关。总体来说化学工程与工艺专业的就业领域还是相当广泛的。毕业生能在化工、能源、信息、材料、环保、生物工程、轻工、制药、食品、冶金和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作。一般主要的主要就业方向可以从一下几个方面来看：

首先，可到科研院所、高等院校从事化学工程与工艺相关科研、教学等工作。不过这需要该专业学生具备一定的科研水平和较高的学历。

其次，到化工类、石油类、轻工类、车辆化工、建筑机械、制药、食品、涂料涂装等相关的科研单位、企业、公司从事应用研究、精细化工产品的开发、设计、生产技术和科技等工作。化工行业有很多知名的企业如美孚、壳牌、巴斯夫、中石油、中石化等。当然，除了这些大企业外，一些冶金、化纤、煤炭、橡胶等化工企业也是毕业生不错的选择。化工行业是个讲究经验和积累的行业，技术和经验是技术型人才的资本，对于刚走出校门毕业的学生来说，一般需要一个相当长时间的经验积累，从基层做起，让理论和实践充分的结合后，才能谋取个人职业更好的发展。

再次，可以在相关化工类企业从事销售、管理等工作。除了走工艺、研发、质量检验等技术人才的道路外，该专业复合型销售和管理人才在人才市场中也特别受欢迎。关键是如何取得化工类技术以外的教育背景和从业经历。化工贸易、管理人才基本都需要是化工专业出身，同时熟知贸易规则和单位业务，还必须具备耐心细致，和较强的语言表达能力。

国家教育部曾公布的化学工艺与工程专业就业状况显示，该专业2013年全国普通高校毕业生规模在28000-30000人，近三年全国就业率区间在90%-95%之间，属于就业率较高专业。

据调查，相关从业人员都表示，化工专业毕业生要找到一份工作并不难，但找什么样的工作就因人而异了。由于化工各个方向分类较细，各个大学都有自己擅长的专业方向。如有些学校侧重石油化工、煤化工；有些侧重医药化工；有的则偏重金属冶炼或精细化工等。另外，还有一些人对化工就业存在这样的误区，担心学这个专业毕业后要去挖煤、炼石油。实际上，传统的石油化工、煤化工只是其中的一个就业方向，如果你对这个方向不感兴趣，还有更广泛的领域可供选择。如可以选择和人们生活息息相关的精细化工，我们用的洗发水、洗面奶、沐浴液的研发生产都是化工的主要就业领域。还有食用油、巧克力等食品加工企业，香水、化妆品、奢侈品制造等也是化工很好的就业方向。目前我国经济建设水平不断提升，涉及综合技术项目的开发工作节奏也显得急躁起来，对于化工专业建设工作人员来说，需要联同系统性的设施布置和先进实验验证项目开发，积极稳固综合人力资源的开发动力，为我国相关行业的发展提供更加优质的贡献力量。

除了化学工程与工艺在工作上的应用外，可以说，我们日常生活中的“衣、食、住、行”样样都离不开化工产品。化学工业已经成为国民经济重要的基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供保障和配套服务。同时它还是工业经济中最具活力，有待开发且竞争力极强的一个行业。老人常说，“三百六十行，行行出状元”，不管研读什么专业，都有一定的优势和特点，只要潜心学习，任何领域都可以走出一片辉煌的天地。

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1.2实践环节过程控制薄弱生物工程专业应用型人才大多充实到生产、经营、管理第一线岗位，能在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发，要求具有扎实的专业知识和很强的实践能力.在本科教学阶段要注意适度拓宽专业面，强调工程实践，重视学生实践能力的培养.生物工程专业的实践环节包括实验课、课程设计、见习、毕业论文(设计)和毕业实习等，其中化学实验、生物化学实验、微生物学实验等主要是让学生掌握常规仪器的使用、设备维护保养等基本技能，化工原理实验、发酵工程实验、课程设计等主要是提升学生的工程素质，培养学生分析问题的能力，见习、毕业论文和毕业实习等主要是加深学生对社会、企业的认知，掌握生产工艺流程、生产设备及检测等知识.但目前偏远省份生物工程领域的相关企业较少，生产见习、毕业实习成了走马观花，见习中见到的重要环节、核心生产车间很少，实习中真正参与生产的时间短、动手机会少，收效甚微.

1.3基础理论教学求全求深且重复交叉应用型本科院校培养的工程专业主要培养应用型人才，基础理论知识应该“以应用为目的，以够用为度”，但长期以来各门课程都追求完善的教学体系，形成了大而全的课程格局，课本越写越厚、内容越写越多，这与培养目标不相适应［4］.而且许多课程之间有内容交叉、重复现象，如有机化学与生物化学、生物化学与微生物、微生物与遗传、生物化学与分子生物学之间就有很多知识点重复，很多知识点在几门课程里都要讲授.而为了解决内容多学时少的矛盾，授课教师把其它课程涉及到的一些内容省略不讲了，结果可能几门课程都没有讲解同一内容，这样学生学到的知识就有了重复或者欠缺.

2生物工程专业应用型人才培养课程体系构建思路

生物工程专业人才培养目标是大力培养掌握生物技术及其产业化的科学原理、工艺技术过程和工程设计等基础理论和基本技能，能在生物技术与工程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［5］.课程体系的构建必须围绕人才培养目标，以学生毕业后的职业方向为依据，优化课程体系，重视专业基础和实践教学，强调个性教育，提升学生的能力素质，实现学生由学校到社会的无缝链接.

2.1夯实专业基础按照“宽口径、厚基础”的培养思路，课程体系要保证专业课程的学分比重，适当增加工程类课程的比例［6］，加强对学生工程素质的培养，培养学生的工程能力，使学生具有牢固的工程学基础知识，以适应大规模现代化生产中的工程设计、参数检测、过程控制、产品的下游处理等工作，满足企业岗位的需要.专业课程设置要注重系统性，在教学过程中，要协调各门课程之间的教学，妥善解决交叉重复内容的授课问题，让学生在有限的时间内学有所用、合理够用.在夯实学生专业基础知识的同时，可将专业教育和应用能力及开发研究能力的培养结合起来，培养学生适应社会发展和解决实际问题的能力.

2.2重视实践教学实践教学一直是应用型本科院校的短板，生物工程专业课程设置中，要增加实践教学的比重，按由易到难、从校内走向校外的步骤组织实践教学，构建由实验课程、专业见习、毕业设计和毕业实习等组成的实践教学体系，将有关实验内容分散到各阶段的教学中，逐步规范学生的实验操作，提高实践技能，培养学生综合运用知识的能力和创新思维.实践证明，这种实践教学能够激发学生学习的主动性和创新精神，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，同时还可以促进教师对教学理念和教学方法的更新［7］.

2.3凸显自身特色应用型本科院校都有各自的发展轨迹，其专业设置经过长期的发展;学校在所地区经济结构、发展水平、产业特色也各不相同，因此，生物工程专业课程设置既要发挥学校师资力量、实验条件、学科发展的综合优势，又要适应经济发展和社会市场的需求，使课程设置具有鲜明的特色.在制订课程体系时，专业方向课开设应凸现个性化教育，这是提升专业内涵的主要手段.比如开设生化生产工艺学、代谢工程、环境生物技术、计算机辅助生物过程设计、生物制药工艺学、药剂学、食品发酵工程、酶工程、企业管理等课程.这些课程分别涉及环境、制药、轻工、食品、管理、生物等多个方向，对专业知识范围进行拓宽，也增强学生的兴趣和适应就业的需求.

3生物工程专业应用型人才培养课程体系的构建

生物工程专业是建立在生物学、化学、工程学等多学科基础上的复合型专业.课程设置必须以人才培养目标为总揽，坚持知识、能力、素质和个性协调发展的原则，强调知识的整体性、系统性和综合应用，强调学生的人文素质、工程素质和动手能力的培养，构建培养高素质的应用型生物工程人才的课程体系.

3.1构建符合培养目标的课程体系培养满足市场需求的应用型生物工程人才，需结合自身实际，充分发挥课堂教学、实验实训和校园文化活动三个培养平台，按照公共能力、专业能力和发展能力三个模块对生物工程专业进行课程构建，每个模块又由几部分组成，具体的课程体系可设置为:

3.1.1公共能力培养课程公共能力包括价值判断、交流沟通、身心调适和信息处理等能力.价值判断能力培养课程包括思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、思想和中国特色社会主义理论、基本原理、形势与政策、思想政治理论课实践等;交流沟通能力培养课程包括大学英语、大学语文等;身心调适能力培养课程包括基础体育、健康运动项目训练、职业生涯设计与创业就业指导、国防教育与军事训练、劳动技能训练等;信息处理能力培养课程包括大学计算机、计算机操作训练等.各个模块还要开设相应的素质拓展活动项目和选修课程.

3.1.2专业能力培养课程专业能力包括自然科学与工程学基础、生物学知识、生物工程工艺研发、专业综合实践等能力.自然科学与工程学基础知识培养课程包含高等数学、无机分析化学及实验、有机化学及实验、物理化学及实验、电工学、工程制图与CAD、化工原理及实验、工程数学等;生物学知识培养课程包含生物化学及实验、微生物学及实验、分子生物学及实验、基因工程及实验、细胞生物学及实验等;生物工程工艺研发能力培养课程包括发酵工程、酶工程、生物分离工程、生物工程综合实验、生物分离工程实验及其他方向课程等;专业综合实践能力培养课程包括专业认知实习、专业技能测试、企业家讲座、社会实践调查、产品设计、毕业实习、毕业论文(设计)等.

3.1.3发展能力培养课程发展能力培养课程须根据学校的教学特色和学生的发展需要进行开设，不同专业方向的课程设置有所不同.例如，发酵方向设置生物工程设备、生物工程工厂工艺设计概论、发酵工艺学及实验、发酵过程控制与检测、生物制品质量监控等.生物制药方向设置药物化学、药物分析、药剂学、药理学、生物制药工艺学、生物技术制药、生物药物分离与检测技术等;食品方向食品营养学、食品工程原理、食品分析、食品机械与设备、食品工艺学等.以上课程又分为理论教学、实验实训、综合实践三种不同的课程类别.这些课程紧紧围绕工程素质的培养分层次、分年级循序渐进地开设.

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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。

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中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0057-02

高分子膜分离技术是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧自由能差或化学位差的作用下，使得原料混合物中的某组分选择性的透过膜，从而使混合物得以分离，达到提纯、浓缩等目的的分离技术。膜分离作为一种新型的分离技术已经广泛应用在石油化工、生物医药、食品等领域。

1 膜分离原理及分类

1.1 氨基酸分离原理

氨基酸生物酶催化转化结束后，其转化液化学组分复杂，相对分子量从几十到几百万不等，一般来说相对分子质量较高的化学成分多为无效成分，应首先考虑将其去除。氨基酸或肽类的分离是在膜的选择透过性或传递性受到膜两侧的自由能差或化学位差所推动来实现的。氨基酸选择透过膜能力可分为两类：一是借助外界能量，发生有低位到高位的移动；二是借助本身的化学位差，发生有高位到地位的移动。移动和传递的驱动力可以是膜两侧的压力差、浓度差、电位差等。化学成分通过膜移动和传递时，根据膜的结构和性质的不同，可以分为以下几种分离机制。

1.2 高分子膜应用分类

对于工业生产而言，以多种技术集成综合工艺应用为基础的膜分离技术发展很快，通常以分离机制、分离推动力、膜材料及结构形态等进行分类。常用的分类方法，按照膜材质如陶瓷膜、金属膜与聚砜类超滤膜、纤维素反渗透膜等进行分类。以下是在氨基酸及其衍生物中使用的膜设备，根据分离技术的基本特点和膜孔径的大小进行分类如表1所示。

2 膜分离技术处理流程

2.1 物料预处理

一般生物酶催化转化的氨基酸料液中含有大量的悬浮性细胞碎片、细菌、可溶性高分子物质，不经过预处理直接微滤或者超滤，将会导致膜孔堵塞或聚集在膜的表面使膜污染，从而降低了分离性能和生产效率，因此，在使用液酶转化时必须对含有多种物质的物料进行预处理，一般采用的手段是去除高分子杂质，通常采用高速离心法或者絮凝澄清等方式，处理微生物灭活，一般进行高温或者pH调节处理，通过改变微生物的生L环境来改变微生物的特性，使分离膜设备在其适宜的温度和pH范围内进行快速分离，采用固定化酶将使以上问题变得简单。

2.2 分离操作

一般的膜分离设备在分离生物酶转化液时，多采用错流操作来减少物料在滤材上的沉积，具体操作方式是在压力驱动下，使物料在膜系统的一侧进行高速高压流动，在膜切面形成切向流，从而使小分子物质通过膜。大分子物质或颗粒被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化的目的。单程操作或循环操作在工业化生产上应用也比较广泛，通过多个膜组件进行串联，在增压泵作用下将料液进行二次加压分离，从而达到相应的效果，如此循环，直到达到预定浓度或预定值为止。

2.3 后处理工序

膜应用技术的后处理工序非常重要，主要分为膜清洗和膜组件的定期维护，膜清洗可分为酸碱、化学、电场或超声波洗涤等，将膜表面和膜孔内物质进行处理，从而恢复膜的性能；膜组件定期维护包括膜组件更换、膜组块交替使用等。后处理的难易程度主要取决于使用环境，因此将生物酶制备成固定化酶对膜的使用寿命和维护显得非常重要。

3 膜分离技术优势及存在的问题

3.1 技术优势

膜分离技术作为高分子物理化学、材料科学与化学工程交叉融会的新型高效分离技术，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性，与传统分离技术如蒸馏、萃取、吸附、深冷分离等技术相比，膜分离过程大多无相变（渗透汽化除外），可常温操作，设备流程简单，易实现工业放大，适用于热敏性物质的分离、浓缩和纯化、能耗低、分离系数大等优点。同时膜技术应用范围广，适用性强，形式多样，可根据工业应用特点选择中空纤维式、管式、卷式、框式、回转平膜和浸渍平膜等。

3.2 存在的问题

3.2.1 耐污能力

在工业应用上，高分子膜的耐污能力差是最突出的问题，分为膜污染和膜孔堵塞等因素导致的膜通透性下降和膜材质自身发生不可逆转的变化导致的膜劣化，从而导致膜性能的改变。

3.2.2 特定功能

由于目标产物的性能差异，针对不同体系的膜选择有很大区别，特别是在氨基酸应用领域，相似特性，相近分子量，相近等电点物料的分离，是工业工程中的一大难题，如何改善膜设备对此种物料的分离，这种特定膜的研究显得非常紧迫。

3.2.3 膜材料回收再利用

高分子膜材料多采用有机添加剂或复合材料制备而成，在回收再生方面尚无成功案例，工业生产上多以固废进行处理，如此造成了大量基础材料的浪费，不利于环境保护和循环经济。

4 发展展望

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环境工程是一门新兴的综合性学科，与这门学科密切相关的学科包括土木工程、生物工程、物理学、化学及化学工程、机械工程、伦理学等，目前几乎所有学科都与环境工程有一定的联系。人类社会进入21世纪之后，环境污染日益严重，环境保护和污染治理技术迅速发展起来，环境工程也得到迅速的发展。目前环境工程是一门运用工程技术的方法和手段来控制环境污染及改善环境质量的学科，它不仅要提供合理利用保护自然资源的一整套技术途径和技术措施，还要研究开发废物资源化技术，改革生产工艺，发展无废或少废的闭路生产系统。另外，还要对区域环境系统进行规划与科学管理，以获得最佳的社会和经济效益。环境工程的基本内容有以下几个方面：大气污染控制技术、水污染控制工程、固体废物处理与处置工程、噪声污染控制工程和其他污染的控制技术。化工建设项目中配套的环境工程技术经济评价，根据评价角度的不同分为两个层次，即财务评价和国民经济评价。财务评价又称微观经济评价，是根据国家现行财政税收制度和现行价格，从项目方案本身或企业的角度对项目方案竣工后的获利能力，以及偿还借款能力等情况所做的评价。国民经济评价又称为宏观经济评价，是从国家或社会的角度运用影子价格、影子汇率等经济参数，分析项目需要国家付出的代价和对国家和社会的贡献，计算项目的经济净收益，考察项目投资的经济合理性。

国民经济评价还称为项目经济分析或费用效益分析，是指站在全社会立场上，从国民经济整体利益出发，以资源最优配置和国民收入最大增长为目标的经济效果分析，它是项目财务评价的继续，在评价的形式与所采用的指标上与财务评价基本一致，特别是财务评价所采用的许多数据也是国民经济评价所需要的，或者这些数据是进行国民经济评价时进行费用与效益计算的基础。尽管如此，国民经济评价与财务评价还是存在较大差别的。国民经济评价与财务评价既有联系又有区别，由于国民经济评价相对于财务评价处于较高层次，所以当项目财务评价的结果与国民经济评价结果不一致时，项目的取舍主要决定于国民经济评价的结果。我国的化学工业是我国国民经济的支柱产业，资源资金技术密集，产业关联度高，经济总量大，对促进相关产业升级和拉动经济增长具有举足轻重的作用。特别是近年来，生产总值、销售收入、利润总额、迸出口贸易额年均增幅均在20%以上，合成氨、化肥、纯碱、烧碱、电石、硫酸、合成纤维、染料、轮胎等产品产量居世界第一位，炼油、乙烯、合成树脂、合成橡胶等产品产量居世界第二位，行业整体技术和装备水平明显提高，企业自主创新能力和国际竞争力不断增强，在促进国民经济快速增长、保障社会需求等方面发挥了巨大作用。但是也应看到，我国化学工业在快速发展过程中，长期积累的矛盾和问题已经日益凸现：产品结构不尽合理，产业布局比较分散，集约发展程度偏低，自主创新能力不强，资源环境约束加大。2008年下半年以来受国际金融危机影响，石油和化工产业受到严重冲击，国内外市场萎缩，价格大幅下跌，企业库存增加，生产持续下降，行业经济效益下滑，企业生产经营困难。当前，我国仍然处在工业化、城镇化加快发展的重要阶段，石油和化工产品消费仍处于快速增长期。成品油、化肥、农药、合成材料等主要产品的刚性需求将长期存在，高端石化产品市场潜力巨大，国民经济各相关部门的振兴为石化产业提供了广阔的发展空间。石化行业的决策者必须抓住机遇，有效解决行业发展中存在的深层次问题，加快结构调整的步伐。因此宏观经济评价的结果是绝对不可忽视的，特别是国民经济进入产业结构调整期后，投资者的决策应当更加谨慎，更加注重科学分析的结果。

2技术经济评价工作的要求和程序

技术经济评价工作首先要求客观性。在评价工作中要求每一位参加项目评价人员应对项目的可行性研究报告进行客观评价，讲究实事求是的工作作风，认真作好调查研究，在评价中不能主观地看问题，在工作中不能带个人偏见和本部门本地区的观点，对于疑难或有争议的问题不宜匆忙下结论，而应多问几个为什么，要带着问题开始调查，直至问题得以澄清。其次要求科学性。项目评估人员在工作中要采用科学的评估方法和规定的计算公式，来测算项目的财务效益、国民经济效益及其它内容，保证评估结论准确可靠。不能用落后的陈旧的方法去推算项目的经济效益。三是要求公正性。项目评估工作要求评估人员站在国家和全局的立场上，从国民经济和社会发展的各个方面来考虑项目的必要性、可靠性和合理性，从而正确地决定项目取舍。四是要求严肃性。项目评估的目的在于确认一个项目是否可以接受，为计划决策提供依据，分析工作必须实事求是，对不同意见观点论据要能兼收并蓄，综合权衡仔细分析，盲目自信模棱两可的态度和方法都会有损项目评估工作的严肃性，有损计划决策的严肃性。

化工建设项目技术经济评价的程序：一是确定目标，包括社会目标和具体目标两部分，前者是从整个社会来考虑的，后者则是部门地区或企业所要达到的，该目标应该符合社会总目标。二是调查研究搜集资料，这是投资项目经济评价的重要环节，只有通过深入的调查研究，才能了解实际情况，搜集到所需要的各种基本资料和原始数据，并检验经济评价方法及结论的准确性，实际上在以后的工作程序中有时还要反复或补充做调查研究，搜集资料工作。三是预测备选方案的现金流量，确定有关的参数值，方案寿命期内的现金流量及有关参数值是进行经济评价的基础工作，方案寿命期内的现金流量由总投资年现金收入、年现金支出、固定资产残值寿命期等组成，预测时除采用一般预测方法外，还可使用一些经验方法，计算投资经济效益还必须事先确定一些参数值，包括社会贴现率、影子汇率、利率税率、最低期望盈利率等。四是计算方案的经济效益，一般先计算项目的财务经济效益，然后再计算国民经济效益。计算方案的经济效益可根据实际需要选择评价指标，常用的有净现值内部收益率投资等。经济效益计算还要求区别不同条件或情况，例如是在确定性条件下还是在风险与不确定条件下进行计算，项目的经济效益是计算交纳所得税前还是税后的经济效益，是按不变价还是实际价计算经济效益等等，具体的选择应由评价者和决策者视需要而定，一般应尽可能以风险与不确定为前提条件，按实际价格计算税后经济效益。五是综合评价，根据计算的备选方案经济效益，结合非经济效益对每个可行方案进行全面的比较和综合评价。由决策者根据投资目标和综合评价结果选出技术上先进可靠，经济上合理有效的最优方案。事实上评价步骤都是在投资之前进行的，属事前评价，而投资项目的实施结果与事前评价不会完全一致，为了使人们进一步掌握项目投资过程中事物的变化规律，有必要在投资项目寿命期满退出使用时进行事后评价，并与事前评价进行分析对比。

篇6

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.

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【中图分类号】G424.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）7-0064-03

一、“卓越计划”与卓越人才培养

高等工程教育是高等教育的重要部分，为国家培养各类工程技术人才。随着社会的不断发展，经济结构的转变，走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家等一系列战略部署对高等工程教育改革发展提出了迫切的要求。2010年6月，教育部在天津召开了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）启动会。“卓越计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》的重大计划，旨在培养和造就创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型的工程技术人才，通过工程教育改革和创新提高工程人才培养质量，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国。

“卓越计划”启动后，全国高校纷纷响应，目前已有三百多所高校分批次加入到“卓越计划”中。许多高校根据自身定位与特色，以实施“卓越计划”为契机，开展形式多样的卓越人才培养工作。清华大学确立了建设“研究型、管理型、创新型、国际型”卓越工程人才的培养体系。同济大学开展了“卓越生源行动计划”、“卓越课程行动计划”和“卓越实践行动计划”等卓越系列计划。天津科技大学是教育部第二批“卓越计划”高校，包装工程、食品科学与工程、生物工程三个专业为卓越计划实施专业。2010年，学校提出实施“行业卓越人才培养计划”，遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，将卓越工程师培养纳入卓越人才培养体系之中。“行业卓越人才培养计划”分为三个层次，第一层次便是组建“行业卓越人才实验班”。

二、卓越人才实验班

在教育部“卓越计划”和天津科技大学“行业卓越人才培养计划”背景下，我校于2011年9月实施了《天津科技大学行业卓越人才实验班计划》，组建了“机械电子工程实验班”、“材料科学与化学工程实验班”、“食品与生物工程实验班”、“工商管理实验班”四个卓越人才实验班。

学校成立“卓越人才培养管理中心”专门负责实验班学生的统筹管理工作，各相关学院成立卓越人才培养工作领导小组，实行校院两级管理。实验班实行导师制，各相关学院制定导师制方案，导师主要负责学生专业选择、学习进程规划，并对学生研究内容和方法等进行指导。

实验班采取2+2的培养模式，学生在一、二年级不分专业，按照大类培养，进入三年级由学生自主确定专业。学生选拨由最初的新生报道后申请报名、经初试和面试合格后录取拓展为在部分省份采用高考直招方式按大类录取一定比例选拔与新生入校后选拔相结合的方式。为激励学生，保障人才培养质量，实验班实行滚动机制，根据平均学分绩点对学生进行预警、分流与增补。

为加强建设卓越人才实验班，学校给予了政策上的多方面支持。学校集中优秀师资，进行了多方面的教学改革，实行资源优化配置，为卓越人才实验班提供优越条件，通过因材施教地制定培养方案、组建优秀的基础教学团队和专业导师团队、建设专业核心课与双语课等方式提高人才培养质量。

三、卓越人才实验班的教学改革实践

（一）因材施教制定培养方案

培养方案是培养学生的一套计划，学生依据培养方案中所要求的内容逐步完成学业从而达到培养目标。培养方案是否科学合理直接影响人才培养质量。依据“宽口径、厚基础、强实践”的要求，确定“卓越”的培养目标和要求，建构合理课程体系，因材施教地制定培养方案是卓越人才培养的前提，也是卓越人才实验班追求卓越的基础。下面就以天津科技大学2013级机械电子工程卓越人才实验班培养方案为例进行分析。

机械电子工程卓越人才实验班依托机械工程学院和电子信息与自动化学院按照大类招生，学生在大一、大二年级主要学习校通识课程和学科基础课程，大三开始学生自主选择学习方向，分为“机械电子工程”方向和“自动化”方向，分别在机械工程学院和电子信息与自动化学院学习专业领域课程。机械电子工程卓越人才实验班的培养方案由机械工程学院和电子信息与自动化学院联合制定，培养方案不是机械电子工程专业与自动化专业培养方案的简单叠加，而是根据对卓越人才的要求，因材施教地制定培养目标、培养要求和课程体系。

1.培养目标

实验班以培养卓越人才为目标，其培养方案对学生需要掌握的知识技能以及需要具备的能力都做出了详细的说明。通过表一的对比可以发现，非实验班学生的培养目标是培养高素质的应用型人才，而实验班无论是在知识学习的范围上还是在能力培养的广度和深度上，其目标都区别于非实验班的学生，更强调扎实的基础，创新能力、工程实践能力的培养以及人文素养的提升。

2.培养要求

为了实现培养目标，实验班的培养方案对学生提出了明确具体的要求。要求学生在毕业时能获得9个方面的知识能力：①具有较扎实的数学、自然科学基础和机械工程、电气工程等科学知识的应用能力，以及独立试验并进行数据分析的能力。②系统地掌握专业领域的理论知识，具有设计机电系统、部件的能力。③具有对机械及电气工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力。④具有新工艺、新设备、新技术研发的初步能力。⑤具有较强的动手能力、创新能力和独立工作的能力。⑥较好地掌握生产过程控制、自动化仪表、信息处理及计算机控制技术等方面的专业知识，了解运动控制等方面的专业知识及学科前沿和发展趋势。⑦获得较好的系统分析、系统设计及系统开发方面的工程实践训练。⑧具备一定的科研和组织管理能力，具有较强的工作适应能力。⑨知识面宽广，具有终身教育的意识和继续学习的能力。

3.课程体系

根据卓越人才的培养目标和要求，实验班的课程体系强调厚基础、强实践。 ①基础课程围绕机械电子工程和自动化两个方向开设，无论必修课还是选修课都旨在夯实学生基础，为专业课程的学习做好铺垫。部分课程是专门为实验班学生开设的，其他专业不开设，例如大一第一学期开设的《机械导论》是实验班两个方向学生的必修课，这在2013级机械电子工程专业的培养方案中是没有的。②实验班培养方案中选修课数量较多，是为了给学生多一些选择，让他们能根据自己的实际需要选择课程，为他们提供了更加优良的条件。《工程伦理学》是实验班培养方案中的一门选修课，在夯实学生基础知识的同时，还注重对学生健康人格的塑造。③理论环节与实践环节紧密结合，每学期都有实践环节，各种实习、实验、课程设计、毕业设计与理论课相得益彰，大大加强了学生的创新能力和工程实践能力。

（二）组建优秀的教学团队

1.基础教学团队

优秀的师资是培养卓越人才的重要条件。为了实现资源的优化配置，学校为卓越人才实验班优先选派有丰富教学经验的教学名师授课，并组建了《高等数学》 和《大学英语》两门课的教学团队，以团队建设促进教学质量的提高。教学团队进行教学改革，教学方法研究，提高学生学习兴趣和学习水平。

两个教学团队为实验班专门开设了《数学分析》、《数学建模与实验》和《英语口语》等通识选修课，并引导实验班学生优先选择专设的这些课程。在日常授课时，教学团队的老师们不仅注重知识的传授，还十分注重能力的培养，实验班学生在优秀教学团队的带领下，还积极参加全国或天津市的数学、英语竞赛并取得了较好的成绩。

2.专业导师团队

为了加强实验班学生专业实践能力和创新能力的培养，学校在基础教学团队的基础上要求各相关学院组建导师团队。导师团队由1名负责人和6-8名成员组成，帮助学生进行学业规划、指导学生参与科研实践，引导学生开展创新性活动，开拓学生视野。其主要职责有：指导专业核心课任课教师进行教学内容的改革与优化；指导学生进行学业规划和职业规划；帮助学生提早进入实验室参与科研实践，指导学生撰写科技论文、申报各类创新性的科研项目，鼓励学生参与各类学科竞赛，培养学生创新能力；对有研究潜质并准备攻读研究生的学生进行指导，帮助学生提早开展科学研究活动。

（三）专业核心课与双语课建设

为推动实验班课程教学改革，学校在《天津科技大学关于加强行业卓越人才实验班工作的若干措施》中提出了建设专业核心课与双语课。各相关学院已经开始有计划、有重点、逐步地展开对专业核心课和双语课的建设。

目前已有理论力学、机械设计、机电一体化系统设计、自动机械设计、机械制造技术基础（一）、自动控制原理、电路（一）、高分子化学、高分子物理、化工热力学、化学反应工程、生物反应工程、食品工艺学、食品技术原理、管理学等几十门核心课程，其中自动控制原理、化学反应工程、食品工艺学等多门课程既是专业核心课程又是双语课程。

核心课是整个课程体系中的精髓与重点，核心课程建设的重要性不言而喻。各相关学院发动优秀教师对核心课程进行教学内容、教学方法上的改革，选用权威教材，采用多种教学方式，改进教学效果、提高教学质量。

在双语课建设方面，鼓励教师选用国外高质量原版教材开展教学。这对实验班学生外语水平提出了较高的要求，也在潜移默化地推动实验班学生努力学习外语。利于让学生养成翻阅外文文献资料的习惯，及时掌握学术前沿动态，也为以后深入地学习打下良好的基础。

结语

卓越人才实验班的教学改革涉及方方面面，本文仅结合天津科技大学的实际情况对目前主要实施的改革实践进行了梳理，如何进一步加强卓越人才实验班学生的工程实践能力与创新能力、提升学生的科研能力等诸多方面还有待研究。总之，根据学校的定位与专业的特色，不断推进教学改革探索，逐步地完善政策制度，将有利于卓越人才实验班的建设，提升工程人才的培养质量。

参考文献：

[1]林键.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案再研究[J].高等工程教育研究，2011.

[2]陈益飞.高校培养卓越人才探讨[J].教育评论，2013.

[3]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010.

[4]林华东，张惠典.创新培养模式 造就卓越人才――以泉州师范学院“卓越人才培养工程”为例[J].泉州师范学院学报，2013.

篇8

在未来经济的发展中，人类将面临有限的资源和保护生态环境的严峻挑战。在今后25年内，世界人口可能达到100亿，需要满足如此大量人口的食物和必要的物资。同时，需要供应相应能源、交通、住房、学校以及各种机器等需求。呈指数增长的需求和有限的资源形成了尖锐的矛盾。

回顾20世纪的发展，特别是20世纪30年代以来，正是烃类经济发展的历史，主要资源来自于化石资源（煤、石油和天燃气），许多国家都认为化石资源是保证能源和原材料供应的基础。从20年代以来的靠其提供经济发展的需要，以至于达到今日的生活水准。据统计，生物基资源所占份额很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。尽管烃类对经济发展的贡献呈强劲势头，但是有限的资源令人担忧，而各种化工产品带来的生态和环境问题也日益严重，因此可持续发展战略已成为全球共识，并且已被广泛接受和推行。

在可持续发展的施行中，要使经济发展与生态环境保持平衡，经济持续增长、生活健康标准不断提高、国家安全与稳定，保证资源供应具有重要的作用。因此，许多国家政府的产业界都呼吁开发和利用可再生资源来补充和取代目前过于依赖的非再生并日益减少的化石燃料资源。

早在1996年，美国政府就组织有关行业协会、学术团体、产业界和教育科研部门专家讲座可再生资源开发利用问题，并于1998年后提出题为《2020植物/农作物为基础的可再生资源——通过可再生植物/农作物资源利用加强美国经济安全性的设想》（以下简称“设想”）。该设想公开发表后，美国农业部和能源部支持全国玉米种植者协会组织跨产业部门研究讲座设想的实施问题。经过长时间讲座产业界、深信界和政府部门对设想目标的实现、存在问题和实施步骤取得共识，并提出了题为《实施植物/农作物为基础的可再生资源2020年设想的技术指南》（以下简称“技术指南”）。这两份报告内容详实、焦点明确、逻辑性强、实施步骤清晰，许多观点和技术课题及措施具有启迪性。从该两份报告中，不仅可以弄清可再生资源和内涵、开发利用的必要性和可能性，而且对如何开展和促进可再生资源的开发利用提供了实施途径。对目前可再生资源开发利用的经济技术状况、存在的障碍和误区也都作了明确的阐述。虽然两份报告都是针对美国情况提出的，但是其科学性和前瞻性以及许多技术内涵对我们仍不乏借鉴参考价值。

“设想”是有关于发展以植物/农作物为基础的可再生资源产业的战略，是由美国农业、林业和化学工业部门（其中有各类美国公司企业）、非盈利组织、商贸协会和学术部门、各行各业的专家学者共63人经过讲座研究，首先提出对此新兴产业未来发展的设想。

1996年12月美国全国玉米种植者协会组织战略设想研讨会，目的是草拟一个产业设想，使植物/农作物为基础的的可再生物质可以作为当前惯用的原料的补充来源以满足人们对化学品、材料和其他产品不断增长的需要。

本“设想”广泛地规划了此产业如何从目前家庭式的产业走向全国规模的核心制造产业的道路。公开此“设想”的目的是为了吸引更多读者关注，出谋划策，共同开发，使其能成为现实的技术实施方案。

对于世界资源能否足够支持当前已经发生的急剧经济膨胀，社会上历来存在两种不同观点：一种是悲观的认为，世界资源难以满足呈指数的经济增长。如果现有技术不能进一步发展，而非再生资源又有限，这种悲观看法确实是现实的评价；另一方面，当前的技术正在突破，并有无限潜力，因此对未来产生乐观看法。

历史教育人们，只有通过协调提出明确设想，才能引导人们去解决关于未来发展的重大问题。

过去一直谈如何解决未来25年世界超过100亿人口的食品问题。获得食物只是人类生存的一种需要，其他还有呈指数增长的对能源、运输、住宅、学校、机械以及计算机等的需要，而满足这些需求的资源从何而来是应当考虑的问题。

钻探更多、更深的油气井可以供应更多的烃类原料，但是油气储量毕竟有限。对现有烃类的有效利用率将会不断提高，但是效果不大。纳米技术可能会促进小型化从而节省材料，但是有些物件不能缩小。问题是资源正在耗尽，何时耗尽并不重要，重要的是探求一种新的资源模式，使之逐步转化。

“设想”序言称，不论适用性技术应用如何，凡将现有资源转化为可再生资源，都是符合可持续发展的方向，也适应环境和生态要求。因此，应用植物/农作物资源的设想是乐观的。

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：

篇9

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。