生物工程的研究方向(6篇)

生物工程的研究方向篇1

关键词研究生园艺植物基因工程教学改革

中图分类号：G643.0文献标识码：ADOI：10.16400/ki.kjdks.2015.09.019

OnGraduates'GardeningPlantGeneticEngineering

PrinciplesandTechniquesTeachingandReform

CHENChangming

（CollegeofHorticulture，SouthChinaAgriculturalUniversity，Guangzhou，Guangdong510642）

AbstractPlantGeneticEngineeringPrinciplesandTechniquesisaplantrelatedgraduateofanimportantbasiccourse，thearticlereviewedthecurrentpostgraduatecourseinpracticeteachingreform，analyzestheexistingproblems.Accordingtothecharacteristicsandhorticulturegraduatepersonneltrainingrequirementsofplantgeneticengineering，itisproposedtoimprovethequalityofteachingpracticeteachingmethodsandmeasurestoimprovethepracticalteachingsystemtoimprovetheabilityofstudentstoacquireknowledgeandinnovation.

Keywordsgraduates;PlantGeneticEngineering;teachingreform

0引言

基因工程是二十世纪八十年代在分子生物学和分子遗传学的基础上发展起来的一门新兴学科。它的主要研究内容是体外将核酸分子插入质粒或其他载体分子，构成新的遗传物质组合，并将其转化到原先没有这类遗传因子的寄主细胞内，且能持续稳定地表达和遗传。因此，应用基因工程技术，人们可以按照自己的主观愿望，创造出自然界原本不存在的新生物类型。科研人员正是利用这一特征，已在提高农作物产量，改善品质，增强抗逆性和抗病虫害的能力等方面取得令人瞩目的成就。园艺作物主要包含果树、蔬菜、观赏植物三大类经济作物，基因工程在园艺作物品种改良，关键基因的发掘，种质鉴定等方面有着重要的作用，如今很多农业院校园艺系相继开设了研究生的园艺植物基因工程原理与技术课程。

1研究生基因工程原理与技术课程教学与实践改革现状

为了适应现代生物技术的飞速发展和达到培养高素质科研人才的要求，基因工程原理与技术课程已被设置为包括生物技术、生命科学、生物工程在内的生物相关专业、医学专业及农林专业本科生和研究生的必修课。由于基因工程技术在生物科学研究中的地位举足轻重，在众多综合院校和农业院校都开设了基因工程类课程，对基因工程类课程改革做了许多研究工作。阮小蕾等探讨了本课程在传统的理论和实验教学中存在的不足，结合笔者的教学经验，在教材建设、教学内容的改革与建设、实验配套的硬件与软件建设、实验教学安排等方面进行了探索，总结出了一套行之有效的理论和实验教学方法。姜大刚等对研究生基因工程实验教学改革进行了探讨。提出了以教学大纲为指导开展教学，做好课程规划;构建“和谐课堂”，重视教学效果;教学内容的与时俱进和不断充实完善;重视师资队伍建设，发挥骨干教师的模范作用;科研内容的渗入和应用等观点。马婧等针对园艺专业研究生的特点和人才培养要求，提出了根据课程性质，合理安排课程时间，针对专业特点，选择理论教学内容。并探讨了实验教学实践的方法，提出了采用小班教学，“高带低”的辅助教学模式。

2园艺研究生植物基因工程原理与技术课程教学与实践存在的问题

园艺植物基因工程原理与技术是针对园艺专业低年级硕士、博士研究生的一门专业选修课程，包括基因工程原理讲授和实验技术操作两个部分。以笔者所在的华南农业大学园艺学院为例，该课程是针对园艺相关专业（包括果树学、蔬菜学、花卉学、园艺产品采后科学、茶学）低年级硕士和博士研究生开设的一门专业选修课程，该专业生源大部分为园艺专业本科毕业生，同时存在一些跨专业考研的与生物不相关专业的学生，他们在本科阶段没有学习过基因工程、分子生物学、植物生物技术等相关知识，相对来说，存在学生基础知识薄弱、专业背景复杂、研究方向多样等因素，这为园艺植物基因工程原理与技术课程在园艺专业研究生中的教学带来了一定的困难。除此之外，开设时间短，课时少，一些学校的实验条件有限等现实情况也成为了该课程开展的制约条件，另外由于很多同学以前没有做过分子生物学方面的实验，对基因工程实验的操作非常生疏，因此也必要对他们进行特别的指导与教学。针对以上问题，该课程应结合专业特色和教师个人科研工作，让研究生掌握一定的基因工程技术，为今后的研究和生产工作奠定基础，本文从课程的理论体系教学和实验设置等方面提出了课程改革的措施。

3研究生园艺植物基因工程原理与技术课程教学改革措施

3.1设计合理的园艺专业研究生植物基因工程原理与技术理论教学内容

园艺植物基因工程原理与技术虽然以实验操作为主，但离不开基本原理知识的讲述，传统的基因工程理论知识体系庞大而复杂，在有限的课时里（设计为30个学时），讲授者很难将所有相关知识一并传授给学生。因此挑选合适的讲授内容就显得尤为重要了。园艺专业研究生的研究对象主要为果树、蔬菜和花卉，运用植物基因工程技术的主要目的是对植物某一性状进行改良。所以在课程内容选择上应该以植物基因工程所要解决的主要问题为导向，带着问题和目标选择授课内容。讲授侧重于植物基因工程的相关内容，重点讲解核酸提取，目的基因的克隆，植物表达载体的构建，重组子筛选，农杆菌介导的转基因方法等内容。通过这些内容的教授，学生就可以掌握在植物基因工程研究中所需要的基本理论知识，为将来从事相关的科学研究打下基础。随着现代基因工程技术的快速发展，基因工程的技术更新很快，除了基本的基因工程原理知识，也需要及时获得最新的用于植物基因工程，尤其是适用于园艺类植物基因工程的新方法和新技术，并整合到教学内容中，如最近出现的可用于园艺植物基因沉默的新技术TALEN和CRISPR/Cas系统等，与时俱进地更新教学内容，将新知识、新理论、新方法传授给学生。

3.2合理安排实验内容

研究生教育应以科研为目标，园艺植物基因工程原理与技术课程的学习就是为研究生将来进行植物基因工程相关的科研活动打基础的，我们的课程教学与设计也要以园艺植物研究为导向，巧妙进行实验设计，合理安排实验内容。植物基因工程相关的实验方法和技术非常多，应选择适合园艺专业研究生的实验内容。选择内容的标准主要有三个方面：第一，实用性原则，现在我们园艺学院科研项目所需的基因工程操作主要有基因克隆、载体构建、表达分析、基因遗传转化等，所以我们着重从这些方面入手，设计实验，让学生对将要从事的基因工程方面的实验有一个整体的认识;第二，创新性原则，基因工程技术发展了这么多年，出现了很多新的技术，然而在我们的实验教学过程中，一直沿用最基本的实验操作模式，因此在现有实验的基础上加上一些近年来新发展的技术可培养研究生科研上与时俱进的思维，如我们可在实验的内容加上生物信息学的内容，或者学生采用电子克隆技术得到的基因序列，设计扩增引物，用PCR的方法扩增，并送往公司测序，然后分析序列，以培养学生独立思考与探索的意识，而且现在用的实验指导书，实验技巧与知识已经陈旧，有必要增加新的基因工程操作技术到本课程的实验指导书中;第三，合理性和可操作性原则，园艺研究生有别于其他生物专业的研究生，他们的生物技术，生物化学以及分子生物学方面相关知识比较薄弱，所以在实验过程中的实验内容及时间安排应循序渐进，合理有序，首先从学生们易于接受的DNA提取、PCR以及凝胶电泳入手，再进一步到载体构建及基因表达，实验操作过程中分组进行，每组4～5人，每一组由一个实验经验丰富的高年级研究生任指导组长。

3.3理论联系实际，开展科研训练，探索原理讲授与实验技术操作最佳结合方式

园艺植物基因工程原理与技术不但注重理论知识的讲授和掌握，相关实验技术更是本门课程的精髓所在，本门课程的最终产出还是看学生是否能够完成基因工程相应的实验操作，并将实验手段和方法用于生产实践。然而基因工程的基本原理是理解实验技术的基础，是解释实验技术和开发新的实验技术的必要支撑。如何将实验原理的讲授与实验操作的实施有序有效结合是开好该门课程的关键，可从以下四个方面考虑：第一，理论课与实验课时间顺序的安排，例如是先讲理论还是先做实验，是穿行，还是依次完成;第二，理论课与实验操作课的衔接性探索;第三，理论课与实验课讲授内容的分配，如在实验课中，相关实验注意事项及实验技巧需要强调，除此之外还会涉及一些实验原理，因此要探索实验课中应该重点讲授哪方面的实验原理;第四，在实验过程中让学生对实验结果逐步运用相关理论进行分析并制定下一步实验计划，让学生主动地参与到实验的设计与实施中，在实验中将各章节知识相融合，理论与实践相贯通。

4园艺植物基因工程与技术的课程改革展望

近年来，基因工程与技术发展迅速，短时间内产生了很多基因操作的新技术和方法，这些技术和方法在园艺植物中的应用必将促进园艺产业的快速发展。而在人才培养方法，我们则需要有针对性地培养研究生掌握和应用这些新技术的能力。由于不同学校学科专业的学生来源，学院所能提供的仪器设备，以及园艺作物研究方向的侧重点均有不同，各个学院采取的教学方法也有所不同。对于特定院校的园艺研究生来说，良好的教学与实践方案应根据本学院的学生来源，在他们的现有的知识结构以及将要开展的研究方向的基础上，设计定制化的园艺植物基因工程原理与技术理论教学与实验课程内容，有针对性地培养园艺研究生掌握实用的基因工程基本原理和基本技术，增强学生对课程内容的理解掌握，以提高园艺研究生的培养质量。随着基因工程技术在园艺植物的开发和研究中发挥的作用越来越大，将来会有越来越多农业院校开始开设研究生的园艺植物基因工程原理与技术这一门课，有效的园艺研究生的基因工程教学改革模式可以为其他农业院校的园艺专业提供参考。

参考文献

[1]李玲，孙文松.基因工程在农业中的应用[J].河北农业科学，2008.12（12）：149-15.

[2]朱旭芬，赵小立，丁鸣，金文涛.“基因工程实验”精品课程建设的探索与思考[J].中国大学教学，2011.8：54-55.

[3]任如意，魏继承.基因工程实验教学改革初探[J].高等理科教育，2008.6：112-114.

[4]阮小蕾，李华平.研究生《基因工程实验技术》课程教学改革探索[J].中国科教创新导刊，2009（8）：62-63.

生物工程的研究方向篇2

地球物理学是一个融地球物理、现代测绘于一体的新型地球物理专业，具有极强的国际竞争力，属于交叉边缘学科。地球物理学可细分为固体地球物理学与空间地球物理学两大方向，前者研究地球本身，后者研究太空星体。固体地球物理学的主要研究对象与地震密切相关，主要是学习地球物理学方面的基本理论和基本知识，接受基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，掌握地球内部构造、地震预测、地球物理工程、能源及矿产资源勘察等研究与开发的基本技能。本专业主要课程有地球物理学（地震学、重力学、地磁学、地电学）、地球物理观测、地质学、连续介质力学、计算机及信息处理等。除此之外，一般还会安排主要课程的实验和实习、野外地质实习和毕业实习等。以北京大学地球物理学专业为例，该专业创建于1956年，在全国同类专业中历史最为悠久，注重夯实学生数学、物理基础，培养其深厚的外语与计算机能力，使学生既具有较强的从事现代地球物理学研究的能力，又能适应现代社会多方面工作的需求。

值得考生注意的是，该专业需要学生怀有极大的热情与浓厚的兴趣，能够埋头研究历史数据，耐心观测和搜集新数据。因此，考生在报考前要慎重考虑，切忌随波逐流。此外，由于高度的专业化，学生未来的就业大都是从事与地震相关的工作，职业选择面相对较窄，也致使该专业拥有比较高的深造率。除了继续深造之外，本专业的毕业生其他主要去向是到科研机构、高等院校、能源与资源部门、灾害预测预报部门、通讯部门等从事科研、教学、工程技术与业务管理等工作。

地质工程（本科，学制四年，授予工学学士学位）

一看到地质工程专业，不少人往往容易望文生义，认为这个专业就是要去找矿藏、石油，跟石头打交道。实际上，地质工程属于地质学的一个分支学科，是地质学与工程学相互渗透、交叉的边缘学科。专业着眼点在于人类工程活动与地质环境之间的相互制约关系。地质工程主要研究如何获取地质环境条件，分析和研究人类工程活动与地质环境相互制约形式，进而研究认识、评价、改造和保护地质环境。比较有特色的院校有：中国地质大学、中国矿业大学、吉林大学等。主要课程为：基础地质学、矿产地质学、水文地质学、工程地质学、地球物理勘探、地貌学及第四级地质学、构造地质学、地球化学勘探、岩土工程勘察、钻掘工程学、基础工程施工、环境地质学、地质工程学等。这些都是实用性很强的专业课程，因而该专业的毕业生深受用人单位的青睐。

该专业的就业方向比较广泛，如地质调查、油气及固体矿产资源的普查勘探与评价、大型工矿企业和水利水电建设、公路和铁道建设、工程地质、水文地质、地质环境及地质灾害的调查、勘察及监测等。就业前景是考生选择专业的重要因素之一，据麦可思《大学生就业年度指标》中的“就业前景最看好的本科专业”调查显示，地质工程名列“绿牌”专业（绿牌专业是指月收入、就业率持续走高，失业量较低且就业满意度较高的专业，属于需求增长型专业）的榜首。

自然地理与资源环境（本科，学制四年，授予理学学士学位）

自然地理与资源环境属于地理科学的一个分支，其前身为资源环境与城乡规划管理，是一个蓬勃发展的新专业。2012年教育部将资源环境与城乡规划管理专业拆分为自然地理与资源环境和人文地理与城乡规划两个专业。

立足于地球表层特征及其变化、自然资源管理、环境保护等，该专业注重培养掌握国土资源整治与开发、生态环境评价和规划、城乡区域建设规划等方面能力的高素质复合型专门人才。主要课程涵盖自然地理学、国土规划、地图学、遥感应用、管理科学、环境科学、环境监测、环境经济学等。

由于这一专业具有一定的特殊性，在报考之前，考生还需要留意其开设院校是否有体检要求。如长安大学明确提出该专业色盲、一眼矫正视力大于800度者慎报。该专业学生的就业率较高，毕业生主要集中在高校与科研单位、国土资源管理、环境保护与治理、生态环境规划以及城市规划与管理等方面的科研及管理部门。考生也可以选择继续深造，报考土地资源管理、环境工程和自然地理等研究方向的研究生。

测绘工程（本科，学制四年，授予工学学士学位）

测绘行业是国民经济的一个基础行业，从总体上来说属于服务行业，专业技术含量较高。而测绘工程，主要是研究地球空间信息的一门学科，是国家基础建设以及信息化建设中的重要支撑技术，属于当今世界非常具有发展前途的三大高新技术之一。

测绘工程专业培养具备空间定位、信息科学和计算机科学等方面的基本理论与技术知识，并研究利用这些技术测定地球与其他星体形状、建筑物（构筑物）的三维特征及其与指定参考系的关系、地球重力场及其内部物理特征、运动物体的特征及其多维参数，研究这些技术在工程、工业和人类生活中应用的基本理论与方法，并能掌握空间信息获取、处理、分析、表达与应用的基本原理与方法，掌握现代空间测量技术、数字摄影测量与遥感技术、地理信息科学与地图学的基本理论，具有坚实的数学、外语、计算机应用基础和良好业务素质的高级测绘科技人才。

地球化学（本科，学制四年，授予理学学士学位）

生物工程的研究方向篇3

关键词：案例教学；环境生物工程

环境生物工程作为我校发酵工程专业研究生的一门专业学位课程，具有涉及面广、技术多样性、复合性等特点。该课程是一门环境工程与生物工程的交叉学科，是生物技术在环境工程中的应用，即应用生物（主要是微生物）来进行环境污染的防治，使环境变化向有利于人类社会发展的方向转变，并可以实现废弃物资源化，使人类更充分地利用自然资源，保持生态平衡。由于该课程的特点，突出了其在整个发酵工程专业研究生培养中的重要地位。随着环境污染的日趋严重，新的污染物质不断涌现，环境生物工程的发展也越来越快。因此，在教学的过程中，如何激发学生的学习兴趣，使学生既能掌握环境生物工程的基本理论，又具有运用所学知识解决环境问题的能力，是教学改革中亟待解决的问题。目前环境生物工程课采用的是传统的教学方法。传统的教学方法主要是教师讲、学生听这种方式，至于听没听、听懂多少，要到最后的测试时才知道，而且学到的都是死知识。这种传统的教学模式只能通过声音和文字的媒介把知识传授给学生，这种单一的授课模式让学生感觉环境生物工程离自己的生活很遥远。而对于“实用论”愈趋占主导地位的今天，学生可能从一开始就会产生“学习这门课应该有用、却不知究竟如何用”的这种心理，这对“环境生物工程”课程的顺利开展是非常不利的。

相比较而言，案例教学法则是一种开放式、互动式的新型教学方式。该方法首创于美国哈佛大学商学院，最先在其教学中采用。由于案例教学法强调实践性和研究性，得到人们的青睐，很快就被广泛运用于商业和企业管理学的教学中，其内容、方法和经验也日趋丰富和完善，并在世界范围内产生了巨大影响。案例教学也即具体事例教学，是在教师的精心策划和指导下，根据教学目的和教学内容的要求，运用典型案例，让学生身临其境地分析研究案例，激发创新思维以培养沟通能力和提升实践能力为目的的一种教学模式。案例教学与传统教学的区别在于以下几个方面：①教学目的不同。传统教学以传授知识为目的，案例教学以培养能力为目的。②教学载体不同。传统教学重在课本，案例教学重在案例。③教学方式不同。传统教学为讲授式，案例教学则为启发式。④沟通渠道不同。传统教学主要为单向流动，案例教学则主要为多向流动。⑤学习积极性不同。传统教学的学生学习积极性低，而案例教学的学生学习积极性高。⑥学习效果不同。传统教学为第二手知识，而案例教学为第一手知识。⑦教学效果不同。传统教学的能力培养效果低，学习系统知识效率高，而案例教学则相反。此外，案例教学与举例教学也是有区别的。虽然二者都要通过一定的事例来说明一定的道理，都是为一定的教学目的服务的，但二者的区别在于：①在教学中地位不同。案例在案例教学中占中心地位，如运用知识、培养能力、进行品德教育等教学任务；而举例在一般教学活动中则居次要地位。②二者的进行主体不同。案例教学是组织学生进行自我学习、锻炼能力的一种手段，学生属于主要地位；而举例则是辅助教师说明问题的一种手段，教师属于主要地位。③目的不同。案例教学是把学生放在实际的环境中，让其通过对周围环境和事件本身的分析、讨论、交流，作出正确的判断和决策，提高分析问题和解决问题的能力；而举例则是使一个较难理解的理论通俗易懂。④涵盖的范围不同。案例教学的涵盖面更为广泛和精效，具有真实性、完整性、典型性、启发性；而举例教学不一定有这些特点。由此可见，案例教学法是一种具有针对性、实践性、启发性、研究性和时效性的教学方法，其可以提高学生运用知识、驾驭和发展知识的能力，有利于提高学生分析问题和解决实际问题的能力，并可以激发学生学习的积极性，使学生学会主动学习。

通常情况下，案例教学的对象应当是有一定实践经验和理论素养的应用型专业硕士研究生。随着网络的普及以及多媒体技术在教学过程中的应用，案例教学法与这种新兴的现代化教学工具和媒介相结合的模式越来越为教育界所关注。欧美等西方发达国家在案例教学方面的发展比较迅速和成熟，正在向更高层次的应用和标准化方向发展。而目前我国对研究生教育采用案例教学的报道并不多（目前约40篇文章），研究得也比较晚，主要集中在1998年以后，尤其是近几年（2010-2013年有26篇文章），且其研究方向主要集中在医学和工商管理学教育方面。目前未见对发酵工程专业研究生的“环境生物工程”课程采用案例教学方法的报道。

众所周知，环境与人类的生活是息息相关的，环境质量的好坏直接影响着人们的身体健康。“环境生物工程”这门课就是针对环境的预防和治理在发酵工程专业研究生中开设的一门课程。该课程的目的，就是使学生能够利用生物（主要是微生物）技术来进行环境污染的预防和治理，并可以实现废弃物的资源化。要达到这个目的，就需要激发学生的学习兴趣，并提高学生运用知识、分析问题和解决实际问题的能力。传统的教学方法只能通过声音和文字的媒介把知识传授给学生；举例教学虽然能通过一定的事例说明一定的道理，但举例在一般教学活动中居次要地位，起辅助作用。而在案例教学中，因案例占中心地位，能让学生通过对周围环境和事件本身的分析、讨论、交流，做出正确的判断和决策，提高分析问题和解决问题的能力，从而使案例教学具有针对性、实践性、启发性、研究性和时效性。因此在“环境生物工程”课程中运用案例教学，可以更好地达到“环境生物工程”这门课的目的，可以使参与项目的研究生在学习“环境生物工程”的过程中具有创新精神和实际解决问题的能力和品质，并掌握对实际环境问题进行分析和反思的方式，从而促使被授课研究生很好地掌握该课程的理论知识。综上所述，在“环境生物工程”这门课程中运用案例教学方法是可行的，也是很重要的。

参考文献：

[1]蔡红.案例教学法在职业院校电工专业教学中的应用[J].职业•中旬，2011

[2]吴永江.中学政治课案例教学的现实困境与路径选择[J].文史博览(理论)，2014

[3]幸宏伟.环境工程研究生教育中项目—案例教学法的应用[J].广州化工，2013

[4]梅自良.案例教学法在《环境与资源保护法》中的应用[J].广州化工，2013

[5]徐梦阳.案例教学法在市场营销专业课程中的运用[J].消费导刊，2014

[6]李婧.基于网络环境下的程序设计案例教学[J].科海故事博览:科技探索，2010

[7]黄文澜.举例教学法与案例教学法的辨析及优化整合：基于教育实例的教师教育课程实施的思考[J].宁德师范学院学报(哲学社会科学版)，2013

生物工程的研究方向篇4

1化工科技促使温童气体排放量藏少

我们所谓的温室气体，主要指的就是二氧化碳。无论是以往的科技革命和工业革命之前的生产，还是现阶段科技含量高，日趋现代化、国际化的社会化大生产，这些工厂每年要向大气排放数万甚至数十万吨的二氧化碳。这些二氧化碳气体的排放，成为了造成全球性的温室效应的罪魁祸首。而在应对气候变化的法律法规出台之前的相当长的一段时期内，造成这一现象的那些工厂却不用为温室效应负担任何一点费用现在这一状况已经得到了明显的改善，许多化工企业正积极的开发和利用新的科学技术，来达到减少二氧化碳排放量的目的。甚至有一些企业将二氧化碳作为化工产品生产过程中的一种原材料来使用。例如，有的化工企业将其他化工产品的生产过程中所产生的二氧化碳气体作为一种原材料来生产尿素。仅这一种工艺，就可以使该企业的每年的二氧化碳气体排放量减少数十万吨。

2化学工程技术使可持续发展战略任务逐步向前推进

传统的化工生产，给我们的生活创造了非常丰富的物质基础和能源。其在对人类历史的发展进步的工程中所做的贡献是不不忽略的。但是昵，又由于化工产品生产的原材料和生产过后的残余物中，存在着大量的有毒有害物质，这些物质又造成了很多环境污染问题以及生态平衡的失调。这样，就又阻碍了社会经济的继续发展。新世纪，面对严峻的环境污染所提出的挑战，可持续发展战略这种道路的选择，成为了历史的必然。实现社会经济的可持续发展，已经成为了我国的一项基本的国策。作为社会经济的重要组成部分的化学工业，在这一基本国策的指导之下，最行之有效的实现可持续发展战略的方法便是绿色化学的开发和利用。绿色化学，不单单是指那些对环境产生的有害影响小甚至没有有害影响的化学生产过程，更重要的是包括那些行之有效的且作用明显的价格平民化的化学化工技术的研究以及应用。绿色化学的生产过程只产生非常少量的废物处理，或者不产生废物处理。其最主要的特点便是在生产的过程中，最大程度地充分利用资源，使原材料转化为产品，尽量不产生污染。有利于化学化工产业的发展以及可持续发展战略这一道路的切实执行。

3化学工程技术的新热点

3.1化学超临界反应技术

超临界的化学反应技术是指反应过程中的温度和压力都在临界点之上，这样的状态往往是液体和气体之间。这样形式的存在被广泛运用到生物化工、食品、医药等领域，已经显示出很好的效益，发展前景很好，但近年来的探究和发展阶段仍处于初级，待进一步深入研究。

3.2绿色化学研究技术

绿色化学由于能够有效避免对环境的污染，近年来备受推崇。绿色化学就是指利用化学反应技术来充分利用资源、减少污染物的产生来起到对环境的保护。比如，它可以对产生污染物的相关溶剂和废料进行处理，利用原子技术或高选择性的化学反应生产处对环境有利的产品，这不仅能够增加经济效益而且带来可观的社会效益。

3.3分离技术的新研究

首先，分离技术强调对生产设备的强化，其次是生产技术。总结来说就是将设备更新，将生产率提高的技术都属于化学分离技术的结果。古老的分离技术方法是利用各种材料沸点不同将其分离然后做研究。随着科学技术的发展和各领域研究合作分工改变为分离技术新发展提供了广阔的前景。比如近年来，在力学的传递以及多相流方面，采用信息技术发生分离，还有分子的模拟就很大的提高了预测热力学平衡的水平，对分子的人为设计加速了分离等等。因此进一步研究高效的分离技术有着深远的意义。

4传热过程新的研究发展方向

4.1传热学中细微尺度的研究进展

细微尺度是指从时间尺度和空间尺度进行更细微的研究的热学范畴，如今它在热学中已经形成了一个分支，具有广阔的发展前景。当一个物体的尺寸远大于其载体时，这样的情况会存在，但是由于尺寸的更加细微，原来的假设影响因素也会发生相应变化。目前纳米技术已经取得显著的成绩，很多领域都是围绕传热学中的细微尺度技术进行研究的，近年来取得了高集成电路、多空介质流等新成果，产生了巨大的经济效益。

4.2传热设备的研究进展

近些年来，利用翘片来强化传热，管外的翘片强化传热原理包括有前缘效应和非稳定性扰动以及减薄边界层等几种。常用的片是冲缝片和百叶窗。将来对此的研究应该将分布参数和场地模拟相结合，来优化传热装置结构的参数，实现管翘式的传热针设计。

4.3与计算机技术的相结合

计算机技术的不断进步是化学中大量的技术问题能够得到有效的解决。同时节约了大量的人力物力财力，也增加了数据和相关机械的精密度。计算机的主要贡献表现在计算流体力学、数值传热力学、采用计算机技术进行统计、计算有利于将数据更直观的表现出来，表现形式更加多样，能够有效分析大量实验数据。

4.4与材料科学和信息工程相结合

科学的进步和新技术的研究涌现就为化学工程的研究提出了新的机遇。如何形成优质的服务体系和完整地理论作为研发支撑成为化学工程面临的问题。所以它必将进入一个新的发展阶段，在发展中应注重与多学科的交叉，更多的研究应该包括信息和化学应用、生物与化学以及能源环境与化学相结合的学科，这都为化学工程的发展提供了新的研究方向。由于信息技术不断深入各个行业，为此通过信息技术可以将大量的信息收集、整理进行数据统计分析，得出的结论可以为化学工程发展研究提供新的方向。

生物工程的研究方向篇5

10多年来，北京科技大学物理系马星桥教授在相场模拟领域不断进取，主持和参与了多项部级项目，并取得了丰硕成果。他长期工作在物理教学的第一线，并曾主管物理系的教学工作，使物理课的教学改革和课程体系建设获得显著进步。2011年，马星桥开始担任北京科技大学物理系系主任，他积极投入到物理系的学科建设、教学改革和国家工科物理教学基地建设中。以物理系教师为主，申报“北京市弱磁检测与应用工程中心”获得批准，组织承办了“2012多次度材料模拟计算国际研讨会”，与中国科学院半导体所合作，成立了“黄昆班”，联合培养半导体领域的高端人才，使物理系有了新的发展。

面向未来，马星桥教授希望在相场方法模拟，特别是磁电介质相场计算领域有着更大的突破。同时，在教育教学及学科建设方面继续做出成就。为国家培养出更多的优秀人才。

漫漫求索路

1977年的冬天，中断了十年的中国高考制度终于得以恢复，成千上万的人重拾求学之梦。虽是严寒冬季，可在这些人心里，已燃起熊熊大火。马星桥就是其中的一员，他如愿考上了北京钢铁学院（现北京科技大学）物理专业。从此，开启了物理探索之旅。

经过十年“”，高校急缺教师，纷纷兴办师资班。马星桥成为了北京钢铁学院物理师资班的一员，1982年毕业后，他留校任教。一年后，他在职攻读了北京科技大学和中科院物理所联合培养的硕士研究生，在物理所磁学研究室学习并从事非晶态合金磁性、电性和热稳定性的研究。这段求学经历为他日后的科研方向的选择奠定了基础。1986年，马星桥硕士毕业，回校后，他兼顾教学和科研的工作。2000年，马星桥赴香港理工大学攻读博士学位，他的博士论文题目是“锆合金中氢化物在应力场中析出形貌的相场方法计算机模拟”。锆合金是一种核结构材料，在使用环境中会有氢化物析出，产生滞后断裂，影响使用寿命。博士论文工作使他对相场方法有了深入的理解，令他深深喜爱上这种与工程实际紧密结合的计算方法，从此开始了这一领域的探索。学习期间，他得到了相场方法专家陈龙庆教授的指点，此后他们的合作一直保持至今。博士毕业后，马星桥信守对母校的承诺，毅然选择回校任教，并结合他在磁学方面的研究经历，把主要科研方向集中在了电、磁材料物理性质的相场方法计算机模拟上。

马星桥向记者介绍，很多工程材料由多相形成的微观组织或多畴结构构成。其宏观性质除了与每一单相的性质有关，还与微观组织的形貌或畴的结构密切相关。对材料微观组织的研究已成为材料研究中不可或缺的一环，相场方法对模拟相变过程中微观组织和畴的形貌演化十分有效。由于相场方法模拟的结构在介观尺度，介于宏观的连续介质尺度和微观的原子尺度之间，因此，相场方法可作为建立多尺度计算模型中的重要环节。相场方法的另一个特色是可以计算多种外场下的耦合作用和不同介质构成的复合材料的物理性质。马星桥在磁电材料相场模拟领域的工作主要集中在多场作用下多铁材料性质与调控的相场方法研究和自旋转移力矩及自旋轨道耦合对自旋输运性质影响的相场方法模拟与实验观察两个主要方向，两个方向的研究均取得了显著的进展。

丰富了磁电体系的相场方法

2005年，马星桥课题组与陈龙庆教授合作，开始用相场方法研究铁磁性形状记忆合金Ni2MnGa的性质。他们对铁磁性马氏体赝弹性和伪塑性的特点从外磁场下的磁畴和马氏体变体耦合的角度进行了研究，得到了磁畴和马氏体变体的原位关系及其随外磁场及应力场的演化，这是实验中很难得到的结果，加深了人们对铁磁性马氏体超弹性及伪塑性现象机理的理解。

马星桥向记者介绍，磁场驱动马氏体相变合金因被认为是潜在的磁制冷材料而成为研究热点，它包含磁场驱动下反铁磁马氏体到铁磁性奥氏体的相变。自该类合金被发现以来，对磁驱相变现象的理论研究和机理探讨一直是人们所热心的课题。磁驱相变需满足哪些条件？磁化强度，应变等相关物理量在应力场、磁场以及温度场的作用下或者在这些场的耦合作用下将如何变化等都是人们关心的问题。他们新建的相场模型可以模拟反铁磁相的相变过程，这种模型过去还未有过。他们还利用第一性原理对该合金体系的相变条件进行了研究。该研究有助于揭示磁场及应力场影响马氏体相变的的规律与机制，丰富了对磁场驱动铁磁性马氏体相变的认识，对帮助人们设计和开发高性能的新材料具有重要的现实指导意义。此外，马星桥还进行了铁电薄膜，铁电超晶格及铁电线与基底耦合，铁磁薄膜交换耦合作用研究，开发过多外场作用下铁电/铁磁复合多铁材料的相场计算程序，该程序利用GPU计算，速度比CPU程序提高27倍，结果在2012多尺度材料模拟计算会议上进行了报道。在铁磁性马氏体相变方向，他的课题组也进行了实验研究，发表了多篇实验论文。现在，马星桥课题组在多铁材料调控方法研究及其在自旋电子学器件应用方面与陈龙庆教授仍在合作开展研究。

马星桥课题组自2007年开始即进行了自旋转移力矩（STT）对自旋翻转及自旋进动规律的相场方法及微磁学方法研究，该研究可以起到对利用电流驱动磁矩翻转的MRAM及纳米自旋振荡器辅助设计的作用。他们不但对电流驱动磁矩翻转规律进行了阐释，而且提出了一种实现四态存储的方案及一种实现磁矩垂直面进动（OPP）的方案。实现OPP是提高纳米自旋振荡器输出功率的一种可行方案。近年来，自旋轨道耦合效应对自旋输运的影响正成为研究热点，有望利用这种效应开发出新型的自旋电子器件。马星桥课题组正在研究既可包含STT作用又可包含自旋轨道耦合作用的相场计算方法及软件。与微磁学方法相比，相场方法不仅可以模拟磁性材料，而且可以加入多种外场（如电场和应力场）的作用和多种（如铁磁、铁电和铁弹性）材料的耦合，使之成为可用于新的自旋电子学器件的模拟和辅助设计的实用工具。这是课题组最近的重点研究方向。

教书育人是教师的光荣使命

马星桥在从事科研的同时，也担任着教书育人的工作。他说：“我个人比较喜欢教书，越教越有感情，培养人才是一件很有意义的事情。”每当见到从前的学生，看着他们都有着出色的表现，马星桥心里甚是欣慰。

在教师岗位上已工作30多个年头的马星桥，始终不忘如何为国家多培养一些人才。他认为，国家未来要看下一代人，人才的成长需靠学校的培养，教师是培养具有创新性人才的一个重要因素。“一个好的老师，本身应该具有探索和创新精神，这样才能有效影响到学生。而想要做到这一点，教师参加科研工作是最好的途径。”近些年来，北京科技大学物理系通过管理制度的改革，建立了纵向采取学术梯队，横向采取课程组的师资队伍模式，打破了科研与教学相分离、理论教学与实验教学相分离的局面。梯队负责人负责青年教师的科研能力的培养，课程负责人负责提高青年教师的教育教学水平，形成了通过科研活动使教师的学术水平和综合素质大大提高，教学与科研的结合使教学内容不断充实、与日新月异的高新技术紧密结合的良好互动局面。

马星桥在美国做学术访问时曾留意到，学生对一些做出高水平科研工作的老师感到非常敬佩，这些老师在教学过程中潜移默化地把一些思考方法传给了学生。“他们不但教知识，而且教思想、教方法。走在科技前沿的老师往往能较快地将学生引领到前沿的研究工作中去，反过来，青年人的活跃思想和求知欲，也会对教师保持活力产生良好的影响。”马星桥总结道，“创新人才的培养，第一要打好学科基础，第二个是使他们能够比较早地进入到高水平的科研组，接触国际前沿的工作”。

2013年，北京科技大学物理系与中国科学院半导体研究所合作，成立了旨在培养半导体领域高水平人才的“黄昆班”。马星桥向记者介绍，黄昆先生是我国著名的固体物理学家，我国半导体物理学的奠基人，他的工作具有广泛的世界影响。黄昆先生2001年获得国家最高科学技术奖。半导体所是中国半导体方面科研水平最高的单位，半导体所与北科大合作办学，旨在探索一条培养高水平人才的新途径。半导体所派部分老师来校讲学，毕业生中保送优秀学生到半导体所深造。目前，首届黄昆班已经本科毕业，全班25名学生中有22人保送或报考了研究生，全部被中科院半导体所、高能所，北京大学、中国科学院大学、紫金山天文台、北京科技大学录取，上研率达到100%。另外3名希望就业的学生也如愿找到自己满意的工作，全班就业率也达到100%。马星桥希望今后黄昆班能越办越好，带动物理系半导体物理及其他方向一起发展。

近年来，北京科技大学物理系取得了一系列的好成绩：获得物理学一级学科博士点、国家工科物理教学基地、北京市实验示范中心；《大学物理》和《大学物理实验》两门课程获得北京市精品课程，3名教师获得北京市教学名师奖；2012年，以物理系教师为主申请的“北京市弱磁检测及应用工程中心”获得批准……其中均有马星桥付出的努力。马星桥是北京市精品课程《大学物理》、教育部《凝聚态物理专题》双语示范课的负责人，曾获宝钢教育奖-优秀教师奖，2010年获得北京市教学名师奖，2011年获政府特殊津贴，2012年成功组织了多尺度材料计算模拟国际研讨会。

生物工程的研究方向篇6

美国在20个世纪90年代将污染防治的问题提出，并在基本国策中添加了防止污染这一项，相继有污染防止法案出台，并在90年代中期国家环境技术战略向公众宣布。在几年之内，根据绿色化学研究性问题，美国化学会成立了专门讨论会等一系列相应的措施，并设立了一系列与绿色化工、环保相关的奖项，如总统绿色化学挑战奖等。显示出了美国对绿色化学的重视程度。国内在国外的绿色环保化学进行得轰轰烈烈时，经过院士的多次讨论，最终确定了“绿色化学与技术”作为最后的议题，中国科学院化学部也授权同意议题。讨论会“工业生产中绿色化学与技术”于1996年首先召开，《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》也在同一时间出版。“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”科研项目，也是中国具有代表性意义的基础项目，通过自然科学基金和中石油化工公司共同资助，于1997年启动。20世纪末在合肥，首次国际绿色化学高级论坛展开活动；并有杂志积极响应大会精神支持大会工作，如《化学进展》。还相继出版了“绿色化学与技术”专题报告等。在21世纪，我国不断的有可持续绿色化工议题被提上日程，这一领域有无数的研究者参加研究，进行交流学习，也取得了骄人的成绩。

2.绿色化工的技术动态

简单来说绿色化工技术就是通过对化学原理的应用和使用工程技术来减少甚至消除能够污染环境的物质，实现废物零排放，并建立友好环境。摒弃粗放的化工生产模式是化工企业的全新出路，即绿色化工，用“资源－产品－再生资源”这种全新的循环物质流动过程替换掉过去的“资源－废物”方式排放的流动过程。增加节水措施，提高谁的重复利用率等。通过对先进技术的应用，使环保型产品被研究出来，实现清洁生产，使三废排放量得到最大限度的降低。落后的生产工业要被逐步淘汰;使原材料消耗降低；通过提高化工废水处理设备质量、使设备成套化，来使得到化工环保产业技术和装备水平提高。“化学的绿色化”已被美国化学界列为迈向21世纪化学进展的主要方向之一，绿色化工也在一定程度上涉及到化学方面，例如化学的有机合成、生物化学、分析化学催化等。酿造、制药、造纸、印染等行业在滚动修订“九五”发展规划时，在规划中应逐步补充进绿色化学与技术的内容，我国国家科技部组织应该为此做详细的调研。使“九五”基础研究规划中含有绿色化学与技术研究工作，并在同一时间内将科研工作安排恰当。以国家自然科学基金委员会与中国石化总公司联合支持开展了“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”重大基础研究项目为例，这是一种把导向性基础研究与技术创新相结合较好的组织形式。

3.绿色化工的研究方向

对清洁硝化和还原技术展开研究,主要以污染问题严重的重要染料的关键生产过程为主要研究对象，如红色基RG、红色基G等。清洁新工艺研究的开展、开发与工业化应用,使传统硝化与存在于硝基还原工艺中的重污染问题得到减少甚至消除,在技术方面支撑我国染料合成化学工业的可持续发展,向传统硝化和清洁化生产硝基还原工艺作出示范。环境友好性的催化技术，使以化学催化和生物催化在内的环境友好性催化技术为主要内容的研究与开发得到开展,与一些重要性药物关键中间体的生产相结合，使一些重要药物中间体在生产过程中的产生的重污染问题得到减少或消除,使拥有自主知识产权的环境友好手性催化技术得到发展,使手性技术国家工程研究中心得到建立,使我国手性技术的产业化得到不断发展,为以手性药物的发展为代表的我国药物合成工业做出贡献。清洁催化氧化新技术的研发，开展新工艺研究，主要方向为空气、氧气或双氧水为清洁氧化剂,发展新的体系与新的工艺，主要内容为：以空气、氧气或双氧水为氧化剂的清洁催化氧化,使传统工艺中的重污染问题得到解决,使以此为基础的系列精细化学品和药物合成的清洁化生产新工艺的应用得到良好的影响。对绿色化学农药的创制研究，使以绿色新农药创制为主要方向的筛选平台得到建立,使中科院化学口研究所的潜力得到充分的发挥，使具有自主知识产权的农药先导化合物得到开发,大力发展新农药品种的开发，以具有明确应用对象和开发前景的新化合物为优先选择。

4.结语