化學(xué)工程與工藝的理解精選(九篇)
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第1篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
【關(guān)鍵詞】化學(xué)工藝學(xué) 教學(xué)改革 石油化工
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2012）16－0001－02
廣東石油化工學(xué)院坐落于中國南方最大的石油生產(chǎn)基地——廣東省茂名市，為華南地區(qū)唯一一所石油化工特色院校。學(xué)校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)是國家級特色專業(yè)建設(shè)點，畢業(yè)生遍布全國各地的石油化工行業(yè)，就業(yè)具有很強的針對性，深受用人單位歡迎。廣東石油化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)的目標是為社會輸送具備化學(xué)工程與工藝基本理論、基本知識和基本技能，具有較強工程實踐能力、良好的創(chuàng)新意識和較高綜合工程素質(zhì)的人才。畢業(yè)生能在石油煉制、石油化工、能源、環(huán)保、材料等部門從事工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)管理等方面的工作?；瘜W(xué)工藝學(xué)作為該專業(yè)一門重要的專業(yè)課，是基礎(chǔ)化學(xué)、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理等課程的綜合應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習，要求學(xué)生掌握化工生產(chǎn)的基本原理、主要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程等。在化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)注重強化學(xué)生的工程意識和基礎(chǔ)知識的實際應(yīng)用能力。
一 結(jié)合石油化工特色，創(chuàng)建課程群
從人才培養(yǎng)的角度看，石油化工高校培養(yǎng)的畢業(yè)生應(yīng)具有較強的工程實踐能力、良好的創(chuàng)新意識和較高的綜合工程素質(zhì)，以適應(yīng)石油煉制或石油化工等相關(guān)行業(yè)的人才需求。畢業(yè)生不但要懂得某一專業(yè)的基礎(chǔ)理論，還要具有某一崗位所需要的生產(chǎn)操作和組織能力，并能在現(xiàn)場進行技術(shù)操作和改進，解決生產(chǎn)實際問題。因此，廣東石油化工學(xué)院石油化工專業(yè)所培養(yǎng)的人才具有基層性、實用性和技術(shù)性，這是本專業(yè)區(qū)別于其他普通高校教育的一大特色。根據(jù)本專業(yè)的特點和學(xué)生的基礎(chǔ)及接受能力，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐操作能力和創(chuàng)新能力為主線，可將石油煉制工程、石油化工產(chǎn)品分析技術(shù)、石油產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)與開發(fā)、石油儲運基礎(chǔ)等課程創(chuàng)建一個課程群，圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標，對各課程的主要內(nèi)容進行精選優(yōu)化，調(diào)整化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容?？蓮倪@些主干課程中選擇一些典型的石化產(chǎn)品，作為化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)案例，分析這些石化產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程、工藝參數(shù)、條件影響等。這種處理方式對課程群里面其他的課程教學(xué)可起到輔助和鞏固的作用。
二 優(yōu)化和更新化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容
根據(jù)教學(xué)大綱對教學(xué)內(nèi)容進行處理，把各章節(jié)內(nèi)容按照了解、掌握、應(yīng)用、設(shè)計等不同要求作詳細的定位。例如，對于工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)不采用的生產(chǎn)方法，只要求學(xué)生了解某種工業(yè)過程可能有多種生產(chǎn)方法即可；對需掌握的內(nèi)容，可以要求學(xué)生對各種生產(chǎn)方法進行比較，分析其適用范圍、效果、操作條件、能耗等，從技術(shù)經(jīng)濟的角度選擇生產(chǎn)方法。學(xué)生不僅要掌握教材介紹的幾種基本化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，而且其生產(chǎn)--方法要會應(yīng)用，能夠舉一反三，要能設(shè)計出一些簡單的生產(chǎn)工藝。例如，在講授合成氨時，可以先引入哈伯法合成氨工藝的歷史及哈伯本人的一些簡介，既可以提起學(xué)生對合成氨工藝的學(xué)習興趣，又可以了解一些名人的事跡。當學(xué)生有了興趣之后，可以從不同的原料角度，引入不同的生產(chǎn)工藝，如以煤為原料，以天然氣為原料，以重油為原料的合成氨工藝，其各自的工段均有所不同，可以在講授完后讓學(xué)生總結(jié)各不同原料合成氨工藝的異同，這樣學(xué)生學(xué)完之后印象深刻，可以吃透這部分內(nèi)容。
另外，在組織化學(xué)工藝學(xué)教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)著重突出石油化工特色。在第一次化學(xué)工藝學(xué)講授過程中，讓大家認識到本門課程的針對性、重要性及實用性。在第一章“緒論”部分組織講授材料的時候，可以結(jié)合茂名煉油產(chǎn)業(yè)鏈，圍繞幾個關(guān)鍵詞如石油化工、石油煉制、乙烯工業(yè)、茂名乙烯、石化工業(yè)區(qū)等展開內(nèi)容學(xué)習。例如，乙烯工業(yè)是指以石油餾分為原料裂解生產(chǎn)乙烯為主，同時生產(chǎn)丙烯、丁烯、芳烴等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。乙烯是石油化工的基本有機原料，目前約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn)。乙烯主要用來生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多種重要的有機化工產(chǎn)品，乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標志。再如，對乙烯產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的介紹（塑料類、合成橡膠類、液體化工類）；對長三角、珠三角、環(huán)渤海灣大型煉化一體化企業(yè)集群及沿長江產(chǎn)業(yè)帶分布的介紹等，這些內(nèi)容可以讓學(xué)生清晰地認識未來的就業(yè)方向、就業(yè)區(qū)域和就業(yè)前景。在這種情況下，學(xué)生會充分認識到化學(xué)工藝學(xué)這門課程的針對性和重要性，在后面的時間里自然會重視這門課程的學(xué)習，因為這些內(nèi)容的學(xué)習與他們未來的就業(yè)息息相關(guān)。
圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標，針對畢業(yè)生的就業(yè)特點，廣東石油化工學(xué)院的化學(xué)工藝學(xué)這門課應(yīng)該調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，注重重點內(nèi)容的凝練。其重點內(nèi)容應(yīng)圍繞乙烯工業(yè)展開。
如以茂名石化乙烯為例，學(xué)習乙烯生產(chǎn)原理、工藝技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識；以茂名石化工業(yè)區(qū)為例，學(xué)習乙烯下游產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識。
乙烯生產(chǎn)原理主要包括乙烯生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律、反應(yīng)機理、熱力學(xué)及動力學(xué)分析，乙烯生產(chǎn)的工藝參數(shù)和操作指標（如原料性質(zhì)及評價、裂解溫度、烴分壓、停留時間、裂解深度等）及乙烯生產(chǎn)的工藝過程等。
三 適當引入雙語教學(xué)
第2篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
關(guān)鍵詞：卓越工程師；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；重點實驗室；仿真平臺；校企合作
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）15-0121-03
2015年6月11日，中國高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育聯(lián)盟成立大會暨首屆全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育論壇在清華大學(xué)舉行。教育部副部長林蕙青、中國高等教育學(xué)會會長瞿振元和清華大學(xué)校長邱勇出會并致辭。在首屆全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育論壇上，清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)等高校的＜已д呔汀按蔥麓匆到逃模式，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)”的核心問題作了主題發(fā)言，來自全國137所高校的代表交流了各高校對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式的探索和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的做法。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)一直都是大學(xué)教育的重要研究課題，實施好、開展好大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目也成為了高等學(xué)校教育教學(xué)工作的重要組成部分，通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提升個人創(chuàng)新意識，增強自身實踐能力更是廣大同學(xué)的迫切需求。
創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的開展，創(chuàng)新精神是靈魂，專業(yè)技術(shù)是基礎(chǔ)，政策、資金扶持是保障。從以上三點來看，國家教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點班（以下簡稱“卓越班”）的學(xué)生較之其他大學(xué)生有著突出的優(yōu)勢。選拔進入“卓越班”的學(xué)生對工程技術(shù)有著較為濃厚的興趣和較強的創(chuàng)新意識，有更多的實踐機會檢驗和應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識，并且得到了重點培養(yǎng)，理應(yīng)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中嶄露頭角，為其他同學(xué)做出示范、形成榜樣。廣西大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）入選專業(yè)，該專業(yè)從2012級學(xué)生開始選拔有志于工程技術(shù)研究、綜合能力突出的學(xué)讓組建試點班，并依托資源，利用優(yōu)勢，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)上有了初步探索。
一、科學(xué)選拔學(xué)生，重點配備師資
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院制定了精密、科學(xué)的方案，從能源化工與制藥類2012級開始選拔優(yōu)秀學(xué)生進入化學(xué)工程與工藝專業(yè)“卓越班”。學(xué)院采取課程成績和面試成績相結(jié)合，兼顧學(xué)生興趣方向、創(chuàng)新意識、動手能力和專業(yè)水平的選拔方式，成立了以王立升教授、周立亞教授、陳小鵬教授、粟海峰教授、王琳琳教授五位專家為成員的評審小組。首先依據(jù)學(xué)生的加權(quán)平均成績和專業(yè)排名確定入圍人選，再對入圍學(xué)生進行逐一面試，通過考察他們對“卓越計劃”的理解，對工程技術(shù)的興趣和化工專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握的扎實程度以及實驗操作技能，最終從能源化工與制藥類200位學(xué)生中選拔出33人進入化學(xué)工程與工藝專業(yè)“卓越班”。
對于“卓越班”，學(xué)院重點配備了師資。聘請廣西教學(xué)名師、博士生導(dǎo)師陳小鵬教授擔任班主任，邀請童張法教授、王琳琳教授、廖丹葵教授、黎鉉海教授按照工程問題、工程案例和工程項目的教學(xué)內(nèi)容為“卓越班”學(xué)生加授《化工熱力學(xué)》、《色譜分析》、《化工設(shè)計》的相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生們的工程意識，拓寬他們專業(yè)領(lǐng)域的知識面。同時邀請廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司總經(jīng)理、教授級高級工程師李前先生等一批工程技術(shù)應(yīng)用專家擔任“卓越班”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的校外輔導(dǎo)教師。
學(xué)院科學(xué)的選拔方式和師資配備確保了“卓越班”的質(zhì)量，是其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目得以高質(zhì)、高效開展的基礎(chǔ)。
二、依托重點實驗室和仿真平臺助推創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目開展
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院現(xiàn)擁有“廣西石化資源加工及過程強化技術(shù)自治區(qū)重點實驗室”，并正積極申報國家級虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心。重點實驗室和仿真平臺為“卓越班”學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提供了優(yōu)越的實驗條件。
在重點實驗室，“卓越班”的學(xué)生更早地接觸并操作了一批高精尖的設(shè)備，利用氣相色譜分析儀、高效液相色譜儀、氣―質(zhì)聯(lián)用儀分析物質(zhì)的成分，利用改進的Ellis平衡釜測定氣液相平衡數(shù)據(jù)。對于如何進樣、如何檢測、如何分析以及設(shè)備的構(gòu)型、構(gòu)造都有了全面的了解，為日后利用精密儀器開展創(chuàng)新實驗進行了先行演練。
“卓越班”的學(xué)生在對專業(yè)理論知識和相關(guān)工藝流程有了全面的認識后到模擬仿真教學(xué)中心進行仿真訓(xùn)練，仿真平臺有品牌機的硬件支撐和我院自行研發(fā)的“化工單元操作”的軟件支持，讓學(xué)生們在十分逼真的環(huán)境中獲得對工藝路線的深度理解和對實際操作技能的熟練掌握。學(xué)生們在學(xué)習了機械制圖、化工儀表及其自動化、化工原理、化工分離工程相關(guān)章節(jié)的課程后進行液位控制、離心泵、換熱器、精餾塔等單元仿真訓(xùn)練，在學(xué)習精細有機合成及其工藝學(xué)、石油煉制工程、香料工藝學(xué)的理論課程后進行合成氨生產(chǎn)工藝仿真、催化裂化冶煉技術(shù)仿真、桂花浸膏提取工藝仿真等多項仿真訓(xùn)練。在仿真訓(xùn)練中，學(xué)生們學(xué)會了開停車規(guī)程、故障的分析與處理，強化了對單元操作、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞工程、化工系統(tǒng)工程、過程動態(tài)學(xué)及控制的認識及對工藝流程的理解。由于化工行業(yè)具有易燃易爆、高溫高壓等不安全因素和連續(xù)化、高技術(shù)操作的生產(chǎn)特征，仿真訓(xùn)練便是工科學(xué)生真正進入企業(yè)實習的預(yù)熱。通過仿真平臺的操作訓(xùn)練，同學(xué)們初步樹立起生產(chǎn)的連續(xù)性、設(shè)備的維護等工程意識和從生產(chǎn)實際考慮問題的思維方式，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的高質(zhì)量開展奠定了實踐基礎(chǔ)。
三、校企合作――做新、做強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目
化學(xué)工程師的任務(wù)是把化學(xué)家在實驗室的研究成果“放大”為可以獲取經(jīng)濟效益的商業(yè)化生產(chǎn)工藝，“放大”便是化學(xué)工程技術(shù)的核心問題。工科學(xué)生尤其是“卓越計劃”的學(xué)生只有在企業(yè)全面、系統(tǒng)、深入地學(xué)習“放大”過程，才會真正樹立起工程意識和工藝創(chuàng)新理念，才能真正提升解決實際問題的技術(shù)水平，才能真正鍛煉出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院與柳州化工控股有限公司、廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司等一批知名企業(yè)不斷拓展校企合作，為“卓越班”校企聯(lián)合培養(yǎng)搭建平臺，讓“卓越班”學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力在“學(xué)以致用、以用促學(xué)、學(xué)用相長”的培養(yǎng)模式下得到大幅度提升，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目做新、做強。
（一）項目化
對于生產(chǎn)實習，學(xué)生到企業(yè)大都是毫無目的、走馬觀花式地觀摩見習。實習就是用手機拍下企業(yè)的技術(shù)資料和工藝路線，回校后抄過完事的過程，根本沒有達到實習的目的。針對這種現(xiàn)象，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院對于“卓越班”的學(xué)生提出了“帶著項目下工廠”的要求。例如胡靜和王洋團隊的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的課題是相平衡數(shù)據(jù)的精密測定及關(guān)聯(lián)，在到廣西農(nóng)墾明陽生化集團股份有限公司實習時他們便專門就酒精精餾的相平衡問題與廠方技術(shù)人員展開深入交流，依靠學(xué)到的成熟工藝推演、創(chuàng)新，并依托廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司的實驗室和中試車間開展創(chuàng)新實驗；再例如羅濤團隊的研究項目是礦物資源的開發(fā)利用，在到中國鋁業(yè)廣西分公司實習時，該團隊便具體了解了鋁礦的開采技術(shù)和氧化鋁的最新生產(chǎn)工藝，以期為日后項目開展提供參考；還例如王曉惠等同學(xué)積極報名參加“全國化工設(shè)計大賽”，在去南寧統(tǒng)一糖業(yè)明陽糖廠實習時她們便向廠方重點學(xué)習了廠區(qū)布置、管道布置和設(shè)備選型的知識，為設(shè)計大賽積累經(jīng)驗。
“帶著項目下工廠”的要求讓同學(xué)們明確了課題方向，有了針對性的學(xué)習重點，讓大家基于問題去學(xué)習，基于項目去學(xué)習，基于案例去學(xué)習，敦促大家延伸企業(yè)成熟的技術(shù)工藝增加訓(xùn)練計劃項目的創(chuàng)新點，利用企業(yè)的試驗條件把實驗室成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)工藝，“真刀真槍”地做創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。
（二）基地化
做新、做強大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目必須借助一定的物質(zhì)中介，必須有一個保證雙向多邊活動得以展開和深入的載體。實習基地便是這個物質(zhì)中介或載體。廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在柳州化工控股有限公司、廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司、中檢集團廣西分公司、防城港海洋局、桂林集琦生化有限公司等企事業(yè)單位設(shè)立實習基地，動員和組織“卓越班”的學(xué)生在寒假和暑假去深入實習。
實習基地為學(xué)生提供了一個認識企業(yè)、參與生產(chǎn)的窗口，使學(xué)生所學(xué)的理論知識不再是紙上談兵，他們對于書本上知識的認識不再是枯燥的文字而是一個鮮活的生產(chǎn)過程；實踐基地為學(xué)生開創(chuàng)了一條拓展視野、培育創(chuàng)新精神的渠道，讓他們了解了多種化學(xué)品生產(chǎn)的現(xiàn)狀，對現(xiàn)行工藝的優(yōu)缺點有了自己的思考，更加明晰了新工藝、新方法對于利潤提升、環(huán)境保護的重大意義；實習基地為學(xué)生們創(chuàng)造了一個檢驗理論知識、提升創(chuàng)業(yè)能力的平臺，企業(yè)的每一次技術(shù)改造、產(chǎn)業(yè)升級都是“二次創(chuàng)業(yè)”的過程，在實習基地有幸參與其中看到所學(xué)知識應(yīng)用于工程實踐和商業(yè)運作是提升創(chuàng)業(yè)能力最快捷的方式。
（三）長期化
利用校企聯(lián)合培養(yǎng)的優(yōu)勢做新、做強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，充足的實踐時間是保證。只有確保企業(yè)實踐活動“長期化”開展，學(xué)生們才能把自身融入到企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、運銷經(jīng)營及行政管理的實際環(huán)境中，這才是對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高質(zhì)量培育。只有堅持了企業(yè)實踐活動“長期化”，學(xué)生們到企業(yè)的實習效果才能避免淺嘗輒止、水過地皮濕。
與廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院建立密切合作關(guān)系的廣西梧州日成林產(chǎn)化工股份有限公司、中檢集團廣西分公司、桂林集琦生化有限公司等企業(yè)為“卓越班”的學(xué)生提供了時長超過一個半月的實習機會，讓大家學(xué)習在工廠，工作在工廠，生活在工廠，真正感受工業(yè)生產(chǎn)的氛圍，切實提高實踐能力。
（四）成果與建議
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)“卓越班”的學(xué)生在卓越工程師教育培養(yǎng)模式下的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目得到了高質(zhì)量的開展，“卓越班”現(xiàn)有三支團隊在“國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目中獲得立項。在“廣西高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”的申報和立項中，化學(xué)化工學(xué)院排名前五的團隊三支來自“卓越班”。截至目前，多數(shù)項目已取得了階段性研究成果，多人在《高?；W(xué)報》等核心期刊發(fā)表研究文章；2012級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目將于今年8月結(jié)題，研究成果將以專業(yè)論文和專利形式呈現(xiàn)。
教育部于2011年1月向各省、自治區(qū)、直轄市的教育行政部門和各高等學(xué)校下發(fā)了《教育部關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》，2013年11月又聯(lián)合中國工程院下發(fā)了《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標準》?！兑庖姟泛汀稑藴省范家笕脒x“卓越計劃”的各高等學(xué)?！皟?yōu)先保證卓越計劃所需優(yōu)秀生源，在工程碩士推免政策上向卓越計劃傾斜”。對于“卓越計劃”的學(xué)生，堅固樹立其創(chuàng)新意識，扎實培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，貫通培養(yǎng)是最為有效的途徑。“本―碩”貫通培養(yǎng)、“碩―博”貫通培養(yǎng)、“本―碩―博”貫通培養(yǎng)能讓學(xué)生在持續(xù)性培養(yǎng)模式下最大限度地夯實理論基礎(chǔ)，提升實踐水平，培育創(chuàng)新能力。在貫通培養(yǎng)模式方面，北京理工大學(xué)等部分高水平大學(xué)已經(jīng)做出了有益探索，將這種培養(yǎng)推廣到“卓越計劃”的其他入選高校，將整體提高“卓越計劃”的培養(yǎng)成效。
國家實施“卓越計劃”的目的在于培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量多類型的工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的提升是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重點，“卓越計劃”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”都是基于這一點出發(fā)，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)鋪就了一條全方位、多層次的“綠色通道”。“卓越計劃”是手段，“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”是載體，兩者相互促進、相得益彰。“卓越計劃”為“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”的高質(zhì)量開展匯集了優(yōu)勢，“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”為“卓越計劃”的培養(yǎng)效果提供了檢驗平臺，并使“卓越計劃”學(xué)生的實踐技能得到了鍛煉和發(fā)揮。因此，重點在“卓越班”中開展“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”是必要選擇。
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第3篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
關(guān)鍵詞：石油化工工藝；教學(xué)改革；實踐教學(xué)
中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0040-02
一、引言
《石油化工工藝學(xué)》是繼基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課之后，化學(xué)工程與工藝專業(yè)主干專業(yè)課程之一。其主要任務(wù)是從石油化工生產(chǎn)工藝角度出發(fā)，運用化工過程的基本原理，闡明石油化工工藝的基本概念和基本理論，介紹典型工藝的生產(chǎn)方法與工藝原理、典型流程與關(guān)鍵設(shè)備、工藝條件與節(jié)能降耗分析。與化工專業(yè)其他課程相比，該課程具有明顯的特殊性：綜合性強，知識點多；課程內(nèi)容廣泛，新工藝多；應(yīng)用性強，理論與實際緊密結(jié)合。所以剛剛完成基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習、缺乏工程概念和實踐經(jīng)驗的大學(xué)生，要面對以原油蒸餾、催化裂解、催化重整等工業(yè)化裝置為研究對象的非理想的、動態(tài)的、復(fù)雜多樣的生產(chǎn)實際問題，以及大量的新概念、新工藝等，會感到無所適從，甚至厭煩、畏懼。目前，《石油化工工藝學(xué)》仍以課堂教學(xué)為主。雖有少學(xué)時的實踐教學(xué)，但企業(yè)從確保生產(chǎn)穩(wěn)定、安全等方面考慮，不允許實習學(xué)生動手操作。另外，傳統(tǒng)的“一塊黑板，一支粉筆”的教學(xué)方法根本不能讓學(xué)生對復(fù)雜的實際工藝過程真正理解、掌握，更不要說現(xiàn)場實際控制操作了。所以該課程教學(xué)效果較差，急需改革。針對該課程的特點及教學(xué)現(xiàn)狀，為了確保教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果，我們進行了教學(xué)改革探索。
二、強化課堂教學(xué)
《石油化工工藝學(xué)》以課堂教學(xué)為主。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生興趣和學(xué)習的積極性、主動性，更好地實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，首先應(yīng)以教學(xué)手段的改革強化課堂教學(xué)。一方面引入了多媒體教學(xué)手段，借助多媒體的聲光交互、動靜結(jié)合的特點給學(xué)生全新的視覺感受，極大地提高學(xué)生的學(xué)習興趣；以圖片、聲像資料和動畫方式展示一些設(shè)備和生產(chǎn)工藝流程，解釋一些抽象的原理，展現(xiàn)一些復(fù)雜工藝流程中單元操作的實現(xiàn)過程等，直觀、形象，能幫助學(xué)生深入理解、開闊視野、增加興趣，使其在有限的時間內(nèi)容易接受，實現(xiàn)了高效且良好的教學(xué)效果[1]。另一方面應(yīng)借助學(xué)校開通的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)過程中根據(jù)需要及時地向?qū)W生介紹最新工藝、與課程相關(guān)的國內(nèi)外研究動態(tài)、企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀等，并對社會行業(yè)發(fā)展和人材結(jié)構(gòu)需求等信息進行傳遞。除此之外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還可以實現(xiàn)師生的互動，使老師及時了解學(xué)生的困惑和對課程的掌握情況，以便課堂教學(xué)中有的放矢。這些教學(xué)手段的實施都大大地提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。其次以教學(xué)方法的改革強化課堂教學(xué)。傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)方法，已無法滿足要求，需要采用多種教學(xué)方法并用。譬如啟發(fā)引導(dǎo)式[2]、討論式、情境教學(xué)式[3]、工程案例式[4，5]等。該方法既能增加師生之間的教學(xué)互動，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心、學(xué)習興趣和求知、探索精神；既培養(yǎng)學(xué)生將基礎(chǔ)理論應(yīng)用到專業(yè)課中的學(xué)習方法，又提高學(xué)生對實際問題的綜合分析能力和解決能力。這些教學(xué)方法的改革活躍了課堂氛圍，實現(xiàn)了師生的共同參與，改善了教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。
三、加強實踐教學(xué)
石油加工過程錯綜復(fù)雜。雖然課堂教學(xué)中運用多種教學(xué)方法，既注重了知識的交叉和融合，又注重了知識領(lǐng)域的拓寬和工程案例的結(jié)合，但是學(xué)生沒有實踐經(jīng)驗，缺乏綜合分析的能力和將理論知識應(yīng)用到實際工程問題的意識，所以必須加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。認識實習、專業(yè)綜合實驗、頂崗實習等多種實踐類教學(xué)手段，不僅僅是理論教學(xué)的補充和完善，更是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)與訓(xùn)練的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。首先使學(xué)生通過認識實習對石油化工工藝主要工藝的生產(chǎn)有一定的概念和認識，然后通過課堂教學(xué)，在具備“必須、夠用”理論知識的基礎(chǔ)上，通過專業(yè)綜合實驗、頂崗實習等實踐環(huán)節(jié)，循序漸進的分層實訓(xùn)，使學(xué)生逐步將石油化工工藝關(guān)鍵理論與生產(chǎn)實際融為一體，這不僅為操作技能的訓(xùn)練和形成提供了強有力的支撐，而且建立了工程意識、理論與實踐相結(jié)合的意識，具備了在實踐中學(xué)習的能力、綜合應(yīng)用知識分析和解決實際問題的能力以及人際交往與團隊協(xié)作精神[6]。
四、培養(yǎng)工程思維能力
盡管先修課程如《化工原理》等已引入“工程”概念，且在教學(xué)中從教學(xué)方法、手段、實踐等多個環(huán)節(jié)也引導(dǎo)學(xué)生建立工程意識，但還需要學(xué)生進一步在實踐中自己主動的、習慣性的去強化工程意識，培養(yǎng)工程思維能力。譬如，學(xué)生自編工藝[7]，讓學(xué)生自選課題，用分析與綜合的方法根據(jù)工程實際生產(chǎn)編制工藝并組織討論；請實習基地的外聘企業(yè)專家定期進入學(xué)校，走上講臺，開設(shè)應(yīng)用技術(shù)講座、工程案例分析；學(xué)生自制剪輯并配有錄音的工廠裝置圖片、工藝圖片，以及一些現(xiàn)場教學(xué)錄像；老師和學(xué)生走進企業(yè)，現(xiàn)場教學(xué)；深入車間，頂崗實習等，這些都可以在實踐中培養(yǎng)并強化工程意識，使學(xué)生逐漸地學(xué)會從工程觀念的角度考慮每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，配置合理的流程，實現(xiàn)生產(chǎn)的最優(yōu)化。
五、改革教學(xué)模塊
根據(jù)專業(yè)、課程特點和教學(xué)目標，整個教學(xué)過程由原來的“滿堂灌”和專業(yè)實驗兩個模塊改為五個模塊：認識實習模塊、理論教學(xué)模塊、專業(yè)綜合實驗?zāi)K、現(xiàn)場教學(xué)模塊和頂崗實習模塊。認識實習模塊使學(xué)生近距離接觸生產(chǎn)流程、設(shè)備等，建立感官認識和概念，并產(chǎn)生好奇、興趣和探索的欲望；理論教學(xué)模塊是指學(xué)生學(xué)習理論知識，并在老師的引導(dǎo)下應(yīng)用理論知識去分析工程中的實際問題，結(jié)合企業(yè)的裝置圖片、講解和現(xiàn)場教學(xué)錄像等建立工程觀念、分析并解決實際問題；專業(yè)綜合實驗?zāi)K是指學(xué)生可以自由選題，根據(jù)認識實習和理論教學(xué)所掌握的知識，通過分析和綜合考慮自編工藝，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成。這不僅使學(xué)生獲得了學(xué)有所用的成就感，而且培養(yǎng)了學(xué)生綜合思維能力、動手能力和分析解決實際問題的能力；現(xiàn)場教學(xué)模塊既使學(xué)生鞏固了理論知識，又系統(tǒng)化的深入認識了工藝流程、設(shè)備等，還強化了學(xué)生的工程觀念及綜合分析能力；頂崗實習模塊則是針對生產(chǎn)實際中的某個工段或車間進行更深入和細致的學(xué)習與研究，包括流程、設(shè)備、操作條件的調(diào)試、簡單故障的排除等，最終實現(xiàn)理論和實踐的統(tǒng)一，并使學(xué)生能應(yīng)用工程觀念、理論知識去綜合分析和解決實際生產(chǎn)問題，具備一定的動手操作技能和排除故障的能力。
通過這些模塊的訓(xùn)練和學(xué)習，畢業(yè)后的學(xué)生不僅具有扎實的專業(yè)理論知識，且具有一定的現(xiàn)場操作技能和水準，縮短了工作后的“再教育”過程，基本可以實現(xiàn)“零距離”上崗。
六、結(jié)語
總之，改革后的《石油化工工藝學(xué)》課程，在五大教學(xué)模塊中通過分層教學(xué)、強化課堂教學(xué)、加強實踐教學(xué)訓(xùn)練、培養(yǎng)工程思維能力，不僅確保了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果，而且還有效地提高了學(xué)生綜合運用理論知識分析、解決實際問題的能力，基本實現(xiàn)“零距離”上崗。
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第4篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
Abstract： Based on the characteristics of Coal Chemical Technology course， and combined with the author's teaching experience， this article discusses on how to make students understand， recognize and apply the professional course. The author's teaching experience is stated in this article in hope of getting more improvements and support in the future teaching.
關(guān)鍵詞： 煤化工工藝學(xué)；教學(xué)；體會
Key words： coal chemical technology；teaching；experience
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）02-0238-02
0 引言
《煤化工工藝學(xué)》是煤化工專業(yè)的專業(yè)必修課，煤化工專業(yè)在我校是屬于化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一個方向。為了順應(yīng)國家大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的大戰(zhàn)略，培養(yǎng)煤化工專業(yè)的應(yīng)用型人才迫在眉睫。而只有學(xué)懂《煤化工工藝學(xué)》，才能基本了解煤化工專業(yè)的實質(zhì)內(nèi)涵。《煤化工工藝學(xué)》課程的主要內(nèi)容包含：煤的低溫干餾、煉焦、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的回收與精制、煤的氣化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生產(chǎn)的污染與防治，內(nèi)容涉獵了煤的絕大部分轉(zhuǎn)化原理、工藝及其方法。通過本書的學(xué)習，可以使學(xué)生獲得專業(yè)基本知識，具備在專業(yè)生產(chǎn)第一線工作的基本能力。所以教授好這門課程，并且使學(xué)生獲得必要的收效顯得尤為重要。
《煤化工工藝學(xué)》是一門以應(yīng)用為主的專業(yè)技術(shù)課，學(xué)生學(xué)起來比較抽象難懂，因此比較科學(xué)而易懂的講授方法，才能夠與學(xué)生引起共鳴，達到較好的收效。這門課程的基礎(chǔ)課是《煤化學(xué)》、《有機化學(xué)》、《化工原理》、《物理化學(xué)》等，作者本人講授《化工原理》和《煤化學(xué)》課程多年，同時結(jié)合自己多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，在駕馭這門課程方面談一下自己的教學(xué)體會。
1 合理分配課時，順應(yīng)人才需求
我校引用的《煤化工工藝學(xué)》教材是大連理工大學(xué)郭樹才老師編寫的，建議課時80學(xué)時。而我校在教學(xué)計劃中規(guī)定課時是128學(xué)時，大三下80學(xué)時，大四上48學(xué)時，因此在分配教學(xué)內(nèi)容時，筆者將煤的低溫干餾、煉焦、焦化產(chǎn)品回收與精制三大部分放在大三下的80學(xué)時里，把煤的氣化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生產(chǎn)的污染與防治放在大四上。這樣分配的優(yōu)點在于：大三下的內(nèi)容主要是傳統(tǒng)煤化工的精髓，學(xué)生利用較多的學(xué)時理解、消化、吸收；大四上的內(nèi)容主要是新型煤化工的知識，并且是傳統(tǒng)煤化工與石油化工的交匯。從我校的特色辦學(xué)里可知，我校的煤化工專業(yè)既保留了煤化工專業(yè)的特色，又吸收了石油加工專業(yè)的營養(yǎng)，具有大化工的優(yōu)勢。同時，由于國內(nèi)現(xiàn)在煤化工的開發(fā)利用重點在煤氣化、煤液化以及煤制天然氣等方面，所以把新型煤化工知識放在這個學(xué)期學(xué)習，可以使參加應(yīng)聘的同學(xué)很容易回憶起所學(xué)過的東西，面試時更有自信。
2 內(nèi)容詳略有當，緊跟學(xué)科前沿
郭樹才老師的《煤化工工藝學(xué)》是按照80學(xué)時的課程來設(shè)計的，我們拆開來講解，如果只理解課本上的知識遠遠不能滿足教學(xué)需求，因此，必須依托課本，適度引進《煉焦工藝學(xué)》、《煤化學(xué)產(chǎn)品工藝學(xué)》、《煤炭氣化工程》、《煤炭直接液化》、《煤炭間接液化》、《煤基醇醚燃料》、《煤化工過程中的污染與控制》等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，才能達到既使課堂內(nèi)容飽滿，又使學(xué)生了解學(xué)科前沿，了解新裝置、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展動態(tài)，具有對新裝備、新技術(shù)、新工藝、新方法理解、運用和掌握的初步能力。
比如在第一章，煤炭的低溫干餾內(nèi)容里，實質(zhì)重點是煤的低溫干餾和中溫干餾的基本原理、工藝過程、主要設(shè)備以及主要技術(shù)，為第二章煤的高溫干餾做足了鋪墊。在講解的過程中，筆者就結(jié)合國內(nèi)的央企大唐國際比較成熟的“褐煤提質(zhì)工藝”，以及《煤化學(xué)》教材中講到的相關(guān)煤的基本性質(zhì)與工藝性質(zhì)來做適當重點講解，這樣，既使學(xué)生回顧起來《煤化學(xué)》課本上的基本重點知識，又使學(xué)生了解了煤低溫干餾工藝的風向標，既滿足了學(xué)生的專業(yè)好奇，又為未來就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。在第二章煉焦內(nèi)容里，大量引進《煉焦工藝學(xué)》的基本原理、工藝過程、國內(nèi)外主要焦爐類型、焦化工藝等的主要內(nèi)容，同時也結(jié)合國內(nèi)鞍山焦耐院與化六院開發(fā)并且使用的各類大型焦爐，展開評價，既使學(xué)生把握了煤的高溫干餾的基本知識，也使學(xué)生認識到了煤焦化的瓶頸以及突破的入口，為未來煤高溫干餾的技術(shù)研發(fā)打下深厚的基礎(chǔ)。在第三章煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收與精制一章，除了詳細講解煤氣凈化過程中如何提取并且回收重要的化學(xué)產(chǎn)品，同時也就目前比較看好的苯加氫工藝，以及煤焦油加氫工藝做了必要的闡述。使學(xué)生了解了課本知識的同時，也較好的把握了國內(nèi)煤化工專業(yè)動態(tài)，為自己選擇專業(yè)方向做好了準備。在第四章以后的煤炭氣化、煤炭液化等新型煤化工知識方面，更是結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)在的煤化工產(chǎn)業(yè)動態(tài)，在講解氣化原理、氣化設(shè)備、氣化工藝的同時，結(jié)合本人對歐洲煤化工技術(shù)的考察，把學(xué)生引進以煤氣化為基礎(chǔ)的碳一化工領(lǐng)域，使學(xué)生對未來煤化工發(fā)展的大戰(zhàn)略有了初步的思考，并對就業(yè)有了更深刻的認識。在煤化工產(chǎn)業(yè)的背后，實質(zhì)是大量的能耗、大量的污染，如何解決，必須要使學(xué)生了解污染產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，污染物的主要類型，針對不同性質(zhì)的污染如何在生產(chǎn)的初、中、末，采用必要的技術(shù)消除。因此，學(xué)生在學(xué)習知識的同時，也知道了自己的專業(yè)不僅可以去煤化工行業(yè)去就業(yè)，也可以去環(huán)保、能源動力方面去就業(yè)，拓展了思維，開闊了眼界。
3 教學(xué)方法靈活，學(xué)科聯(lián)系緊密，學(xué)生互動加強
在《煤化工工藝學(xué)》的教學(xué)過程中，如果僅僅是循規(guī)蹈矩地一味去講解，學(xué)生會覺得枯燥、晦澀、難以進入模型。因此，教學(xué)方法的靈活多變可以促進學(xué)生的理解。
首先采用比擬的授課方式，為學(xué)生建立立體的圖形，使學(xué)生對設(shè)備及工藝加深認識。比如在講解煤加工的設(shè)備時，我們習慣稱“爐子”，使學(xué)生與家庭里常見的火爐聯(lián)系起來，建立形象化的模型，然后，把模型拆開來，逐一再理順，大家就對設(shè)備有了直觀的認識。然后又把“爐子”與化工生產(chǎn)中的“反應(yīng)器”聯(lián)系起來，大家就知道了在不同的領(lǐng)域，設(shè)備的叫法有所不同，但是原理基本相似；再就是在焦爐的認識過程中，我把學(xué)生坐的桌子和椅子分別形象地比擬成“炭化室”和“燃燒室”，使大家直觀地對焦爐建立起了立體的印象，然后再把成焦過程中模型分解開來畫在黑板上，大家就很直觀地對“單向供熱”、“成層結(jié)焦”有了更深刻的體會。其次采用相關(guān)專業(yè)課的知識關(guān)聯(lián)，強化了專業(yè)理論的理解，同時也強化了相關(guān)專業(yè)課的應(yīng)用。比如在學(xué)習《煤化工工藝學(xué)》之初，先復(fù)習《煤化學(xué)》相關(guān)知識重點，使大家為不同煤化度和不同性質(zhì)、不同產(chǎn)地的煤種如何應(yīng)用，對號入座；在講到焦爐燃燒系統(tǒng)及煙囪的流體流動時，我們及時地與《化工原理》課程的精髓之流體流動和傳熱對接，把各個環(huán)節(jié)流體流動的性質(zhì)分析到位，同時把如何廢氣循環(huán)和節(jié)能關(guān)鍵點拋給學(xué)生，使學(xué)生帶著問題去思考，培養(yǎng)大學(xué)生分析問題和解決問題的能力；還有在講解煉焦化學(xué)產(chǎn)品的回收與精制過程中，及時與《化工原理》里吸收及萃取的單元操作聯(lián)系起來，使學(xué)生在學(xué)習本專業(yè)課的同時，把握了專業(yè)基礎(chǔ)課如何應(yīng)用的方法，既促進了本專業(yè)的理解，也促進了其他課程的學(xué)習，一舉兩得。再次，利用復(fù)雜的工藝流程路線圖，強化訓(xùn)練，啟發(fā)學(xué)生快速識別并分解工藝路線。教會學(xué)生如何去理清復(fù)雜的化產(chǎn)回收工藝流程圖，然后再自己去設(shè)計工藝加工步驟，既可以快速地理清工藝，又可以把機械制圖及AUT CAD用到實處。在工藝學(xué)的學(xué)習過程中，不僅僅是學(xué)會原理、工藝，認識設(shè)備，識別流程，更重要的還有如何去設(shè)計、開發(fā)，因此，組織學(xué)生討論，帶著問題去學(xué)習思考，利用相關(guān)知識去引導(dǎo)學(xué)生自己動手，寫專業(yè)小論文，進行相關(guān)工藝設(shè)計，工藝計算以及工藝設(shè)想，掌握專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)工藝與設(shè)備的基本設(shè)計能力，很值得去推廣。
參考文獻：
[1]趙振新.《煤化工工藝學(xué)》的教學(xué)法思考[J].化工時刊，2012（07）.
第5篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
李伏虎
(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001)
【摘要】針對目前煉焦工藝學(xué)課程教學(xué)過程中的問題，對如何上好煉焦工藝學(xué)進行簡單的討論，提出多媒體教學(xué)、典型工藝教學(xué)、實驗教學(xué)和畢業(yè)實習教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合的方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，為學(xué)生進一步深造或工作打下堅實的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 煉焦工藝學(xué)；教學(xué)研究；典型煉焦工藝
煉焦工藝學(xué)是煤化工專業(yè)必修的一門專業(yè)課程，具有較強的實踐性和綜合性，在日常教學(xué)過程中，由于其內(nèi)容覆蓋面廣，牽涉專業(yè)知識較深，學(xué)生普遍感覺學(xué)習時有一定的難度，課程內(nèi)容枯燥，學(xué)習完課程過后印象不深，很難抓住重點難點。針對上述問題，教師應(yīng)該根據(jù)煉焦領(lǐng)域的發(fā)展，調(diào)整教學(xué)方法，使學(xué)生獲得系統(tǒng)化、專業(yè)化的煉焦知識，能利用所學(xué)的知識解釋專業(yè)現(xiàn)象，具有解決生產(chǎn)問題的能力。下面就如何上好煉焦工藝學(xué)進行簡單的討論。
1合理設(shè)計課程內(nèi)容
要教好一門課程首先教師就要合理設(shè)計課程內(nèi)容，明確課程培養(yǎng)目標。煉焦工藝學(xué)課程主要向?qū)W生傳授煤化工產(chǎn)品生產(chǎn)、科研、設(shè)計所需的基本理論和知識。課程內(nèi)容應(yīng)根據(jù)國內(nèi)外煉焦與化產(chǎn)回收工業(yè)的最新發(fā)展，結(jié)合當前社會重大需求和所面臨的問題，對課程內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，刪減陳舊過時內(nèi)容，尤其對課本中的一些低效老式焦爐煉焦工藝等知識點，學(xué)生感覺內(nèi)容枯燥乏味，這就要求教師上課時發(fā)揮自己的能動性，將一些新型煉焦技術(shù)引入到課堂教學(xué)當中。
同時，教師還應(yīng)明確教學(xué)重點如煉焦基礎(chǔ)理論部分、焦爐基本原理部分、典型煉焦工藝等，這些知識點涉及到許多基礎(chǔ)課程如煤化學(xué)、化工工藝學(xué)、化工原理、燃燒工程等課程的內(nèi)容，講授課程內(nèi)容時，既要說明各章節(jié)內(nèi)容、新老知識點的相互聯(lián)系，又要避免或減少課程內(nèi)容的重復(fù)。使學(xué)生清楚所學(xué)知識的來龍去脈，讓學(xué)生明白學(xué)什么、如何學(xué)，合理分配重點講解內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容。授課時要突出重點，探討煉焦基本問題如煉焦用煤的特點、煤粘結(jié)成焦的機理、碳化室內(nèi)成層結(jié)焦、煉焦化學(xué)品以及化產(chǎn)回收工藝等；介紹煉焦新技術(shù)及其基本原理、焦爐加熱系統(tǒng)設(shè)計等；分析典型煉焦工藝，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識的實際應(yīng)用能力；同時密切關(guān)注國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展前沿動態(tài)，使學(xué)生了解關(guān)于此學(xué)科的前沿進展。
2利用多媒體教學(xué)
合理有效地利用多媒體技術(shù)進行教學(xué)具有很多優(yōu)點，可以擴大課堂講授的信息量，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，使所要傳授的知識直觀生動形象，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性和學(xué)習熱情，同時，多媒體還可使課堂教學(xué)更靈活，克服了課本、教師語言、板書、掛圖等傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性。這些優(yōu)勢都有利于提高了教學(xué)的質(zhì)量和效率，例如在教授焦爐結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容時，可以先期播放一些大型焦爐生產(chǎn)的視頻，為學(xué)生提供了直觀具體的感性認識資料，使學(xué)生可以身臨其境的感受到焦爐的生產(chǎn)過程。由于學(xué)生事先通過視聽等學(xué)習較為抽象的教學(xué)內(nèi)容，并且能夠直觀地認識到了焦爐的科學(xué)性和復(fù)雜性，從而能使后期教學(xué)內(nèi)容的效果明顯。多媒體教學(xué)能讓學(xué)生在短時間內(nèi)，對所學(xué)的知識理解，記憶的更加深刻。過去給講授焦爐熱工課程時，只是一味枯燥的講解一些理論知識如焦爐熱工效率、物料平衡和熱平衡等等，學(xué)生學(xué)習后，效果不佳，印象不深，很多同學(xué)過段時間后就不清楚如何進行焦爐的熱工評定，而現(xiàn)在利用多媒體教學(xué)，可以結(jié)合課本理論內(nèi)容，播放一些焦爐加熱、煤氣燃燒和熄焦等過程的視頻資料，使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容認識更加深刻，并且在實際工作中能夠運用基礎(chǔ)知識進行分析，提高學(xué)生專業(yè)能力。
3典型工藝講解
課堂教學(xué)時，可以將一些典型煉焦工藝引入課堂，讓學(xué)生了解這些工藝的特點，并且讓學(xué)生對不同工藝進行總結(jié)評價，激發(fā)學(xué)生積極性，主動參與課堂討論，參與學(xué)習，從而不僅能活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果和效率，同時讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)的理論靈活應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運用專業(yè)知識分析、解決實際問題的能力。例如在講解搗固煉焦工藝時，先將搗固煉焦的基本原理介紹給學(xué)生，然后讓學(xué)生們列表對比搗固煉焦與其他煉焦工藝的區(qū)別，如比較焦爐結(jié)構(gòu)、裝煤方式、煉焦煤的質(zhì)量等。同學(xué)們看過對比結(jié)果后，會進行思考，帶著問題來學(xué)習，在學(xué)習完本節(jié)課程后，鼓勵學(xué)生相互討論，大膽發(fā)言，激發(fā)學(xué)生學(xué)習積極性。對于一個典型工藝的講解分析并不只是局限在某一個堂課內(nèi)容的知識點上，而是要貫徹整個教學(xué)過程中。在講授有關(guān)典型焦爐結(jié)構(gòu)知識點的時候，同樣可以搗固煉焦工藝繼續(xù)進行探討，讓學(xué)生分析焦爐應(yīng)該如何設(shè)計碳化室結(jié)構(gòu)，如何最大限度的提高焦炭產(chǎn)量，又不會影響推焦操作。通過學(xué)習，學(xué)生就能對新型焦爐的發(fā)展等有較深的理解，掌握分析其它煉焦爐結(jié)構(gòu)的特點，能夠舉一反三，這種講解方式比教師照本宣科的教學(xué)更能引起學(xué)生的學(xué)習興趣，有效地解決課堂中的教與學(xué)，并且最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，以學(xué)生為中心，最終有助于達到教學(xué)目的。
4利用實驗教學(xué)
實驗教學(xué)是教學(xué)工作的重要組成部分，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、動手能力和專業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生初步學(xué)會學(xué)科做科學(xué)研究的基本方法，是理論聯(lián)系實際的一個重要環(huán)節(jié)。對于煉焦工藝學(xué)中的很多內(nèi)容，僅僅是靠教師板書，甚至是多媒體也遠遠達不到教學(xué)效果的，必須要讓學(xué)生親體體驗操作，例如學(xué)生學(xué)完了煉焦工藝學(xué)課程過后，熟悉和掌握了煤炭結(jié)焦的基本原理，然而不少學(xué)生卻不知道焦炭反應(yīng)性的測試，這就說明教學(xué)過程中，實驗教學(xué)的部分的嚴重缺乏，在煉焦工藝學(xué)教授過程中，在介紹相關(guān)章節(jié)內(nèi)容時，需安排相應(yīng)的實驗部分，并且同時教會學(xué)生做科學(xué)研究的基本方法與注意事項，讓學(xué)生明白做實驗前的注意事項，如何去查找實驗標準，如何紀錄、分析試驗數(shù)據(jù)，使學(xué)生養(yǎng)成一個良好的科研習慣。
5利用畢業(yè)實習進行教學(xué)
煤化工專業(yè)畢業(yè)實習是一次重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對專業(yè)課課堂教學(xué)的一個完善和補充，通過畢業(yè)實習對學(xué)生進行專業(yè)知識的深化，把理論知識和實際應(yīng)用有機地結(jié)合起來，加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、理解和掌握，提高學(xué)生對所學(xué)知識的實際應(yīng)用的能力。畢業(yè)實習教學(xué)過程中，應(yīng)鼓勵學(xué)生多動腦、勤思考，不能走馬觀花的看一遍，讓學(xué)生靈活運用所學(xué)理論知識，這樣使他們在畢業(yè)實習的過程中，能將自己在課堂中所學(xué)的知識應(yīng)用的實際生產(chǎn)當中，并且引導(dǎo)學(xué)生查找資料解決一些復(fù)雜問題。例如在參觀焦炭的加熱系統(tǒng)時，要求學(xué)生描述焦爐加熱系統(tǒng)運行，采用何種加熱方式以及這種方式的主要特點等，并要求學(xué)生根據(jù)課本所學(xué)內(nèi)容和實地學(xué)習經(jīng)驗，學(xué)習焦爐加熱系統(tǒng)，通過此種辦法畢業(yè)實習，可以使學(xué)生不僅思考一些表面現(xiàn)象，還啟發(fā)同學(xué)們思考深層次的問題，能收到很好的實習效果，為學(xué)生日后的進一步深造或工作打下堅實的基礎(chǔ)。
總之，要上好煉焦工藝學(xué)課程，首先教師對課程內(nèi)容進行合理設(shè)計，然后采用多媒體教學(xué)、典型煉焦工藝教學(xué)、實驗教學(xué)、畢業(yè)實習教學(xué)等多種教學(xué)方法和手段，調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性、自主性，引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，對學(xué)生進行專業(yè)技術(shù)能力和科學(xué)方法研究的培養(yǎng)，為學(xué)生日后的進一步深造或工作打下堅實的基礎(chǔ)，最終將學(xué)生培養(yǎng)成一名合格的煤化工專業(yè)技術(shù)人員。
參考文獻
［1］姚昭章,鄭明東.煉焦學(xué)[M].3版.北京:冶金工業(yè)出版社,2005:1-5.
第6篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
一、《制藥工程制圖》課程改革的必要性
1.新形勢下高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。當前，隨著社會經(jīng)濟的深入發(fā)展，國家和用人單位對于應(yīng)用型人才的需求量逐步增大。高校是國家需求人才的輸送口，在這樣的背景下，更要適應(yīng)國家大勢的發(fā)展需求，為國家培養(yǎng)出所需的應(yīng)用型人才，滿足國家以及社會發(fā)展對于技能型人才的需求。在這樣的大環(huán)境下，《制藥工程制圖》的課程教學(xué)改革順應(yīng)新形勢下高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求就顯得尤為重要了。
2.提高高校畢業(yè)生就業(yè)競爭力的必然要求。隨著高等教育大眾化趨勢的進一步發(fā)展，社會上大部分的高校畢業(yè)生面臨就業(yè)難的局面。一方面，許多制藥工程專業(yè)的高校畢業(yè)生在尋找工作時只具備理論知識，缺乏一定的實踐經(jīng)驗，使得他們不能滿足用人單位的需求，導(dǎo)致工作難覓；另一方面，就是許多高校畢業(yè)生盡管課程中開設(shè)過實踐、實驗課，但其實踐知識往往不能緊隨時展的步伐，多是一些被時代淘汰的實踐、實驗課程。
3.社會對高校畢業(yè)生技能要求提高的必然要求。當前，高校在進行《制藥工程制圖》的授課時，教師多是以理論教學(xué)為主，涉及到實踐的環(huán)節(jié)較少，導(dǎo)致制藥工程專業(yè)的學(xué)生雖然具備了豐富的理論知識，但還是很難滿足社會上用人單位的需求。當前，社會用人單位在進行社會招聘時傾向于選擇那些具備一定實踐經(jīng)驗的求職者，因為這種求職者工作上手快，在一定程度上節(jié)省了企業(yè)的培訓(xùn)成本。因此，應(yīng)用型、技能型的人才能受到社會、單位的極大青睞。在這樣的背景下，高校在進行教學(xué)時要迎合時展的需求，將高校大學(xué)生打造成符合時展、用人單位青睞的應(yīng)用型、技能型人才。
二、《制藥工程制圖》課程教學(xué)現(xiàn)狀
1.《制藥工程制圖》教學(xué)內(nèi)容存在的問題。大多數(shù)高校的教案中實際上還是以畫法幾何、制圖基礎(chǔ)、機械制圖為主，由于課時短，計算機繪圖講授的時間基本沒有，更別提與制藥工程制圖有關(guān)的制藥設(shè)備與工藝的繪制；目前的教案內(nèi)容陳舊，不能緊隨時展的步伐，基本上還是之前的教授內(nèi)容，講述的內(nèi)容以機械零件為主，與制藥有關(guān)的設(shè)備和工藝基本不涉及。沒有能夠很好地將《制藥工程制圖》講授內(nèi)容與社會、企業(yè)對人才的需求相結(jié)合；與課程內(nèi)容相對應(yīng)的配套習題缺乏。配套習題研究也不夠深入，主要體現(xiàn)在配套習題題量少，設(shè)計的習題無法體現(xiàn)課程的重難點，無法很好地幫助學(xué)生理解教材的相關(guān)內(nèi)容。
2.《制藥工程制圖》教學(xué)方法存在的問題。受現(xiàn)在各個學(xué)校重科研、輕教學(xué)思路的影響，工程制圖課程所需要的立體模型基本缺乏或者即便有也可能是多年前的，損壞很多；對于計算機繪圖這塊，需要做到學(xué)生人手一臺電腦，教師在多媒體上講授相關(guān)內(nèi)容，而學(xué)生需要像自己大一學(xué)計算機基礎(chǔ)時那樣，一步步隨著教師的講授而操作。然而目前很多高校沒有制圖課程相對應(yīng)的機房，教師教學(xué)過程中經(jīng)常碰到的問題，如學(xué)生無法正確安裝CAD軟件到自己的電腦里，筆記本待機時間無法滿足上課時間要求，等等；有一些難度較大、空間想象多的地方，用立體模型也很難講授清楚。比如講述組合體的三視圖，對著立體模型，只能講述模型相關(guān)的內(nèi)容，無法完整呈現(xiàn)整個主視圖、俯視圖、左視圖的作圖過程及其相互關(guān)系。
3.《制藥工程制圖》理論教學(xué)與實踐教學(xué)銜接問題。在許多高校傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師在《制藥工程制圖》的課堂中多是采用傳統(tǒng)的理論知識教授，很少會涉及到實踐教學(xué)的內(nèi)容。在高校的《制藥工程制圖》的教學(xué)過程中，最常見的就是將理論教學(xué)與實踐教學(xué)區(qū)別出來。同時，由于《制藥工程制圖》的教學(xué)內(nèi)容具有一定的抽象性，很難讓學(xué)生在短時期內(nèi)理解與接納。此時就需要高校制藥工程專業(yè)的教師采用一些的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如立體模型和動畫等，來幫助學(xué)生理解所學(xué)的《制藥工程制圖》的相關(guān)知識。
4.《制藥工程制圖》師資隊伍問題。受現(xiàn)在各個學(xué)校重科研輕教學(xué)思路的影響，教師的引進基本都是按照科研的要求而不是按照教學(xué)課程來進行的，因此很多教師并不具體了解相關(guān)的藥學(xué)背景，尤其是制藥工程專業(yè)的學(xué)習背景。很多高校，如天津大學(xué)，作為一個工科背景的高校，其《制藥工程制圖》基本上是按照化學(xué)工程的專業(yè)設(shè)置來進行的。同時也應(yīng)看到，因為教師本身不是按照教學(xué)對應(yīng)引入，部分教師可能本門課程沒學(xué)過或者本科學(xué)習過且學(xué)時較少，根本沒有深入地研究。
三、《制藥工程制圖》課程教學(xué)改革實踐
1.《制藥工程制圖》教學(xué)內(nèi)容的改革。高校在進行《制藥工程制圖》的教學(xué)內(nèi)容的改革時，要在事前做好充分的準備：首先，要對國內(nèi)外的《制藥工程制圖》的教學(xué)大綱、培養(yǎng)目標以及培養(yǎng)方向有一個大致的了解。其次，就是要對國內(nèi)的大型制藥企業(yè)以及與制藥工程專業(yè)相關(guān)的企業(yè)進行一定的社會需求調(diào)研，可以通過問卷、訪談等方式進行。最后，就是將上述兩方面內(nèi)容與高校自身的實際教學(xué)情況相關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上對《制藥工程制圖》的教學(xué)內(nèi)容進行再定義、再創(chuàng)新。要使《制藥工程制圖》的教學(xué)內(nèi)容中包含必要的教學(xué)模塊，如計算機繪圖，制藥設(shè)備與工藝的繪制，同時在進行教學(xué)內(nèi)容的編排上也要十分注重它的邏輯性、系統(tǒng)性，使《制藥工程制圖》的教學(xué)內(nèi)容能夠有效銜接。另一方面，《制藥工程制圖》在教學(xué)內(nèi)容的?O計上要實現(xiàn)要增加與制藥工程專業(yè)相關(guān)的實踐案例，輔助學(xué)生們進行學(xué)習。
要在教學(xué)內(nèi)容中強化制藥工程專業(yè)圖紙的繪制，制藥工程制圖圖紙的繪制對于制藥工程專業(yè)的學(xué)生至關(guān)重要。教師在對學(xué)生在進行《制藥工程制圖》的教學(xué)過程中要要幫助學(xué)生去學(xué)習制藥設(shè)備的表達方式以及尺寸標注，還要使學(xué)生在經(jīng)過《制藥工程制圖》的學(xué)習后能夠熟練的閱讀各種制藥設(shè)備圖，能夠在具備一定基礎(chǔ)知識儲備的情況下繪制不同深度的制藥工藝圖，幫助藥廠設(shè)計簡單的平面圖，等等。
第7篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
課外論文成績考核評分方法及標準
食品生物技術(shù)課程的課外論文成績考核步驟如圖1所示。其中，學(xué)生進行資料查閱、社會調(diào)研、理論調(diào)研、論文撰寫需要1～2個月的時間，由教師及全體學(xué)生聽取學(xué)生個人或課題小組的答辯(對小組中每個學(xué)生都有單獨答辯的要求)，論文成績各項指標由教師和學(xué)生共同進行綜合評分［2］。論文成績考核包括論文名稱與作業(yè)相符程度;論文格式;參考文獻數(shù)量;講述熟練程度，表達準確，重點突出;內(nèi)容豐富，信息量大;運用先進手段，講解氣氛活躍;回答教師及學(xué)生問題流利準確。成績分別占10%、10%、10%、20%、20%、10%、20%。學(xué)生完成論文后，制作答辯幻燈片，全班公開答辯，同時提交論文。實際上，這種形式從考試的綜合性、全面性、客觀性來說，對學(xué)生的要求遠遠高于一般的卷面考試。既是水平的檢閱，又是能力的體現(xiàn)，更是很好的交流，同時也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造靈感，提高了學(xué)習熱情和積極性，培養(yǎng)了團隊精神。
口試成績考核評分方法及標準
在專業(yè)課《食品生物技術(shù)》教學(xué)中引入口試方式，這對培養(yǎng)學(xué)生的思維敏捷性、靈活性及口頭表達能力至關(guān)重要。在考核內(nèi)容上，要選擇能夠充分體現(xiàn)素質(zhì)教育要求的具體知識和能力的內(nèi)容，突出學(xué)生能力的訓(xùn)練和考核，而不是局限在要求死記硬背的內(nèi)容上?？己藘?nèi)容不僅包括教科書的主要內(nèi)容，而且包括教師補充的前沿信息，更要有指定的教學(xué)生閱讀的專業(yè)文獻內(nèi)容。教師對上述內(nèi)容分類做成口試題簽，學(xué)生可以選擇自己感興趣的工藝章節(jié)進行抽簽，也可以自述一些食品加工工藝的前沿信息。根據(jù)回答問題的熟練程度及信息的先進性進行打分。讓學(xué)生自己選擇考試內(nèi)容，可以充分調(diào)動學(xué)生智力活動的熱情，把某種心理壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樘角髮W(xué)習的興趣和動力，使考試過程成為學(xué)生發(fā)展智力、探求知識的智育過程?？谠嚦煽兛己税?口試選題的新穎性;對教材內(nèi)容的熟練性;閱讀的參考文獻數(shù)量;講述熟練程度，表達準確，重點突出;專業(yè)前沿信息量大，分別占總成績的15%、20%、15%、30%、20%。口試是公認的最能反映學(xué)生真實水平的一種考試方法，將教材、筆記等書面知識用自己的語言表達出來，是口試考試方法特有的功能。口試與其他考試方式相結(jié)合的考試方式是值得探索和實踐的課題。
期末考試成績考核評分方法及標準
期末考試題型應(yīng)該多元化，具體指每套試卷至少要設(shè)計填空、名詞解釋、單選或多選、判斷、簡答、比較分析、綜合應(yīng)用等多種形式的題型，合理確定主觀性和客觀性試題的比重，注重試題的認知層次和難易程度的協(xié)調(diào)搭配。命題思路為:①多以現(xiàn)實生活中的有關(guān)理論問題和實際問題立意命題，力求比較全面和真實地模擬現(xiàn)實;②試題的構(gòu)造以引導(dǎo)學(xué)生注重對事物整體的結(jié)構(gòu)、功能和作用的認識，以及對事物發(fā)展變化過程的分析理解;③所涉及的有關(guān)知識以多樣性、復(fù)雜性和綜合性的特征呈現(xiàn)出來。評分標準為:試卷的客觀題有標準答案，主觀題沒有固定標準答案，但是要給出給分點，按照給分點綜合評定成績。
考試效果
1考試改革對教師提出了更高的要求，有利于教師提高自身素質(zhì)
改革考試方式的核心問題是要有科學(xué)而合理的評價方法與評價標準，考試改革對教師提出了更高的要求。首先，要求評價學(xué)生的創(chuàng)造性、綜合能力及素質(zhì)，教師必須有能力設(shè)計出這樣的題目，同時還要有能力評價這類題目的優(yōu)劣，這就要求教師有較高的學(xué)術(shù)水平。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，要求教師必須有創(chuàng)新的意識與實踐?？荚噷處熋}水平提出了更加嚴格的要求，題目形式應(yīng)具有靈活性與綜合性，內(nèi)容應(yīng)有明顯的創(chuàng)新，獨具特色，這就要求教師對本學(xué)科有相當?shù)睦碚摴Φ?，豐厚的知識儲備。
第8篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
關(guān)鍵詞：制藥工程；化工儀表及自動化；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0101-02
制藥工程專業(yè)是農(nóng)藥學(xué)和工程學(xué)交叉發(fā)展的應(yīng)用學(xué)科，主要應(yīng)用農(nóng)藥學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)及相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)手段解決農(nóng)藥生產(chǎn)過程中的工程技術(shù)問題，具有很強的實踐性，要求學(xué)生具備農(nóng)藥產(chǎn)品生產(chǎn)、工程設(shè)計、新農(nóng)藥研制與開發(fā)的實際能力?；x表及自動化主要講解實際生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)檢測、顯示和控制，是涉及化工生產(chǎn)過程、化工設(shè)備、儀器儀表及自動控制等多學(xué)科交叉的綜合性課程，是制藥工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課。由于缺乏實際生產(chǎn)實踐知識，因此在學(xué)習中，學(xué)生普遍反映該課程信息量大，內(nèi)容龐雜、抽象，難以理解[1]。在課時有限的情況下，這個問題顯得尤為突出。如何根據(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和化工儀表及自動化的課程特點，使學(xué)生在有限時間內(nèi)獲取最大的課程知識，完成理論知識與生產(chǎn)實踐的結(jié)合，教研組結(jié)合近幾年的教學(xué)實踐，從多個方面進行了教學(xué)措施改革。
一、合理安排教學(xué)內(nèi)容
制藥工程專業(yè)使用的教材是厲玉鳴主編的《化工儀表及自動化》，主要包括儀表和控制系統(tǒng)兩大部分共七章的內(nèi)容，理論教學(xué)內(nèi)容較多，在36個課時內(nèi)要詳細講授這些內(nèi)容顯然很不現(xiàn)實。根據(jù)該專業(yè)的培養(yǎng)目標和農(nóng)藥生產(chǎn)過程的實際需要，化工儀表及自動化的課程改革應(yīng)以實際應(yīng)用為指導(dǎo)，以滿足制藥工程專業(yè)學(xué)生在實際生產(chǎn)過程中涉及的參數(shù)檢測和自動控制的要求為原則，教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生畢業(yè)后的實際工作需要來選擇。
在有限的課時內(nèi)，堅持“少而精”的原則，一般不詳細分析內(nèi)部電路，但要講清儀表和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程，重點講解如何正確選擇和使用儀表及控制系統(tǒng)，降低理論要求，增加實用內(nèi)容。農(nóng)藥生產(chǎn)過程主要涉及反應(yīng)過程及傳熱、精餾、吸收、干燥、萃取等單元操作，因此在保持課程相對完整的基礎(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)特點調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。把自動控制系統(tǒng)兩章內(nèi)容和典型化工單元的控制方案進行融合，在自動控制系統(tǒng)講授中盡量選用這些單元操作進行討論講解，分析典型化工單元操作中若干具有代表性設(shè)備的自動控制系統(tǒng)，闡明設(shè)計控制方案的共同原則和方法。
例如，無相變的換熱器的溫度控制、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制、冷卻劑進行氣化的冷卻器自動控制、精餾塔的溫度控制方案、釜式反應(yīng)器和發(fā)酵罐的溫度控制等，通過案例分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。隨著工業(yè)生產(chǎn)和自動化技術(shù)的發(fā)展以及新型儀表和控制理論的不斷更新，教學(xué)過程中，我們要順應(yīng)控制技術(shù)發(fā)展規(guī)律，調(diào)整充實教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生了解檢測技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新發(fā)展動態(tài)，使教學(xué)內(nèi)容的組織體現(xiàn)應(yīng)用性和開放性[2]。這不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習熱情，也能為他們以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。
二、采用多種教學(xué)方法
化工儀表及自動化的教學(xué)內(nèi)容與實際生產(chǎn)過程密切相關(guān)，涉及大量的工藝生產(chǎn)過程、單元操作及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，對于從未接觸實際生產(chǎn)過程的學(xué)生來說，文字性質(zhì)的描述或者圖示的方法不能有效地提供課程相關(guān)信息，致使他們對工藝參數(shù)的檢測和自動控制缺乏直觀的認識。教學(xué)實踐證明，使用多媒體教學(xué)課件，用圖形、圖像、文本、動畫、視頻等直觀、生動的形式描述知識形成過程的特點，能使學(xué)生的學(xué)習活動處于積極狀態(tài)，增強學(xué)習興趣，提高教學(xué)效果[3]。
例如，講到自動控制系統(tǒng)組成時，可進行液體貯槽液位自動控制的動畫演示，形象展現(xiàn)出液位自動控制系統(tǒng)所應(yīng)用的測量元件、自動控制器、控制閥及對象等環(huán)節(jié)和控制過程；利用圖片進行典型控制單元的展示。另外，我們還將農(nóng)藥原藥生產(chǎn)的實際生產(chǎn)過程、相關(guān)設(shè)備、參數(shù)檢測和控制視頻穿插在課程教學(xué)中，使學(xué)生有置身生產(chǎn)過程的感覺，提高教學(xué)效率。還可以將化工生產(chǎn)模擬仿真與傳統(tǒng)化工儀表及自動化教學(xué)相結(jié)合。利用Matlab軟件和Aspen Plus等仿真軟件，制作相應(yīng)的化工儀表工作過程模擬仿真教學(xué)課件和典型化工控制系統(tǒng)控制過程的演示課件，將過程模擬方法和傳統(tǒng)化工儀表及自動化教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。例如，模擬某農(nóng)藥生產(chǎn)過程典型設(shè)備中各參數(shù)的控制過程，修改參數(shù)可看到不同的過渡過程曲線，從而理解PID參數(shù)的整定，進一步領(lǐng)會工藝過程與自動控制系統(tǒng)之間的關(guān)系。
三、注重實踐課程教學(xué)
化工儀表及自動化課程教學(xué)以實際應(yīng)用為目的，因此進行實踐教學(xué)是配合理論教學(xué)的必不可少的環(huán)節(jié)，缺乏實踐環(huán)節(jié)將嚴重影響教學(xué)效果[4]。然而，制藥工程專業(yè)的化工儀表及自動化課程已進行的實驗，多是以模擬式儀表為基礎(chǔ)的儀表校驗和參數(shù)的測量。因此，實驗課的設(shè)置要按照教學(xué)計劃的要求，力爭在完成基本實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，盡可能地增加一些有益的內(nèi)容。實驗可分為基礎(chǔ)驗證性實驗和綜合性實驗?；A(chǔ)驗證性實驗是傳統(tǒng)實驗，主要是使學(xué)生掌握儀表的工作原理和使用方法，完成實驗操作、數(shù)據(jù)處理等基本訓(xùn)練；綜合性實驗主要培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、設(shè)計實驗方案及對實驗過程及結(jié)果獨立分析和判斷的能力[5]。
實習通常作為學(xué)生貫通專業(yè)知識和集合專業(yè)技能的重要教學(xué)實踐活動。制藥工程專業(yè)的課程教學(xué)要以農(nóng)藥生產(chǎn)的實際需要為目標，不但強調(diào)對專業(yè)知識的掌握和應(yīng)用，更應(yīng)加強調(diào)與生產(chǎn)實際的結(jié)合，強調(diào)課堂講授與學(xué)生的生產(chǎn)實習相結(jié)合[6]。本課程的教學(xué)內(nèi)容與農(nóng)藥生產(chǎn)過程密切相關(guān)，涉及大量的參數(shù)檢測和控制的相關(guān)知識。因此，在課程進行的第七周穿插一周針對該課程和化工設(shè)備機械基礎(chǔ)的農(nóng)藥廠認識實習，有助于讓學(xué)生通過對啶蟲脒和霜霉威生產(chǎn)流程與生產(chǎn)設(shè)備的了解，進一步認識生產(chǎn)過程中較為典型的控制單元，畫出帶控制點的工藝流程圖。
并且，在實習報告中要求學(xué)生從這兩個工藝生產(chǎn)過程中，選取一個生產(chǎn)設(shè)備作為被控對象，設(shè)計一個簡單控制系統(tǒng)。設(shè)計內(nèi)容包括：分析工藝過程，找出工藝的影響因素；確定被控對象，分析對象特性及在工藝流程中的作用；根據(jù)被控變量和操縱變量的選擇原則，選擇被控變量和操縱變量；選擇測量元件；控制器及其控制規(guī)律的分析和確定；控制閥的選擇；自動控制系統(tǒng)的控制過程分析。學(xué)生在完成實習報告的同時，就完成了對課程內(nèi)容的理解和融會貫通，也就完成了對化工儀表及自動化課程的全面復(fù)習。更重要的是，它能促使學(xué)生主動理論聯(lián)系實際，將課程內(nèi)容與工藝過程中的參數(shù)控制聯(lián)系起來，鍛煉利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。
四、進行試題庫建設(shè)
化工儀表及自動化課程通常的出題方式是由經(jīng)驗豐富的教師手工組卷，且是AB兩卷，一次組卷只能用于一次考試，重復(fù)勞動量較大。而且，人工組卷的出卷人一般是教授此課的教師，不能實現(xiàn)教考分離，對學(xué)生全面達到教學(xué)大綱規(guī)定的要求不利。試題庫內(nèi)容擬覆蓋檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、控制系統(tǒng)組成、簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等章節(jié)，試題分為填空、判斷、分析、問答、計算等多種類型，著重考查學(xué)生對化工儀表及控制系統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的了解，以及運用上述知識正確分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。本題庫將具有較高的智能性、靈活度和開放性，由主考教師自行指定考試范圍、題目難度和知識點，系統(tǒng)自動整理出符合要求的試題，并配有詳細的答案及評分標準。該題庫可以滿足學(xué)校制藥工程和林產(chǎn)化工等多專業(yè)的教學(xué)要求。
隨著高校教育的不斷改革和發(fā)展，為適應(yīng)綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)需要，我們不僅要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等方面進一步給予完善，還要根據(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和課程特點，探索和構(gòu)建適合本課程的教學(xué)模式，進而培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和分析、解決生產(chǎn)實際問題的能力，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。
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第9篇：化學(xué)工程與工藝的理解范文
20世紀世界經(jīng)濟雖然經(jīng)歷了多次蕭條、景氣、危機、復(fù)蘇的反復(fù)，但是世界經(jīng)濟有了很大的發(fā)展。發(fā)達國家經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展，許多新工業(yè)化國家和地區(qū)，特別是發(fā)展中國家的經(jīng)濟呈持續(xù)快速發(fā)展勢頭。21世紀的世界經(jīng)濟，特別是未來的20—25年中世界經(jīng)濟仍將保持高速發(fā)展。
在未來經(jīng)濟的發(fā)展中，人類將面臨有限的資源和保護生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)。在今后25年內(nèi)，世界人口可能達到100億，需要滿足如此大量人口的食物和必要的物資。同時，需要供應(yīng)相應(yīng)能源、交通、住房、學(xué)校以及各種機器等需求。呈指數(shù)增長的需求和有限的資源形成了尖銳的矛盾。
回顧20世紀的發(fā)展，特別是20世紀30年代以來，正是烴類經(jīng)濟發(fā)展的歷史，主要資源來自于化石資源（煤、石油和天燃氣），許多國家都認為化石資源是保證能源和原材料供應(yīng)的基礎(chǔ)。從20年代以來的靠其提供經(jīng)濟發(fā)展的需要，以至于達到今日的生活水準。據(jù)統(tǒng)計，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻呈強勁勢頭，但是有限的資源令人擔憂，而各種化工產(chǎn)品帶來的生態(tài)和環(huán)境問題也日益嚴重，因此可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球共識，并且已被廣泛接受和推行。
在可持續(xù)發(fā)展的施行中，要使經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保持平衡，經(jīng)濟持續(xù)增長、生活健康標準不斷提高、國家安全與穩(wěn)定，保證資源供應(yīng)具有重要的作用。因此，許多國家政府的產(chǎn)業(yè)界都呼吁開發(fā)和利用可再生資源來補充和取代目前過于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。
早在1996年，美國政府就組織有關(guān)行業(yè)協(xié)會、學(xué)術(shù)團體、產(chǎn)業(yè)界和教育科研部門專家講座可再生資源開發(fā)利用問題，并于1998年后提出題為《2020植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源——通過可再生植物/農(nóng)作物資源利用加強美國經(jīng)濟安全性的設(shè)想》（以下簡稱“設(shè)想”）。該設(shè)想公開發(fā)表后，美國農(nóng)業(yè)部和能源部支持全國玉米種植者協(xié)會組織跨產(chǎn)業(yè)部門研究講座設(shè)想的實施問題。經(jīng)過長時間講座產(chǎn)業(yè)界、深信界和政府部門對設(shè)想目標的實現(xiàn)、存在問題和實施步驟取得共識，并提出了題為《實施植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》（以下簡稱“技術(shù)指南”）。這兩份報告內(nèi)容詳實、焦點明確、邏輯性強、實施步驟清晰，許多觀點和技術(shù)課題及措施具有啟迪性。從該兩份報告中，不僅可以弄清可再生資源和內(nèi)涵、開發(fā)利用的必要性和可能性，而且對如何開展和促進可再生資源的開發(fā)利用提供了實施途徑。對目前可再生資源開發(fā)利用的經(jīng)濟技術(shù)狀況、存在的障礙和誤區(qū)也都作了明確的闡述。雖然兩份報告都是針對美國情況提出的，但是其科學(xué)性和前瞻性以及許多技術(shù)內(nèi)涵對我們?nèi)圆环梃b參考價值。
“設(shè)想”是有關(guān)于發(fā)展以植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略，是由美國農(nóng)業(yè)、林業(yè)和化學(xué)工業(yè)部門（其中有各類美國公司企業(yè)）、非盈利組織、商貿(mào)協(xié)會和學(xué)術(shù)部門、各行各業(yè)的專家學(xué)者共63人經(jīng)過講座研究，首先提出對此新興產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的設(shè)想。
1996年12月美國全國玉米種植者協(xié)會組織戰(zhàn)略設(shè)想研討會，目的是草擬一個產(chǎn)業(yè)設(shè)想，使植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的的可再生物質(zhì)可以作為當前慣用的原料的補充來源以滿足人們對化學(xué)品、材料和其他產(chǎn)品不斷增長的需要。
本“設(shè)想”廣泛地規(guī)劃了此產(chǎn)業(yè)如何從目前家庭式的產(chǎn)業(yè)走向全國規(guī)模的核心制造產(chǎn)業(yè)的道路。公開此“設(shè)想”的目的是為了吸引更多讀者關(guān)注，出謀劃策，共同開發(fā)，使其能成為現(xiàn)實的技術(shù)實施方案。
對于世界資源能否足夠支持當前已經(jīng)發(fā)生的急劇經(jīng)濟膨脹，社會上歷來存在兩種不同觀點：一種是悲觀的認為，世界資源難以滿足呈指數(shù)的經(jīng)濟增長。如果現(xiàn)有技術(shù)不能進一步發(fā)展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實是現(xiàn)實的評價；另一方面，當前的技術(shù)正在突破，并有無限潛力，因此對未來產(chǎn)生樂觀看法。
歷史教育人們，只有通過協(xié)調(diào)提出明確設(shè)想，才能引導(dǎo)人們?nèi)ソ鉀Q關(guān)于未來發(fā)展的重大問題。
過去一直談如何解決未來25年世界超過100億人口的食品問題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數(shù)增長的對能源、運輸、住宅、學(xué)校、機械以及計算機等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來是應(yīng)當考慮的問題。
鉆探更多、更深的油氣井可以供應(yīng)更多的烴類原料，但是油氣儲量畢竟有限。對現(xiàn)有烴類的有效利用率將會不斷提高，但是效果不大。納米技術(shù)可能會促進小型化從而節(jié)省材料，但是有些物件不能縮小。問題是資源正在耗盡，何時耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉(zhuǎn)化。
“設(shè)想”序言稱，不論適用性技術(shù)應(yīng)用如何，凡將現(xiàn)有資源轉(zhuǎn)化為可再生資源，都是符合可持續(xù)發(fā)展的方向，也適應(yīng)環(huán)境和生態(tài)要求。因此，應(yīng)用植物/農(nóng)作物資源的設(shè)想是樂觀的。
隨著適用性研究和開發(fā)的進展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經(jīng)濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該"設(shè)想"確定了方向和相應(yīng)的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎(chǔ)。面臨的挑戰(zhàn)是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應(yīng)變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進一步闡明“設(shè)想”提出的背景：
1、界定植物/農(nóng)作物基資源
植物/農(nóng)作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農(nóng)作物、林產(chǎn)品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過程中的副產(chǎn)物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內(nèi)再生。石油化學(xué)品原本也是以植物為基礎(chǔ)，其基本分子為烴類。植物/農(nóng)作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質(zhì)素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)并加工處理其所需要的原料型產(chǎn)品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技術(shù)進展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學(xué)產(chǎn)品和新型中間人體及產(chǎn)品制造提供了新的經(jīng)濟機遇。據(jù)統(tǒng)計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農(nóng)作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產(chǎn)大量植物/農(nóng)作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產(chǎn)。
2、烴類經(jīng)濟
20世紀后期，世界經(jīng)濟發(fā)展很快，生產(chǎn)增長率有很大提高，尤其是各發(fā)達國家，一些發(fā)展中國家也不斷增長。成功的增長和發(fā)展過程中起主要作用的是烴類經(jīng)濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經(jīng)濟效益和生活水準。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。
在過去50年中，大量的研究開發(fā)在能源生產(chǎn)和基礎(chǔ)產(chǎn)品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經(jīng)濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅(qū)動，以創(chuàng)造各種產(chǎn)品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據(jù)統(tǒng)計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產(chǎn)用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經(jīng)濟角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎(chǔ)的經(jīng)濟卻繁榮昌盛。
烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經(jīng)濟發(fā)展平臺作用，但是在其未來應(yīng)用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境問題日益受到關(guān)注，隨著又產(chǎn)生了許多相關(guān)的問題?；剂鲜且活愓跍p少的原料資源。應(yīng)用植物/農(nóng)作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經(jīng)濟有序地向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機會。
通過對能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現(xiàn)在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設(shè)是“現(xiàn)在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設(shè)是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發(fā)展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應(yīng)問題是多方面的，因為發(fā)展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/3，其需要增加的能量數(shù)量約相當于美國現(xiàn)在全年能源使用總量。
表1當前按人口平均能源消費水平KWh/人美國法國日本巴西泰國中國
122007500700015001200900
一些有效利用烴類的開發(fā)將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎(chǔ)。
新技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用需要時間。石油化學(xué)工業(yè)本身的發(fā)展就是一個事例。1920年烴類原材料經(jīng)濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應(yīng)化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農(nóng)作物基系統(tǒng)達到同樣現(xiàn)代化水平也需要時間。
當前正是開展大量研究開發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候?，F(xiàn)在進行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經(jīng)濟的經(jīng)濟學(xué)未來將出現(xiàn)問題：要支付高額環(huán)境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。
投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關(guān)的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農(nóng)作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經(jīng)濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發(fā)可能只在一些領(lǐng)域內(nèi)進行，使植物/農(nóng)作物可再生資源能開始進入基本化學(xué)原料市場，從而擴大資源基礎(chǔ)，延長有價值的化石燃料儲備的應(yīng)用壽命。
在上述背景環(huán)境下，通過研究討論，提出了2020年開發(fā)利用植物/農(nóng)作物可再生資源的設(shè)想的目標；“設(shè)想”是要通過植物/農(nóng)作物基可再生資源的開發(fā)來提供經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農(nóng)作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。
本“設(shè)想”的內(nèi)涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經(jīng)濟和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設(shè)想”反對等到危機發(fā)生時現(xiàn)開始啟動替代。
展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開始，為經(jīng)濟發(fā)展有足夠的時間，保證解決環(huán)境而進行良好的合作。
要取得有成效的進展，應(yīng)當確定以下的方向性目標：
1、2020年化學(xué)基礎(chǔ)產(chǎn)品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(農(nóng)作物，林產(chǎn)，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉(zhuǎn)化加工工藝生產(chǎn)可再生原料，為2020年選中的產(chǎn)品提供經(jīng)濟合理、對環(huán)境瓜敏感的制造平臺。用此生產(chǎn)鏈來示范一個綜合的植物/農(nóng)作物基原料系統(tǒng)的經(jīng)濟合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應(yīng)用機遇的新領(lǐng)域，為2020年以后國內(nèi)和出口的需求做出貢獻。
3、在工業(yè)投資者、植物商、生產(chǎn)者、學(xué)術(shù)界和各級政府之間建立合作伙伴關(guān)系，開發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，重新激活農(nóng)村經(jīng)濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎(chǔ)材料制造業(yè)之間的差別。
“設(shè)想”中提出，科研與開發(fā)方面要制定有詳細目的和要求的相應(yīng)計劃，支持上述方向性目標的實現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢。
植物/農(nóng)作物基資源利用現(xiàn)狀和前景
一、現(xiàn)狀
烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎(chǔ)原料，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經(jīng)逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農(nóng)作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質(zhì)量不高、供應(yīng)不穩(wěn)或是價格高。要推動和提高植物/農(nóng)作物可再生資源應(yīng)用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。
1、實用性
盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學(xué)品方面應(yīng)用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進展，可以生產(chǎn)滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質(zhì)等化學(xué)品生產(chǎn)中，植物基資源是主要原料，詳見表2。
表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途
木材8090紙，紙板，木質(zhì)素纖維復(fù)合材料
工業(yè)淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂
植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂
天然橡膠100輪胎，家用品
木材提取物90油料，膠
纖維素50紡織纖維，聚合物
木質(zhì)素20粘合劑，丹寧，vanillin
在多數(shù)情況下，應(yīng)用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質(zhì)素纖維、植物油和橡膠等復(fù)雜分子的應(yīng)用也只有有限的改性。這就與石油化學(xué)工業(yè)構(gòu)成明顯的反差，石油化工則是用化學(xué)方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎(chǔ)原料進行化學(xué)合成，制造所需要的復(fù)雜的分子。
在少數(shù)情況下，植物/農(nóng)作物原料進行裂解成為不同的基礎(chǔ)分子，例如高果糖的玉米生產(chǎn)糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產(chǎn)9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產(chǎn)像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產(chǎn)的中間體及產(chǎn)品。
2、供應(yīng)及質(zhì)量
植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導(dǎo)致供應(yīng)和質(zhì)量的差異。森林和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)縮小了天然野生植物的供應(yīng)差異。
生物質(zhì)的總產(chǎn)量雖然很大，但是由于沒有經(jīng)濟的轉(zhuǎn)化技術(shù)而使其應(yīng)用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產(chǎn)品的機會，如果能在分離技術(shù)上進一步創(chuàng)新，就可以推動此應(yīng)用。生物質(zhì)資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質(zhì)資源是當前為食用和飼料種植的農(nóng)作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應(yīng)用其產(chǎn)量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質(zhì)計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結(jié)構(gòu)，但大部分運出去，作為原料應(yīng)用。因此要求有適當?shù)?、成本低的儲運系統(tǒng)和加工技術(shù)。
供應(yīng)方面的主要問題是對原始生產(chǎn)的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農(nóng)作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優(yōu)化。對植物/農(nóng)作物投入的成本評價基礎(chǔ)是未經(jīng)優(yōu)化的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經(jīng)濟上比較，其很難達到經(jīng)濟可行目標。在估算其經(jīng)濟回報時，要考慮化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應(yīng)是如何對良田建立優(yōu)化種植生產(chǎn)系統(tǒng)。
當前低投入、低產(chǎn)出的植物生產(chǎn)對農(nóng)民難以盈利，并不利于農(nóng)村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價原料。但是在產(chǎn)出方面，數(shù)量和質(zhì)量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產(chǎn)品必然價格較高，嚴重地限制了經(jīng)濟上的可行性。而且，由于低產(chǎn)出生產(chǎn)就需要更多的土地，其對環(huán)境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產(chǎn)率高的土地作為植物/農(nóng)作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質(zhì)量上的波動變化。
農(nóng)村根據(jù)市場需求規(guī)劃種植計劃，如根據(jù)乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產(chǎn)出經(jīng)濟效益有很大影響。面對“設(shè)想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據(jù)供應(yīng)或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關(guān)課題。
3、植物/農(nóng)作物基原料成本
利用植物/農(nóng)作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經(jīng)濟的。工業(yè)生產(chǎn)要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發(fā)適當?shù)南到y(tǒng)將極具競爭能力。利用植物/農(nóng)作物基原料生產(chǎn)化學(xué)品的成本比較，詳見表3。
表3、植物/農(nóng)作物基化學(xué)品生產(chǎn)成本類別生產(chǎn)量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產(chǎn)量%
糠醛300.750.7897.0
粘合劑5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性劑3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑劑801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗滌劑12601.101.7511.0
顏料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墻涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
專用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
實際上,在制造業(yè)中選用不同的化學(xué)加工工藝對其成本影響很大。
植物/農(nóng)作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關(guān)，因此要進一步開發(fā)新的化學(xué)和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應(yīng)用范圍，使之成為經(jīng)濟可行系統(tǒng)。
二、前景
由于植物/農(nóng)作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構(gòu)成了一種多維的發(fā)展前景。本“設(shè)想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開發(fā)效果。
1、廢料和副產(chǎn)物利用
從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術(shù)才能使其成為更重要的資源。
(1)現(xiàn)代化學(xué)
森林工業(yè)已經(jīng)將副產(chǎn)物利用發(fā)展成為一個較大的行業(yè)，如紙漿副產(chǎn)液轉(zhuǎn)化為磺酸木質(zhì)素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹皮制丹寧。農(nóng)作物的磨榨工業(yè)開發(fā)了許多應(yīng)用副產(chǎn)物進行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產(chǎn)擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒有開發(fā)相應(yīng)的副產(chǎn)利用加工工藝，經(jīng)常將副產(chǎn)淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產(chǎn)物的利用具有許多發(fā)展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產(chǎn)物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴大利用植物基資源。
(2)改進化學(xué)
木本植物和有些農(nóng)作物加工中有較高的木質(zhì)纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小分子技術(shù)。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開發(fā)已在進行。用金屬有機物化學(xué)將碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋祷瘜W(xué)品是擴大利用植物基原料的又一技術(shù)途徑。改進化學(xué)方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經(jīng)濟回報率。
(3)生物加工
在比較復(fù)雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)某種分子，再將其分離出來成為需要的產(chǎn)物。生物轉(zhuǎn)化是應(yīng)用微生物、細胞或不含細胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產(chǎn)物利用機會，隨著分離技術(shù)的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應(yīng)用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，從廢料中生產(chǎn)新分子不是一條最佳途徑。
2、現(xiàn)有農(nóng)作物
從近期看擴大應(yīng)用具有最佳機會。
(1)現(xiàn)代化學(xué)
從化學(xué)工業(yè)整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經(jīng)濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改進化學(xué)
如果植物衍生原料是結(jié)構(gòu)型的生物質(zhì)，含有木質(zhì)素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢。一些新技術(shù)，如綜合燃燒或金屬有機化學(xué)等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產(chǎn)資源外，約有5200億磅的生物質(zhì)資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質(zhì)、用途都不同，因此需要改進其化學(xué)方法，發(fā)揮其潛能。新化學(xué)工藝與生物加工及先進的分離技術(shù)綜合起來可產(chǎn)生很大效益。
(3)生物加工工藝
植物作為生物加工原料量大而多樣，從結(jié)構(gòu)型生物質(zhì)到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢很大：用酶轉(zhuǎn)換玉米衍生的葡萄糖生產(chǎn)高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經(jīng)過發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學(xué)產(chǎn)品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產(chǎn)品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產(chǎn)品，現(xiàn)在正在中試。多種學(xué)科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內(nèi)取得成效的一種良好運行模式。
(4)新分子
植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產(chǎn)生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產(chǎn)品需求增加，投入產(chǎn)出可能會促使其發(fā)展，技術(shù)和經(jīng)濟的綜合研究要沿著產(chǎn)品開發(fā)鏈進行，從界定所需要的產(chǎn)品——需要的特性——分子結(jié)構(gòu)——中間體——酶技術(shù)——蛋白質(zhì)/基因工程——投入植物的最佳原料——生產(chǎn)優(yōu)化等。
3、新鮮農(nóng)作物
此項作為中期發(fā)展機遇。
(l)現(xiàn)代化學(xué)
因為化學(xué)工業(yè)一般不認為農(nóng)作物的利用能獲得較高的經(jīng)濟價值，因此新鮮農(nóng)作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術(shù)限制否定了其經(jīng)濟性。
(2)改進化學(xué)
從投入產(chǎn)出看，存在類似問題，如果改進的化學(xué)工藝需要專門的農(nóng)作物，-新鮮農(nóng)作物可能會有優(yōu)勢。另一優(yōu)勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規(guī)模，所需原料只能就近供應(yīng)新鮮農(nóng)作物。因此改進工藝應(yīng)當與供應(yīng)系統(tǒng)平行進行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農(nóng)作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運輸費用很高。
(3)生物加工工藝
與改性化學(xué)類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產(chǎn)品。在技術(shù)上要考慮農(nóng)作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進行加工。優(yōu)化工藝是影響運作經(jīng)濟很重要的因素。
4、改性基因類植物
這是中長期發(fā)展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經(jīng)濟，或是其他經(jīng)濟，這要看建立在生物工程基礎(chǔ)上的新工業(yè)平臺所能發(fā)揮的作用。
(1)現(xiàn)代化學(xué)
基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價太高。因此投入技術(shù)要能跨越加工技術(shù)，或者是較復(fù)雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應(yīng)用此改性原料。當然這些變革都要從經(jīng)濟和環(huán)境兩方面來評價其效益。
(2)改性化學(xué)
對優(yōu)化植物/農(nóng)作物基原料投入和加工有好處，應(yīng)當進行此方面研究。至于何時見效則要根據(jù)基因技術(shù)進展及其達到工業(yè)化時間來確定。
(3)生物加工工藝
微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術(shù)本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時所需要的可作基礎(chǔ)原料的分子可以部分在植物原料內(nèi)進行合成，用生物轉(zhuǎn)化或高度專門化的生物/化學(xué)工藝進行分離。為了繼續(xù)應(yīng)用化石燃料生產(chǎn)專門產(chǎn)品，需要進行研究開發(fā)，使有限資源能取得最大的價值。
(4)新分子
過去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據(jù)消費者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學(xué)將繼續(xù)發(fā)展，市場銷售者將繼續(xù)設(shè)計新的消費品，塑料的未來變化難以預(yù)料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺基礎(chǔ)的新分子將會很多，物理與化學(xué)科學(xué)與生物工程材料結(jié)合將產(chǎn)生新的領(lǐng)域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎(chǔ)原料的渠道，支持社會基礎(chǔ)設(shè)施。開發(fā)和拓寬其可能性，需要先進的技術(shù)，這將是未來新領(lǐng)域。
生物技術(shù)的潛在影響及實施“設(shè)想”的工作途徑
生物技術(shù)的潛在影響
對一個新的技術(shù)領(lǐng)域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關(guān)協(xié)會的活動、觀察開發(fā)進程、審視所取得的成功進展。
90年代初期，許多人對生物技術(shù)將對農(nóng)作物帶來很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉(zhuǎn)基因作物在產(chǎn)業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關(guān)于新的作物保護途徑，對保護植物生產(chǎn)免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。
由于管理方面的需要，轉(zhuǎn)基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監(jiān)測服務(wù)中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉(zhuǎn)基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在進行。
為了改變植物組分以提高營養(yǎng)價值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應(yīng)用，一些轉(zhuǎn)基因改性品種已經(jīng)進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質(zhì)形態(tài)操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產(chǎn)生抗體、工業(yè)酶生產(chǎn)、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產(chǎn)。
轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴大應(yīng)用開辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產(chǎn)提供分子基礎(chǔ)原料和更為復(fù)雜的分子原料。用植物基原料主產(chǎn)聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從A1-coligenenentrophus細菌的3種基因已經(jīng)能轉(zhuǎn)入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。
在過去50年內(nèi)，通常用的植物培植產(chǎn)率已經(jīng)提高了3倍，根據(jù)農(nóng)作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產(chǎn)物。高級植物種植要用基因圖譜和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，進一步提高食物和飼料生產(chǎn)需要供應(yīng)的植物基原料。
生物技術(shù)對植物基原料已經(jīng)產(chǎn)生革命性的影響。但是，用生物技術(shù)來改變植物，使之適合烴類經(jīng)濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉(zhuǎn)基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢。
實施“設(shè)想”的工作途徑
要成功實施美國可再生資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略設(shè)想(以下簡稱“設(shè)想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發(fā)、工業(yè)過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應(yīng)“設(shè)想”的多學(xué)科計劃以及各個項目的協(xié)作都要求有一共同的目標，向前沿技術(shù)邁進。應(yīng)用改進的化學(xué)工藝加工現(xiàn)有的農(nóng)作物，包括集成運用生物工藝，可以納入短期計劃之內(nèi)，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學(xué)，結(jié)合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內(nèi)實施并產(chǎn)生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內(nèi)可以取得回報。
如果在這些領(lǐng)域內(nèi)取得成功，在工業(yè)應(yīng)用上就可以有了一個可行的堅實科學(xué)基礎(chǔ)。新鮮作物應(yīng)用開發(fā)將被看作是一個降低這些系統(tǒng)成本的一種機制，或是改善供應(yīng)狀況(數(shù)量和質(zhì)量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。
當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應(yīng)鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進入國內(nèi)和國外兩個市場。對轉(zhuǎn)基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進一步研究。
本“設(shè)想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現(xiàn)。下一階段就要進行各方的協(xié)調(diào)工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎(chǔ)，針對“設(shè)想”提出的目標進行開發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發(fā)來支持“設(shè)想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。
優(yōu)化生物質(zhì)和農(nóng)作物基原料生產(chǎn)，達到計劃應(yīng)用要求狀況。
為植物基原料的供應(yīng)鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農(nóng)村經(jīng)濟的機制。
加速發(fā)展基于改性化學(xué)和生物工藝的新工藝，同時考慮利用植物/農(nóng)作物基可再生資源原料。
對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產(chǎn)生影響的項目，或是多學(xué)科項目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項目選擇標準應(yīng)考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。
植物/農(nóng)作物基可再生資源對工業(yè)基礎(chǔ)原產(chǎn)的需求增長是一個戰(zhàn)略性措施，也是使美國在21世紀繼續(xù)保持領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略性選擇。開發(fā)基礎(chǔ)資源具有經(jīng)濟、環(huán)境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設(shè)想是需要的，要聯(lián)合投資者對新途徑進行投資，才能創(chuàng)造一個安全的未來。
“設(shè)想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應(yīng)變化的”。
2020年可再生資源應(yīng)用將增加五倍
《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想實施的技術(shù)指南》(以下簡稱“技術(shù)指南”)，是《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想》(以下簡稱“設(shè)想”)的補充，提出的目的是：支持“設(shè)想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問題，確定優(yōu)先的研究領(lǐng)域。
要達到上述目的需要進行協(xié)調(diào)觀念開發(fā)，收集專家證明，組織多學(xué)科研討會、聽證會，優(yōu)勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術(shù)指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關(guān)部門不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問題提出“設(shè)想”，針對“設(shè)想”結(jié)合現(xiàn)實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發(fā)領(lǐng)域，從而找出優(yōu)先研究開發(fā)的課題。這些課題所屬領(lǐng)域都是能為利用可再生資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領(lǐng)域。通過參加“技術(shù)指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應(yīng)用生物基原料需要涉及多門學(xué)科。但是有3個產(chǎn)業(yè)是中心，即化學(xué)、生物和農(nóng)業(yè)，每個產(chǎn)業(yè)都涉及幾門不同的學(xué)科，如農(nóng)業(yè)，林業(yè)和石油化學(xué)。
1、農(nóng)業(yè)和林業(yè)
農(nóng)業(yè)：是一個廣泛的概念，包括谷物生產(chǎn)、林地和牧場等。這些土地上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品一起構(gòu)成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的CO2和土壤中養(yǎng)分進行原始生產(chǎn)而成為可再生資源。美國擁有大量優(yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進的技術(shù)基礎(chǔ)，通過資源保護和利用，每年可產(chǎn)生可再生資源的巨大財富。林業(yè)：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口140萬，每年生產(chǎn)價值2000億美元產(chǎn)品。過去10年內(nèi)，紙張部門的增長比木材業(yè)快。木材和紙產(chǎn)品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業(yè)已經(jīng)制定出2020年發(fā)展設(shè)想以及相應(yīng)的研究計劃。該設(shè)想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術(shù)以及樹木生理學(xué)和土壤科學(xué)等理論。
農(nóng)業(yè)和林業(yè)通過應(yīng)用基因?qū)W技術(shù)和轉(zhuǎn)基因植物等新手段將會出現(xiàn)大的躍進。在不久的將來，可生產(chǎn)出大數(shù)量和高質(zhì)量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內(nèi)制造完全新型的聚合物，并可大量生產(chǎn)，成為經(jīng)濟的消費用品。
美國將技術(shù)進展應(yīng)用于植物和農(nóng)作物的調(diào)整，使其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保持可持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發(fā)可再生資源基礎(chǔ)的研究來支持。
2、石油化工業(yè)
化學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)和地理學(xué)等幾門學(xué)科在石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，對人們生活產(chǎn)生的影響是50年前難以想像的。石油化學(xué)工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產(chǎn)品，從高性能的噴氣發(fā)動機燃料到基礎(chǔ)化學(xué)品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化學(xué)工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經(jīng)建立了可觀的基礎(chǔ)設(shè)施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產(chǎn)品，用于化工及其他工業(yè)基礎(chǔ)原料生產(chǎn)，每天約為260萬桶油短類原料。
近年來，工業(yè)化學(xué)品和塑料生產(chǎn)都有巨大的增長。塑料工業(yè)從業(yè)人員120萬人，有20000套生產(chǎn)加工裝置，過去在研究開發(fā)上花費以10億美元數(shù)計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內(nèi)。世界原油生產(chǎn)已經(jīng)變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應(yīng)呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，在20年內(nèi)原油產(chǎn)量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術(shù)，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生資源補充石油化學(xué)品，要從現(xiàn)在開始，由少量到大量逐步進行，有關(guān)研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應(yīng)衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的。
“設(shè)想”中提出的指標是“2020年基礎(chǔ)化學(xué)品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產(chǎn)總量計算，也比當前消費水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。
換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產(chǎn)品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應(yīng)用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：
由于不是一個競爭替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。
需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動，應(yīng)當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎(chǔ)指標外，其他一些相關(guān)的指標也是很重要的，包括：
建立系統(tǒng)，通過加強經(jīng)濟可靠性的基礎(chǔ)設(shè)施支持，將供應(yīng)、制造和分銷等活動集成起來。
通過功能基因?qū)W來提高對植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對專門的增值加工工藝的設(shè)計和應(yīng)用，除應(yīng)用現(xiàn)有的組分外，要開拓新型聚合物生產(chǎn)和應(yīng)用。要保證開發(fā)的新工藝過程的效率高于95%，同時應(yīng)用伴生工藝，應(yīng)用所有副產(chǎn)物，消除廢料，保證新的平臺能在特殊的環(huán)境條件下堅持目標方向?qū)Υ_定目標與研究指標要反復(fù)交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。
在生產(chǎn)和分銷中要開發(fā)保持穩(wěn)定供應(yīng)的途徑，在年生產(chǎn)一定范圍基礎(chǔ)上控制一些因素，如價格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質(zhì)量等。同時要制定提出這些因素的標準。
建立進一步合作伙伴關(guān)系，改進綜合集成，通過加強農(nóng)村發(fā)展來支持取得成功。
“設(shè)想”的目標要實現(xiàn)，主要要使本“技術(shù)指南”中所列出的目的大綱都能達到?；蚋男灾参锷a(chǎn)專門的代謝產(chǎn)品和開發(fā)補充性的化學(xué)改性產(chǎn)品取得成效就可以達到2020年可再生資源應(yīng)用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
可再生資源應(yīng)用技術(shù)和市場的障礙及問題
將可再生資源制成消費產(chǎn)品的整個系統(tǒng)中有許多障礙和問題，其中關(guān)鍵和問題是：
植物科學(xué)方面：基因?qū)W、酶、新陳代謝和組分。
生產(chǎn)方面：單位成本、收率、持續(xù)性、基礎(chǔ)設(shè)計、植物設(shè)計。
加工方面：經(jīng)濟學(xué)、分離、轉(zhuǎn)化、生物催化、基礎(chǔ)設(shè)施。
應(yīng)用方面(由技術(shù)和材料驅(qū)動的問題)：經(jīng)濟學(xué)、功能性、性能、新用途。
應(yīng)用方面(由市場和需求驅(qū)動的問題)：價格性能比、性能、知覺、市場開發(fā)。
現(xiàn)將上述關(guān)鍵和問題擇要分別介紹于下。
一、關(guān)于應(yīng)用方面（材料驅(qū)動問題）
1、經(jīng)濟學(xué)
單位成本是當前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經(jīng)常引起爭論的一個問題，問題的核心是競爭性成本狀態(tài)。在多數(shù)情況下，應(yīng)用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎(chǔ)的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個非常復(fù)雜的因素互相影響，諸如產(chǎn)品價值、材料成本、產(chǎn)量、需要加工程度以及所用基礎(chǔ)原料的性能等。因此如果未來的戰(zhàn)略只考慮降低本是不會成功的。最重要的經(jīng)濟推動因素不是成本本身，而是制得的產(chǎn)品和制造費用的差價(即增值)。
產(chǎn)品價格是諸多因素的函數(shù)，諸如產(chǎn)品利用、性能、消費者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價格、供應(yīng)的持續(xù)性、加工、廢料處理費用和投資等諸因素影響，要符合當前的具有競爭性的通用化學(xué)品工業(yè)的低成本需要。但是，從長遠考慮，只進行成本比較是有問題的，因為未來的化石燃料的成本是難以預(yù)測的。
在當前情況下，用烴類原料生產(chǎn)消費型產(chǎn)品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點。因為石油化工已經(jīng)研究了100年，有了3代科學(xué)家，政府投入了大量資源才使之達到今日的水平。與之相比，植物基材料應(yīng)用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應(yīng)用來適應(yīng)已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應(yīng)用數(shù)量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進行技術(shù)開發(fā)，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。
2、功能性
改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復(fù)雜的分子和聚合物。植物中已經(jīng)含有不同形態(tài)的聚合物，可以在許多產(chǎn)品中應(yīng)用。但是，在現(xiàn)在加工系統(tǒng)中尚無大量應(yīng)用。用量有限的原因有幾個方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經(jīng)由植物衍生的蛋白質(zhì)聚合物研制出塑料薄膜的試驗產(chǎn)品，顯示出其應(yīng)用的潛力。而且，植物擁有立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以得到一些有價值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎(chǔ)原料的反應(yīng)性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應(yīng)用思路的產(chǎn)生。
二、關(guān)于應(yīng)用方面（需求驅(qū)動問題）
1、市場開發(fā)的費用
植物衍生材料應(yīng)用的一個關(guān)鍵是市場開發(fā)費用高。正如許多新產(chǎn)品市場一樣，新產(chǎn)品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續(xù)發(fā)展的資源，常常只停留在試驗階段。工業(yè)化的成功率低，由于沒有一定的供應(yīng)量而常使產(chǎn)品衰落。因此，需要大力改進產(chǎn)品開發(fā)和支持機制，而且要進行與產(chǎn)品相關(guān)的市場開發(fā)，這是擴大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應(yīng)用的標準都是基于石化產(chǎn)品，沒有適應(yīng)生物基產(chǎn)品的標準，這也是要成功地與石化產(chǎn)品競爭的另一障礙。
2、認識問題
植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當前處于“石化時代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因為未得優(yōu)化。雖然公眾環(huán)境意識增強，但是對植物基產(chǎn)品需求尚不足以創(chuàng)造市場來拉動技術(shù)開發(fā)。因此，當前可再生資源的進展主要是基于技術(shù)推動的結(jié)果，只有增加市場拉動才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會有更多的變革。因此，如果沒有各種經(jīng)濟傾斜途徑，現(xiàn)狀是難以改變的。
三、加工問題
1、基礎(chǔ)設(shè)施中分銷問題
多年來石油化學(xué)工業(yè)已經(jīng)建立了加工和分銷烴類基礎(chǔ)產(chǎn)品的有效基礎(chǔ)設(shè)施。由于依賴進口原油，美國的多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是建設(shè)在海岸線上。因此，許多現(xiàn)有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進行加工，它們最好接近于供應(yīng)地。要應(yīng)用大量植物原料就需要進一步將供應(yīng)和加工制造集成起來。應(yīng)當開拓確立農(nóng)村發(fā)展優(yōu)勢和重點的戰(zhàn)略和措施，更好地鼓勵多用可再生資源。
2、分離技術(shù)
應(yīng)用植物于工業(yè)用途的一個關(guān)鍵是缺少植物組分的分離技術(shù)。樹木具有非常復(fù)雜的成分如木質(zhì)纖維素。此成分強度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數(shù)農(nóng)作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油分和數(shù)萬種其他組分。通常對許多谷物發(fā)芽和生長都能進行良好的安排，而對其作為原料進行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經(jīng)開發(fā)，但如何將專門形態(tài)的蛋白質(zhì)和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費用很高而且技術(shù)困難，這是應(yīng)當要解決的問題。將反應(yīng)與分離集成起來的加工系統(tǒng)(如催化蒸餾)可能是一個解決問題的方向。但是此類系統(tǒng)目前應(yīng)用有限。而且還未被開發(fā)作為植物基原料方面的應(yīng)用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應(yīng)用先進的分離技術(shù)來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發(fā)中目前就因缺少高效純凈的經(jīng)濟上可行的分餾工藝技術(shù)而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產(chǎn)品的特性和質(zhì)量。
3、轉(zhuǎn)換技術(shù)
要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉(zhuǎn)換成較為簡單的分子，這才可以進行進一步反應(yīng)。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進行回收。
知識不足是另一關(guān)鍵，目前人們尚缺乏關(guān)于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識。這些知識的缺乏和不足就構(gòu)成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應(yīng)用。發(fā)酵是用來將某些農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品的工藝，轉(zhuǎn)化是非均相的。所用的轉(zhuǎn)化方式，副產(chǎn)利用和分離等方面仍有許多有待改進之處。一般地說，植物系統(tǒng)的復(fù)雜化學(xué)問題使新型或改進植物基加工工藝的設(shè)計較為困難。烴類化學(xué)制造中有豐富的氧化化學(xué)知識，還原化學(xué)方面較少，這些都是植物系統(tǒng)加工所需要的。目前特別缺少關(guān)于還原生物催化劑共生因子系統(tǒng)方面的實踐知識。
植物原料加工工藝開發(fā)的另一個大的障礙是當前缺乏有關(guān)的教育培訓(xùn)。目前化學(xué)工程課程中只有少數(shù)涉及生物化學(xué)課題，多數(shù)畢業(yè)生成為化學(xué)工程師只擁有非?；A(chǔ)的生物工藝知識和有限的重要生物分離的知識。多年來，工藝化學(xué)家和工程師的培訓(xùn)重點都是烴類化學(xué)，考慮植物基可再生資源加工需要很少。
四、生產(chǎn)方面
1、收率、持續(xù)性和基礎(chǔ)設(shè)施
因為目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造紙外，只是關(guān)注未來的供應(yīng)分銷而不是現(xiàn)實存在的問題。但是，這些對實現(xiàn)可再生資源的目標都是十分重要的。在供應(yīng)的持續(xù)性方面，數(shù)量和質(zhì)量都是未知數(shù)。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續(xù)性問題就不成關(guān)鍵。但是如果要設(shè)計應(yīng)用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質(zhì)量和數(shù)量的穩(wěn)定性就非常重要。
在一些情況下，供應(yīng)持續(xù)性中的不確定因素實際上就是風險管理的內(nèi)容。未來的石油化工供應(yīng)問題和可再生資源供應(yīng)問題都有風險。對石油化工來說，未來的供應(yīng)不桷定因素可能因世界上一些區(qū)域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區(qū)因素。如果某些專門植物不能大量生產(chǎn)可能導(dǎo)致貿(mào)易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎(chǔ)設(shè)施來保證經(jīng)濟可靠性。另一個沖擊供應(yīng)持續(xù)性的不確定因素是未來的農(nóng)作物用途是作為食物還是作為工業(yè)原料。一方面是根據(jù)供應(yīng)短缺理論，認為農(nóng)業(yè)難以供應(yīng)飛躍增長的人口和消費品增長所需的原料。實際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進行工業(yè)利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業(yè)原料問題的方案。因此，在供應(yīng)方面必須應(yīng)用新技術(shù)，如生物技術(shù)，這樣才能保持產(chǎn)率不斷提高，使農(nóng)業(yè)能達到一個新的水平。
2、植物設(shè)計、植物科學(xué)、基因?qū)W
轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)顯示出令人鼓舞的前景，要進一步充分利用尚有大量工作有待進行。存在的一個主要障礙是對植物本身內(nèi)在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進行設(shè)計。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識匱乏是其發(fā)展中的限制因素。
近年來功能基因?qū)W的進展有望促進對材料合成設(shè)計的理解。但是這門科學(xué)目前剛開始，與類似的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相比所取得的支持還是很有限的?；蜣D(zhuǎn)變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質(zhì)體以及細胞核的常規(guī)轉(zhuǎn)變。在植物變化、基因?qū)W和生物信息等方面有著廣泛的研究項目，但是將這些出現(xiàn)的新技術(shù)應(yīng)用于可再生資源的專門研究則很少。
要使科學(xué)知識不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學(xué)科的研究。但是，需要努力加強和協(xié)調(diào)才能促進現(xiàn)有的障礙及時地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內(nèi)含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結(jié)合。
研究和開發(fā)的課題
《美國植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》(以下簡稱“技術(shù)指南“)列出為解決植物/農(nóng)作物基可再生資源利用中的主要障礙應(yīng)當進行研究開發(fā)的課題。“技術(shù)指南”按4個主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發(fā)課題，每個研究課題的影響都有其時間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標的達到可用以衡量面向2020年可再生資源開發(fā)利用設(shè)想的前進步伐。
一、植物科學(xué)研究方面
1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)
(1)應(yīng)用功能基因?qū)W了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農(nóng)作物基因計劃結(jié)合；
(2)開發(fā)能實時進行植物組分的定量分析工具；
(3)改進轉(zhuǎn)基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎(chǔ)上提高效益10倍；
(4)開發(fā)1—2種主要農(nóng)作物的基因標記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；
(5)將80%現(xiàn)有的germplasmbase進行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質(zhì)和油分；
(6)找尋發(fā)展中的生物信息學(xué)利用途徑，推動可再生資源的研究和開發(fā)，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影響課題
(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個限制速率的關(guān)鍵步驟；
(2)利用功能基因?qū)W弄清分子、細胞和整個植物的控制管理；
(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標準；
(4)在2種植物中，建立碳庫并為細胞分割確定控制點；
(5)在plastid轉(zhuǎn)變中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)創(chuàng)建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如C5)大于3O%；
(7)利用基因開關(guān)的方法；
(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學(xué)基礎(chǔ)。
3、長期影響課題
(1)重新設(shè)計新陳代謝過程，提供有用的碳結(jié)構(gòu)骨架；
(2)應(yīng)用有針對性進化技術(shù)建立100個未來原料的品種庫；
(3)設(shè)計新型分子或改性現(xiàn)有化合物，使之適應(yīng)于功能需要；
(4)為提供工業(yè)用原料，創(chuàng)制2種新植物種類；
(5)利用簡單的細胞組織進行成本和能源效率評價；
(6)利用計算機技術(shù)設(shè)計植物組分。
二、生產(chǎn)研究方面
1、近期影響課題
(1)提高畝產(chǎn)量10%~15%以降低原材料單位成本；
(2)改善農(nóng)業(yè)管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，
(3)確定至少10種影響原料組分和質(zhì)量的因素；
(4)對至少10種具有潛力的系統(tǒng)和植物類型的畝產(chǎn)效率進行定標趕超（如主要農(nóng)作物、林業(yè)和多年生種類等）；
(5)調(diào)節(jié)氣候條件對生產(chǎn)的影響；
(6)每年對2種農(nóng)作物的潛力進行評價或用其他方法評價畝產(chǎn)量；
(7)提高當前農(nóng)業(yè)加工中廢料利用率5倍；
(8)在單位投入基礎(chǔ)上提高貧瘠土地產(chǎn)量2倍。
2、中期影響課題
(1)提高產(chǎn)量，使單位投入的碳產(chǎn)出為1998年基礎(chǔ)上的2倍；
(2)為長期可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統(tǒng)方法；
(3)對收獲產(chǎn)物和主要植物成分建立標準；
(4)專門設(shè)計收獲裝備，盡量增大碳的收獲；
(5)開發(fā)新的利用方法，使現(xiàn)在遺留在土地上的農(nóng)作物45%能得到利用，
(6)培育適應(yīng)專門土地和土壤的農(nóng)作物；
(7)建立農(nóng)業(yè)信息學(xué)基礎(chǔ)，重點是不同來源的可再生資源植物類型、生產(chǎn)價值、質(zhì)量和單位成本。
3、長期影響課題
(l)在化石燃料排出廢氣中CO2的固定；
(2)從現(xiàn)在植物/農(nóng)作物生產(chǎn)中消除碳的廢料；
(3)設(shè)計新的農(nóng)作物/植物生長系統(tǒng)，優(yōu)化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；
(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進行設(shè)計；
(6)對連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)進行設(shè)計和評價。
三、加工研究方面
1、近期影響課題
(1)改進分離技術(shù)，處理大于95%的非均—植物材料；
(2)改進單體基礎(chǔ)原料變換的生物催化劑；
(3)開發(fā)3種具有高選擇性的快速反應(yīng)強力催化劑；
(4)為將植物聚合物轉(zhuǎn)換為有用的單體，找出新型和性能優(yōu)良的酶(具有10倍活性)并進行評價；
(5)將微生物進行工程化，改善非均—植物的發(fā)酵；
(6)提高廢物利用率2倍；
(7)開發(fā)高效的除水技術(shù)并對改進的非水溶劑反應(yīng)系統(tǒng)進行評價；
(8)在植物材料中利用天然立體化學(xué)方法的評價。
2、中期影響課題
(1)應(yīng)用5種以上高級分離系統(tǒng)(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；
(2)為經(jīng)濟捕集植物單體和聚合物開發(fā)改進的分離——純化技術(shù)；
(3)為2種以上植物類型建立經(jīng)濟共生系統(tǒng)；
(4)通過分子進化技術(shù)設(shè)計并創(chuàng)制50種新型酶；
(5)開發(fā)100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；
(6)研究反應(yīng)性分級系統(tǒng)；
(7)對微生物、酶和化學(xué)品庫的性能建立信息學(xué)基礎(chǔ)，用于特殊的轉(zhuǎn)化。
3、長期影響課題
(1)實現(xiàn)原料加工中無廢料的多種產(chǎn)出的連續(xù)工藝；
(2)為改性植物和組分設(shè)計新設(shè)備；
(3)為3種以上新產(chǎn)品(如將工程化酶轉(zhuǎn)入植物并在收獲中得到活化)設(shè)計新機制；
(4)固態(tài)酶轉(zhuǎn)化；
(5)設(shè)計14種化學(xué)與生物結(jié)合型反應(yīng)器；
(6)評價植物組分在分離前相內(nèi)的作用。
四、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施研究方面
1、近期影響課題
(3)探求3種在現(xiàn)有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴大應(yīng)用植物原料的機遇；
(4)分析測量系統(tǒng)，對90%以上的主要植物組分進行定量；
(5)實時評價單位性能成本和增值成本的方法；
(6)評價運輸系統(tǒng)及成本；
(7)計算出100%年加工貯存量和投人產(chǎn)出的需求量；
(8)創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施，擴大利用農(nóng)業(yè)廢料。
2、中期影響課匾
(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系知識；
(2)開發(fā)對高質(zhì)量原材料的100%鑒別保護系統(tǒng)；
(3)為價值驅(qū)動的生產(chǎn)和定貨實現(xiàn)營銷系統(tǒng)；
(4)對在同一地點的多目的利用區(qū)的協(xié)同作用進行評價；
(5)對原材料組分和加工過程中的中間產(chǎn)物實現(xiàn)實時定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；
(6)開發(fā)生產(chǎn)預(yù)測手段，準確性大于95%；
(7)在一組植物原料性能基礎(chǔ)上建立信息學(xué)基礎(chǔ)，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應(yīng)用范圍等。
3、長期影響課題
(1)所需功能進行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計制備植物化合物至少10種；
(2)在植物生產(chǎn)區(qū)內(nèi)開發(fā)至少5個制造利用中心；
(3)開發(fā)3種以上有新功能的新材料；
(4)提出擴大利用可再生資源所需的教育培訓(xùn)需求；
(5)在植物組分功能間協(xié)同作用的利用；
(6)設(shè)計最終產(chǎn)品的貯存和運輸，使之到達銷售中心和出口；
(7)為供需關(guān)系的控制創(chuàng)建減輕超過90%風險的戰(zhàn)略。
當前，美國有一些項目已在進行，可視為工業(yè)原料中應(yīng)用可再生資源的先驅(qū)，也可視為本“技術(shù)指南”中研究項目的示范事例。其一是在轉(zhuǎn)基因植物開發(fā)中的聚羥基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當?shù)募毦蜻M行轉(zhuǎn)化并弄清植物內(nèi)在的新陳代謝路徑，從而構(gòu)成制備方法?，F(xiàn)在正在進行分離、生產(chǎn)標準等項工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應(yīng)制備聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合資企業(yè)已在充分研究的基礎(chǔ)上進一步投資數(shù)百萬美元建立制造裝置進行工業(yè)開發(fā)。PLA是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發(fā)酵過程和酶的活性是重要因素。最終的PLA樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規(guī)格品種。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。
協(xié)同與合作是取得成功的途徑
未來利用可再生資源需要采取一條多學(xué)科和跨行業(yè)途徑。在許多領(lǐng)域內(nèi)的研究成就都提供了發(fā)展機遇，如生物聚合物、立體結(jié)構(gòu)型分子、新型酶、新材料和轉(zhuǎn)基因設(shè)計等。但是每個方面內(nèi)的任何進展如果只當作孤立的技術(shù)領(lǐng)域是遠遠不夠的，需要更有力的相關(guān)研究計劃，采取平行的和協(xié)調(diào)的方式進行工作，才能取得成果。
要取得有效益的進展必須采取多學(xué)科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個組織都難以具備有如此深度和廣度的技術(shù)能力。因此，對研究提供的支持應(yīng)當是多方面的，而且要在跨行業(yè)的系統(tǒng)中進行。
“植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想”(以下簡稱“設(shè)想”)中提出的要求需將重點瞄準有限的熱點目標同步取得進展。對于研究工作則需要有準確的時間表和系統(tǒng)中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協(xié)同的道路。例如，一位科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價值受到以下一些因素的限制：發(fā)現(xiàn)適當?shù)幕?、新陳代謝過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產(chǎn)率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產(chǎn)品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發(fā)才能取得相應(yīng)的進展。進行這些研究開發(fā)要采取最佳途徑保證研究成果關(guān)鍵的目標互相協(xié)調(diào)、平行地進行，此途徑要鼓勵私營部門的參與。
當前，植物和農(nóng)作物作為生物質(zhì)和原料已被應(yīng)用，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業(yè)主要是為紙漿和造紙?zhí)峁┰?。黃豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發(fā)酵工藝已經(jīng)進入幾個工業(yè)部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農(nóng)作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發(fā)展機遇。
“技術(shù)指南”已經(jīng)突出了未來取得進展的途徑，而且確定了系統(tǒng)的各個組成部分的目標。成功地達到這些目標就可實現(xiàn)“設(shè)想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時也為2020年以后進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。按“技術(shù)指南”目標提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費品和能源的需要。當前進行研究將為今后的產(chǎn)品選擇提供機會?？稍偕Y源需要將注意焦點放在以下幾個方面：發(fā)展方向、最佳科學(xué)思維的應(yīng)用、最先進技術(shù)的應(yīng)用和最高級智能水平的繼續(xù)研究等。本“技術(shù)指南”已經(jīng)提出了需求和研究開發(fā)課題，其目的就是為美國開拓實施一條成功的可再生資源戰(zhàn)略。而且也選出了需要優(yōu)先支持的領(lǐng)域，它們都是從幾個已經(jīng)確定的科學(xué)研究和工業(yè)開發(fā)需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關(guān)鍵部門有最大的投資回報。
未來世界許多方面都會延續(xù)但將發(fā)生變化。幸運的是我們已看見其需求并具有科學(xué)智慧適應(yīng)變化的發(fā)展。美國要保持領(lǐng)先地位就要繼續(xù)采取迅速的行動來滿足擴大利用可持續(xù)發(fā)展的可再生資源的需求。不斷的科學(xué)突破和技術(shù)進步(正如“技術(shù)指南”文件中所列出的項目和課題)才能滿足資源利用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)正在我們面前，我們面臨的挑戰(zhàn)是為滿足人們對產(chǎn)品不斷增長的需求。
“技術(shù)指南”中從兩個方面表明多學(xué)科和跨部門的研究開發(fā)對實現(xiàn)“設(shè)想”的重要性：
一是植物的投人，同時要考慮廢料和副產(chǎn)物利用、改性基因?qū)W的應(yīng)用。
