生物技术与生物工程
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生物技术与生物工程范文第1篇
我国生态环境污染日趋严重,如 “三废”污染、水体污染、土壤污染、废弃塑料和农用地膜污染、农用化肥和农药污染等,造成水资源严重短缺,土地荒漠化日益加剧,森林覆盖率剧减,草场严重退化。生态环境的恶化,时刻威胁着人们的生命财产安全,疾病发病率也迅速提高。因此,必须积极发展高新技术,如现代环保生物技术等,采用防治结合的方式,解决当前的环境危机,维护生态平衡,已迫在眉睫。
2环境生物技术简介
生物技术是建立在生命科学的基础上,通过直接或间接的方式利用生物或生物有机体的特定部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染,同时又能生产有用物质的工程技术。主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、染色体工程、生化工程等。生物技术在环保领域发挥着越来越重要的作用,正衍生出一门新兴的学科与技术,即我们所说的“环境生物技术”,亦称“环境生物工程”。其特点如下:
2.1 实现对污染物的循环利用
对垃圾废弃物的降解生成的产物或副产物,一般都可重新利用。这样,可把污染降到最小程度,不仅可解决长期污染的问题,还实现了对固废的循环利用。
2.2安全可靠、效果明显
利用发酵工程技术治理,产生的物质基本属于稳定无害的物质,常见的包括CO2、水、氮气、甲烷等。并且,多数都是一步到位,无二次污染。因此,该技术既安全、彻底又高效。
2.3简化流程,节约成本
生物技术是建立在酶促反应基础上的生物化学过程。酶作为生物催化剂,实质是一种活性蛋白质。一般在常温常压或近乎中性的条件下即可发生反应。因此,绝大部分生物治理对环境条件要求不高,并可就地实施。
3.环境生物技术在三废处理中的应用
3.1在废水处理方面的应用
废水中含有许多有毒有害物质,比如,酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇、蛋白质等。废水生化处理经近百年的发展,现已形成了许多新工艺、新技术。通过生物技术治理废水,主要借助微生物的降解作用完成。它分为耗氧降解技术与厌氧降解技术两种。耗氧降解技术又分为:活性污泥法与生物膜法。目前,采用较多的是固定化酶与固定化细胞技术,它属于酶工程技术。固定化酶又称为水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法,导致水溶性酶和固态的不溶性载体结合起来,从而使酶不再溶于水。微生物细胞犹如一个天然的固定化酶反应器。微生物细胞的固定可采用制备固定化酶的方式。对于污水中的多种污染物,均可通过固定化酶或固定化细胞进行治理。国内外有很多这方面的成功案例。
3.2在废气净化方面的应用
废气是近年来重要的污染源之一。如何利用生物技术高效净化废气也成为重要的研究课题。目前采用的方法包括生物过滤、生物洗涤、生物吸附和植物修复法等。常用的生物反应器有生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。根据微生物在废气处理过程中的具体形式,分为两大类:生物吸附法与生物过滤法。前者可治理含胺、酚和乙醛等气体,后者可降解恶臭性废气。植物修复技术是把太阳能作为动力,依靠植物的同化作用达到净化气体的目的。它属于一种绿色技术。现在,全球都有很多成功处理废气的案例。美国利用微生物作用来净化工业恶臭气体,效果明显,且还不会出现二次异臭。德国与荷兰利用生物膜过滤技术可除掉超过90%的硫化氢。我国相关学者也在此方面取得了不错的成果。比如,利用生物膜填料塔处理橡胶再生脱硫过程中产生的低浓度的有机废气,经试验表明,该方法是可行的,若相关条件控制适度,净化效果显着,净化率可超过90%。相比原有的废气处理方法,生物技术法有着很多优势:节约成本、效果好、安全可靠、没有二次污染等。
3.3在处理固废方面的应用
工农业生产、城市建设与日常生活都会产生很多固体废弃物。传统固体废弃物的处理方式,不仅浪费资源能源,还会污染环境。利用生物技术处理城市生活垃圾和农业废弃物,不但可以把这些废弃物变为优质的有机肥料,实现废物的资源化,更有利于生态环境的良性循环。常见的处理方式包括卫生填埋、堆肥和发酵制沼气等。
4.环境生物技术在环境污染修复中的应用
4.1污染土壤的生物修复
随着农业的发展,各种化学杀虫剂、农药被大量使用。而这些农药很多都会残留在土壤中,。尤其是那些极难降解的农药给生态环境造成难以估量的损害。通过相关生物技术处理,可以把这些污染物质进行有效分解,生成水与CO2。不仅不会造成对环境的破坏,还能防止出现二次污染。但是是分解周期较长,不符合农业生产的需求。重金属属于土壤污染中重要的污染物。重金属污染的生物治理机制是:借助生物作用(酶促反应)导致重金属的化学形态改变,将其固定在土壤中,或减轻其毒性。这样,可有效制约重金属在土壤中的移动。通过生物的吸收、代谢作用后,会进一步固定重金属或减小其毒性,从而净化土壤。此外,生物修复污染土壤的过程中,还能提高土壤有机物的数量,调动相关微生物的活性,从而优化土壤生态结构。同时,还能强化对土壤的固定作用,避免土壤受到风蚀、水蚀的破坏,预防水土流失。
4.2.水体生物自然净化技术
环境生物技术中通过植物吸收达到净化水体与土壤的方法被称为生物自然净化技术。分为生物塘与人工湿地两种。前者把太阳能作为初始能源,利用塘中植物的同化作用将水中的污染物吸收掉,从而净化水体。生物塘中可栽植的高效净化植物有水葫芦、芦苇、水莴苣等。同时,还应构建集组合曝气、水生植物、水产养殖一体化复合生态系统,进而提高生物塘的处理能力。后者是通过自然生态系统中的物理、化学、生物等作用达到对水体的净化作用。由于人工湿地处理系统出水水质较好,可用于饮用水源的处理,并且所需成本也比常规处理方法要低。
4.3白色污染的治理
采用生物技术治理可从两方面入手,一是筛选具有降解塑料与农用薄膜的微生物,形成高效降解菌。二是分离克隆出带有降解功能的基因,再将其植入到特定的土壤微生物内,如根瘤菌。这样,既能发挥两者各自作用,还有利于加快对塑料垃圾的降解速度。此外,还应重点对预防白色垃圾技术进行攻关与研发。个别微生物可以生成一些高分子化合物,类似于塑料,被称为聚酯。为进一步节约成本、提高产量,人们正致力于通过DNA重组技术,试图改造某些微生物。比如,当前一个重点研究课题就是通过微生物发酵生产聚-β羟基烷酸(PHAs),相关研究人员正试图形成自溶性PHAs生产菌种。通过把PHAs重组菌发酵后,积累数量众多的PHAs,再添加一些信号物质,从而生成裂解蛋白,然后细胞壁被破坏,PHAs析出。即简化PHAs的提取流程,达到节约成本的目的。
4.4降解废水中微量油脂
含油废水属于一种量大面广的污染源。废水中的少量油脂并不能通过原有的物理或化学方法处理掉。上海交大生命科学技术学院和日本日立化成公司合作,从5种活性污泥或土壤中驯化分离出六种菌,分析了它们在低温条件下对低浓度植物类油脂的实际降解能力。不同菌的降解能力都各不相同,其中,发现两种菌的除油效果很好,除油率高达92.80% 和95.49%,相关特性还有待进一步研究。
4.5化学农药污染的消除
经统计资料显示,每合成一吨农原药需消耗3-4吨化工原料,多余的原料作为未反应物或中间副产物随水排出,每年数百家农药厂排出的废水上亿吨,危害极大。中科院成都生物所经过反复试验,终于找到了解决处理农药(乐果)废水的方法。他们将高效微生物菌种用于SBR设备处理有机农药废水,效果显着,使有机磷转化率达96-99%,其技术指标达到了相关排放标准。一般情况下施用的农药化肥约有80%的残留,特别是难降解的氯代烃类农药,给生态系统带来了极大的滞留危害,必须依赖基因工程构建的高效菌种来进行处理。但要想彻底消除化学农药的污染,还必须全面推广生物农药。生物农药是指由生物体产生的具有防治病虫害和除草功能的一大类物质的总称,大多是生物体的代谢产物,主要有微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。
5.环境生物技术在环境监测方面的应用
应用在环境监测领域的生物技术主要有以下几种:①监测水质,利用细菌的数量、某些粪便指示菌(大肠埃希氏菌、克霉伯氏菌)等②检测物质致突变性和致癌性,通常使用鼠伤寒少门氏菌来检验。③通过发光细菌对环境中的毒物进行检测,速度较快。④根据对水中藻类的生长情况测定,对水质进行监测或检测某些物质的毒性。近年来,国际上在这一领域的重点研究对象包括PCR技术(应用聚合酶式反应技术)、核酸探针、生物传感器等。PCR技术可用于当前还无法培养的微生物检测,一般适用于对土壤、水样、沉积物等环境标本的细胞检测。
随着今后技术的不断完善,对于水质的检测,核酸探针与PCR技术极有可能取代现在的常规微生物检测方式。此外,生物酶法具有良好的发展潜力,它适用于快速检测与现场测定。生物传感器具体有酶传感器、微生物传感器、免疫传感器,通过酶、微生物、抗原、抗体等生物材料作为分子识别元件,从而把外部对其理化特性的影响转化为电磁信号。它可用于对特定污染物的快速检测,并且操作简便、结果精确。
5环境生物技术现状及前景展望
5.1现状
环境生物技术虽有诸多优点,并能有效解决各种污染问题。但实际应用中依然存在种种局限:
①反应速度较慢,并且需要大型的反应器,需占用过多的土地面积。
②对于原水水质有着十分严格的标准,不然,不利于微生物的生长。
生物技术与生物工程范文第2篇
生物育种高技术产业化是指应用转基因技术、细胞工程、分子标记等先进遗传改良技术对动植物品种进行科学改良，并通过相应的工程措施对技术成果进行规模化、产业化开发的过程。2000年以来，针对生物技术为主导的高技术产业迅速发展态势，国内存在产学研脱节、产业化条件成熟的成果得不到及时转化的问题，结合我国农业和农村经济发展和结构调整的战略需求，国家相应启动了生物育种高技术产业化工程。10多年的实践证明，生物育种产业是农业高技术产业的重要方向，也是近年来发展最快的农业高技术产业。前些年虽然国家只安排了产业化工程总投资的10%的扶持资金，却带动了地方政府、企业和银行的积极性，对农业生物高技术应用、新品种的产业化发展、行业结构调整起到了重要推动作用。在看到成绩的同时，还存在进一步发展和提高的问题。必须面对国内需求不断提高和国内外资源、技术竞争日益激烈的形势，从战略和全局的角度出发，在宏观管理、资金、政策和工程内容等方面采取相应的措施，使之保持持续、健康、稳定的发展。
1我国生物育种高技术产业化工程成效显著
2000年以来，结合国家农业优势农产品区域规划，围绕保粮增收的总体建设目标，有计划、分步骤地在全国有条件的地区，组织实施生物育种高技术产业化工程。通过组织各部门和各省区对国家和省鉴定的有关生物育种的科技成果和相关品种（系）的产业化方案实施，起到了以点带面的作用，引导全国有条件地区的农业优势资源开发和农业产业技术升级，促进了农业产业结构调整和农业综合生产能力的提升。围绕生物基因资源开发利用方面，在国家发改委的主持和组织下，依靠各省区相关企业的力量，对生物基因资源从多方面、多角度进行了全方位开发和利用。据不完全统计，2000年以来，全国共实施了农业生物育种产业化项目250个，对450个具备产业化条件的动植物新品种（品系）进行了产业化开发。工程总投资约170亿元，其中国家投资约20亿元。在新技术应用和新品种产业化发展取得了较大的成就，产生了较好的经济和社会影响。
1.1优质高产动植物新品种的产业化，为农业综合生产能力提升提供了强有力保障（1）在种植业新品种示范应用方面，国家先后组织了湖南、湖北、四川、江苏、福建、海南、吉林等省建设优质超高产水稻的项目27个、新品种（品系）58个的产业化，新增水稻父母代良种3.3亿kg，约可推广1000万hm2，占全国水稻种植面积的36%；组织了吉林、河南、陕西、甘肃、新疆等省建设玉米项目19个、新品种（品系）44个的产业化，新增玉米新品种2.4亿kg，约可推广800万hm2，占全国玉米种植面积的29%；组织了吉林、山东、河南等省建设小麦项目9个、新品种（品系）15个的产业化，新增小麦新品种7300万kg，约可推广113万hm2，占全国小麦种植面积的7%；组织了黑龙江、河北等省建设大豆项目5个、新品种（品系）15个的产业化，新增大豆新品种9200万kg，约覆盖233万hm2，占全国的24%；在油料、糖料、薯类及其它经济作物均相应组织实施了一批高技术产业化项目。通过这些项目的实施，良种推广面积超156万hm2，形成年增产50多亿kg。已发展成为国内种植业内稳定的高技术生物育种产业，成为稳定市场、提高农产品品质和改善人民生活的重要支柱。（2）在棉花新品种示范应用方面，国家先后组织了新疆、江西、湖北、河南等省建设转基因抗虫棉等优质品种产业化项目10个，对20个新品种（品系）进行了开发，新增优良种籽2600万kg，约可推广116万hm2，占全国优质棉种植面积的23%。通过这批项目的实施，大大促进了生物技术选育的棉花新品种的推广应用，到2010年底，通过生物技术选育的棉花新品种种植面积占总面积的75%以上，河北、山东、河南、安徽等棉花主产省的生物技术棉花种植率已达到100%。通过产业化技术的突破，在转基因抗虫棉新品种方面，形成了一批在国际市场有影响的高技术企业，在国内市场上已与世界著名的美国孟山都生物公司形成强有力的竞争。（3）畜禽、水产新品种示范应用方面，近年来先后组织了北京、新疆、湖南、河南、吉林等省（市、区）牛胚胎及牛新品种快繁技术的推广和应用，湖南正虹猪、吉林、四川、新疆优质羊快繁等43个高技术示范项目，对湖南正虹猪、渝荣配套系猪、海南文昌鸡、湖南黑牛、云南的大河乌猪等46个优良品种分别进行产业化工程配套。这些项目的实施，带来了畜禽新品种繁殖技术的革命，有力地推进了畜禽新品种的快速繁殖和推广，产生了显著的经济和社会效益。据分析，已实现年新增核心良种奶牛4.42万头，良种奶牛胚胎20.6万枚，良种肉牛肉羊冻精680万支，奶牛冻精350万支，优良父母代种猪19.3万头，父母代种禽1585万套的能力。利用现代育种技术推动我国本土品种资源的产业化，促进了我国地方种畜资源的改良和商业化进程。在水产类通过对青海湖裸鲤、南美白对虾、中华绒螯蟹、福建花鲈等22个项目、37个品种（品系）的产业化开发，新增优质鱼虾蟹苗生产能力79.1亿尾，贝类苗37.7亿枚。形成年提供优质水产品40多亿kg，年增产值约1000亿元，年出口创汇近20亿美元的高技术产业。
1.2促进了农业生物关键技术的产业化通过组织实施一批生物育种高技术项目，在一系列生物育种相关技术产业化方面取得了较大进展，解决了一批制约产业化发展的关键问题。在过去10年生物育种高技术产业化工程推广技术中，11%的项目企业主要产品技术水平达到了国际领先水平，12%的项目企业达到了国际先进水平，59%的项目企业达到了国内领先水平，对企业创新能力提升和产业化发展起到巨大推动作用。（1）植物育种主要应用转基因技术、细胞工程、分子标记3种技术。①促进了转基因技术与相关技术的有效融合，为植物新品种选育提供了更加有效的技术支撑。如创世纪转基因技术有限公司通过“双价转基因抗虫棉和单/双价抗虫杂种棉高技术产业化示范工程项目”的实施，以具有自主知识产权的双价抗虫棉及单/双价抗虫棉技术成果为基础，形成一批抗虫棉生产性繁育和示范基地，农业科技产品中试基地，使农业高新技术应用和成果转化水平大幅度提高。通过对转基因抗虫棉技术的熟化、中试、转化和组装，培育了一系列可以大规模推广应用的新品种，培养了一批集中配套技术的示范样板棉区。除转基因抗虫棉外，在粮食作用、林木花草、饲料作物等方面也得到广泛应用，培育和推广了大量的新品种和新品系，且规模不断扩大。②转基因技术与航天育种、远缘杂交等高技术的结合更加紧密。如在“新疆中国彩棉（集团）股份有限公司天然彩色棉良种繁育高技术产业化示范工程”中，将航天育种、离子束灌注、转基因、远缘杂交等技术相结合，创造出彩色棉新种质，获得经济性状有明显改良的新品系。③双价、多价转基因技术逐步完善，不断研制出功能更加强大的转基因农作物新品种。河北三北种业有限公司高油玉米高技术产业化示范工程属于发明专利，该项目利用三种遗传效应（杂交优势增产效应、细胞质雄性不育的增产效应、花粉直感对含油量和蛋白质含量及赖氨酸含量的增加效应），突破了普通玉米无法高产、高油化的局限。（2）畜禽育种方面。①突出了我国本土品种资源的产业化。国外动物种源大规模进入，并长期垄断中国种畜市场。针对中国“引种－退化－再引种”的对外国种源严重依赖的怪圈，和普遍推广的国外高生长性能的品系（如猪的杜×长×大杂交组合）风味不足，肉味不浓，难以满足消费者的需求的现实，相比之下我国本土畜禽品种更加适合中国人注重“色、香、味”的消费习惯。已实施项目中，重庆的渝荣配套系猪、云南的大河乌猪和广东的阳山鸡、皖南青脚鸡、南江黄羊、青海大通牦牛等都属于地方特色新品种，在现代生物技术推动下，不仅具有风味突出、抗逆性强等特点，兼具较好的生长性能，有较好的市场前景。这些项目加快对我国地方特色品种的产业化。②应用现代生物技术，促进我国地方种畜资源的改良。传统的育种方法是将不同特点的某类动物进行杂交，经过几代繁殖后，能够实现既定育种目标且后代性状稳定的才能成为一个品种或品系。由于杂交组合多，杂交后代性状不稳定，及动物体有自然生长周期，因此，选育动物新品种（品种）周期比较长，难度大，尤其是大型动物如猪、牛等有时要经过几代人的努力才可能选育出一个新品种（系）。现代养猪育种技术中应用较多的包括分子标记辅助育种技术和最佳线性无偏估计（BLUP）方法。生物技术中的DNA测定技术，已经准确地找出控制产子数量、脂肪含量、抗应激性、产奶量等基因，通过分子标记，直接对未长成的动物幼体进行基因检测，而不必等动物完全长成后进行统计，既缩短了育种周期，又可以及时排除不符合育种要求的杂交组合，大幅度减少育种工作量。已实施项目中对地方优势资源的开发也进行了有益尝试，如渝荣配套系猪、山东鲁莱黑猪、湖南黑牛、云南的大河乌猪和广东的阳山鸡、广东的“广良”高效瘦肉型猪选育项目等，在发挥地方特色品种优势方面取得了一定的成果，对我国地方种畜禽资源更好地进行商业化开发进行了有益尝试，能够起到带动示范作用。③现代生物技术在畜禽快繁突破技术的应用。如采用无性生殖和有性生殖相结合的方法，以单倍体化的胚胎细胞作为母源卵子替代物，构建胚胎；采用胚胎移植、分子标记辅助选择和胚胎性控等生物育种技术，实现良种奶牛繁育和产业化生产，以及卵母细胞体外成熟、体外受精和体外培养系统方法等，在畜种改良和产业化发展中发挥了重要作用。在已实施的项目中，北京荷斯坦种牛、广西奶水牛、吉林延边牛、新疆肉羊等高技术产业化项目均从不同层面对上述技术进行了有效开发和应用。（3）水产类。①突出了珍稀水产资源的开发。如青海省鱼类原种良种场青海湖裸鲤原种繁育高技术产业化项目对青海湖裸鲤进行了人工繁殖和有效的开发和保护。张家界金鲵生物科技有限公司张家界大鲵保护与规模化繁殖高技术产业化示范工程对大鲵的成功人工繁殖和有效保护。重庆市对长江上游特有的6种名特野生鱼的人工驯养和规模化生产项目，在满足消费者多样化需求的同时，对保护长江特有的珍惜鱼种资源方面具有重要意义。②注重优良品种的引进和开发。新疆天润赛里木湖渔业科技开发有限公司高白鲑、凹目白鲑白鲑属鱼高寒淡水良种繁育高技术产业化示范工程，通过高白鲑、凹目白鲑的引进和人工繁殖填补了国内空白。浙江跃腾水产食品有限公司南美白对虾生物选育高技术产业化示范工程引进并选育南美白对虾SPF品种，并在繁育技术上实现重大突破。大连天正实业有限公司圆斑星鲽等北方名贵海水鱼类新品种育种高技术产业化示范工程采用纯种引进、遗传结构分析、分子辅助标记、亲鱼促熟与采卵授精等技术，实现圆斑星鲽等北方名贵海水鱼类新品种育种产业化。这些项目的实施丰富了国内水产资源和良种的产业化。
1.3扶持了一批产业化龙头企业，促进了高技术成果的转化和新品种的推广我国从事农业良种生产的企业较多，但专门从事生物育种的企业不多，而且规模普遍偏小。国家通过生物育种高技术产业化工程的实施，由于国家资金的扶持和引导，促进了高技术成果的转化和新品种的推广，提高了企业产品抗击市场风险的能力，出现了一批知名龙头企业。如农作物生物育种方面主要有拥有抗虫转基因水稻专利的奥瑞金公司、隆平高科、登海种业、丰乐种业、万向德农、敦煌种业、海南神龙大丰、河北大风车、大北农等龙头企业；在畜禽生物生物育种方面，涌现出湖南正虹（生猪）、海南罗牛山（文昌鸡）、江苏京海禽业等龙头企业。在水产生物育种方面，涌现出湖南省洞庭（青鲫）、浙江跃腾（对虾）、永强（大鲵）、福建闵威水产（鲈鱼）、山东丁马（中华鳖）等知名企业，为提高农业生产技术水平、改善市场供应发挥了重要作用。
1.4探索了“企业+基地+农户”的生物育种高技术产业化发展模式农业生产涉及千家万户，生物育种产业化工程一直积极探索通过“企业+基地+农户”的模式，促进企业与农户之间形成利益共同体，按市场需求与农户签订收购合同，积极争取最大规模的农户参与，带动农民发展生产，让农民在参与产业化项目中得到实惠。以2002年江苏高邮鸭集团有限公司申报的高邮鸭良种繁育高技术产业化示范工程为例，项目提出运用现代分子育种技术，进一步提高高邮鸭的生产性能，按照“企业+基地+农户”模式建立各镇基地，其中基础设施建设11386.31m2、购置仪器设备76台套。建设规模为1000万只良种高邮鸭及配套加工，项目批复总投资4898万元，其中国家扶持500万元。2006年项目建成，在做好高邮鸭保种、选育的同时，加大了高邮鸭的扩繁和推广力度，分别在郭集、司徒、横泾等乡镇建立了5个扩繁基地，饲养种鸭20万多只，推广苗鸭近1000万只，带动农户和专业大户400多家，有效地促进了农业增效和农民增收，增强了高邮鸭蛋、鸭肉的加工转化能力，还带动了养殖运输产业，形成了以高邮鸭为品牌的高邮鸭产业集团。
2生物育种产业化工程面临的形势与挑战
2.1资源环境约束和消费需求的提高，对生物育种产业提出了新的挑战新的时期，“三农”问题始终是社会各界关注的重要问题。耕地面积减少的趋势不可逆转，耕地质量在一些地区不断下降；水资源短缺与利用效率低下并存；农业面源污染加重，农业生态环境脆弱。根据国情，从今后发展看，随着人口增长，消费水平提高，粮食需求将呈刚性增长。必须确保国家粮食安全的同时，不断满足人们对农产品的优质、安全、多样化需求。这就要求必须加快新技术和新品种的应用，发展高效农业，提高资源使用效率，走人与自然和协发展的道路。我国农业生物资源丰富，是选育高产、优质、抗逆等特性的新品种、维持人类生存的物质基础，其中与农业生产密切相关和植物物种达9600多种[2]，水生动植物资源2万余种，但近些年围垦和开荒，以及环境污染，加上保护、开发、利用措施不到位，生物资源破坏和流失严重。据农业部统计，国家需重点的野生动植物得到应有保护的比例不足20%。同时，国外对农业生物资源的争夺激烈，采取各种途径从世界各地获取资源，如中国野生大豆资源流失美国大大提高其生产能力，成为大豆出口大国，给国内大豆生产造成巨大冲击。这对我国生物育种产业提出了严峻挑战。我国是农业大国，只有掌握了生物资源的制高点，才能在未来的竞争中争取主动。
2.2面对全球性转基因技术的严峻挑战从世界范围而言，在近30年里，转基因技术在农业领域的应用研究进展迅速。转基因作物在产量、抗逆性、品质和生产成本等方面较传统作物有明显优势。2010年全球转基因作物种植面积达到1.48亿hm2，是1996年的87倍。1996年全球种植转基因作物的国家仅6个，2010年已达29个。至2010年转基因作物累计种植面积已超10亿hm2。这些表明转基因作物仍保持强有力的发展态势。我国目前转基因玉米和转基因水稻获得了安全证书。抗虫棉、耐贮番茄、转基因辣椒等已被批准商品化生产。转基因农业的研究和开发整体上居世界中等水平，还处于产业化发展初期。我国转基因植物的研究起步较早，在国家“863”计划、“转基因植物研究与产业化专项”和国家高技术产业化生物育种专项等科研和产业化项目的支持下，我国的转基因植物研究取得很大进展。由于成功地自主研究出转基因抗虫棉，有效地抵御了国外抗虫棉的冲击，在抗虫棉方面形成了较好的规模和竞争力。全国抗虫棉种植面积达到25万hm2，国产转基因抗虫棉已累计推广超过了1667万hm2，通过产业化技术的突破，在转基因抗虫棉新品种方面形成了一批在国际市场有影响的高技术企业。与之相反，因研发和产业政策滞后，大豆产业的国际竞争力急剧下降，难以抵挡美国、阿根廷、巴西等国廉价转基因大豆的入侵。总体上看，我国在转基因技术尤其是规模化、产业化方面还有很大的发展空间，与发达国家存在不少差距。孟山都、杜邦、拜耳等跨国公司利用其基因技术、专利、市场、营销、服务和资本优势，已经控制了国际种业市场70%的份额。转基因产品的市场竞争正在改变全球农业生产、加工、贸易和粮食安全的格局。面对全球性转基因生物育种技术的严峻挑战，我国作为农产品生产和消费大国，生物育种高技术研发与产业化工作任重而道远。
3对进一步实施生物育种高技术产业化工程的建议
3.1从宏观上做好生物育种高技术产业化工程的战略规划生物育种高技术产业化是一个系统工程，涉及农业大国的粮食安全和肉蛋奶的稳定供应，需要相应的高技术成果作为支撑，也需要将产业化条件熟化技术和成果进行大面积推广应用，才能获得预期的效益。因此，生物育种高技术产业化工程需要发挥综合管理部门的宏观管理职能，与科技、农业、林业等专业部门的协调、配合，做好“全国一盘棋”的战略规划。①要明确生物育种产业的中长期发展目标、生物育种产业的重大战略布局、分品种的区域布局，以及需要建设的重大成果推广转化工程；②要做好生物育种高技术产业化工程与行业发展部门的协调和配合。从生物育种高技术产业化工程“十•五”“十一•五”执行效果看，国家虽然下了很大的决心，组织人力物力安排了一批项目，但安排的项目更多体现在“点”上的效果，“面”上的效果还不很明显，还没有形成产业聚集效应和区域聚集效应。农业高技术产业化项目主要涉及的农业部、林业部和科技部，从部门的角度出发，在“十二•五”期间在粮、棉、油、糖、肉、蛋、奶、林产品等方面分别已制定了一系列总体发展和区域发展规划，如《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》、《全国农业生物资源保护工程建设规划（2011-2015年）》、《农业科技发展“十二•五”规划（2011-2015年）》、《新疆棉花生产基地二期建设规划》等，地方也有不同区域和资源特点的开发规划，这些规划体现了我国农业生物资源的开发和区域经济的规模化、专业化、区域化发展。③要做好生物育种高技术产业化工程与科技部《国家“十二•五”科学和技术发展规划》的协调和配合。《国家“十二•五”科学和技术发展规划》提出，针对保障食物安全和发展生物育种产业的战略需要，围绕主要农作物和家畜生产，突破基因克隆与功能验证、规模化转基因、生物安全等关键技术，获得一批具有重要应用价值和自主知识产权的功能基因，培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的重大转基因新品种，实现新型转基因棉花、优质玉米等新品种产业化，整体提升我国生物育种水平。重点突破现代生物育种技术和品种产业化技术，培育动植物新品种1000个，其中重大突破性品种100个。从长远看，这些规划的实施为生物育种高技术产业化工程提供了重要的背景和条件。生物育种高技术产业化工程建设规划必须在工程布局和工程内容上做好与规划的衔接，做到协调布局、各有侧重、相互促进，协调发展。
3.2加大政策扶持力度，提高产业聚集效应（1）生物农业发展前景广阔，将成为投资的热点领域。比较中国生物农业企业与与美国和日本的生物农业企业可见，我国企业存在如下差距：首先是资金实力和资本规模不足，例如Monsanto公司的年销售收入为55亿美元，而我国最大的生物农业企业年销售收入也仅5亿元人民币左右。生物育种是高技术、高投入、长周期的产业，需要一段时期的持续投入，需要有实力的企业参与，也需要政府的持续扶持。我国种植和养殖领域种类繁多，许多品种选育和技术成果都到了成熟期，全国每年涉及生物育种的各类具备产业化发展的成果有300多项，而国家每年用于生物育种领域的投资有限，前10年平均每年只能安排不到20%的项目，时效性很强的科研成果往往有被搁置浪费的危险。从资金投入看，项目总投资大都在3000万元到1亿元，前10年国家对每个项目补助投资仅10%左右，由于我国农业企业普遍规模较小、实力弱，企业自筹能力有限，加上地方配套资金难以落实，导致项目资金规模和建设规模缩水，很难保证项目按设计顺利完成，并得以持续发展。必须集中资金，突出重点，在产业布局的基础上，加大生物育种高技术产业化扶持力度，形成多层次、多渠道、多元化投资格局，使产业的聚集效应在重点区域和重点品种上集中体现。同时，还需加强各类高新技术产业化载体、产业化基地、科技园等建设，进一步完善从技术创新到产业化的全链条支撑服务体系。因此，还需国家加强政策性扶持的力度和扶持范围。（2）生物育种是社会关注度较高的产业，要引导资本市场和社会投资投向生物育种产业。应进一步加大国家投资力度，对产业前景较好，但前期相对弱小的新品种，适当提高国家投资比重。充分运用财政支持、金融信贷、引进外资、风险投资等多种融资渠道。研究建立国家生物农业发展专项基金，支持重点生物育种项目建设，引导社会资金投向生物农业。允许农业高技术专利在银行办理抵押贷款，促进政策性银行开辟中小型农业企业贷款渠道，鼓励商业银行加大对生物育种企业的贷款规模。
3.3加大种子产业的市场宏观管理，培育大规模、高水平生物育种企业我国已累计培育主要农作物新品种1万余个，实现大规模的品种更新换代5—6次，良种对增产的贡献率达到35%左右，已初步形成主体多元化的全国种子市场，种业市场价值达500亿元，种子使用量在200亿kg左右[5]。截至目前，全国持证各类种子经营企业有10000余家，专门从事生物育种和改良的机构1000多家，并有继续扩大的趋势。在我国登记注册的国际知名种子公司也纷纷在我国设有办事机构，形成市场之势。国内育种企业由于经营主体比较分散，企业规模普遍偏小，产业聚集度低，整体实力不强，多数企业没有稳定的生物育种和研发设施和团队，缺乏核心竞争力，难以满足农业结构调整的需要。必须通过政策引导、法律规范，加大种子执法力度，进一步严格市场准入，强化市场监管，整顿种子市场秩序，规范品种管理，维护公平、有序的市场竞争环境。通过政策引导、财政扶持、企业积极参与，鼓励同类企业的战略重组，加速资产整合，提高创新能力和企业竞争力，加速培育具有龙头带动作用的产业主体，打造一批育种能力强、技术先进，市场网络健全的生物育种企业集团。
生物技术与生物工程范文第3篇
生物工程技术是人们以现代生物科学为基础，根据生物体的结构、特性和功能，运用工程技术的原理和方法，设计构建具有预期性状的新物种或新品系，为社会提供商品和服务的一种综合性技术体系。生物技术的研究领域十分广泛，它包括所有对生物进行干预的技术手段：重组DNA技术、基因治疗、生物制药技术、克隆技术、基因芯片技术等。生物技术包含许多方面的内容,包括蛋白质工程、基因工程、酶工程和细胞工程。生物工程技术的兴起为现代科学发展和工农业、医药卫生事业的进步提供了巨大的潜力，同时也给人类带来的丰厚回报率，因此，生物工程技术已成为世界各国研究的重点和世界高科技竞争的焦点。
1 我国生物工程技术产业的现状
1.1 制造生物活性蛋白 基因工程技术的发展在医学上最重要的成就表现在治疗用生物活性蛋白或疫苗的生产和使用，利用基因工程生产有药用价值的蛋白质、多肽产品已成为当今世界一项重大产业，并将有望成为21世纪的支柱产业。2000年我国基因工程药物和疫苗年销售额已达近120亿元人民币[1]。现代生物技术制药有别于传统制药方法，运用现代生物技术不仅可以开发更加精确有效、不良反应更小的新药和新型疫苗,更重要的是可以预防和治疗一些应用传统治疗方法无法克服的疾病。
1.2 医学科学研究 1990年10月国际人类基因组计划启动，我国科学家承担了人类基因组1%的测序，是惟一加入该计划的发展中国家。人类基因组计划是现代生物技术在医学领域的成功应用，随着大量与人类健康有关的基因的定位、鉴定分离，遗传诊断和基因治疗都将成为现实，现代生物技术将使医学领域的研究提高到一个新的水平。
1.3 疾病诊断 人类绝大部分疾病都与基因密切相关，包括自身基因的变异与外源基因的入侵。因此，从基因水平探测和分析疾病的起因，从基因水平干涉和矫正疾病造成的紊乱，是近些年来基础和临床医学新的研究方向。现代医学其中一个重要的方面就是尽早检测出在人、动物体内的病原性物质，做到早发现、早治疗。基因芯片是生物芯片的一种，可一次性对样品大量序列进行分析与检测。目前科研人员已分析出各种遗传病的基因序列，并根据其序列合成出基因探针，用于各种遗传病的检测以及优生优育，还可用于遗传病的防治和治疗，基因诊断可望成为临床的一项常规的检测诊断技术。
1.4 疾病治疗 现代生物科学技术的飞速发展，使生物学和医学研究进入了分子水平时代。目前，基因治疗的关键技术实现了突破,ADA缺陷病、B型血友病、恶性肿瘤、梗塞性外周血管病等5种治疗方案已进入临床试验。其中，应用移植造血干细胞来治疗白血病和一些遗传性血液病已较为普遍，另外干细胞在肿瘤和免疫系统疾病治疗中也有很好的疗效。器官移植是现代医学的重要领域之一，但是目前供移植用的组织器官非常短缺，转基因猪有望为人类提供移植所需的器官。此外，随着转基因和克隆技术的成熟，解决安全性和异源组织排异反应的问题成为可能，并且为防止新病原带入移植器官或组织做出更大贡献[2]。
1.5 预防医学 预防医学的一大领域是环境监测和环境净化,现代生物工程技术在此领域的研究与应用已发挥了重大作用。基因跟踪法鉴定带菌者以预防流行病的蔓延，基因探针能快速灵敏地检测水中病毒含量，生产生物农药和生物肥以减少环境污染以及利用基因工程菌消除污染水面的石油以净化环境等，生物技术在此领域显示出了光明的前景，提高了环境质量。我国生物技术产业的总体水平已经在发展中国家处于领先地位，但与发达国家相比还有一定的差距。未来的发展还存在着许多问题，主要表现在生物技术产业实力依然不强、技术转化能力差、产业化规模小、产品少、支撑技术及生产装备落后、研发与产业化脱节、缺乏具有核心竞争力的国际化大企业、产业发展的整体环境有待改善等方面。同时，我国生物产业内部创新能力严重不足，现有人力资源偏重于理论研究，实用型创新能力不足，缺乏创新创业型人才。
2 生物工程技术在医学教育中的渗透及影响作用
生物工程技术是科学技术发展的一次飞跃，它不是单一的传统化学、生物学、遗传学、医学、微电子学的交叉与融汇，关键是它的每一个具体的研究成果都有可能导致一种产品生产技术上的革命。
2.1 生物工程技术知识渗透到医学学科知识体系中的必然性 生物工程技术的学科内容显著不同于传统学科，从本质上讲，生物工程技术是人类对生命过程的观察、研究和认识，然后将这些生命过程中所包含的一些非常微妙、精确、高级的反应用于制造出人们所需要的产物，创造出对人类有益的所需要的动植物新品种。医学教育是培养掌握基础医学和临床医学的基本知识、基本理论和基本技能，而且能够从事疾病的诊治、医学教育和科学研究的宽口径医学专门人才的一类专业。现代生物工程技术的发展已广泛渗透到医学各个领域，在今后10～20年里将使医学领域的各个重要方面发生根本性变革，事实上当今从事医学研究的各类科技人员都深感生物技术知识和手段对它们研究工作的重要性。但是从目前来看，许多医疗从业人员对生物学及相关学科的了解比较肤浅。原因是我国的医学教育专业要求学生掌握以基础医学、临床医学为主干学科的基本理论和基本技能，学习公共卫生及与医学相关的人文社会科学、自然科学等有关知识与方法，缺少与医学相关的生物工程技术课程。着眼生物工程技术的发展趋势，把生物技术知识渗透到医学学科知识中，具有时代的紧迫性。知识的分化是为了更好地对某一领域进行研究，分科教学并不是目的，它只是让人们具体地了解某些领域的知识，知识的综合运用才是最终目的。渊博而丰富的跨学科知识教学能够起到相互补充、相互启发的作用，同时提高学生的学习兴趣，激发创新动力。可以说学科内知识综合转化为学科间的知识，必将成为各学科教学发展的趋势。
2.2 生物工程技术的发展对我国医学教育课程设置的影响 尽管我国医学教育取得了较大的成绩，但仍然不能完全适应社会的进步、生物科学技术的发展以及卫生事业改革的需要。为此医学教育课程设置必须进行改革，把生物学的主干学科，如分子生物学、遗传学贯穿在整个医学课程中。选修课程体系要以拓展知识结构，扩大知识面，加强前沿、新兴、交叉学科知识为出发点，构建与素质教育相配套的选修课课程体系。适当减少必修课授课门数和学时，加强学生自学能力的培养。新型交叉学科：分子生物学、临床遗传学、分子病理学、流行病学和计算机科学至关重要，特别是由基因组学和信息学融合形成的新学科-生物信息学将开创整个生物医学教育和研究的新时代。
2.3 构建与培养医学人才综合素质相适应的教学内容的时代紧迫性 构建以体现人文社会、自然科学类知识向医学基础知识，医学基础知识向临床知识，临床知识又向基础前伸的渗透、互跨式整合课程。采用以学科为中心模式、以问题为中心模式和模整合课程混合型课程模式，最终达到专业基本教学内容的要求。在医学教学中尝试利用学科间横向迁移、渗透，培养学生的创新意识和解决问题的能力，引导学生运用生物工程技术知识和方法来解决医学问题，同时，又运用生物工程技术知识去解释医学中难以解释的现象，这样可极大地鼓舞学生，又给学生提供更多的机会，让他们主动去体验、探索、研究，培养他们的创新意识和科研能力，对学生毕业后继续医学教育将产生积极的影响。总之，现代生物工程技术的发展，正在对医学教育产生广泛而深远的影响，其内容涉及到确立新的培养目标，医学教育课程设置必须进行改革，构建医学人才知识、能力、素质相结合的教学内容等。这些在国外已经引起教育工作者的广泛关注，我们不能等闲视之。
参考文献
生物技术与生物工程范文第4篇
关键词：食品科学与工程；食品生物技术；教学现状
1 问题的提出
生物技术是“应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂(酶或活细胞)的作用将物料进行加工，以提品或为社会服务”的技术。
生物技术是一门实验学科，作为世界三大高新技术之一，其飞速发展使其日益渗透到各学科领域及人类生活的各个层面。随着生物技术在食品工业应用中的日益广泛和深入，它已逐渐成为提升我国食品工业技术含量、参与市场竞争的重要核心技术。因此，培养既掌握食品工程技术，又能将生物技术熟练应用于食品加工中的复合型高级专业人才，是食品工业发展对专业人才的基本要求。
然而，生物技术在食品科学与工程学科的教学领域中并不是传统的学科，关于它的教学，我们没有多少经验可循。因此，调查食品科学与工程学科生物技术教学现状对食品学科的发展具有重要的意义；对研究生物技术在食品科学与工程学科的渗透具有一定的学术价值；对了解兄弟院校的教学情况，相互取长补短以指导本专业的教学具有重要的实用价值。
2 食品科学与工程学科生物技术的教学现状
为了充分调查食品科学与工程学科生物技术的教学现状，并进一步为本学科课程的设置提供依据，我们以问卷调查的方式收集了全国多所院校本科教学和研究生教学两个层面的相关资料，进行了较深入的分析研究。
2.1 本科教学
在食品科学与工程学科本科教学课程设置方面，我们调查了江南大学、中国农业大学、中国海洋大学、浙江大学、福州大学、天津科技大学、河南农业大学、西北农林科技大学、常熟理工学院、暨南大学、广东海洋大学、山东农业大学、山东轻工业学院13所高等院校，统计发现，少数高校除生物化学和微生物学两门专业基础课外，没有设置相关的生物技术课程，如江南大学、山东农业大学等。多数高校设置了相关的生物技术课程，如食品生物技术、食品生物技术导论、食品酶学、发酵食品工艺学等，有的作为选修课，有的作为限选课或必选课。
2.2 研究生教学
在食品科学与工程学科研究生教学课程设置方面，我们调查了江南大学、中国农业大学、东北农业大学、华南理工大学、中国海洋大学、浙江大学、福州大学、天津科技大学、西北农林科技大学、暨南大学、广东海洋大学、陕西科技大学、山东师范大学、山东农业大学、山东轻工业学院15所高等院校，经调查发现，与本科教育相比，在研究生教育阶段，各高校不同程度地加强了学生生物技术知识的学习和技能培养。其中，中国农业大学尤为突出，它将食品生物技术作为一个专业设置在食品科学与工程的一级学科下，分设食品基因工程、食品蛋白质和酶工程、发酵工程、食品微生物学、果蔬生理与分子生物学、葡萄栽培与葡萄酒酿造6个研究方向，所设置的生物技术类课程主要有食品生物技术、高级生物化学、食品生物技术专业Seminar、分子生物学专题等学位课，以及基因工程专题、细胞工程进展、发酵工程专题、食品酶学、高级食品微生物学、发酵食品研究进展、高级葡萄生理与分子生物学(葡萄酒方向必选)、葡萄酒化学进展(葡萄酒方向必选)、果蔬采后生理研究进展(果蔬贮藏方向必选)、蛋白质化学、生化技术、活性酶蛋白凝胶电泳技术、食品微生物实验新技术等选修课。多数院校在食品科学专业设置了食品生物技术研究方向，如江南大学、华南理工大学、天津科技大学、福州大学、山东师范大学、山东轻工业学院等。多数高校的食品科学专业将食品酶学或食品生物技术(中国农业大学选择的是食品生物技术研究方法与进展)作为必修课，其他专业或必修或选修，也都设置了食品酶学或食品生物技术课程。也有部分学校设置了其他生物技术课程，如陕西科技大学食品科学专业将现代食品微生物学和现代分子生物学作为学位课。
从学分要求上看，各高校对硕士研究生总学分的要求在30～35分，其中生物技术类课程的学分为4～12分，占总学分的12%～35%。
2.3 理论学习与实验学时的分配
在同一门生物技术类课程理论学习与实验课时的学时分配上，各高校之间也存在着很大差别。在本科学习阶段，多数院校未设置实验内容，只有少数院校例外，如浙江大学和山东轻工业学院，两者都为本科生开设了食品生物技术选修课，共40学时，其中实验16学时。
在硕士研究生阶段，各院校的情况也不尽相同。有的学校只有理论课的学习，而没有设置实验环节，如山东农业大学，设置了食品酶学和生物技术在食品工业中的应用两门生物技术课程，作为专业选修课均为纯理论课，各40学时；天津科技大学的食品生物技术为纯理论课，共64学时。但多数院校设置了实验学时，如江南大学设置了4门相关课程，食品酶学学位课63学时，其中实验27学时；生化分离技术学位课44学时，无实验内容；食品生物技术选修课30学时，无实验；细胞与分子生物学实验技术选修课60学时，其中实验20学时。还有些院校设置了专门的生物技术实验课程，如中国海洋大学有专门的食品生物技术实验课程，34学时，暨南大学有高达72学时的食品生物技术综合实验课程。
2.4 实验内容的设计
各院校对实验内容的设计差别很大。有些院校在实验内容的设计上不考虑与食品专业的直接相关性，如中国海洋大学和西北农林科技大学的食品生物技术实验课，只涉及细胞工程和基因工程两大实验内容。有的院校只涉及与食品工程密切相关的生物技术实验内容，如山东轻工业学院设置与食品工业密切相关的酶工程与发酵工程核心技术作为主要的实验内容。也有些院校比较全面，如江南大学既涉及作为生物技术本身核心的基因工程实验内容，又涉及与食品工业密切相关的酶工程内容。而暨南大学食品生物技术综合实验则最为全面，既涉及基因工程、细胞工程等生物技术本身的核心实验内容，又涉及与食品工业密切相关的如α-淀粉酶、果胶酶、过氧化物酶的活力测定等酶工程的内容，以及如腐乳毛坯的制备等发酵工程的实验内容。
3 结束语
通过对相关高校食品科学与工程学科生物技术教学现状进行分析和归纳总结，我们可得出以下结论和启示。
3.1 总体对生物技术重视
近些年来，由于生物技术的发展深刻影响着食品工业技术水平的提升，因此，各高校的食品科学与工程学科普遍重视生物技术的教学，无论在本科学习阶段还是在硕士研究生阶段都有除生物化学与微生物学两门专业基础课以外的生物技术相关课程，这与十几年前相比有着本质的区别。
3.2 各高校之间的严重不平衡性
各高校之间在生物技术课程的设置上，存在着严重的不平衡性，这包括所开设的课程、总学时数、实验学时数以及实验内容的设计等多个方面。
3.3 本硕学习内容之间的难衔接性
生物技术与生物工程范文第5篇
生物医学工程（biomedical engineering， BME）始于20世纪60年代，是一门理、工、医高度交叉融合的新兴边缘学科，是电子、计算机、通信、智能仪器、传感检测、医学仪器以及生物学、现代医学等在生命科学中的应用与融合。基于医疗器械新兴产业对于医学工程人员的巨大市场需求，湖北科技学院生物医学工程专业主要培养医疗仪器的质控、维护与研发及生物医学信息采集、传输、处理、分析、存储等方面的“厚基础、多口径、强能力、高素质”的复合应用型人才。为了让学生具备医学仪器的原理与构造知识，具有进行操作、管理、质量保证及医学仪器初步设计与开发的能力，且能在生物医学工程、电子技术、计算机与信息科学等领域从事教学、科研与开发工作，则要求学生必须具有扎实的电子技术基础知识及较强的综合运用能力和研究创新能力。为此，构建以实验、实训课程教学为主体的电子技术实验教学中心，开展电子技术类实验课程，培养学生电路分析、设计及应用的能力是实现生物医学工程专业人才培养目标的必备环节[1]。
电子技术实验分为数字电子技术实验和模拟电子技术实验两大类，本文针对本院数字电子技术实验教学中曾经存在的问题，从实验内容的设置、实验教学方式方法的改进等方面进行了教学改革，以达到巩固学生所学理论知识，培养学生综合运用知识、发现问题及解决问题的能力，且更大程度上提高学生电路设计、创新和实践动手能力，从而提高教学质量的目的。
1 数字电子技术实验教学曾存在的问题
在过去的几年中，本院生物医学工程专业的数字电子技术实验教学曾存在以下几个主要方面的问题。
（1）实验内容设置简单。
数字电子技术实验总学时为24学时，每2学时（90min）为一次课，设置了12个实验项目。为了保证在2学时时间里顺利完成实验，实验内容大多过于简单，且大部分为基础验证性实验，缺乏综合性设计性实验项目，导致对学生的综合能力锻炼得不到显著效果。且在后面的实验过程中，由于学生已掌握基本实验操作方法且实验内容过于简单，实验完成时间非常短，导致学生对实验的重视程度降低，对教师的教学水平和态度表示质疑。
（2）实验教学方式方法传统。
教师在实验教学过程中过于依赖实验指导书，按部就班的讲解书上的实验内容，缺少启发学生思考的行为。可采用什么方法、什么芯片来实现电路，优缺点有哪些；当电路出现问题而得不到理想结果时，问题出现在哪里，如何测试电路，如何找出问题并解决问题；这些问题式、思考式的教学方法在以往的教学中体现较少。在实验操作过程中，教师往往把一个实验项目从头到尾演示一遍，学生依葫芦画瓢，对实验一知半解，不主动思考为什么这样连接线路，出现问题更是无从下手，更谈不上对实验结果的分析与总结。这样的教学方式不仅使理论知识得不到巩固，动手能力也得不到提高，从而使得开展实验课的意义得不到体现，与专业人才培养目标要求相处甚远。
（3）实验室教学管理沉闷。
实验是个科学及严谨的行为，一般情况下要求学生独立完成实验，但是很多教师在实验室的管理上过于严格，不允许学生之间进行相互沟通与交流，实验氛围死气沉沉。这样虽然可以保证独立性，但是在一定程度上也影响了实验效果。有些学生甚至也不敢和任课教师进行交流，电路出现问题也无法解决，课后抄袭别人的实验数据来完成实验报告。
（4）考核方式不合理。
实验教学考核方式不够客观，传统的实验考核以实验报告为主要依据。由于实验教学时，老师不可能同时监督所有的实验学生，所以抄袭的实验数据及实验报告的情况时有发生，致使一些学生养成了对别人的依赖心理及学习懒惰的坏习惯[2]。
数字电子技术实验是一门逻辑性、实践性、应用性很强的课程，要求学生具备应用系统分析、设计及制作的能力[3]。基于以上曾出现的主要问题，在现阶段的数字电子技术实验教学中，该研究者进行了以下方面的教学改革与实践。
2 实验内容改革
在实验教学内容上，从专业培养目标出发，全面修订了实验教学大纲，优化实验知识结构，形成梯次的教学内容体系，即基础性实验、综合性实验和创新设计性实验。在实验总学时保持不变的前提下，减少验证性实验项目，增加了综合性、设计性实验项目，并且注重实验项目课程内综合更新、课程间重组以及跨学科交叉融合，尤其重视医学和生物医学工程专业知识综合运用能力和研究创新能力的培养。近两年，面向本院生物医学工程专业本科生所开设的数字电子技术实验项目及学时分配如表1所示。
从表1可知：实验项目从12个减少到9个，但是总学时保持未变；从实验内容设置来看，实验难度成梯度；实验类型分为基础验证性、设计性和综合创新设计性三种。纯粹的验证性实验只有2个，分别为实验一逻辑门测试和实验四触发器功能测试。实验一为第一次实验课，先要教会学生使用实验箱和认识芯片实物，向学生传授实验技巧，所需时间较多，因此设置的内容稍简单，让学生的实验过程既顺利又充实而有成就感，从而激起学生的实验兴趣。实验五分为两个部分：先验证计数器及寄存器逻辑功能，随后重点完成常用计数器芯片74LS161和寄存器芯片74LS194的扩展应用设计，如果只是单纯的芯片功能测试，就缺乏应用训练，不利于后面相关设计性实验的开展。实验二和实验三为组合逻辑电路设计，分为小规模和中规模，内容上不重复，电路的实现从采用逻辑门升级到采用中规模集成芯片。实验六为经典的时序逻辑电路设计，考虑到难度稍难及根据往届实验情况，将其学时调为3学时，通过该实验项目，学生对时序逻辑电路的设计流程、动作特点及测试方式有了更深刻的理解。实验七为综合性实验，主要进行综合实践训练，培养学生综合运用知识的能力。时钟脉冲信号在数字电路的工作中起控制作用，因此，特设置了一个采用经典的模数综合器件555定时器来构建简易时钟脉冲信号源的实验项目。前八个实验基本涵盖了数字电路理论内容，且按照理论课章节顺序来设置。在实验课程的最后，为了综合考查学生知识运用、创新、动手操作及团队合作能力，特设置了一个系统设计性实验项目，如《交通灯控制电路设计》。该设计任务涉及到多个功能模块，由于电路较复杂，设定学时为6学时，需要学生综合运用所学知识来实现，作为实验课程考核部分之一。
综上，整个实验教学分为四个阶段：基础训练实验阶段、基础设计实验阶段、综合应用训练阶段和系统设计实验阶段。使学生从基本的实验设备和器件的使用、实验数据的处理、知识的综合运用、电路设计调试到实践创新能力都得到了训练。
3 实验方式方法改革
在学生掌握了常用的实验仪器如数字电路实验箱、万用表、信号发生器等的使用方法，熟识了常用的集成电路芯片的基础上，结合各实验项目的要求及特点，采用多种实验方式来完成实验。验证性实验可只用数字电路实验箱来实现，多个芯片同时在实验箱上连接，连线方便，费时较短，一次实验课中可以完成多个任务。较简单设计性实验采用分立元件连接来构建电路，既可以锻炼学生动手能力，又可以在规定时间内完成实验。综合设计性实验由于难度最高，可让学生用软件仿真出电路原理图，然后制作PCB板，实现电路实物。
课程开始时教师讲授的时间不易超过15min，主要帮助学生完成对实验的理解，思路的建立。实验方案的设计、实验电路的搭建及问题的排解，要有学生自主完成。在实验进行中，教师和学生各自的定位要准确，教师主指导，注重培养学生的实验兴趣。在整堂实验课中，要让学生体现主动性，感受到“做中学”的乐趣。
由于实验内容大部分为设计性实验，如果纯粹依赖实验指导书进行教学，较难达到培养学生电路设计能力的目的。因此在现阶段，采用项目驱动法[4]来开展实验教学，具体做法为：开学初把数字电子技术实验的所有实验项目以电子文档的形式发送给学生，每个设计性实验只提供设计任务、设计要求和可供参考使用的芯片种类，设计方案和电路原理图由学生自主完成。这样既可以改善学生的懒惰思想，又可以实现课前预习、培养学生查阅参考文献的和初步设计的能力。对于学时较长和难度较大的实验项目，2～3名学生可组成小团队，团队成员在参阅大量参考文献后进行小组讨论，多次讨论后确定设计方案。在电路构建及测试过程中，每个成员都必须积极参与，教师也给予一些必要性的指导。经过两年的实践发现，该实验教学方法有效增强了学生的自主学习能力、分析问题及解决问题能力、自我管理能力、团队合作能力和创新实践能力。每次实验完成之后，学生不仅对相关知识有了更深刻的理解，也获得了满足感，极大提高了学生参与实验的兴趣。
4 实验室教学管理改革
对于任何一个实验项目，都允许并鼓励学生之间相互交流，教师作为引导者虽不过多干预学生的实验过程，但是也积极关注他们的实验进度，认真聆听他们的实验想法，适时给出建议，甚至和学生进行热烈讨论，帮助他们构建更正确的实验方案。当学生搭建的电路不能正常工作时，不过多责备，反而是启发他们自己寻找问题的所在，鼓励学生多思路分析问题。因此，实验室的氛围既严谨又活跃，绝大部分学生都非常专注的投入到实验中，实验效果理想率可达到95%以上，实验数据抄袭的现象非常少。
5 实验考核方式改革
很多学生不重视数字电子技术实验教学的原因之一就是其考核方式不太合理，实验成绩要么只占数字电路课程成绩的百分之二十，要么只由实验报告的成绩和平时考勤成绩组成，导致有些学生认为只要期末考试卷面成绩高就行，实验做不做问题不大，有些学生虽然每次实验都出勤，但是在实验室并不认真做实验，实验报告抄袭他人。
基于这些现象，近两年本院生物医学工程专业开展的数字电子技术实验考核方式做了如下改革。
（1）电子技术实验单独为一门课程。该课程成绩中模拟电子技术实验成绩占50%，数字电子技术实验成绩占50%。就数字电子技术实验成绩而言，平时出勤率仅占10%，实验过程中的表现占40%，系统设计实验考核成绩占30%，实验报告成绩占20%。因此，学生的实验态度与实验能力最大程度上决定了其课程成绩。这就使得绝大部分学生能以正确、积极的态度来对待实验课程，并尽量通过自主努力完成实验。
（2）系统设计实验项目考核时，分模块考核。比如在《交通灯控制电路设计》实验项目中，总分100分，完成时钟信号源电路模块，得10分；完成定时器模块，得25分；完成控制器模块，得40分；完成译码驱动器模块，得15分；设计方案阐述和回答教师提问部分完成，得10分。这样不仅避免由于电路硬件原因导致电路系统最终实验效果不理想而得零分，打击学生信心的情况出现，又可以让学生在实验过程中能逐级测试电路，保证最后的电路系统效果理想，且对学生的团队合作能力和答辩能力进行了培养。
