生物工程学科评估范文

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第1篇

关键词：地方本科院校 生物工程 教学改革

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（c）-0200-02

生物工程是以细胞工程、基因工程、生物分离工程、蛋白质工程、微生物工程为核心，借助于现代工程技术，以先进生物技术研究成果为对象，以产业化为目标，进行科学研究开发为其基本任务的工学学科，是生命科学从实验室研究成果通向工业生产的桥梁生物工程技术，现已广泛应用于医药、农业、能源、环境、食品等行业，发展速度突飞猛进。

1 我校生物工程专业发展现状

湖南科技学院是位于湖南永州市，集文学、理学、工学、法学、经济学、管理学、教育学等学科于一体的地方本科院校。我校生物工程专业创办于2004年，已培养了学生609人，目前有在校学生253人，2008年生物工程专业批准确定为国家教育部第1类特色专业，2009年获批第二批湖南省普通高学特色专业，2010年获批教育部、财政部第六批高等学校特色专业，2012年获批教育部综合改革试点专业项目，现有中央与地方共建特色优势学科“生物质能利用生物技术实验室”1个，湖南省高校产学研合作示范基地1个，湖南省级精品课程1门。

2 我校生物工程专业教学过程中存在的问题

经过近10年的发展，生物工程已成为我校优势发展学科，但不可避免地存在许多问题，主要表现在：（1）长期以来我们照搬重点院校教育模式，制订一系列培养方案与教学计划，各门课程之间的教学内容相对独立，基本上采用的是研究型人才的培养模式，与高级应用型人才培养思路不相协调，未能真正体现地方经济发展特色，本专业课程设置偏重基本知识、基本原理的掌握，大部分专业课未能突出体现工程系统的背景。（2）以前，我们往往注重学科化、学术化的发展道路，甚至沿袭了部分师专的师范化的发展模式，只重视理论知识研究和各门学科的独立性，大都忽视了工程学科之间综合性以及工程实践的作用，导致我们的毕业生的视野长期被局限在科学技术的范围之内，其工科技能未得到提升，培养出来的毕业生倾向于“工程科学家”而不是适应现代企业发展需要的工程师。（3）本专业部分教师自身缺乏工程背景和有效系统的专门训练，大部分教师没有实际的工程学习或者工作经验，教师的教学手段只在传统教学模式的基础上作了稍许调整，大多重视理论灌输、轻实践技能的培养，未能及时把工程实例充实到课堂上来，没有真正体现“面向工程”的办学理念和培养目标。（4）本专业未永州地方相关企业形成互相依存、互利互惠、协调发展的有效机制。加上专业办学经费不足、仪器设备陈旧、专业教师人数奇缺等因素，导致学生的工程训练大多只局限在课堂和实验室，培养出来的毕业生缺乏对工程背景、真实工程情况的了解，更谈不上得到综合、系统的工程实践技能训练。

3 生物工程专业专业教学改革与探索

面对迅速发展飞速的当今世界，工程不再是狭窄的科学与技术涵义，它不仅仅靠一种知识就能支撑，而是要建立在科学与技术之上的包括社会、经济、文化、道德、环境等多因素的大工程涵义，工程师职业与其他职业的区别就在于高度的实践性和综合性，学生在工程观的背景下经过综合知识和系统思维的培养、训练，才能做出对企业发展急需工程项目。针对教育部评估专家提的建议和意见，经过我们系部领导和教研室讨论，借鉴一些示范院校的经验，结合永州地方经济发展的实际需要，我们拟对生物工程专业教学内容进行改革与探索，主要设置以生物制药、生物化工、农林种植、农产品加工为特色的生物工程专业人才培养目标及相应的课程体系，用工程观、实践观理念来培养学生，要求专业教师树立工程系统性和整体性观念，凸显本专业“以工为主”的办学思路，强化人才培养的“工程观”教育教学理念，大力提升学生的实践与创新能力。主要做法如下。

3.1 逐步推行本科生导师制

我们拟逐步在本科生一年级下学期开始中在推行导师制，一直持续到学生毕业，针对不同学生的特点，划分不同专业方向的导师，导师的遴选除了本专业的老师外，还积极遴选一些企业资深工程师作为校外导师，导师对学生从学习、思想、生活各个方面进行全方位的指导。要求导师在课堂教学内外都与学生密切联系，鼓励学生创造性发展，鼓励学生多带着问题学习，多带着探索精神去发现学习中遇到的问题和解决学习中遇到的问题。通过教师与学生的双结对，引导学生尽早接触科研活动，参与专业文献查阅、科研论文写作、科研实验、工程设计、工厂技术疑难攻关等，完成学生的毕业论文或设计，逐步培养学生的创新能力、动手能力、自主学习能力。

3.2 重视实习实训教学

实习是提高工科学生感性认识和工程能力的主要环节，计划安排6周时间（其中1周实习准备、4周集中实习、1周为实结），按20人/组的标准分别配备校内外指导老师各一名，校内外指导老师对学生的实习进行全程指导。以前生物工程专业的实习，实习基地不稳定，专业方向不十分合适，影响实习效果，我们将根据永州地方经济特色，到相关永州相关企业（如农业示范园、啤酒厂医药公司、永州特色经济种植基地、食品公司、农产品加工公司等）走访、沟通，通过签订协议、挂牌等方式，建立起7～10个稳定的实习基地，同时我们将逐步开展校内实习基地的建设，拟建设如生物发酵中试基地、生态农业示范基地、特色观赏园林示范基地等，使学生能够更好的在专业对口的企业或基地实习，培养动手能力，为学生今后从事科研开发、工程设计奠定基础，同时我们还将积极鼓励学生开展专业社会实践活动，配备校内外专业指导老师进行跟踪指导。

3.3 突出抓好课程设计

以前，生物工程专业的大部分学生毕业环节内容都以参与教师科研课题为主，他们在完成论文的过程中缺少工程设计的训练。但绘制工艺流程图、物料、能量衡算、工艺设备选型等工作是工程应用型人才所必备的基本能力。为此在生物工程专业的课程设置上，在第4、5学期相关的专业课学完后，我们都设置了对应的课程设计，积极与校内外实训基地合作，课程设计来源于永州当地企业（如啤酒厂医药公司、食品公司、农产品加工公司等）在生产过程中遇到的设计问题，使学生在校内外导师的指导下完成工程设计的训练。

3.4 做实毕业环节

无论是毕业论文还是毕业设计都是学生实践性和创新性能力培养最重要的环节。本专业要求在第六学期导师就必须考虑课题，下达毕业论文（设计）任务书，让学生先进行文献查阅、外文翻译等前期准备工作，争取在暑假期间就进入课题工作阶段，学生课题必须与解决永州当地企业（如农业示范园、啤酒厂医药公司、永州特色经济种植基地、食品公司、农产品加工公司等）在生产过程中遇到的问题相关，充分调动学生的积极性，使学生的毕业设计与永州地方经济紧密结合。学生通过大半年毕业环节的锻炼，其动手能力、独立思考能力、团队协作能力、理论联系实际能力、工程实践创新能力均能大幅度提高。做实了毕业环节，就会使学生通过半年的历练使前三年积累的知识得到升华。

3.5 加强教师队伍建设

我们将坚持引进与培养相结合的教师队伍建设思路，加强青年教师的培养，通过听课、研讨、交流等方式进行传帮带促进青年教师的成长，同时依托生物工程教育部特色专业，教育部综合改革试点专业，湖南省高校产学研合作示范基地等融教学和科研为一体，积极倡导专业教师形成特色学科团队，课题攻关。每年将选送部分教师到永州当地企业生产一线锻炼学习，针对性的开展专业技能训练学习时间不少于2个月，在校的专业教师在承担理论教学任务的同时必须到校内实训基地参与实训指导，鼓励专业教师参与项目研究、技术开发、技术应用推广和提高学历层次，培养“双师型”教师，同时聘请一些经验丰富的专家、企业工程师给学生授课、讲学，进行毕业论文或实习实训指导等。

第2篇

关键词：神经网络；生物工程；应用

中图分类号： Q81文献标识码：A 文章编号：

工程技术应用与生物和医学领域相结合，是当前的研究热点。由此产生了很多学科，如生物工程、临床工程学、生物医学图像等，对这些学科的研究和发展，推动了工程学、生物学和医学的进步。本文就生物工程中药物注射系统的控制展开。

高血压是引起心、脑血管疾病的重要危险因素，严重地威胁着人类的生命和健康。心脏就像一个泵，将血液从心脏经直接相连的主动脉泵出，把营养物质、氧等带到全身，再通过静脉回流到心脏；血液就像在密闭的自来水管子里，周而复始不停地流动。当心脏收缩加强，血管内血流量高，周围血管收缩加强或肾脏有问题时，体内潴钠、潴水增加或其他原因使血容量增加，都会引起血管内压力升高，使血压升高。血压一升高，尤其是忽高忽低，就容易将血管壁磨损。受损的血管壁就会形成血凝块，血凝块内脂质沉淀，最后发生血管硬化甚至形成斑块、堵塞血管。如果堵塞发生在冠状动脉处，就形成冠心病、心肌梗死；发生在大脑处就形成中风、脑梗死；发生在肾动脉就形成肾动脉狭窄、肾缩小，最常见的严重并发症是中风，夺走了无数人的生命。心脏手术后会出现高血压现象，为了使并发症最小化，必须尽可能地使升高了的血压降下来。通常采用持续地注射血管扩张的药物如硝普钠（SNP），这可使大多数患者的血压降低。然而，过度使用SNP可能会引起副作用。由于病人对SNP的敏感性有很大差别，因此，必须要谨慎地控制SNP的注射率从而达到满意的血压。

保持满意的血压需要不断地监控动脉血压并且经常性地调节药物注射速度。目前的做法是通过医务人员手动控制来调节药物注射量，但这种方式不仅消耗时间而且有时效果并不好。缺乏经验的医务人员可能对血液循环系统响应的时间滞后问题、病人对药物敏感性的差别以及病人特征随时间变化等方面考虑不周或没有考虑，因而可能会由于过校正而导致血压振荡性变化。改善对高危病人的护理需要一种自动调节系统来准确、高效地调节动脉血压。在这方面，研究人员已经提出了从传统的PID控制到模糊神经网络的各种控制策略，下面以运用D- FFN来控制药物注射率为例。

由于生理系统的高度复杂性，对自动注射系统的分析、设计及评估都必须考虑干扰因素。所建立的自动注射系统要能处理这些可能是时滞、非线性、时变、非静态随机行为以及过程中产生的扰动，同时还要满足安全、可靠及易操作等要求。如果建立其核心数学模型即平均动脉血压（MAP）以及动脉血压对SNP的响应，就能使上述控制得以实现，并且利用模型对这种注射系统的计算机仿真，还能对控制器进行初步评估。

已有专家提出了病人的MAP对SNP注射响应的经验动态模型，该模型为：

其中，MAP是指平均动脉血压，PO是初始血压，p是由注射SNP引起的血压变化量，Pd是血压蛋白原酶的反应行为（身体对血管活性药物使用的反应）引起的血压改变，n是随机噪声。描述血压的变化p和SNP注射率u之间的关系的传递函数为：

其中，p是血压变化量，u是SNP注射率，k表示对SNP的敏感性（对普通病人，k=- 0.72mmHg/ml/h），α是循环系数，Tc是循环延时，Ti是注射位置开始的初始传送延时，τ是由药物吸收、分布及由药物产生生物反应造成的滞后时间常数。药物在血液中传输的时延完全取决于心血管系统,实验表明,时间延迟的参数范围为:Ti=30~60s,Tc=40~75s。病人在SNP影响下,MAP的离散时间模型为:p（k）=α0p(k- 1)+b0p(k- d)+b1p(k- m)+n(k),其中,u(k) 和p（k）分别表示在离散时刻k的SNP注射率及其初始血压引起的MAP变化,参数α0、b0、b1、d、m由给定的连续时间模型参数在指定的采样时间T下通过计算得到。不同的病人，其时滞和参数不同，那么模型中的参数就是变化的，通常以在固定采样时间下的典型值（参数最大值、最小值和标准值）为范围来分析。

由于生物工程控制相较于一般工程控制，更注重控制对象的安全，因此，除了保证控制器的稳定状态以外，控制系统的瞬间性能，如超调量、震荡等方面的因素也必须考虑。为确保病人的安全，应设计带监视器的调节器，这种监视器应有三级联锁，第一级设置药物注射率的限制，第二级检测人体对药物注射率变化的反应，第三级对MAP生理变化潜在的危险，如严重的高血压或低血压，作出适当的反应。对于一位心血管系统不稳定的病人来说，如果对突发状况在30秒之内没有作出紧急处理，那么是很危险的，因此监视器应设计成每2秒启动一次。考虑到上述原因，设计药物注射系统要满足约束：①输入：SNP注射率可接受范围：0~180ml/h;②输出：血压不能低于设定点20mmHg,已知理想血压值为100mmHg，那么可接受的最低血压值为80mmHg；③每间隔15秒，病人MAP变化率最大可容忍范围：

采用最简单的控制方法———直接逆控制方法来进行设计，可以方便检测设计是否逼近动态时变系统。直接逆控制是基于系统的参考模型, 神经网络或模糊神经网络学习或逼近该模型的逆系统模型, 并作为控制器与控制对象简单地串联在一起,使合成的系统在输入x(t)与输出y(t)之间形成一致的映射。如图1所示是D- FNN的直接逆控制原理图，参考模型的作用是用来产生训练样本数据。

当D- FNN在药物注射系统中作为控制器时，我们的目标是控制w(t)得到适当数值，使输出y(t)逼近期望值x(t)，这涉及到学习和应用两个阶段，在学习阶段，潜在对象的时变动态逆模型被D- FNN辩识，然后，D- FNN在应用阶段作为控制器产生控制行为，如图2所示即为药物注射系统的控制方案。通过对标准时不变模型（一般情况，离散时间系数标准值模型）、敏感时不变型（过敏性体质，离散时间系数最小值模型）、参数变化模型（离散时间系数时变模型）及参数和结构变化的模型（更为复杂的时变系统，此类研究较少）分别进行了系统仿真研究，从对血压的控制验证了D- FNN的逼近能力及所提控制方案的有效性。

对于时不变系统（标准和敏感模型），D- FNN控制器具有良好的性能，没有出现明显的延时和震荡，这表明D- FNN很好地学习了模型的特性；对于时变系统，D- FNN控制器优于其他的方法，用D- FNN控制的药物注射率与血压的变化很稳定，即使在有干扰的情况下也没有大振荡，将实际的MAP变化的最大误差进行比较，在相同的噪声下，其pmax更小。需要说明的是，由于建模误差等因素，D- FNN并不能完全跟踪模型时变特性，对于高度复杂的时变模型，误差会更大。对于该系统，被辩识的逆模型精度是控制成功的关键，必须要依赖以下因素：①适当选取待辩识的逆模型；②适当选择训练数据；③系统本身没有反馈而缺乏鲁棒性，如参数或模型选择不当则会导致更差结果，该方法以逼近动态时变系统为目的，若最求更完善的控制，可改用在线自适应控制得到。

参考文献

[1]韩力群.人工神经网络理论、设计及应用[M ].北京:化学工业出版社,2007

[2]蔡自兴,徐光祐.人工智能及其应用[M ].北京:清华大学出版社,2008

[3]罗建平，罗凯，陈晓燕，等.用神经网络和遗传算法优化怀槐悬浮细胞合成异黄酮［J］.生物工程学报，2004，20（5）：759-763.

[4]高梦祥，夏帆.基于人工神经网络的侧孢芽孢杆菌培养基的优化研究［J］.长江大学学报：自然科学版，2010，7（1）：71-73.

第3篇

区域产业是指在某一特定区域内，生产同类商品或提供同种服务的所有企业的集合，反映的主要是产业空间布局状况以及由此所决定的区域间横向经济关系。生物工程相关产业涵盖医药、食品、检验、环保、农业等领域⑤，产业相关集群的形成对于促进地方经济建设，保障经济、社会、环境与人的协调发展意义重大。

1．生物工程相关产业在国民经济中的地位“十一五”以来，国务院批准了《促进生物产业加快发展的若干政策》和《生物产业发展“十一五”规划》，大力推进生物技术研发和创新成果产业化，生物产业产值以年均22．9％的速度增长。《国务院关于印发生物产业发展规划的通知》提出，到2015年，生物产业增加值占国内生产总值的比重将比2010年翻一番；到2020年，把生物产业发展成为国民经济支柱产业。《国家“十二五”科学和技术发展规划》和《国家“十二五”生物技术发展规划》明确提出将“研究预防和早期诊断关键技术，显著提高重大疾病诊断和防治能力”作为“人口与健康”重点领域的发展思路之一；将生物制药技术列为重大支持方向之一；将食品安全列为民生科技示范重点，食品安全检测产业将成为新型公益类重点资助领域。

2．吉林省生物工程相关产业发展现状“振兴东北老工业基地”、“长吉图开发开放先导区”、“长春市国家级生物产业基地”等国家和地方的政策性投入，使吉林省生物工程领域产业的发展形成了比较优势，已拥有长春生物制品研究所、通化东宝等一批大中型生物医药企业集团和一大批中小型生物医药研发和制药企业，以及长春迪瑞、长春汇力、长春博德等体外诊断检测试剂和仪器生产企业。2012年，相关产业整体呈现快速、强劲的发展势头，全年医药产业实现销售产值1550亿元以上，同比增长34．7％⑥。吉林省工业发展“十二五”规划提出，在医药产业方面，将吉林省建设成为国内外具有重要影响的国家生物药基地、中药北药基地；在医疗仪器设备及器械方面，提升医疗器械行业发展水平，加快补齐医药产业发展短板，重点发展多功能激光治疗设备、临床检验分析仪器等医疗检验仪器。到2015年，全省医药工业总产值达到2000亿元，年均增长27％⑦。

3．吉林省生物工程相关产业高层次人才相对不足目前，吉林省生物技术制药产业发展迅速，但企业创新能力薄弱、仿制药比重较大；高端医学仪器设备、中端试剂和仪器一体化被国外垄断。原因之一是企业技术力量十分薄弱，缺少足够的优秀创新人才，造成核心技术往往依赖引进，受制于人。生物工程产业是高技术产业，通过对相关产业调研发现：（1）生物产业飞速发展导致人才数量缺口加大；（2）产业创新能力提升导致高端人才匮乏；（3）国内外同行业的发展差距导致人才流失严重；（4）要突破国外技术壁垒需要生物医学与机电一体化人才；（5）高技术产业经济发展对人才实践能力的要求攀升。因此，吉林省生物工程相关产业创新能力的提升和持续健康发展需要大批高层次实践创新人才。《国家中长期生物技术人才发展规划（2010－2020年）》指出，重点培养生物产业高端创新型人才、产业链关键环节专业人才；鼓励企业与科研机构、高校联合建立生物技术人才培养基地；建立人才及人才团队在企业与科研院所之间流动的畅通渠道。目前，吉林省生物工程专业硕士学位授权单位仅3所，即吉林大学、吉林农业大学、中科院东北地理与农业生态研究所。3所招生单位为吉林省生物工程产业输送了优秀人才，但在生物、医学、光学、机电一体化人才培养方面尚不能满足我省生物工程相关产业发展对人才的需求。

二、长春理工大学对生物工程专业硕士学位研究生培养体系建设的探索

1．多学科交叉融合，凝练专业特色，明确人才培养目标定位长春理工大学坚持生物、医学、光学、机电等多学科交叉融合的办学特色，结合吉林省生物医药、食品安全检测工程产业等区域产业发展规划，形成了生物医学光机电一体化技术的生物工程优势学科。涵盖三个稳定的、特色鲜明的专业方向：（1）生物医学检验工程，以国产化及自主创新的生物医学检验试剂与配套光电检验仪器一体化技术为研发目标；（2）医药用生物反应器与监测设备工程，侧重基因重组药物的通用载体生物反应器构建与应用技术，以及细胞工厂配套光电显微光电监控设备的研发；（3）食品安全检测工程，侧重食品中雌激素类、毒素、农药残留等污染物快速检测试剂与配套光电检测仪器的研发。为吉林省医药、卫生、食品、商检等企事业单位培养具有创新能力的应用复合型高层次人才。

2．优化课程体系，构建双师型导师队伍，探索三对接人才培养模式整合教学与实践优势，按照专业方向的不同，采用分类培养的指导思想，突出知识背景交叉与能力培养并重的特色，设置了科学合理的课程体系，包括必修课（18学分）、公选课（10学分）、方向选修课（6学分）三个模块，模块间遵循“夯实基础－提高能力－强化应用”的培养规律。教学团队由企业专家、国外学者和校内教师组成，企业专家讲授实践性较强的课程，国外专家学者主讲学科前沿性讲座，突出实践与前沿的兼顾。采取集体培养与个人负责相结合的指导方式，构建双师型导师队伍。导师组由具有副教授以上职称或博士学位的校内教师，和具有高级专业技术职务或具有博士学位的合作单位专家组成。形成一支结构合理、学术思想活跃、教学科研与实践经验丰富的教学团队。以实际项目为主要载体，融通基础理论教学、前沿技术和实践教学，构建“学研用”三位一体的人才培养模式。学习方式分为全日制学习方式，学制2．5年；非全日制学习方式，学制3年。培养方式为校企（行）联合培养，对于全日制学生，1年在校理论学习，半年行（企）业顶岗实践，1年结合岗位实践内容完成毕业论文；对于非全日制学生，1年在校理论学习，半年企业顶岗实践，1．5年结合岗位实践内容完成毕业论文。实现了人才培养与合作单位、生源层次、业界需求的对接，学校和用人单位的无缝连接。

3．建立校企联盟，拓展实践教学基地，全面提升人才实践创新能力专业学位研究生培养的重点在于实践和创新能力的培养，企业和行业参与高校专业学位研究生教育是保证专业学位研究生教育质量的重要手段⑧。因此，通过校企合作和优势互补，建立工程实践基地，实现研究生联合培养，已成为提升工程硕士研究生实践能力的重中之重。长春理工大学与相关企业在联合攻关、学术交流、学生就业、本科生实习等方面进行合作的基础上，建立了生物工程专业硕士培养的校企联盟。目前，与长春生物制品所有限公司、长春迪瑞医疗科技股份有限公司等15家企事业单位签署了实践基地合作协议，形成了以吉林省为中心，辐射北京、上海等地的稳定的校外实践教学基地。此外，校内建设的与该学科直接相关的实践教学平台有生命科学基础实验中心，吉林省生物检测工程实验室和吉林省中药生物工程二级实验室2个省级重点实验室，2个学校参股的集生物医学光机电一体化研发与生产的高新技术企业。目前，已投入建设经费3000余万元。校内外实践基地的建设，为学生提供了充足的实践机会，使学生在读期间能参与企业生产、关键技术攻关和新产品研发，全面提升了人才的创新实践能力和就业竞争力。

4．“产学研”联动，以科研合作为纽带，保障学位论文的先进性与实用性“产学研”合作教育的本质特征是寻求高等教育自身规律与现实社会对人才需求之间矛盾的解决⑨。通过“产学研”合作教育，实现教学、科研、生产三结合，能更有效地提高办学水平和人才培养质量，克服高等教育脱离社会实践需要的倾向，增强其社会适应能力和生存能力⑩。自2000年以来，我校先后与中国药品生物制品检定所、中国食品检验检疫研究院、长春生物制品所有限公司、长春百克药业有限责任公司、长春迪瑞医疗科技股份有限公司、吉林省紫辰光电有限公司等多家企业，联合完成了国家级、省级和横向科研项目17项，累积科研经费达2000余万元。以科研合作为纽带，将科研项目立项、研发推广过程与生物工程专业硕士培养相结合，形成了“产学研”联动模式，增进了学校与企业间的合作交流。学生毕业论文选题结合专业方向、校企联合攻关项目和企业实际需求，鼓励原始创新或集成创新。学生在校内和校外导师的共同指导下，掌握了扎实的专业理论基础和先进的实践技术手段，具备了综合运用科学理论和技术方法解决实际工程技术问题的能力，保障了学位论文的先进性与实用性。