生物工程技术教学设计

生物工程技术教学设计（精选6篇）

生物工程技术教学设计 第1篇

生物工程下游技术课程内容主要讲述的是对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，侧重点在于产品提纯的工艺。目前，各校所使用的教材为《生物分离工程》、《生物工业下游技术》、《生物分离原理及技术》、《生物工程下游技术》、《生物分离技术》和《生物分离过程科学》等。生物工程设备课程以《生物过程工程与设备》《生物工程设备》和《生物反应器工程》等教材为主，主要介绍生物工业流程中所应用的设备的构造，类型及使用范畴等。生物工程下游技术教学内容以“理”为主，生物工程设备以“工”为重。在教学过程中发现，一方面学生对《生物工程下游技术》和《生物工程设备》学习积极性明显低于《微生物学》和《酒类工艺学》等课程的学习兴趣，另一方面，发现单独讲授“下游工程”和“设备”不利于学生对整个生物产品制备和生物工程设备的认识理解。因此，我们提出了按照生物产品下游提取提纯的工艺流程的顺序优化整合两门课程，进而形成新的教学内容。

以工业生产中“发酵液至产品”的产品纯化过程为纲，可将生物工程下游技术教学内容和生物工程设备教学内容在不同工艺阶段进行整合。具体内容如下。

第一章讲授生物工程下游技术大概的工艺流程已及涉及到的各种技术，具体包括发酵液及各种原料液的获得途径、生物工程技术在生物工业中的地位、下游技术总体发展概况等。此处将下游技术和生物设备的部分内容进行整合，讲授发酵液及各种原料液获得途径的过程中讲授设备中的各种生物反应器的发展概况、种类、构造原理、应用情况等，包括好气性生物反应器、嫌气性生物反应器、植物和动物细胞培养反应器、酶反应器、提取容器。

第二章讲授发酵液的预处理。先讲授生物工程下游技术教程中发酵液预处理的必要性和处理技术（加热法、絮凝、凝聚法等），再讲授原料液预处理过后所用到的技术及其设备。此处将下游技术和生物设备的部分内容进行整合，讲授预处理后的溶液处理用到的设备，这个章节主要介绍生物工程设备中离心设备的种类、原理、构造及应用情况，具体为（1）离心沉降设备（实验室用低中高速离心机、工业用的管式离心机、多室式离心机、碟片式离心机等），重点介绍工业上常用的人工排渣的碟片离心机，包括离心机的种类、构造原理及应用范围。（2）离心过滤设备（三足式过滤离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料离心机等）重点介绍工业上常用的三足式过滤离心机，包括三足式过滤离心机的种类、构造原理及应用范围。（3）超高速离心机，简单介绍制备性超高速离心机和分析型超高速离心机。本章最后以谷氨酸的提纯为例子，讲授发酵液预处理及处理后离心操作；同时在生物工程下游技术实验课中安排相关内容。

第三章讲授细胞破碎与分离。根据工业生产流程，如生物产品为胞内产物，必须进行细胞破碎。本章内容重点将细胞破碎技术中用到的技术与生物设备结合，讲授机械破碎设备的同时介绍机械破碎技术，包括高压匀浆破碎、高速珠研磨破碎、超声波破碎等；此外，还介绍其它破碎方法，如物理破碎法、生物破碎法、化学破碎法。本章还讲授细胞破碎后碎片的分离，在前一章离心法分离的基础上介绍过滤分离法，包括实验室用抽滤设备、工业用真空转鼓过滤机等，重点介绍工业常用的板框压滤机，包括压滤机的原理，工作流程等。最后以肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体蛋白发酵的细胞为例讲述细胞破碎的技术，以啤酒过滤讲述板框压滤机的工作过程，同时配备相关动画演示，在生物工程下游技术实验课中安排啤酒糟板框过滤内容。

第四章为沉淀技术。这部分以生物工程下游技术内容为主，包括沉淀技术的发展概况、盐析沉淀法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、非离子型聚合物沉淀法、成盐类复合物沉淀、亲和沉淀法、选择性变性沉淀法，为使学生学习工艺的同时熟悉相关设备，我们提出在讲授各种沉淀法的同时简单介绍搅拌罐的结构，使工艺与设备同时呈现给学生。最后以等电点结合成盐类复合物沉淀法提纯四环素为例，使学生加深对沉淀技术的理解。

第五章为萃取技术。主要内容包括萃取原理、萃取方法（液液萃取、双水相萃取、超临界二氧化碳萃取等）、萃取影响因素、萃取过程。重点讲授工业常用的液液萃取工艺流程，同时详细介绍生物工程设备中的萃取罐，以及让学生复习前几章讲授过的分离设备。融合后的`教学内容可避免课程内容的重复。最后以工业多级逆流萃取法提纯青霉素为例讲述液液萃取工艺技术。

第六章为吸附与离子交换技术。主要讲授吸附和离子交换技术的原理、工艺过程和应用范围。重点以讲授离子交换技术为主，包括发展概况、原理、影响因素、树脂类型和工艺过程，同时讲授固定床和流化床吸附工艺中所涉及到的吸附塔的构造。

第七章为膜分离技术。主要内容包括膜的发展历史、膜技术种类（透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透气化）、影响膜过滤的因素、膜组件的制备、膜的工业应用等。本章内容结合设备中的膜过滤设备，以板式纳滤膜为例，详细讲授纳滤膜组件的制备、纳滤过滤影响因素、膜过滤工艺过程、膜组件维护等。最后以工业微滤、超滤和纳滤提纯螺旋霉素为例讲述膜过滤在生物制品中的应用，以加深学生对膜过滤的理解。

第八章为色谱分离技术。这部分以生物工程下游技术内容为主，包括色谱的发展历程、吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱的原理和操作工艺、工业应用范围，最后详细讲述制备型液相色谱的工作原理及分离工艺过程。

第九章为浓缩蒸发技术。这部分内容结合生物设备中的蒸发浓缩设备，包括浓缩蒸发的原理、蒸发分类，以啤酒麦汁煮沸锅为例，介绍常压浓缩设备的构造、工作原理、工作过程；以升降膜式蒸发器为例，介绍真空蒸发浓缩设备的构造、工作原理和工作过程，同时介绍升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、刮板式薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器，并讲述它们之间的优缺点，结合蒸发浓缩技术进一步阐述蒸发浓缩设备在工业的应用范围及工艺过程，使下游工程的浓缩蒸发技术与浓缩蒸发设备形成有机结合，避免内容的重复。

第十章为结晶技术。这章节先介绍结晶的理论、结晶的条件、结晶过程、结晶影响因素等理论知识，随后结合生物工程设备教材中的结晶设备，讲授结晶设备的构造（包括浓缩结晶设备、冷却结晶设备、等电点结晶设备等）、工作原理、工作过程及应用条件。最后以谷氨酸结晶为例来进一步学生对结晶技术和结晶设备的理解。

第十一章为干燥粉碎技术。这部分内容先通过重点讲授喷雾干燥设备来阐述工业干燥的必要性、干燥的原理、干燥过程、干燥因素因素等，同时通过讲授箱式干燥器、气流干燥器真空干燥器、冷却干燥器来介绍其它干燥技术。最后讲授干燥产品的粉碎，包括锤式粉碎机、棍式粉碎机和湿法粉碎机的构造、原理、工作过程及其优缺点和应用范围。在讲授这部分内容的同时介绍其它物料前处理设备，如除杂设备（磁力除铁器、永磁滚筒等）。

另外，在生物工程下游技术实验课程内容设置上尽可能安排理论课堂上讲授的技术和设备，如利用学校小型啤酒生产线，让学生实际操作粉碎设备、嫌气发酵设备、糖化设备、浓缩设备，过滤设备等，利用食用红曲红色素的提纯实验，让学生在掌握萃取技术、浓缩技术、吸附技术和分析技术的同时，充分了解小型萃取设备、旋转蒸发器和箱式干燥箱干燥设备和固定床大孔树脂吸附设备等设备。

最后课程结束后，还要组织学生到当地的啤酒厂、制药厂、污水处理厂等企业参观，进一步加深对这两门课程内容的理解。

2 结语

通过对生物工程下游技术和生物工程设备课程内容整合优化教学改革，极大激发学生的学习兴趣，提高学生动手能力和创新能力，符合国家对本科院校应用型改革的发展，也能更好地培养出适应企业要求的应用型人才。

参考文献：

[1]廖春丽，朱涛，杨海波等。生物工程下游技术理论教学和实践教学相结合的探索[J]。实验室科学，，14（01）：40—42。

[2]吴玉德，宋文超，翟登攀等。佳木斯大学生物工程下游技术课程理论与实验整合教学改革试验研究[J]。科技信息，2011（23）：433—436。

[3]王俊，罗姮，屠洁等。产品工程背景下《生物工程下游技术》网络教学平台的构建与应用[J]。轻工科技，（12）：157—158，160。

[4]张瑞平，裴俊青，张翠茹等。生物工程下游技术课程教学体会和改革初探[J]。化工高等教育，2012，127（05）：89—91，108。

[5]吴子健，王素英。生物工程下游技术课程教学探讨[J]。安徽农业科学，，43（26）：380—381。

生物工程技术教学设计 第2篇

《Bioseparation》

胡永红，姚忠，韦萍，周华，刘洋

Hu Yonghong, Yao Zhong, Wei Ping, Zhou Hua, Liu Yang（南京工业大学制药与生命科学学院，南京，210009）

摘要: 本文通过十余年对《生物分离工程》双语教学研究，提出在优化教学内容，注重传授专业基础知识，介绍本学科的研究进展的同时，应用多媒体，网络资源等现代化教学手段及多元化的教学方法，活跃课堂气氛，激发学生创新思维，从而提高双语教学质量和效果，使学生能更好地学习和掌握专业知识；认为成功的双语教学赋予学生的不仅是课程内容上的收获，更是思维方式上的拓展。经过14年的探索与实践，该课程已成效显著，于2005年荣获“国家级精品课程”称号，实现了全国生物工程类精品课程零的突破。关键词：生物分离工程；双语教学；多媒体教学

高新技术研究需要高素质人才，如何培养高素质人才对当今各大高校提出了更高要求。国际化已经成为目前高等学校办学水平的重要体现，而外语水平的高低成为衡量人才素质的重要标准之一。在很多高新技术领域如生物工程、信息技术等，一直以来都是欧美日等国家占据领先优势，科技优势决定语言优势[1]，这些学科在世界一流高校普遍采用英语教学，论文发表和学术交流也以英语为主。为了使培养的大学生跟上学科发展的最新进展，使其具有原始创新能力、国际合作意识、国际交流与竞争能力，有必要实施双语教学，以适应我国高等教育国际化发展趋势需求。

2001年国家教育部在《关于加强高等学校本科教学质量的若干意见》（4号文件）中指出：双语教学（bilingual teaching）是加强大学本科教学提升本科教学水平的一项重要措施，文件要求高校大力推广双语教学，“力争在三年内，外语教学课程达到所开课程的5%～10%。”同时，教育部本科教学评估方案中也规定，评估指标优秀的高校，双语教学课程的开设率须达到8%以上。由此可见，双语教学是我国高等教育与国际接轨、迎接新世纪挑战和教育改革发展的必然趋势，也是当前教学改革的重点和热点[2]。

一、生物分离工程实行双语教学的必要性及可行性

生物技术产品中，分离纯化的成本一般要占总成本的60%～90% [3]，分离过程往往成

作者简介：胡永红，1968.6，女，教授，博士。为制约生物技术产业可持续发展的瓶颈。近年来生物技术的发展突飞猛进，迫切需要培养和打造一批不仅熟练掌握生物工程领域上游技术、又精通生物分离工程领域最新下游技术的人才，此时，双语教学的开展如同一把钥匙，顺利地插入了生物技术人才培养问题的锁眼。

《生物分离工程》是我校制药与生命科学学院面对生物工程专业、制药工程、食品工程等专业开设的一门重要专业基础课，培养和造就基础理论宽厚、专业知识扎实、外语交流通畅的复合型人才是我们的目标。多年的教学实践经验表明，在大学高年级阶段，仅仅开设《专业英语》课程是远远不够的，而全面实施纯英文授课模式不符合国情和校情，因此，在大学三年级下半学期或大学四年级上半学期开设的专业课中有选择的开展部分内容双语教学。据分析该阶段学生的英语能力，绝大多数同学已通过大学英语四级考试，部分学生已通过大学英语六级考试，再加上本科阶段基础英语和专业英语以及专业课并行设置，为生物分离工程的双语教学奠定了坚实的基础，开展双语教学时机成熟。所以，选择在高年级学生中开展《生物分离工程》双语教学是必要的，也是可行的。

二、生物分离双语教学实践经验

1、选择反映学科最新进展的教学内容

教学中选用国际上经典的、最受欢迎和再版次数最多的Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology（Paul A.Belter, E.L.Cussler, Wei-Shou Hu）作为50％双语教学的基本内容。同时参考国际上其他优秀教材如：Bioseparation Science and Engineering（Roger G.Harrison, Paul W.Todd, Scott R.Rudge, and Demetri P.Petrides）和Bioseparations Engineering: Principles, Practice, and Economics Michael R.Ladisch 等, 这些教材在编写内容和形式上各有特点，都是任课教师选择的优秀参考书。由于当今学科发展日新月异，生物分离工程领域知识更新速度加快的特点，在授课过程中引入生物分离技术的最新进展文献近80篇，补充了许多当前国际上生物分离工程领域的最新研究进展和研究热点最新的分离单元操作如：模拟移动床的分离技术（simulated moving bed）、双水相萃取（two-aqueous phase extraction）、膜分离(membrane separation)、分子蒸馏（molecular distillation）、反微团萃取(reversed micelle extraction)及超临界萃取(super critical extraction)等内容。与此同时，针对工科院校学生的特点，在教授基础知识、广泛介绍生物分离工程领域的最新发展动态的同时，特别重视介绍国内外高校、研究所特别是一些知名企业的生产与研究状况，注重学生综合素质和创新能力培养。为此我们编写了40万字的富有本学科特色的《生物分离原 2 理及技术》中文教材，现已列为化学工业出版社及教育部重点教材。2.多媒体及网络资源等现代化教学手段提高双语教学质量

在课堂教学过程中采用现代化的多媒体教学形式，针对生物分离工程中计算公式多、生物分离工程装备多、图表多、学科发展快等特点，利用Power Point等软件将教学内容全部制作成多媒体课件，并在制作中采用了一些技巧，例如在幻灯片中尽量使用文本框并配上色彩鲜艳的背景图片，放映时有层次、有条理地展示讲授内容，在授课中给学生以新鲜的感觉。同时，为了使学生更好地理解专业知识，课件内容中的关键词、句采用中英文对照，并精选两百多张精美、新颖、逼真的图片，形象地帮助学生理解某些复杂的过程机理，又不会因为个别专业词汇不了解而影响专业知识教学的进度。

多媒体课件不仅使课堂教学的信息量成倍增长，而且通过与视频显示台、实物模型等的结合使用，大大提高了学生的学习热情，促使学生更加牢固地掌握所学知识，也有利于学生克服双语教学中的语言障碍。针对多媒体教学信息量大，学生不易记笔记的矛盾，在课前打印出相关的、与之配套的中英文自学纲要，同时将教学大纲、教学进程表、电子教案、多媒体、课件放在南京工业大学“工大在线”校园网上，以备学生课前预习，课堂上也不必跟着幻灯片放映的速度记笔记，而是可以更加专心致志地听讲、理解，只对某些重点部分作记录，课后方便复习。《生物分离工程》双语教学的网络资源已做到全国共享，据了解，国内许多相关专业的师生都在使用或参考，效果良好。

3、多元化的教学方法活跃课堂气氛，激发学生创新思维

教学方法及手段的改革已成为当前高校教育改革最迫切的任务之一，在教学过程中我们不是采用传统的以教师课堂讲授为主的“填鸭式”、“满堂灌”教学模式而是师生之间双向交流的“启发式”、“交互式”、“讨论式”教学模式，为了更好地发挥学生学习中的主动性和积极性，把教学从单纯的传授知识转换到传授知识与发展智力、发展创造力相结合。多元化的教学方法：注意激发疑点，多样化的质疑与释疑方法强化知识的掌握，激发学生兴趣；适时进行认知监控，经常给学生提供反馈机会，创造师生之间、学生之间良好的互动环境；鼓励学生用英语提出问题，激发学生强烈的学习欲望，培养他们的创新思维能力。

《生物分离工程》内容涉及包括基因工程产品及农产品加工等十几个大门类的多种产品的分离纯化过程，教学中将其划分为四大部分：（1）不溶物的去除（removal of insolubles）（2）产品分离(isolation)（3）产品纯化(purification)（4）产品精制(polishing)。以过滤与微过滤（filtration and microfiltration）、离心

(centrifugation)、细胞破碎(cell disruption)、萃取（extraction）、吸附（adsorption）、色谱（elution chromatography）、层析（precipitation）、超滤与电渗析（ultrafiltration and electrophoresis）、结晶（crystallization）、干燥（drying）等十个单元操作为主线条[4]，我们将50％课程内容采用双语教学。每章的每小节之后都有principle review，以提问的方式，重点总结学生应该掌握的基本原理；每一章节后还附有conclusions，提示与相关章节有关的阅读内容；每章最后附有further reading及problems，培养学生的独立思考和创新能力，大大有别于传统教学方式。

本课程组在传授教材知识的基础上结合自身以及本院科研工作的特点，在课堂教学中注意讲授内容的新颖性和讲授技巧，在教学中补充大量的学生可以亲眼目睹、甚至亲自参与的科研实例，采用启发式教学，结合学科发展讲授基础理论知识，有意识地向同学们介绍当今科学研究领域正在兴起或至今尚未解决的问题，增加了课堂的趣味性、知识性、新颖性和研究性，激发了学生的探索热情。建立了以学生为主的交互式课堂教学方法, 创造有利于培养学生创新意识和创新能力的课堂教学环境和气氛, 调动学生主动参与课堂教学全过程。鼓励学生积极采用英文提问，当表达困难时，允许使用中文进行补充，同时鼓励学生走上讲台参与讲课, 变被动的听课做笔记为主动的查阅文献、组织材料、选择内容、重点讲授，经相互交流讨论和任课教师的总结，加深了学生认识，不但活跃了整个教学气氛，而且学生学习本门课程的主动性和积极性也大大提高。另一方面，作为课堂讲授的补充，在保留少量中英文解题式作业的同时，结合授课内容布置研究型或调研型课题的大作业，如：请学生介绍一个熟悉的生物工程产品的流程，并采用英文标识出该产品的分离过程包括几个部分？运用了哪些生物分离的单元操作？强调学生的主动探索精神，要求以英文小论文的形式提交。这种作业形式不仅有利于引导学生积极主动地进行课程学习，及时了解分离工程领域的理论和技术的发展前沿和趋势，也锻炼了学生的外文文献查阅能力、分析研究能力和论文写作能力。经过多年的实践, 多元化课堂教学方法已深受广大学生的欢迎和好评。

4、“请进来、走出去”促进中西文化交流，提升双语教学质量

采用英文专业术语进行课堂教学，关键是教师[5]，因此首先应提高专业教师的英语水平[6]。推广双语教学，有利教师产生危机感，对教师提出了更高要求，不但要求教师精通本专业知识、技能，同时对其综合运用外语能力的要求也很高。

教学过程中我们实行“请进来、送出去”的政策，一方面聘请国外相关学科专家到学校进行学术讲座和学术交流，促进中西文化与技术交流，使学生及时了解学科最新发展动态，拓展专业视野，同时学生通过与外籍专家面对面的英语交流，给学生创造了实际锻炼 的机会，提高了学生的外语应用能力。另一方面送部分教师到国外学习先进的科学理念及技术，与国外进行定期和不定期的学术交流，使得双语教学具备了一定的师资基础。双语教学也为我们教师提供了一个提高自身英语综合运用能力的机会，激励教师自觉加快自身知识更新，促使教师更多地学习英语、接触英语和使用英语，全方位提高听、说、读、写综合能力，不断提高授课水平。笔者曾公派赴美国作访问学者，通过与国外高校合作科研，不仅提高了教师的科研水平，而且能流利地运用英语与国外专家进行学术交流，为更好地进行《生物分离工程》双语教学打下了良好基础。通过双向、互动交流，提高了双语教学的水平和教学质量。

三、《生物分离工程》双语教学实践成果与思考

自1993年以来，《生物分离工程》教学坚持14年50％的教学内容采用双语教学，教师在课堂教学中采用新颖的媒体教学课件及内容丰富的网络资源，不仅系统传授了生物分离工程各单元操作的基础理论知识，而且以图片和动画等多种形式展示实际操作中的设备，有效地激发了学生的学习热情和兴趣；提高了学习积极性，激发了求知欲和探索精神，培养了创新思维方法和能力；学生的基础英语和专业英语水平整体提高，可以熟练进行英文文献的阅读及翻译，能够与老师用英语进行专业方面的简单交流，也为部分学生出国深造打下了良好基础；多元化的教学模式，课堂气氛轻松愉悦，师生之间启发式、讨论式的互动交流，学生反映不仅掌握了现代分离单元理论、技术及装备，熟练各种生物反应实验操作，而且思维方式也活跃了。这是笔者最想看到的，成功的双语教学赋予学生的不仅是课程内容上的收获，更是思维方式上的拓展。十余年的探索与实践已取得初步成效，该课程于2005年荣获“国家级精品课程”称号，实现了全国生物工程类精品课程零的突破。

生物工程技术教学设计 第3篇

一、结合专业特色, 优化教学内容

传统的仪器分析涉及的内容非常多, 包括色谱分析法、光学分析法、电化学分析法、热分析法等多个领域。面对教学内容多、课时少的矛盾, 针对生物工程专业的就业需要和培养创新型人才的目标, 调整课程内容, 使学生在有限的学时中掌握最大量的知识已成为当务之急。生物仪器分析的开课时间为三年级的第二个学期, 学生已经学习了一部分专业课和全部的基础课程, 对有些仪器的原理和使用已有所了解, 所以根据前期课程的开设情况对教学内容进行科学的取舍。由于本校为工科学校, 专业课程都以应用为主, 所以在课程中我们弱化了仪器工作原理部分, 增加了仪器的使用、维护和保养方面的知识, 并适当地补充仪器分析的前沿性知识, 如在气相色谱中补充了二维气相色谱方面的知识, 拓宽学生的知识面, 激发求知欲。

二、改革教学方法

生物仪器分析课程各章的内容独立性较强, 理解原理困难, 一些大型精密仪器的结构复杂, 采用传统的教学方法难以教授, 而且易使学生兴趣降低。运用多媒体教学并辅以传统的教学方法, 可将仪器的结构图、构造图、使用方法、工作原理等采用图片、视频和动画的形式展示, 使学生更容易理解, 并且可以调节课堂气氛, 一举多得。将传统的验证性实验进行改革, 开设设计性实验课程。设计性实验是指在教师指导下学生独立设计实验方案的教学方式, 旨在培养学生综合运用各种知识解决实际问题的能力。具体程序包括:首先, 进行学生的分组, 以学生自愿组对为主结合教师指导分配, 教师给每组确定一个合适的题目;第二, 学生通过查询文献, 确定合适的分析仪器、分析方法、实验方案;第三, 教师和学生共同论证可行性, 并指导修订, 确定最终的方案;最后, 学生独立完成实验, 提交实验报告, 教师进行考核。这种方式, 不仅对学生的综合能力提高有很大的帮助, 而且有利用培养学生的团队协作意识, 有助于学生将来工作中的团队合作。针对大型仪器价格昂贵, 一所高校或企事业单位难以全部拥有, 学生在实验中难以全部接触的现象, 我们开拓了多种渠道。首先, 兄弟院校建立合作机制, 做到大型精密仪器共享;第二, 联系具有相关大型仪器的生物类企业, 带领学生深入企业的相关部门参观学习或将生产实习有机结合。这样不仅开拓了学生的视野, 而且提高了学习效果, 学生参观、实习的过程, 也向相关的单位展现了我专业学生的风采, 有利用学生的就业。

三、改进考核方法

传统的仪器分析考核方式基本有两种, 一是闭卷考试, 通过试卷的方式将学生对仪器原理和使用方法做一考核;另一种为闭卷考试结合实验课成绩, 而其实验课也基本为验证性实验。这两种方式都难以考察学生对仪器的掌握和操控能力, 而且会降低学生对平时学习的积极性。通过几届学生的教学实践, 我们将传统的闭卷考试考核方式进行了改革, 生物仪器分析的课程总成绩分为三个部分, 其中理论课采用开卷考试的方式, 成绩占40%;实验课成绩占40%, 对每次的实验都进行评分, 包括实验方案设计、实验操作、原始数据测试精确度、数据处理能力、团队协作能力等;平时成绩占20%, 包括课题问答、seminar等。这种考核方式, 对学生的学习积极性有很大的提高, 而且能够做到考核公平, 使真正有能力的学生有机会获得更好的分数, 更加突出实用性, 而非简单的教师划重点, 学生考前突击这种典型的“大学式考核方式”。

四、提高教师素质, 追踪仪器发展前沿

生物仪器分析不同于传统的仪器分析, 其内容涉及的仪器较为新颖而且更新较快, 包括氨基酸分析仪、基因枪、核磁共振仪、生物质谱仪等传统的仪器分析所不涉及的内容, 这将对教师的知识更新提出更高的要求, 通过简单的书本知识而没有亲自实践, 教师很难将自己对仪器的体会和感受传授给学生。基于此, 我们通过选派青年骨干去“985”高校和大型企业学习和培训, 并积极组织专任教师参加仪器公司举行的产品展销会或产品试用会, 以期使教师能更多地接触和了解仪器发展的新动向, 更好地将知识传授给学生, 努力做到与社会和仪器发展的前沿不脱节。

通过以上教学改革措施, 我们在实践中得到了较好的效果。提高了学生的学习兴趣和动力, 加深了对生物仪器分析课程的理解, 拓宽了学生的视野, 使学生在将来走到工作岗位中也能胜任大型精密仪器的操作和维护。只有在教学实践中不断积累、不断创新、总结经验, 才能给教学增添活力, 使学生获得更多有用的知识, 培养更多的能力, 对学生的就业有很大的帮助。

摘要：针对目前生物仪器分析课程教学的现状和存在的问题, 结合学校的特点和生物工程专业的特色, 笔者进行了教学内容、教学方法、考核方法、教师素质等的分析, 对生物仪器分析课程教学进行了一系列改革, 在实践中取得了较好的效果。

关键词：工科院校,生物工程,生物仪器分析,教学改革

参考文献

[1]朱明华, 胡坪.仪器分析[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]刘永和, 黄海燕.仪器分析课程应突出实用性和科学性[J].邵阳学院学报 (自然科学版) , 2007, 4 (4) :84-87.

[3]吴兰, 陈明华, 薛喜文.生物工程专业本科生生产实习的改革与实践[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (11) :125-126.

[4]曹枫, 关兆铿, 马长华, 等.仪器分析实验多媒体教学平台制作与应用[J].中医教育, 2008, 27 (5) :36-37.

生物工程技术教学设计 第4篇

【关键词】生物技术实践；学生独立实验；学生小组实验；教师演示实验

当你翻开《生物技术实践》的课本，可能你会被书中丰富多彩的实验所吸引：酿造葡萄酒、制作泡菜、植物芳香油的提取……你对觉得其实生物技术就在我们的生活中；而那些以前我们可能并不熟知的的酵母细胞的固定化、多聚酶链式反应扩增DNA片段、血红蛋白的提取与分离其实也并不是那么神秘。从古到今，生物技术一直与人们的生活息息相关。让学生了解生物技术、体验和掌握生物技术、感受生物技术给人们的生活带来的变化，是学生学习本模块的目的。

《生物技术实践》共有6个专题：传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养、酶的研究与应用、DNA和蛋白质技术和植物有成分的提取。其中每个专题下又分为2-3个课题，共16个专题。笔者按着课题的可操作性和难易程度，将其分为学生独立完成实验、学生小组合作完成实验和教师演示实验。具体划分为：

教师在实际课堂教学中，可依据实验的不同类型，采取不同的教学方法，具体教学建议如下：

学生独立实验

《生物技术》中，笔者认为有三个实验原理简单，可操作性强，材料装置易取，适合学生独立完成，可以在实验室进行，也可以在家中完成。要尽量让学生在做中学，尽量将实验的设计与学生的生活内容相关，在学生的理解范围内为其建构新的内容。如：果酒的制作

实验思路：（1）果酒的制作其实操作非常简单，需要榨汁机、发酵瓶、灭菌锅，其实在家中完成用消毒的手可以代替榨汁机，未开封的矿泉水瓶可以代替发酵瓶（因矿泉水瓶本身已经灭菌，发酵时拧松瓶盖就可放气），这样可节省大量时间。（2）为使实验效果更明显，可以事先准备好已活化的酵母菌。

实验器材：每组未冲洗的赤霞珠葡萄若干（新疆地区品种优良，来源广泛）、烧杯1个、未开封的矿泉水1瓶（学生自带），75%的酒精棉，活化的酵母菌少量。

学生实验过程：挑选葡萄；冲洗；去梗榨汁（用75%的酒精消毒双手和烧杯，直接用手挤压葡萄，尽量揉烂一点）；装瓶（留出1/3的空间不要装满，便于以后放气），并在瓶内滴入几滴活化好的酵母菌；盖好瓶盖并拧紧。

课后任务：学生将自制的发酵瓶保管好，最好不要放在阳台上暴晒，每天要观察现象并记录，如果一旦瓶子胀气了，要及时轻轻拧送瓶盖放弃并注意闻闻气味，是否有酒香，有时一天需要放气2～3次。

二、学生小组实验

《生物技术》中有部分实验虽原理简单，但个人不易完成，需要教师适时地对一些操作技能进行指导，学生以小组为单位进行合作学习。在此期间教师要仔细观察每组学生的实验进展情况如何，对出现的一些问题进行适宜的引导，同时要让学生彼此之间学会合作。随后当实验完成时，教师要对小组的实验结果给予恰当的评价与总结，同时还要让小组之间互相评价总结。这些看似程序性的教学模式所隐含的意义非同小可，学生在动手操作、讨论、提问、合作、评价中学会的不仅仅是知识，还有学习能力、思维能力、协作能力等综合能力，而这也是选修Ⅰ课程的教学宗旨。

三、教师演示实验

教师在进行选修教学过程中，除了要教会学生实验技能以外，在适当的情境中还应引导学生能够进行科学的推理，即给学生做示范。在这个推理过程中，教师与学生应成为合作伙伴，师生应就某些科学现象构建有意义的问题。教师如果直接地告诉学生答案则不会有长远的价值和作用，教师与学生在条件允许的情况下，应一起就科学现象的根本原因提出猜想或假设，再一起收集数据，设计实验验证假设，最终师生共同建构理论或模型解释现象。在此过程中，不仅培养学生科学的思维方式，同时也对教师的教学有很好的指导意义，教师在这个过程中能够对学生的认知有较为清楚的认识和把握，也为以后的教学提供了一些借鉴，对教师的生物教学能力有显著的提高。

教师只有拥有正确的态度（坚定的信念）、丰富的视野平台（知识领域）、充实的内在营养源（专业知识）、必备的硬件设施（实践知识）以及灵活的教学策略，教师才能较为全面地理解选修Ⅰ的内容实质，才能较好地完成选修Ⅰ的实验教学。

【参考文献】

[1]刘浩然.高中生物教师“生物技术实践”教学能力的现状研究.沈阳师范大学硕士学位论文.2013.38-42

[2]禹双根.探索选修一《生物技术实践》的实验教学[J].中学生物学.2012.28（11）：20-21

（作者单位：新疆乌鲁木齐市兵团建工师第四中学）endprint

【摘 要】《生物技术实践》共有6个专题：传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养、酶的研究与应用、DNA和蛋白质技术和植物有成分的提取。其中每个专题下又分为2-3个课题，共16个专题。笔者按着课题的可操作性和难易程度，将其分为学生独立完成实验、学生小组合作完成实验和教师演示实验。教师在实际课堂教学中，可依据实验的不同类型，采取不同的教学方法。

【关键词】生物技术实践；学生独立实验；学生小组实验；教师演示实验

当你翻开《生物技术实践》的课本，可能你会被书中丰富多彩的实验所吸引：酿造葡萄酒、制作泡菜、植物芳香油的提取……你对觉得其实生物技术就在我们的生活中；而那些以前我们可能并不熟知的的酵母细胞的固定化、多聚酶链式反应扩增DNA片段、血红蛋白的提取与分离其实也并不是那么神秘。从古到今，生物技术一直与人们的生活息息相关。让学生了解生物技术、体验和掌握生物技术、感受生物技术给人们的生活带来的变化，是学生学习本模块的目的。

《生物技术实践》共有6个专题：传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养、酶的研究与应用、DNA和蛋白质技术和植物有成分的提取。其中每个专题下又分为2-3个课题，共16个专题。笔者按着课题的可操作性和难易程度，将其分为学生独立完成实验、学生小组合作完成实验和教师演示实验。具体划分为：

教师在实际课堂教学中，可依据实验的不同类型，采取不同的教学方法，具体教学建议如下：

学生独立实验

《生物技术》中，笔者认为有三个实验原理简单，可操作性强，材料装置易取，适合学生独立完成，可以在实验室进行，也可以在家中完成。要尽量让学生在做中学，尽量将实验的设计与学生的生活内容相关，在学生的理解范围内为其建构新的内容。如：果酒的制作

实验思路：（1）果酒的制作其实操作非常简单，需要榨汁机、发酵瓶、灭菌锅，其实在家中完成用消毒的手可以代替榨汁机，未开封的矿泉水瓶可以代替发酵瓶（因矿泉水瓶本身已经灭菌，发酵时拧松瓶盖就可放气），这样可节省大量时间。（2）为使实验效果更明显，可以事先准备好已活化的酵母菌。

实验器材：每组未冲洗的赤霞珠葡萄若干（新疆地区品种优良，来源广泛）、烧杯1个、未开封的矿泉水1瓶（学生自带），75%的酒精棉，活化的酵母菌少量。

学生实验过程：挑选葡萄；冲洗；去梗榨汁（用75%的酒精消毒双手和烧杯，直接用手挤压葡萄，尽量揉烂一点）；装瓶（留出1/3的空间不要装满，便于以后放气），并在瓶内滴入几滴活化好的酵母菌；盖好瓶盖并拧紧。

课后任务：学生将自制的发酵瓶保管好，最好不要放在阳台上暴晒，每天要观察现象并记录，如果一旦瓶子胀气了，要及时轻轻拧送瓶盖放弃并注意闻闻气味，是否有酒香，有时一天需要放气2～3次。

二、学生小组实验

《生物技术》中有部分实验虽原理简单，但个人不易完成，需要教师适时地对一些操作技能进行指导，学生以小组为单位进行合作学习。在此期间教师要仔细观察每组学生的实验进展情况如何，对出现的一些问题进行适宜的引导，同时要让学生彼此之间学会合作。随后当实验完成时，教师要对小组的实验结果给予恰当的评价与总结，同时还要让小组之间互相评价总结。这些看似程序性的教学模式所隐含的意义非同小可，学生在动手操作、讨论、提问、合作、评价中学会的不仅仅是知识，还有学习能力、思维能力、协作能力等综合能力，而这也是选修Ⅰ课程的教学宗旨。

三、教师演示实验

教师在进行选修教学过程中，除了要教会学生实验技能以外，在适当的情境中还应引导学生能够进行科学的推理，即给学生做示范。在这个推理过程中，教师与学生应成为合作伙伴，师生应就某些科学现象构建有意义的问题。教师如果直接地告诉学生答案则不会有长远的价值和作用，教师与学生在条件允许的情况下，应一起就科学现象的根本原因提出猜想或假设，再一起收集数据，设计实验验证假设，最终师生共同建构理论或模型解释现象。在此过程中，不仅培养学生科学的思维方式，同时也对教师的教学有很好的指导意义，教师在这个过程中能够对学生的认知有较为清楚的认识和把握，也为以后的教学提供了一些借鉴，对教师的生物教学能力有显著的提高。

教师只有拥有正确的态度（坚定的信念）、丰富的视野平台（知识领域）、充实的内在营养源（专业知识）、必备的硬件设施（实践知识）以及灵活的教学策略，教师才能较为全面地理解选修Ⅰ的内容实质，才能较好地完成选修Ⅰ的实验教学。

【参考文献】

[1]刘浩然.高中生物教师“生物技术实践”教学能力的现状研究.沈阳师范大学硕士学位论文.2013.38-42

[2]禹双根.探索选修一《生物技术实践》的实验教学[J].中学生物学.2012.28（11）：20-21

（作者单位：新疆乌鲁木齐市兵团建工师第四中学）endprint

【摘 要】《生物技术实践》共有6个专题：传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养、酶的研究与应用、DNA和蛋白质技术和植物有成分的提取。其中每个专题下又分为2-3个课题，共16个专题。笔者按着课题的可操作性和难易程度，将其分为学生独立完成实验、学生小组合作完成实验和教师演示实验。教师在实际课堂教学中，可依据实验的不同类型，采取不同的教学方法。

【关键词】生物技术实践；学生独立实验；学生小组实验；教师演示实验

当你翻开《生物技术实践》的课本，可能你会被书中丰富多彩的实验所吸引：酿造葡萄酒、制作泡菜、植物芳香油的提取……你对觉得其实生物技术就在我们的生活中；而那些以前我们可能并不熟知的的酵母细胞的固定化、多聚酶链式反应扩增DNA片段、血红蛋白的提取与分离其实也并不是那么神秘。从古到今，生物技术一直与人们的生活息息相关。让学生了解生物技术、体验和掌握生物技术、感受生物技术给人们的生活带来的变化，是学生学习本模块的目的。

《生物技术实践》共有6个专题：传统发酵技术的应用、微生物的培养与应用、植物的组织培养、酶的研究与应用、DNA和蛋白质技术和植物有成分的提取。其中每个专题下又分为2-3个课题，共16个专题。笔者按着课题的可操作性和难易程度，将其分为学生独立完成实验、学生小组合作完成实验和教师演示实验。具体划分为：

教师在实际课堂教学中，可依据实验的不同类型，采取不同的教学方法，具体教学建议如下：

学生独立实验

《生物技术》中，笔者认为有三个实验原理简单，可操作性强，材料装置易取，适合学生独立完成，可以在实验室进行，也可以在家中完成。要尽量让学生在做中学，尽量将实验的设计与学生的生活内容相关，在学生的理解范围内为其建构新的内容。如：果酒的制作

实验思路：（1）果酒的制作其实操作非常简单，需要榨汁机、发酵瓶、灭菌锅，其实在家中完成用消毒的手可以代替榨汁机，未开封的矿泉水瓶可以代替发酵瓶（因矿泉水瓶本身已经灭菌，发酵时拧松瓶盖就可放气），这样可节省大量时间。（2）为使实验效果更明显，可以事先准备好已活化的酵母菌。

实验器材：每组未冲洗的赤霞珠葡萄若干（新疆地区品种优良，来源广泛）、烧杯1个、未开封的矿泉水1瓶（学生自带），75%的酒精棉，活化的酵母菌少量。

学生实验过程：挑选葡萄；冲洗；去梗榨汁（用75%的酒精消毒双手和烧杯，直接用手挤压葡萄，尽量揉烂一点）；装瓶（留出1/3的空间不要装满，便于以后放气），并在瓶内滴入几滴活化好的酵母菌；盖好瓶盖并拧紧。

课后任务：学生将自制的发酵瓶保管好，最好不要放在阳台上暴晒，每天要观察现象并记录，如果一旦瓶子胀气了，要及时轻轻拧送瓶盖放弃并注意闻闻气味，是否有酒香，有时一天需要放气2～3次。

二、学生小组实验

《生物技术》中有部分实验虽原理简单，但个人不易完成，需要教师适时地对一些操作技能进行指导，学生以小组为单位进行合作学习。在此期间教师要仔细观察每组学生的实验进展情况如何，对出现的一些问题进行适宜的引导，同时要让学生彼此之间学会合作。随后当实验完成时，教师要对小组的实验结果给予恰当的评价与总结，同时还要让小组之间互相评价总结。这些看似程序性的教学模式所隐含的意义非同小可，学生在动手操作、讨论、提问、合作、评价中学会的不仅仅是知识，还有学习能力、思维能力、协作能力等综合能力，而这也是选修Ⅰ课程的教学宗旨。

三、教师演示实验

教师在进行选修教学过程中，除了要教会学生实验技能以外，在适当的情境中还应引导学生能够进行科学的推理，即给学生做示范。在这个推理过程中，教师与学生应成为合作伙伴，师生应就某些科学现象构建有意义的问题。教师如果直接地告诉学生答案则不会有长远的价值和作用，教师与学生在条件允许的情况下，应一起就科学现象的根本原因提出猜想或假设，再一起收集数据，设计实验验证假设，最终师生共同建构理论或模型解释现象。在此过程中，不仅培养学生科学的思维方式，同时也对教师的教学有很好的指导意义，教师在这个过程中能够对学生的认知有较为清楚的认识和把握，也为以后的教学提供了一些借鉴，对教师的生物教学能力有显著的提高。

教师只有拥有正确的态度（坚定的信念）、丰富的视野平台（知识领域）、充实的内在营养源（专业知识）、必备的硬件设施（实践知识）以及灵活的教学策略，教师才能较为全面地理解选修Ⅰ的内容实质，才能较好地完成选修Ⅰ的实验教学。

【参考文献】

[1]刘浩然.高中生物教师“生物技术实践”教学能力的现状研究.沈阳师范大学硕士学位论文.2013.38-42

[2]禹双根.探索选修一《生物技术实践》的实验教学[J].中学生物学.2012.28（11）：20-21

高二生物《基因工程》教学设计 第5篇

授课教师：北京师范大学附属实验中学 王卫红

一、教学目标 知识目标：

简述基因工程操作的基本工具；

说明限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用。能力目标：

动手模拟限制性内切酶的酶切作用和DNA连接酶的连接作用。情感态度价值观目标：

体验科学研究中技术手段的进步对科学研究的巨大推动作用； 体验科学研究的思路和方法。

二、教学重点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

三、教学难点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

四、教学资源

浙科版《选修3：现代生物科技专题》、自制教学PPT、纸质模型

五、教学过程

1． 情境导入：

演示药物胰岛素图片，说明胰岛素是很多的糖尿病患者最好的药物，每天要注射胰岛素来维持血糖的平衡，曾经胰岛素是从动物胰脏中提取的，几吨的胰脏只能提出几十克胰岛素，所以曾经胰岛素是非常昂贵的药物，但是在科学技术飞速发展的今天，情况早已经发生了变化，人们通过基因工程将基因导入大肠杆菌细胞中来生产胰岛素？如何生产？ 这也是基因工程的基本内容，基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。但是如何完成这个操作过程？将胰岛素基因叫目的基因，被导入的细胞叫受体细胞。

2．提出问题分析基因工程操作中需要哪些工具： 提出问题：1.如何获得人胰岛素基因？

2．能否将人的胰岛素基因直接注入大肠杆菌细胞？

提供材料：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。当外源DNA侵入时，会利用一种酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。

通过分析明确：1.DNA分子要被被切成片段后导入受体细胞。

2．导入受体细胞需要有运载体，否则会被切断或破坏

针对以上问题，在基因工程的操作水平有相应的分子工具应该包括，分子剪刀、胶水和运载体。

3.了解三种工具：

3.1 限制性核酸内切酶：1970年Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶Hind II，1972年，H.W.Boyer等相继发现了ＥcoR I 一类重要的限制性内切酶。科学家们发现的这些酶，可以剪断外来的DNA分子，即上述内容中提到的酶，作用是防御外来DNA入侵，这类酶对基因工程的操作有没有作用呢？可以作为剪刀！限制性核酸内切酶，在科学家的继续研究 中发现了几千种酶，而且能识别特定序列，并在特定位点进行切割，如GAATTC序列，在G、A之间切开。

切开什么位置？复习DNA的分子结构，回忆磷酸二酯键，被切开后什么样？

活动1：用EcoR I酶切开有两个GAATTC的纸质DNA分子 讲解粘性末端和平末端

活动2：提供两个不同序列的纸质运载体DNA，选择哪个？为什么？学生选择后切开。如果和运载体连接的话怎么办？运载体被相同的酶切开相同的切口再黏上，黏什么键？磷酸二酯键

3.2 DNA连接酶： 1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现DNA连接酶，特别是1970年H.G.Khorana等发现的T4 DNA连接酶具有更高的连接活性。

分析DNA连接酶和DNA聚合酶的不同，DNA连接酶，连接的部分为磷酸二酯键，DNA聚合酶连接的也是磷酸二酯键，两种酶的作用有何不同？DNA连接酶：连接两个片段之间的缺口，不需要模板；DNA聚合酶：将一个个单个的核苷酸接上去，需要模板（画简图）

3.3 运载体：

通过上述活动分析，什么样的DNA适合做运载体？应该有多种限制酶切点，在宿主细胞中稳定保存，可复制，有标记基因，便于筛选。常用的运载体是细菌质粒和噬菌体DNA。

4．归纳笔记

六、板书设计

二、基因工程

1． 基因工程的操作工具

（1）限制性核酸内切酶

分布：主要在原核生物中

作用特点：识别特定核苷酸序列，切割特定切点

切点：磷酸二酯键

举例：EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开（2）DNA连接酶——“针线”

DNA连接酶：连接两个DNA分子片段间的磷酸二酯键

DNA聚合酶：连接一个脱氧核苷酸到DNA片段上，需要模板（3）运载体——“运输车” 载体必须具备的条件：

1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；

2、具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；

3、具有某些标记基因，便于进行筛选。（如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等）

生物信息技术与设计生命 第6篇

BIOMECICAL INFORMATION TECHNOLOGY AND

STHYNETIC LIFE

摘 要

本文所讨论的设计生命主要为设计微生物，设计微生物即通过生物技术将多种不同DNA片段结合在一起后导入剔除了遗传物质的细胞内使之成为一个全新的由人类设计的微生物。

本文一共分为三章。第一章简要阐述设计微生物技术的原理过程。第二章主要讨论分析设计微生物的利弊：一方面设计微生物对于当今社会意重大意义，如帮助环境保护、开发新能源与促进可持续发展等；另一方面设计微生物可能造成极大的危害，如细菌武器等。

第三章在第二章的基础上阐述了对设计微生物技术未来的发展趋势与展望，个人对于新型微生物的设想。

ABSTRACT The main topic of this essay is synthetic microorganism , synthetic microorganism is a kind of man-made life.Combine DNA pieces extracted from different organisms together to make new chromosomes ,then put them into a cell whose genetic codes has already been eliminated ,after the man-made chromosomes coming into force ,a synthetic life is made.There are three parts of this essay.The first part gives a brief introduction of the theory of synthetic life.The second part mainly focuses on the influence synthetic microorganism may have on our society.On one hand , some certain kinds of microorganisms can be created to make contributions to environment protection ,fuel production and sustainable development.On the other hand , synthetic microorganisms can do harm to our society if a designed virus is released.In the third part ,I express my own opinion and expectation on the future of synthetic microorganism technology ,and what kind of new microorganisms we shall create.关 键 词

设计生命 生物信息技术 设计微生物

KEY WORDS Synthetic life ；synthetic microorganism ；biological technology

引 言

生物科学作为科学研究之中发展潜力极大的一部分，在极短的时间内，大量的新技术被开发并应用到生活中，而微生物的设计，也是我非常关注的。

相较于已经广为人知的设计婴儿，设计微生物似乎因为缺少如婴儿那样具体宏观的表现，但是对于设计微生物技术，人们是绝对不可轻视的。

正因为微生物很多情况下不为人所察觉，如果微生物设计技术落入反人类组织之手，创造出可快速传播、抗药性极强且有一定潜伏期的新型病毒，便可以在无人察觉的情况下传播疾病，其后果是毁灭性的。

然而如果正确的使用这一技术，如创造出可以强力吸收温室气体的微生物，那对于可持续发展是有极大帮助的。

本文的写作目的，就是通过本人对于设计微生物现况的理解，进而对于微生物设计的未来发展作出设想。

本文着重于通过讨论微生物设计技术被应用于不同方面时的不同影响，提高人们对于微生物设计技术的重视，进而分析微生物设计技术应当如何运用，在什么地方可以大力发展。

一、设计微生物技术的科学含义

1.合成人造DNA（1）合成较短的DNA片段，通过同源重组将DNA片段连接成较长的片段

（2）将人造DNA引入其他细胞

（3）人造 DNA中（已人为拼接入）的限制酶表达并将细胞中原有的遗传物清除，人造DNA开始在新细胞中表达，得到一个全新的人工设计的微生物。

简单来说，设计微生物就是将已有的各类基因在人类的操作下结合在一起，然后进行表达，这与设计婴儿相似，但不同之处在于，设计婴儿的基因来自人类，而设计微生物的基因来源是多种多样的。

二、设计微生物的社会影响

1设计微生物可以造福人类

1.1 解决温室效应与能源紧缺问题

人类向大气中排放了大量的二氧化碳，仅凭不断减少的森林与湿地已经无法维持全球的气温平衡，如果人们可以设计制造一种微生物，使得它能以二氧化碳等温室气体为能量来源，或者可以以二氧化碳为原料，生产清洁能源的话，我们现在面临的种种问题便迎刃而解了。

1996年，人们在1.5英里的深海中发现一种生活于沸水中的微生物，它以氢元素为能量来源，可以将二氧化碳转化为甲烷，这对于上述微生物的设计非常有帮助。

如果人们破译了该微生物的遗传密码，得到能够控制生物以二氧化碳为原料的DNA片段，并与其他基因拼接，创造出一种微生物，它可以大量吸收二氧化碳，而生产出清洁能源或者其他对人类有益的物质，那么对于减轻温室效应、保护环境与缓解能源紧缺问题，将是有极大的帮助的。

1.2 制造疫苗

当流感袭来时，人们并不能及时得到疫苗。事实上，我们总是在某种疾病最肆虐时才有打疫苗的机会。而即使人们掌握了某种疾病的发病规律（比如季节、年龄等），我们也很可能要为打疫苗而在不同的时间去不同的地方，这实在是非常影响生活的，更何况，使用注射器会增加受感染的几率。而大量的接种会导致打错疫苗或重复接种。

如果能够把各种互不妨碍作用效果的疫苗组合在一起，不仅给生活带来便利，也可以减少医疗垃圾的产生，是个事半功倍的做法。

例如，某人对A类疫苗过敏，而对B、C类疫苗无过敏反应，并且B、C类疫苗可以同时接种，不影响各自的作用效果（如白喉、百日咳、破伤风三合一疫苗），那么可以将疫苗B、C结合成一种混合疫苗，一次性接种。

2.设计微生物可以破坏社会

合成病毒

病毒的破坏力不小，结构却并不复杂。这也意味着它们可以为一些反人类组织所用。2002年，美国纽约州立大学石溪分校生化专家埃克卡德·威尔默教授研究小组就曾合成出过结构相对简单的脊髓灰质炎病毒。这是人类第一次完全依靠化学途径成功合成病毒。

美国哈佛公共卫生学院院长巴里·布卢姆评价说：“红色警报真的拉响了！这篇论文意味着更为复杂的病毒可以被合成出来，甚至自然界根本不存在的病毒也可以被合成出来。”

其实，对世界各地成千上万的生物实验室来说，这个研究小组的工作纯属“小儿科”。许多科学家早就相信，只要接受过一些科学训练，具备一些病毒基因组信息的知识，再加上一些常规的实验仪器，任何人都可以在实验室里合成出小儿麻痹症病毒，只不过这之前从来没有人做过尝试。

以此事实为基础，如果真的有拥有相应知识的人为反人类组织效力，那么他们可以将多种病毒的遗传因子混合，使得设计病毒拥有多种病毒的特质，如长达十五年的潜伏期（当疾病真正开始爆发，研究疫苗为时已晚），极强的传染性，像超级细菌一样的抗药性等等。那么人类的噩梦便降临了。

三、对设计微生物的未来设想

由第二章我们可以知道设计微生物技术具有双面性，但是这并不代表我们不能化弊为利。人之所以会出现腹胀等，是因为肠道内的微生物会产生甲烷，而甲烷是一种燃料。如果通过生物技术使得微生物产生甲烷的效率大大增强，让它可以在短时间内生成大量气体，然后将这种微生物引入动物的肠道内，让动物在生长过程中不断制造燃料，在生长成熟后再宰杀，就等于是将养殖场和燃料制造厂结合在了一起。

以当今的养猪场和养牛场为例，大多数被饲养的猪与牛一生都挤在狭小的空间中，并没有多大的活动空间，也就是说人们并不认为它们拥有道德感与自尊心，没有必要进行过优的对待。

在此背景下，可以将存储气体的容器设置于饲养场附近，气体通过管道来收集，管道一端连于储气容器，另一端接于动物的肛门，管道还可分为两根，上弯的一根收集因较热而上升的甲烷，下弯的一根收集排泄物进行沼气发酵。既使得饲养环境更好，也生产了大量能源。

而关于第二章中提到的疫苗改进法，人们需要接种疫苗，但是不管怎么制作混合多效疫苗，打针是不可避免的，为什么不能通过别的方法来接种呢。

有些传染性极强的传染病病毒可以通过水和食物传播（如霍乱），它们并非通过注射感染人体，却可以出现在人体的血液中，如果人们可以将病毒改造，使得它只能繁殖人为指定的代数，如乙肝疫苗中需要10微克的抗原含量，假如10微克是大约2n个抗原的质量，那么所设计的病毒只可以繁殖n代，然后用设计过的病毒将抗原携带或包裹，得到新型的疫苗。这种疫苗无需通过针管注射，只要在医生的指导下在水中加入适量的设计病毒饮用下去，便可以达到和注射疫苗一样的效果。

参考文献：

肠道疾病患者粪便中的产甲烷菌许宝孝 张达荣 苏皖文 肖树东

《人工合成病毒可能被恐怖分子利用》作者：亦云

北京科技报 2005-02-03 《Super Cells: Building with Biology》

Nina Tandon and Mitchell Joachim 《Current Opinion in Cell Biology》