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制药设备与工程设计课程教学改革的探索

2019-02-16宋恭华张丹瑛胡大文冀亚飞刘宏伟

山东化工 2019年4期
关键词:工程设计制药反应器

韩 伟,宋恭华,张丹瑛,胡大文,冀亚飞,张 敏,刘宏伟

(1.华东理工大学药学院,上海 200237;2.上海医药集团股份有限公司,上海 200020;3.中国医药集团联合工程有限公司上海公司,上海 200235)

制药工程是一个典型的工科类专业,集化学、药学、工程学3门学科于一体,以培养从事药品的生产与制造,新工艺、新设备、新品种的开发与放大,以培养设计人才为目标。1998年,“制药工程”正式出现在教育部本科专业目录中,由原来隶属的化工类改名为化工与制药类。1999年,全国正式招收制药工程专业本科生。从专业角度上讲,制药工程是一个宽口径的专业,涉及化学制药、中药制药、生物制药及药物制剂,具有多学科交叉、技术和知识高度密集、发展迅速等特点。根据该专业本科培养目标,应把教育的重点放在制药设备的研究与开发、生产车间的布置和工程设计以及自动控制等方面,在保持药学特色的同时,突出工程的理念[1-2]。

目前,我国制药工程本科教育尚处于发展阶段,课程设置方面也多处于摸索、改进和完善中,国内外还没有形成明确的限定范围[3-4]。随着我国医药行业逐步跨入技术创新时代,对制药工程专业的人才而言,需具备对产品、工艺及设备的更新改造、GMP设计与验证、企业生产管理等各方面的知识与技能。如果仅了解生产工艺、车间与设备工程设计、药物制剂等知识,将难以满足现代制药工业的要求。

近年来,国内学者对制药工程专业的课程和实验教学进行了相关的研究与探索[5-8],但对《制药设备与工程设计》这门重要的专业课程研究却甚少,该课程近年来被多数院校设置为专业核心课。但由于各高校专业背景不一,目前还难以形成统一的教学大纲和课程体系,授课内容、教学方法等均在改革与探索当中。

华东理工大学为教育部直属重点高校,也是最早设立工科类药学专业的学校。制药工程专业的前身为化学制药工学,创建于1952年,1953年开始正式招生。《制药工程学》是制药工程专业早期开设的专业核心课,2010年教育部启动了卓越工程师人才培养计划,我校制药工程专业首批入选该计划,课程名称及课程体系也进行了相应的梳理和调整,《制药工程学》调整为《制药设备与工程设计》,教学内容也进行了拓展,涉及制药设备(含化学药、中药等)、药物制剂工程、制备工艺与工程设计、技术经济等学科。

笔者所在的教学团队开展制药设备与工程设计课程讲授已有6年时间,本文拟从该课程的教学内容、教学方法与教学手段、教学效果等方面对课程的教学改革进行探讨。

1 完善课程体系,优化教学内容

制药设备与工程设计是制药工程专业的主干必修课,涉及面宽,知识面广,是培养学生制药设备选型与放大、车间或药厂工程设计的专业核心课程。通过该门课程的学习,初步建立工程设计的理念与科学研究的思维方式,并达到以下几方面的教学目标:

(1)使学生了解并掌握制药设备的概念与分类,制药设备的结构、特点、工作原理、操作过程及其应用,侧重于化学药、中药等设备的比较和选型,力求反映制药生产的关键技术和设备。

(2)使学生了解GMP对制药装备的要求,掌握制药分离过程、药物制剂过程中常用设备的工作原理和基本构造,从了解分离及制剂工艺着手,逐步深入探究制药分离与制剂设备的选型要求。

(3)结合生产案例,向学生介绍制药工程设计、洁净厂房设计和清洁生产与末端治理技术,贯彻安全生产、环境保护、循环经济与综合利用等方面的基本知识。

因此,目前本门课程的教学内容与原来设立的课程《制药工程学》在教学目标、教学内容方面有较大的拓展,《制药工程学》主要讲授化学合成药药厂反应设备基本理论和制药车间工艺设计的基本知识。《制药设备与工程设计》的授课范围拓宽到化学药和中药;药物制备过程由化学合成拓展到药物分离、药物制剂等过程。

2 改进教学方法,激发学习兴趣

制药设备与工程设计课程涉及的教学内容多、知识面广,设备工作原理抽象,设计枯燥,有的较难理解,所以学生刚开始接触这门课程时很容易产生厌学的情绪。如何调动学生学习的积极性,激发学习兴趣,直接关系到课堂教学的效果。比如在讲解间歇搅拌釜反应器(BSTR)、活塞流反应器(PFR)、连续搅拌釜反应器(CSTR)的模型特征及返混等概念时,既要突出3者的差异,又要寻找3者间的联系。BSTR是间歇式反应器,而PFR、CSTR是连续式反应器;BSTR、PFR的模型特征基本一致,只是二者的自变量不同(前者以时间为自变量,后者以管长为自变量)。间歇式反应器的物料是一次性投入,不存在返混的问题;而连续性反应器才存在返混的概念,PFR返混最小为零,CSTR返混为无穷大;上述3种反应器都属于理想反应器,这一点是上述三者的共同特征。

3 改革教学手段,提升教学实效

随着互联网技术的发展,教学渠道不断拓宽,多媒体教学得到了普及,这种教学形式既提升了教学效果,也提高了授课效率。比如本门课程在授课的过程中,会涉及一些结构比较复杂的制药设备,以往的教学中多采用展示设备的平面图进行讲授,存在概念抽象、不够直观、难以理解等问题。然而,这部分内容在工程教学中十分重要,为此教学团队中的企业导师购买了专业的设备生产软件,通过动画展示并结合多媒体课件,将抽象的设备平面图和真实的生产过程有机结合,探索新的教学途径,学生们不仅了解了设备的工作原理,同时也熟悉了设备的结构和运行的全过程。为了进一步提升教学质量和教学效果,我们还通过电子邮件、微信、QQ等平台为学生答疑解惑,解决课堂上还没有理解的或者课后作业中出现的问题。

4 注重培养目标,健全评价体系

目前我校制药工程专业实行大工程的培养理念,制药设备与工程设计与该门课的课程实践、专业实验、毕业实习、毕业论文等相关联。所以在评价体系上打破期末考试为评价教学效果的唯一方式,采取平时成绩占总评的10%、课外成绩占20%、期末考试占70%的评价体系。平时考核主要采取检查考勤和课上随机提问的方式。课外考核主要包括课后作业与小论文。在期末考试试卷的出题过程中,则强调对所学基本知识和基本理论的掌握和灵活应用。譬如非理想流动模型可采用2种模型近似计算,在什么情况下选用多釜串联模型,在什么情况下使用轴向扩散模型,学生可根据对实际的流动状况的分析做出合理的选择。

5 培养创新意识,锻炼动手能力

在大学期间,每一位在校生可通过申请研究性学习课题提升自己的科研实践能力,这方面我校工作起步较早,如在2008年启动的大学生创新创业实验项目(分校级、市级、国家级三个层次)、2001年启动的大学生课余实践计划等。学生首先要组队(包括1名负责人,2~3名项目组成员),接着要寻找、确定指导教师;同时应查阅相关的文献资料,撰写项目申请书,这就需要根据所学的理论知识,提出合理的技术路线、项目预期达到的目标及成果。一旦项目获批立项,则需要开展相应的实验研究,这时不仅要制定详尽可行的实验方案,还要搭设实验装置,建立分析方法,采集实验数据等。在项目运行的过程中,学生也可以通过参加各种竞赛如挑战杯、大学生创新创业实验竞赛等活动进一步提高动手能力、科研能力和写作能力。

6 总结

为了提高制药设备与工程设计课程的教学效果,适应当代社会发展的需要,必须不断改进教学方法和教学手段,拓宽教学渠道,提升教学实效;做到以学生为本,努力提高学生学习的积极性和主观能动性;强调学以致用的教学理念,激发学生的学习兴趣,培养良好的学习习惯,使学生的综合素质得到全面锻炼与提升。

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