制藥工程專業實驗室建設的探索與實踐

項昭保 ， 張 鵬， 舒坤賢， 衡林森(重慶郵電大學 .生物信息學院； .教務處，重慶 400065)

?

制藥工程專業實驗室建設的探索與實踐

項昭保a， 張 鵬b， 舒坤賢a， 衡林森a
(重慶郵電大學 a.生物信息學院； b.教務處，重慶 400065)

基于社會發展對制藥工程專業人才的要求，結合學校自身特色和優勢，通過優化實驗教學平臺、科學設置實驗內容和完善相應的實驗室規章制度、實驗教學評價體系，著力建設 “綠色化+信息化+工程化”的制藥工程實驗室，提高培養制藥工程專業人才的能力。實踐表明：該舉措不僅使學生責任意識明顯提高、學生實驗實踐技能也明顯增強；同時教師隊伍科研教學能力得到提升，服務地方經濟能力也得到增強。

制藥工程專業； 實驗室建設； 探索與實踐

0 引 言

制藥工程專業是以培養生產工程技術人才為目標的化學、藥學和工程學交叉的工科類專業，自1999年開始本科生培養，目前已有超過100所高校開辦。不同類型的高校因不同的辦學背景、辦學理念、辦學模式、辦學基礎、辦學環境、辦學質量和辦學規模，而出現不同的培養方案、教學計劃、教學內容和課程設置。但制藥工程專業以培養生產工程技術人才為目標，培養學生實驗實踐能力至關重要。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》也明確指出，加強實驗室、校內外實習基地建設，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節，從而培養學生實驗科學素質和實踐創新能力是實驗教學改革的中心任務。因此各辦有制藥工程專業的高校應順應社會發展對制藥工程專業學生的要求，結合學校自身特色和優勢，加強制藥工程專業的實驗室建設和相應規章制度、實踐教學體系和評價體系的完善。

1 實驗室建設目標

制藥工業是一個以新藥研究與開發為基礎的朝陽產業。多年來，許多國家制藥業發展速度一直高于其他傳統工業的發展速度，其中化學合成藥物一直在醫藥工業中獨占鰲頭，占醫藥產品銷售總額三分之二以上；在全球排名前50位的暢銷藥物中80%為化學合成藥物。但是化學制藥工業有一個很嚴重的問題：“三廢”多，且成分復雜，嚴重危害環境[1]。此外，當前各高校及科研院所的化學[2]、生物[3]等實驗室排放物也已成為一種不容忽視的污染源。環境污染問題已引起各國政府相關部門的關注。國務院總理溫家寶在2012年政府工作報告中指出要推進節能減排和生態環境保護。

綠色化學的目的是減少或消除對人類健康、社會安全、生態環境有嚴重影響的化學原料、試劑、催化劑和溶劑的使用，強化副產品的再利用，最終實現“原子的經濟反應”和反應過程及產品的綠色化[4]。綠色化學是一門從源頭上阻止污染的化學，是可持續發展戰略在化學領域里的體現，應用于制藥工業就是摒棄粗放的生產模式，改變“資源-廢物”排放的線形物質流動過程為“資源-產品-再生資源”的循環物質流動過程[5]。產業發展和創新離不開人才支撐，正如國務院總理溫家寶在2012年政府工作報告中指出要全面加強人才工作，加快培養造就一大批創新型科技人才和急需緊缺人才是根本。要完成這種改變，培養具有綠色化學理念和掌握綠色化學關鍵技術的制藥工程專業人才是關鍵。而處在信息時代的制藥工程專業人才，良好的信息技術和工程素質也必不可少。因此實驗室建設目標是為了適應社會經濟可持續發展對具有新型交叉學科背景復合型人才的迫切需求而設立的“綠色化+信息化+工程化”實驗室，培養掌握綠色化工知識和關鍵技術，具有工程實踐創新能力和良好信息技術的專業人才。

2 實驗室建設主要內容

2.1 優化實驗教學平臺

培養學生實驗實踐能力，良好的硬件條件非常關鍵。自2004年我校制藥工程專業開辦伊始，學校在實驗場地和實驗設備給予了很大投入，經過近10年的建設和5次的中央與地方共建實驗室建設經費和相應的配套經費資助，結合設備要求對實驗室的改裝改造，已建成包括基礎化學，藥學(含藥物分子設計實驗室)和工程實驗平臺3個實驗平臺的制藥工程實驗教學平臺，實驗場地使用面積超過1 000 m2，試驗設備價值超過1 000萬元，實驗場地寬敞舒適、實驗環境優美，基本滿足學生實驗教學。

2.2 科學設置實驗內容

(1) 以“綠色化”實驗為主線。環境是人類生存和發展的基本前提，環境為我們生存和發展提供了必需的資源和條件。但由于傳統的化學教材缺乏綠色化學知識導致當前我國多數非化學專業大學生對綠色化學化工的認識幾乎空白[6]，多數化學化工專業的學生對綠色化學化工的認識也僅停留在書本上，對環境保護問題的重視程度和關心社會發展的意識急需提高。因此急需培養學生樹立綠色化學理念、掌握綠色化學化工知識和關鍵技術。因此自制藥工程專業第一門“普通化學實驗”開始，直至畢業設計，始終突出“綠色化”實驗主線，不僅僅教學生怎么做，更要教學生為什么這么做？我們主要從精選綠色實驗內容，盡量采用微量、半微量化學實驗，有些采用虛擬仿真實驗，優化實驗過程、規范實驗操作，實驗試劑的回收再利用，實驗廢液的回收處理等方式推行實驗綠色化。

如在普通化學實驗中，我們盡量采用微量、半微量實驗教學，在同樣達到實驗教學目的的前提下，還能節省試劑、減少污染、縮短實驗時間，激發學生學習興趣，強化動手能力，培養創新思維，也進一步強化學生綠色環保觀念。在物理化學實驗中，我們改變傳統的教學方法，努力推進現代教育技術在化學實驗教學中的應用，液體飽和蒸汽壓測定、燃燒熱的測定、氣-液平衡相圖、乙酸乙酯皂化反應速率系數的測定、液體表面張力及吸附分子橫截面積的測定和粘度法測定高聚物的粘均相對分子質量等實驗均引入虛擬實驗，同樣加強了學生對實驗原理、操作和實驗結果的掌握，還節約了藥品和時間，學生在觀察實驗過程中也體驗到了虛擬實驗的綠色環保價值[7-9]。

在有機化學和藥物合成等實驗中，更是推行“綠色化”實驗教學的主戰場，我們從環境保護的角度來認真篩選實驗項目，淘汰對環境污染較大的實驗項目，補充環境污染小的實驗項目和環保型實驗。在保證達到實驗教學目的的前提下，選用毒性小、廢棄物少、污染輕的實驗項目。如用“肉桂酸”實驗替換“喹啉”實驗，避開了苯胺、硝基苯等有毒致癌物質。此外將教師科研工作中的成果作為學生實驗開設，以制備藥物中間體等有效產物為主線，將教學大綱中要求的單元操作實驗、性質實驗、產品鑒定內容都綜合在制備實驗中，這些制備過程多為幾步反應，用于實驗教學可實現實驗項目連續化，即前一個實驗的產品為后一個實驗的原料，前面的產物少勢必影響后面反應的進行，給學生以適當的壓力反而能提高學生的實驗效果[10]。

這樣的連續綠色制備實驗，解決了以前學生實驗得到的產品長期放置引起污染環境的問題，節約了原料，減少了污染，同時，最終產品不是廢棄物，而是有用的藥物中間體，具有良好的經濟價值，而且每一步的產品及純度都關系到下一步實驗能否正常進行，因而就對學生提出了更高的要求，迫使學生必須認真對待實驗的每一個環節，充分調動了學生實驗積極性。同時通過采用酶催化或方酸銅做催化劑等綠色工藝的改進，強化了學生“綠色化學”意識和責任教育，鍛煉了學生綠色化學關鍵技術能力。

(2) 以“信息技術”為特色。21世紀是信息技術的時代，信息技術迅猛發展和普及，不斷改變著人們的生產、生活方式[11]。熟練掌握和運用先進的信息技術是當代大學生必備的一項重要基本技能。我校是一所以信息科學技術為特色和優勢的理工類高校。“信息技術+專業”是我校專業建設的一項特色，制藥工程專業的實驗室建設和發展也很好地融入了信息技術。在實驗平臺建設中，對實驗室過道安裝了監控；對實驗室安裝了環境信息檢測傳感器，對于重點檢測的實驗室還安裝了酸性氣體、堿性氣體和有機氣體傳感器，一旦這些廢氣達到設定值將自動報警，確保了實驗安全和師生的身體健康。實驗教學上，有些實驗講義、操作視頻、儀器設備介紹等均放到相應的教學網站上，方便學生的預習和復習。同時有些課程如物理化學實驗、化工原理實驗等開設了部分虛擬實驗，通過計算機程序設定相應的實驗步驟，一步接一步，只有每步都正確，才能得到最終的結果。這種虛擬實驗既強化了實驗操作步驟，增加了學習興趣，也進一步鍛煉了計算機應用能力。此外我們專門開設了《藥物分子設計與模擬》實驗課，通過相應軟件對藥物分子的仿真模擬和定量構效關系的計算，進一步強化了學生在專業領域應用信息技術的能力。

(3) 以“工程化”實驗為橋梁。目前，隨著高校本科畢業生越來越多地走向基層生產單位[12]，學生在校期間所學的理論知識與生產過程中的實際問題相脫節的現象比較嚴重[13]，大學生動手能力差、實踐經驗不足、工程素質嚴重缺乏，已經是當前本科教育必須解決的當務之急[14]。因此如何提高學生實踐教學效果，為企業培養一些“下得去、留得住、用得上”，具有良好工程素質的人才是現在工科院校教育工作者非常關注、積極探索的熱點問題。中試實驗作為實驗室操作和企業生產之間的橋梁，在培養學生的工程素質、工程能力方面非常重要。但因為中試設備成本購置成本高、占用場地多，運行費用貴，不少學校沒有開設中試實驗。我們在學校的支持下，借助中地共建實驗室經費購置了中藥中試提取裝置、超臨界提取中試裝置，100 L耐酸堿壓力反應釜，50 L高壓反應釜和50 L旋轉蒸發儀等中試設備，并開設了相應的實驗實踐課程，結合化工設計、生產實習等課程，較好地培養了制藥工程專業學生的工程素質、工程能力。

2.3 完善實驗室規章制度和實驗教學評價體系

實驗條件是硬件，需要各種實驗室規章制度這些軟件才能充分發揮作用。我們通過實驗中心和制藥工程教研室一起建立并根據實際運行情況逐步完善各項實驗室規章制度，如實驗室安全制度、實驗室管理制度、藥品領用和登記制度、實驗設備使用登記制度、實驗室運行記錄、實驗室清潔衛生記錄等。通過這些制度，實驗室運行有序，杜絕了實驗教學事故的發生。

實驗教學評價體系的創新是約束和激勵學生重視實驗環節的重要規范。傳統的閉卷考核不完全適合考核學生的實驗態度和實驗能力[15]。我們建立了較全面的評價體系，實驗成績涵蓋了實驗預習、實驗操作、實驗結果、實驗報告、問題的發現與分析，團結合作，實驗臺清潔、實驗態度等，特別要求每位同學對每次實驗根據實驗目的和自己的實驗過程、結果寫一個較深刻的心得體會，多方面體現學生學習態度、學習能力、實踐能力、組織能力、科研意識、責任意識和創造能力等綜合能力和素質。

3 實驗室建設成效

3.1 學生責任意識明顯提高、實驗技能明顯增強

學生綠色環保意識明顯提高，實驗過程中，不再輕易向環境排放化學廢物，回收、處理、循環使用化學物質成為他們自覺的行動。也建立了生態文明意識和對環境維護、對人類可持續發展的高度責任心，同時也對自身的發展提出了明確要求，進而轉化為努力學習的動力，實驗技能明顯提高。近3年多來，已發表科研論文10余篇，參與申請國家發明專利3項，獲得2項重慶市大學生創新訓練項目，4項重慶郵電大學大學生創新實驗項目，2項重慶郵電大學大學生科研訓練計劃，5人次推免西南大學和我校碩士研究生(僅2012年起才有推免資格)。

3.2 教師隊伍教學科研能力得到提升

為了在實驗教學中更好地進行“綠色化實驗” 教學，教師就需要不斷提升自身的綠色化學科研教學能力，在科研活動中采用了化學反應方式、介質、路線的綠色化設計技術；有毒有害原料、溶劑和催化劑的替代技術；新型催化劑開發及綠色催化技術和新型高效分離、提取及過程強化技術等綠色化學關鍵技術，在綠色催化、空氣氧化、氫化還原、膜分離等方面有較深入的研究，成立了“綠色化學與制藥工程研究所”，承建了“綠色化工及環境信息檢測中地共建實驗室”和“重慶市藥物催化氫化工程技術研究中心”，獲得國家自然基金項目1項，重慶市科委項目8項，重慶市教委教學研究項目4項，學校自然基金和企業橫向課題10余項，發表SCI科研論文20余篇，申報國家發明專利10余項。同時依托科研基地的實驗條件和技術力量，我們成功為重慶市的醫藥化工企業特別是一些中小企業，如重慶南松制藥、重慶凱樂爾生物催化技術有限公司等提供了技術支撐，有效地為地方經濟建設服務。

4 結 語

制藥工程專業以培養生產工程技術人才為目標，培養學生實驗實踐技能、工程素養至關重要。而提高學生實驗實踐技能，工程素養，功能齊備的實驗室、各項合理有效的實驗室規章制度和較全面的實驗教學評價體系必不可少。為順應社會發展對制藥工程專業學生的要求，各辦有制藥工程專業的高校應結合學校自身特色和優勢，不斷加強制藥工程專業的實驗室建設和相應規章制度、實驗教學體系和評價體系的完善。

[1] 俞觀文．對化學制藥工業科學發展的認識[J]．中國制藥信息，2009，25(9)：1-4.

[2] 錢小明．高校化學實驗室廢棄物的處理與思考[J]．實驗技術與管理，2012, 27(2)：158-160.

[3] 郭桂英，鄭繼平．高校生物實驗室污染物現狀與治理[J]．實驗室研究與探索，2013，32(4)：230-232.

[4] 張康華，曹小華，謝寶華，等．化學實驗教學與綠色化學教育[J]．實驗室研究與探索，2010，29(5)：123-125.

[5] 高萬壽．以綠色化學理念指導高校化學實驗教學[J]．教育探索，2010(6):63-64.

[6] 羅素琴，劉樂樂，布 仁，等．在教學中要加強綠色化學知識內容[J]．內蒙古醫科大學學報，2013，35(S1)：166-168.

[7] 彭春生．關于高校擴招與教學質量的思考[J]．江蘇大學學報(高教研究版)，2003，25(4)：46-50.

[8] 沈妍妍.在高校大學生中開展責任教育的探討[J]．武漢科技學院學報，2008, 21(4):91-94.

[9] 陳石明．新時期大學生責任教育的思考[J]．中南林業科技大學學報(社會科學版)，2010，4(2):117-120.

[10] 衡林森，高 興，陳義文，等．方酸銅催化空氣氧化糠偶姻制備糠偶酰[J]．中國化工貿易，2012(7)：130.

[11] 田仲富，郭秀榮，黎粵華．新世紀如何提高信息安全類人才培養質量問題淺析[J]．中國電力教育，2014(2)：46-50.

[12] 高玉峰，劉澤義．地方高校本科畢業生擇業趨向調查分析[J]．國家教育行政學院學報，2010(4)：77-80.

[13] 王均平．基于用人單位需求的普通高校畢業生從業能力的選擇與設計[J]．高等教育研究，2013, 34(5)：72-75.

[14] 李來軍，杜永祥，于德成．在制藥工程中試實驗室的教學中培養高素質工程型人才[J]．中國科教創新導刊，2010(7)：136.

[15] 孫 蕓，張 帆，燕雪花，等．淺析《中藥炮制學》實驗教學考核體系的建立 [J]．中國醫藥指南，2012，10(11)：368-369.

Exploration and Practice of Laboratory Construction of Pharmaceutical Engineering

XIANGZhao-baoa，ZHANGPengb，SHUKun-xiana，HENGLin-sena
(a. College of Bio-information; b. The Dean’s Office, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

The high-quality talents of pharmaceutical engineering major are indispensable to the development of the pharmaceuticals industry. It’s very important to train college students’ ability of experiment and practice of pharmaceutical engineering major because it is the engineering technology major in drug production. According to the requirement of social development and oneself characteristics and advantages, the paper presented to optimize the experimental teaching platform, set experiment content scientifically and improve further the corresponding regulations and laboratory teaching evaluation system. focus on building the laboratory of pharmaceutical engineering with the characteristics of “greenization+informationalization+engineering”. By these measures, the ability of cultivating professional talents of pharmaceutical engineering was improved. As a result, responsibility consciousness and ability of experiment and practice of college students of pharmaceutical engineering, and the ability of teaching, research and serving local economy of the teachers were obviously enhanced.

pharmaceutical engineering; laboratory construction; exploration and practice

2014-04-16

重慶市高等教育教學改革研究重大項目(1201004)，重慶市高等教育科學研究課題(CQGJ13C250)

項昭保(1977-)，男，江西樂平人，博士、教授，主要從事天然產物活性成分研究和基礎化學教學教改工作。

Tel.:13883626240; E-mail:xiangzb@126.com

R 97；G 642.0

A

1006-7167(2015)02-0235-03