基于跨階段的制藥專業工程認證實施評估

制藥工程專業是建立在藥學、過程控制、化學工程與工藝基礎上的多學科交叉的工科專業。其目標是培養能夠從事藥品生產、管理并擅長新工藝與新品種的設計、開發和放大方面的人才。制藥工程不同于傳統的藥學專業，以工程化能力培養為主要目的，強調將藥學專業知識應用在工程領域，使學生成為具有工程實施能力的復合型人才。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障體系，是實現工程教育國際互認的重要基礎，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的教學模式[1]。武漢工程大學（下文簡稱“我校”）制藥工程專業有著悠久的辦學歷史，并于2017年通過國家工程教育認證委員會的工程教育認證。在此之前，學校立足于學校的教學計劃，以及工程教育認證的需求，從2015年起嚴格遵循工程認證標準，制定教學計劃培養學生，管理教學事務。近三年，基于工程認證的培養要求，針對理論教學，對實踐教學與畢業設計環節進行教學改革。本文以改革前2013-2015三年與改革后2016-2018三年的教學為討論對象，探討了基于工程認證的教育體系對于理論教學與實踐教學的促進作用，并以專業從業率和國藥杯制藥工程競賽的參與率為數據指標，進一步佐證了工程認證模式對于提高專業教學質量的積極作用，為后續工程教育的規范與改進提供基礎和依據。

一、工程認證對于理論教學的改變

1.由“投入至上”轉向“結果至上”。以結果為導向的工程教育模式重視教育過程與教育結果之間的因果關系，并努力促成以教育結果為導向的教學活動轉變。同時將每個課程的獨立課程要求升華為瞄準大學全過程的畢業要求。我校將工程認證所涉及的十二點畢業要求分解到相關的課程，通過課程自有的知識支撐以及課程之間的交互支持，使學生在畢業的時候可以滿足畢業要求。例如，在講授四大藥學課程藥物化學、藥物分析、藥劑學、藥理學時，除藥理學完全不涉及工程內容之外，其他課程相應涉及化合物的制備、分析以及對應制劑是如何在工業水平去實施。從藥物開發的層面而言，藥物以及藥物制劑的制備與表征需要經過實驗室、小試車間、工業生產三個水平。這三個水平所涉及的設備不是簡單的空間容量與功率的放大，在處理容量的放大過程中，設備往往會變得更加復雜，同時工藝所需考慮的安全性，能效、能量密度均一性等問題進一步加大了復雜性。本專業瞄準了實際應用的最終目的，同時講授基礎知識和工程內容，讓學生對設備應用的合理應用性產生自我理解，實現知識的內化與交互。該種基于理論知識的工程能力培養方式可以有效滿足工程認證畢業要求所需要的最重要的三個畢業要求：工程知識、問題分析及設計/開發解決方案。

2.由知識掌握過渡到技能掌握。教育家和心理學家布魯姆將教學目標分為認知領域、動作技能領域和情感領域，認為每個領域教學目標是具有層次結構的。對于目標，分為記憶、理解、分析、評價、應用和創造六個層級，在學生水平到達不同的層次時候，學生傾向于應用不同的表達詞匯[2]。如果學習效果定在“應用”前一級時，學生表達用詞通常為“表明”“說明”“討論”等。而當學生超越了“應用”一級時，學生的用詞往往會升級為“實施”“規劃”“達成”等，從用詞的變化可以清晰地感受到知識對學生能力的提升作用，也可以感受到學生對教學內容的反饋與擴大化應用。教師由此清晰地感受到學生是習得知識，還是已將知識內化成為技能。

（1）遞進式課程體系規劃。工程制圖能力是制藥工程專業學生最重要的技能，同時也是其他知識的輸出與表現方式。為此，可將工程制圖所涉及的課程工程制圖、化工制圖、制藥常用軟件與CAD應用技術和制藥工藝設計由大一開始循序漸進地推進，按照大一、大二、大三的時間依次安排，使學生可以同時掌握藥學知識與制圖能力，方便教師進行基于交互式教學活動的技能培養，以某一設備CAD繪制的模式布置作業，促成工程知識與藥學知識的結合。

（2）發散性的課后環節建設。隨著課時的不斷壓縮，教師在課堂上能傳授知識的絕對量斷減少。為此，調動學生的課后學習興趣就顯得尤為重要。在保證課后復習行為成效的基礎上，本專業通過引發學生進行持續性的、有一定難度的發散性思考來引導學生達成既定的畢業要求，主要依托于布置有一定難度的啟發性作業而達成。比如講授在藥劑學的固體制劑環節，要求學生自己查找中國古代劑型以及這些劑型的制備與應用情況，以小組為單位，以PPT為作業方式交上來。該類作業有一定的難度和發散性，對于認真學習的學生來說是一種課后的繼續啟發式教學活動，對于不認真的學生來說，也不會覺得作業枯燥，產生抵觸情緒。學生在完成作業的過程中會去查找所布置作業的制備方案，很多學生會感覺到作業比較棘手，這正是教師希望看到的。

（3）多層次設計課程的開展。武漢工程大學現有的設計課程主要有三大類：化工原理設計、專業課程設計和畢業設計。三層次的設計課程依次展開，構成由易到難的設計層次，形成了由局部向整體的教學規劃，從單一環節到多環節并串聯的教學模式。通過化工原理設計，學生可以清楚地知道諸如反應塔需要修多高、管道應該用多粗、反應的接觸面積應該有多大等細節問題，后續的專業設計和畢業設計則是分別對中成藥和化藥進行的單元設備組合化應用，結合藥學基本知識設計出可實際生產的車間。就教學而言，使知識由平面向縱深的過度。此外，武漢工程大學制藥工程專業一直積極參加國藥杯全國大學生設計競賽。在取得不錯名次的同時，還帶回許多老師都不甚了解的設計最新理念和方向，達到以賽促教的目的。參與全國設計大賽的隊伍往往由5～6名學生加上1～2名老師組成，這些學生回校后牽頭組成校內設計小組，可以達到更好的教學效果。

3.促使教學活動規范化與藝術化的統一。工程教育的十二條畢業要求以及畢業要求所對應的分解指標點決定了工程教育的規范化問題，工科教學文化崇尚“科學型”和“程序型”[3]。這種文化會與高校教師普遍認同的課堂教學即興表演的藝術性有一定沖突。但是這種沖突并非不可調和，屬于兩個層面，規范化屬于知識體系層面，藝術性屬于知識點的教學層面。引導教師正確看待這種層次差別，辯證理解教學規范性與藝術性的關系就顯得十分重要。和很多藝術形式一樣，教學活動的藝術性需要建立在一定的秩序上。教師在運用不同教學方法或教學模式講授知識點時，將自身的風格與個性融于重難點的講解中，將教學過程中的疑難點用靈活的思維去化解，并牢牢把握知識點與知識體系之間的內在關系，才能在把教學技能發揮到出神入化境界的同時，滿足教學的規范性，使教學過程充滿藝術性，同時構建知識體系的美。而這種有秩序的教學藝術的生命力持續而長久，是知識傳遞與老師感染力的統一體現，會促進教師形成一名更高層次的“藝術型教師”。

二、工程認證對于實踐教學的改變

1.強化實踐教學與理論教學的并行。實踐教學和理論教學的一體化方案涉及廣泛，方案遵循黑格爾所說的螺旋上升的永續循環的發展原則，是實踐與教學互動發展的結果。在這種互動過程中，理論教學與實踐教學的發展表現為歷時性同構，具體為教學實踐中意義關系、權重關系和規則關系[4]。我校以工程認證為契機，以實踐教學基地為依托，通過三層次的知識結構將實踐教學與理論教學有機融合起來。以單一設備元件為靜態知識點，以設備聯動與物料流動為動態過程，以全流程的虛擬仿真構建為最終表現形式，具體的實施過程依靠Aspen軟件和東方仿真系統。其中，Aspen軟件完成單元操作的計算和設備選型，涉及的課程包括化工原理、化工熱力學、化工系統，回顧了單元設備原理和知識。而東方仿真系統則將所有單一設備串聯成一個整體，軟件使用過程中學生會主動去查閱制藥工程車間工藝設計等教程。同時該軟件的強大計算系統和專業算法可以評判物料運動的合理性、流向、能耗等參數，最后給予學生成績和評分。

2.以實踐教學促進技能培養。本專業學生工程能力的培養水平以技能評估的方式進行，工程認證體系的要求規范和準確地回答三個問題：①學生能做什么？反映的是學生的專業知識、技能和學以致用的能力。②學生該做什么？反映學生的道德價值取向，社會責任和人文關懷。③學生會做什么？反映學生應具備的綜合素質和職業發展能力[5]。這3個問題與學生的畢業要求高度一致。在本科教育層面，工程技能的體現主要依托于工程設計的方式表現。本校通過將設計內容分解到8個方面：計算和繪圖能力、綜合運用專業知識能力、綜合運用計算機能力和外語能力、查閱資料、運用工具書的能力、獨立完成設計能力、書寫情況（文字能力、整潔度）、回答問題能力、表述能力（邏輯性、條理性），使學生更加明白自己在設計環節中需要做什么以及做到什么程度，如何可以做到更好。這8個分解指標不僅回答了工程能力培養的三個問題，也滿足奧蘇貝爾提出相對機械學習而言的有意義學習，將設計圖紙中符號所代表的新知識與學習者認知結構中已有的適當觀念建立非人為的和實質性的聯系。基于工程認證的設計材料本身的邏輯意義也為有意義的學習提供奧蘇貝爾理論最有力的支撐[6]。

3.實踐教學對專業認可度的提升。專業的認可度代表了一個專業的水準，是學生口碑的集中體現。專業水平的培養、專業視野的提升、專業能力的提高是專業認可度的重要三個方面。而工程認證所帶來以“產出導向”的教育體系，以學生為中心的教學理念和基于“持續改進”教學觀，通過實踐教學大幅提升了本專業的專業認可度。具體而言，達成了如下三方面的難點目標：①學生可以深入運用工程原理，經過分析解決問題，并在過程中涉及多方面的技術、工程和其他因素，引導學生進行協同攻關。②學生在解決問題時會建立抽象模型，體現創造性。③對于復雜問題如涉及的因素，可能沒有完全包含在專業標準和規范中，問題相關的各方利益不完全一致，具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題等，學生在老師的引導下能夠給出初步的解決方案。綜上所述，學生獲得的分析解決復雜問題的能力也是專業技術壁壘的構建過程，是專業榮耀感和自豪感的體現。

三、工程認證教育體系的評價

每一個專業設置時都希望盡可能多的學生沿著專業的軌跡走下去。但在這個多元化社會，學生有自己選擇的權力，因此相對高的專業從業率就被視為專業水平的一個重要指標。在評價專業從業率的過程中涉及一個基礎對比數據，即是第一志愿率。如果學生畢業后的從業率大于或者等于第一志愿率，可以認為專業知識對學生有著積極的影響，當初把本專業視為第二志愿的學生，經過四年的學習，也覺得本專業可以給他在社會上立足的知識和技能。以專業認證為節點，采用前三年和后三年的相關數據進行對比發現，專業從業率/第一志愿率比大幅提升，實施認證系統的前三年中，專業從業率/第一志愿率依次為97.1%、101.2%、102.8%。當實施專業認證后，專業從業率/第一志愿率依次為106.4%、103.2%、105.7%。

我校長期以來一直積極參與國藥杯制藥工程大賽，本競賽由教育部高等學校藥學類專業教學指導委員會主辦，該賽事的設計作品水準極高，獲獎作品除可以直接用作施工圖紙，還體現了先進的設計理念和前瞻性視野。該設計作品一般由8張左右A2幅面的圖紙加上一本兩百頁以上的說明書組成。對學生的工作能力和工作態度都有著極高的要求，因此該比賽的參與度可以有效反映教學效果和優秀率。以國藥杯制藥工程的獲獎和參與人數目為基礎，以專業認證為節點，采用前三年和后三年的相關數據進行對比發現，專業認證實施前三年每一屆的報名比例為13.0%、14.3%、17.2%.專業認證實施之后三年的每一屆報名比例分別為21.8%、26.7%、22.6%。

綜上所述，工程認證體系的實施對于一個專業的教學方案和培養計劃有著巨大的影響。本文僅以工程教育對于理論教學和實踐教學的教學層面改變為出發點，分析了工程認證對這兩方面的影響。而后通過對比工程認證實施前后的兩個關鍵指標，進一步從數值上佐證了工程教育體系實施的促進作用，為后續繼續實施的優化提供了方向。