制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程教學(xué)模式探索

嚴(yán)菊芬,葉明富,顏庭軒,畢 磊,謝 峻,劉 祥

(安徽工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,安徽 馬鞍山 243002)

制藥設(shè)備及工藝設(shè)計是制藥工程專業(yè)的專業(yè)必修課,是一門以藥劑學(xué)、藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)知識、工程學(xué)及相關(guān)理論和工程技術(shù)為基礎(chǔ)來綜合研究制劑生產(chǎn)實踐的應(yīng)用型工程學(xué)科[1]。根據(jù)制藥工程專業(yè)認(rèn)證要求,結(jié)合我校實際情況,本課程教學(xué)以討論制藥工藝的基礎(chǔ)知識及制藥設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理為主,講述制藥工藝的流程設(shè)計、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備設(shè)計與選型等基本理論及基本的制藥工程設(shè)備,如粉碎設(shè)備、篩分設(shè)備、混合設(shè)備、制粒設(shè)備、攪拌設(shè)備、發(fā)酵設(shè)備、膜分離設(shè)備、冷凍設(shè)備、結(jié)晶設(shè)備等設(shè)備的原理、分類、結(jié)構(gòu)、適用場合等知識。通過教學(xué)使學(xué)生熟練掌握制藥工藝與設(shè)備相關(guān)知識,如工藝流程、物料衡算、熱量衡算、工藝設(shè)備設(shè)計、計算和選型、車間和工藝管路布置設(shè)計、非工藝條件設(shè)計的基本方法和步驟,及制藥車間工藝設(shè)計的基本理論和方法,并運用這些基本理論與制藥工業(yè)生產(chǎn)實踐相結(jié)合,解決制藥工程技術(shù)實際問題,培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識及實踐能力的人才。

一、制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學(xué)方法都是教師按照教材內(nèi)容順序,講述制藥設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、原理、選型要求等內(nèi)容,涉及流體力學(xué)、化工原理、制藥工藝學(xué)、工程制圖等方面的工程知識,及藥劑學(xué)、微生物發(fā)酵等基礎(chǔ)知識,對學(xué)生的知識背景要求非常高。傳統(tǒng)的授課方式,加之學(xué)時有限,難以講清楚知識點,而且這些知識點都與實際生產(chǎn)有關(guān),實踐性非常強,學(xué)生若沒有這方面的基礎(chǔ),則會影響教學(xué)效果。隨著國家藥品GMP認(rèn)證制度的不斷改進,新的制劑技術(shù)和設(shè)備發(fā)展加快,車間設(shè)計的水平和要求不斷提高,制藥設(shè)備一直不斷發(fā)展更新,種類多、更新快,而教材內(nèi)容更新慢,教學(xué)內(nèi)容滯后,往往落后于現(xiàn)代制藥行業(yè)的發(fā)展與要求,跟不上時代的發(fā)展,理論教學(xué)與實際制藥生產(chǎn)需要存在較大差距。針對上述問題,我們從認(rèn)識生產(chǎn)實習(xí)、課堂教學(xué)及畢業(yè)設(shè)計三個環(huán)節(jié)對制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程教學(xué)模式進行探索,見圖1。

圖1 制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程教學(xué)模式流程圖

二、認(rèn)識和生產(chǎn)實習(xí)

制藥設(shè)備及工藝設(shè)計是一門實踐性很強的工科課程,需要通過實踐活動培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和動手能力,認(rèn)識和生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)對于制藥工程專業(yè)的學(xué)生來說是必不可少的,同時也有助于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)制藥設(shè)備及相關(guān)專業(yè)課。工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工程實踐和畢業(yè)設(shè)計(論文)總學(xué)分之和至少占總學(xué)分的20%,要求設(shè)置完善的實踐教學(xué)體系,并與企業(yè)合作共建實習(xí)和實訓(xùn)基地,開展實習(xí)、實訓(xùn),培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。化工與制藥類專業(yè)補充標(biāo)準(zhǔn)明確要求校外實習(xí)基地應(yīng)包含通過GMP認(rèn)證的制藥企業(yè),實習(xí)基地的生產(chǎn)工藝過程覆蓋面要夠大,應(yīng)包含3個以上類型的單元操作過程[2]。基于上述要求,我們與制藥企業(yè)進行校企合作方式建立穩(wěn)定的教學(xué)實驗基地。進行認(rèn)識生產(chǎn)實習(xí)前,確定實習(xí)目標(biāo)、制定實習(xí)計劃,有目的地讓學(xué)生進人企業(yè)了解企業(yè)文化、生產(chǎn)管理制度、藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范、企業(yè)生產(chǎn)安全、職業(yè)道德與規(guī)范等,帶領(lǐng)學(xué)生參觀制藥廠區(qū)和生產(chǎn)車間、制藥設(shè)備及各種工藝流程,了解藥品生產(chǎn)工藝、設(shè)備及操作規(guī)程,掌握生產(chǎn)工藝流程圖和車間布置圖的繪制,對典型藥品進行生產(chǎn)實習(xí),最終撰寫實習(xí)報告。期間學(xué)生遇到的實際生產(chǎn)和理論方面的問題還可現(xiàn)場咨詢企業(yè)工程師或任課教師,或后續(xù)反饋至課堂。在此階段,學(xué)生將對制藥設(shè)備及工藝產(chǎn)生感性認(rèn)識,從而提高他們對這門課的興趣,為后面課堂理論學(xué)習(xí)及課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

三、課堂教學(xué)

仿真軟件通過動態(tài)模型實時模擬真實的實驗現(xiàn)象和過程,通過互動的3D模型模擬實驗現(xiàn)場的真實裝置操作,并產(chǎn)生與真實實驗一樣的操作結(jié)果,從而讓學(xué)習(xí)者在計算機上模擬真實的現(xiàn)場操作,達到每個學(xué)員都能夠親自動手做實驗,觀察實驗現(xiàn)象,驗證公式、原理、定理的目的[3]。仿真軟件的優(yōu)勢在于其真實地模擬了現(xiàn)場操作過程,具有較高的仿真度。為了直觀、高效、便捷地了解設(shè)備,還可對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行拆分與組裝,以此認(rèn)識各部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。任課教師利用上述軟件進行課堂教學(xué),講解制藥設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、操作注意事項、儀器選型等內(nèi)容,使學(xué)生加深了對原理、理論和設(shè)備的理解,激發(fā)學(xué)生的興趣,增加了課堂的吸引力,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程內(nèi)容多而雜,涉及多種設(shè)備,章節(jié)間連貫性不強,缺乏系統(tǒng)性。為此,在課堂教學(xué)過程中,制藥設(shè)備章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束之后,基于制藥工藝學(xué)的知識,將所學(xué)設(shè)備知識以某一制藥工藝流程圖連貫起來,以“制藥工藝學(xué)中超聲波提取工藝流程”為例[4],在此工藝中涉及粉碎、分級、提取、流體輸送、濃縮、機械分離、干燥等多種設(shè)備(見圖2)。這樣學(xué)生對所學(xué)設(shè)備及其應(yīng)用有了更深的理解,也對工藝流程有了清晰的認(rèn)識,從而有助于學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中的自如應(yīng)用,效果良好。

四、畢業(yè)設(shè)計

制藥工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中要求,至少要進行2周以上的課程設(shè)計和15周以上的車間工藝設(shè)計或畢業(yè)論文,其中畢業(yè)設(shè)計比例應(yīng)占30%以上。從學(xué)科特點而言,制藥工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計主要是對一個典型制藥車間的工藝設(shè)計,主要包括工藝流程沒計、物料和能量衡算、工藝計算、設(shè)備選型、車間布置、管道設(shè)計等,通過設(shè)計使學(xué)生將生產(chǎn)實踐和課堂上的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用能力,具備一定的設(shè)計、“三算”能力及計算機應(yīng)用能力。以上內(nèi)容正是制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程所要達到的目標(biāo)。在選題時我們遵循以下三條原則:選題結(jié)合學(xué)校專業(yè)培養(yǎng)計劃,以達到對學(xué)生綜合能力培養(yǎng)和訓(xùn)練的目的;選題結(jié)合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計的工程性和實用性的特點;選題結(jié)合學(xué)生的實際情況,使得教學(xué)要求和學(xué)生需求有機統(tǒng)一[5]。此外,我們還以歷屆制藥工程設(shè)計競賽內(nèi)容作為選題來源,全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計競賽是教育部藥學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的與制藥工程教學(xué)實踐緊密結(jié)合的學(xué)科競賽。歷屆競賽內(nèi)容均來源于實際制藥工程項目,具有鮮明的工程實踐特色。

圖2 超聲波提取工藝流程示意圖

在制藥設(shè)備及工藝設(shè)計課程、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中,CAD(Computer Aided Design)繪圖技能是必不可少的。CAD是制藥工程專業(yè)學(xué)生走向工作崗位所必須掌握的基本能力,對學(xué)生進行CAD軟件的應(yīng)用訓(xùn)練是提升畢業(yè)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)[6]。為了使學(xué)生畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成,我們安排專門人員對學(xué)生進行為期1個星期的訓(xùn)練,在畢業(yè)設(shè)計具體實施過程中讓學(xué)生應(yīng)用AutoCAD軟件替代手工制圖繪制工藝流程圖、車間設(shè)備分布圖、帶控制點的管道儀表流程圖等,鼓勵繪制三維工程圖。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié),學(xué)生基本掌握CAD軟件制圖,部分學(xué)生掌握利用相關(guān)軟件制作藥品車間三維圖。