新工科背景下“制藥工程工藝設計”的教學實踐

朱衛霞，黃佳佳，章亞東，胡國勤

（鄭州大學化工學院，河南鄭州450001）

2017 年，教育部提出在各地高校開展新工科的研究實踐活動，深化工程教育改革，為工程教育的理論和實踐探索提供了一個全新的視角。制藥工程是一個化學、生物學、藥學（中藥學）和工程學交叉的工科類專業，旨在培養能夠從事制藥工程技術開發、工程設計、科學研究、生產操作及管理等方面工作的工程技術和科學技術人才。目前，工程實踐和設計能力的培養一直是各個高校課程設置中的薄弱環節，尤其是教育部對新工科人才培養提出要求后，進一步加強工程能力培養顯得尤為重要。“制藥工程工藝設計”是制藥工程專業的核心課程，也是培養工程技術人才的重要載體。本文結合新工科人才培養要求和本校制藥工程專業工藝設計教學實踐，探索新工科背景下制藥工程專業以工藝設計為載體加強學生工程實踐和設計能力培養的系列措施。

1 以理論教學為基礎，培養工程觀點

理論是對客觀事物本質及其規律的總結，科學的理論對工程實踐具有指導作用，理論教學更是工程技術人才培養的基礎。在完成了對“化工儀表與自動化”“化工原理”“藥品生產質量管理工程”等相關課程的學習，并通過實習對藥廠車間生產形成了初步的觀念后，制藥工程專業學生進入到該課程的理論學習。本課程通過對制藥設備及車間工藝設計知識的學習，培養學生工程觀點和技術經濟觀點，使其能夠綜合運用所學知識，優化車間工藝設計。在理論教學中，除了對學生進行制藥基本理論和方法的重點講解外，加強培養學生綜合運用相關學科知識分析和解決本課程問題的能力。另外，在多媒體教學過程中，通過引入藥廠圖片和視頻，強化其課程知識的理解和工程化的直觀認識。例如：在講到不同制劑車間對潔凈度的要求時，引導同學們對“藥品生產質量管理工程”中的潔凈級別和空調要求，以及人員和物料進出潔凈區的操作進行回顧總結；在講到工藝流程設計中，如何提高設備利用率時，以歷年設計大賽中的單元操作為例，利用Gantt圖分析不同設備布局下，設備的利用率及生產優劣，讓學生在分析的過程中掌握對車間工藝設計的創新和優化；在講到制藥設備及相關閥門構件時，通過實際生產視頻和圖片，讓學生更直觀地理解設備的工作原理和生產狀況。

另外，為了進一步加深學生對理論知識的理解，在課后還會針對某個車間的藥品生產，讓學生對其進行工藝設計或車間布置，在此過程中加強對理論知識的理解和工程應用能力的培養。

2 以設計大賽為助力，深化工程思維

自2011 年來，由教育部高等學校藥學類專業教學指導委員會主辦每年一屆的“國藥工程-東富龍杯”全國大學生制藥工程設計競賽已進行了十屆，參與高校百余所，這也是目前我國制藥工程專業參與高校最廣，最具有影響力的專業賽事。大賽以各類藥品生產車間設計為題材，以任務書的形式提出設計需滿足的條件和要求，學生每5～6人一組完成作品，旨在培養學生的創新思維、團隊協作精神及工程實踐能力。鄭州大學化工學院歷年來積極鼓勵學生參賽，并安排教師全程指導。由于學生積極踴躍，每年平均有5～6支參賽隊伍，涵蓋該專業55%～70%的學生。受參賽條件每校不超過3支參賽隊伍所限，在提交作品前，學院聘請河南省醫藥設計院設計專家對學生的作品進行遴選和指導，最終推選出三幅優秀作品參加比賽。歷年來所推作品均獲得了不錯的成績：2018年獲得該賽事一等獎1名，二等獎1名，三等獎1名；2019年獲得該賽事二等獎2名，三等獎1名。

主辦方通過賽前教師培訓、賽中作品點評及賽后作品總結，將先進的工程設計理念、新的設備與技術以及競賽作品中的創新點，全面地展示給師生，不僅對課本知識進行了有效補充，更開闊了視野，加深了師生對現代化制藥企業的認識。通過組織學生參加該類全國性的工程設計競賽，不僅提高了學生的工程實踐能力、創新意識和團隊合作精神，同時也是對我校制藥工程專業教學水平的一次綜合檢驗，對開展新工科建設起到了促進作用。

為了進一步讓大賽內容受益群體覆蓋制藥工程全體同學，在理論教學過程中，以優秀的獲獎作品為案例，通過作品分析，強化學生對所學知識的融會貫通及工程實踐和解決實際問題的能力，實現“以賽促教，以賽促學”的目的。

3 以綜合設計為主體，加強工程能力

實踐是工程的靈魂，也是新工科人才培養的重要保障。在完成基礎理論學習及藥廠生產實習后，開始進入綜合設計環節。制藥工程專業綜合設計是讓學生運用前期所學的基本理論知識和技能分析解決工程實際問題的重要環節。在本環節教學過程中，采用“一人一題”“六人一師”的教學安排。每位老師為自己的學生布置設計要求，涵蓋中藥提取、化學制藥、生物制藥、藥物制劑等車間工藝設計及平面布置等內容。在設計過程中，每個學生獨立完成題目涉及的制藥工藝流程設計、物料熱量衡算、設備選型及車間布置等內容，使學生在設計、計算、繪圖的過程中培養正確的工程觀點、技術經濟觀點及環保意識，指導老師針對學生設計過程中出現的問題進行一對一解答。為了進一步保證學生設計的作品質量，在完成設計題目后，對學生進行集中答辯。答辯組由全體指導老師組成，學生準備10 min 左右的ppt對自己的設計思路、設計成果進行闡述，然后由老師提出問題及修改意見。學生除了回答老師的問題外，需根據答辯組老師的意見，對自己作品中的問題進行認真修改。最后，再由指導老師對學生最終提交的作品進行整體把關，并根據評價標準給出相應的成績。綜合設計評價標準見表1。

表1 制藥工程綜合設計評價標準

通過答辯，集思廣益，使學生更全面地解決設計作品中的問題，同時也了解其他不同類型工藝設計面臨的問題及解決方法。制藥工程綜合設計通過實踐培養學生的工程思維，提高學生在實踐中分析問題、解決問題的能力，符合新工科人才培養的理念。

4 結束語

制藥工程工藝設計是培養制藥工程專業學生工程實踐能力的重要環節，是應對制藥產業新業態發展、新技術變革以及新工科建設的有效路徑。我校制藥工程專業學生工藝設計教學，以理論授課為基礎，以設計大賽為助力，以綜合設計為主體，強化工程認知，深化工程思維，全方位地開展工程設計與實踐。通過工藝設計的實施，增強了制藥工程專業學生分析解決工程實際問題、優化設計方案的能力，也是學生綜合素質、科學研究能力與工程實踐能力的全面提高、檢驗和總結，實現了新工科人才培養的目標。