培養(yǎng)工程能力的《中藥制藥工藝試驗》課程構(gòu)建*

陳繼平，龔 英，晏 瑾，戎梅竹

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

依據(jù)2018年發(fā)布的“化工與制藥類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)”，工藝設(shè)計與應(yīng)用實踐能力是制藥工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的基本工程能力素養(yǎng)。根據(jù)規(guī)模，制藥工藝研究依次經(jīng)歷小試、中試和工業(yè)化生產(chǎn)三個階段[1]。由于教學(xué)經(jīng)費、實驗設(shè)備、廢棄物管理能力、師資力量的差異，各高校分別開設(shè)了《天然藥物化學(xué)實驗》、《化學(xué)制藥工藝實驗》、《生物制藥工藝實驗》、《生產(chǎn)實訓(xùn)》等課程。大多數(shù)課程采用“課前預(yù)習(xí)講義-課中完成驗證性實驗-課后完成實驗報告”教學(xué)模式開展，并且小試實驗和中試實驗分別安排在不同學(xué)期的不同課程中。采用這種傳統(tǒng)課程設(shè)置方式和教學(xué)模式，學(xué)生僅僅掌握了一部分的制藥工藝學(xué)科知識，對于如何利用小試工藝研究結(jié)果指導(dǎo)中試工藝研究的理解層次較淺，工程能力提升效果不明顯。

基于制藥工藝實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀，以中藥制藥工藝為例，依托CDIO(構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行)工程教育理念[2-4]，重構(gòu)《中藥制藥工藝試驗》課程內(nèi)容，同時設(shè)計“微課先行與任務(wù)驅(qū)動、多感官協(xié)作與小組合作”的多樣化教學(xué)方式，實現(xiàn)學(xué)科知識和工程能力的同步增長，以培養(yǎng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用創(chuàng)新型新工科人才。

1 課程設(shè)計

1.1 課程內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計

基于CDIO理念的《中藥制藥工藝試驗》課程內(nèi)容分為小試實驗、中試實訓(xùn)兩個環(huán)節(jié)，教學(xué)安排和學(xué)時分配如表1所示。每個環(huán)節(jié)分為工藝路線的構(gòu)思(C)和設(shè)計(D)、工藝路線的實現(xiàn)(I)和運行(O)、實踐體會的分享(S)和實踐經(jīng)驗的反思(R)三個階段，均設(shè)置5次課堂內(nèi)教學(xué)，每次3學(xué)時。小試和中試兩個環(huán)節(jié)的課堂內(nèi)教學(xué)共30學(xué)時。課程采用的教學(xué)方法包括微課、講授引導(dǎo)、小組討論、小組合作、全班研討等，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供最大化的時間和空間。小試和中試兩個環(huán)節(jié)的課堂外學(xué)時為8學(xué)時。課程不僅注重傳授與工藝和生產(chǎn)管理相關(guān)的事實性學(xué)科知識，更注重對學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，包括工藝設(shè)計和實踐能力、技術(shù)交流能力、團隊精神、解決問題的能力和職業(yè)倫理等。通過“小試實驗”、“中試實訓(xùn)”兩個教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生逐步完成對學(xué)科知識的內(nèi)化和工程能力的訓(xùn)練。

表1 課程的教學(xué)安排與學(xué)時分配

兩個環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計思路如下：

(1)小試實驗

第1次課：課前，通過“文字微課”的形式，提示學(xué)生對銀杏葉中黃酮類物質(zhì)提取相關(guān)文獻資料的查閱和收集，以保證課堂討論的有效性。課中，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)資料、小組討論、全班研討的基礎(chǔ)上，小組合作完成小試實驗方案的構(gòu)思(C)和設(shè)計(D)。

第2～4次課：以小組為單位，課中實現(xiàn)(I)和運行(O)小試實驗，對實踐過程中工藝知識點、工藝現(xiàn)象、操作經(jīng)驗進行記錄，從而研究銀杏葉提取工藝參數(shù)對黃酮類物質(zhì)的收率的影響，并建立銀杏葉提取物中黃酮類物質(zhì)的檢驗分析方法，最終選擇合理的工藝路線，確定質(zhì)量保證的工藝參數(shù)與操作條件，為中試放大研究提供技術(shù)資料。課后，小組合作完成小試實驗報告的撰寫。

第5次課：以小組為單位，課中展示小試實驗的成果，分享(Sharing，S)實踐體會和經(jīng)驗。然后根據(jù)全班研討的結(jié)果，小組反思總結(jié)(Reflection，S)，合作完成本階段的學(xué)習(xí)報告。

通過本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將積累與工藝相關(guān)的知識，并初步鍛煉工藝設(shè)計與實踐能力、技術(shù)交流能力、解決問題的能力，構(gòu)建團隊精神和職業(yè)倫理。

(2)中試實訓(xùn)

第1次課：課前，通過“視頻微課”的形式，提醒學(xué)生對生產(chǎn)過程的組織管理流程和控制要點、記錄文件類型和記錄要點等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以保證課堂討論的有效性。課中，在小試實驗報告、學(xué)生自主學(xué)習(xí)資料、小組討論、全班研討的基礎(chǔ)上，依據(jù)中藥提取濃縮一體機(圖1)操作規(guī)程，采用相似模擬放大方法[1]，小組合作完成中試實訓(xùn)方案的構(gòu)思(C)和設(shè)計(D)。

第2～4次課：以小組為單位，課中實現(xiàn)(I)和運行(O)中試實驗，對實訓(xùn)過程中相關(guān)工藝知識點、工藝現(xiàn)象、工藝控制、生產(chǎn)組織管理情況進行記錄，并開展物料衡算、能量衡算，對工藝進行經(jīng)濟性評價，從而取得工業(yè)生產(chǎn)所需的資料和數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計和工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。課后，小組合作完成中試實訓(xùn)報告的撰寫。

第5次課：以小組為單位，課中展示中試實訓(xùn)的實踐成果，分享(S)實踐體會和經(jīng)驗。然后根據(jù)全班研討的結(jié)果，小組反思總結(jié)(R)，合作完成本階段的學(xué)習(xí)報告。

通過本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生開始嘗試對工藝知識、生產(chǎn)管理相關(guān)的知識進行融會貫通，并用于指導(dǎo)工藝實踐活動，從而進一步鍛煉技術(shù)交流能力、解決問題的能力，構(gòu)建團隊精神和職業(yè)倫理。

圖1 中藥提取濃縮一體機

1.2 教學(xué)設(shè)計的特點

在小試實驗訓(xùn)練基礎(chǔ)上，采用相似模擬放大的方法[1]逐步放大規(guī)模，然后開展真實的中試生產(chǎn)設(shè)備操作應(yīng)用和生產(chǎn)組織管理。教學(xué)安排符合前蘇聯(lián)教育家維果茨基提出的“最近發(fā)展區(qū)”理論，符合從理解到應(yīng)用的認(rèn)知發(fā)展順序，也符合從形象到抽象的心理發(fā)展順序。教學(xué)內(nèi)容涵蓋小試和中試兩個階段的工藝設(shè)計和實踐訓(xùn)練活動，能為學(xué)生較全面理解制藥工藝的研發(fā)奠定一些基礎(chǔ)。

在上述兩個教學(xué)環(huán)節(jié)中，在真實的CDIO環(huán)境中，通過理論與實踐并重、學(xué)習(xí)與應(yīng)用并重的教學(xué)方式，能實現(xiàn)學(xué)科知識和工程能力的共同成長。此外，在CDIO工程教育模式的基礎(chǔ)上，本課程設(shè)計也注重SR活動，以此強化學(xué)生的技術(shù)交流能力和團隊精神。

2 教學(xué)方法的介紹

2.1 微課先行、任務(wù)驅(qū)動

依據(jù)“人性化學(xué)習(xí)理論”，為幫助學(xué)生“做中學(xué)”，課程采用“微課程教學(xué)法”(微課)[5-6]。兩個教學(xué)環(huán)節(jié)的第1次課前，教師在云南師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(網(wǎng)址：http://ynnu.fanya.chaoxing.com/portal)發(fā)布“配套的教學(xué)資源(文字資料或視頻資料)”，并發(fā)布“自主學(xué)習(xí)任務(wù)單”(詳見2.1.1節(jié)和2.1.2節(jié))；學(xué)生利用碎片化時間，采用多種移動方式完成對知識點的學(xué)習(xí)，并完成學(xué)習(xí)任務(wù)，為課堂內(nèi)交流、展示奠定基礎(chǔ)。細(xì)化自主學(xué)習(xí)單中任務(wù)，有利于學(xué)生自主檢查對微課學(xué)習(xí)任務(wù)的完成程度。利用多樣化教學(xué)資源，采用任務(wù)驅(qū)動，通過創(chuàng)新的課堂教學(xué)方法(檢查-鞏固-研討)，在同伴壓力下，能最大化激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并促進學(xué)生創(chuàng)新思考和積極討論。

2.1.1 “小試實驗”環(huán)節(jié)的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單

(1)自主學(xué)習(xí)任務(wù)

通過分析提供的微課學(xué)習(xí)資源，完成下列學(xué)習(xí)任務(wù)：

① 學(xué)會微課資源介紹的文獻查閱方法。

② 利用資料介紹的方法完成小試實驗(銀杏葉的提取/濃縮)文獻資料的查閱。

(2)課堂學(xué)習(xí)形式預(yù)告

① 檢查：復(fù)述文獻查閱方法。

② 鞏固：小組內(nèi)交流文獻查閱的結(jié)果，相互補充完整。

③ 研討：小組制定小試工藝路線(提取/濃縮)，并輪流展示自主學(xué)習(xí)成果。最后，全班提建議，小組闡釋。

(3)反思與總結(jié)

根據(jù)課堂內(nèi)對小試工藝路線的研討內(nèi)容，修訂小試實驗方案。

2.1.2 “中試實訓(xùn)”環(huán)節(jié)的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單

2.1.2.1 自主學(xué)習(xí)任務(wù)

通過觀看教學(xué)視頻自學(xué)，完成下列學(xué)習(xí)任務(wù)：

① 理解教學(xué)視頻中生產(chǎn)過程的組織管理流程和控制要點。

② 理解教學(xué)視頻中生產(chǎn)過程的記錄文件類型和記錄要點。

2.1.2.2 課堂學(xué)習(xí)形式預(yù)告

(1)檢查

①復(fù)述生產(chǎn)過程的管理要點(生產(chǎn)前準(zhǔn)備、生產(chǎn)中管理、清場管理、生產(chǎn)批次管理、狀態(tài)標(biāo)識管理、物料平衡管理、防污染和交叉污染的管理、包裝管理)。

②復(fù)述生產(chǎn)過程中文件管理的要點，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件(產(chǎn)品工藝規(guī)程、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢驗操作規(guī)程)、管理標(biāo)準(zhǔn)文件(生產(chǎn)管理規(guī)程、生產(chǎn)衛(wèi)生管理規(guī)程、質(zhì)量管理規(guī)程)、操作標(biāo)準(zhǔn)文件(崗位標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程、清潔標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程)、記錄(生產(chǎn)管理記錄、質(zhì)量管理記錄)。

(2)鞏固：小組內(nèi)交流生產(chǎn)組織管理的學(xué)習(xí)結(jié)果，相互補充完整。

(3)研討：①依據(jù)小試實驗對工藝路線實踐的結(jié)果，小組內(nèi)交流、制定中試生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)管理文件；②小組輪流展示自主學(xué)習(xí)成果；③全班提建議，小組闡釋。

2.1.2.3 反思與總結(jié)

根據(jù)課堂內(nèi)對中試生產(chǎn)的研討內(nèi)容，修訂中試實訓(xùn)方案。

2.2 多感官協(xié)作與小組合作

《中藥制藥工藝試驗》課程對工藝路線研究過程的小試階段和中試階段進行了融合。課程知識點繁多，涵蓋工藝路線設(shè)計、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、文件管理等多個方面。對于沒有實際生產(chǎn)經(jīng)驗的制藥工程專業(yè)在校學(xué)生而言，很難全面理解和掌握上述知識點，更難實現(xiàn)對這些知識的靈活應(yīng)用。因此，本課程注重將感性認(rèn)知(視頻資料、實踐活動)和理性認(rèn)知(文獻資料、《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》相關(guān)理論知識點)相結(jié)合，將不同規(guī)模(小試和中試)的實踐認(rèn)知相結(jié)合，讓學(xué)生從視覺、聽覺和觸覺等多個感官角度全面認(rèn)識中藥制藥工藝實踐活動，不斷內(nèi)化知識，提升工程實踐能力。為完成上述復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，課程教學(xué)還利用“小組內(nèi)討論”、“小組展示”、“全班研討”等多種教學(xué)方式，分層次分內(nèi)容鍛煉學(xué)生的技術(shù)交流能力、團隊精神、解決問題的能力、職業(yè)倫理，從而逐步提升制藥工程專業(yè)學(xué)生的工程能力，實現(xiàn)學(xué)科知識和工程能力的同步提升。

3 課程評價方法

表2 課程的平時成績

課程采用過程性評價方式，其中平時成績占70%，期末考試占30%。平時成績的組成如表2所示。平時成績考核時既關(guān)注學(xué)生參與討論和匯報的積極性，又評估相關(guān)材料撰寫的規(guī)范性，為全面訓(xùn)練學(xué)生解決問題的邏輯思維能力和技術(shù)交流(口頭和書面)能力、構(gòu)建團隊協(xié)作精神和職業(yè)倫理提供驅(qū)動力。

4 教學(xué)模式的實踐

基于CDIO理念的《中藥制藥工藝試驗》課程教學(xué)設(shè)計已在我校制藥工程專業(yè)2013-2016級四屆學(xué)生中實踐，課程設(shè)置在大三下學(xué)期。在課程結(jié)束后，通過問卷調(diào)查和座談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為自己的工藝設(shè)計能力、實踐動手能力、獨立工作能力、協(xié)作組織能力、表述能力、分析和解決問題的能力得到了實際的訓(xùn)練，對制藥生產(chǎn)過程和生產(chǎn)管理有了更清晰的認(rèn)識。自2016年以來，我校制藥工程專業(yè)學(xué)生已連續(xù)四年參加全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計競賽，累計獲得全國二等獎5項，三等獎4項。學(xué)生的良好學(xué)習(xí)效果證實了基于CDIO理念的《中藥制藥工藝試驗》課程的教學(xué)設(shè)計和實施取得了初步成效。

5 結(jié) 語

基于CDIO理念，結(jié)合制藥工程專業(yè)教學(xué)特點，在《中藥制藥工藝試驗》教學(xué)活動中增加分享(S)和反思(R)活動。借助微課教學(xué)資料和自主學(xué)習(xí)任務(wù)單中任務(wù)的驅(qū)動，學(xué)生成為了整個教學(xué)過程的主角。通過創(chuàng)新的多樣化教學(xué)方式，促使學(xué)生按時保質(zhì)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并能積極參與到小組內(nèi)討論和全班研討活動中，清晰地表達(dá)個人的想法，在小試和中試兩個環(huán)節(jié)實踐工藝設(shè)計方案。通過多樣化的活動，加深學(xué)生對中藥制藥工藝學(xué)科知識和實踐活動的理解和掌握，幫助學(xué)生不斷內(nèi)化知識、提升工藝設(shè)計和工程實踐能力。

我們建議，在借鑒本文提出的教學(xué)模式時，組建一支專業(yè)教學(xué)團隊，結(jié)合授課對象的實際情況，精心提煉微課知識點，并策劃適宜的教學(xué)方法、課堂研討等教學(xué)流程以及全面的過程性評價體系，在整個學(xué)習(xí)過程中適時地提醒學(xué)生跟進學(xué)習(xí)進度和學(xué)習(xí)要求，最終實現(xiàn)持續(xù)地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)獲得感，最大程度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性并激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力，完成深層次制藥工藝學(xué)科知識內(nèi)化以及制藥工程能力的全面提升。