工程化教育背景下制藥分離工程課程教學改革與探索

田長城

(蚌埠學院 食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030)

20世紀末，隨著國際教育領域“回歸工程”思潮的興起，工程化教育逐漸成為工科院校教育改革的重要發(fā)展方向，受到國內(nèi)外教育工作者的重視。工程化教育是一種以人的價值取向為核心，以培養(yǎng)具有綜合知識背景、扎實工程實踐能力、良好職業(yè)道德和社會責任感人才為目標的教育模式[1]。與傳統(tǒng)的“科學范式”教育理念不同，工程化教育以工程實踐自身的規(guī)律和本質(zhì)指導規(guī)范人才培養(yǎng)過程，依據(jù)工程實踐活動的認知邏輯構(gòu)建課程內(nèi)容框架，將學生作為教學活動的主體，注重學生實踐能力、創(chuàng)新能力以及團隊協(xié)作等方面的培養(yǎng)[2]。

國際工程教育界對工程師培養(yǎng)要求有著較統(tǒng)一的標準，主要內(nèi)容包括：(1)扎實的工程實踐能力；(2)綜合的知識背景和整體性的思維方式；(3)良好的職業(yè)道德及社會責任感[3]。不難發(fā)現(xiàn)，僅僅依靠課堂教學很難達成以上教育目標。結(jié)合我國高等教育的具體情況，茅以升先生提出了“先習后學”的教育思想，即工程類課程的學習可以遵循從感性認知到理性探究的規(guī)律，即先讓學生“知其用”，然后再“促其學”[4]，對工程化教育改革的實施具有深遠影響。此外，成果導向教育(Outcome-Based Education,OBE)[5]、CDIO(Conceive,Design,Implement and Operate)教育[6]以及PBL(Problem-Based Learning)模式[7]等新型教育理念的提出也極大地推動了工程化課程教育改革的進程。

《制藥分離工程》課程涉及原料藥的分離、純化、干燥、儲運等內(nèi)容，是生物制藥、制藥工程專業(yè)不可或缺的一個重要教學環(huán)節(jié)。該課程不僅要求學生能夠理解單個分離方法的工作原理，還要能夠合理運用這些方法解決具體的生產(chǎn)實踐問題，是一門集理論性、實踐性和工程性于一體的綜合性課程。李潔瓊等提出在《制藥分離工程》的教學過程中，教師可以采用多元化的教學手段、引入思維導圖以及PBL教學理念，著重培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，鼓勵學生自主學習[8]。宋亞囝等提出在課程的課堂教學中，教師應該加強與其他課程內(nèi)容上的銜接，重視對相關基礎知識的回顧[9]。此外，課程教學大綱的編寫應該依據(jù)工程教育認證標準，在教學要求、內(nèi)容和考核方式的構(gòu)建上要始終圍繞著解決藥物分離工程問題的培養(yǎng)目標[10]，采用諸如互動式的新型編寫方法[11]。本文結(jié)合工程化教育培養(yǎng)目標和筆者多年《制藥分離工程》教學中的經(jīng)驗和體會，對該課程的教學改革進行了一些思考和探索，以期為學院工程化教育的發(fā)展提供些許思路。

1 課程的特點

《制藥分離工程》是一門學科交叉性很強的專業(yè)課程，內(nèi)容涉及到化工原理(萃取、蒸餾、過濾和離心)，生物化學(電泳、層析)，儀器分析(液相色譜、氣相色譜等)，高等數(shù)學(理論模型)等多門課程[12]。在學習前，學生需要具備較全面的專業(yè)理論知識以及一定的實踐操作能力，因此該課程多在大三下學期開設。在課程的學習過程中，學生不僅要理解不同分離技術(shù)的工作原理、條件參數(shù)、操作方法、物料衡算等，更重要的是學生要能夠根據(jù)具體對象合理選擇、運用不同的分離技術(shù)，制定出切實可行的工藝流程來指導生產(chǎn)實踐；并進一步結(jié)合工藝流程選擇適宜的儀器設備，理解制藥分離工程與環(huán)境污染防治及可持續(xù)發(fā)展間的關系，了解藥物分離相關的行業(yè)規(guī)范和法律法規(guī)等。由此可見，《制藥分離工程》的課程教學在提升學生工程實踐能力以及樹立工程意識方面均有著重要的作用。

2 課程教學中的問題

目前，我國高等工程教育正處于由“科學范式”向“工程范式”轉(zhuǎn)型的歷史階段，課程設置和內(nèi)容安排不再僅僅依據(jù)內(nèi)容的系統(tǒng)性和科學性，而更多地從社會需求和學生自身發(fā)展規(guī)律出發(fā)。然而，這種轉(zhuǎn)變必將是一個長期的過程，目前大多數(shù)地方院校由于辦學條件等原因仍延續(xù)著過去的教學模式，呈現(xiàn)出很多問題和不足：(1)教學形式仍以“教師講，學生聽”為主，學生對所學知識缺乏感官認識，不清楚課程的學習目的和意義，很難激發(fā)他們的學習熱情；(2)在課程內(nèi)容組織上，教授的內(nèi)容之間缺乏銜接，淡化了解決生產(chǎn)實踐問題的教學目的，理論知識相對陳舊且與實際生產(chǎn)脫節(jié)；(3)在工程化教育中，實驗教學在培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新意識以及溝通、協(xié)作能力方面均發(fā)揮著重要作用。然而，由于教育資源、師資力量、辦學理念以及教學水平等主、客觀原因，很多地方高校的實驗、實踐仍停留在認知層面的參觀、觀摩，注重看、不動手的粗線條培養(yǎng)模式，且教學效果評價依據(jù)單一化、形式化，沒有真正發(fā)揮實驗教學應起的作用[13]；(4)課程考核仍多以成績、作業(yè)和出勤作為評價依據(jù)，僅僅反映學生“做了什么”，而沒有體現(xiàn)學生“能做什么”。

3 課程教學的改革與實踐

3.1 工程化的課程教學設計

在工程化教育背景下，高校教師不僅要有著深厚、扎實的專業(yè)知識，而且要對工程化教育內(nèi)容、目標有著深入的理解，以學生工程意識和實踐能力的培養(yǎng)為依據(jù)，有的放矢地開展教學活動，達成專業(yè)工程化培養(yǎng)的目標。

3.1.1教學情境的構(gòu)建

《制藥分離工程》的教學內(nèi)容包括各種分離方法的工作原理、條件參數(shù)、物料衡算、工藝流程等，內(nèi)容較為抽象，僅僅依靠課堂講述很難讓學生理解學習的目的和意義。因此，教師應在教學前盡可能地為學生構(gòu)建一個生動、直觀的課程學習情景。在條件允許的情況下，教師可以帶領學生進入企業(yè)生產(chǎn)車間進行實地參觀，了解藥物分離生產(chǎn)的工藝流程和生產(chǎn)設備，建立課堂內(nèi)容與具體實踐之間的聯(lián)系。如果條件有限，教師則可以通過生產(chǎn)視頻、仿真模型等多媒體資源，努力讓學生對所學內(nèi)容有一個初步的感性認識。此外，分離技術(shù)與藥物的質(zhì)量、患者的用藥安全休戚相關，教師可以通過生產(chǎn)案例分析來加深學生對課程學習重要性的理解，樹立起學生的社會責任感和工程職業(yè)道德規(guī)范意識。

3.1.2工程化思維的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的“科學范式”教學側(cè)重于技術(shù)的科學性，而忽略了技術(shù)的可操作性、與環(huán)境間的關系、可持續(xù)發(fā)展等問題，導致學生在分析問題時片面化，且與生產(chǎn)實踐相脫節(jié)。因此，轉(zhuǎn)變學生分析問題的思維方式將是工程化課程教學中的一個重要內(nèi)容?！吨扑幏蛛x工程》課程內(nèi)容中既包括一些傳統(tǒng)的“老”技術(shù)，如過濾、離心、結(jié)晶等；同時也包括一些近年出現(xiàn)的“新”技術(shù)，如超臨界流體萃取、親和層析等。與“老”技術(shù)相比，“新”技術(shù)的分離效果更好，但存在處理量小、設備價格高、工藝不成熟等問題。在教學中，教師要引導學生立足于企業(yè)生產(chǎn)，從產(chǎn)品的質(zhì)量要求、生產(chǎn)成本、環(huán)境污染以及可持續(xù)發(fā)展等多方面看待“新”“老”技術(shù)，遵循生產(chǎn)實踐的自身規(guī)律，以工程化的視角分析和看待問題。工程化思維的培養(yǎng)需要體現(xiàn)在課程教學的方方面面，貫穿課程教學始末。

3.1.3教學內(nèi)容的合理安排

如上所述，《制藥分離工程》課程涉及種類繁多的分離方法，部分教材在編寫時往往根據(jù)分離技術(shù)的原理、特性來組織教學內(nèi)容，如基于場分離原理的分離技術(shù)。這種組織形式雖然遵循了知識自身的認知規(guī)律，但從工程實踐角度看，其并不符合藥物分離生產(chǎn)的實際操作流程，缺乏內(nèi)在的邏輯聯(lián)系。在藥物分離的生產(chǎn)實踐中，大多數(shù)藥物的分離遵循著預處理、初步分離、高度純化和濃縮干燥四個步驟，教師可以此為基礎，同時結(jié)合不同類型藥物的自身特點來安排教學內(nèi)容，從而加強理論與實踐之間的聯(lián)系，讓學生全面、系統(tǒng)地掌握課程內(nèi)容。

3.2 實驗教學方式的改革

2020年《工程教育認證通用標準解讀及使用指南》(試行)畢業(yè)要求中明確指出：學生不僅要掌握基礎和專業(yè)知識，同時還要具備分析問題、設計/開發(fā)解決方案、研究問題、使用現(xiàn)代工具、協(xié)作、溝通等能力，綠色環(huán)保的工程理念，環(huán)境保護和社會可持續(xù)發(fā)展的使命感[14]。傳統(tǒng)的實驗教學顯然無法達成這些培養(yǎng)目標，筆者認為首先教師應該提升對實驗教學的重視度，將工程化教育的畢業(yè)要求點分解后融入到實驗教學的各個環(huán)節(jié)，真正發(fā)揮實驗教學在工程化培養(yǎng)中的作用。以下是筆者針對《制藥分離工程》實驗教學方式進行的改革實踐，具體內(nèi)容見表1。

表1 工程化實驗教學的組織安排

3.3 課程考核方式的改革

傳統(tǒng)的課程考核模式主要以考試成績、作業(yè)、出勤率、實驗報告為依據(jù)，這種考核方式能在一定程度上體現(xiàn)出學生的學習狀態(tài)和態(tài)度，但很難反映出學生能力的提升情況。工程化教育側(cè)重于學生能力的培養(yǎng)，特別是解決復雜工程實踐問題的能力培養(yǎng)，因此，在教學之前首先要建立一套新穎的、綜合反映學生能力水平的評價方法。

在《制藥分離工程》課程考核中，學生成績主要由期末考試(占60%)、平時成績(如考勤、作業(yè)、實驗報告等，占15%)和工程能力分(占25%)組成。其中工程能力的評價采用以下方式：教師在課程學習4-5周后，結(jié)合企業(yè)或自身科研內(nèi)容提出若干個藥物分離實際生產(chǎn)問題；將學生劃分為3-5人的小組，每組設立一名負責人，小組成員選擇教師提出的某一個問題，進行資料查閱、分析、工藝路線設定以及生產(chǎn)線圖紙的繪制，該過程持續(xù)4-6周，其間教師要定期檢查課題研究進度，幫助學生解決存在的問題。在課程結(jié)束前一周，以小組為單位，采用現(xiàn)場答辯的形式進行項目匯報；結(jié)合學生互評和教師考評給出團隊總分，小組成員再根據(jù)每個成員的具體貢獻自行分配分數(shù)。

筆者認為這種工程能力考核方式可以從團隊協(xié)作、分析和解決問題、現(xiàn)代工具的使用以及專業(yè)表述等多方面評價學生的工程實踐能力。此外，在給分時設置了一個組內(nèi)分配環(huán)節(jié)，可以有效避免個別同學濫竽充數(shù)的現(xiàn)象，從而真正調(diào)動起學生的參與積極性。這種能力考核方式一定程度上反映了學生解決復雜工程問題的能力，彌補了傳統(tǒng)考核模式的不足(見圖1)。

圖1 工程能力評價方法

4 結(jié)論

專業(yè)工程化教育是一個繁雜的系統(tǒng)工程，課程教學則是達成專業(yè)工程化教育目標的一個基礎環(huán)節(jié)。在《制藥分離工程》課程的教學過程中，一方面教師要充分理解工程化教育的目標、內(nèi)容和意義，將培養(yǎng)學生工程實踐能力這一理念體現(xiàn)在教學活動的各個方面，充分發(fā)揮該課程教學在制藥工程專業(yè)培養(yǎng)中的作用；另一方面，課程教學改革離不開專業(yè)課程體系的優(yōu)化整合，只有整個專業(yè)課程體系圍繞著工程化教育理念進行優(yōu)化整合，課程教學改革才能發(fā)揮出最大的作用。此外，教育的目的最終還是對“人”的培養(yǎng)，在工科課程的教學過程中，教師應該時刻用自身嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求真務實的科學精神來潛移默化地影響學生，培養(yǎng)學生高尚的職業(yè)操守和道德素養(yǎng)。