新工科背景下地方院校制药工程特色专业课程案例式教学的构建和实践研究

尹德明 单玉鑫

1.梧州学院化学工程与资源再利用学院，广西梧州 543002；2.梧州学院教师教育学院，广西梧州 543002

梧州学院制药工程专业是以中药制药特色应用 型专业，以学生中心，产出导向，持续改进的教育理念，培养具备创新创业意识强、拥有新工科工程师核心素养和创新价值观的高素质技术型人才[1]。目前，中国已进入工业4.0 时代，制药市场面临新一轮技术革命和产业转型升级，梧州创新性提出全面对接粤港澳大湾区和东融珠三角战略要求。因此，制药工程专业发展要从地方社会、经济和资源因素出发[2-3]，既与区域特色制药产业需求深度融合，积极面对新工科粤港澳大湾区信息化、自动化、智能化制药产业升级需求，实施产学研赛创新创业一体化和信息技术与教育教学深度融合[4-5]。专业人才培养是通过学习一系列理论课程和实验实践课程完成的所完成的，课程是实现人才培养目标的重要载体，课程建设是推动专业教学改革的核心，直接关系着教学水平和人才培养质量。在高等教育普及化，课程总时数和理论教学课时数减少及实验实践教学课时数增加的背景下，采用案例式教学进行课程教学改革[6]，通过典型案例分析，将中药制药原理、方法、技术融于案例教学中，并将优秀中医药在重难疑验症中的防治作用和创新、创业教育素质教育融入案例教学环节[7]，推动人才培养模式实现从就业教育到创新、创业教育的转变，值得进一步深入研究。

1 中药制药工艺课程案例教学的研究

1.1 教学设计理念

1.1.1 教材选用和学情分析

中药制药工艺是制药工程专业第5 学期开设的专业主干课程，教材选用的是科学出版社出版的狄留庆、李小芳教授主编《中药提取工艺学》[8]。大学三年级学生已习惯在多媒体教室、智慧教室环境熟练运用电脑、手机等信息化工具进行学习。

1.1.2 课程设计原则

以中医药理论为指导，结合天然产物化学、现代化学工程学和粉体工程学的知识、技术和设备，通过典型案例分析，将原理、方法、技术技能融于案例分析中，注重理论与实践相结合、工艺学与工程学相结合。挖掘中医药文化思想政治资源，融入教学之中。

1.2 课程教学目标

学生理解中药质量源于设计原理和评价，掌握依照中药性质、剂型决定中药制药工艺路线，掌握中药制药工艺的工艺路线、工艺步骤、工艺条件3 个层次内容，培养根据工艺路线分析和确定工艺步骤和工艺条件的逻辑思维能力。教学重点和难点是工艺流程路线的构建、工艺可操作性和工艺参数优化。教学过程中，增强学生安全、环保、职业卫生及经济意识，加强合作意识和能力，提升中药制药工艺的综合素质和工程能力。

1.3 课程案例式教学的构建和实践

1.3.1 构建信息化和数字化技术支撑的案例工艺教学体系

按照制药工程地方特色应用型专业人才培养目标、毕业要求内容，重新设计和改革案例式课程教学内容和方法，按照费曼建构主义学习方法，以框架形式对工艺流程、单元操作技术和参数的内容进行知识体系构建，重视案例工艺选择、工艺分析、技术操作和工程思维的由易到难、由简单到综合层层递进过程，从理论层面和实操层面培养学生知识形成性评价过程，保证课程教学质量。

1.3.1.1 课程案例工艺框架式知识体系的建构 目前，互联网和信息化的普及发展致使碎片化信息的爆炸式增加，应用型特色专业人才培养方案要求总理论课时数减少，实践课时数增加，这些都要求对教育教学进行改革。将某一实际中药制药工艺案例拆解为案例背景、案例问题、案例分析3 个部分，重点是对案例工艺分析进行分析，分别从工艺流程、流程组成及各流程连接关系进行分析，并对流程组成的各单元操作进行工程分析。采用费曼建构主义教学方法，将案例工艺理论知识按单元操作进行抽提重点和难点，将重点和难点内容整理到方框里，找出寻关键难点，对各方框图按工艺流程和逻辑关系街接、连接起来进行工艺设计，并将设计工艺与其他生产中工艺进行假设分析比较、评价和总结。这样，就把中药制药工艺抽象性理论知识以方框图形式重新建构可操作性知识，形成框架式案例式工艺知识案例工艺框架式知识体系重点知识和难点知识分解层次分明，简洁直观，以简驭繁，可操作性较强。在整个课程教学中，案例工艺的举例选择则是由易到难、由简单到综合的循序渐进教学[9]，教材中附有基于二维码的富媒体知识拓展，每章布置复习思考题，达到中药制药案例工艺知识必需、实用和够用的目标。

1.3.1.2 互联网、信息化和大数据技术提高案例工艺教学效率和质量 通过大学慕课、学习通等网络教学资源的制药工艺学课程和钉钉、腾讯会议平台自录视频网络教学，利用互联网的高效性和学习的便捷性，增强学生独立学习或合作学习，促进师生互动交流，在线教学的教、学、测、评、管等环节及时了解和反馈学习效果，全面客观分析评价，反复迭代优化，实现教学目标的达成度[10]，保证教学高质量发展[11-12]。尤其是新型冠状病毒性肺炎疫情期间，通过钉钉、学习通等互联网教学平台和中国大学慕课教学资源使教学计划得到顺利进行[13]，制药工程专业现建设1 间智慧教室用于一流课程教学。

1.3.2 “厂中有校”案例工艺智能化场景教学加深认知和理解

基于5G 网络、大数据、人工智能、虚拟现实等新资源要素对制药生产升级产生深刻影响，校内课堂学习后，进而到广西梧州制药（集团）股份有限公司开展3～6 个学时血栓通粉针制剂生产“厂中有校”案例工艺智能化应用学习，进一步加深对真实案例工艺的认知和理解。

广西梧州制药（集团）股份有限公司建设有血栓通粉针剂（冻干）数字化车间，建设血栓通粉针剂（冻干）智能生产线2 条，整个生产过程数据在线采集、运输和存储分析，实时监控各工序生产动态、药品质量状况和设备状态，实现可视化预警、信息化互联互通，确保质量检测精准控制和数据的完整性、可靠性以及可追溯性，保障批次间药品质量的稳定和均一，形成一个集信息化系统集成、智能化设备管控一体化、多源数据数字化表征的现代化中药制剂生产车间。智能化生产车间日生产注射用血栓通（冻干）达30 万支，显著提高产品生产效率和成品收率。课后进行探究式和合作式学习总结和教学反思。新工科背景下“厂中有校”场景化真实教学进一步巩固和加深制药工艺案例的认知和理解，提升教学质量，具有一定专业特色优势。

1.3.3 设置从验证性工艺实验到综合性工艺实验实训操作教学

根据2021 年制药工程专业人才培养修订方案和教学大纲，设置独立中药制药工艺实验1 学分，增加制药综合设计实验7 学分，构建由浅入深、由易到难、由简单到综合的中药制药工艺实验实训课程教学体系[14-15]。

1.3.3.1 实验内容 开展中药制药验证性实验4 个，主要考察中药提取、分离纯化过程中，料液比、温度、时间、粒径单一因素对中药质量的影响，培养学生基本的实验操作能力。

1.3.3.2 实训课程 开设中药提取工艺综合实验实训课程，培养学生工艺参数优化和质量控制实践操作能力。采取项目导向、任务驱动形式，对某一给定中药自行设计提取工艺步骤、工艺条件，并对工艺条件筛选和参数优化，培养学生制药工艺综合实验能力。同时，建立从中药预处理、浸提、分离精制、制剂成型的2 条中药口服液、颗粒剂生产线实训操作，培养学生中药制药生产、质量检测和控制的实践操作能力[16]。

1.3.4 集中实践教学自行设计制药车间工艺

①制药工程工艺设计是制药工程专业综合性强、实践性强的集中教学环节，每5 个人一组，设队长1 名，按照技术上的可行性、经济上的合理性及GMP 合规性，从制药工艺流程设计、物料和能量衡算、设备的选型及其设计计算、车间工艺布置设计等的方面，从实践上自行设计制药车间工艺，综合提升学生工程素质和工艺放大的专业能力。

②虚拟仿真教学辅助案例工艺复杂工程知识的学习和训练。对于实际生产工艺中有易燃、易爆、有毒、有害危险性操作和复杂工程化操作原理，药品生产质量管理工程、化学制药工艺等仿真软件直观、形象地学习，同时，采用Aspen plus 软件对复杂工程进行建模和工艺流程模拟、优化[17]。

1.3.5 “赛学创”“产学研”多维度资源提高案例教学的“高阶性、创新性和挑战度”

利用政府、学校和企业“赛学创”“产学研”合作共赢模式[18-19]，把梧州制药资源与创新创业教育教学元素有机融合[20]，与广西梧州制药（集团）股份有限公司共同攻关广西区科技厅关于中药渣多级资源化利用中药材种植项目，协同攻关解决中药渣发酵种植基质的质量控制、中药渣制造活性炭、木质素等工艺技术问题。从二年级开始学生在老师指导下申报国家级、区级创新创业计划项目和校级开放实验室项目，用实验研究和创新创业相结合训练学生接受问题挑战和深度思考，提高制药工艺案例教学“两性一度”[21-22]和学生在省级期刊发表论文的能力。并将“产学研”成果推动向教学内容转化[23-24]，写进《中药提取工艺学》《制药分离工程》教材（案例版）[25]中，发表学术论文2 篇，申报发明专利3 项，获得第五届“互联网+”大学生创新创业大赛广西选拔赛银奖、铜奖各1 次。获得2020 年全国大学生制药工程设计作品交流会优秀交流作品和入围交流作品各1 次。研究结果分别应用于申报2021 年广西高等教育区级教学成果二等奖和2019 年梧州学院教学成果奖特等奖材料中。

学生在参加“赛学创”“产学研”过程中运用知识能力、实践操作能力及解决实际工程问题能力得到明显提高[26-27]，部分学生被广东一力集团制药股份有限公司、广西梧州制药（集团）股份有限公司等单位提前签订协议，得到各用人单位的肯定和称赞。近年来专业就业率平均保持在90%以上。

1.3.6 化工与制药类会议培训和同行交流提高课程案例教学能力

主动参加全国制药工程与化学工程教学培训会议，以及一流本科专业以及应用型课程会议专题培训，到广西中医药大学、吉林医药学院和沈阳药科大学等高校交流学习特色应用型专业、制药工艺课程、工程认证和新工科建设经验、教学理念和教学方法经验。聘请校外教授专家到校进行专业建设、人才培养交流指导和学术讲座，提高教师教学和科研能力，增强专业建设水平，培养符合新工科要求的高素质应用型人才。

2 讨论

2.1 地方院校应用型特色专业案例式课程教学的探索和实践

在工业4.0 技术革命和制药产业转型升级及高等教育进入新工科背景下，制药工程特色应用型专业改革以适应地方医药产业需求及粤港澳大湾区信息化、自动化、智能化医药产业转型升级需求。课程建设是推动专业教学改革的核心，选择案例式课程教学是适应区域地方经济升级需求，新工科建设和实践教学课时增加等情况下的教学改革探索和实践，通过构建“课堂案例教学-厂中有校场景应用教学—验证性实验案例教学—综合性实验实训操作教学—集中实践教学自行设计制药工艺-多维度资源提高案例教学两性一度”的教学模式，学生专业知识够用基础扎实，实践操作能力强，保证教学水平和教学质量，达到地方制药产业人才需求和达到课程教学培养目标要求。

2.2 信息化和数字化技术辅助提高制药工艺案例教学效率和教学质量

按照费曼建构主义学习方法，以框架形式对案例式制药工艺知识体系构建，利用互联网、信息化和大数据技术辅助案例工艺教学，设置由浅入深、由易到难、由简单到综合的不同层次教学案例工艺和实验实训操作，体现出案例工艺、技术操作和工程思维的层层递进过程，重视知识形成性过程评价，保证教学水平和教学质量。

2.3 “产学研”“赛学创”多维度资源融合，提高课程案例教学“两性一度”

利用与广西梧州制药（集团）股份有限公司共同攻关制药产业发展存在的中药渣堆放难题，学生申报国家级、区级大学生创新创业训练计划项目和学校开放实验室项目，将梧州制药资源与创新创业教育教学元素有机融合，体现教学的高阶性、创新性、挑战度。“产学研”成果获得“互联网+”大学生创新创业大赛广西选拔赛银奖、铜奖各1 次。编入案例版教材《制药分离工程》《中药提取工艺学》中，研究结果分别应用于申报2021 年广西高等教育自治区级教学成果二等奖和2019 年梧州学院教学成果特等奖材料中。近年来专业就业率平均保持在90%以上。

在工业4.0 时代和新工科教育背景下，对地方性大学制药工程特色应用型专业中药制药工艺课程为例进行案例式课程教学，采用费曼学习法框架式建构专业知识，建立互联网、信息化和数字化技术支撑的中药制药工艺案例教学体系，构建“课堂案例教学-厂中有校场景应用教学-验证性实验工艺教学-综合性工艺实验实训操作教学-集中实践教学自行设计制药车间工艺-多维度资源提高案例教学两性一度”的教学模式，从理论层面和实操层面培养学生知识形成性评价过程，提高课程教学质量，培养具有“适应能力强、创新创业意识强、拥有新工科工程师核心素养和创新价值观”的高素质人才。