新工科背景下制药工程导论课教学改革与评价

赵立新,王海霞,于和水,陈曦,李正

天津中医药大学中药制药工程学院 (天津 300193)

制药工程导论课程是制药工程专业学生基础必修课,该课程基本目的是向初学者介绍药物发现、药品制造的历史与进展、制药工程技术的含义、药物生产基本原理和方法,以及药物制造过程中涉及的其他因素[1]。其作用是加深学生对专业的认识、激发学习兴趣和专业认同感,并为后期专业课程的学习打下基础[2]。2017年2月及4月,教育部分别在复旦大学和天津大学召开了综合性高校和工科优势高校的新工科研讨会,形成了新工科建设的“复旦共识”和“天大行动”,此举是为了应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战而提出了“新工科理念”[3]。制药工程专业作为本校的工科专业,学院于2018年承接新工科研究与创新项目,开始对制药工程专业的教学开展研究和改革,探索如何优化改进专业课程的教学以适应我国制药行业在新技术、新产业、新经济发展形势下对新工科人才的要求。其中针对制药工程导论课程教学进行了相应的改革。教学团队经过几年的实践克服了传统课程的不足,探索出一条适合新工科理念的教学模式,并为今后的教学工作打下一定的基础。

1 传统制药工程导论课程教学不足

制药工程导论作为制药工程专业启蒙课程,传统教学方法在教学内容、教学形式、教学方法等都存在一定的不足,具体包括以下方面。

1.1 教学目标定位狭窄

该门课程作为专业启蒙课程,学生和教师大都认为内容浅,将来还要学习,通常不重视[4];教学目标一般只限定在课本知识的传授上,教师并没有从开阔学生视野及扩展思维的角度去设定该课程的教学目标和教学方法[5]。

1.2 教学内容设计欠合理

课程内容缺乏新颖性、兴趣性和实践性,教学信息资源匮乏,教学过分依赖书本内容和理论知识的讲授,缺乏药厂实际应用及实际操作方面的内容;同时理论知识与生产实践相结合程度不够;另外,在教学内容的广度、学生兴趣培养方面缺乏相应的教学设计,不利于提升学生创新意识与开拓思维。

1.3 教学形式单一

教学形式以课堂教师讲授为主,授课方式单一,学生学习兴趣不高;工程方面实际生产应用的情景教学方式太少或者没有,以至于学生对真实药品生产工程方面内容了解不多;课上学生参与积极性不高。

1.4 考核评价体系不完善

传统的评价以期末闭卷考试为主,参考平时作业、出勤等,教学考核知识化太强,不足以支撑学生个人效能、知识能力、学术能力、技术能力和社会能力等核心综合能力的评估要求,更不足以支撑新工科建设的多元复合型人才培养目标。

总之,传统教学方式不完全符合培养新工科的新型人才的理念,并不能适应新形势下对工科人才的实用性和时代发展的需要,所以高校有必要对制药工程导论课程进行改革,制定科学合理的教学标准,设计科学创新的教学内容,合理调节课程设置,创新教学方法和教学手段,完善考核评价体系以适应新时代对制药工程专业人才的要求。

2 新工科背景下导论课定位

2.1 新工科内涵

新工科,全称是新的工程学科或新的工科学科,其中“工科”是本质,“新”是取向,其内涵可以从三个层面来理解。首先是理念新,新工科强调积极应对变化塑造未来,目标理念更高,引领创新,探索不断变化背景下的工程教育新理念、新结构、新模式、新质量、新体系[6],培养能够适应时代和未来变化的卓越工程人才。新工科应走出“适应社会”的观念局限,主动肩负起造福人类、塑造未来的使命责任,强调未来卓越工程师应具备良好的专业素质、职业道德、爱国情怀、社会责任感和使命感。另外,多学科共融是新工科的特点,厚基础、宽知识,集技术、经济、管理、法规于一体,培养未来多元化、创新型卓越工程人才,注重培养药品生产企业实际应用型同时能够根据具体情况善于改革创新且有创新能力的人才,在解决复杂工程问题时探索用新方法实现工程目标。操作技能方面应在原人才培养目标的基础上增添现代管理操作能力目标和开发新产品新技术目标,旨在为工程建设探索新方法,引领未来制药行业发展新趋势[7]。再者是途径新,秉承与创新、交叉与融合、协调与共享的理念,通过人才培养理念的升华、体制机制的改革以及培养模式的创新应对现代社会的快速变化和未来不确定的变革挑战,开展个性化课程体系、小班化教学、双导师制等“以学生为中心”的教育模式变革,培养具有深厚数理基础和人文素养,善于从工程中发现科学问题,并能运用科学原理解决工程难题、重大问题和国家重大战略需求的制药领域未来工程领军人才;基于多学科交叉、产学研融合是工程科技创新的源泉,是重大工程科技创新的突破点,关键核心技术和重大工程创新科技成果的突破大多源于学科交叉;另外以协调推动新工科专业结构和人才培养质量提升,建设开放式办学,创新校企合作的深度和广度,构建产教融合、校企合作、校校合作的资源集成、多元合作的协同育人机制[8]。

2.2 新工科背景下制药工程导论课的教学目标

为适应新工科的教育要求,在结合制药工程导论课程特点的基础上,学院对本门课程教学目标进行相应调整。在知识层面,扩展该课程知识的范围和广度,传授的知识不仅包括制药工程专业通识知识,还增加前沿技术及未来行业技术的发展方向,除了课本及教学大纲要求的内容,该课程还注重生产中实际应用内容,强调理论联系实际及灵活运用知识解决实际生产问题能力的培养。由于课时的限制,该门课程在增加知识广度的同时需要降低知识的深度,要求学生了解制药工程全范围通识知识,不必对相关知识点深入了解,同时在知识的内容选择及设计上充分考虑提高学生学习兴趣和专业思维能力。在意识层面上,该课程通过教学过程中融入思政教育,培养学生热爱制药工程专业并乐于学习与专业相关的课程,引导学生树立正确的专业价值观,提高学生专业认同感和专业使命感,让学生明确学习方向和路径,培育主动学习的内在动力[9]。在实际应用方面,该课程要求学生熟悉国内外药品生产技术的发展方向,了解当今药品生产企业生产技术现状、存在的问题和实际生产过程,强调课堂理论知识与实践的结合,启发学生利用所学理论知识分析实际生产中的问题并力争解决的兴趣和信心。

总之,制药工程导论课的教学目标应当由单纯的专业知识传授向掌握知识体系、了解实际、利用知识、勇于创新的新工科理念的转变,建立适应未来企业发展需要的新型制药工程人才的培养目标。

3 教学改革

为了实现教学目标,教学团队按照新工科人才的培养理念重新设定了该门课程的教学内容、教学方法和考核方式。

3.1 教学内容改革

本课程建立交叉融合的课程体系,增加知识内容的多元化设计：教学内容设计注重前沿知识和学科交叉知识融合,注重制药工程全方面学科知识的广度及深度的调节,专业知识突出广泛性,从药物研究—工程设计—药物生产—检验整个药品的生命周期划分出不同章节,让学生充分了解药品生产全过程的基本内容和程序,同时增加相关新知识,开阔学生的眼界。在授课时间安排上,教师缩短课本知识点讲述时间,书本内容占用50%课堂时间,其他时间传授相关前沿技术与新技术、新方法等内容。例如,在制剂生产一章中,除传统剂型的生产技术作为通识内容介绍外,课堂留出更多时间以示例的形式介绍药物脂质体、缓控释技术及靶向技术等在制剂方面的应用;在质量控制章节中增加计算机互联网技术和大数据在药品生产质量控制上的应用;在新药研发一章中加入计算机在药物筛选中的应用内容,以提升学生的兴趣和新鲜感。

本课程注重实践创新性课程体系建设：注重专业教育与创新教育、理论教学与实践教学的融合,教学团队结合专业课程和综合素质培养目标来设计实践教学,授课内容紧密联系实际应用,把大量工厂实际的示例引入教学过程中,尽量以案例作为知识点的授课形式以代替理论内容讲解。充分利用本校中药制药厂及附属医院制剂生产车间的条件开展现场教学和实际操作训练,如教师安排到制剂车间实地讲授车间布置设计的内容,中药生产过程一章的介绍在中药前处理车间进行,通过实地讲授,加深学生印象;另外学生参观真实的药厂车间工程设计,提高了他们对课本理论知识的理解程度,提供了实践实操机会加深学生对产业化生产的印象;同时课后作业也结合实际生产情况选题,如厂房设计内容、机械设计等,学生可以与实际生产车间进行对比后提出自己的想法和建议,引导开发他们的创新思维。

本课程提高课程知识内容的趣味性：增加新事物、新技术、新方法讲授,提高学生对制药工程专业的兴趣度和求知欲。教师可以采用药害事故、生产实际案例、药厂励志故事、新药偶然发现等示例,同时结合图片、笑话等形式呈现教学内容。

课程教学内容及过程与思政教育相结合,厚植学生热爱国家、热爱专业,热爱生产的情怀,培养他们努力学习、任劳任怨的精神,愿意为制药工程事业贡献自己的青春和力量。

3.2 教学方法改革

在教学方法上,学院坚持以学生为中心、以现代教学技术为支撑,借助现代科技手段实现对学生的多元化培养,实现从知识本位到知识创造的转变。

教学团队创新教学方式,应用互动性、智能化和个性化的教学方式与技术,普及探究式、讨论式、参与式教学和混合式学习等教学方法。教师在课上授课更多地插入动画、图片、短片内容,充分利用制药工程虚拟仿真实验室的优势展现厂房设计、药品生产过程、质量控制方法等内容;增加实践教学,学院组织学生参观药厂、实习实训,设置两次共计4学时的药厂实地现场讲解课程,其中中药、天然药物生产内容在中药生产前处理车间完成,制剂生产章节在学校附属医院制剂生产车间完成授课。另外教学团队把课程与线上学习平台关联,作业、提问、讨论都在平台上完成,把课本上没有的相关扩展知识内容补充到平台资料中,鼓励学生课后网上观看学习;学院还将虚拟仿真教学实验室课后对学生开放,学生业余时间也可以在虚拟仿真实验室学习工厂实际操作流程,了解实际生产过程。

另外,针对该课程知识内容范围广的特点,教学团队采用多教师授课教学形式,组建交叉学科教学团队,根据教师所从事的研究方向分别安排熟悉章节授课,充分利用各位教师的知识特点,增加授课内容的精度、广度和准确度,并精选出重点问题和当今研究发展热点内容传授给学生,提高学习兴趣,开阔学生视野。

3.3 考核方式改革

学院采用期末成绩与过程成绩相结合的考核方式,各占比50%,取消期末闭卷考试形式,以开卷小论文的形式替代,论文题目通常选择制药工程方面的现实问题与发展方向问题。如中药生产质量控制问题的探讨、中药前处理技术的发展方向、新型制剂技术的概述等题目,允许学生广泛查找资料,充分拓展学生思维,考查学生独立分析问题及灵活解决问题的能力。另外增加过程成绩的考评范围,平时成绩不仅仅包括课后作业、考勤,还包括网络学习、虚拟实验室练习、实习见习活动、小组讨论发言等多个方面,考核内容涵盖学生对该门课的知识掌握程度、学习态度、兴趣度、过程参与度与动手能力等多个方面[10],多元化学生考核评价体系可满足新工科培养目标的要求。

4 教学改革评价

通过四年的教学改革,笔者搜集了数据并进行了相应的调研,总结教学改革的效果并进行了相应的评价。

4.1 学生学习效果评价

在知识掌握方面,学生对制药工程有了全面的了解,特别是专业前沿技术和实际生产过程操作内容,同时也获得一些如计算机应用、大数据、新制药技术等相关知识,开阔了视野;平时成绩提高明显,期末小论文成绩良好,学生掌握的制药工程知识广度增加。教师觉得课程改革后学生思维灵活、知识面宽泛,考虑问题更切合实际。

在学习态度与过程上,笔者通过向学生发放学情调查表、与学生的访谈等方式进行调查并对教学过程数据进行归纳和总结,教改后学生上课出勤率由之前的89%提高到98%,过程学习时间如课后上网自学、虚拟实验室学习等增加了大约一倍,这些反映出学生普遍喜欢并乐于接受新的教学模式;由于采用多学科融合、教学途径多样化的教学方式,学生听课认真,课上提问、课后答疑明显增多,主动参与课上互动,课堂气氛活跃,学习的主动性和积极性明显提高;期末考试形式的变更减轻了以往学生考试死记硬背压力,培养学生独立分析问题及理论联系实际的能力;思政教育引入教学过程后,学生在内心确立“一切为了社会”的理念,立志为制药事业做出自己的贡献。

在实际应用方面,教师采用大量的药厂实际应用示例,学生更加切身了解实际药品生产过程,工厂参观实习及实操锻炼提高了学生动手设计能力,同时也增强课本基础内容与实际生产结合;另外期末开卷小论文考试形式不仅考查了学生书本知识的掌握程度,更加注重提高学生独立分析问题和解决实际问题的思路及方法。

4.2 教师教学工作评价

由于需要准备制药工程课程相关的前沿技术及实际工厂应用示例等教学素材,教师备课时长明显增加,备课时间大约增加30%左右,虽然授课内容的广度扩大很多,但是学生学习积极性的提高带动了教师授课热情和课后备课的积极性,责任心明显提高。

5 结束语

总之,按照新工科的理念,针对制药工程导论课程的特点,学院通过设立符合新工科理念的制药工程导论的培养目标,调整该课程教学内容、教学方法,几年的实践体现出较好的教学效果,学生在知识广度、兴趣度、学习意识和兴趣、理论结合实际思维等多方面都得到一定的提高,同时也为未来进一步提升该门课程的教学效果奠定了一定的基础。另外,新工科内涵非常丰富,新工科理念也在不断发展,新工科建设是高等工程教育为了应对新一轮科技革命与产业变革的挑战而采取的积极行动,将来一定会随着社会的进步和改革而不断完善。