基于制药设计大赛的制药工程车间课程设计教学改革与实践

关致敏，温雅琼，宋美佳

（1.山西大同大学 化学与化工学院，山西大同 037009；2.山西大同大学 建筑与测绘工程学院，山西大同 037003）

山西大同大学制药工程专业成立于2015 年，其设置目的是向制药企业输送应用型工科人才。实践教学环节在人才培养中至关重要。制药工程车间课程设计是在制药设备、制药工程车间设计两门理论课的基础上，针对性开设的一门综合性课程设计，旨在让学生实际体验工程设计的全流程，了解药厂车间的布局形式，熟悉常见的制药设备，掌握物料衡算、热量衡算、工艺流程图和车间平面布置图的绘制方法，充分培养学生的工科思维能力。

学科竞赛是高等教育培养新工科人才的有效方式[1-3]，对巩固学生的理论知识，培养学生的工程思维能力、创新能力和团队协作能力都有着非常积极的作用。目前已不少有学者[4-6]对“赛教融合”的教学模式进行了研究探讨，提出了新工科背景下的“以赛促教，以赛促学”的实践教学培养模式。“国药工程杯”全国大学生制药工程设计大赛（以下简称设计大赛）每年由药学类专业教育指导委员会牵头举办，是目前制药工程专业领域影响力最大、专业性最强的学科竞赛[7]，自2018 年山西大同大学首次参加设计大赛以来，共斩获全国二等奖4 项，全国三等奖1 项，并在2022 年第十届竞赛中闯入全国总决赛。在总结日常教学与学生参赛的经验教训的基础上，课程团队将课程设计与设计大赛进行了有机结合，对制药工程车间课程设计的教学内容和教学模式进行了改革和实践，取得了良好的教学效果。

1 制药工程车间课程设计教学过程中存在的问题

1.1 设计题目陈旧，与实际生产脱节

制药工程为一门交叉性和实践性都非常强的专业[8]。近年来，国家对制药领域的重视程度进一步增加，新药技术研发、制药设备更新换代进一步加快，GMP（药品生产质量管理规范）管理更为成熟与严格，这就更加需要学校在培养学生的时候紧贴实际，注重教学内容的时效性，紧跟企业和市场的需求，将产教融合落到实处。但在实际教学过程中，部分高校的课程设计题目比较陈旧，所设计的内容也是企业淘汰的工艺，缺乏实际意义。了解需求的最好办法就是让师生增加实习次数，深入核心生产区，了解不同的工艺与设备。但对于一些开设本专业的高校来说，生产实习由于各种原因难以落实，因此设计题目大多只能从教材或网上寻找，偏离了实际。再加上课程设计中具有针对性的配套教材很少[9]，配套教材版本比较陈旧[10]，非配套教材的教学内容则分散到多本书中，而且大部分设计题目都是2010 版GMP刚发布时的一些案例，距离现在已有十几年的时间。综上，课程设计题目与时俱进的问题亟待解决。

1.2 教师工程经验匮乏

现在大部分青年教师都是博士毕业后直接应届入职教学，很少有去企业工作的机会[5,11]。这就造成高校教师虽然学历高，理论知识扎实，但普遍缺乏工程实践经验的困局[12-13]。虽然很多高校都在提倡“双师型”教师建设、教师去企业挂职等，但由于教师的科研压力大、激励机制不健全、考核标准不明确等多方面原因，使得高校教师赴企业实践的积极性不高、工程经验匮乏的问题始终未能有效解决。最终教师很难将设计细节和实际案例相结合，教学效果大打折扣。

1.3 学生兴趣不高，对课程设计重视程度低

学生作为教学的主体对象，其学习兴趣的高低直接影响教学效果的好坏[14]。在最初两届学生的教学过程中，学生学习热情不高，设计作品质量不高，原因有三点：（1）旧版的人才培养方案将制药工程车间课程设计设置在大三下学期所有理论课结束之后，这个时间点刚好与期末考试以及考研复习产生冲突，学生难以专心投入到课程设计中；（2）在旧版人才培养方案中，所有实践类课程都是非学位课，部分学生不重视课程设计环节；（3）在教学改革前，课程设计持续时间仅为一周，指导教师只能在短时间内集中讲解注意事项和设计要点，教学内容密度大，讲解较为枯燥，学生学习兴趣不高，最终设计作品质量不达预期效果。

2 教学模式改革与实践

2.1 更新人才培养方案，优化课程教学大纲

立足山西大同大学应用型高校的定位，为更好地培养新工科制药人才，2018 年，制药工程专业重新修订人才培养方案。新版人才培养方案对课程结构进行了优化，增大了实践教学的占比，制药工程车间课程设计教学时间从原来的一周增加至三周，学分也相应增加。通过调整理论课教学时间，课程设计开课时间从学期末的第17 周调整为学期中段的第13～15 周，以解决期末考试与课程教学时间冲突的矛盾。

在课程大纲方面，主要有三点改动。

（1）因课时量的大幅增加，课程设计内容也大幅增加。在旧版课程大纲中，课程设计内容基本是简单完成物料衡算和设备选型，不涉及图纸的绘制。在重新修订的大纲中，学生需要在三周时间内完成物料和热量衡算、生产制度安排、设备选型、PID 绘制和车间设备平面图的绘制，体验工程设计的全流程。

（2）为了更好地培养学生团队协作处理工程问题的能力，课程设计从原来的单人独立完成变更为小组合作完成的方式。设计过程中各成员相互配合、各司其职，确保设计任务按时完成。

（3）课程设计的考核方式更加强调过程性考核，如表1 所示，综合成绩通过“学习通”线上自学、中期检查、团队答辩、设计说明书与图纸评分加权计算得到。在新的考核模式下，教师可以及时掌握各小组的设计进度，并给出相应建议。为了避免部分学生参与度不高，中期检查和团队答辩成绩采用团队得分，期末上交的设计说明书和图纸也基于团队得分评级打分。这样一来，整个团队不仅是组长在进行管理，小组成员间也会自觉地相互督促，积极推动项目的进行。

表1 制药工程车间课程设计考核方式

2.2 基于制药设计大赛的制药工程车间课程设计教学模式

基于制药设计大赛的制药工程车间课程设计教学模式如图1 所示，其主要内容可以概括为以下三个方面。

图1 基于制药设计大赛的制药工程车间课程设计教学模式

（1）课程团队将之前的竞赛题目进行修改，适当降低难度，并为学生提供大赛获奖作品作为参考资料，帮助学生迅速入门，完成课程设计。中国医药集团联合工程有限公司作为我国实力很强的医药工程领域设计公司，其药厂设计经验极其丰富，承担了近年来设计大赛的命题工作。这些竞赛题目都是在实际项目的基础上简化后得到，充分体现了目前药企建厂或改造过程中的最新需求和工艺过程。将竞赛题目引入课程设计的教学中，设计题目陈旧的问题迎刃而解。

（2）设计大赛不仅对学生有益，对指导教师工程能力的提高也颇有帮助。每届设计大赛的组委会都会举办指导教师培训会，决赛答辩现场还会邀请多位行业专家作为评委，指导教师可以在会场观摩学习并与专家面对面交流，积累工程实践经验。有了设计大赛的带队经验，教师在指导课程设计的过程中得心应手，带着问题和案例进行指导。如此一来，教师在授课时更加生动，学生的参与热情也被充分调动。课程设计是团队式工作，小组成员经常需要集中讨论。在讨论的过程中一方面增强了学生的团队意识，另一方面充分调动了学生的积极性，学生从被动接受知识转变为主动运用与创造，教学效果大大提高。

（3）目前，山西大同大学参赛模式是大三以上的参赛老队员辅导，大二学生操刀，大一学生作为梯队培养。虽然大二年级学生有不少专业课未学习，但基础知识如物理化学、化工原理、生物化学都已学习完毕，而且课余时间充分，有更多的精力参加比赛。等大三课程设计组队时，这些有参赛经验的学生会被任命为队长，带领未参赛的同班同学一起完成设计任务。这种老带新的模式能够帮助团队成员快速上手，一些简单的问题直接在小组内就被解决，减轻了指导教师的负担。当完成课程设计后，队员认识了工程设计的全貌，培养了工程思维能力；队长则复习了工程设计过程，锻炼了团队管理能力。经过课程设计的学习后，不管是新队员还是老选手，都能为下一届将要参赛的大二学生提供建议与指导，也为未来的毕业设计打下基础。

2.3 教改后的制药工程车间课程设计案例展示

经过几年的摸索与实践，教师和学生的工程实践能力都得到显著提高，学生在设计过程中热情高涨。下面以2022 年的制药工程车间课程设计作为案例进行展示。

2.3.1 设计题目来源

本次课程设计题目为年产5 000 万支柴胡口服液车间设计，来源于2020 年设计大赛。原竞赛题目为“年产7 000 万支清肺达原口服液车间设计”，工艺上要求将药方中的数味药材先通过提取车间将有效成分提取浓缩，再通过制剂车间将中药浓缩液制备成口服液。课程团队先将药方从13 种简化为柴胡1 种，然后将设计内容从两个车间简化为单制剂车间的设计，产量上从年产7 000 万支降低为年产5 000 万支，其余涉及的工艺要求按照原竞赛题目进行设计。

2.3.2 设计要求

以获奖作品为参考资料，生产班制和甘特图直接采用获奖作品的成果，学生在此基础上进行物料衡算、能量衡算、主要设备选型、PID 图和车间设备平面布置图的绘制，并设计说明书。

2.3.3 时间安排与考核形式

课程设计时间共3 周，前2 天指导教师集中讲授工艺与注意事项，其余时间学生根据各自分工自由安排，学生也可利用“学习通”随时复习。课程设计的第12 天进行中期检查，由各小组组长汇报组内进度，指导教师按情况对组员提问并对各小组打分。在课程设计的最后一天进行答辩，各小组成员按照任务分工依次汇报答辩，指导教师根据答辩情况打分。答辩完成后，每位学生上交课程设计说明书和完成的图纸，作为终结性考核成果。

2.3.4 设计结果展示

图2 为本案例中某小组学生完成的柴胡口服液车间设备平面布置图。

图2 教改后制药工程车间课程设计的图纸展示

3 结束语

本文立足山西大同大学学情，在新版人才培养方案和教学大纲基础上，对制药工程车间课程设计进行教学改革，提出了一种基于制药设计大赛的课程设计教学模式，从设计题目选题、指导教师工程经验积累、学生的实践过程等方面进行了探索。从“年产5 000 万支柴胡口服液车间设计”这一教学案例可以看出：新的教学模式使设计内容紧跟药厂实际需求，激发了学生学习的积极性与创造性，提高了指导教师的实践教学水平，达到了培养学生工程思维和实践能力的目的。制药工程车间课程设计与制药设计大赛的有机融合在教学过程中取得了良好成效，是制药工程专业实践类课程教学改革的一次有益尝试，为应用型制药工程人才的培养提供了借鉴经验。