制药设备与车间设计研究

[摘要]近几年，我国高校广泛开展工程教育认证。在此背景下，本文以制药工程专业的核心课程“制药设备与车间设计”为例，探讨了“制药设备与车间设计”教学过程中在培养学生工科思维方面存在的问题，并且针对这些问题从讲课时强化工科思维训练、增加实际生产中用到的最新知识以及推进项目教学法等方面进行了一些有益的探索，促进了我校制药工程专业工程教育认证工作。

[关键词]工科；工程教育；认证；制药设备与车间设计；思维

1前言

我国的工程教育专业认证始于2006年。经过几年的努力，2013年开始加入《华盛顿协议》，成为预备会员，2016年正式加入《华盛顿协议》[1]。这标志着我国工程教育质量认证体系开始与国际同轨，对于我国高等教育具有里程碑意义。我国坚持工程教育认证的三大理念[2]，即以学生为中心、成果为导向、持续改进，起草我国工程教育认证的相关标准，并且依据标准，指导各高校和相关工科专业对专业培养目标、专业课程体系、课堂教学方法、专业教师责任以及相关教学条件保障等进行了重新修订和改革，使得工程专业人才培养质量得到了显著提升，同时也使得我国工程教育的国际影响力得到了较大提升。制药工程专业是典型的工科专业，而“制药设备与车间设计”课程是制药工程专业的核心课程。通过“制药设备与车间设计”课程使学生掌握药厂反应设备及车间工艺学科的基本知识和基本概念。通过阐明制药车间工艺设计的方法，使学生掌握一定的设计方法，能最有效的利用现有工程技术领域内的成就，组织制药生产过程，配备相应的单元设备，提供必要的载能介质，完成产品的高效的工业化生产[3-4]。工科思维以解决现实问题为导向，注重知识的综合运用，注重解决问题的效率。思维方式的培养就是理解问题和解决问题方法的培养[5]。工程教育的基本任务，就是培养学生良好的工科思维。是否具备工科思维是检验工科的学生培养成功与否的重要标准。青岛农业大学从2020年开始准备工程教育专业认证，如何借助工程教育专业认证提升工科学生的培养质量，尤其是提高工科学生的工科思维是非常重要且值得探索的工作。因此，本文在工程教育认证的背景下，结合“制药设备与车间设计”课程的特点，对教学过程中如何培养学生工科思维进行了探索。

2工程教育认证背景下，工科学生培养过程中工科思维缺失的现象

2.1工科思维与理科思维混淆

工科思维和理科思维联系较为密切，在实际教学过程中很容易被混淆。两者互相依存，互相发展。理科思维是工科思维发展的重要基础，而工科思维的发展又有助于理科思维的应用和延伸。虽然联系密切，但两者又有着本质的区别。理科思维更加注重深入讨论问题的本质以及结果的精度[6]。而工科思维关注的重点则在于问题是否得到解决以及解决的效率。因而，提升动手能力，着力解决当前的问题则是工科学生培养的首要问题。在“制药设备与车间设计”课程传统的教学中，依然存在着让学生抽象思考为主，而动手较少的问题。2.2课堂教学内容与生产实际有差距现代制药技术飞速发展，各种新工艺、新设备、新方法层出不穷。当前制药企业在实际生产中使用了符合GMP相关规定的智能化、一体化以及联动化的生产线，生产效率得到较大提升。这些新技术以及新设备的知识在课本中是无法体现的。这就使得学生毕业后，到制药企业工作时，又需要经过较长时间的学习，才能胜任制药企业实际生产的相关工作。

2.3侧重于知识的讲解，缺乏解决问题能力的锻炼

“制药设备与车间设计”课程包含的知识点较为全面，涉及到多个模块，包括制药厂厂址选择、工艺流程设计与计算、制药设备、车间和管道布置、环境与安全以及技术经济概算等。在传统教学中，每个知识点的讲解主要侧重于理论讲解，这能够达到的效果只是让学生听懂学会，却没能将这些知识点与实际生产密切联系起来，没能在知识点讲解时锻炼学生动手解决问题的能力。虽然在另一门课程“制药工程学课程设计”中，可以让学生将“制药设备与车间设计”中的一些知识点模拟地练习一下，但这对于提升学生的工科思维远远不够。工科思维的培养应该融入到每个知识点的教学中，让学生具备将所学知识用起来的意识。

2.4缺少对实际生产流程及设备的认识

“制药设备与车间设计”课程以理论知识讲解为主，虽然在讲解过程中也尽可能地与实际生产相结合，书中或者讲课过程中也会展示实际生产的图片，但是对于学生来说，直观感不强，难以与实际的生产流程相结合，难以想象实际设备的形状及相关的功能。在制药工程专业的课程体系中，也有认识实习和毕业实习。认识实部分安排的时间较短，学生只能走马观花式地到企业参观一下生产设备。考虑到安全问题，企业一般不让学生动手触摸设备，更不用说操作设备。这就使得学生对实际设备的了解停留在表面，所学知识也不能与实际生产深入地结合起来，更达不到解决现实问题的水平。另外，毕业实习一般都安排在大四的最后一个学期，这对于在“制药设备与车间设计”课程中培养学生工科思维来说，已经错过了时机，只能是该课程培养效果的检验。因而，如果能在“制药设备与车间设计”课程教学过程中增加一些与实际生产的结合，无疑会极大地提升学生的工科思维水平，有助于培养符合工程教育认证导向的优秀学生。

3教学中培养学生工科思维的几点探索

3.1在讲解各知识点时，强化“工科思维”训练

工科思维的训练主要有两条主线：问题推动和评估迭代。在问题推动阶段，教师在课堂讲解时，一定要由现实问题引出所讲内容，然后再让学生通过所学的内容解决现实问题。实际问题的解决是一个由分析问题到设计方案，然后再由设计方案到在现实中解决问题的过程。所学的知识只是工具，而从分析问题到解决问题过程中最主要的则是思维，尤其是工科思维。在评估迭代阶段，让学生相互之间评价问题解决的情况。评价时并不是简单地评价谁的方案好或者谁的方案差，而是明确方案的优点是什么，缺点是什么。这样可以让学生们的思维得到碰撞，同时还可以沿着学生们自己分析的优点或缺点进行延伸分析，有时会得到更有的方案。通过这种评估迭代，让学生深刻体会到所提供的解决方案是否达到预期，效率与精度的矛盾性。同时，让学生意识到，任何一个解决方案都不是完美的，都是可以改进的，而改进的方向并非追求完美，而是高效率地满足预期要求。例如，在热量衡算部分的问题解决练习中，选择冷却剂时，并非要选择制冷效果最好的制冷剂，而是在满足工艺条件的前提下，选择成本最低的制冷剂。问题推动让学生的学习更加生动，更加深入，所学的知识更加有用，而评估迭代则让学生的工科思维能力得到了多维度、多角度锻炼。

3.2增加实际生产中用到的最新知识

解决实际问题的过程需要综合的知识和技能，更需要与实际生产密切结合的知识和技能。“制药设备与车间设计”是一门介绍药物制备技术从实验室研究转为工业化生产的课程。这门课程的实用性非常强，与实际生产的联系非常密切。这门课程需要考虑的不仅是理论上的工艺要求，而且还要考虑实际生产的要求、市场的要求、客户的要求等。显然，这些要求是传统的课本教学中所不能涵盖的。为了让学生能够及时掌握最新的知识，我们在授课过程中，根据制药企业当前的实际生产情况和市场情况，不断调整授课内容。及时增加一些新技术和新设备的介绍，补充当前的市场需求情况，使学生能够很好地适应制药行业发展的需要。

3.3推进“项目教学法”，锻炼学生综合解决问题的能力

项目教学法是指通过将项目与课堂讲授融合起来进行教学的方式。这种方式可以锻炼学生综合运用所学知识解决问题的能力。“制药设备与车间设计”课程的项目设置包含本课程所讲授的大部分知识点。授课教师根据生产实际给出一个综合项目设计题目，然后由学生根据要求自己查阅相关文献，获取相关数据和信息，然后学生根据所学知识自行选择适合的工艺路线，并进行物料衡算、热量衡算、设备选型、三废处理以及技术经济核算等工作。学生通过实际完成项目深入了解了当前的实际生产情况并了解到每个环节中的具体问题，同时能够将所学知识与实际应用密切结合起来，提升工科思维水平。在引导学生开展项目设计时，注重对项目可行性的引导。可行性是工程实际别需要注重的方面，这也是工科思维的一个重要思考维度。可行性不仅仅是从理论上可行，而且要结合生产实际能够可行才符合要求；不仅技术可行，更要从环境、市场等角度考虑均可行才是真可行。可行性研究需要考虑投资必要性、技术可行性、财务可行性、组织可行性、经济可行性、社会可行性、风险因素及对策等。因而在项目设计指导时，应引导学生加强这方面的思考。例如，在进行设备选型时，首先要从投资的角度来看是否是必须选择的设备，然后要考虑该设备从技术上是否符合要求，是否能满足工艺的需要，然后还要引导学生考虑财务。组织。经济、社会乃至存在的风险等因素。当学生重视可行性并且在项目设计过程中锻炼之后，其所学的知识便于现实中的各种情况融为一体，学生解决问题的能力也得到了极大地提升。项目教学法要求先练后讲，因而学生完成项目后，教师应根据其中出现的问题再有重点的讲解，对于学生来说又是一次提高。因而项目教学法能够有效提升学生学习的积极性和主动性，有利于培养学生的自学能力、创新能力和工科思维能力。

3.4借助中试生产设备，加强实践教育

理论学习如果能够与实际生产密切联系起来必将极大地提升教学效果。针对当前“制药设备与车间设计”课程教学过程中存在的学生缺少对实际生产流程及设备认识的问题，我们在现有教学条件的基础上进行了一些探索，在教学过程中给学生增加一些易于实现的实践锻炼，有效地提升了学生对实际生产的认识。图1所示为我校为了培养制药工程专业学生实践能力，在化学楼实验室中建设的一个化学药物制药中试生产设备。中试生产设备虽然不是实际的工业化设备，但是从设备外形到整个操作流程、操作方法和操作参数等与实际生产设备非常接近，只是体积上小一些而已。与实验室中所用的玻璃器皿有着非常大的差异。这套中试生产设备能够给学生实际生产设备的感觉，有助于学生讲所学知识与实际生产相结合。以往我们在讲解工艺流程图时，只能让学生根据课本上的图例，学习设备编号，管道编号，设备和管道画法等，学生学起来只能停留在书本上，与生产实际的联系不够紧密。为了提升学生对实际生产的认识，我们充分利用现有的化工制药中试设备。在布置工艺流程图部分的作业时，让学生到化工制药中试设备的现场充分观察这些设备，并且对其整个工艺流程进行详细了解，观察管道的走向等。然后，让学生根据实际的设备绘制其中某一部分的工艺流程图。某学生绘制的第一个反应釜及其相关容器的流程图如图2所示。通过这个作业练习，学生对工艺流程图的认识更加深入了，关键是学生们通过这个练习深刻理解了平面图纸上的工艺流程图与实际生产设备的联系，未来工作时能够更快地借助所学知识解决现实问题。

4结语

只有全面提升工科学生的工科思维，才能让学生所学与解决实际问题密切联系起来，才能实现工程教育认证以学生为中心，以结果为导向，持续改进的基本理念。“制药设备与车间设计”课程作为制药工程专业的核心课程，在教学改革中还需要结合工程教育专业认证的标准大胆探索，有针对性地优化拓展课程的内容，综合利用各种培养方式方法才能从根本上提升学生的工科思维能力，实现工程教育认证的初心。

参考文献

[1]韩晓燕，张彦通，王伟．高等工程教育专业认证研究综述[J]．高等工程教育研究，2006(6)：6-10．

作者：王蕾蕾 郝双红 肖克峰 单位：青岛农业大学 化学与药学院