时间：2022-04-15 08:49:56
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇换热器课程设计总结，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
食品工程原理课程是高校食品科学与工程专业的基础课，食品工程原理主要研究食品加工过程中各单元操作的基本原理、典型设备的构造、工艺尺寸的计算、选型及实验研究方法等。学习本课程的任务是：掌握主要单元操作的基本规律、熟悉所用设备的工作原理以及性能等，培养学生运用基本原理，分析和解决生产操作中各种实际工程问题的能力。该门课程教学环节包括理论、实验和课程设计三个环节，课程设计是本门课程的教学最后的环节，是学生学习和研究与实践结果的全面总结。对于工科食品科学与工程专业学生，毕业前只是进行毕业论文实验和毕业论文得撰写，不搞毕业设计，对学生将来从事食品工程设计有很大限制，食品工程原理课程设计是食品科学与工程专业学生在专业课程学习过程中独立进行工程设计的一次全面考察，对学生将来独立完成相关工程设计是很好训练和演习过程。
一、食品工程原理课程设计学时分配
二、食品工程原理课程设计题目
项目一：食品加工单元操作的计算。根据不同食品生产工艺，进行分组，对不同食品加工单元操作典型设备进行设计计算。
项目二：牛奶列管式换热器的设计。在灭菌后牛奶的冷却过程中，随着温度、压力参数变化以及冷却水温度变化，设计一台列管式换热器，完成相应生产任务。
三、食品工程原理课程设计指导
在课程设计过程，对项目一，指导教师收集食品生产企业工程实例作为课程设计题目，每2～3个学生是单独的题目，由于这些实际问题，涉及到食品生产中关键或者特殊的设备，所以每组学生都有很高的学习兴趣，学生通过查阅资料和相关工程手册，结合食品工程原理每个单元操作的原理每组学生能够独立完成各自的设计任务。通过课程设计，每组学生的查阅资料的能力、计算能力、绘图能力以及综合运用所学知识的能力等都得到了充分的锻炼，这些训练和指导对学生将来毕业后，完成工程师相应技术工作，有很大的帮助。
四、食品工程原理课程设计考核
《食品工程原理》作为食品科学与工程专业一门主干技术基础课，是一门以力学、动力学、热力学、传热学和传质学为理论基础的专业基础课程。本课程课程设计考核的目的：充分调动学生的学习积极性，强化学生个性化的发展和创新能力、促进学生自主学习能力的培养。设计考核方面包括学生出勤情况；实验目的明确；步骤清晰、数据处理正确、结论正确、分析讨论合理等方面。
通过以上四个方面，学生能够进行食品工程原理课程设计从查找资料，收集相关经验数据，在获得大量资料和数据基础上，独立的完成每个环节设计任务。通过这样课程设计每个过程的设计训练，学生们能够完整体会到工程师的一个完整的设计项目。完成相应的训练，提高学生综合运用知识的能力和分析解决实际工程问题的能力。
在教学过程中，充分利用实习基地和实验条件，在生产实习和认识实习的过程中，使学生掌握压力容器的组成、典型组件结构及组件与组件之间功能和结构联系。另外，还对过程设备设计教学大纲进行了修订，增加了培养设计、创新素质方面的规定。如对每一教学章规定一个教学训练环节，改变教学方法。教学中结合工程实例，采用理论和实际相结合的方法完成理论教学环节，改变粉笔黑板单一教学模式为课件加粉笔黑板模式，利用课件补充、增加工程实例图片、动画。在内容上，不仅要满足考试和考研要求，而且对实际设计和创新能力的培养也要有很好的促进作用。经过几年不断地进入企业实地调研和收集资料，并查阅收集大量的工程案例，把它们合理地加入所编制的过程设备设计课件中。又经过较长时间授课、辅导效果验证和多轮次的修改完善，目前已经形成了一套高标准课件。该课件已具有集教师授课、学生自学、研究生考试复习等功能于一体，重点在于对知识点的学习与考察。新课件还具有实际工程问题的分析与解决案例，通过对应章节的工程案例，将理论知识与工程实践相结合，至少要在每章教学内容前演示或提出一些适当的应用实例，或提出一些实际设计问题，让学生带着问题边思考边学习。在选择例题方面，适当增加设计类题目。在教学中，重点讲授各种壳体结构及部件的应用场合、条件，结合实际应用研究各种壳体结构的设计方法，改变以前只注重书本理论知识、不注重实际应用的传统教学方法，增强学生的工程实践意识，在理论教学中逐渐培养学生的工程实践能力及创新意识。
二、从实践教学方面进行改革
（一）完善实验环节
过程设备设计课程实验包含壳体应力测定、厚壁圆筒爆破和外压壳体失稳实验。此次改革在已有的过程设备实验的基础上，加设了常用壳体结构及其部件的认知实验和常用动设备的拆装实验，让学生在实验时，通过亲身观察常用压力容器和组成部件的结构和区别、它们在过程设备中的具体应用目的、安装位置以及工作过程，使过程专业学生都能对工程中常用压力容器及其部件的作用和工作原理有所了解，掌握相关的基本知识，增强对压力容器及其零部件的感性认识。同时对现有过程实验教程进行修订，使之更适合学生实践能力的培养，达到实验教学的目的。课程实验也是一个检验学生实践能力的重要环节。在实践中结合课程内容、性质，合理设定实验项目、实验内容，同时学时也能满足课程大纲的要求，使学生在实验中增强动手能力、实践能力及创新意识，且实验类型也很全面，如认知类实验、验证型、综合型和设计型实验，并且不断增加综合型和设计型实验比重，如增设浮阀塔盘结构创新设计实验，管壳式换热器导流方式创新设计实验等，以提高学生的创新设计意识。在未来的计划中，将增开常用过程生产装置操作运行实验，使学生对整个过程设备和课程内容有一总体的了解和认知，调动学生学习的积极性。
（二）对过程设备设计课程设计的改革
设计题目中大致包括动设备、静设备、设备控制系统三部分内容。设计内容应有以往课程设计要求的理论设计计算与结构设计内容,能体现综合运用以前学过的专业课程知识的设计方法。即过程设备设计的课程设计题目，要包括各种典型过程设备的设计方法，如选择板式精馏塔机械设计作为课设题目，该题目可选择筛板、浮阀、舌形等各种传质的组合，以完成过程所必要的传质要求。设计中还包含降液管的设计、溢流堰的设计、容器壳体材质和壁厚的选择以及内外压强度校核等各种知识，题目综合性较好，且灵活多变，可以较好地训练学生应用理论知识，解决实际问题的能力。锻炼了学生的实践能力和创新意识。在现有课程设计题目基础上,尽量丰富课程设计的题目，尝试将课程设计与机械创新大赛相结合，作为提高大学生创新能力的一个平台，以提高学生对课程设计的兴趣，并且根据学生的实际情况分层次进行。依据题目的难易程度,把题目分成不同的等级,学生依据自己的能力选择相应难度的题目,成绩的划定也跟难度有关。此亦为了避免现有课程设计存在的弊端,提高学生学习兴趣,加强学生独立进行过程设备设计的能力。课程设计是培养学生实践创新能力的重要环节。在过程中，为了加强实践环节,提高学生的工程设计能力，让学生接触工程实际,了解同类系列产品的性能、结构特点及制造过程，使学生懂得过程设备设计与过程工艺是紧密不可分割的,获得产品的有关工艺知识，我们在课程设计之前（或过程中）安排学生到相关工厂参观或者以多媒体的方式观看相关的工程案例,以此来开阔学生的视野,拓展设计思路,使设计与工程实际接轨。这样一来，既能扩大学生知识面,深化感性认识和理性认识,又使课程设计的效果上升到新的层次。在课设指导过程中，为了提高设计质量并使学生获得更好的设计素质训练，在设计过程中增加研讨环节，即在设计的过程中，按照进度依次提出一些议题，如换热器壳程气体出入口管直径较大，影响管束长度利用效率问题和夹套反应釜夹套加热面积达不到工艺要求等问题，让学生提出解决方案或答案。注重培养学生的动手能力、创造力和想象力，开发创新意识，启发和引导学生进行思考，引导学生如何更好地完成课程设计这一重要环节。依据以上改革措施，还应对课程设计的成绩评定体系做必要调整[2]。根据平时表现、设计能力、图纸质量、说明书内容和答辩情况综合评定成绩，并在这些方面修订教学大纲、教学指导大纲和质量规范标准，以规范学生重要实践环节的操作规程，提高课程设计教学质量。从制度层面保证提高学生创新实践能力训练的严格落实。
（三）探索过程设备设计应用能力竞赛新模式
为检查学生应用知识解决工程实际的能力，学生完成过程设备设计课程的学习之后，举行过程设备设计应用能力竞赛，真正考察学生的工程实践能力和创新能力。给出设计要求，让学生充分发挥想象力，设计出满足过程工艺要求的化工设备，以达到锻炼学生的能力和素质，并为学生参加省级以上各种大赛打下了坚实的基础。如我们曾经结合社会热点问题，提出设计热力牛奶杀菌器为竞赛设计题目，受到同学们的欢迎，征集了20多种设计方案并有三种方案还制作了透明设备模型。在实践中不断进行总结、分析和完善，探究一种适合学生实践能力培养和创新意识提高的新模式，从传统的纸面试题形式向实际设备模型，微、小型过程设备的设计转型，并建立起一系列的成绩评定体系。使学生通过参加竞赛，对实际工程产生兴趣，并使学生的理论知识与实际问题得到紧密的结合，使学生得到创新能力的锻炼，从而满足人才培养模式的需求。
三、结语
一、合理组织教学内容，做到重点突出
《过程设备原理》这门课程理论性较强，习题类型多，课程内容多而散，经验介绍、工作实际问题分析较多，涉及大量的工艺流程、机械设备等内容，学生学习起来普遍感觉难度较大。教师要教好这门课程，需要丰富的课堂教学经验和现场实践知识，只有使课堂教学形式丰富多彩，才能使学生不感到枯燥乏味。教师要根据课程特点，在教学中注意合理组织教学内容，重点介绍单元操作技术，减少理论公式推导，强化公式记忆和相关的训练。从实际出发，引入物理量的概念和设备工作原理，用生活、生产实例介绍公式的应用，重点描述过程的规律，定性分析影响过程的因素，突出教学重点。同时，注重培养学生查图表、手册等技术资料的能力，并以此为原则组织教学内容，掌握增删尺度。如“换热器”的设计以选型核算为主要内容，应增加传热系数K的测定方法的讨论；在“精馏”一章中，减少对双组分的气液相平衡等物化知识的介绍，重点在过程的操作分析，适当增加一些强化精馏过程途径的讨论分析等。
二、改进教学方法，提高课堂教学质量。
在教学过程中，教师首先要通过详细备课，合理组织，丰富教学内容，做到重点突出，提高教学质量，以使学生乐于学习本门课程。如《过程设备原理》课程教学，具有概念多、经验公式多、例题多等特点，包括理论教学、实验教学、课程设计、认识实习等四大部分。对于理论教学，在可能的基础上，适当增加习题课、讨论课，启发开阔学生思路。也可让学生做“临时教师”，即根据教学大纲、授课计划的要求，节选出教材的某些章节，由学生提前预习，写出相应的教案，然后由学生自己上课，这样，可以激发学生的兴趣，提高认识。在教学过程中引入先进辅助教学手段，是课程教学改革的关键。过去常用的挂图、幻灯、录像片有待于进一步修改与创新。如实物模型的应用，动态幻灯投影片的应用等。同时还应将原有的系列教学录像片进一步剪辑，并增补一些新内容，特别是塔设备部分，以便更适用于教学。在授课时，教师要注意创造一个活泼的学习气氛，每当讲一个新章节时，总是先启发学生思考有关问题，使学生产生兴趣，主动参与学习。如在讲“传热”章节时，首先让学生分析生活中的传热现象，然后再讲授其中的传热机理，以使学生在理解的基础上记忆。同时，充分运用多种教学形式，使学生对较抽象的教学内容有一个全面、深入地了解，使其能更好地掌握所学内容。在课堂教学中，教师必须采取灵活多样的教学方法，才能有效地提高课堂教学质量。
三、采取多种教学形式，加强实践性环节的教学
在课程实验、课程设计等实践性环节的教学过程中，教师要通过启发式教学，发挥学生的学习主动性、自觉性，提倡学生自主学习的同时，注重学生的动手能力和创新能力培养。如化工单元操作过程都涉及化工生产装置、生产过程及工艺流程等，而学生很少有现场方面的知识，这就给教学带来了相当的难度。对于实验教学，除了应探讨实验功能及实验室建设标准外，还应探讨实验教学法问题，如何更有效地培养学生动手能力，是实验教学的一个关键。如《过程设备原理》实验教学中，要求学生学会如何测量数据、整理数据、计算及结果分析等，更重要的是学习该课程实验教学的特殊要求，通过实验进一步了解化工生产中一般常用设备的操作方法。课程设计是课程教学中具有总结性的教学环节，是衡量课程教学质量的一个重要方面，课程设计的选题应能进行综合考核，且能有一定的实用性。从而使学生通过课程设计过程，逐步培养工程设计的初步能力，学会应用微机来进行辅助设计。值得一提的是，教学计划中列入认识实习作为教学的一种补充手段。由于学生都是由学校进入学校，对工程实际缺乏了解，因而专业课程教学之前，穿插l～2周的认识实习，能使学生了解生产的一般工艺过程及特点，主要设备及操作等情况，获得必要的感性认识。同时，在教学过程中，教师要十分注重采取多种教学形式，加强实践性环节的教学，并借此促进、提高教学质量。从而锻炼学生解决工程实际问题的能力。
四、在教学过程中加强德育教育，做到教书育人
当然，在课程教改中教师的作用不容忽视，毕竟任何一门课程的整体教学效果的提高，必须依赖于教师的基本素质的提高，专业课程教学质量的综合提高是教改的关键，而师资队伍基本素质的综合提高是必要的保证，是培养高质量的专业人才的前提。身为教师，必须在教学过程中加强德育教育，真正做到“教书育人”，才能使学生在学习理论课程的同时，受到良好的职业道德、思想品德等方面的教育。在组织教学内容的同时，充分挖掘教材中的德育因素，突出教材的科学性、思想性，培养学生严谨的作风和科学的态度，特别是在实践性环节的教学过程中，注重理论知识与专业知识的衔接教育，加强职业道德等方面的教育。总之，教师除了具有专业知识外，还必须不断拓宽自己的知识面以适应新时期对教师的基本要求。必须在教学过程中，切实通过采用多种教学形式，改进教学方法、教学手段，不断改进提高课堂教学、实践性环节教学的质量，真正做到“教书育人”，促进学生德、智、体、美、劳等全面发展。任何一门课程的改革都必须依附于专业改革。不同的课程应针对不同专业对该课程的需要，相继完善自己的理论教学体系和实践教学体系，综合考虑主要教学因素和其他附加因素（如社会环境、学校环境、教师的职业品质等），提出本课程的综合配套改革方案并推广实施。在高校人才培养过程中，不同的高校都有自己的特色与做法，以课程教学为载体，强化专业素质教育，是一个需要长期探讨的问题。
作者：伍广 李雪斌 栾振辉 来永斌 周毅 钧李坤 单位：安徽理工大学
关键词：制药化工设备机械基础；教学内容；体系；改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0085-02
一、前言
制药化工设备机械基础课程是为满足现代制药工业的需求，在原《化工设备机械基础》课程基础之上进行教W改革，应运而生的一门课程。制药设备行业相对于制药工业而言，发展相对滞后，我国制药设备的复合人才还比较缺乏。目前开设制药设备机械专业学科的大专学校陆续增多，医药院校制药设备机械设计方面的教学还存在普遍被忽视的情况。在这种情况下，对原《化工设备机械基础》课程体系进行改革，将教学内容与制药设备机械行业、制药工业、现代化的设计方法和手段紧密相连，科学合理地构建制药设备机械设计学课程体系的教学内容，势在必行。
二、合理构建制药设备机械（设计）学教学内容
原化工设备机械基础包含：工程力学、化工设备材料、机械传动、容器设计及课程设计五部分内容。该课程的主要落脚点是化工设备，而制药设备与机械与药品的质量密切相关，制药设备与机械的质量直接关系是否能生产出合格药品，是否能通过GMP规范的验证。制药设备机械在卫生、洁净、耐腐蚀、无污染方面比化工设备的要求更为严格，原化工设备机械基础课程教学内容中未涉及现代设计方法方面的知识，这些都使得原化工设备机械基础的教学内容相对陈旧，不能满足现代制药工业、制药设备机械行业对人才培养的需求，因此要在化工设备机械基础课程的基础上，构建科学合理的、与制药设备机械紧密联系的教学内容，以满足制药设备机械及制药工业发展的需要。
笔者根据多年的教学及科研经验，进行总结及归纳，构建制药设备机械（设计）学方向的教学内容如下。
1.简化工程力学部分，强化工程安全安装和维护理念。工程力学是整个工程界的基础，其指导设备安全安装和设备合理维护、工程安全设计、设备安全运转的基础，该部分内容应予以保留。但由于制药化工设备机械基础课程学时的限制，可在教学内容上适当简化。对于静力学部分，可只介绍常见典型制药设备与机械的受力特点、分析方法；材料力学部分，结合工程实例，简化各种载荷下的受力及变形分析，简化强度条件、刚度条件及稳定性条件的理论公式推导，结合强度理论及刚度条件的应用，强化制药工业工程在建厂初期的设备及设施的合理安全安装，及制药设备机械和设施在使用过程中的安全操作及使用等知识。
2.联系制药工业，讲解制药设备机械材料学。原化工设备机械基础课程中，材料学部分内容主要涉及化工行业设备与机械材料的种类、性质及化工设备材料选择原则，重点为碳钢、铸铁、合金钢等，这些知识点已不能满足制药设备机械材料的需求。大多数的制药设备与机械，无论是固体制剂设备，还是包装材料及设备等都要求满足GMP要求，GMP规范中涉及制药设备机械选材的条款如下。（1）GMP（2010版）第74条规定：“生产设备不得对药品质量产生任何不利影响。与药品直接接触的生产设备表面应当平整、光洁、易清洗或消毒、耐腐蚀，不得与药品发生化学反应、吸附药品或向药品中释放物质。”第98条规定：“纯化水、注射用水储罐和输送管道所用材料应当无毒、耐腐蚀；储罐的通气口应当安装不脱落纤维的疏水性除菌滤器；管道的设计和安装应当避免死角、盲管。”（2）GMP（98版）附录第二节3款认为：“与药液接触的设备、容器具、管路等应采用优质耐腐蚀材质……过滤器材不得吸附药液组份和释放异物。禁止使用含石棉的过滤器材”；GMP（2010版）第41条规定：过滤器应当尽可能不脱落纤维。严禁使用含石棉的过滤器。过滤器不得因与产品发生反应、释放物质或吸附作用而对产品质量造成不利影响。美国CGMP中211.65条（a）款规定：“设备表面与组份、中间物料或药品接触时应不起反应，无吸着、吸附作用，以不致改变药品的安全性、鉴别特征、含量（或效价）、质量或纯度而使之超出法定或其他既定要求”。因此涉及制药设备机械及包装材料的选择应以不锈钢及符合卫生条件的非金属材料为主，使用普通碳素钢及铸铁的场合则很少。故制药设备机械材料学部分内容应结合制药设备机械和制药工业行业的实际情况，以讲解制药设备机械设计行业中采用的合金钢、医用非金属材料为主，碳钢、铸铁及有色金属材料为辅。现代医药包装材料多以PET、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等为主，广泛应用医药塑料包装瓶的制造。聚氯乙烯片材和聚酯主要是片材材料，合成纸和无纺布主要用于医疗器械的包装袋。而在有些腐蚀严重的场合会采用搪瓷及钛材作为制药设备机械的材料。这些知识点紧密地与制药设备机械及药物包装材料相结合，实用而有的放矢。
3.以药剂机械为载体，讲解机械传动部分。原化工设备机械基础课程中有机械传动部分内容，包括V带传动、齿轮传动、轴与联轴器、轴承、轮系及减速机。这些内容对于医药院校的学生来讲，因为没有实践应用环节及课程设计等实习环节而显得枯燥。在学时允许的情况下，教学中，拟辅以实例剖析，将这些机械部件与制药机械相联系，将其作为机械中的一个部件进行剖析；如结合小型手动压片机讲解轮系与减速机、齿轮传动、V带传动；以大型反应器和发酵罐为例讲解轴与联轴器等，可将枯燥的内容生动活化，使学生易于理解。
4.结合制药设备机械工程实际，阐述内外压容器设计。制药设备机械内外压容器的设计及在用制药设备类容器的安全校核及安全评定、附件的选型及校核是本课程的重点。该部分采用新版的GB150-2011《钢制压力容器》的设计及安全校核方法，讲解制药工程用内压、外压容器的设计及在用设备的校核方法、设计参数的选择、容器附件的设计选型等内容。联系制药设备机械实例的设计，阐述设计及校核方法。如带夹套的反应器、提取罐、超临界萃取釜，这些设备为了满足使用过程中温度的要求，大多带有夹套。对于筒体部分，其往往承受内压，应按内压容器进行设计及校核；而超临界萃取釜频繁停车时，或内部压力小于夹套压力工作的反应器、提取罐及膜式蒸发器，筒体又承受外压，就必须按外压容器的设计方法进行设计和校核。结合制药设备机械及制药工业工程实际的教学内容，更为生动。
5.制药设备机械课程设计解析。为了紧密结合制药工业工程及制药设备机械专业方向的需求，增设制药设备机械设计学课程设计环节，选择典型制药设备与机械进行设计训练，可显著增强学生的知识为制药工业服务的理念。可结合药物化学方向的需求，设置化学制药工业中的化学反应器的工艺、结构及控制设计；也可用刮膜式蒸发器设计取代换热器设计，以及有选裥缘厥褂昧骰床干燥器；并将新型的制药设备与机械带入课程设计，介绍新型先进的制药设备及机械，使该课程设计内容真正与制药设备行业的需求紧密联系。通过训练，一方面，可将前期的工程力学、制药设备机械材料学、机械传动及设备机械设计部分的教学内容有机结合，使所学的知识得巩固；另一方面，可以根据现存制药设备中存在的问题、设备的研发方向，引导并鼓励学生进行创新设计，为制药设备机械行业向更高水平发展注入新的技术力量。
6.现代设计方法及技术。现代设计方法是随着科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科，其应用越来越广泛。因此，在制药设备机械设计学的教学中，增加现代设计及分析方法的内容，开阔学生视野，为后续的制药设备机械方向的科研及工程应用打下基础。现代设计方法包括：计算机辅助设计、优化设计、有限元法及CFD模拟设计等。在学时允许的情况下，在课程中，主要介绍计算机辅助设计、现代智能优化设计、或基于ANSYS的有限元法及CFD模拟方法，这些设计及分析方法可以为学生的毕业设计环节提供帮助，为制药设备机械的研发及解决工程中出现的问题提供先进的设计及分析手段。通过上述教学内容的调整，增强了紧密联系制药工业及制药设备机械行业的环节，达到教学内容服务于制药工业及制药设备机械行业的目的，课程的学时需要根据教学内容进行实时调整，以满足教学需要。
三、展望
制药化工设备机械基础课程的教学改革，旨在为制药设备机械及制药工业提供缺乏的人才，该课程改革和建设之路还任重道远。目前需编写满足要求的制药化工设备机械基础课程的教材，并强化制药设备机械设计学方向的教学改革、加强师资队伍建设，推动培养制药设备机械及制药工业行业培养复合型人才。
参考文献：
[1]田耀华.再议制药机械选材原则[J].中国制药设备，2007，（5）.
[2]于颖.制药工程制图[M].北京：化学工业出版社，2009.
The Course Reform of Basis of Pharmaceutical Engineering Equipment and Machinery
YU Ying，DAI Su-mei，ZhANG Li
（School of Engineering，China Pharmaceutical University，Nanjing，Jiangsu 210009，China）
一、制药工程教改历程
华东理工大学是教育部所属重点院校中最早设立工科类药学专业的学校。制药工程专业的前身化学制药工学专业始建于1952年,1953年开始招生。制药工程课程的开设和讲授与制药工程专业结伴成长。乘学校课程建设的春风,制药工程在多年积累的基础上开始进行深入的课程建设与改革。2005年至2006年,学校对制药工程进行了重点课程建设立项资助。2007年至2009年进行了校精品课程建设,同年获得上海市重点课程建设支持。经过一系列的课程建设项目,课程从教学内容、教学大纲、教学手段到配套管理等方面有了长足进步,完善了课程的教学目标,构建了课程完整的知识体系,优化了教学内容,提高了任课教师自身水平。
二、构建与时俱进的制药工程课程内容
(一)紧跟制药行业发展脚步,增加新工艺、新方法的介绍
目前,我们本科的制药工程课程主要分为两部分内容来进行讲授:药厂反应设备和车间工艺设计。药厂反应设备部分根据制药工程专业的需要,吸取化学反应工程学的基本理论,结合反应器的经验计算方法,以反应器的结构型式为线索,摆脱繁复的数学推导,着重于基本规律的讲解;阐明了理想反应器、反应器型式及操作方式的选择、停留时间分布及测定等概念;重点讲述釜式反应器的混合机理和效果,搅拌器的选型与放大、搅拌釜的传热及工艺计算;对管式反应器、气液反应器、气固反应器、流化床反应器等反应器理论和设备设计进行介绍。车间工艺设计部分主要讲述车间工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、车间布置设计和非工艺设计基础等内容,力求使学生掌握药厂车间工艺设计的基本技能。制药工程是一门药物从实验室走向大规模工业化生产的学科。因此,其在与实验室研究结合的基础上还有适应市场、客户及控制成本的需求,要求专业人员及时更新设计观念、设计方法和科技知识,更要求课程教师根据行业内工程的发展,对教学计划和内容不断进行调整。例如,增加目前正处于研究高峰期的超临界萃取装置、有广阔发展前景的膜蒸发设备及分子蒸馏设备、膜反应器及生物反应器、先进的流化床技术及流化床装置、先进的三相床反应器研究、制药洁净厂房空调净化系统、药厂节能措施和现代“精烘包”工序设计等内容。
(二)引入GMP理念,强化药品生产管理意识
《药品生产管理规范》(Good ManufacturingPractice,简称GMP)是药品生产和质量管理的基本准则,适用于药品制剂生产的全过程、原料药生产中影响产品质量的关键工序。[3]医药产品品种多、更新快,产量差别悬殊,药品生产的路线也是日新月异。因此,制药车间设计的水平和要求不断提高。现有的课程中制药车间工艺设计部分内容体系已经落后于制药工业的发展,有些已经被淘汰或不符合GMP的要求。我们根据行业发展现状,将GMP的理念引入到课程中,让学生逐渐强化GMP概念,认识到符合GMP要求是制药工业的发展准则。例如,《药品生产管理规范》的第一章总则第二条明确提出了热敏性药物设备的规定。教师在授课中与学生进行讨论,使学生了解到抗生素药物的结晶应该使用冷却结晶器或喷雾结晶器,也可以采用真空结晶操作,这主要是为了避免药物分解降低结晶温度。学生在后期进行此类原料药车间工艺设计时,就能注意到这种特殊情况,并对此类药品的结晶工艺做出正确的选择;以前的设计中对周围的环境因素考虑不多,而现在的药品生产企业必须具有整洁的生产环境,所处环境的空气、场地、水质都要符合生产要求,生产厂房及周围应无污染源;设计车间不同生产区域时,我们要求学生要严格按照GMP提出的非无菌原料药的生产要求执行,除粗品或浓缩液、活性炭、溶剂、外包装及其清理等置于一般区域外,其余工序均应设在30万级区域内(即:过滤、结晶、分离、干燥、过筛、混粉、内包装等);生产避孕药品时,根据GMP要求,厂房应安装独立的空气净化系统,并与其他药品生产厂房分开,气体排放还需经净化处理。[4]
(三)案例教学,教学相长
硝化是制药中的一个典型反应类型,为使同学对这一反应类型有深入的了解,我们在硝化车间实习基础上,设计了乙苯硝化生成对硝基乙苯———对硝基乙苯分离———对硝基苯乙酮氧化的大设计题目,并拆分成几个小的分题目分组进行设计。答辩时将大题目组的同学统一进行答辩,以使学生对分题目有深入的了解,对原料药的整个生产过程有整体性认知。我们还在前期学生设计内容的基础上,列出了针对一些产销量小、新药的中试和放大的设计课题。例如,磺胺多辛车间工艺设计中增加多功能车间设计部分,使学生不拘泥于具体生产品种和规模,而是按照制药工业常用的化学反应和单元操作,选择不同规模的反应器、换热器、塔以及离心机、计量槽等通用设备,更新了学生药品生产及工艺设计的理念和思路。这类新型的设计题目对教师的理论和实践经验要求较高,教师要先于学生进行设计题目的考察和复核。尽管工作量增加了很多,但在复核及讨论过程中,教师自身的工程设计思路也更加明晰,知识也得到了扩充。
三、将“大工程”观念引入制药工程教学中来
大工程观课程体系的“工程”指实践性和创新性教学环节,即实验、实习、课程设计、毕业环节等课程。而高等工程教育的本质特征则由综合性、系统性、实践性和创新性构成。[5]课程根据培养药品制造工程技术人才的目标,结合工科院校特点,逐步形成了制药工程课程体系。该体系结构为:课堂理论教学—校外实习(实践教学)—毕业设计(课程完成后的总结性教学)三大板块。
(一)与生产紧密结合的实践教学
工程类课程教学要以一线生产的实际需要为核心目标,在强调对基本知识的熟练掌握和灵活应用的同时,更加强调与一线生产实际的结合,实习通常作为学生贯通专业知识和集合专业技能的重要教学活动。[6]作为工程类课程,我们非常重视实习这个教学环节。为此,我们设立了两个阶段的校外实习。其中认识实习是在学生学过基础课程但尚未学习制药工程前进行的。在这个阶段,学生对制药过程不熟悉,通过认识实习可以对原料药车间的各种单元操作、车间布置直观接触,为后面的制药工程课程学习奠定基础,激发课程学习的兴趣。第二个阶段为毕业实习阶段。此时,学生已经具备了一定的理论知识,教师在生产实习过程中会有意识地提出药厂生产涉及的工艺路线、原料和设备选择、产品精制、车间管理等问题,引导学生观察现代化药厂的生产和精制设施与装备,关注原料药质量生产管理规范在工厂的具体实施情况,有机会时还会要求学生自己动手进行生产操作,使课堂内容在实际的经验中得到加深和升华。学生通过对典型的原料药生产车间的生产流程、生产管路的排摸,绘制工艺流程图和设备流程图,尽可能多地收集制药工程课程设计数据,并对现代化制药车间布置获得初步认知。在学生收集到的生产现场数据基础上,教师归纳提炼出设计题目,要求学生将生产实习中的内容与工艺设计相结合,作为设计阶段的实际任务。
(二)强化课程设计,引入工程软件
近年来,一些院校的制药专业学生的毕业环节内容都以参与教师的药物合成科研课题为主,学生在完成论文的过程中缺少工程设计的训练。而进行物料、能量衡算和工艺设备选型、绘制出初步设计阶段的带控制点的工艺流程图、车间布置图、设备装配图等工作是工程应用型人才所必备的基本能力。为此,我校专业培养方案在第七学期安排为期4周的小设计,在第八学期安排为期22周的毕业大设计与制药工程课程相配套,形成“大论文小设计”或者“小论文大设计”的格局,学生同时得到药学科研及工程设计的全面训练。
无论大设计或者小设计都是在学生完成专业理论课程后才安排的教学环节,是在前期所学的基础理论和专业知识的基础上,帮助学生在真实的原料药车间工艺设计过程中将工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、车间的“精烘包”设计和管道设计等知识融会贯通。毕业设计是同学们在原料药厂毕业实习后进入的,由指导教师根据实习内容或自拟设计题目布置设计任务书。学生先进行文献查阅、外文翻译等前期准备工作,在第七学期寒假前进入课题工作阶段。承担制药工程课的教师都会参与指导学生设计工作,在教学过程中有针对性地加强课程设计内容讲解,重申课程中的有关概念,着重培养学生应具备的工程制图能力,使设计与课程相互呼应,相辅相成。学生通过设计环节的锻炼,加深理解制药工程的理论,并将之运用到实践中去,工程实践和创新能力得到了大幅度提高。
制药工程设计可以借助计算机来辅助教学。应用多种工程软件可以较好地解决制药过程研究、开发、设计、生产中的问题。设计中一般会使用到PROII、AutoCAD等工程计算、设计和绘图软件。CAD绘图软件在设计中引入得比较早,前期也有相应的课程作为应用基础。目前在毕业设计阶段,同学们都使用CAD软件来绘制带控制点的工艺流程图、重点设备装配图和车间布置图。而针对塔设备或一些带循环控制的计算,他们也会应用PROII等计算软件。这些软件的应用可以使学生以较少的精力去完成较复杂的计算和绘图任务,而将主要精力集中于解决工程问题上。
答辩是这一设计环节的主要考核手段。原有的答辩方式主要是教师问学生答,后逐步改为全体学生参加,由学生自己叙述在设计过程中应用到的公式和原理,给出选用手册和参考资料,并对照设计说明书及设计图纸,完整表达自己的设计方案,讲解自己设计的特点,重点突出自己的创新性,根据设计中给出的成本核算,对设计的车间进行经济分析。这种答辩方式能充分调动学生的积极性,使学生在设计后期仍然可再进行方案比较,大大增强了学习主动性,也使学生能在正式进入生产企业工作时更快融入,工作更有开创性。
四、教学手段的综合利用
本课程的教学内容与制药生产实践密切相关,并涉及大量的制药生产设备的相关知识。学生此前从未接触过药品生产,文字性质的描述或者图示的方法不能有效地提供工程信息,学生对工程设备的操作状态及结构没有直观的认识。教学实践证明,使用多媒体教学课件,将教学内容形象、直观地展示在屏幕上,可以最大限度弥补学生工程观念不足的问题。本课程组织任课教师对上海及外省一些大型制药企业进行调研,并以工程为主线结合制药理论制作了多媒体课件,为原本枯燥的课堂教学带来了新鲜的内容。课件使用动画演示各种制药设备的原理,可使学生看得清、搞得懂。比如,新型的膜蒸发设备采用动画演示,学生先前通过图片了解了设备的主体结构,再看动画,就会感到复杂的机械原理变得浅显易懂了。我们还将药品生产企业原料药生产的实际操作过程以及车间的布置穿插在课程教学中,使学生获得身临其境的感觉,提高了“教”与“学”的效率。
五、加强教师队伍建设
