宋亞囝 羅學(xué)剛 李中媛 周 浩

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津300457）

隨著人類社會(huì)文明的不斷進(jìn)步和醫(yī)療保健需求的日益增長(zhǎng)，制藥工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。面對(duì)世界范圍內(nèi)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)，高校需要培養(yǎng)和造就高級(jí)制藥工程專門人才。制藥分離是制藥工程的重要環(huán)節(jié)，主要是利用待分離物系中有效活性成分與共存雜質(zhì)之間在物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)上的差異進(jìn)行分離[1，2]。隨著制藥工程的發(fā)展，尤其是基因工程制藥的發(fā)展，對(duì)制藥分離工程的要求也越來(lái)越高，研究和開發(fā)高效、安全的分離方法尤為重要。制藥分離工程的發(fā)展需要充分發(fā)揮多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì)，綠色、集成、創(chuàng)新材料等都是生物分離工程今后發(fā)展的方向[3]。

“制藥分離工程”是制藥工程專業(yè)的核心課程之一，這門課程主要介紹制藥分離純化單元操作的基本原理、流程、計(jì)算、應(yīng)用及前沿研究方向。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握藥物分離工藝的基本原理和技術(shù)方法，具備制藥分離工藝設(shè)計(jì)、計(jì)算、操作和研究的能力。很多高校開設(shè)了這門課程，并進(jìn)行了教學(xué)改革的嘗試和研究。例如，天津大學(xué)進(jìn)行了雙語(yǔ)教學(xué)嘗試，并在此過(guò)程中提出了三階段漸進(jìn)法，取得了很好的成效[4]；鄭州大學(xué)在建設(shè)精品課程的過(guò)程中從師資、教學(xué)內(nèi)容與方法、教材、教學(xué)管理等多方面加強(qiáng)課程建設(shè)[5]；南京中醫(yī)藥大學(xué)等學(xué)校提出了重視創(chuàng)新和強(qiáng)化實(shí)踐的教學(xué)思路[6]；齊魯工業(yè)大學(xué)等學(xué)校也總結(jié)了自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了教學(xué)改革新方法[7]。我校制藥工程專業(yè)開設(shè)“制藥分離工程”這門課程已有十年以上的時(shí)間，并一直將其作為本專業(yè)的必修課程和核心課程，積累了比較豐富的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。本文對(duì)這門課程的內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，針對(duì)課程教學(xué)中遇到的問(wèn)題對(duì)如何改進(jìn)這門課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

一、“制藥分離工程”的課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1.交叉學(xué)科，需要多門基礎(chǔ)學(xué)科作為基礎(chǔ)

由于制藥分離過(guò)程需要依據(jù)有效物質(zhì)和雜質(zhì)之間物理、化學(xué)、生物等性質(zhì)的不同進(jìn)行方法的選擇和工藝的設(shè)計(jì)，因此需要多門基礎(chǔ)學(xué)科的支撐。學(xué)生需要在學(xué)習(xí)了大學(xué)物理、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等課程的基礎(chǔ)上才能夠?qū)Ρ菊n程的基本原理進(jìn)行充分理解[7，8]。例如離心、沉降、電泳等操作單元的原理建立在力學(xué)和電學(xué)基礎(chǔ)之上，需要對(duì)物理學(xué)常識(shí)有充分的了解。手性分離需要理解手性分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需要學(xué)生具備有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)。隨著當(dāng)前生物制藥技術(shù)的迅速發(fā)展，針對(duì)生物大分子的分離技術(shù)越來(lái)越多。例如針對(duì)蛋白質(zhì)類藥品的分離，反膠團(tuán)萃取、離子交換、電泳等技術(shù)都有涉及，而這些技術(shù)要求學(xué)生充分掌握蛋白質(zhì)作為兩性分子的基本性質(zhì)。

2.部分內(nèi)容與其他課程存在關(guān)聯(lián)

除了需要多門基礎(chǔ)課程作為支撐以外，該課程的許多章節(jié)與培養(yǎng)體系中的其他課程存在交叉的內(nèi)容。例如，非均相分離、精餾、吸附、結(jié)晶、干燥等章節(jié)在“化工原理”中都有出現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)已經(jīng)掌握了一些操作單元的基本原理和計(jì)算方法；又如，色譜、電泳等分離操作既可以應(yīng)用于制藥過(guò)程中有效成分的分離，又是常用的分離鑒定手段，在藥物分析等相關(guān)課程中也是重要內(nèi)容。因此，制藥分離工程課程中出現(xiàn)的一些技術(shù)可能會(huì)出現(xiàn)在制藥工程專業(yè)培養(yǎng)體系的基礎(chǔ)課程或其他專業(yè)課程中。但是，這些技術(shù)根據(jù)應(yīng)用目的不同，在不同的課程中是具有不同的側(cè)重點(diǎn)的。

3.涉及分離技術(shù)種類多

本課程教學(xué)過(guò)程中使用的教材是李淑芬、白鵬主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版的《制藥分離工程》一書。該教材共分15章，除第一章緒論以外，有的一章講授一到兩個(gè)技術(shù)，有的一章包含多種分離技術(shù)。例如“非均相分離”一章包括過(guò)濾、離心和沉降三部分，“精餾技術(shù)”、“色譜分離過(guò)程”、“電泳技術(shù)”三章根據(jù)不同的原理和應(yīng)用范圍都包含了多種不同的分離方法[1]。如何在有限的課時(shí)范圍內(nèi)掌握如此多的技術(shù)原理和應(yīng)用，給老師授課、學(xué)生的理解記憶以及課程的考核方法都帶來(lái)很大的考驗(yàn)。

4.與實(shí)踐聯(lián)系緊密

制藥分離工程是一門理論與工程實(shí)際相結(jié)合的課程，課程涉及大量設(shè)備構(gòu)造、工藝流程，要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握一定的設(shè)備選擇、工藝設(shè)計(jì)的能力。目前這門課教學(xué)發(fā)展的重要方向?yàn)樽⒅貙?shí)踐性、工程性，有些高校也開始摸索課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的結(jié)合，然而限于課時(shí)設(shè)置的限制和實(shí)踐環(huán)節(jié)的條件制約，本課程在教學(xué)開展的過(guò)程中大多仍然沿用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式。在教材與課件中，課程設(shè)計(jì)到的設(shè)備、流程仍然多以示意圖的方式進(jìn)行展示，學(xué)生們?nèi)狈χ庇^的認(rèn)識(shí)，很難與實(shí)際生產(chǎn)建立聯(lián)系。對(duì)構(gòu)造較為復(fù)雜的設(shè)備，學(xué)生也很難理解其工作原理和運(yùn)轉(zhuǎn)方式。這就造成教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)，使教學(xué)目標(biāo)大打折扣。

二、教學(xué)方法的改進(jìn)

以上課程特點(diǎn)使制藥分離工程成為制藥工程專業(yè)中難度相對(duì)較大的一門專業(yè)課。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，必須要針對(duì)課程特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)方法的研究和改進(jìn)。通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)積累，我們總結(jié)和提出了以下方法。

1.重視對(duì)基礎(chǔ)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的回顧

在授課過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行必要的回顧，使大家對(duì)分離技術(shù)的原理得到充分理解。以反膠團(tuán)萃取技術(shù)為例，該技術(shù)適用于對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子的分離。在反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的過(guò)程中，靜電作用力是推動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)的一種主要推動(dòng)力，其中pH值是最重要的影響因素。這是因?yàn)榄h(huán)境pH值決定了蛋白質(zhì)帶電基團(tuán)的解離速率及蛋白質(zhì)的凈電荷，而這又與蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)密切相關(guān)。如果缺乏基本的生物化學(xué)基礎(chǔ)，缺乏對(duì)蛋白質(zhì)基本性質(zhì)的了解，則無(wú)法真正掌握這一技術(shù)的基本原理。因此為了讓學(xué)生能夠更好的理解這一部分內(nèi)容，可以在課前讓學(xué)生自主復(fù)習(xí) “生物化學(xué)”課程中有關(guān)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的部分，理解蛋白質(zhì)作為兩性分子在不同pH條件下的解離規(guī)律。當(dāng)講授靜電作用推動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)的時(shí)候，對(duì)布置的復(fù)習(xí)任務(wù)進(jìn)行提問(wèn)檢查，強(qiáng)化學(xué)生的記憶，使得學(xué)生充分理解這一分離技術(shù)的核心原理。

在本課程中這樣的例子很多，在此不再一一贅述。由于本課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)需要很多基礎(chǔ)課程的支撐，需要課前合理的預(yù)習(xí)，根據(jù)接下來(lái)的課程內(nèi)容對(duì)基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行必要的回顧，輔助以課上提問(wèn)，將大大的改善學(xué)生對(duì)復(fù)雜原理的接受程度。在我們的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)考核可以發(fā)現(xiàn)，采用加強(qiáng)回顧的教學(xué)方式可以提高學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

2.加強(qiáng)與其他課程的銜接

由于該課程與其他課程存在內(nèi)容的交叉，應(yīng)該加強(qiáng)與其他課程老師的溝通，在講授過(guò)程中有所側(cè)重，互相補(bǔ)充。以非均相分離為例，這部分在化工原理中同樣也是重點(diǎn)內(nèi)容，過(guò)濾、沉降、離心等過(guò)程的基本原理、計(jì)算、設(shè)備操作，學(xué)生都應(yīng)該基本掌握。因此在講授過(guò)程中可以在適當(dāng)回顧的基礎(chǔ)上著重講述非均相分離在制藥工程中的應(yīng)用。例如板框壓濾機(jī)在微生物制藥發(fā)酵液處理和中藥浸取濾渣去除中的應(yīng)用，空氣凈化設(shè)備在制藥車間清潔空氣生產(chǎn)和尾氣治理方面的應(yīng)用，離心式過(guò)濾機(jī)在結(jié)晶體與母液分離中的應(yīng)用等。又如“精餾技術(shù)”一章，是化工原理的重點(diǎn)章節(jié)，然而在制藥分離工程中，在授課過(guò)程中更多側(cè)重的是間歇精餾、水蒸氣蒸餾和分子蒸餾等技術(shù)。這是與制藥過(guò)程中小批量、多品種以及很多藥物有效成分熱穩(wěn)定性差等特點(diǎn)直接相關(guān)的。因此，重視與其他課程的銜接，重點(diǎn)突出，才能在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握更多有價(jià)值的信息。通過(guò)加強(qiáng)與其他課程的教學(xué)配合，學(xué)生普遍反映避免了時(shí)間浪費(fèi)，提高了課堂學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也更加貼近制藥工程專業(yè)的教學(xué)要求，服務(wù)于本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.采用比較法教學(xué)，注意章節(jié)間的聯(lián)系

比較教學(xué)法是通過(guò)對(duì)比找出比較對(duì)象異同的教學(xué)方法，可以使概念明晰化，知識(shí)連續(xù)化[9]。本課程涉及到的技術(shù)很多，但有些技術(shù)之間互有聯(lián)系，教學(xué)中注意比較分析能夠幫助學(xué)生更好的掌握這些內(nèi)容。例如萃取技術(shù)是制藥分離工程中重要的組成部分，在化學(xué)制藥、生物制藥和中藥提取中都有應(yīng)用，包括固液萃取、液液萃取、超臨界流體萃取、雙水相萃取、反膠團(tuán)萃取等章節(jié)。在授課過(guò)程中可把這部分內(nèi)容進(jìn)行單元化組織，對(duì)比不同萃取技術(shù)的主要應(yīng)用范圍，萃取原理和目標(biāo)物質(zhì)的異同，萃取劑選擇原則的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，通過(guò)比較和總結(jié)加深學(xué)生的理解和記憶。

此外，有些技術(shù)之間關(guān)系密切，如吸附、離子交換和色譜分離三章互有聯(lián)系，離子交換本質(zhì)上也是一種吸附作用，又可以作為色譜分離的一種分離機(jī)制，一些無(wú)機(jī)和有機(jī)吸附劑同時(shí)又是離子交換劑或者作為離子交換劑的骨架。在授課過(guò)程中可以將這幾章作為一個(gè)單元，層層遞進(jìn)，總結(jié)分析不同技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)。并且可以通過(guò)布置作業(yè)的方式，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自行進(jìn)行總結(jié)和聯(lián)系。讓學(xué)生能夠在更高的層次對(duì)不同章節(jié)進(jìn)行全面的把握，而不是單純的記憶某些知識(shí)點(diǎn)，改變“只見(jiàn)樹木不見(jiàn)森林”的學(xué)習(xí)方式。

4.加強(qiáng)多媒體教學(xué)

目前絕大多數(shù)高校制藥分離工程的教學(xué)方式為多媒體教學(xué)，課件以幻燈片展示為主。但是針對(duì)這門課程設(shè)備多、流程多的特點(diǎn)，多媒體課件還有很大的改善空間。首先，應(yīng)盡量多用動(dòng)畫代替圖片。多使用gif動(dòng)圖或視頻來(lái)展示分離的基本原理、設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程和工藝流程，可以極大的調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力，并且使理解的難度大大降低。此外，對(duì)于設(shè)備和流程，應(yīng)該向?qū)W生多展示實(shí)物圖片和視頻，而不是僅僅展示示意圖，這樣可以讓學(xué)生得到更直觀的感受，極大的調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。要達(dá)到這個(gè)目的需要做到以下幾點(diǎn)。第一，多上網(wǎng)收集資料。目前互聯(lián)網(wǎng)上資源眾多，對(duì)有助于教學(xué)目的的相關(guān)圖片、視頻可以進(jìn)行搜集和下載，在收集資料的過(guò)程中注意采用合理合法的途徑，防止侵權(quán)現(xiàn)象發(fā)生。第二，多進(jìn)行工廠的實(shí)地考察。在企業(yè)同意的基礎(chǔ)上保留相關(guān)圖片資料，使同學(xué)們能夠在課堂上不僅接受書本知識(shí)，更能接收到來(lái)自一線的設(shè)備和生產(chǎn)情況。第三，加強(qiáng)利用計(jì)算機(jī)制作動(dòng)態(tài)課件的能力。向?qū)I(yè)老師請(qǐng)教和加強(qiáng)合作，利用flash等工具制作更具針對(duì)性的課件。制藥分離工程課堂教學(xué)的最終目的是服務(wù)于制藥工程實(shí)踐，因此課堂教學(xué)要與實(shí)踐緊密結(jié)合。從教學(xué)內(nèi)容上說(shuō)，制藥分離設(shè)備、工藝流程是本課程教學(xué)的重點(diǎn)，從教學(xué)手段上來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)多媒體教學(xué)將使學(xué)生在課堂上最大可能的貼近實(shí)踐，從而為實(shí)踐教學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了制藥分離工程這門課程的基本特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容，課程組織方式和課堂教學(xué)方法改進(jìn)等方面進(jìn)行了一些分析和探討。提出了重視該課程與其他課程的銜接，單元化組織課程內(nèi)容，重視比較教學(xué)和多媒體教學(xué)等思路和方法。

制藥分離是原料藥生產(chǎn)的下游加工過(guò)程，該階段往往占到整個(gè)制藥總成本的70-90%，分離方法、設(shè)備、工藝的不同對(duì)分離產(chǎn)品的純度、能量消耗和三廢排放影響巨大[1]。從總體上看，我國(guó)制藥分離技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有相當(dāng)大的差距。雖然有些先進(jìn)的分離技術(shù)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用和發(fā)展，但是大多數(shù)的生產(chǎn)過(guò)程依然以傳統(tǒng)的分離技術(shù)為主。同時(shí)，我國(guó)制藥分離工程的發(fā)展也受到來(lái)自于生產(chǎn)設(shè)備和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的限制，呈現(xiàn)出發(fā)展落后、工藝流程相對(duì)粗放、單一等缺點(diǎn)。當(dāng)前，新一輪產(chǎn)業(yè)革命正在興起，綠色制造、智能制造正成為世界制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)。制藥工業(yè)未來(lái)的發(fā)展必須堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展改變傳統(tǒng)高耗能高污染的狀況、從低端向高端轉(zhuǎn)型[10]。因此，對(duì)于制藥分離工程這門課的教學(xué)，除了從方法上提高教學(xué)水平之外，還應(yīng)該通過(guò)課堂教學(xué)讓同學(xué)們了解這門課程所涉及內(nèi)容在整個(gè)制藥工程中的地位和重要性，增強(qiáng)對(duì)這門課程學(xué)習(xí)的緊迫感。樹立學(xué)好這門課的信心和時(shí)不我待的信念，并在以后的實(shí)踐中學(xué)以致用，為縮小我國(guó)在制藥工業(yè)上與國(guó)外先進(jìn)水平的差距而努力。

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