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新工科建设背景下对制药工程专业设计实践教学的思考

2020-09-09 09:47 出处:未知 人气: 评论(0
  摘要我国工程教育普遍忽视实践教学,制药工程综合设计不被重视,甚至对制药工程人才的培养目标、理论教学与实践教学之间的关系也未进一步厘清。在新工科建设背景下,明晰实践教学目标,探讨人才培养模式、实践教学模式以及教学内容的创新。
 
  关键词新工科建设;制药工程专业设计;教学改革
 
  新形势下,全球化、知识经济、工程复杂性以及人类可持续发展面临的一系列问题,对世界各国的工程教育提出了新的挑战、新的要求。2017年2月教育部启动了“新工科发展研究”,同年6月9日《新工科建设指南》正式发布。该指南指出:以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济呼唤新工科建设,国家一系列重大战略深入实施呼唤新工科建设,产业转型升级和新旧动能转换呼唤新工科建设,提升国际竞争力和国家硬实力呼唤新工科建设。因此,强调新工科建设势在必行。新工科建设旨在推动现有工科专业的转型升级和改革创新,探索符合工程教育规律和时代特征的培养模式。
 
  随着高等教育体制改革的深化,我国近年来高等学校的层次类型结构和学科专业结构不断优化,高等教育改革取得了显著成效,但仍显不足,高等教育大规模扩张之后,实践教育经费相对较少,教学条件限制、优质高等教育资源短缺等因素,成为制约当前高等教育发展的主因。同时,制药工程教育问题还表现在:培养目标缺乏清晰定位、特色和针对性;培养模式相对单一,存在“科学化”倾向,滞后于产业发展需求;学生实践能力“短板”,导致其创新能力、实践动手能力存在较大不足[1]。尽管2010年中国工程院研究报告中就已指出工程教育中工程性缺失和实践教学环节薄弱的问题,但近年来工程教育中工程性、实践性与创新性缺位的问题仍未解决。
 
  实践是工程的灵魂,也是工程教育的基本特征。制药工程专业实践性、专业性很强,并有着自身特殊性。实践教学是制药工程教育的主体内容,也是不可或缺的重要手段,它对于培养学生的动手操作能力、分析解决问题能力、正确的思维能力、工程创新素质,适应新经济、新产业的需要有着重要作用。制药工程专业设计是制药工程教育中一门重要的综合性实践教学课程,其教学质量能集中反映设置该专业高校的教育教学水平及办学特色。
 
  然而,由于国内制药工程专业设置时间不长,大多数高校实践教学师资力量不足,有的高校近年来才设置制药工程专业,在实践教学内容体系和教学方法上经验不足,大多还处于摸索阶段,尚未形成适应新经济、新产业需求的实践教学方案。各院校根据自身及实际情况安排课程内容参差不齐,工程性不强。如何提高制药工程专业设计教学内容的工程应用性和创新性,如何开展高质量的制药工程专业设计实践教学,这是摆在很多设置该专业的高等院校面前的问题。笔者依据当前教育部启动的《新工科建设指南》,围绕如何提升制药工程实践教学质量,提出以下教改思路。
 
  1明确新时期制药工程实践教学改革的目标
 
  世界范围内新一轮工业革命和产业变革正加速进行,极大地改变了工程实践的性质,对工程实践、研究和教育提出了新的范式要求。新时期制药工程专业人才不能只是简单掌握科学与技术原理,还需要更广泛的技能。高等教育具有服务国家战略和新工科建设的责任担当,因此,应主动回应产业发展对制药工程科技人才需求的变化,推进实践教学方式方法改革,注重实践教学环节创新。在当前新工业革命背景下,制药工程教育中制药工程专业设计实践教学改革的目标应聚焦我国发展战略,把握高校人才培养工作的新形势新任务,以产业需求为导向,按照新工科建设要求,改革更新实践教学内容,培养学生科学、人文、工程素养,增强将制药技术、工程管理、质量管理、成本核算及节能环保等知识融会贯通并运用到解决实际工程问题的能力,增强学生的工程科技创新、创造能力,将工程伦理、质量价值观贯穿于实践教学中,着力培养“工程应用型”德学兼修、德才兼备的应用型、复合型制药工程人才。
 
  高质量实践教学事关工程应用型人才培养,制药工程实践教学改革势在必行,只有深化改革,才能培养出可持续竞争力的制药科技人才,适应和引领新经济,提升我国生物医药的国际竞争力。
 
  2以实践教学为契机,以培养目标为归依,变革创新制药工程人才培养模式
 
  人才培养模式改革是新工科建设的关键。“坚持问题导向”的新工科建设,坚持面向产业需求建设专业、技术发展改革为内容、学校主体推改革、学生志趣变方法、内外资源创条件和国际前沿立标准,不断创新、完善制药工程人才培养模式[2]。近二十年来,我国已对高等教育实施了系列改革,高校根据各自的实际情况推出了有利于工程人才培养的具体措施,也取得了一些成效。但总体上,以知识灌输或“满堂灌”为主要特征的单一型人才培养模式并没有发生根本性改变。虽然制药工程人才的使用主体在于企业和社会,但未能真正形成以企业为主体地位的人才培养模式与机制。如何从培养理念、培养模式、培养路径等全方位共同构建制药工程精英人才培养体系,是当前我国高等教育面临的挑战。
 
  2.1主动适应多元化和多样化的外部人才需求变化
 
  以实践教学改革为切入点,将职业发展和社会需求融入教学过程中,探索“多元多样化”人才培养模式,多途径促进产教融合,尝试将社会资源整合到实践教学中,引导学生建立工程系统观念及工程多学科视野,深刻领悟制药工程学科交叉与综合的特点,助力不同兴趣特长学生个性化成长。在当前新工科建设号召下,针对制药工程专业设计实践教学,提出多样化人才培养模式。
 
  2.1.1企业订单式培养
 
  订单式人才培养是校企合作的重要形式,是实现学校、企业、学生三方共赢的有效途径,是贯彻新工科建设,主动适应区域经济社会发展和产业需求的有效载体。在合作企业上,选择生产规模大、技术含量高、研发能力强,能代表新经济发展特征的成长型企业。制药工程专业设计是与工程实践紧密结合的综合性实践教学环节,因此,在该课程实践教学中,针对订单式人才培养,要注重选题结合用人单位的生产和科研实际,与企业上岗培训相结合,邀请技术专家现场专题讲授;也可采取互联网授课方式,由制药企业高级工程师或项目工艺经理、技术应用经理、设计部经理等专业人士,从企业技术应用的角度为学生讲解如何将制药工程类专业理论知识与企业的实际应用要求相结合,实现“无缝式”衔接,培养适应性和针对性较强的技术应用型工程师。
 
  2.1.2个性化培养模式
 
  当前以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济更需要复合应用型人才。在新工科建设要求下,探索人才培养由标准化培养模式向个性化培养模式的转变,尊重个人选择,鼓励个性发展。以制药工程专业设计为例,增加个性化培养所需要的设计性和开放性实验项目,根据不同类型学生的特点、各自的特长及就业意向,实行模块化培训和多元化工程设计选题。可划分为侧重科研型模块、技术应用型模块、工程管理型模块等,依据区域经济发展和产业需求进行模块调整,按不同模块的教学目标对学生进行专题考核和成绩评价,激发学生的个性化能力发展。
 
  2.1.3多元合作培养
 
  我国高等工程教育规模居世界第一,但制药工程专业毕业生可以达到跨国制药企业用人标准的不足10%。因此,针对经济全球化、工业信息化和竞争国际化态势,高校需要加强国际化人才或具国际化视野的制药工程人才培养,探索和研究国际通用型工程师培养模式和国际制药人才培养标准。结合本专业的实情,本校聘请多名回国创业人员或“企业千人”项目人员任兼职教授,他们均具有十五年以上国外留学背景兼美国知名药企的工作经历,在本学科领域与国际大师时有联系。在制药工程专业设计实践教学中,由兼职教授提供1~2次专题讲座,同时引进优质MOOCs实践教学资源,拓展学生的国际视野,提供多种形式的国际交流。如本科生短期实践交流或企业实习项目,或参与教师的中外双方合作研究、外籍教师的讲学及国际会议等,接触多元文化,了解国际化项目管理和实施的先进经验。
 
  2.2加强和完善创新型工程科技人才的培养[3]
 
  当前我国制药工业创新型人才匮乏,技术创新不足已成为制约制药工业发展的瓶颈,明显不能适应国际竞争。近年来,为与国际接轨,我国实施了新版GMP,对制药工程技术人才的创新能力提出了更高要求。然而,多年来对本科层次学生的创新能力培养不够重视,高等教育未能真正落实创新型人才培养的理念,正如《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》指出“高层次创新型人才匮乏,人才创业创新能力不强”,因此,综合性、创新性和工程实践性很强的制药工程专业,如何从以知识灌输为主要特征的普通型人才培养模式转化为创新型人才的培养模式与机制,这是亟待解决的难题。笔者认为可从以下三方面着手:首先,注重培养学生的创新思维。汲取MOOCs和CDIO教育理念的精髓,运用MOOCs教育模式和教学资源,通过讨论式教学、启发式教学、翻转课堂、参与设计竞赛和科研课题等多种手段引导和激发学生的创新思维,让学生参与“以问题为基础”的创新过程;运用CDIO教育理念培养学生工程素质,立足于GMP管理,形成规范、多维、创新的思维模式。其次,引导和促进学生掌握及运用新知识、新技术以提高创新实践能力。通过MOOCs和“互联网+”教育资源使学生接受国际先进的管理理念,学习掌握新技术和新知识,为工程实践创新提供有力的支持。如计算机辅助设计(CAD)技术,通过制药工程专业设计课程,使学生掌握CAD的基本工作程序、原理和方法,锻炼学生在工程设计中应用CAD技术的能力,进一步激发学生对创新实践的兴趣。再次,注重专业设计选题的新颖性。设计内容要与工程实际、生产实际及GMP要求相结合,选题可来源于制药企业或科研机构,“以问题为基础”,体现一定的理论研究水平,在一定程度上融合国内外制药工业研究的新趋势、新工艺、新技术。立足于实践,选题不局限于新项目,可以是对已建工程的改扩建和现有项目的运行优化。
 
  3汲取新工科建设教育理念,以实践教学为切入点,创新教学模式和方法
 
  实践教学方法改革是推动实践教学改革和人才培养模式改革的关键。在当前新工科建设背景下,转变工程教育理念,借鉴国外先进的人才培养理念和教学模式,通过“互联网+”教育引入优质教学资源和现代教学方法,切实提高实践教学质量。
 
  3.1多元混合式教学模式
 
  构建制药工程专业设计多元混合教学方式,将单一由高等院校主导的教学模式转变为高校与制药企业、研发机构和行业协会合作,甚至引进校外优质教学资源如MOOCs开放课程,形成多元混合教学的新模式,这种模式可有力地补充单一高校教学资源的不足。多元化教学方式包括高校教师面授、MOOCs网上开放的优秀专家或学者授课、制药企业高级工程师和高管通过互联网授课、互动讨论、探究式、专家点评等多种教学组织形式,推动大学课堂向新型、多元、国际化、教学学术的“学堂”转变。高校在结合自身实际情况下,探索与时俱进的创新型工程实践方案,构建科学合理的实践教学内容体系和教学方法。
 
  3.2多元化优质“讲师”队伍
 
  组建制药工程专业设计实践教学多元化“讲师”队伍,讲师团由高校教师、知名学者、资深工程师、企业家或职场人员等构成,借鉴美国“双师制”模式,打造一支联合培养人才的队伍和优秀创新研究团队,增强该实践课程的教学活力。在本门课程实践教学中,高校教师或学者主要讲授学习中的重点、难点、疑点,发挥个性化指导的特点,引导学生把握行业发展动态和全球前沿技术;企业专家和资深工程师可选择前沿与热点主题,也可针对发现的生产和工程管理的关键技术瓶颈问题,结合他们的知识和专业经验,拓展学生的知识面;企业家及职场培训师授课往往具有定位准、激情足、案例多、方法新等特点,可为高校教师的教学提供参考。由于工程技术人才的素质需要到制药企业中实践和检验,因此,多元化教师队伍和“以问题为基础”的实践教学,可弥补高校教学多停留于理论所引起的缺陷,为培养与产业需求无缝对接的复合型、技术应用型工程人才提供了有力支撑。
 
  3.3“以学生为主体”的教学方式
 
  现代教育与信息技术的深度融合,MOOCs和“互联网+”式教育对大学教育产生巨大冲击,赋予教育主体更多的自由,知识传递的方式已经由单向施教转向多主体互动协调,以知识转移为特征的社会参与正在与自主学习、合作学习方式进行整合,教师也由知识传授者、学习组织者转变为学生的学习同伴,高校教师应尊重这一教育变化的时代规律。相应地,在本门课程中转变教师角色和单一的教学形式,探索以学生为主体的教学方式,提升学生的自主学习和实践能力。以问题为基础,学生在专业设计实践中遇到的技术难题,可借助于查阅文献资料、MOOCs等资源自主学习和合作学习,结合课堂学习以及师生、生生之间线上线下交流互动学习,引导学生独立思考,不断克服自身的局限,在实践中总结经验;而学生提出的问题则激励教师不断地更新知识。这种交互的教育活动,促进了教学实践的协同创新。
 
  3.4探索个性化教学模式
 
  “互联网+”式教育变化促使教育模式由个体学习模式向团队与个性学习相结合模式转变,人才走向多样化和个性化发展[4],而现代社会经济和科技发展也要求人才规格多样化,因此,高校教学改革应顺应这一变化和社会需求,在教学活动中坚持以学生为主体,尊重学生的选择权和个性特长的发展需要,借鉴国外经验,结合学校实际,充分探索个性化、人性化教学方式。以本门课程为例,详细分析学生的学习需求,了解学生学习状况和难点所在,建立个性化菜单制教育,采用多元化设计模式进行个性化培养,针对不同类型的学生特点,教师团队或指导教师有针对性地设计项目,进行个别化辅导,学生也可以根据自己的特长、结合自己的就业方向选题。
 
  4坚持新工科建设的“问题导向”宗旨,优化实践教学内容
 
  制药工程专业设计的综合性特点决定了教学内容改革的复杂性和综合性。优化该课程体系和教学内容,利用“互联网+”等教学资源以及校企多元的师资力量,构建独特的课程产品及多元化的课程菜单。改变传统实践教学的单一模式。如实验操作或仪器操作的教学方式,使本门课融合多元化教学内容,如训练思维的设计专题、创新能力培养的专题等。此外,借鉴现代MOOCs多种多样的手段,将这些手段视为教学内容和手段变革的构成要素,在教学变革中根据学校的具体情况和学生的需要组合这些要素构成切合实际的教学内容,以体现课程应用性、工程性。
 
  4.1强化工程伦理
 
  教学内容融入工程伦理及案例分析,引导学生通过开放、优质的在线课程学习平台,开展科学、人文、工程方面的自我教育,树立正确的核心价值观,增强法治意识、生态意识、工程伦理意识、团队合作意识和社会责任感[3]。
 
  4.2开展案例教学
 
  从各个制药厂的生产工艺中挑选合适的药品生产工艺,作为具体案例给学生讲解,重点讲授药物的生产原理、工艺操作过程及环境保护等,让学生将学过的专业基础知识与实践结合起来。
 
  4.3利用现代化教学手段实现情景教学
 
  利用网络技术和视频手段,或采用多媒体仿真技术模拟药品生产车间、工艺流程和操作及药品质量控制过程等,这些逼真、细致、详尽的教学材料,可增强学生的感性认识,学生学习起来方便、轻松、愉快,记忆更深刻。
 
  4.4项目设计训练
 
  下达各种设计任务书,促使学生综合运用不同学科知识,查阅文献,根据选定地区情况对生产某药品有利与不利因素进行论证,分析确定生产方式并对其进行论证,绘制工艺流程框图,划分环境区域,查阅原料、辅料及成品的物化性质、水文资料等,学会工艺计算(物料衡算、能量衡算、设备计算及选择等),绘制带控制点的生产工艺流程图,绘制车间平(立)面设备布置图,提出车间建筑设计特点及设想,预测可能产生的“三废”,初步设想“三废”治理方案及工艺流程图。学生通过分组设计,动手动脑,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态,理论与实践相结合的能力得到进一步增强。
 
  4.5引入新成果、新技术
 
  坚持以新工科建设“技术发展改革内容”为导向,关注世界前沿科技进展,将制药工业发展的最新研究成果、新技术引入实践教学课堂中,更新教学内容,引导学生跟进国际动态,自觉形成创新意识和提高工程综合素质。
 
  5结语
 
  当前,新一轮的科技革命、产业变革、新经济以及新起点态势,迫切要求我国高等工程教育实现深刻变革,必须改变“制造业人才培养与企业实际需求脱节,产教融合不够深入、工程教育实践环节薄弱”的现状,才能实现我国工程教育由大到强的根本性转变,为创新型国家建设提供人才支撑和智力支持。教育部为推动高校开展新工科研究实践活动,于2017年3月下发了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》,围绕通知要求的“六问”[2]、“五个新”[5]核心思想,探索研究和深化改革已成为工程教育的首要任务。
 
  制药工程实践教学的改革是一项系统工程。教学模式优化,课程体系选择、重构与再造,对课程内容精选、重组、整合与凝炼,教师角色转变以及教育管理模式的变革等,都有可为的创新空间。尽管制药工程实践教学存在自身的实际情况,还有一系列问题值得探索和解决,但也应看到新时代赋予了实践教学改革一些有利条件[4,6]。笔者针对本校制药工程专业近五年新增设的实践教学课程制药工程专业设计,结合实际在走访调研天津大学、沈阳药科大学、中国药科大学等校办学经验的基础上,探讨和思考了如何开设好该门实践教学课程。经过努力,近两年的实践教学效果明显提高。诚然,教育是一个复杂的社会系统,远比产品应用复杂得多,创新改革工程教育、推动工程教育发展绝不会一蹴而就,需要全社会共同关注。笔者将继续按照新工科建设精神,进一步探索和深化改革,扎扎实实做好实践教学工作。
 
  参考文献
 
  [1]黄爱华,梅锦春.“工程精英”人才培养体系构建[J].中国大学教育,2017(6):38-42.
 
  [2]张大良.新工科建设的六个问题导向[N].光明日报,2017-04-18.
 
  [3]张凤宝.新工科建设的路径与方法刍论———天津大学的探索与实践[J].药学教育,2017(7):8-12.
 
  [4]刘云生.论“互联网+”下的教育大革命[J].教育发展研究,2015(20):10-16.
 
  [5]钟登华.新工科建设的内涵和行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.
 
  [6]王一兵.MOOCs的灵魂、启示与对策[J].高等教育研究,2014,35(1):57-60,82.
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