“制药分离工程”课堂教学方法探讨

宋亚囝 罗学刚 李中媛 周 浩

（天津科技大学生物工程学院，天津300457）

随着人类社会文明的不断进步和医疗保健需求的日益增长，制药工业得到了迅速的发展。面对世界范围内的激烈竞争和挑战，高校需要培养和造就高级制药工程专门人才。制药分离是制药工程的重要环节，主要是利用待分离物系中有效活性成分与共存杂质之间在物理、化学及生物学性质上的差异进行分离[1，2]。随着制药工程的发展，尤其是基因工程制药的发展，对制药分离工程的要求也越来越高，研究和开发高效、安全的分离方法尤为重要。制药分离工程的发展需要充分发挥多学科交叉的优势，绿色、集成、创新材料等都是生物分离工程今后发展的方向[3]。

“制药分离工程”是制药工程专业的核心课程之一，这门课程主要介绍制药分离纯化单元操作的基本原理、流程、计算、应用及前沿研究方向。学生通过学习掌握药物分离工艺的基本原理和技术方法，具备制药分离工艺设计、计算、操作和研究的能力。很多高校开设了这门课程，并进行了教学改革的尝试和研究。例如，天津大学进行了双语教学尝试，并在此过程中提出了三阶段渐进法，取得了很好的成效[4]；郑州大学在建设精品课程的过程中从师资、教学内容与方法、教材、教学管理等多方面加强课程建设[5]；南京中医药大学等学校提出了重视创新和强化实践的教学思路[6]；齐鲁工业大学等学校也总结了自己的教学经验，提出了教学改革新方法[7]。我校制药工程专业开设“制药分离工程”这门课程已有十年以上的时间，并一直将其作为本专业的必修课程和核心课程，积累了比较丰富的课堂教学经验。本文对这门课程的内容和特点进行了分析，针对课程教学中遇到的问题对如何改进这门课程的教学方法进行了探讨。

一、“制药分离工程”的课程特点及教学现状

1.交叉学科，需要多门基础学科作为基础

由于制药分离过程需要依据有效物质和杂质之间物理、化学、生物等性质的不同进行方法的选择和工艺的设计，因此需要多门基础学科的支撑。学生需要在学习了大学物理、无机及分析化学、有机化学、生物化学、物理化学等课程的基础上才能够对本课程的基本原理进行充分理解[7，8]。例如离心、沉降、电泳等操作单元的原理建立在力学和电学基础之上，需要对物理学常识有充分的了解。手性分离需要理解手性分子的结构特点，需要学生具备有机化学的基础。随着当前生物制药技术的迅速发展，针对生物大分子的分离技术越来越多。例如针对蛋白质类药品的分离，反胶团萃取、离子交换、电泳等技术都有涉及，而这些技术要求学生充分掌握蛋白质作为两性分子的基本性质。

2.部分内容与其他课程存在关联

除了需要多门基础课程作为支撑以外，该课程的许多章节与培养体系中的其他课程存在交叉的内容。例如，非均相分离、精馏、吸附、结晶、干燥等章节在“化工原理”中都有出现，学生在学习本课程时已经掌握了一些操作单元的基本原理和计算方法；又如，色谱、电泳等分离操作既可以应用于制药过程中有效成分的分离，又是常用的分离鉴定手段，在药物分析等相关课程中也是重要内容。因此，制药分离工程课程中出现的一些技术可能会出现在制药工程专业培养体系的基础课程或其他专业课程中。但是，这些技术根据应用目的不同，在不同的课程中是具有不同的侧重点的。

3.涉及分离技术种类多

本课程教学过程中使用的教材是李淑芬、白鹏主编，化学工业出版社出版的《制药分离工程》一书。该教材共分15章，除第一章绪论以外，有的一章讲授一到两个技术，有的一章包含多种分离技术。例如“非均相分离”一章包括过滤、离心和沉降三部分，“精馏技术”、“色谱分离过程”、“电泳技术”三章根据不同的原理和应用范围都包含了多种不同的分离方法[1]。如何在有限的课时范围内掌握如此多的技术原理和应用，给老师授课、学生的理解记忆以及课程的考核方法都带来很大的考验。

4.与实践联系紧密

制药分离工程是一门理论与工程实际相结合的课程，课程涉及大量设备构造、工艺流程，要求学生通过学习掌握一定的设备选择、工艺设计的能力。目前这门课教学发展的重要方向为注重实践性、工程性，有些高校也开始摸索课堂教学与实验和实践的结合，然而限于课时设置的限制和实践环节的条件制约，本课程在教学开展的过程中大多仍然沿用传统的课堂教学模式。在教材与课件中，课程设计到的设备、流程仍然多以示意图的方式进行展示，学生们缺乏直观的认识，很难与实际生产建立联系。对构造较为复杂的设备，学生也很难理解其工作原理和运转方式。这就造成教学与实践脱节，使教学目标大打折扣。

二、教学方法的改进

以上课程特点使制药分离工程成为制药工程专业中难度相对较大的一门专业课。为了调动学生学习积极性，提高教学质量，必须要针对课程特点进行教学方法的研究和改进。通过在教学过程中的经验积累，我们总结和提出了以下方法。

1.重视对基础课程相关知识点的回顾

在授课过程中，应当对涉及到的基础知识进行必要的回顾，使大家对分离技术的原理得到充分理解。以反胶团萃取技术为例，该技术适用于对蛋白质等生物大分子的分离。在反胶团萃取蛋白质的过程中，静电作用力是推动蛋白质进入反胶团的一种主要推动力，其中pH值是最重要的影响因素。这是因为环境pH值决定了蛋白质带电基团的解离速率及蛋白质的净电荷，而这又与蛋白质的等电点密切相关。如果缺乏基本的生物化学基础，缺乏对蛋白质基本性质的了解，则无法真正掌握这一技术的基本原理。因此为了让学生能够更好的理解这一部分内容，可以在课前让学生自主复习 “生物化学”课程中有关蛋白质等电点的部分，理解蛋白质作为两性分子在不同pH条件下的解离规律。当讲授静电作用推动蛋白质进入反胶团的时候，对布置的复习任务进行提问检查，强化学生的记忆，使得学生充分理解这一分离技术的核心原理。

在本课程中这样的例子很多，在此不再一一赘述。由于本课程的教学和学习需要很多基础课程的支撑，需要课前合理的预习，根据接下来的课程内容对基础课程知识点进行必要的回顾，辅助以课上提问，将大大的改善学生对复杂原理的接受程度。在我们的教学实践中，通过考核可以发现，采用加强回顾的教学方式可以提高学生对本课程知识点的掌握程度。

2.加强与其他课程的衔接

由于该课程与其他课程存在内容的交叉，应该加强与其他课程老师的沟通，在讲授过程中有所侧重，互相补充。以非均相分离为例，这部分在化工原理中同样也是重点内容，过滤、沉降、离心等过程的基本原理、计算、设备操作，学生都应该基本掌握。因此在讲授过程中可以在适当回顾的基础上着重讲述非均相分离在制药工程中的应用。例如板框压滤机在微生物制药发酵液处理和中药浸取滤渣去除中的应用，空气净化设备在制药车间清洁空气生产和尾气治理方面的应用，离心式过滤机在结晶体与母液分离中的应用等。又如“精馏技术”一章，是化工原理的重点章节，然而在制药分离工程中，在授课过程中更多侧重的是间歇精馏、水蒸气蒸馏和分子蒸馏等技术。这是与制药过程中小批量、多品种以及很多药物有效成分热稳定性差等特点直接相关的。因此，重视与其他课程的衔接，重点突出，才能在有限的时间内让学生掌握更多有价值的信息。通过加强与其他课程的教学配合，学生普遍反映避免了时间浪费，提高了课堂学习兴趣，教学效果也更加贴近制药工程专业的教学要求，服务于本专业的培养目标。

3.采用比较法教学，注意章节间的联系

比较教学法是通过对比找出比较对象异同的教学方法，可以使概念明晰化，知识连续化[9]。本课程涉及到的技术很多，但有些技术之间互有联系，教学中注意比较分析能够帮助学生更好的掌握这些内容。例如萃取技术是制药分离工程中重要的组成部分，在化学制药、生物制药和中药提取中都有应用，包括固液萃取、液液萃取、超临界流体萃取、双水相萃取、反胶团萃取等章节。在授课过程中可把这部分内容进行单元化组织，对比不同萃取技术的主要应用范围，萃取原理和目标物质的异同，萃取剂选择原则的相同点和不同点，通过比较和总结加深学生的理解和记忆。

此外，有些技术之间关系密切，如吸附、离子交换和色谱分离三章互有联系，离子交换本质上也是一种吸附作用，又可以作为色谱分离的一种分离机制，一些无机和有机吸附剂同时又是离子交换剂或者作为离子交换剂的骨架。在授课过程中可以将这几章作为一个单元，层层递进，总结分析不同技术之间的关联。并且可以通过布置作业的方式，引导启发学生自行进行总结和联系。让学生能够在更高的层次对不同章节进行全面的把握，而不是单纯的记忆某些知识点，改变“只见树木不见森林”的学习方式。

4.加强多媒体教学

目前绝大多数高校制药分离工程的教学方式为多媒体教学，课件以幻灯片展示为主。但是针对这门课程设备多、流程多的特点，多媒体课件还有很大的改善空间。首先，应尽量多用动画代替图片。多使用gif动图或视频来展示分离的基本原理、设备的运行过程和工艺流程，可以极大的调动学生的注意力，并且使理解的难度大大降低。此外，对于设备和流程，应该向学生多展示实物图片和视频，而不是仅仅展示示意图，这样可以让学生得到更直观的感受，极大的调动学习的兴趣。要达到这个目的需要做到以下几点。第一，多上网收集资料。目前互联网上资源众多，对有助于教学目的的相关图片、视频可以进行搜集和下载，在收集资料的过程中注意采用合理合法的途径，防止侵权现象发生。第二，多进行工厂的实地考察。在企业同意的基础上保留相关图片资料，使同学们能够在课堂上不仅接受书本知识，更能接收到来自一线的设备和生产情况。第三，加强利用计算机制作动态课件的能力。向专业老师请教和加强合作，利用flash等工具制作更具针对性的课件。制药分离工程课堂教学的最终目的是服务于制药工程实践，因此课堂教学要与实践紧密结合。从教学内容上说，制药分离设备、工艺流程是本课程教学的重点，从教学手段上来说，加强多媒体教学将使学生在课堂上最大可能的贴近实践，从而为实践教学打好坚实的基础。

三、结束语

本文总结了制药分离工程这门课程的基本特点，对课程内容，课程组织方式和课堂教学方法改进等方面进行了一些分析和探讨。提出了重视该课程与其他课程的衔接，单元化组织课程内容，重视比较教学和多媒体教学等思路和方法。

制药分离是原料药生产的下游加工过程，该阶段往往占到整个制药总成本的70-90%，分离方法、设备、工艺的不同对分离产品的纯度、能量消耗和三废排放影响巨大[1]。从总体上看，我国制药分离技术与发达国家相比仍有相当大的差距。虽然有些先进的分离技术已经得到了一定的应用和发展，但是大多数的生产过程依然以传统的分离技术为主。同时，我国制药分离工程的发展也受到来自于生产设备和相关技术发展的限制，呈现出发展落后、工艺流程相对粗放、单一等缺点。当前，新一轮产业革命正在兴起，绿色制造、智能制造正成为世界制造业未来发展的必然需求和产业发展制高点。制药工业未来的发展必须坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展改变传统高耗能高污染的状况、从低端向高端转型[10]。因此，对于制药分离工程这门课的教学，除了从方法上提高教学水平之外，还应该通过课堂教学让同学们了解这门课程所涉及内容在整个制药工程中的地位和重要性，增强对这门课程学习的紧迫感。树立学好这门课的信心和时不我待的信念，并在以后的实践中学以致用，为缩小我国在制药工业上与国外先进水平的差距而努力。

参考文献：

[1]李淑芬，白鹏.制药分离工程（第一版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]高志刚，王世盛，宋其玲，等.制药工程人才培养模式改革与实践[J].药学教育，2016（32）：18-22.

[3]张景双.制药分离工程发展现状[J].化工管理，2014（12）：137-137.

[4]白鹏，曲红梅，徐松林.专业课《制药分离工程》双语教学实践的总结与探讨[J].化学工业与工程，2005（22）：15-19.

[5]李华，石晓华.关于制药分离工程精品课程建设的探索与实践[J].教学研究，2013（6）：748-750.

[6]刘永海，张兴德，付廷明，等.“制药分离工程”课程设计的理论与实践研究 [J].江苏科技信息，2016（17）：45-47.

[7]魏英勤.制药分离工程课程建设思路探讨[J].教育教学论坛，2013（39）：210-211.

[8]李洁琼，齐滨，于波，等.制药分离工程教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2017（11）：83-84.

[9]傅晶，邓惠文，张富青，等.比较教学法在大学有机化学实验教学中的应用[J].化学工程与装备，2011（12）：219-220.

[10]杨明，伍振峰，王芳，等.中药制药实现绿色、智能制造的策略与建议[J].中国医药工业杂志，2016（47）：1205-1210.