科研項目驅動下的包裝工程專業創新實踐教學的探索

林晶 張莉 金向陽

摘 要：在包裝工程專業實踐教學改革中探索將科研成果引入各個實驗實踐環節，培養學生提升實踐本領獲取前沿知識，這對于創新型人才的培養具有重要的意義。文章以哈爾濱商業大學包裝工程專業的課程實驗、畢業設計和創新創業項目為例探討了如何結合專業實驗教學與教師科研優勢，開展大學生科研訓練計劃。實踐表明：以教師的科研項目驅動專業實驗教學可以有效提高包裝工程專業學生的創新與綜合能力，是推動研究型大學的本科教學改革發展的有效途徑。

關鍵詞：項目驅動；專業課程；實踐教學；創新人才

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）07-0001-03

在當今 “大眾創業、萬眾創新”的時代背景下，現代高校作為社會中技術與知識的集中力量，社會的發展與其密不可分。首先，創新需要知識，高校云集了各個行業的學科專家與教師，能夠為創新創業者提供豐富的經驗與知識。其次，創新創業需要實施者具有一定的活力和激情，大學生處于青年階段，本身富有活力，在即將踏入社會前對創新創業充滿著憧憬與激情。因此，高校作為創新創業的一個主要載體有著舉足輕重的作用。

目前的高校教育仍以理論為主，授課內容和實踐環節缺乏自主性和探索性，培養出的人才創新精神與創新能力不足[1-2]。包裝工程專業對理論知識、創新能力與工程實踐等綜合能力要求較高，對學生的培養也須多方面綜合考慮。我們的專業教師除了擔負教學的繁重任務外，還承擔著大量的科研任務。如果能將科研資源融入到教育教學中來，將教師的科研項目作為學生實踐教學的資源，通過制定合理且適合學生的實驗方案，調整傳統的課程教學方法，加強實驗室硬件和軟件的建設，培養學生動手、動腦以及創新的綜合能力，這是提高本科生實踐創新能力的一條有效途徑[3-5]。本文通過科研項目對包裝工程專業創新實踐的指導和體會，探討項目教學法在課程建設實踐中的具體應用。

一、科研項目驅動實踐教學法的特點

（一）以科研為依托培養學生創新理念

教學不僅要傳授知識，還要培養學生的學習與創新能力?？蒲许椖渴墙處熖剿餍院蛣撛煨缘膭趧映晒?，將成果內容引入學生課堂，學生不只是被動的接受者，也成為參與者。因此，科研項目的再開發要達到從科研成果到實踐教學的合理過渡與有機融合的目的，讓學生通過對科研項目案例的學習和研究，把學到的知識和技能靈活應用到實際中去。學生通過調查和查閱資料，確定研究內容，設計研究方案，最后得出研究結論，并進行自我評價，從而培養他們的主體意識。這種主體意識在以后的教學活動中也必然體現為學生的質疑能力、設問能力和創新能力。在此過程中，教師的科研能力和經驗在教學工作中得到了發揮，更重要的是使學生具有了較高的學習熱情，提升了創新精神和素質。

（二）科研和教學的互相協調

大學教師作為優秀的研究者、知識的創造者，通過多年參與科學研究，站在了科學的前沿，提出問題解決問題，發表新的研究成果。教師把學科最前沿的信息帶到課堂上，在研究中不斷地挑戰自己，也在教學中挑戰學生，激發學生的求知欲和好奇心[6]。近幾年來，哈爾濱商業大學輕工學院以實踐教學改革為切入點和突破口，在創建包裝科學與工程技術省級示范實驗室的過程中，對培養學生實踐創新能力做了許多積極的探索，結合輕工學院的科研水平和產學研工作的特點與優勢，注重各種科研平臺的優化和共享，對實踐教學的課程體系內容進行了改革建設。將科研項目（成果）轉化為研究性創新實踐教學內容，在學科建設與人才培養、科研與教學實踐之間建立了良好的互動，通過幾年的改革與實踐，取得了良好效果，并積累了一定的經驗。

二、將科研項目轉化為實踐教學的實施策略

項目驅動教學法是指在教學過程中，以學生為中心，以項目為驅動的教學方式。在包裝工程專業人才培養的各個環節中，能突出體現創新實踐能力培養環節的主要有課程設計、大學生創新創業項目、包裝結構大賽和畢業設計等。在這些環節中教師以科研項目為實踐教學資源，改革教學模式、教學方法和教學手段，通過科學設計研究性創新實驗方案，加強實驗室和教學環境硬件等建設，不斷提升完善實踐內容體系[7-8]。實踐過程中充分利用科學研究的特點，加強校企合作，培養學生的綜合能力，實現產學研的相互融合，以提高高校本科學生實踐創新能力。

（一）具體實施方法

哈爾濱商業大學包裝工程專業擁有“黑龍江省包裝印刷工程與技術實驗教學示范中心”“黑龍江省生物產業與軟包裝材料工程技術研究開發中心”和“黑龍江省包裝科學與工程技術重點實驗室”?，F各中心與實驗室已對教師與本專業學生全面開放，學生在接受基本操作訓練及實驗室安全教育后，須通過相關考核即完全自主地在實驗室從事實驗實踐工作。學生通過專業課的學習，掌握了基本的專業理論知識，并具備了基本的實驗技能，故在實踐環節中，為了更好地使學生掌握所學的知識，可適當地引入創新性與實踐性更強的探索性實驗。而探索性實驗的題目恰恰可以來源于教師的科研課題，特別是科研項目中的工藝實驗研究、裝置開發和性能測試等部分。在將教師的科研成果轉化為對學生的實踐教學過程中，充分利用研究成果及方法的先進優勢，以自由性、綜合性和創新性改變以往的單一性、限制性和驗證性的實驗。

教師的科研項目對于學生來說范圍較大，內容較深，教師須將項目拆分成若干個適合本科生的小課題，并將其轉化成創新實驗項目，學生可根據自己的興趣自主選擇開展研究性學習內容。教師在規定的時間內（一般為一至兩個學期），分階段對學生的選題、調研、查閱文獻資料、實驗方案設計、實施、結果討論、論文或研究報告等環節進行考核。通過實踐項目的各個環節，學生能夠掌握科學研究的思維和方法，提高分析問題、解決問題的能力，并形成獨立思考、團隊合作以及創新精神。實踐結束后，可將比較成熟的項目延伸為畢業論文選題，為后續申請和完成大學生創新創業項目做好準備，使學生進一步深入研究，探索更深層次的研究成果。

（二）包裝工程專業科研項目驅動實驗教學實施案例

1.課程設計環節?！笆晃濉眹铱萍贾雾椖俊笆称钒b新材料研究與開發”是由哈爾濱商業大學輕工學院孫智慧教授主持，包裝工程專業部分教師參與完成的一項科研任務。項目針對食品包裝中急需的保鮮包裝、高溫蒸煮袋、微波加熱袋、可食性食品包裝等高端包裝材料以及環境友好的全降解包裝制品的需求，重點解決了新材料研究和開發中高阻隔耐高溫陶瓷包裝材料的蒸鍍機理及材料的工業化生產關鍵技術。結合該項目開發了“高阻隔復合包裝材料的制備與性能研究”的綜合課程設計。實驗開在三年級的上半學期，學生完成了包裝工程原理和包裝材料兩門課程的學習之后，已經掌握本課程的內容、基本方法和工程應用前景，由學生個人根據課程的內容和項目的內容提出一個應用項目計劃書，然后由教師篩選出多個合適的項目，組建多個設計小組。

其中一個是真空系統的優化設計項目團隊，通過對泵體的拆卸，熟知機械泵和分子泵的工作原理、基本構造與使用方法。在此基礎上，掌握電阻真空計和電離真空計的使用方法與注意事項，掌握真空檢漏的方法。做好這些準備工作以后，各組針對科研項目的真空系統提出改進方案，然后教師帶領各組共同討論方案的可行性和方案的對比，最終確定優化方案。該小組完成實驗的過程中發現了原項目的設計有如下幾個缺陷：使用的多腔室真空系統薄膜制備的行程較長，由于在鍍膜過程中都伴有溫度的升高，柔性膜本身的耐熱性就不高，同時溫度升高后膜的張緊力會隨時發生變化，由此產生的松緊變化會使膜層產生裂紋導致阻隔性變差。多腔室連續鍍膜是以同一速度放卷，連續卷繞逐層沉積，由于每個腔室的靶材不同，濺射速率也不同，因此同一卷繞速度很難完成對每個膜層厚度都要求不同的沉積鍍膜。如果卷繞鍍膜設備的產線過長，腔室過多，采用的收放輥必然過多，柔性材料在真空環境下對收放輥的制造和控制要求極為嚴格，目前國內外的生產制造工藝難以實現。針對這些問題學生提出了單一腔室的鍍膜真空系統，把收放卷和鍍膜在一個腔室中，并且把三個分子泵換成一個更適合工業生產的擴散泵，增加了冷井的設計。另一個是高阻隔包裝材料制備項目團隊，該團隊以不同的材料和不同的制備方法分成若干個小組，如物理氣相沉積法，化學氣相沉積法，化學涂層法，金屬鍍層，陶瓷鍍層等，分別制備阻隔薄膜，然后各組通過性能對比和制備方法先進性分析得到最優方案。

2.大學生創新創業環節。黑龍江省自然科學基金項目“甲烷氧化菌生物合成綠色包裝材料PHB的研究”是董靜教師主持的科研項目，課題從利用廉價單碳碳源生產環保包裝材料的角度出發，基于對可利用甲烷、甲醇生長的甲烷氧化菌單一菌屬等微生物合成PHB的研究，通過對甲烷氧化細菌——伴生菌體系發酵條件及作用機制的研究，建立一種以甲烷氧化混合菌生物合成

PHB的綠色經濟高效發酵體系，實現甲烷甲醇綜合利用的同時，降低生產成本，推進PHB工業化生產的進程。在該項目的驅動下，衍生了兩個創新創業實驗小組，第一組主要解決甲烷氧化菌細胞高密度生長和胞內PHB的大量合成。通過對碳、磷、氮源的構成及其他各種生長影響因子進行系統分析，優化發酵條件，并且通過細胞計數對細胞生長穩定性進行考察來選擇混合菌系保持穩定的培養條件，建立開放條件下高效利用甲烷、甲醇高產PHB的穩定的甲烷氧化菌混合菌連續發酵體系，解決了甲烷溶解度低導致PHB胞內合成時碳源的供給不足，從而制約PHB大量合成的瓶頸問題。第二組主要解決細胞內PHB的提取和純化的問題。對比機械破壁和有機溶劑破壁的細胞破壁效果，考察不同細胞破壁方法對于PHB提取收率和純度的影響，并嘗試探索采用甜菜堿法提取PHB，考察確定甜菜堿和EDTA二鈉鹽對細胞干重的比以及PH的最佳值，考察甜菜堿法提取PHB的收率，以此建立適于甲烷氧化菌胞內PHB提取的方法。通過該項目的學習，學生成功申請了國家級大學生創新創業項目[9]。

3.畢業設計環節。哈爾濱商業大學青年教師自然科學基金項目“食品包裝超高壓殺菌中微生物破損機理的研究”是鞏雪教師主持的科研項目，通過對食品進行超高壓殺菌，觀察高壓對微生物細胞的形態、生物化學反應、基因機制以及細胞膜壁的影響；通過改變超高壓殺菌過程中施加的環境條件和其他參數，找到這些因素對超高壓殺菌效果的影響，并對不同條件下，不同微生物的細胞破損機理、破損規律進行研究，找到微生物細胞破損的應力應變關系及不同微生物細胞破損時的臨界壓力值；同時研究超高壓殺菌后，壓力傳遞介質及水和礦物油的分離規律、乳化變性規律及失效機理，并找出壓力傳遞介質失效與殺菌效果之間的關系。利用實驗所得結果，通過分子動力學的模擬方法對食品中微生物細胞分子的動態行為進行模擬，以便于更加直觀地了解微生物細胞在一定壓力條件下的演變過程，為超高壓殺菌技術的深入研究提供一定的理論依據和技術支持。在該項目的驅動下，衍生了兩個本科生畢業論文題目，《冷鮮肉超高壓保鮮包裝實驗研究》和《扇貝超高壓保鮮包裝實驗研究》，課題主要解決超高壓對冷鮮肉及扇貝的保鮮及殺菌效果，通過對冷鮮肉和扇貝進行超高壓處理，并在常溫下進行儲存，每隔3天測定其菌落總數及揮發性鹽基氮等指標值，以檢驗超高壓技術的殺菌效果，為課題的研究奠定了理論基礎，也鍛煉了學生的實驗創新能力和動手能力，起到了項目驅動教學的作用。

以教師的科研項目作為學生實踐教學內容的來源，將科研項目拆分并轉化為學生研究性創新實踐教學內容，具有明顯的新穎性、綜合性、研究性和挑戰性。在具有技術性的工作崗位上，很多工作人員都來源于本科畢業生，針對目前剛畢業的學生很難快速融入實際的企業生產問題，將教師的科研項目融入學生實踐教學，可使學生在校期間就掌握相關內容，這對于人才進入工作崗位后的再培養將更加容易與高效，對整個包裝行業的發展都起到有益的作用。將實踐教學、本科畢業論文與大學生創新創業項目等有機地結合起來，逐步形成了開放式的課題組式課程教學體系，在此基礎上也推動了高校本科教學的長足發展。

參考文獻：

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[9]董靜.利用甲烷氧化混合菌生物合成聚β—羥基丁酸酯 [D].哈爾濱：哈爾濱商業大學，2013.