科研项目驱动下的包装工程专业创新实践教学的探索

林晶 张莉 金向阳

摘 要：在包装工程专业实践教学改革中探索将科研成果引入各个实验实践环节，培养学生提升实践本领获取前沿知识，这对于创新型人才的培养具有重要的意义。文章以哈尔滨商业大学包装工程专业的课程实验、毕业设计和创新创业项目为例探讨了如何结合专业实验教学与教师科研优势，开展大学生科研训练计划。实践表明：以教师的科研项目驱动专业实验教学可以有效提高包装工程专业学生的创新与综合能力，是推动研究型大学的本科教学改革发展的有效途径。

关键词：项目驱动；专业课程；实践教学；创新人才

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）07-0001-03

在当今 “大众创业、万众创新”的时代背景下，现代高校作为社会中技术与知识的集中力量，社会的发展与其密不可分。首先，创新需要知识，高校云集了各个行业的学科专家与教师，能够为创新创业者提供丰富的经验与知识。其次，创新创业需要实施者具有一定的活力和激情，大学生处于青年阶段，本身富有活力，在即将踏入社会前对创新创业充满着憧憬与激情。因此，高校作为创新创业的一个主要载体有着举足轻重的作用。

目前的高校教育仍以理论为主，授课内容和实践环节缺乏自主性和探索性，培养出的人才创新精神与创新能力不足[1-2]。包装工程专业对理论知识、创新能力与工程实践等综合能力要求较高，对学生的培养也须多方面综合考虑。我们的专业教师除了担负教学的繁重任务外，还承担着大量的科研任务。如果能将科研资源融入到教育教学中来，将教师的科研项目作为学生实践教学的资源，通过制定合理且适合学生的实验方案，调整传统的课程教学方法，加强实验室硬件和软件的建设，培养学生动手、动脑以及创新的综合能力，这是提高本科生实践创新能力的一条有效途径[3-5]。本文通过科研项目对包装工程专业创新实践的指导和体会，探讨项目教学法在课程建设实践中的具体应用。

一、科研项目驱动实践教学法的特点

（一）以科研为依托培养学生创新理念

教学不仅要传授知识，还要培养学生的学习与创新能力。科研项目是教师探索性和创造性的劳动成果，将成果内容引入学生课堂，学生不只是被动的接受者，也成为参与者。因此，科研项目的再开发要达到从科研成果到实践教学的合理过渡与有机融合的目的，让学生通过对科研项目案例的学习和研究，把学到的知识和技能灵活应用到实际中去。学生通过调查和查阅资料，确定研究内容，设计研究方案，最后得出研究结论，并进行自我评价，从而培养他们的主体意识。这种主体意识在以后的教学活动中也必然体现为学生的质疑能力、设问能力和创新能力。在此过程中，教师的科研能力和经验在教学工作中得到了发挥，更重要的是使学生具有了较高的学习热情，提升了创新精神和素质。

（二）科研和教学的互相协调

大学教师作为优秀的研究者、知识的创造者，通过多年参与科学研究，站在了科学的前沿，提出问题解决问题，发表新的研究成果。教师把学科最前沿的信息带到课堂上，在研究中不断地挑战自己，也在教学中挑战学生，激发学生的求知欲和好奇心[6]。近几年来，哈尔滨商业大学轻工学院以实践教学改革为切入点和突破口，在创建包装科学与工程技术省级示范实验室的过程中，对培养学生实践创新能力做了许多积极的探索，结合轻工学院的科研水平和产学研工作的特点与优势，注重各种科研平台的优化和共享，对实践教学的课程体系内容进行了改革建设。将科研项目（成果）转化为研究性创新实践教学内容，在学科建设与人才培养、科研与教学实践之间建立了良好的互动，通过几年的改革与实践，取得了良好效果，并积累了一定的经验。

二、将科研项目转化为实践教学的实施策略

项目驱动教学法是指在教学过程中，以学生为中心，以项目为驱动的教学方式。在包装工程专业人才培养的各个环节中，能突出体现创新实践能力培养环节的主要有课程设计、大学生创新创业项目、包装结构大赛和毕业设计等。在这些环节中教师以科研项目为实践教学资源，改革教学模式、教学方法和教学手段，通过科学设计研究性创新实验方案，加强实验室和教学环境硬件等建设，不断提升完善实践内容体系[7-8]。实践过程中充分利用科学研究的特点，加强校企合作，培养学生的综合能力，实现产学研的相互融合，以提高高校本科学生实践创新能力。

（一）具体实施方法

哈尔滨商业大学包装工程专业拥有“黑龙江省包装印刷工程与技术实验教学示范中心”“黑龙江省生物产业与软包装材料工程技术研究开发中心”和“黑龙江省包装科学与工程技术重点实验室”。现各中心与实验室已对教师与本专业学生全面开放，学生在接受基本操作训练及实验室安全教育后，须通过相关考核即完全自主地在实验室从事实验实践工作。学生通过专业课的学习，掌握了基本的专业理论知识，并具备了基本的实验技能，故在实践环节中，为了更好地使学生掌握所学的知识，可适当地引入创新性与实践性更强的探索性实验。而探索性实验的题目恰恰可以来源于教师的科研课题，特别是科研项目中的工艺实验研究、装置开发和性能测试等部分。在将教师的科研成果转化为对学生的实践教学过程中，充分利用研究成果及方法的先进优势，以自由性、综合性和创新性改变以往的单一性、限制性和验证性的实验。

教师的科研项目对于学生来说范围较大，内容较深，教师须将项目拆分成若干个适合本科生的小课题，并将其转化成创新实验项目，学生可根据自己的兴趣自主选择开展研究性學习内容。教师在规定的时间内（一般为一至两个学期），分阶段对学生的选题、调研、查阅文献资料、实验方案设计、实施、结果讨论、论文或研究报告等环节进行考核。通过实践项目的各个环节，学生能够掌握科学研究的思维和方法，提高分析问题、解决问题的能力，并形成独立思考、团队合作以及创新精神。实践结束后，可将比较成熟的项目延伸为毕业论文选题，为后续申请和完成大学生创新创业项目做好准备，使学生进一步深入研究，探索更深层次的研究成果。

（二）包装工程专业科研项目驱动实验教学实施案例

1.课程设计环节。“十一五”国家科技支撑项目“食品包装新材料研究与开发”是由哈尔滨商业大学轻工学院孙智慧教授主持，包装工程专业部分教师参与完成的一项科研任务。项目针对食品包装中急需的保鲜包装、高温蒸煮袋、微波加热袋、可食性食品包装等高端包装材料以及环境友好的全降解包装制品的需求，重点解决了新材料研究和开发中高阻隔耐高温陶瓷包装材料的蒸镀机理及材料的工业化生产关键技术。结合该项目开发了“高阻隔复合包装材料的制备与性能研究”的综合课程设计。实验开在三年级的上半学期，学生完成了包装工程原理和包装材料两门课程的学习之后，已经掌握本课程的内容、基本方法和工程应用前景，由学生个人根据课程的内容和项目的内容提出一个应用项目计划书，然后由教师筛选出多个合适的项目，组建多个设计小组。

其中一个是真空系统的优化设计项目团队，通过对泵体的拆卸，熟知机械泵和分子泵的工作原理、基本构造与使用方法。在此基础上，掌握电阻真空计和电离真空计的使用方法与注意事项，掌握真空检漏的方法。做好这些准备工作以后，各组针对科研项目的真空系统提出改进方案，然后教师带领各组共同讨论方案的可行性和方案的对比，最终确定优化方案。该小组完成实验的过程中发现了原项目的设计有如下几个缺陷：使用的多腔室真空系统薄膜制备的行程较长，由于在镀膜过程中都伴有温度的升高，柔性膜本身的耐热性就不高，同时温度升高后膜的张紧力会随时发生变化，由此产生的松紧变化会使膜层产生裂纹导致阻隔性变差。多腔室连续镀膜是以同一速度放卷，连续卷绕逐层沉积，由于每个腔室的靶材不同，溅射速率也不同，因此同一卷绕速度很难完成对每个膜层厚度都要求不同的沉积镀膜。如果卷绕镀膜设备的产线过长，腔室过多，采用的收放辊必然过多，柔性材料在真空环境下对收放辊的制造和控制要求极为严格，目前国内外的生产制造工艺难以实现。针对这些问题学生提出了单一腔室的镀膜真空系统，把收放卷和镀膜在一个腔室中，并且把三个分子泵换成一个更适合工业生产的扩散泵，增加了冷井的设计。另一个是高阻隔包装材料制备项目团队，该团队以不同的材料和不同的制备方法分成若干个小组，如物理气相沉积法，化学气相沉积法，化学涂层法，金属镀层，陶瓷镀层等，分别制备阻隔薄膜，然后各组通过性能对比和制备方法先进性分析得到最优方案。

2.大学生创新创业环节。黑龙江省自然科学基金项目“甲烷氧化菌生物合成绿色包装材料PHB的研究”是董静教师主持的科研项目，课题从利用廉价单碳碳源生产环保包装材料的角度出发，基于对可利用甲烷、甲醇生长的甲烷氧化菌单一菌属等微生物合成PHB的研究，通过对甲烷氧化细菌——伴生菌体系发酵条件及作用机制的研究，建立一种以甲烷氧化混合菌生物合成

PHB的绿色经济高效发酵体系，实现甲烷甲醇综合利用的同时，降低生产成本，推进PHB工业化生产的进程。在该项目的驱动下，衍生了两个创新创业实验小组，第一组主要解决甲烷氧化菌细胞高密度生长和胞内PHB的大量合成。通过对碳、磷、氮源的构成及其他各种生长影响因子进行系统分析，优化发酵条件，并且通过细胞计数对细胞生长稳定性进行考察来选择混合菌系保持稳定的培养条件，建立开放条件下高效利用甲烷、甲醇高产PHB的稳定的甲烷氧化菌混合菌连续发酵体系，解决了甲烷溶解度低导致PHB胞内合成时碳源的供给不足，从而制约PHB大量合成的瓶颈问题。第二組主要解决细胞内PHB的提取和纯化的问题。对比机械破壁和有机溶剂破壁的细胞破壁效果，考察不同细胞破壁方法对于PHB提取收率和纯度的影响，并尝试探索采用甜菜碱法提取PHB，考察确定甜菜碱和EDTA二钠盐对细胞干重的比以及PH的最佳值，考察甜菜碱法提取PHB的收率，以此建立适于甲烷氧化菌胞内PHB提取的方法。通过该项目的学习，学生成功申请了国家级大学生创新创业项目[9]。

3.毕业设计环节。哈尔滨商业大学青年教师自然科学基金项目“食品包装超高压杀菌中微生物破损机理的研究”是巩雪教师主持的科研项目，通过对食品进行超高压杀菌，观察高压对微生物细胞的形态、生物化学反应、基因机制以及细胞膜壁的影响；通过改变超高压杀菌过程中施加的环境条件和其他参数，找到这些因素对超高压杀菌效果的影响，并对不同条件下，不同微生物的细胞破损机理、破损规律进行研究，找到微生物细胞破损的应力应变关系及不同微生物细胞破损时的临界压力值；同时研究超高压杀菌后，压力传递介质及水和矿物油的分离规律、乳化变性规律及失效机理，并找出压力传递介质失效与杀菌效果之间的关系。利用实验所得结果，通过分子动力学的模拟方法对食品中微生物细胞分子的动态行为进行模拟，以便于更加直观地了解微生物细胞在一定压力条件下的演变过程，为超高压杀菌技术的深入研究提供一定的理论依据和技术支持。在该项目的驱动下，衍生了两个本科生毕业论文题目，《冷鲜肉超高压保鲜包装实验研究》和《扇贝超高压保鲜包装实验研究》，课题主要解决超高压对冷鲜肉及扇贝的保鲜及杀菌效果，通过对冷鲜肉和扇贝进行超高压处理，并在常温下进行储存，每隔3天测定其菌落总数及挥发性盐基氮等指标值，以检验超高压技术的杀菌效果，为课题的研究奠定了理论基础，也锻炼了学生的实验创新能力和动手能力，起到了项目驱动教学的作用。

以教师的科研项目作为学生实践教学内容的来源，将科研项目拆分并转化为学生研究性创新实践教学内容，具有明显的新颖性、综合性、研究性和挑战性。在具有技术性的工作岗位上，很多工作人员都来源于本科毕业生，针对目前刚毕业的学生很难快速融入实际的企业生产问题，将教师的科研项目融入学生实践教学，可使学生在校期间就掌握相关内容，这对于人才进入工作岗位后的再培养将更加容易与高效，对整个包装行业的发展都起到有益的作用。将实践教学、本科毕业论文与大学生创新创业项目等有机地结合起来，逐步形成了开放式的课题组式课程教学体系，在此基础上也推动了高校本科教学的长足发展。

参考文献：

[1]赵晓莉，方华，徐德福，等.理工科大学生创新能力培养探 索——以科研项目驱动为例[J].中国科教创新导刊， 2014，（2）.

[2]李丽萍.大学生创新创业教育路径的优化策略[J].学校党 建与思想教育，2016，（16）.

[3]王英，杨坤涛，骆清铭，等.将学科发展成果转化为实践教 学资源的探索[J].实验室研究与探索，2010，（5）.

[4]俞国燕，王贵，刘焕牢，等.机械类专业项目驱动式实践教 学模式的探索与实践[J].中国大学教学，2014，（12）.

[5]訾学红，陈永宝，张红光，等.把科研引入物理化学实验教 学培养学生自主学习能力[J].中国校外教育，2013，（3）.

[6]郭明辉，王勇.基于科研与教学相结合的创新人才培养模 式研究[J].中国林业教育，2010，（3）.

[7]徐杰，祁红岩.科研成果转化为教学资源的策略研究[J].黑 龙江教育：高教研究与评估，2016，（1）.

[8]许莉钧.包装工程专业教学方法设计创新的研究与实践 [J].科技向导，2010，（24）.

[9]董静.利用甲烷氧化混合菌生物合成聚β—羟基丁酸酯 [D].哈尔滨：哈尔滨商业大学，2013.