科研項目驅(qū)動下的包裝工程專業(yè)創(chuàng)新實踐教學的探索

林晶 張莉 金向陽

摘 要：在包裝工程專業(yè)實踐教學改革中探索將科研成果引入各個實驗實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生提升實踐本領獲取前沿知識，這對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要的意義。文章以哈爾濱商業(yè)大學包裝工程專業(yè)的課程實驗、畢業(yè)設計和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為例探討了如何結(jié)合專業(yè)實驗教學與教師科研優(yōu)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(qū)動專業(yè)實驗教學可以有效提高包裝工程專業(yè)學生的創(chuàng)新與綜合能力，是推動研究型大學的本科教學改革發(fā)展的有效途徑。

關(guān)鍵詞：項目驅(qū)動；專業(yè)課程；實踐教學；創(chuàng)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(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時代背景下，現(xiàn)代高校作為社會中技術(shù)與知識的集中力量，社會的發(fā)展與其密不可分。首先，創(chuàng)新需要知識，高校云集了各個行業(yè)的學科專家與教師，能夠為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者提供豐富的經(jīng)驗與知識。其次，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)充滿著憧憬與激情。因此，高校作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)缺乏自主性和探索性，培養(yǎng)出的人才創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力不足[1-2]。包裝工程專業(yè)對理論知識、創(chuàng)新能力與工程實踐等綜合能力要求較高，對學生的培養(yǎng)也須多方面綜合考慮。我們的專業(yè)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(diào)整傳統(tǒng)的課程教學方法，加強實驗室硬件和軟件的建設，培養(yǎng)學生動手、動腦以及創(chuàng)新的綜合能力，這是提高本科生實踐創(chuàng)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(yè)創(chuàng)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(qū)動實踐教學法的特點

（一）以科研為依托培養(yǎng)學生創(chuàng)新理念

教學不僅要傳授知識，還要培養(yǎng)學生的學習與創(chuàng)新能力?？蒲许椖渴墙處熖剿餍院蛣?chuàng)造性的勞動成果，將成果內(nèi)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(fā)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(diào)查和查閱資料，確定研究內(nèi)容，設計研究方案，最后得出研究結(jié)論，并進行自我評價，從而培養(yǎng)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(xiàn)為學生的質(zhì)疑能力、設問能力和創(chuàng)新能力。在此過程中，教師的科研能力和經(jīng)驗在教學工作中得到了發(fā)揮，更重要的是使學生具有了較高的學習熱情，提升了創(chuàng)新精神和素質(zhì)。

（二）科研和教學的互相協(xié)調(diào)

大學教師作為優(yōu)秀的研究者、知識的創(chuàng)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(fā)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(zhàn)自己，也在教學中挑戰(zhàn)學生，激發(fā)學生的求知欲和好奇心[6]。近幾年來，哈爾濱商業(yè)大學輕工學院以實踐教學改革為切入點和突破口，在創(chuàng)建包裝科學與工程技術(shù)省級示范實驗室的過程中，對培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力做了許多積極的探索，結(jié)合輕工學院的科研水平和產(chǎn)學研工作的特點與優(yōu)勢，注重各種科研平臺的優(yōu)化和共享，對實踐教學的課程體系內(nèi)容進行了改革建設。將科研項目（成果）轉(zhuǎn)化為研究性創(chuàng)新實踐教學內(nèi)容，在學科建設與人才培養(yǎng)、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(jīng)驗。

二、將科研項目轉(zhuǎn)化為實踐教學的實施策略

項目驅(qū)動教學法是指在教學過程中，以學生為中心，以項目為驅(qū)動的教學方式。在包裝工程專業(yè)人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)中，能突出體現(xiàn)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)的主要有課程設計、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、包裝結(jié)構(gòu)大賽和畢業(yè)設計等。在這些環(huán)節(jié)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(chuàng)新實驗方案，加強實驗室和教學環(huán)境硬件等建設，不斷提升完善實踐內(nèi)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(yǎng)學生的綜合能力，實現(xiàn)產(chǎn)學研的相互融合，以提高高校本科學生實踐創(chuàng)新能力。

（一）具體實施方法

哈爾濱商業(yè)大學包裝工程專業(yè)擁有“黑龍江省包裝印刷工程與技術(shù)實驗教學示范中心”“黑龍江省生物產(chǎn)業(yè)與軟包裝材料工程技術(shù)研究開發(fā)中心”和“黑龍江省包裝科學與工程技術(shù)重點實驗室”?，F(xiàn)各中心與實驗室已對教師與本專業(yè)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(guān)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(yè)課的學習，掌握了基本的專業(yè)理論知識，并具備了基本的實驗技能，故在實踐環(huán)節(jié)中，為了更好地使學生掌握所學的知識，可適當?shù)匾雱?chuàng)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(fā)和性能測試等部分。在將教師的科研成果轉(zhuǎn)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(yōu)勢，以自由性、綜合性和創(chuàng)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(nèi)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(zhuǎn)化成創(chuàng)新實驗項目，學生可根據(jù)自己的興趣自主選擇開展研究性學習內(nèi)容。教師在規(guī)定的時間內(nèi)（一般為一至兩個學期），分階段對學生的選題、調(diào)研、查閱文獻資料、實驗方案設計、實施、結(jié)果討論、論文或研究報告等環(huán)節(jié)進行考核。通過實踐項目的各個環(huán)節(jié)，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(chuàng)新精神。實踐結(jié)束后，可將比較成熟的項目延伸為畢業(yè)論文選題，為后續(xù)申請和完成大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(yè)科研項目驅(qū)動實驗教學實施案例

1.課程設計環(huán)節(jié)?！笆晃濉眹铱萍贾雾椖俊笆称钒b新材料研究與開發(fā)”是由哈爾濱商業(yè)大學輕工學院孫智慧教授主持，包裝工程專業(yè)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(huán)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(fā)中高阻隔耐高溫陶瓷包裝材料的蒸鍍機理及材料的工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合該項目開發(fā)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(jīng)掌握本課程的內(nèi)容、基本方法和工程應用前景，由學生個人根據(jù)課程的內(nèi)容和項目的內(nèi)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(tǒng)的優(yōu)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(gòu)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(tǒng)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(yōu)化方案。該小組完成實驗的過程中發(fā)現(xiàn)了原項目的設計有如下幾個缺陷：使用的多腔室真空系統(tǒng)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(fā)生變化，由此產(chǎn)生的松緊變化會使膜層產(chǎn)生裂紋導致阻隔性變差。多腔室連續(xù)鍍膜是以同一速度放卷，連續(xù)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(chǎn)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(huán)境下對收放輥的制造和控制要求極為嚴格，目前國內(nèi)外的生產(chǎn)制造工藝難以實現(xiàn)。針對這些問題學生提出了單一腔室的鍍膜真空系統(tǒng)，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(yè)生產(chǎn)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(yōu)方案。

2.大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)。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(chǎn)環(huán)保包裝材料的角度出發(fā)，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(fā)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(jīng)濟高效發(fā)酵體系，實現(xiàn)甲烷甲醇綜合利用的同時，降低生產(chǎn)成本，推進PHB工業(yè)化生產(chǎn)的進程。在該項目的驅(qū)動下，衍生了兩個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(nèi)PHB的大量合成。通過對碳、磷、氮源的構(gòu)成及其他各種生長影響因子進行系統(tǒng)分析，優(yōu)化發(fā)酵條件，并且通過細胞計數(shù)對細胞生長穩(wěn)定性進行考察來選擇混合菌系保持穩(wěn)定的培養(yǎng)條件，建立開放條件下高效利用甲烷、甲醇高產(chǎn)PHB的穩(wěn)定的甲烷氧化菌混合菌連續(xù)發(fā)酵體系，解決了甲烷溶解度低導致PHB胞內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目[9]。

3.畢業(yè)設計環(huán)節(jié)。哈爾濱商業(yè)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(tài)、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(huán)境條件和其他參數(shù)，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(guī)律進行研究，找到微生物細胞破損的應力應變關(guān)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(zhì)及水和礦物油的分離規(guī)律、乳化變性規(guī)律及失效機理，并找出壓力傳遞介質(zhì)失效與殺菌效果之間的關(guān)系。利用實驗所得結(jié)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(tài)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(shù)的深入研究提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。在該項目的驅(qū)動下，衍生了兩個本科生畢業(yè)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(shù)及揮發(fā)性鹽基氮等指標值，以檢驗超高壓技術(shù)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(chuàng)新能力和動手能力，起到了項目驅(qū)動教學的作用。

以教師的科研項目作為學生實踐教學內(nèi)容的來源，將科研項目拆分并轉(zhuǎn)化為學生研究性創(chuàng)新實踐教學內(nèi)容，具有明顯的新穎性、綜合性、研究性和挑戰(zhàn)性。在具有技術(shù)性的工作崗位上，很多工作人員都來源于本科畢業(yè)生，針對目前剛畢業(yè)的學生很難快速融入實際的企業(yè)生產(chǎn)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(guān)內(nèi)容，這對于人才進入工作崗位后的再培養(yǎng)將更加容易與高效，對整個包裝行業(yè)的發(fā)展都起到有益的作用。將實踐教學、本科畢業(yè)論文與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等有機地結(jié)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(fā)展。

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