新工科背景下包裝工程專業實驗教學改革與創新

［摘 要］ 隨著新工科概念的提出，傳統工科教育正面臨一系列挑戰和機遇。針對包裝工程專業課程實驗教學中實驗內容與行業脫節、實驗內容過于傳統、實驗教學方法過于保守、實驗教學資源投入明顯不足、缺乏創新實踐平臺、缺少創新教育理念等問題，探討了改革的必要性，并提出了一系列改革與創新措施。從多個方面入手，注重學生的主體地位和創新能力的培養，加強實踐教學與產業發展的結合，提高實驗教學的質量和效果，有效推動實驗教學改革與創新。

［關鍵詞］ 新工科；包裝工程；實驗教學；產教融合

［基金項目］ 2023年度天津商業大學本科教學改革研究項目“新工科建設背景下機械與包裝實驗教學改革實踐與探索”（TJCUJG2023112）；2023年度天津商業大學研究生課程思政示范課建設項目“液壓控制系統”（23YKCSZ0115）；2023年度天津商業大學本科教育教學改革研究項目“新工科專業建設的研究與實踐——以智能制造工程專業為例”（TJCUJG2023026）

［作者簡介］ 王心宇（1979—），男，山西大同人，碩士，天津商業大學機械工程學院高級實驗師，主要從事包裝工程專業的實踐與教學、包裝物流運輸研究；孫 茜（1984—），女，天津人，博士，天津商業大學信息工程學院副教授（通信作者），主要從事無損檢測領域研究；劉 冰（1985—），男，吉林吉林人，博士，天津商業大學機械工程學院副教授，主要從事超精密加工工藝與裝備研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）07-0081-04 ［收稿日期］ 2024-03-09

引言

在新一輪科技革命與產業變革的背景下，為適應新的經濟、產業發展需求，傳統工科專業亟須進行升級改造。新工科以新經濟、新產業為背景，不僅涉及新興產業相關專業，如人工智能、智能制造、機器人、云計算等，還包括包裝工程這類傳統工科專業的升級改造。新工科的建設旨在培養具備創新能力和跨界整合能力的高素質復合型人才，以支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略［1］。包裝工程專業涉及的行業面廣、工種繁多，其綜合性、實踐性較強，需要學生掌握材料、機械、檢測、物流、安全及環境、政策與法規等多學科知識［2］。在新工科背景下，這些知識體系需要不斷更新和完善，以適應快速發展的包裝行業。此外，隨著新技術的不斷涌現，包裝工程領域逐漸需要應用人工智能、大數據、物聯網等技術來提高生產效率、降低成本、提高產品附加值。因此，如何將這些新技術融入包裝工程教育，培養具備創新思維和實踐能力的人才，是當前面臨的重要挑戰。

為應對這些挑戰，包裝工程專業需要不斷改革和創新。需要加強與行業的合作，了解行業發展的最新動態和需求，及時調整和更新教學內容，強化實踐教學環節，提高學生的實際操作能力。實驗是工科教育的重要組成部分，對培養學生的實踐能力和創新思維具有不可替代的作用［3］。尤其在實踐性較強的包裝工程專業中，實驗教學更是至關重要的一環。隨著科技的不斷進步和產業的發展，傳統單一的實驗教學方式已經難以滿足新工科背景下對高素質復合型人才的培養需求。因此，實驗教學改革勢在必行，通過實驗教學改革推動包裝工程專業的學科發展。教師可以不斷探索新的實驗項目和研究方向。同時，通過加強與行業的合作和交流，教師可以了解行業發展的最新動態和需求，及時調整和更新教學內容，促進包裝工程專業的學科建設和發展［4］。

一、包裝工程專業實驗教學的現狀分析

目前，高校包裝工程專業實驗教學與新工科背景下的行業需求還存在一定的脫節。傳統的實驗教學往往注重理論知識的驗證，缺乏對實際工程問題的解決，這導致學生的實踐能力得不到充分鍛煉。隨著科技進步與市場需求的變化，包裝設備早已從簡單的機械式包裝演變為自動化、智能化包裝。高校實驗教學環節中所應用的設備較為陳舊，多以機械式為主，與行業需求存在較大差距。

（一）實驗內容較為傳統

目前，許多包裝工程實驗主要集中為驗證型實驗，如包裝材料性能驗證型實驗，包裝容器及運輸包裝件性能驗證類實驗，包裝工藝驗證實驗、包裝檢測類實驗等，缺乏創新性和挑戰性。這樣的實驗內容難以激發學生的創新思維和培養學生的創新能力。缺少跨學科綜合創新型實驗，無法適應新一輪科技革命和產業革命下包裝行業對人才的需求。

（二）實驗教學方法較為保守

部分教師在實驗教學中仍采用傳統的教學方法。包裝工程專業所應用的機械式實驗設備通常體積龐大，結構復雜，受場地和設備價格的限制，實驗課程通常只能采用教師演示、學生模仿的教學模式，這種教學方法不利于培養學生的獨立思考和創新能力，學生只是被動地接受知識和技能。此外，信息化教學手段的應用也較少，這導致實驗教學的方式和手段相對落后。

（三）實驗教學資源的建設和投入不足

新工科背景下，包裝工程專業實驗課程涉及大量的先進技術和設備，這些技術和設備的引進和維護都需要大量的資金投入。然而，目前部分高校在實驗教學資源建設方面存在明顯的短板，舊設備報廢困難，新設備購置環節復雜，缺少專業的設備維護人員，設備故障率較高，得不到及時維修，學生往往在實驗中得不到正確的結果，或者實驗結果誤差較大，導致學生對實驗課期望值降低。

（四）缺乏創新實踐平臺

許多高校缺乏為包裝工程專業學生提供創新實踐的平臺，學生沒有機會在實踐中鍛煉自己的創新能力。部分教師對創新教育的重視程度不夠，認為實驗教學只是理論教學的輔助手段，只需要完成教學大綱中的任務即可。實驗課程結束后，實驗室不再對學生開放，學生接觸實驗設備的時間較少。針對與專業相關的各類學科競賽，部分教師認為事不關己，沒有積極做好組織和指導工作。這種教育理念導致學生缺乏創新意識，難以適應新工科背景下對創新型人才的需求。

二、包裝工程專業實驗教學改革與創新的具體措施

（一）開展校企合作

通過與企業的合作，將企業實際生產中的案例引入實驗教學中，讓學生接觸到真實的生產環境和工作流程。例如，天津商業大學機械工程學院包裝工程專業與中國包裝科研測試中心、江蘇徐工工程機械研究院有限公司、中國汽車工業工程有限公司等開展深度合作，通過在培養方案中設置工程實訓、認識實習、生產實習、畢業實習等環節，組織學生到上述企業學習實踐，學生可以接觸到實際的生產環境和工作流程，提高實踐能力和就業競爭力，集中實踐環節共352學時，22學分。同時，企業提供先進的設備和專業技術人員，協助學校進行實驗教學的改進和優化。深化產教融合，將實踐教學與產業發展緊密結合，包裝工程專業學生畢業后可通過實習期間表現及學校推薦與上述企業簽訂就業協議，使人才培養更加符合市場需求。

（二）跨學科整合實驗內容

在包裝工程專業實驗教學中，可以嘗試跨學科整合的思路，將包裝工程與機械工程、材料科學、信息技術等學科進行整合，設計跨學科實驗項目。例如，天津商業大學包裝工程專業與機械工程專業、智能制造專業、自動化專業聯合建立跨學科實驗教學中心，該中心為天津市市級教學示范中心，中心涉及的多個專業各有側重，又相互滲透。同時開設“互換性與測量技術”“工程材料”“智能控制技術”“工業機器人”等課程相關實驗，針對不同專業，實驗課程側重點不同，學生可以接觸到不同學科的實驗方法和技能，幫助學生將所學知識系統化，了解所學課程在相關行業中的地位。各專業間相結合，構成了整個實驗教學體系的框架，體現了多個本科專業的交叉融合和我校的人才培養特色。實驗中心打破傳統學科壁壘，建立了一個開放、共享的實驗教學平臺。中心對相關專業學生全天開放，學生可通過預約申請自主學習或完成實驗任務。

（三）引入科研成果

選擇與包裝工程學科相關的科研成果，確保其能夠為實驗教學提供有價值的素材和經驗。同時，要注重科研成果的時效性和前沿性，使學生能夠接觸到最新的技術和研究進展。結合引入的科研成果，設計具有導向性的實驗項目。這些項目可以包括實驗設計、數據分析、模型構建等方面。天津商業大學包裝工程專業張曉川將國家自然科學基金項目“高強度低合金鋼帶狀組織微觀結構和力學性能關聯性的實驗研究”中部分科研成果轉化為“視覺檢測及應用技術”課程的實驗項目，不僅提高了學生開展實驗的興趣，還能夠讓學生了解到目前相關領域先進的研究成果。通過將科研成果引入實驗，教師也能從中獲得一定的啟發，開拓自己的科研思路，我校包裝工程專業教師和學生共同研發基于麥克納姆輪的四輪全向越障平臺，縱臂式獨立懸掛，搭載兩軸云臺和彈丸發射機構，參與機器人對抗賽，機器人通過發射彈丸與敵方機器人對抗和攻擊敵方基地，在全國機器人比賽中榮獲一等獎。

（四）創新實驗教學方法

引入虛擬仿真技術，利用虛擬仿真技術模擬實驗環境和實驗過程，打破實驗設備和實驗場地的局限性，同時也可以避免實驗項目中的安全隱患。虛擬仿真實驗能夠為許多專業課程提供有力保障。例如，天津商業大學包裝工程專業在實驗課程中引入線切割加工仿真、機械工藝學仿真、模具制造工藝與工裝虛擬仿真、機械設備裝配與調試虛擬仿真、機械設計實訓虛擬仿真、液壓與氣動虛擬仿真等仿真軟件輔助教學。此外，利用多媒體教學資源，如視頻、動畫、圖片等，豐富實驗教學手段，可以更加生動形象地展示實驗過程和實驗結果，提高學生的學習興趣和積極性。通過學校自有的虛擬仿真平臺以及“國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺”，我校完成了包裝工程專業80%的實驗教學任務。

（五）加強實驗室建設

加大對實驗室的投入，更新實驗設備和器材，保證實驗教學的硬件條件。天津商業大學針對實驗室建設逐年加大資金投入，每年申報實驗設備購置計劃，2024年實驗室建設預計投入800萬元。同時，加強實驗室的管理和維護，定期對實驗人員開展線上、線下專業技術培訓以及實驗室安全培訓，提高設備維護水平，提高實驗設備的利用率和壽命。培訓項目包括無線型回轉軸校準裝置精度誤差校準及常見問題處理，臺式掃描電鏡常見故障處理及維護，延展性金屬導線在DMA動態熱機械分析儀上的測量方法等。鼓勵教師積極參與實驗教學研究和改革。建立實驗室管理制度，注重實驗室的衛生、安全和環保等方面的工作，定期開展防火演練，保障學生的身體健康和生命安全。

（六）創新創業教育

建立與包裝工程專業相關的創新創業課程，向學生傳授創業知識和技能，培養學生的創新意識和創業精神。天津商業大學包裝工程專業設有“大學生創新創業”課程，共32學時。此外，積極組織學生參加各類科技競賽、創新創業大賽等活動，增強學生的創新意識和實踐能力，包裝專業實驗中心承辦“聯合·特耐王杯”天津市高校包裝之星大賽、第13屆全國周培源力學競賽暨天津市第5屆力學競賽等。每年組織學生參加天津市級或國家級學科競賽，例如大學生創新創業大賽、全國大學生機械創新設計大賽、華北五省（市、自治區）大學生機器人大賽等各項競賽活動，多次獲得國家級一等獎以及天津市級一等獎。近五年，學生發表論文29篇，獲得專利78項。學院建立創業孵化器，為學生提供創業指導和支持，幫助學生將創意轉化為實際的產品或服務。同時，邀請成功創業者或企業家來校授課或分享經驗，讓學生了解市場需求。

三、實驗教學改革的效果評估

建立完善的實驗教學質量監控體系，對實驗教學過程進行全面監控和管理。通過教學質量評估、學生反饋等方式，及時發現問題并進行改進，提高實驗教學的質量。我校包裝工程專業實驗教學采取教師同行互評，學生學習效果自我評價，校院督導評價，學生對專業建設質量和滿意度評價等手段開展實驗教學質量多元評價。對實驗教學改革的效果進行評估，還可以通過比較改革前后學生的實踐能力和創新能力等方面的變化來進行評估。定期舉辦學生座談會，形成滿意度調查分析報告。通過巡課、觀摩和評課等活動，提高質量監控實效。加強教學質量信息的利用，通過OA辦公系統及時反饋督導、同行、學生等課堂教學質量信息，使實驗教師能及時查看有關信息并反饋改進意見。同時，可以通過調查問卷、學生反饋等方式了解學生對實驗教學的滿意度和收獲感等情況。

結語

實驗教學改革與創新是培養新工科人才的重要途徑。通過實驗教學改革，可以提高學生的實踐能力、創新能力和綜合素質，使其更好地適應未來發展的需求［5］。深化產教融合、跨學科整合實驗內容、創新實驗教學方法、加大實驗教學資源的投入、開展創新創業教育等措施可以有效推動實驗教學改革與創新。這些措施可以激發學生的創新思維，提高其實踐能力和就業競爭力。實驗教學改革與創新須注重實踐環節的加強、創新能力的培養、教學質量的監控、教學效果的評估等方面。只有全面考慮這些方面，才能使實驗教學改革取得更好的效果。

隨著科技的不斷發展，新技術、新工藝、新材料等將會不斷涌現，包裝工程專業將會面臨更多的挑戰和機遇。因此，未來的實驗教學改革與創新須更加注重與時俱進，緊跟行業發展的步伐；須更加注重學生的主體地位和個性化需求，提供更加豐富、靈活的實驗教學內容和方法；須更加注重與產業發展的結合，加強校企合作和創新創業教育等方面的工作，培養更多具備實踐能力、創新能力和綜合素質的新工科人才。

參考文獻

［1］宋小鵬，龍鵬，翁鉦翔，等.新工科背景下課程思政在“傳熱學”課程中的實踐［J］.西部素質教育，2022，8（10）：47-49.

［2］周斌，鄭銀環，盧杰，等.新工科背景下包裝工程實踐教學的探索與改革［J］.時代汽車，2019（15）：82-84，117.

［3］李桂榮，傅明喜，王宏明，等.材料科學與工程課程實驗教學改革思路［J］.實驗室研究與探索，2007（6）：75-76，145.

［4］權田田.文化創意產業背景下高校藝術教育的發展路徑探究［J］.大觀（論壇），2023（10）：132-134.

［5］孫藝凌，孫云云.教育信息化2.0背景下裝備制造類技能教學“學與教”改革研究［J］.造紙裝備及材料，2023，52（10）：233-235.

Reform and Innovation of Experimental Teaching in Packaging Engineering under the Background of Emerging Engineering Education

WANG Xin-yua， SUN Qianb， LIU Binga

（a. School of Mechanical Engineering， b. School of Information Engineering， Tianjin University of Commerce， Tianjin 300134， China）

Abstract： With the introduction of the concept of emerging engineering education， traditional engineering education is facing a series of challenges and opportunities. The article discusses the necessity of reform in the experimental teaching of packaging engineering courses， which is disconnected from the industry， with overly traditional experimental content， overly conservative experimental teaching methods， insufficient investment in experimental teaching resources， lack of innovative practice platforms， and lack of innovative education concepts. A series of reform and innovative measures are proposed which focus on cultivating students’ subject status and innovative abilities， strengthen the combination of practical teaching and industrial development， improve the quality and effectiveness of experimental teaching， and effectively promote experimental teaching reform and innovation.

Key words： emerging engineering education; packaging engineering; experimental teaching; integration of industry and education