新工科背景下包装工程专业实验教学改革与创新

［摘 要］ 随着新工科概念的提出，传统工科教育正面临一系列挑战和机遇。针对包装工程专业课程实验教学中实验内容与行业脱节、实验内容过于传统、实验教学方法过于保守、实验教学资源投入明显不足、缺乏创新实践平台、缺少创新教育理念等问题，探讨了改革的必要性，并提出了一系列改革与创新措施。从多个方面入手，注重学生的主体地位和创新能力的培养，加强实践教学与产业发展的结合，提高实验教学的质量和效果，有效推动实验教学改革与创新。

［关键词］ 新工科；包装工程；实验教学；产教融合

［基金项目］ 2023年度天津商业大学本科教学改革研究项目“新工科建设背景下机械与包装实验教学改革实践与探索”（TJCUJG2023112）；2023年度天津商业大学研究生课程思政示范课建设项目“液压控制系统”（23YKCSZ0115）；2023年度天津商业大学本科教育教学改革研究项目“新工科专业建设的研究与实践——以智能制造工程专业为例”（TJCUJG2023026）

［作者简介］ 王心宇（1979—），男，山西大同人，硕士，天津商业大学机械工程学院高级实验师，主要从事包装工程专业的实践与教学、包装物流运输研究；孙 茜（1984—），女，天津人，博士，天津商业大学信息工程学院副教授（通信作者），主要从事无损检测领域研究；刘 冰（1985—），男，吉林吉林人，博士，天津商业大学机械工程学院副教授，主要从事超精密加工工艺与装备研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）07-0081-04 ［收稿日期］ 2024-03-09

引言

在新一轮科技革命与产业变革的背景下，为适应新的经济、产业发展需求，传统工科专业亟须进行升级改造。新工科以新经济、新产业为背景，不仅涉及新兴产业相关专业，如人工智能、智能制造、机器人、云计算等，还包括包装工程这类传统工科专业的升级改造。新工科的建设旨在培养具备创新能力和跨界整合能力的高素质复合型人才，以支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略［1］。包装工程专业涉及的行业面广、工种繁多，其综合性、实践性较强，需要学生掌握材料、机械、检测、物流、安全及环境、政策与法规等多学科知识［2］。在新工科背景下，这些知识体系需要不断更新和完善，以适应快速发展的包装行业。此外，随着新技术的不断涌现，包装工程领域逐渐需要应用人工智能、大数据、物联网等技术来提高生产效率、降低成本、提高产品附加值。因此，如何将这些新技术融入包装工程教育，培养具备创新思维和实践能力的人才，是当前面临的重要挑战。

为应对这些挑战，包装工程专业需要不断改革和创新。需要加强与行业的合作，了解行业发展的最新动态和需求，及时调整和更新教学内容，强化实践教学环节，提高学生的实际操作能力。实验是工科教育的重要组成部分，对培养学生的实践能力和创新思维具有不可替代的作用［3］。尤其在实践性较强的包装工程专业中，实验教学更是至关重要的一环。随着科技的不断进步和产业的发展，传统单一的实验教学方式已经难以满足新工科背景下对高素质复合型人才的培养需求。因此，实验教学改革势在必行，通过实验教学改革推动包装工程专业的学科发展。教师可以不断探索新的实验项目和研究方向。同时，通过加强与行业的合作和交流，教师可以了解行业发展的最新动态和需求，及时调整和更新教学内容，促进包装工程专业的学科建设和发展［4］。

一、包装工程专业实验教学的现状分析

目前，高校包装工程专业实验教学与新工科背景下的行业需求还存在一定的脱节。传统的实验教学往往注重理论知识的验证，缺乏对实际工程问题的解决，这导致学生的实践能力得不到充分锻炼。随着科技进步与市场需求的变化，包装设备早已从简单的机械式包装演变为自动化、智能化包装。高校实验教学环节中所应用的设备较为陈旧，多以机械式为主，与行业需求存在较大差距。

（一）实验内容较为传统

目前，许多包装工程实验主要集中为验证型实验，如包装材料性能验证型实验，包装容器及运输包装件性能验证类实验，包装工艺验证实验、包装检测类实验等，缺乏创新性和挑战性。这样的实验内容难以激发学生的创新思维和培养学生的创新能力。缺少跨学科综合创新型实验，无法适应新一轮科技革命和产业革命下包装行业对人才的需求。

（二）实验教学方法较为保守

部分教师在实验教学中仍采用传统的教学方法。包装工程专业所应用的机械式实验设备通常体积庞大，结构复杂，受场地和设备价格的限制，实验课程通常只能采用教师演示、学生模仿的教学模式，这种教学方法不利于培养学生的独立思考和创新能力，学生只是被动地接受知识和技能。此外，信息化教学手段的应用也较少，这导致实验教学的方式和手段相对落后。

（三）实验教学资源的建设和投入不足

新工科背景下，包装工程专业实验课程涉及大量的先进技术和设备，这些技术和设备的引进和维护都需要大量的资金投入。然而，目前部分高校在实验教学资源建设方面存在明显的短板，旧设备报废困难，新设备购置环节复杂，缺少专业的设备维护人员，设备故障率较高，得不到及时维修，学生往往在实验中得不到正确的结果，或者实验结果误差较大，导致学生对实验课期望值降低。

（四）缺乏创新实践平台

许多高校缺乏为包装工程专业学生提供创新实践的平台，学生没有机会在实践中锻炼自己的创新能力。部分教师对创新教育的重视程度不够，认为实验教学只是理论教学的辅助手段，只需要完成教学大纲中的任务即可。实验课程结束后，实验室不再对学生开放，学生接触实验设备的时间较少。针对与专业相关的各类学科竞赛，部分教师认为事不关己，没有积极做好组织和指导工作。这种教育理念导致学生缺乏创新意识，难以适应新工科背景下对创新型人才的需求。

二、包装工程专业实验教学改革与创新的具体措施

（一）开展校企合作

通过与企业的合作，将企业实际生产中的案例引入实验教学中，让学生接触到真实的生产环境和工作流程。例如，天津商业大学机械工程学院包装工程专业与中国包装科研测试中心、江苏徐工工程机械研究院有限公司、中国汽车工业工程有限公司等开展深度合作，通过在培养方案中设置工程实训、认识实习、生产实习、毕业实习等环节，组织学生到上述企业学习实践，学生可以接触到实际的生产环境和工作流程，提高实践能力和就业竞争力，集中实践环节共352学时，22学分。同时，企业提供先进的设备和专业技术人员，协助学校进行实验教学的改进和优化。深化产教融合，将实践教学与产业发展紧密结合，包装工程专业学生毕业后可通过实习期间表现及学校推荐与上述企业签订就业协议，使人才培养更加符合市场需求。

（二）跨学科整合实验内容

在包装工程专业实验教学中，可以尝试跨学科整合的思路，将包装工程与机械工程、材料科学、信息技术等学科进行整合，设计跨学科实验项目。例如，天津商业大学包装工程专业与机械工程专业、智能制造专业、自动化专业联合建立跨学科实验教学中心，该中心为天津市市级教学示范中心，中心涉及的多个专业各有侧重，又相互渗透。同时开设“互换性与测量技术”“工程材料”“智能控制技术”“工业机器人”等课程相关实验，针对不同专业，实验课程侧重点不同，学生可以接触到不同学科的实验方法和技能，帮助学生将所学知识系统化，了解所学课程在相关行业中的地位。各专业间相结合，构成了整个实验教学体系的框架，体现了多个本科专业的交叉融合和我校的人才培养特色。实验中心打破传统学科壁垒，建立了一个开放、共享的实验教学平台。中心对相关专业学生全天开放，学生可通过预约申请自主学习或完成实验任务。

（三）引入科研成果

选择与包装工程学科相关的科研成果，确保其能够为实验教学提供有价值的素材和经验。同时，要注重科研成果的时效性和前沿性，使学生能够接触到最新的技术和研究进展。结合引入的科研成果，设计具有导向性的实验项目。这些项目可以包括实验设计、数据分析、模型构建等方面。天津商业大学包装工程专业张晓川将国家自然科学基金项目“高强度低合金钢带状组织微观结构和力学性能关联性的实验研究”中部分科研成果转化为“视觉检测及应用技术”课程的实验项目，不仅提高了学生开展实验的兴趣，还能够让学生了解到目前相关领域先进的研究成果。通过将科研成果引入实验，教师也能从中获得一定的启发，开拓自己的科研思路，我校包装工程专业教师和学生共同研发基于麦克纳姆轮的四轮全向越障平台，纵臂式独立悬挂，搭载两轴云台和弹丸发射机构，参与机器人对抗赛，机器人通过发射弹丸与敌方机器人对抗和攻击敌方基地，在全国机器人比赛中荣获一等奖。

（四）创新实验教学方法

引入虚拟仿真技术，利用虚拟仿真技术模拟实验环境和实验过程，打破实验设备和实验场地的局限性，同时也可以避免实验项目中的安全隐患。虚拟仿真实验能够为许多专业课程提供有力保障。例如，天津商业大学包装工程专业在实验课程中引入线切割加工仿真、机械工艺学仿真、模具制造工艺与工装虚拟仿真、机械设备装配与调试虚拟仿真、机械设计实训虚拟仿真、液压与气动虚拟仿真等仿真软件辅助教学。此外，利用多媒体教学资源，如视频、动画、图片等，丰富实验教学手段，可以更加生动形象地展示实验过程和实验结果，提高学生的学习兴趣和积极性。通过学校自有的虚拟仿真平台以及“国家虚拟仿真实验教学课程共享平台”，我校完成了包装工程专业80%的实验教学任务。

（五）加强实验室建设

加大对实验室的投入，更新实验设备和器材，保证实验教学的硬件条件。天津商业大学针对实验室建设逐年加大资金投入，每年申报实验设备购置计划，2024年实验室建设预计投入800万元。同时，加强实验室的管理和维护，定期对实验人员开展线上、线下专业技术培训以及实验室安全培训，提高设备维护水平，提高实验设备的利用率和寿命。培训项目包括无线型回转轴校准装置精度误差校准及常见问题处理，台式扫描电镜常见故障处理及维护，延展性金属导线在DMA动态热机械分析仪上的测量方法等。鼓励教师积极参与实验教学研究和改革。建立实验室管理制度，注重实验室的卫生、安全和环保等方面的工作，定期开展防火演练，保障学生的身体健康和生命安全。

（六）创新创业教育

建立与包装工程专业相关的创新创业课程，向学生传授创业知识和技能，培养学生的创新意识和创业精神。天津商业大学包装工程专业设有“大学生创新创业”课程，共32学时。此外，积极组织学生参加各类科技竞赛、创新创业大赛等活动，增强学生的创新意识和实践能力，包装专业实验中心承办“联合·特耐王杯”天津市高校包装之星大赛、第13届全国周培源力学竞赛暨天津市第5届力学竞赛等。每年组织学生参加天津市级或国家级学科竞赛，例如大学生创新创业大赛、全国大学生机械创新设计大赛、华北五省（市、自治区）大学生机器人大赛等各项竞赛活动，多次获得国家级一等奖以及天津市级一等奖。近五年，学生发表论文29篇，获得专利78项。学院建立创业孵化器，为学生提供创业指导和支持，帮助学生将创意转化为实际的产品或服务。同时，邀请成功创业者或企业家来校授课或分享经验，让学生了解市场需求。

三、实验教学改革的效果评估

建立完善的实验教学质量监控体系，对实验教学过程进行全面监控和管理。通过教学质量评估、学生反馈等方式，及时发现问题并进行改进，提高实验教学的质量。我校包装工程专业实验教学采取教师同行互评，学生学习效果自我评价，校院督导评价，学生对专业建设质量和满意度评价等手段开展实验教学质量多元评价。对实验教学改革的效果进行评估，还可以通过比较改革前后学生的实践能力和创新能力等方面的变化来进行评估。定期举办学生座谈会，形成满意度调查分析报告。通过巡课、观摩和评课等活动，提高质量监控实效。加强教学质量信息的利用，通过OA办公系统及时反馈督导、同行、学生等课堂教学质量信息，使实验教师能及时查看有关信息并反馈改进意见。同时，可以通过调查问卷、学生反馈等方式了解学生对实验教学的满意度和收获感等情况。