新工科背景下包装工程专业智能化改造探索

　　摘要：在新工科建设的背景下，以智能包装的产业需求为导向，对包装工程专业进行智能化改造。以天津商业大学包装工程专业为例，围绕智能包装的核心技术，明确智能包装培养目标，调整优化智能包装课程体系，探索多学科协同的人才培养模式，为包装工程专业向新型工科专业转变提供了一个可行方案。

　　关键词：新工科;智能包装;智能化改造

　　为主动应对新一轮科技革命与产业变革，服务国家“一带一路”、“中国制造2025”以及“互联网+”等重大发展战略，满足产业需求和面向未来发展，教育部于2017年开始推动新工科建设，新工科背景下的高等教育改革和实践随之如雨后春笋般在全国展开[1]。

　　新工科专业主要可以分为新生、新兴以及新型工科专业。其中新型工科专业是面向未来产业需求，对传统工科专业进行信息化、智能化改造而得到的。“中国制造2025”给包装产业带来了前所未有的机遇和挑战，物联网、云计算、人工智能等技术的不断发展和进步促进了智能包装的快速兴起。智能包装可实现食品安全检验、药品储运监测、材料绿色设计、物流成本优化、产品真伪鉴别等功能，是包装行业最具市场潜力的发展方向之一，国内包装领域许多学者开展了大量卓有成效的研究工作[2-7]，为智能包装方向的人才培养打下了坚实基础。

　　在新工科背景下，以智能包装的产业需求为导向对包装工程专业进行智能化改造，是包装工程专业由传统专业向新型工科专业转型的有效途径之一。在新工科建设过程中，天津商业大学包装工程专业先后承担了教育部首批“新工科”研究与实践项目《地方行业特色型高校工科人才创新创业能力模式研究》和天津市高校本科教学改革研究项目《“智能+”背景下包装工程一流专业建设与综合改革》。作者以天津商业大学包装工程专业新工科建设为契机，以智能包装的产业需求为导向，提出包装工程专业智能化改造的新方案，为包装工程专业 向新型工科专业转变提供了一个典型案例。

　　1智能包装发展现状

　　根据工作原理的不同，智能包装可以分为功能材料型智能包装、功能结构型智能包装和信息型智能包装3类[8-10]：功能材料型智能包装主要是在包装中使用新型材料的包装，利用包装材料的物理和化学特性使包装具有额外的感知和防护功能;功能结构型智能包装主要是通过包装结构和辅助材料布置的设计，使包装具有自动冷却、加热及加工等特殊功能;信息型智能包装是通过电子信息技术与包装技术的融合，使包装内含有产品生产、运输及储存等相关信息。与传统包装相比，智能包装具有明显的信息化、智能化特色，这对包装专业人才的培养提出了更高的要求。而包装工程专业现有的人才培养模式在培养智能包装人才方面存在以下不足。

　　1)培养目标定位于传统的包装技术，没有根据智能包装的特点对专业培养方向进行细化，毕业生的知识和能力无法满足产业界对定制化智能包装人才的迫切需求。2)课程内容较为陈旧，没有及时地更新和补充。智能包装所涉及到的智能材料、物联网、无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，RFID)等核心概念无法及时映射到教学中。3)缺乏智能包装相关的师资和实验教学资源。智能包装所涉及的学科领域多、知识的时效性强，凭借专业自身力量难以短时间内储备足够的师资和实验教学资源。

　　2包装工程专业智能化改造的总体思路

　　以天津商业大学包装工程专业新工科建设项目的开展为契机，以服务我国制造强国战略为主要方向，以推动智能包装发展为出发点，坚持立德树人的根本任务，依据新工科建设内涵和核心理念，在专业培养目标、课程体系、人才培养模式上进行改革和创新。总体思路如下：拓展专业内涵，细化专业方向，将智能包装的主要发展方向融入培养目标中，明确智能包装培养目标;围绕智能包装多学科交叉融合的知识体系，明确“智能+”复合型人才培养方向，构建智能包装模块化课程新体系;整合校内不同学科的实验教学资源，推进多学科协同的人才培养模式。

　　3包装工程专业智能化改造的具体措施

　　3.1明确智能包装培养目标

　　培养目标反映了高校专业人才培养的重点。包装工程专业现有的培养目标主要侧重于包装工程基础知识的掌握，主要包含包装设计及制造、包装材料与工艺、包装运输以及包装测试等。由于包装工程专业是典型的综合应用型专业，具有明显的多学科融合特点，这也导致了各高校包装工程专业培养方向的多样性[11]。

　　近年来，北京印刷学院、武汉大学、暨南大学、东北林业大学等许多包装院校相继探索培养智能包装方向本科人才，对包装工程专业理论课程体系进行了初步构建和探讨，增设了智能包装材料、印刷电子、包装物联网技术、包装射频识别技术等新课程，本文在借鉴兄弟院校教学改革的基础上，以继承与创新、交叉与融合为主要途径，修订人才培养目标，嵌入智能包装要素;制定符合专业改造升级新的人才培养方案和课程体系。

　　天津商业大学包装工程专业设于1985年，是全国首批设置包装工程的本科院校之一。经过30余年的建设，天津商业大学机械工程专业已经成为了中央与地方共建高校特色优势学科、天津市重点建设专业、天津市品牌专业，并入选了天津市一流本科专业建设点。根据新工科建设中现有学科转型的相关要求，在智能包装的行业需求的引导下，天津商业大学包装工程专业在结合本学院智能制造工程新工科专业建设情况，并与信息工程学院、理学院、生物食品与技术学院等学院相关专业进行充分的讨论和调研之后，明确了智能包装作为专业的重要培养目标之一。

　　天津商业大学包装工程专业的培养目标如下：面向智能包装产业需求，培养具有科学、工程、人文及商学素养，具备扎实的包装工程基础理论以及智能包装所需的信息及智能专业知识及实践技能，有较强实践能力和创新精神的复合型应用型创新创业人才。一是增加“具备包装与信息交叉融合专业知识及实践技能”的要求;二是增加“具有在包装行业等相关领域和技术体系内，较熟练进行与智能包装技术开发与应用相关的专业能力”要求。

　　3.2构建模块化综合化的智能包装专业课程体系

　　包装工程专业包括功能材料型智能包装、功能结构型智能和信息型智能包装3个专业方向。在保证包装工程专业学生具有扎实的包装基础知识前提下，根据智能包装所涉及的学科知识对原有专业课程进行调整和补充。

　　根据新工科课程体系建设中模块化的建设原则[12]，智能包装体系包含包装工程通用课程和智能包装专业课程2个模块，其中智能包装专业课程模块中又包含功能材料型智能包装、功能结构型智能包装以及信息型智能包装3个子模块。包装工程通用课程模块为包装工程专业学生的必选模块，而智能包装专业课程的子模块则根据所选专业方向进行选择。智能包装专业课程的3个子模块包含传统包装专业较少涉及的生物、信息、虚拟仿真等知识和技术，根据新工科课程体系建设中综合化的建设原则，其课程主要由本专业教师和天津商业大学理学院智能材料专业、信息学院自动化专业以及机械工程学院智能制造工程专业教师共同开发讲授。

　　3.2.1包装工程通用课程模块包装工程通用课程模块主要包括包装材料学、包装工艺学、包装机械、包装应用力学、包装装潢与造型设计以及运输包装与管理6门课程。这些课程为包装工程专业学生必须掌握的专业基础，也是深入学习智能包装专业课程模块的前提。由于包装工程通用课程模块中的课程都已经较为成熟，这里不再进行赘述。

　　3.2.2功能材料型智能包装子模块功能材料型智能包装子模块主要包括包装化学基础、智能包装材料、包装印刷技术、包装辅料及包装材料性能检测5门课程。

　　其中包装化学基础主要讲授与包装相关的高分子物理化学知识。而智能包装材料则主要讲授最新型的智能包装材料的原理和应用，例如生物酶及纳米材料等。包装印刷技术主要讲授纸类、塑料、陶瓷等典型材料印刷质量和工艺要求的分析。包装辅料主要讲授主体包装材料之外的一些辅助包装材料，如粘合剂、涂料和印刷油墨等。包装材料性能检测则是智能包装子模块重要的实验课程，主要讲授常见传统和智能包装材料的成型和性能检测技术。

　　3.2.3功能结构型智能包装子模块功能结构型智能包装子模块主要包括包装结构设计、瓦楞纸箱制造、智能包装结构设计案例、包装虚拟仿真技术、包装结构测试技术。其中包装结构设计主要讲授纸、塑料、玻璃、金属等材料在进行包装设计的原理和方法。瓦楞纸箱制造主要讲授瓦楞纸板、瓦楞纸箱及纸浆模塑制品的制造工艺。智能包装结构设计案例主要讲授新型智能包装结构的原理和设计方法。包装虚拟仿真技术主要是通过虚拟仿真软件对智能包装结构进行建模仿真和分析。包装结构测试技术主要讲授功能结构型智能包装的测试实验方法。

　　3.2.4信息型智能包装子模块信息型智能包装子模块主要包括包装自动化技术、包装物联网技术、包装RFID技术、印刷电子技术、包装信息检测与分析。其中包装自动化技术主要讲授包装自动化生产线的工作原理和设计方法。包装物联网技术主要讲授物联网技术的基本原理及在包装行业的应用。包装RFID技术主要讲授RFID的原理及在包装行业的应用。印刷电子技术主要讲授印刷技术和电子技术尤其是柔性电子技术的融合应用。包装信息检测与分析主要讲授包装生产、运输过程中产生的信息的处理技术。

　　3.3推进多学科协同的人才培养模式

　　包装工程专业建立在材料、机械、力学、艺术等多个学科基础之上，具有典型的多学科融合特点。智能包装更进一步将包装工程专业所涉及的知识进一步扩展到了信息、人工智能等领域。不同智能包装方向所需要知识和理论差别较大，仅仅包装工程专业自身难以短时间内储备足够的师资和实验实践资源。

　　因此天津商业大学包装工程专业在新工科建设过程中探索了多学科协同育人的人才培养模式。天津商业大学除了对包装工程专业这类传统专业进行智能化升级外，还建立了多个新生及新兴工科专业。例如理学院建立了智能材料与结构工程专业，信息学院建立了智能科学与技术专业，包装工程专业所在的机械工程学院建立了智能制造工程和新能源工程2个新工科专业。这些新工科专业在建设过程中储备的教师资源，成立的实验室的实验设备能够满足智能包装的相关需求。

　　包装工程专业与智能材料与工程专业协同建设功能材料型智能包装方向，包装工程专业与智能制造工程专业协同建设功能结构型智能包装方向，而包装工程专业与智能科学与技术专业协同建设信息型智能包装方向。多学科协同的人才培养模式主要有如下3种。

　　1)共同开发课程。智能包装专业课程模块中不少课程是由多个专业共同开发出的新课程。例如智能包装材料、包装物联网技术以及包装RFID等课程均是在智能材料与工程等专业原有的专业课的基础之上，通过融入智能包装的应用技术而产生的具有典型的新工科特点的课程。

　　2)共同讲授课程。对于多个专业共同开发的智能包装专业课程，也有多个专业的老师共同授课。其中合作专业教师主要讲授相关学科的基础，例如智能科学与技术的教师讲授物联网以及RFID技术的基础知识。而包装工程专业老师则主要讲解相关技术在智能包装领域的应用。

　　3)共建、共享实验室资源。智能材料与工程等新生和新兴工科在建设的过程中能够获得较为充足的经费进行实验室建设。天津商业大学包装工程专业通过与兄弟专业的协调和沟通，在其实验室建设过程中增加智能包装多个新课程的实验模块，共建了智能材料与包装以及智能制造与包装两个联合实验室。这些联合实验室的建立保证了智能包装材料、包装物联网技术以及包装RFID等课程的顺利开出。

　　4结语

　　智能包装是包装行业最具市场潜力的发展方向之一，包装行业需要大批复合型的智能包装专业人才。在新工科背景下，以智能包装的产业需求为导向，通过明确智能包装培养目标、构建模块化综合化智能包装专业课程体系、推进多学科协同的人才培养模式等方式，对天津商业大学包装工程专业进行智能化改造，从而为包装工程专业由传统专业向新型工科专业的转型升级做出了有益的探索。

　　参考文献：

　　[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1—6.

　　[2]王志伟.智能包装技术及应用[J].包装学报,2018,10(1):27—33.

　　[3]李祎,肖敦逸,吴岳忠,等.基于知识图谱的智能包装研究现状与发展趋势分析[J].包装工程,2021,42(19):243—253.

　　[4]邱晓红.国内外智能包装发展新动态[J].印刷杂志,2020(2):1—5.

　　[5]陈克复,陈广学.智能包装——发展现状、关键技术及应用前景[J].包装学报,2019,11(1):1—17.

　　[6]吴伟.全印制柔性应变传感器的原理与智能包装应用[J].包装工程,2020,41(11):156—164.

　　[7]李慧杰,谢思源,詹沾,等.微波辅助水热法制备TiO2及其在智能包装中的应用[J].包装学报,2017,9(2):30—38.

　　作者：常青，计宏伟，陈诚