科教融匯及思政育人新路徑

摘 要： 在前期研究基礎上，為食品包裝技術實驗課開設了明膠?淀粉復合膜制備和性能評估實驗，引入綠色包裝材料最新科研成果，緊貼社會熱點環境保護，結合食品專業多學科知識，涵蓋產品研發全過程，全方位滲透思想政治教育。實驗包括學生自行篩選復合膜配方、進行質量評估和數據分析、撰寫論文模式實驗報告。3 年的教學實踐表明，該課程設計創新性強、綜合性高、學生認可度高且教學成果豐富，能極大激發學生實驗興趣和培養正確思想價值。

關鍵詞：食品包裝技術；創新性實驗；科教融合；課程思政；明膠?淀粉復合膜

中圖分類號：S226；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）06-0133-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.06.023

0 引言

食品包裝技術和綠色包裝材料是現代食品工業的重要組成部分和研究熱點，是食品科學與工程、化學化工、材料科學工程等專業的必修課。但現有食品包裝技術實驗課內容較陳舊，與專業發展脫節較大。學生普遍認為課程枯燥無味，缺乏學習積極性和能動性[1]。

2019 年10 月，教育部發布《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》提出，推動科研反哺教學，強化科研育人功能，推動高校及時把最新科研成果轉化為教學內容，激發學生專業學習興趣。因此，引入本學科一些最新科研成果轉化為創新型實驗項目非常重要。在課程中融入思想政治教育，每個實驗階段加入相應的思政元素，構建全面覆蓋、互相支撐、全方面育人的課程體系，既能讓學生了解最新學科發展趨勢，培養科研能力和探究思維，又能潛移默化進行思政教育，引導學生形成正確的人生觀和價值觀，在時間有限的教學活動中實現知識德育雙豐收。

華南理工大學是一所以工見長、多學科協調發展的綜合性研究型大學。依托華南理工大學食品科學與工程學院優質科研資源和實驗條件，將國家自然科學基金研究成果淀粉相變進程中的智能調控及行為機制研究轉化為創新實驗項目明膠?淀粉復合膜制備和性能評估。課程內容豐富，安排合理，學生普遍表現出極大的參與度和積極性，取得良好教學效果。

1 實驗設計思路和安排

1.1 設計思路

近年來全球環境問題日趨嚴峻，人們環保意識不斷增強，對食品包裝安全要求不斷提高，對綠色環保包裝的研究逐漸增多。

明膠是膠原蛋白降解產物，具有良好生物相容性和降解性，是廣泛應用的高分子材料。淀粉是一種天然多糖，來源豐富、成本低廉、可降解和可再生，是新型包裝材料的主要組成基質[2]。課題組前期研究表明，兩者和增塑劑混合可制成高性能包裝材料[3]。

本課程在科研成果基礎上，結合食品化學、食品物性學、感官評價和質量管理等多學科知識，加入工匠精神和團隊合作等思政目標，以明膠?羥丙基淀粉復合膜研究開發為主線，設計了配方開發、質量檢測和數據分析3 個模塊[4]。課程涵蓋整個產品研發生產評價體系，使學生熟悉科研方法和流程。而每個模塊又有獨立性，任一模塊均可進行深入實驗教學和思政教育[5]。課程設計如表1 所示。

1.2 教學安排

學生自行組合，3～4 名學生為一個實驗小組，實驗前查閱文獻設計實驗方案。復合膜制作完需24 h 完全干燥后才能進行質量檢測，因此實驗課分兩次開設，總學時8～10 學時。第1 次課篩選明膠、羥丙基淀粉和甘油最佳混合配比并制備復合膜（4～5 學時）；第2 次課進行質量檢測，測定復合膜的感官指標和機械性能，觀察微觀形貌（4～5 學時）。課后統計分析實驗數據進行綜合評估并提交一份論文模式的實驗報告。要求學生掌握實驗設計方法，學會使用正交、繪圖、數據分析等各類軟件，能對結果進行分析和取舍。

2 原料與儀器

2.1 材料

羥丙基淀粉，杭州普羅星淀粉有限公司；明膠（180LB8），羅賽洛明膠有限公司；甘油，湖南爾康制藥股份有限公司。

2.2 儀器

INSTRON 5565 型拉伸壓縮材料實驗機， 美國INSTRON 公司；TLE204 型分析天平，美國METTLERTOLEDO 公司； Merlin 型掃描電鏡， 德國Carl ZeissAG 公司；DW-HL678 型?86 °C 超低溫冷凍儲存箱 ，長虹美菱股份有限公司；HWS-12 型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司；AM90 L-H 型數顯電動攪拌機，上海昂尼儀器儀表有限公司；DKN412C 型烘箱，重慶雅馬拓科技有限公司；塑料培養皿，海門市春博生物實驗器材廠。

3 試驗方法

3.1 復合膜制備

按不同配比稱取相應質量的明膠、羥丙基淀粉、甘油和純凈水放入燒杯中，80 °C 恒溫水浴以100 r/min的攪拌速度攪拌1 h，得到混合均勻的膠液。

將膠液均勻倒入塑料培養皿中，室溫下放置2 h 待膠液凝固成型后放入烘箱37 °C 烘干24 h，得到明膠?羥丙基淀粉復合膜，供后續分析使用。

3.2 單因素試驗

3.2.1 不同水添加量

固定甘油添加量30%、羥丙基淀粉添加量10%，以90%、110%、130% 和150% 水添加量為變量，按上述方法制備膠液，以流動性、黏度和是否分層為觀測指標，探究不同水添加量對制膜膠液的影響[6]。

3.2.2 不同甘油添加量

固定水添加量130%、羥丙基淀粉添加量10%，以10%、20%、30%、40% 和50% 甘油添加量為變量，制備及檢測同上。

3.2.3 不同羥丙基淀粉添加量

固定甘油添加量30%、水添加量130%，以10%、20%、30%、40% 和50% 淀粉添加量為變量，制備及檢測同上。

3.3 正交試驗

在單因素試驗基礎上，進行3 因素3 水平正交試驗，以水添加量、甘油添加量、淀粉添加量為試驗因素，制備1～9 號復合膜樣品，以拉伸強度為考察指標，研究明膠?淀粉復合膜的最佳配方。另制備純明膠膜作為10 號樣品[7]。

3.4 質量指標測定

3.4.1 感官

根據GB/T 28117—2011 進行外觀質量和異嗅測試，檢查是否有氣泡、折皺、異常氣味，測量厚度[8]。

3.4.2 機械性能

根據 GB/T 1040.3—2006，用拉伸壓縮實驗機測試彈性模量和最大拉力[9]。將膜裁成13 mm×2 mm 的長條， 設置拉力機初始夾距50 mm， 探頭移動速度100 mm/min。每組樣品重復測試5 次， 結果取平均值。

3.4.3 掃描電鏡

將樣品橫截面進行噴金處理，在高壓25 kV，束流5×10?9 mA，真空度13.33 Pa，工作距離15 mm 的條件下，用掃描電子顯微鏡放大1 000 倍，掃描觀察微觀形貌。

3.5 數據處理

采用Prism 和CAD 作圖，SPSS 進行數據統計與分析。

4 結果與分析

4.1 單因素試驗結果

4.1.1 不同水添加量

由表2 可知，當甘油添加量和羥丙基淀粉添加量固定時，水添加量90% 的膠液流動性差，黏度最高。隨著水添加量變大，膠液流動性變好，黏度降低。說明當水添加量不足時，羥丙基淀粉溶解不充分。選擇水添加量110%、130%、150% 進行正交試驗。

4.1.2 不同甘油添加量

由表3 可知，當水添加量和羥丙基淀粉添加量固定時，甘油添加量10% 時樣品膠液出現分層。當甘油添加量超過20% 時，樣品無分層，并且隨著甘油添加量增加樣品流動性增大。甘油添加量50% 時，樣品流動性最好，但黏度較低，溶液稀薄無法成膜。說明甘油添加量不足時，明膠與羥丙基淀粉之間缺少媒介無法充分相容。選擇甘油添加量20%、30%、40% 進行正交試驗。

4.1.3 不同羥丙基淀粉添加量

由表4 可知， 當甘油添加量和水添加量固定時，羥丙基淀粉添加量在30% 及以下時，樣品無分層；當羥丙基淀粉添加量40% 和50% 時，樣品出現分層。推測原因是因為明膠的溶解性比羥丙基淀粉好，當羥丙基淀粉添加量增大，兩者相互作用增大，互溶性質下降，出現分層。選擇羥丙基淀粉添加量10%、20%、30% 進行正交試驗。

4.2 正交試驗結果與分析

正交試驗因素水平和試驗結果如表5 所示。對水添加量A、甘油添加量B 和淀粉添加量C 極差R 值進行比較，3 個因素對明膠?淀粉復合膜拉伸應力的影響順序Cgt; Bgt; A。最優組合C1B3A2，即淀粉添加量10%、甘油添加量40% 和水添加量130%。

4.3 復合膜感官分析

10 個樣品均為淡黃色透明膜，無明顯氣泡，無多于產品總面積5% 的輕微間斷性折皺，無異常氣味，厚度0.151～0.300 mm，符合標準要求。

4.4 機械性能結果分析

由圖1 可知，6 號樣品的彈性模量最大，機械性能較好，與正交試驗結論相符。推測是適宜的增塑劑、水和淀粉比例，使淀粉和明膠結合更緊密，相容性更好。隨著水添加量和甘油添加量增加，淀粉糊化和增塑劑熔融程度提高，淀粉分子與明膠分子之間相互作用力增強，分子運動降低，因此復合膜的抗拉強度逐漸減小。采用SPSS 對試驗數據進行統計分析，不同樣品之間有較明顯差別，具有顯著性差異。說明之前處方設計中各指標設計合理，各樣本能夠拉開差異，學生操作容易成功，適合本科實驗課教學。

4.5 掃描電鏡分析

如圖2 所示，各樣品均為均一整體膜結構，未出現分層和未溶解顆粒，說明制備方法科學可行。樣品7 空泡最多，有大量孔隙，說明增加羥丙基淀粉和減少水分會降低內容物相容性，導致成膜效果不佳。樣品4 出現明顯的凹凸、褶皺，可能是水分含量較低，使得淀粉顆粒無法均勻的鑲嵌于明膠的三維網狀結構中。樣品6 微觀形貌最好，整體相對光滑致密，基本無凹陷，與機械性能試驗結果一致。各樣品微觀形貌差異較大，易于學生分析原因。

5 結束語

將科研成果轉化為創新實驗的教學模式，能讓學生接觸前沿熱點問題，拓寬科研視野。如何設計實驗、選用什么參考指標、檢測哪些質量項目，數據如何分析和處理，這些都需要學生自己查資料結合理論課知識來設計。課程開放度大，不確定因素多，在操作中經常會遇到失敗，學生要勇于面對挫折，積極樂觀地分析和解決問題[10]。同時強化思政教育，以潤物細無聲的方式，培養學生責任擔當、創新意識和環保理念[11]。

此類實驗項目和傳統實驗課比，實驗方案復雜、課時數長，對教師輔導要求高，儀器設備臺套數需求大，大型精密儀器使用多，對學生綜合知識和動手能力要求高，開設一個合適的實驗課程需要考慮的因素多，難度大。同時由于科研成果的直接接觸者或完成人中很多不是實驗教學一線教師，對前沿成果轉化為實驗內容尚不熟悉，如何將科研成果的亮點和課程教學大綱的知識點進行結合，如何細化科研成果在課堂中實現的形式、流程和教學方法，在轉化時都需要充分考慮[12]。

課后調研的多名學生均認為本實驗課貼合專業特點和學科特色，對自己動手制作這些與生活和應用密切相關的產品興趣度高，熱情度大。目前已有3 屆本科生開展相關實驗并在此基礎上拓展，申請大創、攀登計劃、百步梯等學生科技創新項目立項3 項，發表中文核心期刊論文3 篇，申請專利2 項，取得了可喜的教學成果。

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基金項目： 國家自然科學基金項目（22178124）；華南理工大學2022 年探索性實驗項目（C9226460）；華南理工大學本科教研教改項目（C9233120）