一 前言

在传统的工科教育模式下，企业对人才的需求与高校大学生的培养质量之间存在巨大的鸿沟。新工科的一个重要作用就是打破高校单向培养模式的局限性，凝聚社会优质教育资源，寻求多方协同育人模式，以培养具有创新实践能力的应用型人才。2017年4月8日，教育部组织60余所高校在天津大学召开新工科建设研讨会，提出了新工科的建设目标：2020年探索形成新工科建设模式，主动适应新技术、新产业、新经济发展；到2030年，形成中国特色、世界一流工程教育体系，有力支撑国家创新发展；到2050年，形成领跑全球工程教育的中国模式，建成工程教育强国，成为世界工程创新中心和人才高地。中共中央、国务院印发《国家创新驱动发展战略纲要》,提出到2020年进入创新型国家行列、2030年跻身创新型国家前列、到2050年建成世界科技创新强国。

新工科的建设需要一系列先进的研究手段及先进工程技术方法做支撑，近年来仿真分析技术在许多行业的新产品开发与设计中的作用越来越突出。2015年教育部批准了100个国家级虚拟仿真实验教学中心。地方政府也认识到了仿真分析技术在高校教学中的作用，2016年湖南省有28个省级虚拟仿真实验教学中心立项。仿真分析技术已成为国内高校机械、土木、汽车等相关专业本科必修课程。

包装工程专业目标是培养掌握包装工程基础理论，擅长现代包装设计与包装技术应用的人才。仿真分析技术在包装行业的应用近些年已得到了行业专家的重视。如王志伟、卢福德等对典型包装材料的性能进行了仿真分析[1,2]。本文作者对LS-DYNA软件的DTM分析模块的跌落仿真分析精度进行了研究[3]。孟令伟等将计算机仿真软件作为物流运输包装课程教学中的一个模块，提高了包装工程专业学生的计算机软件应用能力和创新能力[4]。于志彬提出以计算机虚拟技术和网络为基础的运输包装教学模式[5]。据2016年12月2日统计，从1993年开始，在国内包装行业权威期刊《包装工程》发表的论文中，以有限元为主要分析手段的研究论文增速迅猛（如图1）。这说明有限元分析技术已成为包装行业研究与开发的重要技术手段之一。同时，国内包装行业龙头企业对包装制品的仿真优化设计、包装系统的仿真分析技术提出了迫切需求。当前，传统的包装工程专业教学体系已不能满足包装行业对创新型人才的需求[6]-[10]。由于有限元分析技术在包装行业的应用尚处于起步阶段，相关教学资源的整合还不够系统，因此急需包装技术院校整合师资力量进行建设。

图1 《包装工程》有限元相关论文数量趋势图

二 传统包装工程教学中存在的问题

在传统的教学体系中，包装工程专业的教学方法主要由理论教学、实验与课程设计构成，仿真分析教学内容很少涉及，总体教学效果不够理想。主要存在以下问题：

实验课开出率不能保证。受实验条件的制约，以往的教学体系常出现实验无法开出的问题，难以实现专业教学目标。如《包装容器结构设计与制造》的金属包装容器部分，由于缺乏相应的实验装置，金属桶及金属罐的成型工艺实验模块一直没有开设，许多学生不理解金属容器中的弧面结构、箍筋结构等是如何成型的，以及这些结构对提高容器强度、减少材料使用方面的作用。

理论教学效果不够理想。对于工科专业学生，《动力学》都是比较难的课程。《包装动力学》涉及到产品、易损件及衬垫系统的多自由度动力学模型，如果考虑到运输车辆，则模型还要复杂。多自由度模型的响应受到阻尼、质量、弹簧刚度的影响，这部分对应的内容理论性强，消耗学时多，单纯讲解动力学理论，学生不容易理解和消化，教学效果不够理想。

包装设计体系不够完善。包装制品涉及到塑料、纸、金属、木材、陶瓷、玻璃等材料，为了提高材料的使用效率，这些包装材料还要进一步加工成复杂的阵列式薄壁结构（如蜂窝结构或瓦楞结构等）、腔型结构（如瓶、罐等）及框架结构（如框架木箱）。这些材料及结构的性能、承载及破损机理差别很大，目前包装设计理论还不够成熟，包装设计体系不够完善。包装设计教学单纯采取理论设计及实验的方法，制约了学生设计能力的发挥。包装工程属于小专业，有限元技术应用的时间比较短，师资力量不够集中，教材方面的建设比较缺乏，目前包装工程专业还没有专用的教材出版。目前机械类、力学类、土木工程专业已将有限元分析技术作为必修课程，用于专业教学的教材及工具书也比较丰富。