“木材干燥新技術(shù)”研究生課程教學改革研究

于建芳，王喜明，多化瓊

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 材料科學與藝術(shù)設(shè)計學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

引言

林業(yè)工程是實行學位制度后的首批具有碩士和博士學位的授權(quán)學科［1］。而“木材干燥新技術(shù)”課程是林業(yè)工程學科人才培養(yǎng)的一門專業(yè)選修課程，在專業(yè)課程體系中具有重要作用。課程知識點抽象、專業(yè)性強，具有明顯的行業(yè)特點。隨著企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，社會對人才提出了新要求，要求學生具有開發(fā)新產(chǎn)品、改進新工藝的創(chuàng)新能力。因此，必須開展課程教學改革，引導(dǎo)學生有意識地提出有探索價值的問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力或技術(shù)開發(fā)能力，達到預(yù)期教學效果和培養(yǎng)目標［2，3］。

一、課程的現(xiàn)狀和存在的問題

課程特點是基礎(chǔ)知識復(fù)雜，理論性強，涉及學科交叉的內(nèi)容較多，如木材干燥過程中的熱質(zhì)遷移、干燥應(yīng)力的產(chǎn)生和發(fā)展、干燥缺陷的產(chǎn)生和預(yù)防等內(nèi)容抽象不易理解，進而造成教師課堂授課難、學生學習積極性不高的問題。此外，課程內(nèi)容抽象、知識點多，學生研究方向不同、干燥基礎(chǔ)薄弱、缺乏創(chuàng)新意識，教學形式單一，這些都將課程教學過程限制于知識點的外延與拓展。傳統(tǒng)教學主要是根據(jù)教學大綱，以“教師講、學生聽”的形式授課，學生對知識的理解不深入、不能有效地吸收和轉(zhuǎn)化，在一定程度上影響了學生科研能力和水平的提升?？傊?，課程存在的主要問題是課程模式與“教為主導(dǎo)、學為主體”“拓寬研究生的前沿視野、激發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)科研能力”等培養(yǎng)要求有一定的差距［4］，所以對固有教學模式的改革勢在必行。針對研究生不同培養(yǎng)層次的特點和課程教學現(xiàn)狀，課程組提出拓展教學內(nèi)容、改進教學方法、豐富教學資源的課程改革方向。

二、課程改革思路

（一）拓展教學內(nèi)容

課程涵蓋的知識點較多、綜合性較強，而學生的干燥基礎(chǔ)差異較大，對課程的接受程度參差不齊。為達成研究生培養(yǎng)目標，課程改革需要打破傳統(tǒng)的章節(jié)教學，突破教學內(nèi)容純理論化、零碎化、分散化的弊端，根據(jù)教學內(nèi)容特點，結(jié)合學生實際學習需求，將教學內(nèi)容系統(tǒng)化分為不同模塊，包括基礎(chǔ)理論模塊、干燥新技術(shù)模塊，模塊內(nèi)容的獨立性和聯(lián)系性是設(shè)計重點，使學生的學習不再是零碎的、孤立的、繁雜的，而是系統(tǒng)的。

此外，隨著學科的發(fā)展，課程改革需要及時在相對固定的模塊化基礎(chǔ)內(nèi)容上增加木材干燥最新科研成果及最前沿的學術(shù)動態(tài)，不斷補充和更新教學內(nèi)容，促使學生更好地把握專業(yè)前沿動態(tài)，激發(fā)學生探索的積極性，培養(yǎng)學生敏銳的科學研究思想。因此，在教學過程中，教學內(nèi)容不僅包含木材干燥基礎(chǔ)知識模塊，還要介紹學科最前沿的發(fā)展動態(tài)，如將木材內(nèi)部水分含量、狀態(tài)和分布的表征、精準干燥技術(shù)、綠色節(jié)能干燥技術(shù)等研究熱點融入教學，拓寬學生的專業(yè)視野。

（二）改進教學方法

在講授不同教學內(nèi)容時，教師要采取科學合理的教學方法突破教學重點和難點，提高教學效果。

本課程內(nèi)容較為抽象，對此針對不同基礎(chǔ)理論模塊和工藝技術(shù)模塊，采用可視化教學方法，如制作動畫、錄制視頻、現(xiàn)場教學等，極大地增強了學生的感官認識，使抽象難以理解的內(nèi)容形象化。

課程的基礎(chǔ)是木材干燥學，但由于選修該課程的學生本科專業(yè)背景多樣，部分學生沒有學習過木材干燥學相關(guān)課程，缺乏木材干燥基礎(chǔ)知識，難以開展系統(tǒng)學習。因此課程采用參與式教學方式，使所有學生參與到教學過程中，變被動學習為主動學習，這樣有利于知識的整合與思維的碰撞。在教師的指導(dǎo)下，學生通過討論學習，可以快速更正知識誤區(qū)、更新知識體系［5］。

科研成果可以支撐理論知識，避免理論知識和學術(shù)研究內(nèi)容脫節(jié)。針對學生創(chuàng)新意識薄弱、理論聯(lián)系實際能力欠缺等問題，課程采用了課堂教學與科學研究相結(jié)合的教學方法。在教學過程中，教師根據(jù)教學目標融合教學內(nèi)容與最新研究成果，激發(fā)學生的問題意識，引導(dǎo)學生盡早進入科研狀態(tài)。

（三）豐富教學資源

豐富的教學資源對提高教學效果、提升學生創(chuàng)新能力具有重要作用。教學資源主要包括教學課件、教學錄像、教學音頻、動畫視頻、教學文獻資料等形式，課程改革主要借助信息平臺，模塊化顯示教學資源。

三、課程建設(shè)改革方案實施

（一）教學內(nèi)容的模塊化

課程教學內(nèi)容包括兩大模塊（基礎(chǔ)理論模塊和應(yīng)用技術(shù)模塊）及若干小模塊。在模塊化教學中，隨時更新研究動態(tài)。

鋸材干燥是木材干燥領(lǐng)域的主要研究對象，但是隨著我國人工速生木材改性技術(shù)的深入與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，浸漬改性影響了木材孔隙結(jié)構(gòu)特征、木材水分關(guān)系變化。同時，為實現(xiàn)木材高效利用和優(yōu)質(zhì)林木選育，采用基因工程技術(shù)調(diào)節(jié)木材細胞壁的組分結(jié)構(gòu)，這樣就影響了木材細胞的微觀結(jié)構(gòu)，影響了干燥過程中木材內(nèi)部水分的遷移和分布。這些新技術(shù)給干燥帶來了新的問題與挑戰(zhàn)［6］。監(jiān)測、預(yù)測鋸材或改性材干燥過程中水分、應(yīng)力應(yīng)變、干燥缺陷對熱濕條件的即時響應(yīng)技術(shù)一直是研究熱點，利用雙能X射線計算機斷層掃描儀和低場核磁共振分析儀監(jiān)測水分剖面分布動態(tài)變化、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測干燥應(yīng)變、運用可編程控制器調(diào)控干縮應(yīng)力、通過木材開裂監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)干燥過程中木材裂紋演變的在線可視化［7-10］等研究對質(zhì)量控制、能效提升，實現(xiàn)綠色節(jié)能干燥至關(guān)重要。因此在教學內(nèi)容的干燥基礎(chǔ)理論模塊增加了監(jiān)測和控制內(nèi)容。

目前木材干燥主要以常規(guī)干燥為主，但是隨著干燥工業(yè)的發(fā)展，特種干燥方法和多種干燥技術(shù)協(xié)同運用的方法將是干燥技術(shù)研究的重要發(fā)展方向。比如太陽能-熱泵聯(lián)合干燥、常規(guī)-除濕聯(lián)合干燥、微壓自排過熱蒸汽干燥、難干闊葉材高效干燥與尺寸定型一體化處理技術(shù)等，這些研究和技術(shù)在能耗與效率等方面的優(yōu)勢備受關(guān)注［6］。除了節(jié)能降耗要求，綠色環(huán)保也是干燥領(lǐng)域今后重點解決的問題，干燥尾氣中有機揮發(fā)物的收集與處理技術(shù)研究正引起行業(yè)的高度重視。所以教學內(nèi)容的干燥應(yīng)用技術(shù)模塊補充了高效、綠色、節(jié)能干燥新技術(shù)內(nèi)容和改性材的干燥技術(shù)內(nèi)容。

（二）教學方法的多樣化

適宜的教學方法有助于研究生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學過程中要根據(jù)教學大綱和培養(yǎng)目標，不斷更新教學手段。課程的主體教學方法是多媒體教學，課前推送預(yù)習用教學課件，大大提高了課堂效率。課程針對不同的模塊化教學內(nèi)容綜合運用可視化教學、參與式教學和結(jié)合式教學等，將教學過程形象化，使復(fù)雜的干燥問題簡單化。

1.可視化教學方法?？梢暬虒W分為現(xiàn)場教學和視頻教學。學院實驗室和實訓(xùn)中心的現(xiàn)場教學可以實現(xiàn)現(xiàn)場參觀和模擬工藝控制操作，幫助學生認知設(shè)備特性、方法和工藝。視頻教學主要包括兩部分，一是錄制企業(yè)實際干燥過程及其控制，二是制作動畫資源展示抽象的木材干燥原理，利用仿真模擬方式展示干燥方法及工藝過程，實現(xiàn)干燥過程中無法看到的干燥室內(nèi)部運行情況。

2.參與式教學方法。作為一門專業(yè)選修課程，雖然選課學生的專業(yè)背景差異較大，學科多元、知識儲備和綜合能力多樣，但學生選修目的是為科研工作服務(wù)，故有很強的需求性和導(dǎo)向性。鑒于大多一年級學生還不適應(yīng)研究生學習模式，缺乏問題意識和質(zhì)疑精神，學習主動性不強，在教學改革中，改變了以往以教師為主的模式，增加了小組討論、課堂提問、師生互動等方式，調(diào)動學生積極主動地參與教學環(huán)節(jié)，成為課堂主體。教師在課前充分了解學生的研究方向，通過綜合分析，實時調(diào)節(jié)模塊化教學內(nèi)容，結(jié)合學生的研究方向針對性地設(shè)置小組討論論題和課堂提問問題。學生根據(jù)教師布置的主題與推薦的經(jīng)典文獻，追蹤和閱讀文獻，了解專題最新前沿動態(tài)，課中小組討論匯報，師生共同點評，課后學生通過教師輔導(dǎo)完善，使內(nèi)容得到延展。這種參與式教學方式最大限度地發(fā)揮了學生自主學習、合作學習、探究學習的能力［11］，有利于教學相長。

3.結(jié)合式教學方法?？蒲谐晒梢灾卫碚撝R，避免理論知識和學術(shù)研究脫節(jié)。課堂教學與科學研究相結(jié)合的教學模式是發(fā)揮科研對教學反哺作用的有效方式，有助于提高教學質(zhì)量和學生的科學素養(yǎng)［12］。木材干燥過程中多場耦合下內(nèi)部水分的遷移過程是干燥中抽象化的知識體系，為了突破這一教學難點，課程組制作了水分遷移的演示動畫，同時結(jié)合最新的學術(shù)研究，利用低場核磁共振技術(shù)及核磁共振成像技術(shù)實現(xiàn)了干燥過程中不同水分狀態(tài)的可視化，輔助學生更好地認知木材中的水分，更好地理解與干燥速度和干燥質(zhì)量相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識。但是目前水分研究主要集中在木材宏觀結(jié)構(gòu)中的水分含量、狀態(tài)和分布表征，還沒有深入到木材微觀構(gòu)造中水分的定量時空演變及分子結(jié)構(gòu)解析［6］。這樣的教學有利于調(diào)動學生的科研興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。此外，課程組還圍繞教學所需，開展了一系列科學研究，形成了一系列科研成果。如圍繞木材干燥的節(jié)能技術(shù)，課程組主持完成了國家重點研發(fā)課題“松木鋸材高溫綠色節(jié)能干燥技術(shù)研究”、主持制定了地方標準《鋸材干燥節(jié)能技術(shù)規(guī)范》、參與制定了行業(yè)標準《鋸材高溫干燥工藝規(guī)程》；圍繞木材干燥尾氣處理，課程組主持制定了團體標準“木材干燥尾氣揮發(fā)性有機氣體（VOCs）取樣和檢測方法”，并獲批專利“一種用于吸附木材干燥過程所釋放VOCs的Ce-MOFs材料及使用方法”等多件。這些科研成果有助于培養(yǎng)學生的綜合運用和分析能力，對學生創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)有促進作用。

（三）教學資源的多元化

針對課程性質(zhì)和研究生培養(yǎng)方案，首要的是建立了系統(tǒng)的木材干燥理論與新技術(shù)知識體系，形成完整的教學課件。其次，利用課程組多年的生產(chǎn)實踐、科研、教學過程，收集了大量的相關(guān)文字、圖片、實體企業(yè)木材干燥工藝生產(chǎn)視頻，制作了水分遷移過程和缺陷產(chǎn)生過程等動畫視頻資料。木材干燥是涉及多學科領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)學科，任何一個學科的突破，都會給木材干燥領(lǐng)域帶來巨大的發(fā)展。在研究生教學中，把握前沿領(lǐng)域進展、關(guān)注交叉學科領(lǐng)域、拓寬研究生知識視野，是研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在教學資源建設(shè)中，關(guān)注學科發(fā)展動態(tài)、跟蹤關(guān)鍵前沿技術(shù)，追蹤凝練與課程教學相關(guān)的前沿研究成果，對課程資源進行及時增補。如NMR、CT、X射線掃描、顯微紅外光譜等在木材水分研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

結(jié)語

林業(yè)工程學科始終致力于培養(yǎng)掌握本領(lǐng)域?qū)W術(shù)前沿，具備堅實的工程基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的林業(yè)工程專業(yè)知識，具有在本學科某一領(lǐng)域開展科學研究或技術(shù)開發(fā)能力的高級專門人才。因此，“木材干燥新技術(shù)”課程教學與改革對林業(yè)工程專業(yè)研究生知識掌握、能力提高和科學素養(yǎng)培養(yǎng)具有重要作用。本文分析了“木材干燥新技術(shù)”課程現(xiàn)狀和目前教學方面存在的問題，并從教學內(nèi)容、教學方法和教學資源等方面對教學改革進行了闡述，為該課程此后的發(fā)展及其他相關(guān)課程的建設(shè)提供了參考。

（其他作者：王哲、賀勤）