木材科学与工程专业理论课程教学改革的探讨——以“木材保护与改性”课程为例

于丽丽 朱礼智 马晓军

(天津科技大学轻工科学与工程学院，天津 300222)

一、木材科学与工程专业理论课程教学特点

木材科学与工程专业是运用机械或物理、化学的方法，加工和处理木材，提高木材的附加值，制成能够保持木材基本特征的制品的加工工业。它包括制材、木材干燥、木材防腐、木材改性、木制品加工、家具制造、人造板制造、人造板表面装饰、人造板功能性加工、室内装饰、软禁制造、竹藤加工等多个研究领域[1]。木材科学与工程专业的很多专业课程理论性较强，又兼具实践性特点，并且相关专业领域的新技术、新方法更新速度较快。为提高学生专业理论课程的课堂学习效果，笔者结合自身教学实践，以“木材保护与改性”课程为例，从教学主题引入、教学内容设计、教学手段运用等方面，探讨如何运用丰富的课堂教学资源，提高学生在课堂学习中的学习兴趣及学习积极性，以期为木材科学与工程专业其他相关理论课程提供借鉴。

二、“木材保护与改性”课程教学存在的问题

“木材保护与改性”课程涉及的主要教学内容，如木材防腐、木材防虫、木材阻燃、木材尺寸稳定化、木材强化、木材软化与弯曲、木材漂白与染色等，均具有较强的专业性、理论性和实践性[2]。而在传统的课堂教学过程中，普遍存在一系列问题。

(一)教学内容设计不合理

教师在组织课堂教学过程中，更多地注重“量”的给予，保证可以讲够一堂课，却忽视了“质”的保证。经常可以看到这样的现象：教师在讲台上滔滔不绝，学生在下面恹恹欲睡有之、交头接耳有之、摆弄手机有之……为什么无法将学生们的注意力转移到课堂中来？笔者认为，其中最主要的一个原因还是教学内容设计不合理，不能很好地吸引学生进行主动学习。而要实现教学内容“量”和“质”的统一，教学内容的合理设计至关重要，如何将课程内容以一种“吸引人”的方式呈现在课堂之上，如何整合教学资源，使其更能引起学生的共鸣和思考，如何将教学内容的重点突出出来，而非眉毛胡子一把抓，这些教学内容的设计都直接关系到课堂教学效果，也是将课程从“水课”转变为“金课”的基本前提。

(二)教学方式方法缺乏创新

传统课堂教学中普遍采取教师主导教学、学生被动学习的授课模式，这种“满堂灌”“填鸭式”的教学方式，虽然可以保证在课堂时间内讲授大量的专业知识，但却忽视了学习主体——学生。对学生而言，专业课本身理论性、实践性比较强，一味采用这种传统的授课方式，学生短时间内很难较好地理解这些专业知识理论，会感觉内容非常枯燥、抽象，从而直接导致了学生普遍存在学习兴趣不高、注意力不集中、课堂低头现象明显等一系列问题的出现。因此，在专业理论课的课堂教学中，亟需对传统的教学方式、方法进行改革与创新，结合新时代大学生的学习特点，以及现今愈发普及的互联网教学这一新兴模式，探索出一条适合当代大学生进行有效课堂学习的新模式。

(三)教学手段和条件落后

随着时代的变迁，我们的学生主体已经迎来了千禧一代。面对这一代生活在科技社会快速发展大背景下的学生，教师如果再单纯地采取传统的教学手段，如一味靠板书、课堂讲解这种单一模式进行教学，注定无法打动学生。如何更好地利用现代化、信息化的教学技术，使之与传统教学手段有机结合，从而更好地为学生提供理想、满意的教学条件，这也是现今教师们面对的一大科研课题。这就要求教师必须注重自身素养的不断提高，主动学习新的教学技术，更好地掌握新型教学手段，使课堂教学推陈出新，与时俱进。

三、“木材保护与改性”课程理论教学改进的做法

(一)认真撰写课前备课教案

在专业理论课的实际教学过程中，很多教师习惯重教材、轻教案，将教材内容直接编排成多媒体课件，作为主要的课堂教学内容。实际上，编写教案的过程，是教师对教学内容进行设计、斟酌的过程，没有这个过程，教师是不可能自信地站在课堂上，组织起一堂内容生动、丰富的理论教学的。一份优质教案的诞生，绝对不是一蹴而就的，它是经过反复实践、不断改进才形成的，它对合理组织课堂教学内容具有提纲挈领的作用。在备课和教学设计阶段，教案的编写应当从学生的角度出发，把教学的重心放在如何设计安排教学内容，保证学生的学习效果上。为此，教案的内容应该从以下两个方面进行设计。

一是教案内容按照课堂教学实际情况进行编排，确保内容紧凑、有序，教学重点突出。这就要求教案内容在设计过程中要按照学生的思维习惯，将授课内容按照严密的逻辑性，预先编排成几个具有“故事”情节的片段。如在介绍“木材的燃烧和热解过程”这一章节时，可以按照每节课45分钟的教学时间，规划出4个主要知识点：木材的燃烧过程、木材的燃烧条件、木材燃烧影响因素、木材的热解过程，其中，“木材的燃烧过程”和“木材的热解过程”为本节课的重点内容。按照知识点的分布，需要合理分配课堂时间，突出重点内容。

二是教案设计过程中，要做到时刻关注学生的学习兴趣，将不同知识点有机地串联起来。这就要求在制定教学计划时，需要精心设计课堂教学过程中师生的互动话题，准备与教学内容相关的拓展知识，丰富课堂教学内容。如在开始讲述“木材的燃烧和热解过程”之前，可以利用一些木质材料发生火灾的图片或是案例，引起学生对“木材燃烧过程及热解过程”进行认知的兴趣。在介绍每个知识点之前，可以有针对性地提出一两个问题引起学生思考，如由“木质材料为什么会发生火灾”引出“木材的燃烧过程”；由“从木质材料的燃烧过程可以发现引起木材燃烧需要的几个必要条件”引出同学们参与分析讨论“木材的燃烧条件”；由“哪些因素会影响木材的燃烧强度”引出“木材燃烧影响因素”；由“木材在燃烧过程中发生了哪些变化”引出“木材的热解过程”。类似这样循序渐进式的教学环节设计，将一节单纯的理论课程转变成一个富有情节的故事。

其实，之所以强调在课前重视撰写备课教案这一环节，是因为在实际课堂教学实践中，纸质的内容可以一跃成为课堂上的“腹案”，可以有效地将教案内容完全融汇在教师头脑里，成竹在胸，从而游刃有余地进行教学，随着课堂的动态发展随机应变。另外，通过撰写教案还可以重新对课堂教学过程进行审视、反思和提升，如：课前设计的教学步骤是否合理；教学目的是否达到；课堂上有什么意外情况，其原因是什么，该如何解决，有哪些教训、哪些经验等。在此基础上，又可以对教学环节中存在问题的环节及时进行相应的改进，这个过程既完善了教学质量，又实现了一次自我提升[3]。

(二)以实际案例引入教学主题

作为课程的引入环节，首要任务是考虑如何引发学生思维中的兴奋点。俗话说“万事开头难”“好的开始是成功的一半”，在正式授课前，如何引起学生对教学内容的关注，将起到事半功倍的作用。笔者在教学实践中发现，将应用理论技术与生活中常见的现象或实例联系起来，引出要讲授的内容，更容易引起学生的共鸣，从而激发学生想要去弄明白“为什么会发生”或“如何去解决”的求知欲。以“木材阻燃”这一章节为例，在正式讲授木材阻燃技术之前，可以将我们听过或是看过的木质材料引起重大火灾的案例以图片或视频的方式呈现给学生，如2019年11月日本冲绳那霸市首里城三层木造正殿被烧毁、2019年4月法国巴黎圣母院拥有852年历史的木质中轴塔在火灾中倒塌、2014年云南丽江古城发生的大火烧毁民房107间等。借助这些震惊世界的案例，引出这节课的主题：“为什么木质材料要进行阻燃处理”。又如“木材软化与弯曲”这一章节，课程内容涉及到木材软化机理及技术一系列理论知识，如何找到学生们的关注点呢？我们不妨先让学生们欣赏弯曲木家具的经典作品，进而抛出问题：“弯曲木家具中的木材为什么没有折断”，引发学生们思考，从而更有兴趣去了解木材是如何实现弯曲的。

(三)合理安排课堂教学内容

木材科学与工程专业理论课程大多数都属于应用理论性质的课程，其内容既包括一系列与木材应用相关的技术方法，又包括理论性较强的作用机理、重要理论、概念等，因此，只有科学、合理地安排、设计教学内容，才能提高教学水平和教学质量，激发学生对课程的兴趣爱好。在总结前人经验的基础上，笔者结合自己的教学实践，对课堂教学内容进行了优化调整。

对木材科学与工程专业的理论课程而言，每节课堂教学均包含诸多的知识点，为了加深学生对本节课教学内容的认识，在教学过程中就要避免流水账式地平铺展开。作为高校课堂的主导者，教师的角色不能仍局限于“填鸭式”“满堂灌”的执行者，而更应该成为课程学习的引路人。这就意味着，教师应当将45分钟的课堂教学进行合理、有效的规划，使得课堂教学的成果不仅仅局限于45分钟的内容，教师的课堂教学更接近于起到“抛砖引玉”的作用。

为此，教学内容在设计、安排时，一方面要突出重点、难点，在课堂教学过程中，有针对性地进行讲解及讨论。而一些非重点、难点内容可以一带而过，甚至可以作为学生的自学内容。另一方面，针对教材中出现的一些工艺、技术、方法，应在介绍教材知识的基础上，指导学生在课下利用网络、书籍、期刊等资源进行前沿知识的学习。以“木材防腐剂”一节为例，在曹金珍教授主编的《木材保护与改性》[2]教材中，木材防腐剂主要包括油类防腐剂、油载型防腐剂、水载型防腐剂三大类。在课堂教学过程中，就需要按照这些防腐剂在当前木材防腐市场中的实际应用程度，进行主次内容的设计。其中，水载型防腐剂应用最为广泛，是目前木材防腐的主流品种。因此，在课堂上需要将水载型防腐剂作为重点内容进行介绍，包括含砷或(和)铬的水载型防腐剂、含其他金属元素的水载型防腐剂、不含金属元素的水载型防腐剂这三个典型品种，以及他们各自的特点、应用范围、处理方法、改性工艺等。在这些内容中又需要进一步突出重点，如侧重于介绍目前应用最广泛的后两个系列中的典型品种，如氨/胺溶季铵铜(ACQ)、铜唑(CA)微化铜木材防腐剂、无机硼及一些主要的有机防腐剂等，而不需要对所有品种均进行详细介绍。而其他木材防腐剂由于应用较少或应用受限，只需介绍其特点、应用范围及常用的品种即可。

木材防腐剂的研发一直是木材保护与改性行业中最重要的环节之一，新品种不断涌现。因此，课堂教学中需要指导学生有针对性地去了解木材防腐剂最新的改性研究成果，如新型防腐剂配方、新出现的主流防腐剂的改性工艺等，并引导学生利用多种渠道获取相关知识，如数据库中最新发表的中英文论文、各大中外企业网站、新近召开的与木材保护与改性相关的国内外会议出版的论文集等。

对应用理论性质的课程，教学内容的安排既要体现知识的全面性、技术理论的深度，又要保证内容的时效性。因此，需要在安排、设计教学内容时具有全局统筹规划的视野，既要围绕教材突出重点、难点，又要与行业发展相结合，引导学生接触最新的行业前沿知识，拓展视野，提高专业技术能力。

(四)创新教学方式

1.引入智慧教学方式

随着电子计算机和互联网络的普及应用，以多媒体和网络为标志的信息技术已经融入木材科学与工程专业理论教学改革之中，推动了传统课堂向数字化、智能化课堂发展。作为近几年高校课堂改革的重要成果之一，在“互联网+”的大背景下，智慧教学进入了快速发展阶段。国内涌现出“雨课堂”“蓝墨云”等智慧教学工具，而国外的高等教育智慧教学改革主要有2001年开启的OCW计划(open course ware)、2008年的flipped classroom以及2012年的MOOC platform[4]。这种教学模式改变了过去以教师为中心、以应试为基础、以逻辑为载体、以知识为本位、学生被动学习的现象，代之以学生为主体、以素质为基础、以任务为载体、以能力为目标、以教师为主导的教学观念[5]。以清华大学与“学堂在线”联合推出的“雨课堂”为例，它可以实现课前教学内容推送、课上实时答题、多屏互动、答疑弹幕、大数据分析等多种功能。这种基于PPT和微信构建的混合式教学模式，打破了时间和空间的限制，使整个教学过程有课前延伸、课中强化和课后巩固，以“95后”大学生最熟悉最感兴趣的教学方法，充分利用学生零散化、碎片化时间进行教学，有效弥补学生基础薄弱、对专业基础课兴趣低的欠缺，让手机从“低头的工具”变成了“抬头的利器”。因此，可以预见，在木材科学与工程专业理论课的教学中，智慧教学将是今后极其重要的教学手段之一。

2.鼓励学生进行多种形式的自学

前面我们提到在教学内容安排过程中，应当积极引导学生接触前沿知识，这包括在课下积极引导学生参加各种专业实践，以及广泛利用各种资源，查阅最新研究成果等。在此基础上，为了考察学生的自学及实践效果，可以不定期地在课堂中以专题形式组织小组讨论，或是让学生针对某个主题制作PPT课件进行展示，以此了解学生查阅文献资料、分析行业发展动态、研究方向和趋势，以及是否熟悉高新技术的应用前景等情况。这不仅可以使学生在获取前沿知识方面更加积极主动，还可为今后的工作或研究打下良好的基础。同时辅助以贴合教材内容的专业实践，在每部分木材改性技术授课后，组织学生参观一两家具有代表性的企业，如木材防腐、木材阻燃、木材染色等相关的企业，若条件不允许，也可以通过观看视频的方式了解企业生产的相关情况。参观或观看视频后，在课堂上结合专业实践进行分组讨论或是进行PPT课件汇报。最新研究成果的专题汇报则可以不同的主题进行课堂PPT课件展示。将学生进行分组，以小组的形式汇报相关主题的最新研究成果及今后的发展趋势。

(五)丰富教学手段

多媒体的出现是课堂教学手段的一次重大变革，既有效地提高了教学效率，又极大地丰富了教学内容，使教师从繁杂的板书中解脱出来，不仅可以在课堂中将更多知识传递给学生，而且还可以通过丰富的图片、视频、图表、动画链接等方式，使课堂内容更加生动。但是，一味依赖多媒体课件的演示，也容易造成教学进度过快、学生印象不深刻、教学内容过多等问题。所以，在课堂中，板书仍然是不能完全抛弃的教学手段。实践证明，板书的设计是课堂教学过程中一个非常重要的环节。通过板书可以构建起课堂教学的骨架结构，使学生对教学内容更好地进行整体把握；可以为师生提供更多的交流机会，使学生对每一个教学片断有更深刻的印象，也为学生及时进行教学内容的思考及记录提供了缓冲时间。所以，在课堂教学中，应当充分发挥多媒体与板书的优势，将二者完美地结合起来，从而可以更有效地保证课堂教学效果。建议教师在教学过程中以学生为主体，根据学生的反应控制好多媒体教学节奏。如在教学过程中发现大部分同学跟不上时，要适当放慢速度，多提问、多去和同学们交流，了解哪个环节有问题；当发现学生对教学内容表现出“不耐烦”的态度时，应适当加快速度。另外，在适度使用多媒体的同时，有必要将课堂重要知识点或关键词写在黑板上，帮助学生弄清楚这堂课需要掌握的知识[6]。

四、“木材保护与改性”课程理论教学改革的成效

(一)提高了学生专业学习效果

笔者对采用这种全方位改进后的教学方式进行“木材保护与改性”学习的2016级木材科学与工程专业学生做了一下教学效果调查评价，结果表明，通过采用这种以学生为主体的全方位教学模式，可以真正地将“教”与“学”有机地联系在一起，使课堂教学氛围活跃起来，学生变成课堂的参与者而不是旁听者。学生课堂角色的转变，同时伴随着学习效果质的改变。有将近94%的同学认为，专业理论课程内容的趣味性明显提高，不再是印象中的枯燥、乏味，学习内容激发出的学习兴趣可以促使学生们更主动、更好地掌握、运用专业知识。92%的学生认可这种灵活的授课方式，将近90%的学生认为在新的学习方式下，可以有效提高其自主学习能力。而高达95%的同学更喜欢这种授课方式下师生良好的沟通、表达途径，如弹幕、投稿这些智慧教学方式的运用，使学生们更容易与老师进行教学互动，这也进一步提高了学生的专业学习兴趣和自主学习能力。

(二)增强了学生专业创新能力

教学方式的改革，不仅改善了学生专业理论知识的学习效果，而且增强了学生的专业创新能力。学生通过专业课程的学习，有效地锻炼了自主查阅文献的能力，激发了学生进行深入学习及进行科学研究的兴趣，培养了学生的创新意识与创新能力。以2016级学生为例，基于“木材保护与改性”课程的学习，有12名学生分别申请到了国家级、省级创新创业训练项目，5名同学申请到了学校实验室开放创新基金研究项目；另有数名学生，将木材保护与改性相关研究课题作为毕业设计课题。可见，通过这种全方位的教学方式改革，可以充分调动学生专业学习的积极性和主观能动性，不仅可以加深学生对基础理论知识的理解，而且更重要的是，可以培养学生的专业创新能力，更好地将专业理论知识转化为专业实践能力。

木材科学与工程专业本科阶段开设的专业理论课程多以课堂教学为主。为了更好地发挥理论课程的作用，专业课教师需要在教学实践中，时刻做到以学生为本，一切从学生角度出发，不断创新、改革教学方法，积极学习、掌握新兴的教学手段，使学生真正做到热爱课堂学习，能够从课堂学习中收获具有价值的知识。