“木材干燥新技术”研究生课程教学改革研究

于建芳，王喜明，多化琼

（内蒙古农业大学 材料科学与艺术设计学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

引言

林业工程是实行学位制度后的首批具有硕士和博士学位的授权学科［1］。而“木材干燥新技术”课程是林业工程学科人才培养的一门专业选修课程，在专业课程体系中具有重要作用。课程知识点抽象、专业性强，具有明显的行业特点。随着企业的转型升级及产品的更新换代，社会对人才提出了新要求，要求学生具有开发新产品、改进新工艺的创新能力。因此，必须开展课程教学改革，引导学生有意识地提出有探索价值的问题，培养学生的创新意识和创新能力或技术开发能力，达到预期教学效果和培养目标［2，3］。

一、课程的现状和存在的问题

课程特点是基础知识复杂，理论性强，涉及学科交叉的内容较多，如木材干燥过程中的热质迁移、干燥应力的产生和发展、干燥缺陷的产生和预防等内容抽象不易理解，进而造成教师课堂授课难、学生学习积极性不高的问题。此外，课程内容抽象、知识点多，学生研究方向不同、干燥基础薄弱、缺乏创新意识，教学形式单一，这些都将课程教学过程限制于知识点的外延与拓展。传统教学主要是根据教学大纲，以“教师讲、学生听”的形式授课，学生对知识的理解不深入、不能有效地吸收和转化，在一定程度上影响了学生科研能力和水平的提升。总之，课程存在的主要问题是课程模式与“教为主导、学为主体”“拓宽研究生的前沿视野、激发创新思维、培养科研能力”等培养要求有一定的差距［4］，所以对固有教学模式的改革势在必行。针对研究生不同培养层次的特点和课程教学现状，课程组提出拓展教学内容、改进教学方法、丰富教学资源的课程改革方向。

二、课程改革思路

（一）拓展教学内容

课程涵盖的知识点较多、综合性较强，而学生的干燥基础差异较大，对课程的接受程度参差不齐。为达成研究生培养目标，课程改革需要打破传统的章节教学，突破教学内容纯理论化、零碎化、分散化的弊端，根据教学内容特点，结合学生实际学习需求，将教学内容系统化分为不同模块，包括基础理论模块、干燥新技术模块，模块内容的独立性和联系性是设计重点，使学生的学习不再是零碎的、孤立的、繁杂的，而是系统的。

此外，随着学科的发展，课程改革需要及时在相对固定的模块化基础内容上增加木材干燥最新科研成果及最前沿的学术动态，不断补充和更新教学内容，促使学生更好地把握专业前沿动态，激发学生探索的积极性，培养学生敏锐的科学研究思想。因此，在教学过程中，教学内容不仅包含木材干燥基础知识模块，还要介绍学科最前沿的发展动态，如将木材内部水分含量、状态和分布的表征、精准干燥技术、绿色节能干燥技术等研究热点融入教学，拓宽学生的专业视野。

（二）改进教学方法

在讲授不同教学内容时，教师要采取科学合理的教学方法突破教学重点和难点，提高教学效果。

本课程内容较为抽象，对此针对不同基础理论模块和工艺技术模块，采用可视化教学方法，如制作动画、录制视频、现场教学等，极大地增强了学生的感官认识，使抽象难以理解的内容形象化。

课程的基础是木材干燥学，但由于选修该课程的学生本科专业背景多样，部分学生没有学习过木材干燥学相关课程，缺乏木材干燥基础知识，难以开展系统学习。因此课程采用参与式教学方式，使所有学生参与到教学过程中，变被动学习为主动学习，这样有利于知识的整合与思维的碰撞。在教师的指导下，学生通过讨论学习，可以快速更正知识误区、更新知识体系［5］。

科研成果可以支撑理论知识，避免理论知识和学术研究内容脱节。针对学生创新意识薄弱、理论联系实际能力欠缺等问题，课程采用了课堂教学与科学研究相结合的教学方法。在教学过程中，教师根据教学目标融合教学内容与最新研究成果，激发学生的问题意识，引导学生尽早进入科研状态。

（三）丰富教学资源

丰富的教学资源对提高教学效果、提升学生创新能力具有重要作用。教学资源主要包括教学课件、教学录像、教学音频、动画视频、教学文献资料等形式，课程改革主要借助信息平台，模块化显示教学资源。

三、课程建设改革方案实施

（一）教学内容的模块化

课程教学内容包括两大模块（基础理论模块和应用技术模块）及若干小模块。在模块化教学中，随时更新研究动态。

锯材干燥是木材干燥领域的主要研究对象，但是随着我国人工速生木材改性技术的深入与产业化应用，浸渍改性影响了木材孔隙结构特征、木材水分关系变化。同时，为实现木材高效利用和优质林木选育，采用基因工程技术调节木材细胞壁的组分结构，这样就影响了木材细胞的微观结构，影响了干燥过程中木材内部水分的迁移和分布。这些新技术给干燥带来了新的问题与挑战［6］。监测、预测锯材或改性材干燥过程中水分、应力应变、干燥缺陷对热湿条件的即时响应技术一直是研究热点，利用双能X射线计算机断层扫描仪和低场核磁共振分析仪监测水分剖面分布动态变化、基于人工神经网络模型预测干燥应变、运用可编程控制器调控干缩应力、通过木材开裂监测系统实现干燥过程中木材裂纹演变的在线可视化［7-10］等研究对质量控制、能效提升，实现绿色节能干燥至关重要。因此在教学内容的干燥基础理论模块增加了监测和控制内容。

目前木材干燥主要以常规干燥为主，但是随着干燥工业的发展，特种干燥方法和多种干燥技术协同运用的方法将是干燥技术研究的重要发展方向。比如太阳能-热泵联合干燥、常规-除湿联合干燥、微压自排过热蒸汽干燥、难干阔叶材高效干燥与尺寸定型一体化处理技术等，这些研究和技术在能耗与效率等方面的优势备受关注［6］。除了节能降耗要求，绿色环保也是干燥领域今后重点解决的问题，干燥尾气中有机挥发物的收集与处理技术研究正引起行业的高度重视。所以教学内容的干燥应用技术模块补充了高效、绿色、节能干燥新技术内容和改性材的干燥技术内容。

（二）教学方法的多样化

适宜的教学方法有助于研究生创新思维与创新能力的培养，在教学过程中要根据教学大纲和培养目标，不断更新教学手段。课程的主体教学方法是多媒体教学，课前推送预习用教学课件，大大提高了课堂效率。课程针对不同的模块化教学内容综合运用可视化教学、参与式教学和结合式教学等，将教学过程形象化，使复杂的干燥问题简单化。

1.可视化教学方法。可视化教学分为现场教学和视频教学。学院实验室和实训中心的现场教学可以实现现场参观和模拟工艺控制操作，帮助学生认知设备特性、方法和工艺。视频教学主要包括两部分，一是录制企业实际干燥过程及其控制，二是制作动画资源展示抽象的木材干燥原理，利用仿真模拟方式展示干燥方法及工艺过程，实现干燥过程中无法看到的干燥室内部运行情况。

2.参与式教学方法。作为一门专业选修课程，虽然选课学生的专业背景差异较大，学科多元、知识储备和综合能力多样，但学生选修目的是为科研工作服务，故有很强的需求性和导向性。鉴于大多一年级学生还不适应研究生学习模式，缺乏问题意识和质疑精神，学习主动性不强，在教学改革中，改变了以往以教师为主的模式，增加了小组讨论、课堂提问、师生互动等方式，调动学生积极主动地参与教学环节，成为课堂主体。教师在课前充分了解学生的研究方向，通过综合分析，实时调节模块化教学内容，结合学生的研究方向针对性地设置小组讨论论题和课堂提问问题。学生根据教师布置的主题与推荐的经典文献，追踪和阅读文献，了解专题最新前沿动态，课中小组讨论汇报，师生共同点评，课后学生通过教师辅导完善，使内容得到延展。这种参与式教学方式最大限度地发挥了学生自主学习、合作学习、探究学习的能力［11］，有利于教学相长。

3.结合式教学方法。科研成果可以支撑理论知识，避免理论知识和学术研究脱节。课堂教学与科学研究相结合的教学模式是发挥科研对教学反哺作用的有效方式，有助于提高教学质量和学生的科学素养［12］。木材干燥过程中多场耦合下内部水分的迁移过程是干燥中抽象化的知识体系，为了突破这一教学难点，课程组制作了水分迁移的演示动画，同时结合最新的学术研究，利用低场核磁共振技术及核磁共振成像技术实现了干燥过程中不同水分状态的可视化，辅助学生更好地认知木材中的水分，更好地理解与干燥速度和干燥质量相关的基础理论知识。但是目前水分研究主要集中在木材宏观结构中的水分含量、状态和分布表征，还没有深入到木材微观构造中水分的定量时空演变及分子结构解析［6］。这样的教学有利于调动学生的科研兴趣，激发学生的创新意识。此外，课程组还围绕教学所需，开展了一系列科学研究，形成了一系列科研成果。如围绕木材干燥的节能技术，课程组主持完成了国家重点研发课题“松木锯材高温绿色节能干燥技术研究”、主持制定了地方标准《锯材干燥节能技术规范》、参与制定了行业标准《锯材高温干燥工艺规程》；围绕木材干燥尾气处理，课程组主持制定了团体标准“木材干燥尾气挥发性有机气体（VOCs）取样和检测方法”，并获批专利“一种用于吸附木材干燥过程所释放VOCs的Ce-MOFs材料及使用方法”等多件。这些科研成果有助于培养学生的综合运用和分析能力，对学生创新能力和理论联系实际能力的培养有促进作用。

（三）教学资源的多元化

针对课程性质和研究生培养方案，首要的是建立了系统的木材干燥理论与新技术知识体系，形成完整的教学课件。其次，利用课程组多年的生产实践、科研、教学过程，收集了大量的相关文字、图片、实体企业木材干燥工艺生产视频，制作了水分迁移过程和缺陷产生过程等动画视频资料。木材干燥是涉及多学科领域的应用技术学科，任何一个学科的突破，都会给木材干燥领域带来巨大的发展。在研究生教学中，把握前沿领域进展、关注交叉学科领域、拓宽研究生知识视野，是研究生创新能力培养的关键环节。因此，在教学资源建设中，关注学科发展动态、跟踪关键前沿技术，追踪凝练与课程教学相关的前沿研究成果，对课程资源进行及时增补。如NMR、CT、X射线扫描、显微红外光谱等在木材水分研究领域的应用。

结语

林业工程学科始终致力于培养掌握本领域学术前沿，具备坚实的工程基础理论和系统的林业工程专业知识，具有在本学科某一领域开展科学研究或技术开发能力的高级专门人才。因此，“木材干燥新技术”课程教学与改革对林业工程专业研究生知识掌握、能力提高和科学素养培养具有重要作用。本文分析了“木材干燥新技术”课程现状和目前教学方面存在的问题，并从教学内容、教学方法和教学资源等方面对教学改革进行了阐述，为该课程此后的发展及其他相关课程的建设提供了参考。

（其他作者：王哲、贺勤）