木材科學與工程專業理論課程教學改革的探討
——以“木材保護與改性”課程為例

于麗麗 朱禮智 馬曉軍

(天津科技大學輕工科學與工程學院，天津 300222)

一、木材科學與工程專業理論課程教學特點

木材科學與工程專業是運用機械或物理、化學的方法，加工和處理木材，提高木材的附加值，制成能夠保持木材基本特征的制品的加工工業。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、人造板表面裝飾、人造板功能性加工、室內裝飾、軟禁制造、竹藤加工等多個研究領域[1]。木材科學與工程專業的很多專業課程理論性較強，又兼具實踐性特點，并且相關專業領域的新技術、新方法更新速度較快。為提高學生專業理論課程的課堂學習效果，筆者結合自身教學實踐，以“木材保護與改性”課程為例，從教學主題引入、教學內容設計、教學手段運用等方面，探討如何運用豐富的課堂教學資源，提高學生在課堂學習中的學習興趣及學習積極性，以期為木材科學與工程專業其他相關理論課程提供借鑒。

二、“木材保護與改性”課程教學存在的問題

“木材保護與改性”課程涉及的主要教學內容，如木材防腐、木材防蟲、木材阻燃、木材尺寸穩定化、木材強化、木材軟化與彎曲、木材漂白與染色等，均具有較強的專業性、理論性和實踐性[2]。而在傳統的課堂教學過程中，普遍存在一系列問題。

(一)教學內容設計不合理

教師在組織課堂教學過程中，更多地注重“量”的給予，保證可以講夠一堂課，卻忽視了“質”的保證。經常可以看到這樣的現象：教師在講臺上滔滔不絕，學生在下面懨懨欲睡有之、交頭接耳有之、擺弄手機有之……為什么無法將學生們的注意力轉移到課堂中來？筆者認為，其中最主要的一個原因還是教學內容設計不合理，不能很好地吸引學生進行主動學習。而要實現教學內容“量”和“質”的統一，教學內容的合理設計至關重要，如何將課程內容以一種“吸引人”的方式呈現在課堂之上，如何整合教學資源，使其更能引起學生的共鳴和思考，如何將教學內容的重點突出出來，而非眉毛胡子一把抓，這些教學內容的設計都直接關系到課堂教學效果，也是將課程從“水課”轉變為“金課”的基本前提。

(二)教學方式方法缺乏創新

傳統課堂教學中普遍采取教師主導教學、學生被動學習的授課模式，這種“滿堂灌”“填鴨式”的教學方式，雖然可以保證在課堂時間內講授大量的專業知識，但卻忽視了學習主體——學生。對學生而言，專業課本身理論性、實踐性比較強，一味采用這種傳統的授課方式，學生短時間內很難較好地理解這些專業知識理論，會感覺內容非常枯燥、抽象，從而直接導致了學生普遍存在學習興趣不高、注意力不集中、課堂低頭現象明顯等一系列問題的出現。因此，在專業理論課的課堂教學中，亟需對傳統的教學方式、方法進行改革與創新，結合新時代大學生的學習特點，以及現今愈發普及的互聯網教學這一新興模式，探索出一條適合當代大學生進行有效課堂學習的新模式。

(三)教學手段和條件落后

隨著時代的變遷，我們的學生主體已經迎來了千禧一代。面對這一代生活在科技社會快速發展大背景下的學生，教師如果再單純地采取傳統的教學手段，如一味靠板書、課堂講解這種單一模式進行教學，注定無法打動學生。如何更好地利用現代化、信息化的教學技術，使之與傳統教學手段有機結合，從而更好地為學生提供理想、滿意的教學條件，這也是現今教師們面對的一大科研課題。這就要求教師必須注重自身素養的不斷提高，主動學習新的教學技術，更好地掌握新型教學手段，使課堂教學推陳出新，與時俱進。

三、“木材保護與改性”課程理論教學改進的做法

(一)認真撰寫課前備課教案

在專業理論課的實際教學過程中，很多教師習慣重教材、輕教案，將教材內容直接編排成多媒體課件，作為主要的課堂教學內容。實際上，編寫教案的過程，是教師對教學內容進行設計、斟酌的過程，沒有這個過程，教師是不可能自信地站在課堂上，組織起一堂內容生動、豐富的理論教學的。一份優質教案的誕生，絕對不是一蹴而就的，它是經過反復實踐、不斷改進才形成的，它對合理組織課堂教學內容具有提綱挈領的作用。在備課和教學設計階段，教案的編寫應當從學生的角度出發，把教學的重心放在如何設計安排教學內容，保證學生的學習效果上。為此，教案的內容應該從以下兩個方面進行設計。

一是教案內容按照課堂教學實際情況進行編排，確保內容緊湊、有序，教學重點突出。這就要求教案內容在設計過程中要按照學生的思維習慣，將授課內容按照嚴密的邏輯性，預先編排成幾個具有“故事”情節的片段。如在介紹“木材的燃燒和熱解過程”這一章節時，可以按照每節課45分鐘的教學時間，規劃出4個主要知識點：木材的燃燒過程、木材的燃燒條件、木材燃燒影響因素、木材的熱解過程，其中，“木材的燃燒過程”和“木材的熱解過程”為本節課的重點內容。按照知識點的分布，需要合理分配課堂時間，突出重點內容。

二是教案設計過程中，要做到時刻關注學生的學習興趣，將不同知識點有機地串聯起來。這就要求在制定教學計劃時，需要精心設計課堂教學過程中師生的互動話題，準備與教學內容相關的拓展知識，豐富課堂教學內容。如在開始講述“木材的燃燒和熱解過程”之前，可以利用一些木質材料發生火災的圖片或是案例，引起學生對“木材燃燒過程及熱解過程”進行認知的興趣。在介紹每個知識點之前，可以有針對性地提出一兩個問題引起學生思考，如由“木質材料為什么會發生火災”引出“木材的燃燒過程”；由“從木質材料的燃燒過程可以發現引起木材燃燒需要的幾個必要條件”引出同學們參與分析討論“木材的燃燒條件”；由“哪些因素會影響木材的燃燒強度”引出“木材燃燒影響因素”；由“木材在燃燒過程中發生了哪些變化”引出“木材的熱解過程”。類似這樣循序漸進式的教學環節設計，將一節單純的理論課程轉變成一個富有情節的故事。

其實，之所以強調在課前重視撰寫備課教案這一環節，是因為在實際課堂教學實踐中，紙質的內容可以一躍成為課堂上的“腹案”，可以有效地將教案內容完全融匯在教師頭腦里，成竹在胸，從而游刃有余地進行教學，隨著課堂的動態發展隨機應變。另外，通過撰寫教案還可以重新對課堂教學過程進行審視、反思和提升，如：課前設計的教學步驟是否合理；教學目的是否達到；課堂上有什么意外情況，其原因是什么，該如何解決，有哪些教訓、哪些經驗等。在此基礎上，又可以對教學環節中存在問題的環節及時進行相應的改進，這個過程既完善了教學質量，又實現了一次自我提升[3]。

(二)以實際案例引入教學主題

作為課程的引入環節，首要任務是考慮如何引發學生思維中的興奮點。俗話說“萬事開頭難”“好的開始是成功的一半”，在正式授課前，如何引起學生對教學內容的關注，將起到事半功倍的作用。筆者在教學實踐中發現，將應用理論技術與生活中常見的現象或實例聯系起來，引出要講授的內容，更容易引起學生的共鳴，從而激發學生想要去弄明白“為什么會發生”或“如何去解決”的求知欲。以“木材阻燃”這一章節為例，在正式講授木材阻燃技術之前，可以將我們聽過或是看過的木質材料引起重大火災的案例以圖片或視頻的方式呈現給學生，如2019年11月日本沖繩那霸市首里城三層木造正殿被燒毀、2019年4月法國巴黎圣母院擁有852年歷史的木質中軸塔在火災中倒塌、2014年云南麗江古城發生的大火燒毀民房107間等。借助這些震驚世界的案例，引出這節課的主題：“為什么木質材料要進行阻燃處理”。又如“木材軟化與彎曲”這一章節，課程內容涉及到木材軟化機理及技術一系列理論知識，如何找到學生們的關注點呢？我們不妨先讓學生們欣賞彎曲木家具的經典作品，進而拋出問題：“彎曲木家具中的木材為什么沒有折斷”，引發學生們思考，從而更有興趣去了解木材是如何實現彎曲的。

(三)合理安排課堂教學內容

木材科學與工程專業理論課程大多數都屬于應用理論性質的課程，其內容既包括一系列與木材應用相關的技術方法，又包括理論性較強的作用機理、重要理論、概念等，因此，只有科學、合理地安排、設計教學內容，才能提高教學水平和教學質量，激發學生對課程的興趣愛好。在總結前人經驗的基礎上，筆者結合自己的教學實踐，對課堂教學內容進行了優化調整。

對木材科學與工程專業的理論課程而言，每節課堂教學均包含諸多的知識點，為了加深學生對本節課教學內容的認識，在教學過程中就要避免流水賬式地平鋪展開。作為高校課堂的主導者，教師的角色不能仍局限于“填鴨式”“滿堂灌”的執行者，而更應該成為課程學習的引路人。這就意味著，教師應當將45分鐘的課堂教學進行合理、有效的規劃，使得課堂教學的成果不僅僅局限于45分鐘的內容，教師的課堂教學更接近于起到“拋磚引玉”的作用。

為此，教學內容在設計、安排時，一方面要突出重點、難點，在課堂教學過程中，有針對性地進行講解及討論。而一些非重點、難點內容可以一帶而過，甚至可以作為學生的自學內容。另一方面，針對教材中出現的一些工藝、技術、方法，應在介紹教材知識的基礎上，指導學生在課下利用網絡、書籍、期刊等資源進行前沿知識的學習。以“木材防腐劑”一節為例，在曹金珍教授主編的《木材保護與改性》[2]教材中，木材防腐劑主要包括油類防腐劑、油載型防腐劑、水載型防腐劑三大類。在課堂教學過程中，就需要按照這些防腐劑在當前木材防腐市場中的實際應用程度，進行主次內容的設計。其中，水載型防腐劑應用最為廣泛，是目前木材防腐的主流品種。因此，在課堂上需要將水載型防腐劑作為重點內容進行介紹，包括含砷或(和)鉻的水載型防腐劑、含其他金屬元素的水載型防腐劑、不含金屬元素的水載型防腐劑這三個典型品種，以及他們各自的特點、應用范圍、處理方法、改性工藝等。在這些內容中又需要進一步突出重點，如側重于介紹目前應用最廣泛的后兩個系列中的典型品種，如氨/胺溶季銨銅(ACQ)、銅唑(CA)微化銅木材防腐劑、無機硼及一些主要的有機防腐劑等，而不需要對所有品種均進行詳細介紹。而其他木材防腐劑由于應用較少或應用受限，只需介紹其特點、應用范圍及常用的品種即可。

木材防腐劑的研發一直是木材保護與改性行業中最重要的環節之一，新品種不斷涌現。因此，課堂教學中需要指導學生有針對性地去了解木材防腐劑最新的改性研究成果，如新型防腐劑配方、新出現的主流防腐劑的改性工藝等，并引導學生利用多種渠道獲取相關知識，如數據庫中最新發表的中英文論文、各大中外企業網站、新近召開的與木材保護與改性相關的國內外會議出版的論文集等。

對應用理論性質的課程，教學內容的安排既要體現知識的全面性、技術理論的深度，又要保證內容的時效性。因此，需要在安排、設計教學內容時具有全局統籌規劃的視野，既要圍繞教材突出重點、難點，又要與行業發展相結合，引導學生接觸最新的行業前沿知識，拓展視野，提高專業技術能力。

(四)創新教學方式

1.引入智慧教學方式

隨著電子計算機和互聯網絡的普及應用，以多媒體和網絡為標志的信息技術已經融入木材科學與工程專業理論教學改革之中，推動了傳統課堂向數字化、智能化課堂發展。作為近幾年高校課堂改革的重要成果之一，在“互聯網+”的大背景下，智慧教學進入了快速發展階段。國內涌現出“雨課堂”“藍墨云”等智慧教學工具，而國外的高等教育智慧教學改革主要有2001年開啟的OCW計劃(open course ware)、2008年的flipped classroom以及2012年的MOOC platform[4]。這種教學模式改變了過去以教師為中心、以應試為基礎、以邏輯為載體、以知識為本位、學生被動學習的現象，代之以學生為主體、以素質為基礎、以任務為載體、以能力為目標、以教師為主導的教學觀念[5]。以清華大學與“學堂在線”聯合推出的“雨課堂”為例，它可以實現課前教學內容推送、課上實時答題、多屏互動、答疑彈幕、大數據分析等多種功能。這種基于PPT和微信構建的混合式教學模式，打破了時間和空間的限制，使整個教學過程有課前延伸、課中強化和課后鞏固，以“95后”大學生最熟悉最感興趣的教學方法，充分利用學生零散化、碎片化時間進行教學，有效彌補學生基礎薄弱、對專業基礎課興趣低的欠缺，讓手機從“低頭的工具”變成了“抬頭的利器”。因此，可以預見，在木材科學與工程專業理論課的教學中，智慧教學將是今后極其重要的教學手段之一。

2.鼓勵學生進行多種形式的自學

前面我們提到在教學內容安排過程中，應當積極引導學生接觸前沿知識，這包括在課下積極引導學生參加各種專業實踐，以及廣泛利用各種資源，查閱最新研究成果等。在此基礎上，為了考察學生的自學及實踐效果，可以不定期地在課堂中以專題形式組織小組討論，或是讓學生針對某個主題制作PPT課件進行展示，以此了解學生查閱文獻資料、分析行業發展動態、研究方向和趨勢，以及是否熟悉高新技術的應用前景等情況。這不僅可以使學生在獲取前沿知識方面更加積極主動，還可為今后的工作或研究打下良好的基礎。同時輔助以貼合教材內容的專業實踐，在每部分木材改性技術授課后，組織學生參觀一兩家具有代表性的企業，如木材防腐、木材阻燃、木材染色等相關的企業，若條件不允許，也可以通過觀看視頻的方式了解企業生產的相關情況。參觀或觀看視頻后，在課堂上結合專業實踐進行分組討論或是進行PPT課件匯報。最新研究成果的專題匯報則可以不同的主題進行課堂PPT課件展示。將學生進行分組，以小組的形式匯報相關主題的最新研究成果及今后的發展趨勢。

(五)豐富教學手段

多媒體的出現是課堂教學手段的一次重大變革，既有效地提高了教學效率，又極大地豐富了教學內容，使教師從繁雜的板書中解脫出來，不僅可以在課堂中將更多知識傳遞給學生，而且還可以通過豐富的圖片、視頻、圖表、動畫鏈接等方式，使課堂內容更加生動。但是，一味依賴多媒體課件的演示，也容易造成教學進度過快、學生印象不深刻、教學內容過多等問題。所以，在課堂中，板書仍然是不能完全拋棄的教學手段。實踐證明，板書的設計是課堂教學過程中一個非常重要的環節。通過板書可以構建起課堂教學的骨架結構，使學生對教學內容更好地進行整體把握；可以為師生提供更多的交流機會，使學生對每一個教學片斷有更深刻的印象，也為學生及時進行教學內容的思考及記錄提供了緩沖時間。所以，在課堂教學中，應當充分發揮多媒體與板書的優勢，將二者完美地結合起來，從而可以更有效地保證課堂教學效果。建議教師在教學過程中以學生為主體，根據學生的反應控制好多媒體教學節奏。如在教學過程中發現大部分同學跟不上時，要適當放慢速度，多提問、多去和同學們交流，了解哪個環節有問題；當發現學生對教學內容表現出“不耐煩”的態度時，應適當加快速度。另外，在適度使用多媒體的同時，有必要將課堂重要知識點或關鍵詞寫在黑板上，幫助學生弄清楚這堂課需要掌握的知識[6]。

四、“木材保護與改性”課程理論教學改革的成效

(一)提高了學生專業學習效果

筆者對采用這種全方位改進后的教學方式進行“木材保護與改性”學習的2016級木材科學與工程專業學生做了一下教學效果調查評價，結果表明，通過采用這種以學生為主體的全方位教學模式，可以真正地將“教”與“學”有機地聯系在一起，使課堂教學氛圍活躍起來，學生變成課堂的參與者而不是旁聽者。學生課堂角色的轉變，同時伴隨著學習效果質的改變。有將近94%的同學認為，專業理論課程內容的趣味性明顯提高，不再是印象中的枯燥、乏味，學習內容激發出的學習興趣可以促使學生們更主動、更好地掌握、運用專業知識。92%的學生認可這種靈活的授課方式，將近90%的學生認為在新的學習方式下，可以有效提高其自主學習能力。而高達95%的同學更喜歡這種授課方式下師生良好的溝通、表達途徑，如彈幕、投稿這些智慧教學方式的運用，使學生們更容易與老師進行教學互動，這也進一步提高了學生的專業學習興趣和自主學習能力。

(二)增強了學生專業創新能力

教學方式的改革，不僅改善了學生專業理論知識的學習效果，而且增強了學生的專業創新能力。學生通過專業課程的學習，有效地鍛煉了自主查閱文獻的能力，激發了學生進行深入學習及進行科學研究的興趣，培養了學生的創新意識與創新能力。以2016級學生為例，基于“木材保護與改性”課程的學習，有12名學生分別申請到了國家級、省級創新創業訓練項目，5名同學申請到了學校實驗室開放創新基金研究項目；另有數名學生，將木材保護與改性相關研究課題作為畢業設計課題。可見，通過這種全方位的教學方式改革，可以充分調動學生專業學習的積極性和主觀能動性，不僅可以加深學生對基礎理論知識的理解，而且更重要的是，可以培養學生的專業創新能力，更好地將專業理論知識轉化為專業實踐能力。

木材科學與工程專業本科階段開設的專業理論課程多以課堂教學為主。為了更好地發揮理論課程的作用，專業課教師需要在教學實踐中，時刻做到以學生為本，一切從學生角度出發，不斷創新、改革教學方法，積極學習、掌握新興的教學手段，使學生真正做到熱愛課堂學習，能夠從課堂學習中收獲具有價值的知識。