基于生態(tài)環(huán)境材料的林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)

韓書(shū)廣，崔舉慶，陳敏智

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210037)

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基于生態(tài)環(huán)境材料的林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)

韓書(shū)廣，崔舉慶，陳敏智

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210037)

從林業(yè)院校中材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的優(yōu)勢(shì)、人才培養(yǎng)目標(biāo)與專(zhuān)業(yè)特色、教學(xué)體系與課程設(shè)置、就業(yè)等方面，闡述了如何優(yōu)化林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)模式，提高林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的能力，以滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)不同特色人才的需求。

林業(yè)院校；材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)；生態(tài)環(huán)境材料；人才培養(yǎng)模式；專(zhuān)業(yè)建設(shè)

1979年美國(guó)材料科學(xué)與工程調(diào)查委員會(huì)如下定義材料科學(xué)與工程：材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和性能與用途之間有關(guān)知識(shí)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)[1]。國(guó)際材料界在審視材料發(fā)展與資源和環(huán)境關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)去的材料科學(xué)與工程是以追求最大限度發(fā)揮材料的性能和功能為出發(fā)點(diǎn)，未充分重視資源、環(huán)境問(wèn)題。自20世紀(jì)后期，地球整體環(huán)境不斷惡化，自然資源日益枯竭，人類(lèi)的生存與發(fā)展受到嚴(yán)重威脅，資源節(jié)約與環(huán)境協(xié)調(diào)的概念日趨凸顯[2]。生態(tài)環(huán)境材料正是在這樣的背景下提出來(lái)的，是20世紀(jì)90年代國(guó)際上材料科學(xué)與工程發(fā)展的最新趨勢(shì)之一，已在世界各國(guó)達(dá)成共識(shí)，并已逐漸興起了全球性的生態(tài)環(huán)境材料的研究、開(kāi)發(fā)和實(shí)施熱潮[3]。就材料類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)而言，契合國(guó)際發(fā)展形勢(shì)是大勢(shì)所趨，實(shí)際上木、竹材料等生物質(zhì)資源材料因其可再生性和環(huán)境相容性已成為生態(tài)環(huán)境材料的主要組成部分[4]，因此林業(yè)院校開(kāi)設(shè)基于生態(tài)環(huán)境材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)具有明顯的天然優(yōu)勢(shì)。源于以上認(rèn)識(shí)，南京林業(yè)大學(xué)等林業(yè)院校相繼開(kāi)設(shè)了以生物質(zhì)資源材料為核心的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，由于有別于其他基于金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，在專(zhuān)業(yè)建設(shè)上必須進(jìn)行人才培養(yǎng)模式的研究和探討，以利于本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。筆者從林業(yè)院校開(kāi)設(shè)基于生態(tài)環(huán)境材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的優(yōu)勢(shì)、人才培養(yǎng)目標(biāo)與專(zhuān)業(yè)特色、教學(xué)與課程體系和就業(yè)情況等方面，明確林業(yè)院校與其他類(lèi)型院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的一致性和差異性，建立林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)特色體系，以滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)不同專(zhuān)業(yè)特色人才的需求。

1 林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)

1.1 社會(huì)環(huán)境優(yōu)勢(shì) 材料作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，在推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步方面起到了不可估量的作用。生態(tài)環(huán)境材料是世界各國(guó)在認(rèn)識(shí)到當(dāng)今環(huán)境惡化問(wèn)題嚴(yán)重威脅的情況下，順應(yīng)時(shí)代要求提出來(lái)的，旨在獲得最大限度的資源效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和發(fā)展前景[2]。生態(tài)環(huán)境材料概念由以東京大學(xué)山本良一為代表的日本學(xué)者最早(1990年)提出[5]。對(duì)生態(tài)環(huán)境材料的關(guān)注是材料科學(xué)發(fā)展及人類(lèi)應(yīng)對(duì)全球變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展雙向驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。相對(duì)于傳統(tǒng)材料，生態(tài)環(huán)境材料的顯著特質(zhì)集中于不含有害物質(zhì)、綠色環(huán)保、高材料循環(huán)性以及高材料效能4個(gè)方面。有關(guān)生態(tài)環(huán)境材料研究的焦點(diǎn)在于材料的生命周期評(píng)價(jià)(技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等)、材料性能、組成及生產(chǎn)工藝[6]。作為新型功能材料，生態(tài)環(huán)境材料研發(fā)被正式納入全球性科學(xué)攻關(guān)日程雖然只有不到20年時(shí)間，但發(fā)展迅猛，已成為材料科學(xué)發(fā)展的引領(lǐng)方向和熱點(diǎn)前沿之一[7]。以生態(tài)環(huán)境材料為基礎(chǔ)的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)是一門(mén)跨工程、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科專(zhuān)業(yè)，對(duì)培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的研究者、實(shí)踐者，更新傳統(tǒng)的材料科學(xué)與工程教學(xué)培養(yǎng)體系具有重要意義。以日本、美國(guó)、德國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展了基于生態(tài)環(huán)境材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的建設(shè)活動(dòng)。美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)、喬治亞工程大學(xué)、日本東京大學(xué)等國(guó)際知名高校均明確提出了建設(shè)以生態(tài)環(huán)境材料為核心的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的教育理念，并開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程[3]。

1.2 實(shí)現(xiàn)化石資源可替代優(yōu)勢(shì) 按照生態(tài)環(huán)境材料的分類(lèi)——原料使用可再生資源或者再利用廢棄物，木、竹材資源，農(nóng)、林剩余物資源顯然屬于生態(tài)環(huán)境材料[2，4，8]，除作為人造板原料以傳統(tǒng)物理方式加以利用外，以纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和提取物為基礎(chǔ)的化學(xué)利用具有非常廣闊的前景。圖1展示了木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源轉(zhuǎn)化為各類(lèi)化學(xué)品的方式和類(lèi)型[9]，體現(xiàn)出其明顯的替代化石資源優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)2004 年9 月的研究報(bào)告指出，各國(guó)政府應(yīng)大力支持和鼓勵(lì)生物質(zhì)高附加值化學(xué)品生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，減少與傳統(tǒng)化石原料的價(jià)格差距，以最終達(dá)到替代的效果。這方面的發(fā)展有利于保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和高附加值利用，必將形成新的人才需求。

圖1 木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源轉(zhuǎn)化利用路線Fig.1 Transformation and utilization of woody and non woody plant resources

2 人才培養(yǎng)目標(biāo)和辦學(xué)特色

2.1 人才培養(yǎng)目標(biāo) 伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，必然會(huì)涌現(xiàn)大量新興行業(yè)，也自然需要足夠數(shù)量的專(zhuān)業(yè)人才與之相適應(yīng)，這就要求人才培養(yǎng)單位隨時(shí)掌握新興行業(yè)的信息，不斷了解人才市場(chǎng)需求的變化，及時(shí)設(shè)立符合市場(chǎng)需要的新專(zhuān)業(yè)。林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)立足于大材料學(xué)科基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)際及國(guó)內(nèi)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，確立自己的特色和定位，以培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代和國(guó)家要求的專(zhuān)業(yè)人才。他們不僅應(yīng)該具備大材料科學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，還應(yīng)掌握生態(tài)環(huán)境材料方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，能夠從事以木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源材料為基礎(chǔ)的科學(xué)研究、材料開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理、教育培訓(xùn)等工作。在培養(yǎng)模式上，應(yīng)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研，以培養(yǎng)質(zhì)量為根本，注重創(chuàng)新和實(shí)踐，根據(jù)“厚基礎(chǔ)，寬口徑，重特色”的指導(dǎo)思想，突出木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源材料的研究特點(diǎn)，調(diào)整課程體系、更新教學(xué)方法和手段、調(diào)整和優(yōu)化師資隊(duì)伍。

2.2 辦學(xué)特色 目前國(guó)內(nèi)的林業(yè)院校已經(jīng)順應(yīng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，以木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源為研究對(duì)象，開(kāi)設(shè)了具有生態(tài)環(huán)境材料特色的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)。以南京林業(yè)大學(xué)為例，2014年開(kāi)始正式招收材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)本科生，主要以生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)、生物質(zhì)材料化學(xué)轉(zhuǎn)化與利用、生物質(zhì)能源材料、生物質(zhì)復(fù)合材料、生物質(zhì)納米材料制備與應(yīng)用等為培養(yǎng)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)科交叉，在掌握材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)基本理論的基礎(chǔ)上，能夠綜合利用現(xiàn)代材料分析技術(shù)，采用化學(xué)方法，結(jié)合生物技術(shù)等進(jìn)行木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源的綜合利用、新材料開(kāi)發(fā)等，體現(xiàn)出鮮明的辦學(xué)特色。

3 人才培養(yǎng)教學(xué)體系建設(shè)

3.1 專(zhuān)業(yè)課程體系構(gòu)建 材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)是一個(gè)大類(lèi)學(xué)科，一般包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料等分支，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，各高校基本上形成了各具特色的課程體系。在總結(jié)相關(guān)院校課程體系特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)形成了自己的課程體系建設(shè)指導(dǎo)原則：注重素質(zhì)教育、強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)教育，注重課堂教學(xué)、突出實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)共性發(fā)展、引導(dǎo)創(chuàng)新提高。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了3個(gè)課程群：基礎(chǔ)教育課程群、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程群、專(zhuān)業(yè)特色課程群；2個(gè)實(shí)踐教育平臺(tái)：專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)及專(zhuān)業(yè)課虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、課外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基地平臺(tái)?；A(chǔ)教育課程群涵蓋數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)，并強(qiáng)化化學(xué)教育，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程群和專(zhuān)業(yè)特色課程群突出木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源材料特色。目前課內(nèi)總學(xué)時(shí)2 036，最低學(xué)分要求171.5，必修課學(xué)分91(含基礎(chǔ)教育課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)特色課程)，選修課學(xué)分35(含基礎(chǔ)教育課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)特色課程)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程學(xué)分43.5(含基礎(chǔ)教育課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)特色課程)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與素質(zhì)拓展學(xué)分6。另為學(xué)有余力的學(xué)生增設(shè)差異化模塊和大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目，最終達(dá)到“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力、求創(chuàng)新、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2 專(zhuān)業(yè)特色課程的設(shè)置和教材建設(shè)

3.2.1 特色課程設(shè)置。 圍繞林業(yè)院校以生態(tài)環(huán)境材料為核心的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)特色，南京林業(yè)大學(xué)的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)在具體課程設(shè)置上力求突出木質(zhì)和非木質(zhì)植物資源材料中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的化學(xué)加工利用，如在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程群中開(kāi)設(shè)植物資源化學(xué)、生物質(zhì)化學(xué)分析技術(shù)、生物質(zhì)化工與生物質(zhì)材料課程，專(zhuān)業(yè)特色課中開(kāi)設(shè)纖維素科學(xué)與材料、木質(zhì)素化學(xué)及改性材料、生物納米材料、生物基復(fù)合材料等課程。在體現(xiàn)生物質(zhì)資源材料在化石資源的替代性上，開(kāi)設(shè)生物質(zhì)化學(xué)品、生物質(zhì)能源材料等課程；為適應(yīng)生態(tài)環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)設(shè)材料生命周期評(píng)價(jià)課程。

3.2.2 教材建設(shè)。 在教材建設(shè)方面，由于林業(yè)院校開(kāi)設(shè)的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)時(shí)間較短，基于生態(tài)環(huán)境材料的培養(yǎng)方案及課程體系尚在不斷完善過(guò)程中，相關(guān)特色課程的教材也沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范性不強(qiáng)，而這些課程往往是體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色的重點(diǎn)課程，急需加強(qiáng)建設(shè)。以植物資源化學(xué)為例，該課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生掌握具有材料化應(yīng)用前景的各種植物資源的化學(xué)反應(yīng)特性，科學(xué)地設(shè)計(jì)或選擇植物資源材料化的方法和工藝過(guò)程，因此該課程是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，現(xiàn)在所用的教材參照造紙植物資源化學(xué)。該教材缺乏植物蛋白等相關(guān)化學(xué)特性?xún)?nèi)容，無(wú)法涵蓋課程應(yīng)該教授的全部?jī)?nèi)容。因此，編寫(xiě)出適合林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)特色的相關(guān)教材是當(dāng)務(wù)之急。

3.3 實(shí)踐教學(xué)新體系建設(shè) 在目前普遍強(qiáng)調(diào)實(shí)踐與創(chuàng)新教育的情況下，構(gòu)建一套完善的實(shí)踐教學(xué)體系是非常重要的?；谔岣邔W(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)際分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力考慮，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)學(xué)分占總學(xué)分的比例由原來(lái)的17.8%提高到現(xiàn)在的25.4%，比較突出的是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課中在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)可以在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)效果非常明顯。另外，比較突出的實(shí)踐教學(xué)方式是為提高學(xué)生的綜合和創(chuàng)新運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，結(jié)合江蘇省和南京林業(yè)大學(xué)設(shè)立的大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，以導(dǎo)師制的形式(即每位專(zhuān)業(yè)任職教師在新生入學(xué)開(kāi)始即通過(guò)雙向選擇的方式構(gòu)建科研小團(tuán)隊(duì)，保證每位新生都能參與到專(zhuān)任教師的科研活動(dòng)中，一直延續(xù)到畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié))，形成課內(nèi)課外2套實(shí)踐教學(xué)體系。課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)體系包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)課程(含虛擬實(shí)驗(yàn)課程)、教學(xué)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等環(huán)節(jié)；課外實(shí)踐教學(xué)體系包括生產(chǎn)實(shí)習(xí)、大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目(導(dǎo)師制)、學(xué)科競(jìng)賽、專(zhuān)題講座和學(xué)術(shù)報(bào)告等環(huán)節(jié)。2套實(shí)踐教學(xué)體系的建立有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉動(dòng)手能力，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 人才培養(yǎng)的深入研究

林業(yè)院校有關(guān)林業(yè)資源材料研究和利用的豐富深厚的學(xué)術(shù)積淀為林業(yè)院校依托學(xué)校學(xué)科優(yōu)勢(shì)、緊扣木質(zhì)和非木質(zhì)植物材料利用主題、建立基于生態(tài)環(huán)境材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)。就學(xué)生對(duì)林業(yè)院校材料專(zhuān)業(yè)的就業(yè)信心調(diào)查結(jié)果顯示，只有15.71%的學(xué)生對(duì)就業(yè)前景沒(méi)有信心，說(shuō)明大多數(shù)學(xué)生對(duì)于以生物質(zhì)材料為發(fā)展方向的材料專(zhuān)業(yè)就業(yè)前景持積極和肯定的態(tài)度[10]。但是應(yīng)該看到，基于生態(tài)環(huán)境材料的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)時(shí)間相對(duì)較晚，林業(yè)院校的材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)多依托于原有的木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)、林產(chǎn)化學(xué)專(zhuān)業(yè)，尚未形成全面的以生物質(zhì)材料科學(xué)為核心的專(zhuān)業(yè)體系及人才培養(yǎng)方案，在教材建設(shè)上以生物質(zhì)材料為導(dǎo)向的系統(tǒng)教材尚不完備。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教育平臺(tái)的建設(shè)仍需較大投入。因此，從林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，深化專(zhuān)業(yè)特色、優(yōu)化課程體系、提升教學(xué)質(zhì)量、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、完善人才培養(yǎng)方案、提升專(zhuān)業(yè)軟硬實(shí)力，是林業(yè)院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)順利發(fā)展的根本途徑。

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[9] 衛(wèi)新來(lái)，汪志，阮仁祥，等.木質(zhì)纖維素生物質(zhì)降解產(chǎn)物的化學(xué)轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2010，30(12)：26-31，33.

[10] 王傳貴，張雙燕，趙東.農(nóng)林院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)及發(fā)展思考：基于SWOT分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)教育，2015，3：39-44.

Study on the Personnel Training Mode of Materials Science and Engineering Major of Forestry College Based on Eco-materials

HAN Shu-guang, CUI Ju-qing, CHEN Min-zhi

(College of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037 )

In the respect of the advantage of materials science and engineering professional in forestry colleges, talents training goal and professional characteristic, teaching system and curriculum, and employment, explaining how to optimize the forestry college of materials science and engineering personnel training mode, and improving the forestry college of materials science and engineering students. In order to meet the social demand for different characteristic talents.

Forestry college；Materials science and engineering major；Eco-Materials；Personnel training mode；Specialty construction

江蘇省品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目(TAPP)；2015年江蘇省高等教育教改立項(xiàng)研究課題重中之重課題(2015JSJG005)；南京林業(yè)大學(xué)高等教育研究課題(2013ZX12)。

韓書(shū)廣(1971-)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。

2016-10-12

S-01；G 640

A

0517-6611(2016)33-0245-03