給樹(shù)貼應(yīng)變片—交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

胡瀟毅　劉達(dá)列

摘要：學(xué)科交叉現(xiàn)已成為普遍現(xiàn)象。本文以樹(shù)木中“生長(zhǎng)應(yīng)變”的測(cè)量實(shí)驗(yàn)為例，討論教師應(yīng)如何開(kāi)展交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首先，在教學(xué)時(shí)應(yīng)打破以往的課程界限，利用一切可能的機(jī)會(huì)讓學(xué)生接觸交叉學(xué)科新概念；其次，可利用正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)；再次，通過(guò)學(xué)生參與，可促進(jìn)科研項(xiàng)目的研究。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)注重引出問(wèn)題，引發(fā)思考，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力，從而能夠有建設(shè)性地解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉；生長(zhǎng)應(yīng)變；實(shí)驗(yàn)；科研項(xiàng)目

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）44-0279-02

如今，學(xué)科交叉已成為普遍的現(xiàn)象，大學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中越來(lái)越普遍遇到交叉學(xué)科問(wèn)題。如仍按傳統(tǒng)教學(xué)方法授課，學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科概念的理解將很困難。本文以樹(shù)木中“生長(zhǎng)應(yīng)變”的測(cè)量實(shí)驗(yàn)為例，討論教師應(yīng)如何開(kāi)展交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、基于“生長(zhǎng)應(yīng)變”測(cè)量實(shí)驗(yàn)的改革嘗試

樹(shù)木的生長(zhǎng)應(yīng)變是樹(shù)木在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生并積累的應(yīng)變，是樹(shù)木生長(zhǎng)的自然結(jié)果。生長(zhǎng)應(yīng)變能在木材中形成有一定規(guī)律的應(yīng)變分布狀態(tài)。通常，木材相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都是在《木材學(xué)》課程中直接接觸“生長(zhǎng)應(yīng)變”的概念。因缺乏力學(xué)相關(guān)概念的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，以及概念的抽象性，學(xué)生很難理解這個(gè)概念。為解決這個(gè)問(wèn)題，筆者從三方面入手，開(kāi)展了一些教學(xué)改革工作：

1.提倡課程交叉，增強(qiáng)交叉式教學(xué)。以往學(xué)生都是在《木材學(xué)》課程中遇到“生長(zhǎng)應(yīng)變”的概念，理解非常困難。為此，我們打破這個(gè)教學(xué)習(xí)慣，在大二的《工程力學(xué)》課程中，當(dāng)學(xué)生掌握“應(yīng)變”的概念后，就通過(guò)提問(wèn)的方式讓學(xué)生思考如下問(wèn)題：①樹(shù)木中是否也存在應(yīng)變？②樹(shù)木的生長(zhǎng)過(guò)程中是否相應(yīng)會(huì)有“生長(zhǎng)應(yīng)變”？學(xué)生通過(guò)這樣的思考，在后續(xù)《木材學(xué)》課程中再次接觸到“生長(zhǎng)應(yīng)變”的概念，就不覺(jué)得難以理解了。并且學(xué)生還能從木材結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)一步分析生長(zhǎng)應(yīng)變的形成過(guò)程和機(jī)理。

2.從教室走出，在樹(shù)林中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為了讓學(xué)生對(duì)“生長(zhǎng)應(yīng)變”有直觀感受，我們給學(xué)生創(chuàng)造參加“生長(zhǎng)應(yīng)變”測(cè)量實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)：借助浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目課題“立木生長(zhǎng)應(yīng)力模型構(gòu)建與量測(cè)技術(shù)研究”，安排大二本科生直接參與課題中的生長(zhǎng)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)測(cè)量。通過(guò)短時(shí)間的簡(jiǎn)單培訓(xùn)，使學(xué)生們掌握應(yīng)變片粘貼技術(shù)及電阻應(yīng)變儀使用方法。在浙江農(nóng)林大學(xué)的實(shí)驗(yàn)林里，安排學(xué)生尋找合適的樹(shù)木進(jìn)行應(yīng)變片粘貼和樹(shù)木生長(zhǎng)應(yīng)變測(cè)量（見(jiàn)圖1）。

3.教學(xué)促進(jìn)科研，在思考中解決問(wèn)題。好的教學(xué)過(guò)程不僅幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，同時(shí)能促進(jìn)科研。在科研項(xiàng)目中，關(guān)于生長(zhǎng)應(yīng)變的測(cè)量，有兩個(gè)重要的問(wèn)題需要解決：①通過(guò)什么樣的方式測(cè)量生長(zhǎng)應(yīng)變？②如何盡量避免對(duì)測(cè)量的干擾？這兩個(gè)問(wèn)題不僅僅是科研中需要解決的問(wèn)題，也是能啟發(fā)學(xué)生思考的好問(wèn)題。對(duì)于問(wèn)題①，已有研究在測(cè)量生長(zhǎng)應(yīng)變的過(guò)程中都需要對(duì)樹(shù)木進(jìn)行破壞，損傷最輕的仍要?jiǎng)兊粢欢娣e的樹(shù)皮，然后將應(yīng)變片貼在露出的木質(zhì)部上。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，如：一定要破壞樹(shù)木才能測(cè)得生長(zhǎng)應(yīng)變嗎？所有的樹(shù)木都必須剝掉樹(shù)皮嗎？對(duì)于大樹(shù)和小樹(shù)測(cè)量方法一樣嗎？以這些問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很快就得到了答案：生長(zhǎng)應(yīng)變的測(cè)量是依靠釋放的原理，釋放的過(guò)程必然對(duì)樹(shù)木造成一定的破壞，但可以改進(jìn)釋放應(yīng)變的方法，盡量減少對(duì)樹(shù)木的破壞；有些樹(shù)木因?yàn)樽匀辉蛴幸欢娣e的樹(shù)干木材裸露在外面，可利用這種自然便利進(jìn)行貼片測(cè)量，減小對(duì)樹(shù)木的損傷。對(duì)于正常樹(shù)木，有些也可不去除樹(shù)皮直接貼片測(cè)量生長(zhǎng)應(yīng)變（例如主干直徑很細(xì)的低樹(shù)齡灌木，其樹(shù)皮非常薄且與木質(zhì)部緊密結(jié)合）；大樹(shù)與小樹(shù)應(yīng)采用不同的貼片方法進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于問(wèn)題②，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸發(fā)現(xiàn)應(yīng)變儀上所顯示的數(shù)值有一定幅度的波動(dòng)性，通過(guò)思考，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)導(dǎo)致數(shù)值波動(dòng)的原因：風(fēng)對(duì)樹(shù)的作用以及溫度的變化。找到了原因，很快就給出了新的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方案，如：盡量在無(wú)風(fēng)的時(shí)候測(cè)量，在樹(shù)的前面加裝防風(fēng)擋風(fēng)裝置，通過(guò)溫度補(bǔ)償片來(lái)減小溫度變化對(duì)應(yīng)變片測(cè)量的干擾等。事實(shí)證明，讓低年級(jí)本科生參與科研項(xiàng)目的實(shí)踐，不僅對(duì)學(xué)生有很大的啟發(fā)，學(xué)生學(xué)習(xí)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般的課堂教學(xué)，對(duì)教師科研項(xiàng)目的順利進(jìn)行也起到了促進(jìn)作用。

二、交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵

實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，關(guān)鍵在于不同學(xué)科教師間的配合，以及提前設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)方案。例如，要實(shí)現(xiàn)《材料力學(xué)》課程與《木材學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)的深入交叉，首先需要尋找兩課程間的共同點(diǎn)：《材料力學(xué)》的教學(xué)目的是了解材料力學(xué)的基本理論、基本概念和基本分析方法，使學(xué)生對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題具有明確的概念、必要的基礎(chǔ)知識(shí)、比較熟練的計(jì)算能力以及一定的分析能力和初步的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??！赌静膶W(xué)》則是以認(rèn)識(shí)木材自然本質(zhì)，探索木材自然規(guī)律為內(nèi)容的一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)，它是營(yíng)林培育科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，又是木材加工利用技術(shù)提高的前提。單從教學(xué)目的上看，很難發(fā)現(xiàn)這兩門(mén)課的交叉點(diǎn)。然而，從材料的力學(xué)特性上探索，就找到了很強(qiáng)的交叉點(diǎn)。其次，需要尋找兩門(mén)課程中概念的交叉點(diǎn)，以概念為切入點(diǎn)，開(kāi)展交叉學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)。最后，兩門(mén)課程中先學(xué)課程的教師應(yīng)盡早給學(xué)生創(chuàng)造參與實(shí)驗(yàn)的條件，在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就熟悉并深入理解相關(guān)交叉學(xué)科的概念。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從學(xué)科交叉的角度，以“生長(zhǎng)應(yīng)變”的測(cè)量實(shí)驗(yàn)為例，介紹了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的工作。雖已取得一定成效，但僅是個(gè)好的開(kāi)始，以后需要探索之處還很多。要實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要不同專(zhuān)業(yè)教師之間更加緊密的溝通和配合，共同商討培養(yǎng)方案。此外，需不斷積累，形成體系和風(fēng)格。教學(xué)改革是一個(gè)逐步深入的過(guò)程，雖取得一些成績(jī)，但離全面推廣仍有很大的距離，今后還將繼續(xù)探索，努力使所有學(xué)生都有機(jī)會(huì)自愿參加課外的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，并且由被迫學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步進(jìn)入快樂(lè)學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

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Abstract：Subject crossing has become a common phenomenon.In this paper，"growth strain"measurement experiment in trees is taking as an example，and how teachers should carry out the experimental teaching of inter-discipline is discussed.First of all，the former curriculum boundaries should be broken in teaching.Advantage of all possible opportunities to expose students to new concepts of inter-discipline should be taken；Second，make use of ongoing scientific research projects to provide students with opportunities to learn and practice.Through student participation，the research of scientific research projects can also be promoted.In the process of teaching，attention should be paid to eliciting problems and thinking，so as to stimulate students'creativity and solve problems constructively.

Key words：subject intersection；growth strain；experiment；scientific research project