木材干燥課程之干燥基準(zhǔn)制定教學(xué)環(huán)節(jié)改革與實(shí)踐
——以南京林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專業(yè)為例

施靜波，董友明，董會軍，蔡家斌

（南京林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程系 江蘇 南京 210037）

木材干燥是國內(nèi)高等院校木材科學(xué)與工程、家具設(shè)計(jì)與制造、室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝飾及相關(guān)專業(yè)的一門核心課程。尤其是木材科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)主干課。其內(nèi)容包括木材干燥的介質(zhì)、木材與水分關(guān)系、木材加熱與干燥的物理基礎(chǔ)、木材干燥窯類型與結(jié)構(gòu)、干燥設(shè)備、木材干燥工藝等。該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)之一是學(xué)會木材干燥基準(zhǔn)的選擇和制定，能實(shí)施和控制木材干燥生產(chǎn)過程，為今后科學(xué)管理木材加工企業(yè)的生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

常規(guī)窯干是目前我國木材加工企業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最為廣泛的工藝。干燥基準(zhǔn)是該工藝中控制干燥過程中工藝參數(shù)的程序表，是保證木材干燥質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量、提高木材利用率的關(guān)鍵。因此木材干燥基準(zhǔn)制訂是木材干燥教學(xué)內(nèi)容中的重中之重，而干燥基準(zhǔn)的選擇和制定也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。從課程內(nèi)容看，前述章節(jié)所介紹的木材干燥的介質(zhì)、木材與水分的關(guān)系以及木材加熱與干燥的物理基礎(chǔ)等為課程的理論基礎(chǔ)，相關(guān)知識點(diǎn)如相對濕度、平衡含水率、干濕球溫度、干縮率等，如果掌握不好，將很難掌握制定基準(zhǔn)的基本理論以及流程。此外干燥基準(zhǔn)章節(jié)也是控制干燥過程實(shí)施以及干燥質(zhì)量評定等后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)?？梢哉f，干燥基準(zhǔn)章節(jié)內(nèi)容在木材干燥課程中起著重要的承上啟下的作用。此外，在實(shí)際木材干燥生產(chǎn)中，難干材干燥基準(zhǔn)制定往往是企業(yè)面臨的難題，亟需專業(yè)人員提供技術(shù)支持。因此無論是在課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)還是實(shí)踐操作中，熟練掌握干燥基準(zhǔn)的制定方法和實(shí)施過程都是非常重要的。

然而現(xiàn)有教學(xué)模式下，學(xué)生對講授式課堂教學(xué)中知識的理解深度不夠，既難以緊密聯(lián)系課程前期內(nèi)容制定出科學(xué)的干燥基準(zhǔn)，又難以運(yùn)用到后續(xù)的內(nèi)容中。為此，筆者從教學(xué)模式、課程實(shí)驗(yàn)、撰寫分組討論報(bào)告等方面對干燥基準(zhǔn)的教學(xué)進(jìn)行了改革，以期提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，使得學(xué)生更好地適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求。

1 干燥基準(zhǔn)教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)模式單一，學(xué)生課堂參與度低

目前木材干燥課程的教學(xué)模式多以借助多媒體的課堂陳述為主，輔以板書、演示實(shí)驗(yàn)、課堂提問等。多媒體集聲音、圖像、文字等多方面的信息，一定程度上提高了學(xué)生的興趣、加深了學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)的印象。但此教學(xué)模式下，作為課堂主體的老師很難充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、引導(dǎo)學(xué)生思考。師生之間的交流也很少，學(xué)生課堂參與度低，教學(xué)效果不理想。通過對干燥基準(zhǔn)教學(xué)內(nèi)容提問和課堂調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生僅僅滿足于老師介紹的干燥基準(zhǔn)的基本概念、常用基準(zhǔn)的制定方法，而不會去主動(dòng)思考前后章節(jié)相關(guān)的知識。如常用基準(zhǔn)制定的前提和原則，如何利用基于前述章節(jié)內(nèi)容圖表查得到基準(zhǔn)中涉及的多個(gè)參數(shù)，對于制定一些難干材波動(dòng)等特殊基準(zhǔn)時(shí)，如何確定基準(zhǔn)的波動(dòng)起始周期、波動(dòng)幅度和次數(shù)等。如何引入更為合適的教學(xué)方法，使得教學(xué)模式多元化，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生課堂參與度是值得思考的問題。

1.2 教學(xué)內(nèi)容難度大，但分配學(xué)時(shí)少，且過于理論

作為一門綜合性應(yīng)用課程，木材干燥所涉及的內(nèi)容廣，知識點(diǎn)繁雜，重點(diǎn)、難點(diǎn)多，學(xué)生普遍反映難學(xué)。目前南京林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)定該課程僅為32 學(xué)時(shí)，其中理論30 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2 學(xué)時(shí)。干燥工藝章節(jié)安排5 學(xué)時(shí)，而其中的干燥基準(zhǔn)，一般僅分配2 學(xué)時(shí)。干燥基準(zhǔn)的制定是其教學(xué)難點(diǎn)，不僅要掌握常用基準(zhǔn)的概念、類別和制定方法，而且要綜合考慮特定木材的材性、厚度、初始含水率等大致判斷其干燥特性、綜合運(yùn)用前述章節(jié)介紹的干燥介質(zhì)及木材加熱與物理性質(zhì)等相關(guān)課程內(nèi)容。

此外制定干燥基準(zhǔn)實(shí)踐性非常強(qiáng)，單一的課堂理論講解很難讓學(xué)生深刻體會到基準(zhǔn)制定過程中所涉及的各種開裂、變形等干燥缺陷、應(yīng)力轉(zhuǎn)變等。而常規(guī)基準(zhǔn)制定實(shí)驗(yàn)通常耗時(shí)長，如難干材，可達(dá)數(shù)月之久。目前安排的2 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程，很難滿足干燥基準(zhǔn)教學(xué)的實(shí)踐性要求。

1.3 教學(xué)內(nèi)容分立，前后章節(jié)關(guān)聯(lián)性弱

目前干燥基準(zhǔn)的教學(xué)過于專注自身章節(jié)內(nèi)容，沒有很好地和前后章節(jié)串聯(lián)起來?；鶞?zhǔn)中涉及的基本參數(shù)：如干、濕球溫度、干濕球溫差、相對濕度及平衡含水率，都是前述章節(jié)中的重要基本概念。如果學(xué)生沒有理解這些概念的內(nèi)涵及相互關(guān)系，實(shí)際制定干燥基準(zhǔn)時(shí)將無從下手，根本不知道如何確定具體木材干燥基準(zhǔn)的初始溫濕度參數(shù)、含水率階段劃分等。以筆者數(shù)年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，基準(zhǔn)學(xué)習(xí)中，不少學(xué)生都卡在一開始的基本參數(shù)理解上。其次，干燥基準(zhǔn)的軟硬度、安全性評定涉及干燥缺陷，而該內(nèi)容一般安排在至少2 個(gè)學(xué)時(shí)后介紹。對干燥缺陷認(rèn)識的缺乏，將造成干燥基準(zhǔn)的學(xué)習(xí)過于抽象，學(xué)生也很難認(rèn)識到一個(gè)好基準(zhǔn)的重要性。

2 干燥基準(zhǔn)教學(xué)改革措施

2.1 引入“對分課堂”新型教學(xué)模式

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生課堂參與度低、師生互動(dòng)少、難以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等問題，張學(xué)新于2014年提出一種課堂改革新模式：對分課堂。對分課堂結(jié)合了講授式課堂與國際上廣為流行的討論式課堂的優(yōu)點(diǎn)。其核心理念是把一半課堂時(shí)間分配給教師講授，另一半時(shí)間分配給學(xué)生以討論的形式進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)。實(shí)施中最關(guān)鍵的一點(diǎn)是把講授和交互式學(xué)習(xí)在時(shí)間上分隔開來（相隔一周），讓學(xué)生在這兩個(gè)過程之間有充分的時(shí)間按自己的節(jié)奏進(jìn)行個(gè)性化的內(nèi)化吸收。對分課堂把教、學(xué)分離成三個(gè)過程：講授（Presentation）、內(nèi)化吸收（Assimilation）和討論（Discussion），也可簡稱為PAD 課堂。對分課堂已在理、工、農(nóng)、醫(yī)等多個(gè)學(xué)科的多門課程中得以應(yīng)用，但在木材科學(xué)與工程專業(yè)的課程教學(xué)中應(yīng)用得較少，可借鑒經(jīng)驗(yàn)不多。對此，筆者開展了將對分課堂運(yùn)用于干燥基準(zhǔn)教學(xué)的探索性嘗試。

干燥基準(zhǔn)的教學(xué)共分2 周，具體實(shí)施步驟如下：①第一周課堂上利用0.5 個(gè)學(xué)時(shí)簡介干燥基準(zhǔn)的定義；簡單回顧干燥基準(zhǔn)中的基本參數(shù)與前述章節(jié)相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)系；介紹制定基準(zhǔn)的常用方法和選用原則。②學(xué)生根據(jù)課堂上簡介的內(nèi)容，課后自主閱讀、學(xué)習(xí)該章節(jié)內(nèi)容，寫出讀書筆記，下一周上課前作為作業(yè)提交。要求每位學(xué)生至少提出3 個(gè)問題，供下周課堂討論用。③第二周前1 個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)生4~5 人一組展開討論，溫習(xí)課本內(nèi)容、分享學(xué)習(xí)體會、互相解答疑難，并嘗試回答教材中相關(guān)復(fù)習(xí)題。后0.5 學(xué)時(shí)，師生互動(dòng)討論，教師針對學(xué)生存在的疑難問題進(jìn)行解答，展示、點(diǎn)評優(yōu)秀讀書筆記，最后總結(jié)該章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

筆者經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在第二周的討論環(huán)節(jié)引入實(shí)際案例，效果更佳。如討論前，教師給定一個(gè)具體的難干材樹種，如30mm 厚斜葉桉鋸材。簡單介紹該樹種密度、干燥特性后，給出其百度試驗(yàn)結(jié)果。然后要求學(xué)生綜合考慮所提供的信息，結(jié)合Keylwerth圖表，制定出較為合理的干燥基準(zhǔn)。在實(shí)際案例的刺激下，學(xué)生參與討論的積極性明顯高漲，加上前一周課后所做的準(zhǔn)備，討論的深度大幅提升。最終干燥基準(zhǔn)章節(jié)的學(xué)習(xí)效果顯著提高。

2.2 巧妙設(shè)計(jì)“百度實(shí)驗(yàn)”，充分利用2 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)

傳統(tǒng)木材干燥實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)長、工作量大且需要值夜班，非常不利于課程實(shí)驗(yàn)的展開?！鞍俣葘?shí)驗(yàn)”是日本寺澤真教授提出的一種快速制定干燥基準(zhǔn)的方法，可將常規(guī)的持續(xù)數(shù)月的干燥實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的大多數(shù)問題在72 個(gè)小時(shí)之內(nèi)反映出來。受其啟發(fā)，筆者嘗試優(yōu)化百度實(shí)驗(yàn)，減少非必要等待時(shí)間，讓學(xué)生在2 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)充分了解各種干燥缺陷，同時(shí)完成常規(guī)干燥實(shí)驗(yàn)中所要求的含水率梯度及干燥應(yīng)力評定等內(nèi)容。

具體實(shí)驗(yàn)流程如下：①選擇一種易皺縮、易開裂的樹種，如斜葉桉，便于在干燥初期觀察“皺縮”以及裂紋的發(fā)展。②事先將學(xué)生分為4~5 人一組。準(zhǔn)備好百度實(shí)驗(yàn)，試件干燥1~2 小時(shí)后組織學(xué)生第一次來實(shí)驗(yàn)室。從烘箱中取出試件，引導(dǎo)學(xué)生觀察其開裂和皺縮情況，詳細(xì)記錄裂紋種類及大小。該過程控制在半小時(shí)左右。③百度實(shí)驗(yàn)8小時(shí)后，組織學(xué)生第二次來到實(shí)驗(yàn)室。組織學(xué)生觀測試件上裂紋的閉合以及皺縮的進(jìn)一步發(fā)展。詳細(xì)記錄裂紋、皺縮以及其他明顯缺陷后，指導(dǎo)學(xué)生用截?cái)噤弿闹虚g位置鋸開試樣，觀測其內(nèi)裂情況。同時(shí)，另截取2 塊10mm 左右小試樣，分別采用分層法和叉齒法評定試樣厚度方向含水率梯度和干燥應(yīng)力。以筆者經(jīng)驗(yàn)，上述操作可在1.5 小時(shí)內(nèi)完成。

此舉措的創(chuàng)新之處還在于，百度實(shí)驗(yàn)大大放大了潛在的干燥缺陷。在樹種選擇適當(dāng)?shù)那闆r下，學(xué)生可輕易觀察到如貫通裂和皺縮合并內(nèi)裂等極端干燥缺陷情況，從而對各種缺陷印象深刻。很多學(xué)生由此激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)木材干燥課程的興趣。

2.3 分組撰寫基準(zhǔn)制定報(bào)告

課堂上分組討論之后，要求學(xué)生課后以小組為單位，基于討論的實(shí)際案例撰寫干燥基準(zhǔn)制定的報(bào)告。報(bào)告中包含：①基準(zhǔn)制定背景，如所研究木材的市場應(yīng)用前景、木材材性的考慮等。②詳細(xì)的基準(zhǔn)制定過程：如何利用百度實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步制定干燥條件，如何綜合應(yīng)用Keylwerth 圖表進(jìn)一步得到基準(zhǔn)中的其他參數(shù)。③基準(zhǔn)制定過程中難點(diǎn)的分析討論。

以小組為單位為撰寫報(bào)告，可充分促進(jìn)組內(nèi)學(xué)生之間的交流與合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、集體查閱文獻(xiàn)、合理分工的綜合能力。與此同時(shí)，報(bào)告的整體質(zhì)量大幅提升。學(xué)生開始主動(dòng)思考一些深層次的問題：如開裂是如何產(chǎn)生的，皺縮機(jī)理，如何避免這些缺陷等等?？梢姡诤献髯珜憟?bào)告的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與思考問題的能力也得以提升。

3 結(jié)語

木材干燥在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用是該課程的核心，而干燥基準(zhǔn)的掌握程度是應(yīng)用干燥技術(shù)的關(guān)鍵。通過引入“對分課堂”教學(xué)模式、巧妙設(shè)計(jì)“百度試驗(yàn)”以及引導(dǎo)學(xué)生分組撰寫討論報(bào)告，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高其課堂參與度、促進(jìn)學(xué)生深入理解基準(zhǔn)制定過程的各種問題，提升分析問題與解決問題的綜合能力。最終能夠?qū)W以致用，為將來從事木材加工行業(yè)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。