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项目驱动为导向的木材保护与改性实验课改革
发布时间:2022-05-09 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
项目驱动为导向的木材保护与改性实验课改革
 
王 望,曹金珍,商俊博,彭 尧
(北京林业大学 材料科学与技术学院,北京 100083)
 
[摘  要]实验课程是“木材保护与改性”课程的重要组成部分,对培养合格的木材科学与工程专业人才具有重要意义。本文从“木材保护与改性”实验课程的教学现状出发,总结相关不足,提出将“项目驱动”教学引入到“木材保护与改性”实验课程中。这种针对传统教学模式的改革,有利于促进学生自主学习,提高学生分析和解决实际问题的能力,以更好的实现具有探究性学习、团队协作和创新能力的木材科学与工程专业人才的培养。为此,我们在该实验课教学中试图以“项目驱动”为导向,是学生既能重温木材保护与改性的基本原理,又能从实验操作中找到基本理论的落脚点,从而真正使理论与实践一体化,达到更好的教学效果。
[关键词]“木材保护与改性”实验;项目驱动;教学改革
[基金项目]2018年度北京林业大学教学教育研究项目《木材保护与改性》实验课程教学改革与探索(BJFU2018JY059)。
[作者简介]王望,(1987-),男,河北阜城, 北京林业大学材料科学与技术学院,讲师,研究方向:木材科学与技术。
[中图分类号] G642.0  [文献标识码] [J]   
作为农林高校的特色专业,木材科学与工程专业培养的是能从事现代木材加工、工程设计、新产品开发及技术管理等方面工作的高级工程技术人才。“木材保护与改性”课程作为该专业一门实践性很强的专业课程,主要从木材作为天然生物质材料的特点出发,讲授木材保护与改性的原因及具体措施,其教学内容涵盖防腐、防霉、防变色、抗虫蚁、阻燃、尺寸稳定化、软化、强化、漂白、染色、表面活化等不同的处理方法,是一门综合性和应用性很强的课程[1]。实践教学是“木材保护与改性”课程十分重要的环节,它是培养学生创新能力的重要手段,有助于促进学生对理论教学能容的吸收、理解和深化,其教学效果对提高学生综合运用木材保护与改性相关理论知识解决实际问题的能力起到重要的影响[2]
然而在以往,由于“木材保护与改性”理论课程本身知识点分散、内容繁杂,而实验课程教学模式与手段单一,实验内容相对固定,尽管课程理论性和实践性结合很强,但从历年的教学情况来看,学生对本课程往往缺乏兴趣,教学效果有待提高。
一、“木材保护与改性”实验课程教学现状
在北京林业大学木材科学与工程专业教学计划中,“木材保护与改性”实验课程作为“木材保护与改性”课程的一部分,学时数为12学时,占总学时数的1/4,实验内容主要包括木材的防腐处理与实验室耐腐性测试、木材的防水处理与尺寸稳定性测试、木材的阻燃处理与阻燃吸能检测、木材的漂白与染色等几部分内容,实验课程形式主要为验证性实验。结合前期的教学情况,在目前在教学过程中主要需要针对以下一些问题进行改革创新
(一)实验教学内容缺乏连贯性和系统性
实验教学内容与理论教学内容有着非常密切的联系,在以往的教学中,这种密切的联系没有很好的被体现。一方面,由于实验教学与理论教学各自的特点,实验教学和理论教学无法做到同步,致使学生在知识认知层面和实践操作层面缺乏连贯性,无法及时利用实验促进学生理解和消化理论知识的目的。另一方面,实验教学在内容上依附于理论教学,内容较为分散,各实验内容之间较为独立,缺乏系统联系。学生无法亲身体验到设计一个具有实际适用性的改性木材产品过程的复杂性、综合性和完整性,也就无法理解各个处理手段之间的关联性,不利于培养学生的创造性思维和系统性思维,并没有真正的让学生体验到实验教学与生产实际的联系。
(二)实验教学模式传统,难以发挥学生的主体作用
如前所述,本课程主要的实验形式为验证性试验,实验教学准备和操作以教师为主体,在实验课程进行中,教师会详细的告诉学生某项实验项目背后的实验原理,并详细讲解使用仪器、测试方法、实验步骤乃至试验记录方法。这种方法固然有自身的好处,学生可以按照教师提供的步骤顺利的完成实验,但是使学生丧失了思考的动力和过程,学生多处于被动接受和消极应付状态。特别是随着时代的发展和信息技术不断地普及,传统的教学模式已经无法满足学生个性化和自主学习的需求。同时,传统实验教学模式在单位时间内能传递给学生的信息量有限,学生动手操作的机会较少,也不利于培养有创新精神的复合型、应用型人才。
(三)课程考核方法单一,难以充分体现对学生思维的训练
科学的评定学生的实验成绩对于增强学生对课程内容的重视,引导学生充分发挥主观能动性具有重要的意义。本课程传统的考核方法主要是提交实验报告,一般由实验名称、目的、原理、试剂及仪器、方法和步骤、实验结果分析等部分组成,多数是照搬“实验课程讲义”就可以完成的内容,缺乏探究性、综合性的实验考核内容,这不符合实验教学的规律与特点,也就无法很好的反映学生对相关知识方法和技能掌握程度,更无法考察学生思考和解决问题的能力,不利于学生综合能力和创新意识的培养。
二、“木材保护与改性”实验课程项目驱动教学的实施
项目驱动教学(Project Based Teaching)是近些年来所提倡的创新式的教学方法,也是CDIO(Conceive、Implement、Design、Operate,即构思、设计、实现、运行)理念所倡导的教学模式[3-4]。在这种教学模式之中,以教师所提出的问题、设定项目为主线,以学生为主体完成问题的解答和项目的设计,充分发挥学生的主动性和创新精神,使学生体会到探索知识的快乐,而教师在整个过程中则只起到组织者、引导着和促进者的作用[5-6]。该方法的基本思想就是将学生的学习与实际的工程项目结合,培养学生利用知识解决实际问题的能力,非常适合“木材保护与改性”实验课程这种实践性和操作性强的实践课程,也可以有效解决上述传统教学模式下“木材保护与改性”实验课程授课中所存在的问题。
(一)项目设置
在以“项目驱动”为导向“木材保护与改性”实验课程教学模式中,如何合理的设置项目是教学成功与否的关键点。项目设置的内容应与理论教学内容紧密结合,以培养学生解决实际问题的能力为出发点,切实可行的提出问题并设置项目。在项目选题与设置过程中,应注意以下原则:①实用性:所涉及的理论内容应具有较强的应用价值,并能与实际工程应用情况紧密结合;②可行性:选择学生感兴趣且容易理解的项目作为选题,并尽量与实际产品相符,且实施过程与产品实际研发有相似之处;③难度适宜:项目难度过高或过低都会影响教学效果,难度过高会挫伤学生的积极性,而过低则会降低学生挑战未知的热情,达不到工程训练的要求;④综合性:注重理论联系实际,且注意与其他木材科学与工程专业专业知识体系的联系和融合,进一步提高学生的系统集成能力。
(二)预期效果
“木材保护与改性”实验课程项目驱动教学的实施侧重于以下几方面的工程训练:①木材保护与改性机理的理解与运用能力的培养;②木材保护与改性相关方法与技术资料的搜集、整理、消化能力的锻炼;③木材在不同环境下使用,所需性能设计与调整能力的培养;④了解改性木材产品开发与生产流程,锻炼工程实践能力;⑤ 锻炼团队合作、技术交流、撰写技术文档等技能。
(三)实施方法与举例
在项目的布置阶段,教师处于主导地位,与学生进行探讨,并以多种形式像学生传授相关实验技能(如以视频演示、亲自演示等方式),从而帮助学生完成项目的调研和总体方案的确定;但随着项目的进一步开展,逐渐转向学生主导,教师协助的模式,主要内容由学生独立完成,以期可以达到学生完全成为项目实施过程中的中心,老师仅作为顾问参与到项目中的形式。在项目的最后,设置合理且丰富的考核形式,不仅考核学生的实验技能掌握情况,也对学生的思考和解决问题的能力进行综合考察。此外,老师还应帮助学生对项目中涉及的知识点进行归纳总结,使学生对于理论知识的掌握落在实处。
具体而言,针对“木材保护与改性”实验课程的实际情况和课程人数,选择有3-4人组成一个团队,由教师布置统一的项目任务书,但团队内每个成员分工各有侧重,如分别负责改性方法的选择、改性剂性能及制备方法的探索、改性工艺的选择等部分。实施过程中,要求团队成员齐心协力,最终完成改性木材产品的制备,并进行产品性能的分析,提出后期应用的可行性方法,撰写相关技术文档。在项目进行过程中学生间除了分工外,还应有合作,通过交流互动,集思广益,不仅有利于学生能力的培养,还可以提升学生的协作能力。
如可以向学生布置“户外景观用木地板材料的制作”项目,户外景观用木地板材料,是木材在户外使用中一种常见的产品类型,如何制作合适的材料也是诸多企业在木材户外应用中必须面对的问题,具有很强的实践性。此项目可以分解为多个任务,如分析使用环境,确定使用等级;防腐剂的选择及载药量和透入度的确定;防腐剂的制备;防腐处理工艺的确定与实施;防腐处理材的后处理;防腐处理材性能的测试等。这不同的任务,有的只是涉及理论课程知识,如“分析使用环境,确定使用等级”,学生可以根据户外景观用木地板材料是否接触地面、是否接触海水,来确定是C3、C4还是C5等级;有的还会涉及到其他专业课程的知识,如“防腐处理工艺的确定与实施”,还需要学生回顾“木材干燥学”等方面的内容;有的则涉及到未在理论课中涉及的实验技能,如“防腐处理材性能的测试”,需要提前向学生传授木材防腐性的测试的实验技能。这样的项目驱动教学不仅让学生学习到了有关“木材防腐处理”的实验技能,同时本项目所涉及内容基本可以涵盖“木材防腐处理”所有重要知识点,是对理论课程内容的进一步巩固,也可以与“木材的尺寸稳定化”、“木材的表面处理”等方面内容相结合,让学生更好的理解知识体系的系统性和完整性。
此外,为了配合实现更好的项目驱动教学效果,还进行了以下一些工作,以使学生更好的适应“项目驱动教学”。利用网络现成有关微生物的慕课资源,收集整理有关“微生物培养基配制”、“微生物无菌操作技术”等方面的视频资料,用于学生课前自学;针对部分专业性强,网上无法找到合适资源的内容,自行录制了部分相关视频,供学生学习。为了让学生提前熟悉实验室安全需求,还将中科院大学的“生物实验安全与防护虚拟仿真综合实验”作为学生课前的必学内容,以确保实验过程中的安全操作。同时,邀请企业技术人员协同进行项目方案的设定与评价,并协助进行部分性能评价,使学生可以更全面的了解木材保护与改性应用技术的意义,激发学生学习的动力与热情,实现产学研三者的联动。
项目完成后,组内学生先进行自我评价,检查是否已按计划完成了各项任务目标;同时,各组可以分别进行项目汇报答辩,项目组间进行互评;老师也将针对具体分工、产品制备过程中的操作、产品的性能、文档撰写的科学性与规范性、现场答辩情况等对学生进行考核。采用多种考核形式,从注重结果转向注重过程,有利于提高学生的学习动力。
三、结束语
木材科学与工程专业的特性和需求向“木材保护与改性”实验教学的实施提出了挑战,为了培养具有创新和实践能力、符合企业和专业需要的人才,我们对“木材保护与改性”实验课程进行教学改革和时间,在实验教学中引入项目驱动教学模式,以更好的发挥实验课程在“木材保护与改性”专业课程中的作用,经过一个学期的实践,初见成效。实践表明,此模式可以在较大程度上激发学生的求知欲望和学习兴趣,充分调动学生的主动性和积极性,培养了学生综合的实验技能和分析问题、解决问题的能力,使理论知识与实践有机结合,为学生今后参与科研或生产实践打下基础,很多同学在汇报的最后也提到了这方面的收获。但由于这是第一次采取此形式,教学过程中仍存在着诸如老师难以在指导学习和辅助学习之间找到平衡,学生难以适应开放式的问题等方面的不足,仍需要在以后的教学过程中继续积极思考,及时的总结经验教训,从而建立一套真正适合于人才培养的实验教学模式。
 
 
[参考文献]
[1] 于丽丽, 朱礼智, 马晓军. “木材保护与改性”课程教学改革的探讨[J]. 中国林业教育, 2017, 35(2):76-78.
[2] 闫丽. 《木材保护与改性》实验课多元化教学模式改革与探索[J]. 高教论坛, 2016(5):34-36.
[3] 朱向庆, 胡均万, 曾辉,等. CDIO工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(11):159-162.
[4] 阚娟. 基于项目驱动的食品工程专业课程实验教学改革与探索——以《农产品贮藏学》为例[J]. 中国科教创新导刊, 2014(10):69-70.
[5] 王素英, 张宏宇, 杨晓丽. 项目驱动的实验教学新模式的构建与实践——以微生物学实验为例[J]. 微生物学通报, 2018, 45(3):702-707.
[6] 唐炜. 基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J]. 实验室研究与探索, 2010, 29(5):135-137+159.
 
Exploration and Practice on Project-driven Teaching of Lab Course of Wood Protection and Modification
Wang Wang,Jinzhen Cao, Junbo Shang, Yao Peng
Key Laboratory of Beijing for Wood Science and Engineering, Beijing Forestry University, Qinghua Eastroad 35, Beijing 100083, China.
Abstract:The lab course is an important part of the “Wood Protection and Modification” course, which is of great significance for the training of professional wood science engineer. Based on the current status of wood protection and modification lab course, this paper summarized the related deficiencies, which finally drew “Project-driven Teaching” method into the course teaching. This method could overcome the shortcoming of traditional teaching method, promoting the independent learning of students, improving the students’ ability to analyze and solve the practical problem, which finally helped us to training the professional wood science engineer with excellent communication, teamwork skills and initiative spirit.Therefore, we try to take "project-driven" as the guide in the teaching of this experimental course, which is not only the basic principle that students can review wood protection and modification, but also find the foothold of basic theory from experimental operation. In order to truly integrate theory and practice, achieve better teaching results.
Key words: Lab Course of Wood Protection and Modification; Project-driven Teaching; Educational Reform