胡潇毅　刘达列

摘要：学科交叉现已成为普遍现象。本文以树木中“生长应变”的测量实验为例，讨论教师应如何开展交叉学科的实验教学。首先，在教学时应打破以往的课程界限，利用一切可能的机会让学生接触交叉学科新概念；其次，可利用正在进行的科研项目，为学生提供学习和实践机会；再次，通过学生参与，可促进科研项目的研究。在教学过程中，应注重引出问题，引发思考，激发学生创造力，从而能够有建设性地解决问题。

关键词：学科交叉；生长应变；实验；科研项目

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）44-0279-02

如今，学科交叉已成为普遍的现象，大学生在学习过程中越来越普遍遇到交叉学科问题。如仍按传统教学方法授课，学生对交叉学科概念的理解将很困难。本文以树木中“生长应变”的测量实验为例，讨论教师应如何开展交叉学科实验教学。

一、基于“生长应变”测量实验的改革尝试

树木的生长应变是树木在生长过程中产生并积累的应变，是树木生长的自然结果。生长应变能在木材中形成有一定规律的应变分布状态。通常，木材相关专业的学生都是在《木材学》课程中直接接触“生长应变”的概念。因缺乏力学相关概念的学习基础，以及概念的抽象性，学生很难理解这个概念。为解决这个问题，笔者从三方面入手，开展了一些教学改革工作：

1.提倡课程交叉，增强交叉式教学。以往学生都是在《木材学》课程中遇到“生长应变”的概念，理解非常困难。为此，我们打破这个教学习惯，在大二的《工程力学》课程中，当学生掌握“应变”的概念后，就通过提问的方式让学生思考如下问题：①树木中是否也存在应变？②树木的生长过程中是否相應会有“生长应变”？学生通过这样的思考，在后续《木材学》课程中再次接触到“生长应变”的概念，就不觉得难以理解了。并且学生还能从木材结构的角度进一步分析生长应变的形成过程和机理。

2.从教室走出，在树林中进行实验教学。为了让学生对“生长应变”有直观感受，我们给学生创造参加“生长应变”测量实验的机会：借助浙江省自然科学基金项目课题“立木生长应力模型构建与量测技术研究”，安排大二本科生直接参与课题中的生长应变实验测量。通过短时间的简单培训，使学生们掌握应变片粘贴技术及电阻应变仪使用方法。在浙江农林大学的实验林里，安排学生寻找合适的树木进行应变片粘贴和树木生长应变测量（见图1）。

3.教学促进科研，在思考中解决问题。好的教学过程不仅帮助学生理解所学知识，同时能促进科研。在科研项目中，关于生长应变的测量，有两个重要的问题需要解决：①通过什么样的方式测量生长应变？②如何尽量避免对测量的干扰？这两个问题不仅仅是科研中需要解决的问题，也是能启发学生思考的好问题。对于问题①，已有研究在测量生长应变的过程中都需要对树木进行破坏，损伤最轻的仍要剥掉一定面积的树皮，然后将应变片贴在露出的木质部上。我们在实验教学中，鼓励学生提出问题，如：一定要破坏树木才能测得生长应变吗？所有的树木都必须剥掉树皮吗？对于大树和小树测量方法一样吗？以这些问题为导向，学生在实验过程中很快就得到了答案：生长应变的测量是依靠释放的原理，释放的过程必然对树木造成一定的破坏，但可以改进释放应变的方法，尽量减少对树木的破坏；有些树木因为自然原因有一定面积的树干木材裸露在外面，可利用这种自然便利进行贴片测量，减小对树木的损伤。对于正常树木，有些也可不去除树皮直接贴片测量生长应变（例如主干直径很细的低树龄灌木，其树皮非常薄且与木质部紧密结合）；大树与小树应采用不同的贴片方法进行测量。对于问题②，学生在实验过程中逐渐发现应变仪上所显示的数值有一定幅度的波动性，通过思考，发现两个导致数值波动的原因：风对树的作用以及温度的变化。找到了原因，很快就给出了新的实验测量方案，如：尽量在无风的时候测量，在树的前面加装防风挡风装置，通过温度补偿片来减小温度变化对应变片测量的干扰等。事实证明，让低年级本科生参与科研项目的实践，不仅对学生有很大的启发，学生学习效率远远超过一般的课堂教学，对教师科研项目的顺利进行也起到了促进作用。

二、交叉学科实验教学的关键

实现学科交叉的实验教学，关键在于不同学科教师间的配合，以及提前设计合理的实验教学培养方案。例如，要实现《材料力学》课程与《木材学》课程实验的深入交叉，首先需要寻找两课程间的共同点：《材料力学》的教学目的是了解材料力学的基本理论、基本概念和基本分析方法，使学生对构件强度、刚度和稳定性问题具有明确的概念、必要的基础知识、比较熟练的计算能力以及一定的分析能力和初步的实验能力。《木材学》则是以认识木材自然本质，探索木材自然规律为内容的一门基础科学，它是营林培育科学技术发展的基础，又是木材加工利用技术提高的前提。单从教学目的上看，很难发现这两门课的交叉点。然而，从材料的力学特性上探索，就找到了很强的交叉点。其次，需要寻找两门课程中概念的交叉点，以概念为切入点，开展交叉学科的教学活动。最后，两门课程中先学课程的教师应尽早给学生创造参与实验的条件，在教学和实验过程中就熟悉并深入理解相关交叉学科的概念。

三、结束语

本文从学科交叉的角度，以“生长应变”的测量实验为例，介绍了实验教学改革的工作。虽已取得一定成效，但仅是个好的开始，以后需要探索之处还很多。要实现学科交叉式的实验教学，需要不同专业教师之间更加紧密的沟通和配合，共同商讨培养方案。此外，需不断积累，形成体系和风格。教学改革是一个逐步深入的过程，虽取得一些成绩，但离全面推广仍有很大的距离，今后还将继续探索，努力使所有学生都有机会自愿参加课外的实验教学活动，并且由被迫学习转为主动学习，进一步进入快乐学习的状态。

参考文献：

[1]Robert R.Archer，Growth Stresses and Strains in Trees[M]，Springer-Verlag，Berlin Heidelberg，1986.

[2]張文标，李文珠，阮锡根.树木的生长应力[J].世界林业研究，2001，14（3）：29-34.

[3]刘鸿文.材料力学（第6版）[M]，北京：高等教育出版社，2017.

[4]刘一星，赵广杰.木材学（第2版）[M]，北京：中国林业出版社，2012.

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