時間：2023-03-01 16:24:07
導語：在材料力學實驗報告的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
關鍵詞：土木工程；材料力學；教學改革；教學內容；課程考核
引言
材料力學是固體力學中最早發展起來的一個分支。一般認為，1638年，意大利著名數學家、天文學家、理學家伽利略出版的名著《關于兩門新科學的談話和數學證明》標志著材料力學的開端。書中，首次提出了材料的力學性質和強度的計算方法。對于土木工程專業來說，材料力學是一門非常重要的專業基礎課。其以解決材料的強度問題、剛度問題、穩定性問題為總綱，具有較強的理論性和實踐性。
一、現狀及存在的問題
目前，國內各高校土木工程專業多選用張如三、孫訓方、劉鴻文主編的《材料力學》作為指定教材，或者選用在這三本《材料力學》基礎上重新編寫的教材。采用的課堂教學方法基本都是從簡單的拉伸（壓縮）、剪切、扭轉和彎曲四種基本變形開始，然后歸納到一般的應力應變狀態分析與強度理論、組合變形以及壓桿穩定問題。在講授完課堂相關理論知識后，由實驗指導教師指導學生進行軸向拉伸、壓縮以及平面彎曲等實驗。總體上，土木工程專業的材料力學教學內容已經比較穩定，課堂學時一般在60~74個之間，實驗學時一般在4~8個學時之間，學分在3.2~4.0分之間。針對材料力學的教改問題，很多同行進行了研究，也取得了一定的成果。但結合我們前些年的教學實踐，也發現了一系列的問題，具體如下：
1.教師隊伍缺乏專業性。材料力學是土木工程專業、機械類專業、信息類專業等很多工科專業都開設的一門專業基礎課，因此很多學校（包括作者所在學校前些年）均統一安排基礎學部的力學教師來講授材料力學。從學校層面講，這樣安排節省了教學資源，便于統一管理。但弊端是基礎學部的教師對土木工程專業缺乏深入的了解，不能將材料力學中的相關理論和實際土木工程相結合，這就導致了學生學到的知識僅限于書本上，不知究竟學到了什么，很難提升學習興趣。
2.材料力學理論性較強，概念多，公式多，計算多，內容多，學生接受困難。材料力學章節多，內容多，各章之間連續性相對不強。本身理論性、抽象性又較強，很多概念，如應力、應變等，學生第一次接觸，若采用傳統的講授式教學，不輔以必要的手段，在有限學時內，很難理解其本質，降低學生學習的主動性和積極性。
3.教材的發展相對落后于規范。目前，我國土木行業的規范體系中，如鋼結構設計規范、混凝土結構設計規范等，除疲勞計算外，均基于近似概率極限狀態設計法進行強度、穩定等校核，而材料力學中仍主要采用容許應力法，若完全按照教材講解，學生所學知識與當前工程實踐、新理論相差甚遠，會誤導學生。
4.實驗教學流于形式、學生不重視。材料力學的實驗基本是在課堂教學講授完相關理論之后進行，相關實驗基本為驗證性實驗，有些甚至僅由教師給學生演示一遍，學生僅需觀看不需要自己動手驗證，最后學生上交實驗報告就算是完成了實驗教學。實驗教學淪為一種“形式主義”教學，不僅提高不了學生的興趣，有時甚至被學生認為是耽誤了有限的課堂教學時間。
二、材料力學教學改革建議
針對材料力學教學實踐中發現的問題，經過實踐，作者提出了一些針對性的建議，具體為：
1.教師隊伍注重專業性建設。充分意識到教師在教學過程中的主導及組織作用，選擇具有較高學術水平、豐富工程背景的土木工程專業教師講授材料力學課程，這樣教師可以實時地把材料力學教學內容與工程實踐結合起來，比如材料力學中梁構件的支座可分為可動鉸、固定鉸、固定端支座，但我們工程中的主梁一般支承于柱上，次梁一般支承于主梁上，那工程中實際中的梁對應的支座又是那種呢？對于鋼筋混凝土梁構件來說，當梁端部承受負彎矩，上部混凝土受拉開裂，如梁上部不配置縱向受拉鋼筋，即可允許梁端發生轉動，進而釋放掉負彎矩，這樣一般就可認為是固定鉸；反之，若梁端上部配置了足夠多的縱向受拉鋼筋，那計算時就可以簡化為固定端。通過專業老師的講授，使學生切實體會到材料力學和工程實踐的密切關系，進而激發學習的興趣。
2.教學內容注重時效性、拓展性建設。在對教學內容不做較大修改的前提下，教學時注重時效性，與現行相關規范作比較，如軸心受拉構件的強度計算公式，材料力學中基于容許應力法的表述為公式（1）、鋼結構設計規范中基于近似概率極限狀態設計法的表述為公式（2）。NAn≤[σ]（1）NAn≤f（2）式中，N為構件受到的軸拉力；An為構件的凈截面面積；[σ]為許用應力，Q235鋼材一般取150~170MPa之間；f為鋼材的抗拉強度設計值，Q235鋼材一般取215MPa（板件厚度小于12mm）。從表面上看，公式（1）和公式（2）的區別僅為[σ]和f。但實際上公式（1）基于容許應力設計法，要求結構在標準荷載下產生應力不得超過材料的容許應力[σ]（容許應力[σ]由材料的極限應力除以一個大于1的安全系數得到），因此可知，式（1）中的N是由標準荷載產生的軸拉力。近似概率極限狀態設計法設計公式（2）是用荷載或荷載效應、材料性能和幾何參數的標準值附以各種分項系數，對于不同重要性的結構，尚應考慮結構重要性系數，即式（2）中的N是由荷載設計值（荷載標準值乘以相應的荷載分項系數）產生的軸拉力，f是由材料強度標準值除以抗力分項系數得到。除注重教學內容與現行規范相結合外，教學過程中我們也強調力學知識的拓展性，即材料力學中的相關知識不僅在土木工程中應用，在生活中也有大量應用，諸如食品包裝袋上預留一個小豁口、如何吃火腿腸、冬天水管為什么會被冰脹裂、撐桿跳運動員使用的撐桿的變化（由木桿、竹竿、金屬桿等逐漸過渡到現在用的玻璃纖維桿）、香蕉球的力學原理、彈簧秤的力學原理等等，通過這些生活中的具體問題，使缺少工程實踐的學生從生活案例中理解材料力學概念，讓學生意識到材料力學就在我們身邊，并逐步引導學生自己去發現材料力學在生活中的應用，進而提高學生的學習興趣。
3.教學手段注重結合性、細節性建設。本文著重介紹的是作者采用多媒體課件教學時，認為應該注意的一些細節性問題。（1）多媒體課件形聲、動畫兼備，對于抽象的應力、應變、變形過程等更容易展示出來，學生也容易理解，但制作課件時要注意排版、字體大小、顏色等，最好多圖片少漢字，能用動畫表述不用文字描述。排版不宜過于花哨，否則會喧賓奪主，學生會把過多的注意力放在課件上，而不是教學內容上。（2）多媒體課件內容選擇上，輻射面要廣，不僅包含教材上的知識，尚應涵蓋教材沒有涉及到的知識。但除重點內容外，一般不必過于詳細，否則學生會認為“課件”就是材料力學，降低他們主動學習的積極性。細節決定成敗，一個好的多媒體課件可以讓學生在愉悅中掌握知識，優化課堂教學，提高教學質量。
4.教學方法上注重靈活性建設。為改善傳統的教師講、學生聽這種學生“被動學習”的教學方法，將“啟發式學習”“學生自主學習”與傳統的教學方法相結合，引導學生積極思考，增強了教與學的互動，使學生參與到教學活動中來，而不是被動地接受。“啟發式學習”的核心是引導學生學習，結合材料力學每章節課程內容，教師在導課時都結合具體的工程案例或相關科研成果，首先讓學生知道要學什么，相關的問題在哪？帶著問題去學習，學完相關內容后，師生共同對問題進行歸納總結，加深學生對學習內容的理解。比如在講解壓桿穩定問題時，教師首先提出問題：僅長度不同的鋼柱，其余均相同，哪個承載力會高一些呢？學生從生活常識的角度一般能知道短柱一般承載力會高一些，但不知道原因在哪兒。在講解完壓桿穩定問題后，學生就知道原因所在了。“學生自主學習”就是給學生站上講臺并充當教師角色的機會。材料力學課程安排中一般會有2~4個學時的機動課時，我們利用這幾個學時的時間，讓學生站上講臺，規定每個學生授課時間一般在8分鐘左右，從授課章節、多媒體課件制作、素材收集等等全部由學生自主完成，在“學生教師”授課的過程中，教師充當學生，最后由教師進行點評。以前，教學過程中，我們一般把這幾個學時安排成答疑，效果并不理想。基于此，我們把答疑全部改為課下進行，不占用課堂時間，把節約下來的課時用來給學生展示，這樣提高了他們學習的主觀能動性和在眾人面前表達自己的能力，也讓他們體會到了教師工作的辛苦。
5.實驗教學注重層次性建設。針對之前實驗教學的弊端，我們作了如下改進：（1）除實驗室專門配備的教師外，要求材料力學授課教師全程參與實驗教學。（2）將實驗分層，第一層次為基礎性實驗，包括拉伸、壓縮、平面彎曲實驗。第二層次為綜合性實驗，可以由學生自擬題目或結合教師個人科研項目確定。（3）基礎性實驗教學過程中，授課教師首先把與實驗有關的多媒體課件等相關素材提供給學生。進入實驗室進行實驗時，由實驗室教師對授課教師事先提供給學生的素材（多媒體課件等）進行詳細講解，并預留下一些問題。因學生課下已經做好了預習，這樣有效地節省了準備時間。為提高學生的動手能力，實驗按每2~3人一組進行分組，撰寫實驗報告時，學生除需對實驗數據進行整理分析外，尚需對實驗室教師預留的問題進行解答。對實驗過程中不懂的問題，也可以在實驗報告上提出，最后由實驗室教師匯總交給授課教師，由授課教師統一解答。同時，實驗報告上必須注明小組每個人的分工。（4）綜合性實驗為選做性實驗，可以是真實的物理性實驗也可以是數值性實驗，主要是針對學有余力的同學開展的。截至作者發稿前，學生自擬了軸向壓桿穩定承載力的測定、焊接構件殘余應力測量等多個實驗項目；參與到教師的科研項目中的實驗就更多了，諸如一些實際檢測類的工程項目、實驗室的科研試驗項目等。6.課程考核注重多樣性建設。課程考核過程中，摒棄了平時成績+實驗課程成績+期末考試成績加權計算總成績、期末考試閉卷的傳統作法。相關改進如下：（1）針對材料力學公式多、概念多的實際情況，考試時允許學生自備半張A4紙，半張A4紙單面（另一面空白）可以撰寫自己認為重要的公式、概念等等，但只能自用不可互相傳閱，考試結束時該半張A4紙寫上姓名隨同試卷上交。（2）減小主觀性成績在總成績中所占比重，平時成績主要依靠作業質量、出勤率等來確定，但僅占總成績的10%；實驗課程成績分為A（優秀，對應90分及以上）、B（良好，對應80~90分）、C（中等，對應70~80分）、D（及格，對應60~70分）、E（不及格，對應60以下）五個等級，若實驗成績等級為E，則采用一票否決制，總成績不合格；若等級為C或D，實驗課程成績占總成績的30%；若等級為A或B，實驗課程成績占總成績的20%。總體上，實驗成績越低，在總成績中所占比重越大，就會導致總成績越低，進而促進學生重視實驗教學。
三、結束語
經過幾輪的教學實踐改革，針對我校土木工程專業材料力學的教學改革取得了初步成效，學生對材料力學的理解逐漸由一門抽象、難懂的“力學課”轉變為土木工程專業的一門“專業基礎課”，學生的學習興趣、學習動力、動手能力、解決實際問題的能力大幅提高，學習過程中的參與感逐漸增強。但我們也意識到，材料力學教改工作是一項長期工程，需要我們順應形勢，進一步地探索和實踐。
參考文獻：
[1]張如三，王天明，陳君駒．材料力學[M]．北京：中國建筑工業出版社，1997．
[2]孫訓方,方孝淑,關來泰．材料力學I[M]．第5版．北京：高等教育出版社,2009．
[3]劉鴻文．材料力學I[M]．第5版．北京：高等教育出版社,2011．
[4]劉萍華．20年來我國材料力學實驗課程教學改革文獻綜述[J]．力學與實踐，2009，31(6)：67-69．
[5]王濤,羅洪峰,王娟，等．材料力學教學改革的探索與實踐[J]．實驗科學與技術，2016，14(3)：116-118．
[6]閆冰潔．淺談基于地方本科高校應用型人才培養的材料力學教學改革[J]．大學教育，2015：144-146．
[7]季順迎，武金瑛，馬紅艷．力學史知識在材料力學教學中的結合與實踐[J]．高等理科教育，2012（4）：137-142．
[8]宋曦，楊靜寧．工科專業材料力學教學創新的探索與實踐[J]．力學與實踐，2010，32(2)：142-146．
[9]劉小蠻，杜國君．材料力學實驗教學思考———會做、會用、會意[J]．力學與實踐，2013，35(4)：74-77．
[10]GB50017-2003．鋼結構設計規范[S]．[11]GB50010-2010．混凝土結構設計規范[S]．
【關鍵詞】CDIO教育理念；材料力學；教學改革；課程考核體系
0引言
材料力學是土木工程專業的技術基礎課，是研究各類工程結構中普遍存在的受力和變形現象的學科，著重培養學生的邏輯思維、分析能力和解決實際問題能力。一直以來，我國大學中所講授的力學課程內容大多由前蘇聯引進的內容，內容陳舊、枯燥、抽象、重理論輕實踐。教學方法多采用灌輸式教學，造成課堂氣氛死板，有時甚至枯燥無味，大大降低了學生的學習熱情。這些問題不但加劇了學生的學習惰性，也影響到其它課程的學習狀況。針對以上問題，如何為實際工程提供合格的力學人才；如何在材料力學教學中充分調動學生的主動性和積極性；在目前有限的課時下，如何對舊有材料力學課程體系進行合并、篩選等工作已經成為教學改革工作不可回避的事實。CDIO工程教育理念提倡在實踐中學習，在學習中實踐，這為該問題的解決提供了一種思路。
1CDIO工程教育模式
CDIO模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO模式強調與社會大環境相協調的綜合的創新能力，同時更關注工程實踐，加強培養學生的實踐能力，因此CDIO工程教育模式是提高大學生的創新和動手能力、推進產學研結合、加強實踐教學環節以及加強學生參與交流與合作能力的有效途徑。
2基于CDIO模式的材料力學教學大綱設計
CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面,大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。材料力學課程既包括專業知識學習，又強調應用能力的提升，根據這一教學目標設計的教學大綱如表1所示。
3改革方案設計
3.1教學內容的改革
對于傳統教學中的基本概念、原理和方法，我們在教學中應該重視，可為了拓寬學生的視野和運用力學知識建模的能力，我們又應該對教學內容優化。隨著科學技術的發展，新的理論、新的學科、新的計算工具和計算方法、新的試驗方法不斷涌現，在教學內容中適當增加這方面的介紹和練習，可以拓寬和增強學生系統解決實際工程的能力。此外，學生普遍對繁瑣的理論推導缺乏熱情，因此有必要在教學中加入實習環節或模型演示環節，實現教學與實踐的結合，從而提高學生對力學課程的興趣。
3.2教學方法和教學手段的改革
如何調動學生的主動思考，如何加強學生獨立解決問題的能力，如何實現“在實踐中學習，在學習中實踐”？顯然單純的課堂教學很難實現這些目的。首先，材料力學應把課堂教學與案例教學或現場教學結合起來，并配合一定形式的課堂討論。這樣學生就能比較生動地、直觀地去學習基本理論，并且可以明確學習的目的性。例如：彎曲問題可以在施工現場結合梁的配筋布設講解；組合變形可以在實驗室用模具演示教學等等。另一方面，CDIO教育理念重視個人能力及技能的同時，強調團隊協作與交流，因此可以在教學過程中開展分組專項研討。專項研討任務以小組為單位，每組3~5人，讓學生到施工現場進行調研，結合工程實際確定材料力學研討主題，然后針對工程實際問題建立力學模型，通過小組探討解決工程問題，從而鍛煉學生收集信息、主動獲取新的知識、解決問題和創新的能力。再一方面，還可以在教學過程中開展自主實驗設計，推動學生自主學習能力。在教學手段上也應結合新技術、新方法的發展，在傳統的板書基礎上，融入PPT、Flas、仿真數值模擬等教學手段。一方面加強學生對傳統力學知識的理解，另一方面，新的教學手段可以豐富教學內容，貼近工程實踐，拓寬學生的視野。例如：PPT相對于板書，可以發揮信息量大的優點，讓學生在有限時間內完成更多的課上練習；Flas可以在課堂上展現一些實驗現象或者工程實際現象，這有助于學生對抽象力學概念的理解等等。
4課程評價體系改革
課程的考核評價體系和考核方法主導著學生的學習動力和方向，其改革必須匹配材料力學課程的CDIO教學大綱，起到引導學生有意識開展專業能力鍛煉的目的。材料力學課程成績包括三部分：書面理論考試、匯報答辯、實驗報告，權重為0.4、0.4、0.2。書面理論考試主要以基本概念、基本理論、基本技能為主。匯報答辯要求學生對小組研討專項做成PPT，圖文并茂的在講臺上向老師和同學做報告，并回答老師和同學對改組項目提出的問題，考核重點在：調研的充分性、CDIO綜合能力的展現性、技術和理論的結合度、團隊的協作能力等方面。實驗報告要體現自主實驗設計的選題調研、方案設計、實物開發和交流評比等環節。
5結束語
基于CDIO的材料力學教學模式著手改革課程體系和教學模式、創新教學方法和教學手段、調整教學考核體系，從而調動學生的主動思考動力、培養學生的團隊協作和交流能力、加強學生獨立解決問題的能力，讓學生“在實踐中學習，在學習中實踐”。
【參考文獻】
［1］李為虎.一種工科理論力學教學模式的構思與實踐[J].力學與實踐，2010（3）:126-127.
［2］李庚英，趙曉華，熊光晶.土木工程材料CDIO模式的設計與實現[J].高等工程教育研究，2009（5）.
［3］林建.面向“卓越工程師”培養的課程體系和教學內容改革[J].高等工程教育研究，2011（5）.
［4］胡志剛，任勝兵，吳斌.構建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育，2010（22）.
[關鍵詞]材料力學 實驗教學 設計實驗 綜合實驗
《材料力學》課程在土木工程專業中是一門重要的基礎專業課,相對于其它專業課來說知識比較抽象,其理論性較強,其基本理論知識是往后課程學習和以后工程設計和工程實踐中最基本的理論根據之一,涉及眾多工程領域。學生通過學習,了解和掌握材料力學研究方法,能運用材料力學理論和計算方法去分析、計算解決實際工作中遇到的一些工程問題。實際教學中,由于本門課程具有理論性強、概念知識多、內容抽象、邏輯嚴密等特點,使教與學都頗具困難,因此,需要教學老師在教學實踐中不斷探索研究,提高教學質量、改善教學方法。材料力學的實驗教學能使學生學到的抽象理論知識與實際情況結合起來,有助于建立完整的材料力學知識體系,另外實驗教學有利于學生自學學習能力和創新能力的培養,在教學改革中應該重視實驗教學環節。
一、材料力學實驗教學內容的現狀
1.實驗課內容陳舊、單一
一般來說,材料力學實驗課的實驗項目少且較為單一,主要有是對鑄鐵和低碳鋼兩種金屬材料進行簡單的材料力學性能測試,包括拉伸、壓縮、扭轉、彎矩等主應力的驗證性實驗,內容形式固定,與工程實際情況聯系不強。在實驗中,學生都是按指定標準化程序實驗操作,實驗內容設計上也沒有預留多少讓學生有自主創造的空間,這樣不但影響學生的學習熱情,還扼殺了學生的創造思維。
2.實驗條件不充足
隨著高校擴招政策實施,在校學生數量不斷增多,導致現有的儀器設備臺套數遠遠不能滿足現有學生人數的使用需求,而學校短期內又無法投入大量的人力物力不斷擴張實驗室面積、實驗儀器數量。這樣,迫于現狀許多院校作出無奈選擇,以前學生三兩人一組做實驗,現在要五六人一組做實驗。這樣形成了實驗過程中個別人操作,多數學生觀摩和記錄的現象,這樣就導致了許多學生抄襲以及對實驗敷衍的心理。
二、材料力學綜合設計型實驗教學方法
1.引入綜合設計型實驗內容
結合經典材料力學實驗方法的基礎上,調整實驗內容增加設計綜合設計性實驗內容,為學生提供寬松、開放的實驗環境,讓學生根據自己的意愿和能力靈活開展實驗。在實驗中,老師不設定具體實驗方法方式。開展實驗前,學生幾個人自由組成以實驗小組,分工合作,要閱讀實驗大綱要求、明確實驗目的、了解實驗室現有條件、自主查閱資料等,然后設計實驗方案,跟老師討論實施實驗可行方案,最后獨立完成實驗,完成實驗研究報告或實驗小論文。
綜合設計型實驗要求老師始終以輔助的角色從旁指導學生實驗,在確定大致的實驗內容、提供相應實驗環境和保證學生實驗安全的基礎上,讓學生充分發揮主觀能動性。實驗對象不限于單一的金屬材料,學生可根據自己的興趣設計自己的實驗方案。實驗的工具也不限于實驗室里的儀器設備,學生充分發揮所長,可以自主設計簡易儀器設備,可以采用計算機編程、數值模擬試驗等。實驗的時間也不限于正常上課時間,一個實驗項目可以在幾天至兩個星期內完成,讓學生有充分時間調研、討論和實驗,同時也可以達到分流學生充分利用實驗室資源的效果。
比如,學生要測量某種材料的力學性能,在完成資料調研和設計好實驗計劃書后,給老師檢查,經過討論交流,確定方案可行。然后老師就組織學生講解和教會學生各種儀器設備的實驗原理、操作方法和注意事項,學習電子萬能試驗機、壓力試驗機、扭轉試驗機、材料力學試驗臺、各種傳感器、百分表等儀器設備的使用,掌握應變儀的操作、電阻應變片的粘貼方法,了解電測法基本原理等,在學生熟悉整個過程后就可以開始獨立自主開始實驗了。實驗完成后按照要求編寫實驗報告或小論文。這樣的實驗教學方式,老師不再是主要的角色,學生自己掌握了實驗過程中的主動性,自己動手、自己動腦、自己發現問題和解決問題。學生可以現學現用,及時掌握鞏固所學,激發學生學習積極性。
2.加大開放實驗、開放基金課題項目與課程實驗結合的程度
開放性實驗室包括時間的開放、資源的開放、實驗內容的開放、管理方式的開放,學生可利用課余時間來實驗室開展實驗,有利于學生素質培養,能充分利用實驗室資源。開放性實驗室的開放程度應結合院校自身條件,以學生為本,立足于培養學生的技術應用能力、和實際操作能力的,充分利用實驗室教學資源。我校為促進開放性實驗室建設,培養高素質人才,設立了多種開放基金,鼓勵本科生進行課外科研活動,比如:“實驗室室開放基金項目”,“創新性實驗計劃”,其面向全校教學、科研實驗室,基金項目支持各實驗室提供的開放實驗教學課題和學生自擬的實驗課題,項目內容要有一定的新意,對培養學生的素質和能力要有推動作用。由于學校對實驗室建設的大力支持,使得學院在設計實驗項目、學生進行實驗在操作上變得可以更加靈活。學生可以根據自己的時間安排、結合自己的興趣來實驗室開展自己的實驗項目,優秀的實驗項目還可以向學校實驗室開放基金管理處申請立項,獲得經費支持。學生也可以參與教師的科研實驗,培養學生科學研究的思想,提高自身能力和素質。這些制度和政策,極大的推動我校創新人才培養機制的建設。
三、總結
在教學中院校應加強實驗環節的,為學生實驗搭建一個良好的服務平臺,讓學生在這個平臺上充分發揮自主能動性和創造性思維,讓學生通過材料力學的自主實驗,為專業基礎課打下堅實基礎,有利于學生實踐能力提高,培養了獨立思考能力和團隊協作能力。
參考文獻:
[1]牟萍,謝曉梅,文寧.材料力學設計性實驗的設計與實現[J].實驗技術與管理, 2007,24(4).
[2] 夏祁寒.力學實驗教學改革對大學生實踐能力和創新能力的培養.科技信息,2008.
Abstract： Based on the orientation of cultivating applied talents in Heilongjiang University of Science and Technology， discuss the starting point of case teaching and the advantages， the key ring and the matters needing attention of the three foundation experimental courses of University Physics Experiment， Experiment of Material Mechanics， and Electrical and Electronic Technology Experiment are carried out. Taking the Experiment of Material Mechanics as an example， this paper introduces the concrete method and the effect of the case teaching.
關鍵詞：示范中心；內涵建設；基礎實驗；案例教學
Key words： demonstration center；connotation construction；basic experiment；case teaching
中圖分類號：G642.42 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）33-0181-03
0 引言
黑龍江科技大學工程訓練與基礎實驗中心下設的基礎實驗中心（以下簡稱中心）為省級實驗教學示范中心，目前，中心面向全校相關專業開設《大學物理實驗》、《材料力學實驗》、《電工與電子技術實驗》，以及承擔《工程力學》、《材料力學》、《電工與電子技術》課程的課內實驗，此外還承擔物理專業《基礎物理實驗》和《近代物理實驗》，除課內實驗外，其他全部為獨立設課的課程。幾年來，經過不斷更新教育教學理念，開展一體化教學建設和教學改革，使得教學質量穩步提升，學生普遍認為通過這三大基礎實驗，喚起了崇尚科學的好奇心和探求欲，學到的知識豐富，掌握了較為扎實的物理、力學和電工與電子技術基本實驗技能，動手能力和綜合素質得到了很大的提高，為后續課程的學習和實踐奠定了堅實的基礎[1]。
但隨著黑龍江科技大學新型科技大學建設和應用型人才培養定位，同時基于省級實驗教學示范中心內涵建設，對基礎實驗教學又提出了新的要求。作為教學改革內容之一，2014年以來，在原有教學改革基礎上，進一步從提高服務專業能力上全面挖掘課程內涵，將人文背景和工程應用案例引入實驗教學，實施以來取得了較好的效果，達到了預期目的，為該校應用型人才培養發揮了重要的支撐作用。
1 開展案例教學的出發點
案例式教學方法，最早起源于美國哈佛大學法學院，早期主要應用在法學、醫學和商學的教學過程中[2]。由于案例式教學法的具體、直觀、真實等特點，使學生對知識能夠更好的理解并大大的提高學生的學習興趣，近十幾年在一些理工科專業中逐漸開展；由于這種教學方法能夠顯著地提升教學效果，近幾年在理工科專業中的應用更是大幅提升[3-6]。
《大學物理》和《大學物理實驗》是理工科院校中所有理工科專業學生必須學習的基礎課程，《材料力學》或《工程力學》以及《電工與電子技術》和相應實驗也都是大部分理工科專業學生都要學習與進行的課程。其中的理論課由于其基礎地位，不僅具有極強的理論性，而且具有極強的實證性，很多理論來源于實驗，經典或著名實驗還有其人文背景；無論理論還是實驗與生產、生活以及工程實際緊密聯系，與現代科學技術的發展密切相關，在理工科院校相關專業人才培養方案中基本屬于公共基礎平臺及專業基礎平臺中，在學生科學素養和實踐動手能力等綜合素質培養中具有非常重要的作用。實驗課是理論課所無法替代的重要的教學環節，上述實驗課程能再現某些原理、定理的發現過程，驗證某些理論的正確性，能使學生更好地理解和掌握相應理論內容，領略美妙的自然現象所揭示的深刻原理和理論，同時培養學生的科學精神，使學生掌握科學的實驗方法和技巧，為后續課程的學習和實踐奠定基礎。但目前的實驗教學方式，更多還是延續傳統，即學生根據教師要求進行課前預習，有的要完成預習報告；上課時教師對實驗原理進行集中講解并進行操作演示；學生在教師的指導下進行實驗；最后學生完成實驗報告。教師在一定程度上還存在著就實驗講實驗的現象，還有很大一部分學生只會模仿教師演示按照實驗步驟完成實驗，缺乏深入的思考、聯系和拓展，教學質量還有較大的提升空間。
為了使學生能夠更好地理解和掌握一些抽象的理論和概念，在相應的理論課教學中，常常引入一些工程實例或案例進行剖析，以求能將一些枯燥、抽象的理論具體化、實體化，從而能夠提高學生的學習興趣，達到更好的教學效果。而實驗如果只是驗證相應理論或揭示某些現象，并不能成為學生主動學習的動力，枯燥乏味的填鴨式教學更不能激發學生學習的興趣，很顯然要達到相應的教學目標也就成了一句空話。因此，開展案例教學是現實需要，也是提高學生的學習興趣，課程主動服務專業的最好體現。
2 案例教學的優點
案例式教學法之所以逐漸被重視以及越來越多的在理工科課程中被應用，主要源于以下優點或特點。
2.1 將抽象的理論內容具體化
對于理工科專業的某些課程來說，由于內容抽象或理論性較強，不僅枯燥還難于理解，如能將合適的案例引入到教學中去，則能將難于理解的知識內容具體化、實體化，從而有助于學生對知識的掌握。
2.2 提高學生學習的興趣
對于理論教學，應用案例的引入，或是將一些學科的前沿技術引入，無論是哪種方式，都有先入為主的作用，能使學生首先認識到所學知識的“實用價值”，進而產生興趣和學習的動力。對于實驗教學，通過實驗背后的故事、隱含的人文精神以及應用案例，使學生了解實驗設計的思想及其巧妙之處，了解其原理、手段、測試技術或實驗本身在生活或工程實際中的應用，體驗其匠心所在，才能真正激發學生學習的興趣和主動性。
2.3 有助于啟發式和討論式教學的開展
理想的課堂教學應該是有啟發、有互動和有思考的，在這樣的課堂上才能收到好的教與學的效果。而案例教學，通過一個個的“包袱”，啟發學生思考、調動學生情緒、引起學生共鳴并進而開展討論，隨著問題的提出、分析和解決，達到深入淺出、事半功倍的理想效果。
3 基礎實驗案例教學的關鍵環節及注意事項
對于三門基礎實驗課程來說，進行案例教學，案例的選擇很重要，尤其是物理學和力學學科發展歷史比較長并且與生活和工程緊密聯系，因此案例的選取范圍非常廣泛，經典的、前沿的、來自大自然現象的、與生活相關的、來自工程實際的、簡單的、復雜的，等等。在眾多可選取的案例中，怎樣選擇一個適合教學的、能吸引學生學習興趣并啟發學生思考的案例，還需要教師多揣摩、多研究，一個合適的案例能夠有助于更好的提高教學效果。對于那些無法案例的實驗，則需要挖掘其背后的科學家故事及隱含的人文精神來代替案例。這里需要明確和強調的是：①實驗課程不同，案例的應用不同；②實驗性質不同，案例的選擇和設置不同；③案例應該盡量結合學生專業；④不能為了案例而生搬硬套案例。如何巧妙地通過案例來引出實驗內容，如何通過實驗來解釋和回答案例提出的問題，這需要一定的生活經驗、人文和專業知識的積累，更需要精心的選擇和設計。
4 具體應用實例及效果――以《材料力學實驗》為例
《材料力學實驗》課的內容大致主要可以分為以下幾類：①測定材料力學性能指標的實驗：如拉伸實驗、壓縮實驗、沖擊實驗、扭轉實驗、G值測定實驗等，主要測定材料的一些強度指標或彈性常數，這些指標或常數在結構或零件的設計、制造、使用過程及破壞分析中都有使用或涉及，同時這類實驗也是新材料性能測試的必要手段，這類實驗雖簡單但極具意義，在一些專業中的畢業設計或以后的工作中都可能會用到，因此要求學生能正確掌握。②驗證材料力學理論的實驗：如純彎曲梁正應力的測定實驗，是對材料力學中的純彎曲理論進行驗證，這類實驗能夠加深學生對理論內容的理解。③應力分析型實驗：如主應力測定實驗、疊梁正應力分析實驗等，這類實驗主要通過主應力的測定，來對構件或結構進行應力分析，進而來分析其受力特點或結構的優缺點。
4.1 測定材料力學性能指標的實驗
這類實驗由于其原理相對簡單，學生往往不重視或不感興趣，如何使學生感興趣進而重視起來，是提高教學效果的關鍵。對于這類實驗，首先要讓學生知道這些力學性能指標的重要性，通過在課堂上播放一些鋼結構或機械結構由于材料強度不足而造成的一些安全事故的圖片或視頻來達到此目的，進而基于材料力學理論課的內容提出具體案例[3]。例如，通過學生在材料力學理論課中設計的投影儀吊桿進一步提出問題，假設學生設計的投影儀吊桿在使用的過程中發生斷裂，而設計方案無問題，懷疑吊桿所使用的材料被以次充好，存在質量問題，請學生設計方案來對材料的質量進行檢測，并根據材料指出應測試哪些具體數值？
這個案例是學生在材料力學理論課“軸向拉伸和壓縮變形”部分接觸到的，并且由學生獨立畫圖并設計完成，學生的印象深刻，而“拉伸實驗”在這個案例的基礎上進一步挖掘，將理論課與實驗課有機的聯系起來，更能提升學生的興趣。再這個實驗的教學過程中，首先重溫理論課堂上的內容，在對吊桿進行受力分析，判斷出材料的抗拉強度達不到設計要求的基礎上，引導學生自行設計方案對材料的抗拉強度進行測定。首先考慮試件的形狀問題來引出試件制作標準，進而根據所用材料考慮在測試過程中具體測定的載荷值及具體對應的指標，如鑄鐵等脆性材料只能測定強度載荷而低碳鋼等塑性材料則需測定屈服載荷和強度載荷，以及對破壞后的試件是否還需處理或測量來引出斷口移中以及延伸率和截面收縮率等內容。教師通過合理、巧妙、無痕的案例完成拉伸實驗的講授和啟發，學生則通過案例主動思考、互助研討，愉快地完成實驗內容。
通過與材料力學理論課進行案例共享及案例演化，不但使學生提高了興趣，也對這部分的內容印象更深刻，學生通過自己的設計不僅更好的掌握傳統拉伸實驗的各個環節，對于測定出的材料力學性能指標也有更深刻的理解，進而對接下來的壓縮實驗、沖擊實驗、剪切實驗、扭轉實驗等也能有更好的掌握。
4.2 分析型實驗
在講授純彎曲疊梁正應力分析實驗時，與之前的純彎曲單梁正應力測定實驗進行對比，疊梁的總橫截面積與之前單梁的橫截面積相等，所受的外載荷完全一樣，但所選取的疊梁分相同材質和不同材質兩種，兩個單梁自由疊合在一起，通過實驗結果的對比，以及不同組合方式梁的實驗結果對比，來分析疊梁的應力特點，并通過此實驗來拓展分析在建筑工程上、機械結構中以及水工建筑中常用疊梁形式的優點。
這一案例分析是在實驗之后進行。通過實驗結果的分析和對比，可以發現采用疊梁與之前采用單梁相比，雖然所受的外力一樣，但是采用疊梁后梁橫截面上的最大應力降低，可以一定程度上提高梁的承載能力。在相同承載能力下，采用疊梁則可以減小梁的橫截面積，進而可以減輕梁的重量，達到節約材料、對于大型結構還起到節約吊裝費用和降低施工難度的目的。
通過實驗對比來進行總結，如本實驗的案例分析就加深了學生對疊梁在工程中使用的理解，通過真實的案例不但能提高學生對工程結構的認識，同時也大大提高了學生學習的興趣，收到了理想的教學效果。
5 結語
通過在基礎實驗教學中開展案例教學，將某些實驗所用案例與相應理論課進行共享與擴展，大大地提高了學生學習的興趣，調動了學生學習的主觀能動性。通過在實驗教學過程中有效的引入人文背景知識，或無痕地通過案例將理論知識與工程應用相結合，不但加深了學生對理論知識與工程知識的理解，也使學生對實驗內容有了更深刻的理解和掌握，有助于學生構建起理論、實驗、應用三者的有機聯系，形成立體的知識體系，更為以后相關專業課程的學習和實踐奠定了堅實的基礎。作為示范中心內涵建設而實施的教學改革內容之一，基礎實驗課程案例教學切實收到了好的教學效果，提高了基礎實驗課程服務專業的能力，為黑龍江科技大學應用型人才培養做出了應有的貢獻。
參考文獻：
[1]徐文娟，韓仁學，楊德生，等.基礎實驗一體化教學改革研究與實踐[J].中國電力教育，2013（08）：85-86，131.
[2]郭德紅.案例教學：歷史、本質和發展趨勢[J].高等理科教育，2008（01）：22-24.
[3]趙春香，于月民，蓋芳芳.材料力學案例教學的實踐與研究[J].大學教育，2015（10）：148-149.
[4]朱學兵.案例教學法在土木工程測量實驗教學中的應用研究[J].寧波工程學院學報，2014，26（02）：101-105.
1.1建構主義理論
建構主義理論創始人著名心理學家皮亞杰認為，學生是教學關系中的主體，教學應以學生為中心，教師應引導學生積極主動的探索、發現和對知識意義的主動構建[1]。皮亞杰認為，教師是學生學習的促進者，學生的學習是積極主動且不斷地建構認知和知識結構的過程。建構主義理論認為學習是學生在原有經驗的基礎上主動進行意義建構的過程，這種過程要在實踐中或者在學生與環境的相互作用中通過新舊知識間反復的相互作用而建構成的。在教學中教師不能把對知識的理解傳遞給學生，而是從學生原有的知識經驗出發，引導學生從原有的知識經驗中生長出新的知識經驗，即教學的關鍵是向學生展示這些結論是如何得到的[2]。
1.2分析學生特點
現在的本科生自幼開始接受傳統的以教師為主體的“填鴨式”教學，基本未接受過“啟發式”教學等新的教學方法。他們在經過嚴格的應試教育和慘烈的高考競爭后進入大學，逐漸放松了緊繃的神經，普遍失去了奮斗的目標并且對學習漸漸放松。學生的狀態大體分為三類[3]：(1)少數同學有長期的規劃和學習目標，能夠自覺努力地學習。(2)多數同學比較茫然，沒有規劃也沒有努力的方向，隨波逐流，學習上敷衍了事。(3)極少數同學徹底放松，對學習和未來前途都漠不關心，認為到了大學就應該輕松自在地享受生活，花費大量時間和精力去玩游戲或者談戀愛，對學習完全是應付甚至厭學情緒嚴重，即使不能畢業也毫不擔憂。離開了家長的呵護和老師的督促，多數學生不能合理的安排自己的學習和生活，更不能保證學習態度和學習熱情。習慣了接受教師“消化”加工好的知識和方法，學生在大學的學習過程中對知識的歸納、總結能力以及在舊知識的基礎上生長新知識點的建構能力和知識的遷移能力比較差。鑒于學生學習能力、學習狀態和學習目標大不相同，本課程在講授過程中，務必不能采用傳統的灌輸式教學，應該積極探討新的適合本課程的教學方法和手段。
2改革教學方法及評價考核
2.1樹立新的教學觀
現代教育學倡導“以教師為主導，以學生為主體”的新型教育觀，對大學教育也同樣適用。在教學過程中，如何把以教師為主導的“教”與以學生為主體的“學”有效結合起來；老師如何能夠引導學生在已掌握的知識和已有的生活經驗的基礎上構建起新的知識增長點；結合本門課的特點和學生特點，怎樣能夠更有效的引導學生學習本課等問題都需要教師深刻思考。
2.2采用多種教學方法
本課程工程應用性較強，單純的講授知識點，會增加學生理解的難度。多媒體課件的制作尤其重要，大量圖片、動畫的運用，能夠對視覺、聽覺形成有效沖擊，有助于學生將枯燥的知識形象化。在講解本門課程時，應較多的結合生活實際和工程實際，采用“舉例法、對比法”等教學方法，引導學生構建新的知識要點。例如在講解脆性的章節時，可以列舉二戰期間，美軍8艘自由輪因脆性斷裂問題失事等歷史事件，形象具體的描述脆性的產生原因及危害，給學生直觀的印象。根據各部分的教學目標和教學內容，精心設定題目請同學來回答，也可以布置作業來引導學生完成，從而考查學生對知識的掌握程度。在這個步驟上可以“因材施教”，即對于學習目標明確、學習能力突出的學生，給他們的題目或作業可以適當拔高，難度或深度更加突出；對于多數同學來說，采用數量、難度普通的題目；對于厭學或者對學習漠不關心的學生來說，即要努力培養其學習積極性，又要嚴格作業的規范，明確告之不能完成作業就會影響期末成績的考核規定。由于《材料力學性能》涵蓋的概念較多，也可在進行了一定的教學內容后總結各知識點，有利于學生深入理解。
2.3改革評價考核
對學生的評價考核，既要體現學生的學習能力的差別，又要體現其學習態度及平時表現的差別。這樣的評價考核要求僅憑期末一張試卷是不能完成的。對學習態度端正、學習目標明確、學習能力突出的同學，考核成績應對其有所肯定；對于學習目標不明確、隨大流的學生，在調動其學習積極性的同時，應有平時表現的約束，督促其保持學習習慣；對于完全沒有學習目標的同學，在培養其學習興趣、督促其平時表現的同時，教師要經常找其談心，幫助他們培養學習習慣。筆者根據多年教授《材料力學性能》課程的經驗，建議期末試卷中增加附加題，得分以附加題目分值的40%計入總分；增加平時表現分數，建議占總分30%比例，70%比例為卷面成績。增加平時出勤率的檢查，該門課教學時長內累計曠課次數達5次及以上的同學，建議取消考試資格，重修后再參加考試。這些措施對優秀學生有鼓勵作用，并且能督促學生出勤、端正其學習態度。
3優化教學內容
很多版本的《材料力學性能》教材是基于金屬材料板塊編寫的，已經不再適應材料一級學科的教學要求，優化教學內容需要對三方面進行改革。
3.1修訂教學大綱
復合材料是一種較為新興的材料，與金屬材料和無機非金屬材料息息相關。隨著復合材料的進一步發展，它與高分子材料的關系也會越來越密切。修訂復合材料專業教學大綱，既要滿足兼顧復合材料、金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料的共性要求，又要滿足以介紹金屬材料和復合材料特性為主、以介紹無機非金屬材料和高分子材料特性為輔的教學要求，且需要將各類材料有機的協調起來并融合到各個章節中去。在學習本門課程之前，學生應該學習了《材料科學基礎》《材料力學》和《工程力學》，對于已學知識可以略講或不講，達到節約課時的目的。
3.2編寫適合本專業的《材料力學性能》教材
《材料力學性能》所包含的概念公式較多，公式推導步驟也很繁瑣。在編寫教材的時候，既要注意到本課程與其他課程的聯系，又要減少公式的推導步驟。太多的公式推導不利于學生對知識點的理解，不必要求學生掌握公示的推導過程。編寫適合本專業的教材，難點是如何體現知識點的實際應用。例如講授冷脆性時，可結合《金屬材料與熱處理》中鋼的常存元素為開篇導語，復習五種常存元素對力學性能的影響。另外，還可以配圖且采用小號字做知識延伸，將與材料力學性能有關的著名歷史事件和日常生活的事例與本課程結合起來。例如泰坦尼克號的沉沒，就是由于當時冶煉技術落后，鋼板中的硫元素過多從而造成材料具有較高的冷脆性，在船體撞擊冰山后導致了船體破碎、快速沉沒等內容。這些看似不重要的知識延伸能都夠直白的展現各知識點的工程背景，使知識不再抽象，調動了學生的學習積極性。
3.3整合實驗課程內容
現行教材中涉及材料力學性能的實驗總共三個，“拉壓實驗”、扭轉實驗和彎曲實驗。這樣的實驗安排容易使學生將材料的各種性能割裂開來，認為各種力學性能的檢測方法是彼此獨立的[4]。雖然各種力學性能檢測方法的適用范圍、操作方法不同，但可以起到相互補充的作用。只有將不同的測試方法有機的結合起來，才能更好地理解材料力學性能。所以，該課程將三個實驗合并為“材料性能綜合實驗”，安排在整體課程之后。此外，精心設計實驗過程，合理安排實驗報告的知識點等，都有助于調動學生實驗課的積極性，從而形象直觀的理解《材料力學性能》。
4結語
關鍵詞：工程力學；教學方法；工程實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0103-02
近年來，高校對本科生的教學大綱進行了大幅度的調整，以我校機電工程學院為例，機械電子專業、車輛工程專業和交通運輸專業將《理論力學》和《材料力學》課程整合成《工程力學》一門課，整合后的課程既要對原來的課程進行優化還要滿足學生專業要求。課程優化后主要包括靜力學和材料力學大部分內容。靜力學主要要求學生掌握物體的受力分析，掌握各種約束的性質，重點掌握平面力系的簡化、平面匯交力系、平行力系、力偶系等的平衡方程，解決一般的工程力學模型問題。利用平面力系的相關知識對空間力系加以分析，掌握簡單及復雜的靜定力學問題的解決方法，為后續工程力學中關于研究構件在載荷作用下的變形規重視課程與學生專業的結合。在壓桿穩定、組合變形時重點突出圓形截面和常用的工字形截面，材料運用也多以各種鋼及鑄鐵為主，引導學生重視實驗研究及新材料的應用對力學研究的重要影響。除此之外，教師可將目前國際上出現的各種新材料、新工藝方法、新的加工技術等帶到課堂中，重點鍛煉學生的思維創新及思考能力。
一、課堂教學方法的改革
（一）多媒體在《工程力學》中的應用
隨著計算機的發展，多媒體教學在課堂上發揮著不可或缺的作用，如何使多媒體教學更好的服務于《工程力學》教學呢？可以從以下兩個方面重視和加強多媒體的作用。
1.將工程實際的力學模型運用多媒體進行虛擬仿真。力學中的很多約束模型簡化后的約束力方向學生會覺得難以理解，可以借助多媒體將約束模型在實際中的約束方式進行動畫仿真并配以鮮艷的顏色和動畫，學生可以獲得最直觀的經驗和體會，幫助其理解約束在工程結構中的作用。對于復雜組合變形及空間受力分析進行多角度多媒體分析可以避免學生憑空想象，主觀臆斷，同時在放映相關知識時還可以預留一些問題，鼓勵學生進行積極思考，開拓思維，積極主動地發掘新問題。
2.代替傳統黑板繪制力學圖形。在工程力學中需要學生重點掌握軸力圖形、扭矩圖形、剪力彎矩圖形等，在繪制過程中如彎矩圖與剪力圖有積分關系，傳統黑板教學速度慢、精度低。多媒體技術可以方便快捷對圖形進行處理，在講解具體例題時，可以對例題進行分步分析，在講解期間可以隨時停留便于及時發現學生的問題并及時講解。多媒體放映壓桿失穩的臨界狀態，幫助學生理解壓桿失穩的概念，確定歐拉公式的使用條件及其意義。此外，教師在講到一些名人公式時，可以將人物典故在確定這些公式時的典故講述給學生，增強學生的學習興趣。
二、課堂教學方法和手段改革
傳統上認為一個老師授課是否良好依據的判斷都是老師表演得如何，講述得內容是否細致，對例題是否都做了詳盡的講解。如此一來，學生只是被動地接收而已，也就是傳統上說的“填鴨式”，不利于學生對實際問題進行分析，使學生的創新能力受到限制。除了上述的多媒體教學外，還可以充分發揮學生的計算機能力，讓學生上機練習，如編制程序尋找截面核心等，學生可以將兩門課程有機結合起來。在教學方法上可對力學圖形的繪制總結更適合學生理解的一些方法。比如在扭矩圖的繪制過程中引入了“雙力矢”概念，因為扭矩圖的繪制要判斷扭矩的正負，而“雙力矢”的引入可以使得扭矩類似于軸力圖進行“遇左向上，遇右向下”直接繪圖，如下頁圖1所示：可將Me扭矩轉換成如圖所示的“雙力矢”，“雙力矢”方向由右手法則確定。這樣繪制扭矩圖就可以直接類似與軸力圖。此外還應重視討論課、習題課在課程中的重要作用。在習題課中以學生為主題，發揮學生的主觀能動力，積極探索求取多種解題方法。鼓勵學生將實際中遇到的問題帶到課堂上來，比如學生在學校操場、草地等常坐的排椅可以簡化為簡支梁，討論學生坐位變化時排椅的撓度變化及最大撓度發生在哪里？討論礦泉水瓶子的形狀與壓桿穩定的關系，討論橋梁爆破，大橋發生事故的力學原因等，鼓勵學生動手參與力學模型制作。學生是主題，教師一定要扮演好導師激發學生積極性、創新性能力。
三、教學考核方法改革
1.實驗考核改革。素質教育一直是我國教育的核心，在《工程力學》課程中可以做些考核方法的改革，考核主要包括平時考勤，作業提交，課堂表現及實驗考核。目前已經有些高校已經對實驗考核和考試考核進行了改革。比如哈爾濱理工大學在課程實驗方面將實驗報告占50%，實驗結果40%，實驗表現占10%。河南科技大學重視實驗錢的預習和提問，占到30%，實驗操作占30%，實驗報告占40%。我院根據實際情況分配如下：實驗預習與提問占20%，實驗操作占20%，實驗報告50%，實驗結果分析及引發思考占10%。充分調動學生實驗積極性，避免有的學生只是走馬觀花地欣賞實驗。
2.考核內容及方法改革。傳統的考核內容及方式有時會使學生束縛于其中，現在的教育理念更加重視學生的素質教育、能力培養和創新能力。但是考試考核制度的改革需要多方經過仔細籌劃、論證、調研才能運行，需要每一個老師和相關主管領導積極參與。在此，主要就《工程力學》課程的考核內容進行一些建議。考核的基本是考察學生對基礎知識的掌握情況，應占70%的份額。另外的30%可以從學生的創新能力和解決工程實際能力方面進行考核。另外考試所占學生最后總分的份額應從70%降低到60%甚至50%。考試也可以采用多考題，抽簽方法進行。考核只是一種手段，教師更應該重視學生對這門學科的整體把握和學習。
四、新興學科知識擴充力學知識且提高學生興趣
工程力學中所應用到的基礎理論和公式推導有一定的使用條件，在工程實際中遇到的問題更加復雜，目前先進的測試技術、虛擬仿真動力學軟件、力學分析軟件等都是力學在實際解析中的重要補充。比如：曲桿結構是發動機中的重要組成部件，它工作中都是處于循環狀態，對于它的受力分析可以在虛擬仿真平臺上進行。在虛擬仿真平臺上進行現實模擬過程使學生直觀的感受到曲桿各部位的力學受力情況，在彎扭組合變形部分可以利用Ansys軟件對軸的受力進行精確分析，都可以對學生的課堂知識加以補充并提高學生的興趣。如圖2所示為筆者在Ansys中對曲軸的第七階應力分析云圖，圖中顏色直觀表示了曲軸的受力情況。將其前十階應力分析云圖和振動階型等帶入到課堂，擴展學生的知識，提高學生的學習興趣。另外將學生的電工電路中的電橋知識應用于工程力學中，如測試梁的應力，如圖3所示。利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應變片貼于懸臂梁的上、下側面，同時在接橋時把應變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。電橋的輸出電壓僅反映的是彎矩力作用的結果而與拉伸力無關。通過將前沿知識及時反饋給學生使學生對自己所學知識有宏觀的把握并融會貫通，鼓勵學生積極思考，提高其創新能力和解決實際問題的能力。
利用電橋的和差特性，在測彎矩力時，將應變片貼于懸臂梁的上、下側面，同時在接橋時把應變片接在電橋的相鄰橋臂上，另外兩個橋臂為固定電阻。這樣，在彎矩力F作用下，dR1=-dR2，同時dR3=dR4=0，電橋輸出為：
五、結語
力學知識是工科學生的重要專業基礎課程，學生是學習的根本也是主體，教學應該以提高學生學習興趣、發展其創新思維能力為主，在課堂教學上利用先進的多媒體技術并積極改進教學方法和改革方法，將新興學科知識帶到課堂中來，鼓勵學生多提問題。多思考、多動手并與其他相關學科聯系起來解決工程實踐問題。
參考文獻：
論文摘要：力學是高校工科各專業的一門專業基礎課。如何提高學生對力學課程的學習興趣，已經成為許多高校教師大力思考的問題。獨立院校的學生有自己的特點，力學課程怎樣教授才能適合、適應他們的學習要求，本文從三個角度進行了探討。
力學在現代大學教育中占用重要地位。前接高等數學、大學物理等重要基礎課，后續機械設計，結構設計、材料設計等主要專業課程。力學課程起到了承上啟下、從基礎向專業轉換的關鍵作用。不同于我們平時所言的本科院校，作為我國大學教育體系中的獨立院校，學生的學習基礎相對薄弱，學生獲得知識的最終標尺應該是“夠用”。在教授力學課程的時候，一本、二本院校力學的講授方法、講授內容均不宜“依葫蘆畫瓢”，而應針對自己學校學生的特點、學校的定位作出相應地改變。下面結合教學實踐，談一談對獨立院校力學課程教學改革的幾點體會。
一、重要的基本理論要講透
學習知識的最終目標是應用。在從理論角度看，熟練應用力學中的基本方法和公式，是對學生最起碼要求。達到這個目標。不是死記硬背概念、定理或公式就行了，而是要對基本理論理解透徹、掌握于胸。這就需要教師必須認真、詳細地講解，而不是一帶而過、只單純地要求學生記住怎么利用公式進行計算。當然，這并不代表對所有的基本理論都要詳細的講。最好是在“量學生的程度而為”的基礎上，適當加深對某些相關內容的講解。
要將基本理論講通透，作為授課的教師，首先就要將這些內容徹底理解，不能存在一絲的偏差，更不能輕視基本理論。給學生捧出一杯水，自己須有一桶水。否則，學生在學習后續專業課程的時候，就會出現同一內容前后銜接不上的現象，影響對知識的理解與掌握。再次，在講解時，盡可能的淺顯易懂，不應連篇累牘。這要求教師要不斷接觸新事物、要能理論聯系實際。這樣，學生才會對力學課程中的理論感興趣，才會沉下心來學習進而掌握必要的力學知識。
二、教師的教學模式不能僵化
1、改變教學理念
傳統教學模式中，主要是教師在講，學生負責聽。輔以適當的課堂練習和大量的課后習題。但隨著新知識、新技術的快速發展，以及高校教學改革的進行，力學課程課時被大幅度壓縮而課程內容卻沒有同時縮減，有些課程(如有些版本的《材料力學》)還根據學科的發展增添了新內容。教師如果還按照以往的思路、方式授課，可能連最基本的力學知識都無法講授完了。必須改變自己的教學理念，不能原地踏步。以往的理念，好是好，不見得適應發展的新形勢，要不斷的更新。
2、教學方法應靈活
教師“傳道、授業”的根本目的是讓學生把課本上的知識變成屬于自己的東西。教師在發揮主導作用的同時，應該充分發揮學生的主體作用，讓學生從知識的被動接受者轉變為主動參與者和積極探索者。
④在講課的時候，盡可能的鼓勵學生大膽提出問題。課堂上，教師不應因學生打斷自己的講課思路而不高興，這種情況在備課時就應該預料到。而教師也最好能結合講授的知識向學生進行相應的提問，而不是一直站在講臺上。講”解。②條件允許，最好能在講課的時候帶上所授教學內容的模型或教具，讓學生當場就產生直觀的印象。這種方法收到的效果是空講理論達不到的。比如在講解力學概念“彎矩”和“扭矩”的區別時，筆者是拿了一根火腿腸進行講解的，學生很感興趣。③在講授一些與專業課程聯系較為密切的力學課程時，多拿學生身邊隨處可見的事物舉例，不但好理解。還能提高學生的興趣。④雖然多媒體課件的信息量很大，但不建議教師一味地依賴。據調查，在講解計算方面的內容時，大部分學生并不喜歡這種講課形式，反而希望教師能多多板書。多媒體與板書教學，教師應靈活使用，以提高教學質量和效果。
“教學有法，但無定法”，只要適合學生的，就是好的。
3、課程內容要刪減
獨立院校的學生，不是做研究的學生，他們獲得的知識要能“用”。力學課程里的一些較為艱深的內容對他們來說，一是理解不了，二是用不了。在實際講授時，捎帶幾句即可。如遇對此感興趣的學生，完全可以課外進行輔導。
4、教師要加強自身業務
學校教學，大多是理論的比例比較重，實踐環節的比例小。在學力學課程的時候，許多專業還沒有開設專業課。作為專業基礎課，最好的情況是：教師在講授力學知識時，能經常聯系相關專業內容尤其在舉例時。從而讓學生認識到力學不是一門枯燥的學科，不是只有理論、公式和計算題，它對專業課的學習有著重要的影響。
這樣，對力學教師的業務要求大大提高。一來需要力學教師主動地、經常性地與專業課教師聯系，就相關內容進行咨詢和探討；二來需要力學教師要經常關注所授專業的專業發展情況。
三、注重培養學生科學試驗能力
課堂教學教給學生的是理論知識。作為獨立院校工科的學生，應具有較強的動手能力。而動手能力差是目前大學生中普遍存在的弱點。力學課程中的實踐環節就是實驗教學。它可以培養學生的觀察能力、動手能力，培養學生實事求是的科學態度。
在實驗教學中，應加強基本技能訓練。以嚴格要求、獨立工作為原則，使學生較扎實地掌握基本操作。尤其是常用設備，更應熟練掌握。對于材料檢驗方面的實驗，建議讓學生自己全程參與。從預習、實驗的設計、實驗操作、實驗結果分析、實驗報告的編寫，均可放手讓學生自己完成，教師在旁進行相應指導。這樣，可以讓學生在實驗中發揮各自的積極性和創造性。也間接地促進并提高了學生對理論學習的興趣。
參考文獻
[1]何琳，理論力學課程教學改革探討[j]，漯河職業技術學院院報
關鍵詞 專業課 考核 改革方案
中圖分類號：TP3-4 文獻標識碼：A
就我校信息工程學院所開設的計算機類專業課而言，主要分為應用和設計兩大類，采用的考核方式分為理論考核和技能考核。理論考核為“平時成績（70%）+期末成績（30%）”，技能考核為“平時成績（30%）+實驗成績（30%）+期末考核（40%）”。從2012年開始全面推行無紙化考核，題型設定為選擇題、判斷題、簡答題、論述題等，這提高了評閱卷效率。雖然近年來，教務部門針對本學院在專業課考核過程中作出了很大努力，但筆者認為針對實用性較強的專業課，采用目前的考核模式，無法真正體現“工學結合”的思想，急需改進。
1 考核中存在的問題
目前，就我校信息工程學院專業課程的考核模式而言，主要由平時成績、實驗成績和期末考試成績這三部分構成。平時成績又由考勤和作業構成。這種考核模式的設計初衷是督促學生平時認真學習，防止學生只應付考試。但是，在實際應用中存在很大問題，存在不少漏洞，造成這種考核模式的效率降低， 教學質量降低。
1.1考勤水份大
很多學生“身在曹營心在漢”，點名答個到，上甲課做乙事，甚至上課講話，來了比不來還要糟糕，影響課堂秩序。
1.2作業和實驗報告抄襲情況嚴重
作業和實驗報告是及時考察學生學習情況的一種手段。通過作業和實驗報告可以幫助學生及時復習，消化課堂內容。目前，不少學生作業和實驗報告不是自己做的，而是抄襲的。
1.3“考前突擊”可以通過考試關
有些老師在考前給出一定的范圍，讓學生重點復習，以提高學生過關率。學生們也心領神會，加班加點，通過考前突擊， 獲得“及格"。這樣一來，根本不利于促進學生們平時努力學習。
1.4通過“平時成績+實驗成績+期末考試成績”，最終確定學生的期末成績
通過以上考核方式我們可以看出，優秀的學生是平時來上課，認真做作業，考試之前認真復習的學生。這種考核方式根本無法調動學生的學習積極性，也無法提高學生的創造力，更加無法提高學生的動手能力。
2 計算機類專業課程考核改革重點
學完一門專業課程即掌握這門技術，這就是學習該課程的目的。是否掌握了這門技術，并能有效運用，通過現有的考核方式只能體現對某個知識點的考核，很難有系統性。因此改革的重點是以“工學結合”為指導思想，打破傳統考核模式，突破理論考核為“平時成績（70%）+期末成績（30%）”，技能考核為“平時成績（30%）+實驗成績（30%）+期末考核（40%）”的限制，不必非以試卷形式考核，進而采用“項目式”考核。
3 計算機類專業課考核改革目標
改革目標是通過“項目式”考核模式，讓學生能把課堂上學習的片段知識進行整合，用所學的知識去分析問題和解決問題，最終達到“理論與實踐”相結合的教學目的。
4 改革計算機類專業課考核的具體做法
4.1改革考核模式
針對專業課而言，無論采用傳統的理論考核“平時成績（70%）+期末成績（30%）”，還是技能考核“平時成績（30%）+實驗成績（30%）+期末考核（40%）”模式，由于該模式本身的局限性所制，導致在這種模式的指導下，只是對片段知識點進行考核，無法讓學生達到融會貫通，甚至把相關課程的知識融入進來的程度。如果采用“項目式”考核模式，便可解決這些問題。何謂“項目式”考核模式？是指不再采取單純的卷面考試，而是讓學生在指定的時間內完成一個綜合項目或作品。該模式最大的優點就是可以讓學生在完成項目或作品時，把相關的專業知識都融入進來，達到融會貫通的程度，這樣也更能體現“學以致用”的教學目的。該模式針對設計類專業課，效果更為突出。
4.2改革考核手段
現在我院信息工程學院全面采用無紙化考核方式，大大提高了評閱卷工作效率，節約了考核成本，從管理角度來說，是件好事。但從教育角度，這種考核方式，對于我院計算機類專業課程考核而言，是否科學合理，值得商榷。其實無論選擇哪種方式或手段來對學生進行考核，必須明確考核的目的是什么？近年來，在高職教育中，強調突出“工學結合”的思想，那么在改進我們的考核方式或手段時，也應該圍繞“工學結合”來做文章。特別是針對計算機類專業課而言，筆者認為采用“作品或成果展示+解說”的方式，更能有效體現“工學結合”的思想。
4.3改進評閱方式
以前的閱卷方式分兩種：一是實施教考分離的，由同教研室的其它教師進行閱卷；二是未實施教考分離的，由任課教師閱卷。現在采用無紙化考核后，閱卷都由計算機自動完成。一旦采用“項目式”考核，前面所提的評閱卷方式顯然都不再適應新的考核模式。筆者建議采用“評委制”方式對學生的“作品或成果”進行打分。在評委中，引入企業人員，在他們的指導下，才能讓學生設計的東西離現實更“近”些。
參考文獻
[1] 孟凡英.專業課考核方法改革的實踐選[J].中國科技信息，2005（21）.
[2] 任玲等.大班專業選修課考核環節改革與實踐[J].中國冶金教育，2012（5）.
[3] 呂紅浪等.高校專業選修課考核方式的改革與實踐[J].中國成人教育，2006（7）.
關鍵詞： 碳纖維增強復合材料； B基準值； 統計學分析； Matlab
中圖分類號： TP319 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）16?0087?05
Matlab?based algorithm for B reference value of carbon fiber reinforced polymer
DONG Ben?zheng1， LI Wei1， GAO Li?hong2， GUO Chao?long1， ZHA Meng2， JI Ai?hong1， DAI Zhen?dong1
（1. Institute of Bio?inspired Structure and Surface Engineering， NUAA， Nanjing 210016， China； 2. The First Aircraft Institute， AVIC， Xi’an 710089， China）
Abstract： B reference value is an important parameter to evaluate carbon fiber reinforced polymer （CRFRP）， thus the efficient and accurate computation for B reference value of CFRP is helpful to evaluate its properties. According to the aviation industry standard of HB7618?2009， the B reference value algorithm based on Matlab GUI module is developed， which can realize the functions of specimen inspection， abnormal data check， statistical distribution test， discrete coefficient correction and test， B reference value calculation. The calculated result of B reference value is exported in the Word format. In comparison with calculation results from the Aviation Industry Standard of HB7618?2009， the algorithm is accurate and reliable. It improved the calculation efficient of B reference value significantly.
Keywords： carbon fiber reinforced polymer； B reference value； statistical analysis； Matlab
0 引 言
碳纖維復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）是以樹脂為基體，碳纖維為增強體的復合材料，作為一種先進的復合材料具有高比強度、高比模量、抗疲勞性等優點，正是這些獨特的特性使CFRP成為與鋁合金、鈦合金、鋼合金并列的四大航空材料之一[1?3]。飛機在服役的過程中會遇到各種各樣極端情況，例如低溫、高溫、潮濕環境，這都會影響CFRP的性能[4?6]。航空工業一般采用B基準值來評價CFRP的性能。為了得到CFRP在這些環境下的B基準值，就需要進行大量的實驗；根據航空工業標準HB7618?2009《聚合基復合材料性能數據表達準則》提供的計算步驟 [7]， B基準值的計算方法比較繁瑣。因而面對大量的實驗數據如何高效準確地計算B基準值對于實驗人員來說是急需解決的問題。現在對于B基準值計算方法仍然是借助Excel的手動計算為主，這種方式無疑計算耗時長，并且容易出錯，無法滿足快速處理大量實驗數據的要求。為了提高B基準值的計算效率，本文根據Matlab在矩陣運算、圖像處理和數值處理效率方面的優勢[8]，將B基準值的計算和Matlab相結合，利用其GUI（Graphical User Interface）模塊開發B基準值計算算法。
1 基準值計算原理
1.1 B基準值
為了保證材料的結構的可靠性和安全性，就需要用到一些高級的統計學方法來確定其合理的設計許用值，一般采用B基準值[7]。B基準值是建立在統計學上的衡量材料性能的參數，在95%的置信度下，90%性能數值群的值高于此值[9]。航空工業標準HB7618?2009關于B基準值的流程復雜，本文將著重從批次相容性檢驗、檢查異常數據、分布函數檢驗、離散系數修正與檢驗、B基準值計算及導出結果幾方面進行說明。
1.2 主要計算步驟
（1） 檢驗不同批次的實驗數據是否來自同一母體；檢驗方法是K樣本的Anderson ?Darling檢驗， 其統計公式如下[7]：
[ADK=n-1n2（k-1）i=1k1nij=1lhjnFij-njHjHj（n-Hj）-nhj4] （1）
如果ADK小于錯判臨界值ADC（5%錯判風險），則不同批次的實驗數據來自不同母體。如果相容性檢驗不通過的，為了增加樣本數據來自同一母體的可能性，采用1%錯判風險繼續判斷是否來自同一母體。
（1） 檢查異常數據。采用最大賦范殘差的方法定量的檢查異常數據：
[MNR=maxxi-xs] （2）
（2） 分布函數檢驗。根據經驗威布爾計算的B基值過于保守，因此優先檢驗樣本數據是否符合正態分布，如果不符合正態分布，再依次檢驗樣本數據是否服從威布爾分布和對數正態分布。
（3） 離散系數修正與檢驗：當離散系數低于4%時，容易忽略材料差異、實驗方法等方面的實際差異性，因此要對離散系數進行修正[10]，修正方法為：
[x*i=xi-α（xi）Δ] （3）
離散系數修正結束后，對不同環境下的樣本數據進行離散系數檢驗，離散系數的檢驗公式為：
[F=i=1k（wi-w）（k-1）i=1kj=1niwij-wi（n-k）] （4）
（4） 將不同環境下的數據歸一化，根據歸一化后的實驗數據的平均值和標準差計算B基準值。求出對應的折減系數，再與不同環境下樣本的平均值相乘，從而得到B基準值，折減系數的公式為：
[Bj=x-（kj）*s] （5）
2 程序實現
2.1 基準值算法的漸進流程圖和程序界面
圖1是根據航標HB7618?2009給出的計算步驟編制的程序流程圖，該程序流程圖包括了批次相容性檢驗、檢查異常數據、分布函數檢驗、離散系數修正與檢驗、B基準值計算及導出結果等功能。
圖1 B基準值算法的漸進流程圖
2.2 變量傳遞
B基準值的算法程序包含幾個不同的模塊（見圖1），而每一個模塊又包含了多個程序和子程序。為了實現變量在不同模塊和函數間進行傳遞，本文采用handles結構體和guidata函數來實現這個功能。在B基準值的算法程序界面中的所有控件使用同一個handles結構體，handles結構體中不僅保存了圖形窗口中所有對象的句柄，而且還可以獲取或設置某個對象的屬性。在程序的計算過程中需要將每一個模塊計算后的結果賦給handles結構體，以便于將這個變量傳遞到下一個計算模塊。而每次handles結構體添加了新的元素，guidata函數便會更新handles結構體，使handle結構體中的新添加元素可以傳遞到下一個模塊。guidata函數用法guidata（hObject，handles），其中，hObject是執行回調的控件對象的句柄，handle為結構體。handles結構體和guidata函數的用法如下所示：
function pushbutton13_Bvalue_Callback（hObject， eventdata， handles）
…
handles.Bvalue（j）=roundn（mean（nn_data（：））*Bj（j），?3）；
…
guidata（hObject，handles）
2.3 設置實驗環境
B基準值的算法界面程序首先要檢驗相同環境下不同批次的樣本數據是否來自同一母體。程序界面中包括四種實驗環境：低溫干態（CTD）、常溫干態（RTD）、高溫干態（ETD）、高溫濕態（ETW）， 為了避免母體檢驗的過程中不同環境下的樣本數據相互干擾，需要對程序界面中代表著不同實驗環境的復選框（Check Box）進行設置。當其中的一種環境的復選框處于選中狀態時，其他的三種環境的復選框需要設置成未選中狀態，這樣就可以避免相互干擾。下面是當CTD處于選中狀態，其他的三種實驗環境處于未選中狀態時的代碼：
if get（handles.checkbox1_CTD，′Value′）
set（handles.checkbox2_RTD，′value′，0）；
set（handles.checkbox3_ETD，′value′，0）；
set（handles.checkbox4_ETW，′value′，0）；
set（handles.checkbox5_hebing，′value′，0）；
end
當復選框處于選中狀態時，其Value值等于1；當復選框處于未選中狀態時，其Value值等于0。
2.4 分布函數檢驗
對于樣本數據的分布函數檢驗，本文采用Matlab本身的內置函數normplot（）和weibplot（）函數進行判斷。若樣本數據服從正態分布和威布爾分布，樣本數據點分布成一條直線，否則成一條曲線。至于樣本數據的對數正態分布檢驗，程序首先對樣本數據取對數將對數分布轉化為正態分布后，再用normplot（）函數檢驗是否服從正態分布。
在B基準值的計算過程中首先檢驗的是正態分布，可見樣本數據的正態分布對于B基準值計算的重要性。為了增加正態分布檢驗的準確性，本文除了采用normplot（）函數對樣本數據進行直觀的目視正態分布檢驗外，還借助函數H=jbtest（）對樣本數據進行進一步的正態分布檢驗。若H=0，則認X服從正態分布；若H=1，則否定X服從正態分布。對CTD環境下樣本數據進行正態分布檢驗的程序代碼如下，檢測結果如圖2所示。
…
normplot（handles.tdata（：））； %正態分布概率圖
handles.H=jbtest（handles.tdata（：））； %擬合優度檢驗
…
圖2 CTD環境下樣本數據進行正態分布檢驗圖
圖2中CTD環境下的樣本數據點分布大致成一條直線，并且檢驗結果H=0，表示接受正態分布假設。可見CTD樣本數據服從正態分布。
2.5 生成實驗報告
面對大量的實驗數據，書寫報告往往是重復性勞動工作，此時可以利用Matlab生成一表格模板，每次自動導入數據生成報告，這就可以節約大量的時間。Matlab作為一種面向對象的語言，它支持COM技術，利用它的COM編譯器可以把Matlab開發的程序轉換成方便使用的COM組件。而ActiveX控件技術是建立在COM技術之上，由微軟公司推出的共享程序數據和功能的技術。因此，Matlab可以利用ActiveX控件技術，在Matlab中調用Microsoft Word 程序插入表格，此時的Word是組件，是服務程序，而Matlab是控制器程序。下面是生成報告的部分程序代碼：
…
try
Word = actxGetRunningServer（′Word.Application′）；
%若Word服務器已經打開，返回其句柄Word
catch
Word = actxserver（′Word.Application′）；
%創建一個Microsoft Word服務器，返回句柄Word
…
Tables=Document.Tables.Add（Selection.Range，21，5）；
%插入一個21行5列的表格
…
Document.Save %保存文檔3 計算實例
本文根據航標HB7618?2009提供的范例數據來詳細說明B基準值的計算流程，并驗證程序界面計算的可靠性，如圖3所示。范例包含了所有實驗環境下的樣本數據，見表1。
圖3 B基準值程序界面
（1） 通過Anderson?Darling方法檢驗不同環境下的不同批次的實驗數據是否來自同一母體（依次勾選對應的實驗環境），檢驗后發現ETW（高溫濕態）環境下的三批樣本數據的ADK大于臨界值（ADK=2.258 2>ADC=1.917 4），可見該環境下三批數據來自不同母體，如圖4（a）所示。如果放大為1%錯判風險下， ADK小于臨界值（ADK=2.258 2
（2） 相容性檢驗檢驗結束后，根據公式（2）計算每一試樣的MNR值（單擊異常數據檢查），如果MNR值大于臨界值，那么就可以判斷該試樣為異常值。對于能夠反映材料、工藝參數和實驗環境的差異性的異常數據需要保留。而當異常數據是由不合格的試樣、實驗設備和夾具的缺陷造成時，異常數據要刪除（單擊刪除異常數據，見圖3），否則就會導致統計結果的失真。
圖4 母體檢驗
（3） 對不同環境下實驗數據進行正態分布假設檢驗，如果不符合正態分布再依次檢驗是否服從威布爾分布和對數正態分布。
（4） 檢驗相同環境下樣本數據的離散系數是否小于4%（單擊離散系數）。由于較低的離散系數容易忽略材料和實驗方法等方面的差異性，因此對于小于4%的情況，程序會根據式（3）將離散系數修正為4%。修正后的數據平均值保持不變，原來小于平均值的數據變得更小，原來大于平均值的數據變得更大（見圖5）。然后，再檢查不同環境下離散系數是否相等，根據公式（4）計算F值小于臨界值（F=2.38
圖5 離散系數修正圖
（5） 合并不同環境下的實驗數據再一次進行正態分布檢驗（勾選合并，見圖3）。在第（3）步中已經驗證每種環境下的實驗數據的是否符合正態分布，如圖6（a）所示，由圖6（b）可見合并后的實驗數據依然符合正態分布。然后，用每種環境下的樣本均值對數據進行歸一化，求出歸一化后合并數據的平均值、標準差和離散系數見表1。
根據公式（5）可以求出相應的環境下的折減系數Bj，并與不同環境下的樣本數據平均值相乘，從而獲得B基準值。
圖6 數據的正態分布檢驗
為了驗證程序的可靠性，采用標準中提供的范例中的計算結果進行對比說明。表2中列出了在四種不同實驗環境下的程序計算結果和航標HB7618?2009提供的結果。從表中的數據對比可以發現誤差在+0.3%以內，誤差主要由容限系數和折減系數的近似計算造成。可見程序計算的結果符合工程精度（誤差±5%）的要求，此外相比于借助Excel的手動計算法方法，效率顯著提高。
4 結 語
本文根據航空工業標準HB7618?2009給出的B基準值的計算步驟，將Matlab的GUI模塊與B基準值的計算相結合開發出B基準值的計算程序。相比于借助Excle的手動計算方法，該程序界面具有以下優點：
（1） 程序可以判斷樣本是否來自同一母體，還具有異常數據處理、統計分布檢驗、離散系數檢驗與修正等功能，最后實驗結果以Word格式導出。
（2） 使用該程序進行B基準值的計算方便快捷、效率高，并且具有良好的人機界面，顯著提高了B基準值的計算效率。
表2 不同環境下計算結果對比
參考文獻
[1] 張駿華，盛祖銘，孫繼同.復合材料結構設計指南[M].北京：北京宇航出版社，1999.
[2] 李威，郭權鋒.碳纖維復合材料在航天領域的應用[J].中國光學，2011，4（3）：201?212.
[3] 陳紹杰.復合材料設計手冊[M].北京：航空工業出版社，1990.
[4] 劉建華，曹東，張曉云，等.樹脂基復合材料T300/5405的吸濕性能及濕熱環境對力學性能的影響[J].航空材料學報，2010，30（4）：75?80.
[5] 呂小軍，張琦，馬兆慶，等.濕熱老化對碳纖維/環氧樹脂基復合材料力學性能影響研究[J].材料工程，2005（11）：50?53.
[6] 鄭錫濤，李野，劉海燕，等.濕熱譜老化對復合材料層壓板強度的影響[J].航空學報，1998，19（4）：462?465.
[7] 中國航空工業總公司.HB 7618?2009 聚合物基復合材料力學性能數據表達準則[S].北京：中國航空工業總公司，2009：50?85.
[8] 陳子為.基于 Matlab GUI 掃雷游戲的設計與實現[J].現代電子技術，2009，32（24）：85?88.