时间：2023-03-01 16:24:07
导语：在材料力学实验报告的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：土木工程；材料力学；教学改革；教学内容；课程考核
引言
材料力学是固体力学中最早发展起来的一个分支。一般认为，1638年，意大利著名数学家、天文学家、理学家伽利略出版的名著《关于两门新科学的谈话和数学证明》标志着材料力学的开端。书中，首次提出了材料的力学性质和强度的计算方法。对于土木工程专业来说，材料力学是一门非常重要的专业基础课。其以解决材料的强度问题、刚度问题、稳定性问题为总纲，具有较强的理论性和实践性。
一、现状及存在的问题
目前，国内各高校土木工程专业多选用张如三、孙训方、刘鸿文主编的《材料力学》作为指定教材，或者选用在这三本《材料力学》基础上重新编写的教材。采用的课堂教学方法基本都是从简单的拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲四种基本变形开始，然后归纳到一般的应力应变状态分析与强度理论、组合变形以及压杆稳定问题。在讲授完课堂相关理论知识后，由实验指导教师指导学生进行轴向拉伸、压缩以及平面弯曲等实验。总体上，土木工程专业的材料力学教学内容已经比较稳定，课堂学时一般在60~74个之间，实验学时一般在4~8个学时之间，学分在3.2~4.0分之间。针对材料力学的教改问题，很多同行进行了研究，也取得了一定的成果。但结合我们前些年的教学实践，也发现了一系列的问题，具体如下：
1.教师队伍缺乏专业性。材料力学是土木工程专业、机械类专业、信息类专业等很多工科专业都开设的一门专业基础课，因此很多学校（包括作者所在学校前些年）均统一安排基础学部的力学教师来讲授材料力学。从学校层面讲，这样安排节省了教学资源，便于统一管理。但弊端是基础学部的教师对土木工程专业缺乏深入的了解，不能将材料力学中的相关理论和实际土木工程相结合，这就导致了学生学到的知识仅限于书本上，不知究竟学到了什么，很难提升学习兴趣。
2.材料力学理论性较强，概念多，公式多，计算多，内容多，学生接受困难。材料力学章节多，内容多，各章之间连续性相对不强。本身理论性、抽象性又较强，很多概念，如应力、应变等，学生第一次接触，若采用传统的讲授式教学，不辅以必要的手段，在有限学时内，很难理解其本质，降低学生学习的主动性和积极性。
3.教材的发展相对落后于规范。目前，我国土木行业的规范体系中，如钢结构设计规范、混凝土结构设计规范等，除疲劳计算外，均基于近似概率极限状态设计法进行强度、稳定等校核，而材料力学中仍主要采用容许应力法，若完全按照教材讲解，学生所学知识与当前工程实践、新理论相差甚远，会误导学生。
4.实验教学流于形式、学生不重视。材料力学的实验基本是在课堂教学讲授完相关理论之后进行，相关实验基本为验证性实验，有些甚至仅由教师给学生演示一遍，学生仅需观看不需要自己动手验证，最后学生上交实验报告就算是完成了实验教学。实验教学沦为一种“形式主义”教学，不仅提高不了学生的兴趣，有时甚至被学生认为是耽误了有限的课堂教学时间。
二、材料力学教学改革建议
针对材料力学教学实践中发现的问题，经过实践，作者提出了一些针对性的建议，具体为：
1.教师队伍注重专业性建设。充分意识到教师在教学过程中的主导及组织作用，选择具有较高学术水平、丰富工程背景的土木工程专业教师讲授材料力学课程，这样教师可以实时地把材料力学教学内容与工程实践结合起来，比如材料力学中梁构件的支座可分为可动铰、固定铰、固定端支座，但我们工程中的主梁一般支承于柱上，次梁一般支承于主梁上，那工程中实际中的梁对应的支座又是那种呢？对于钢筋混凝土梁构件来说，当梁端部承受负弯矩，上部混凝土受拉开裂，如梁上部不配置纵向受拉钢筋，即可允许梁端发生转动，进而释放掉负弯矩，这样一般就可认为是固定铰；反之，若梁端上部配置了足够多的纵向受拉钢筋，那计算时就可以简化为固定端。通过专业老师的讲授，使学生切实体会到材料力学和工程实践的密切关系，进而激发学习的兴趣。
2.教学内容注重时效性、拓展性建设。在对教学内容不做较大修改的前提下，教学时注重时效性，与现行相关规范作比较，如轴心受拉构件的强度计算公式，材料力学中基于容许应力法的表述为公式（1）、钢结构设计规范中基于近似概率极限状态设计法的表述为公式（2）。NAn≤[σ]（1）NAn≤f（2）式中，N为构件受到的轴拉力；An为构件的净截面面积；[σ]为许用应力，Q235钢材一般取150~170MPa之间；f为钢材的抗拉强度设计值，Q235钢材一般取215MPa（板件厚度小于12mm）。从表面上看，公式（1）和公式（2）的区别仅为[σ]和f。但实际上公式（1）基于容许应力设计法，要求结构在标准荷载下产生应力不得超过材料的容许应力[σ]（容许应力[σ]由材料的极限应力除以一个大于1的安全系数得到），因此可知，式（1）中的N是由标准荷载产生的轴拉力。近似概率极限状态设计法设计公式（2）是用荷载或荷载效应、材料性能和几何参数的标准值附以各种分项系数，对于不同重要性的结构，尚应考虑结构重要性系数，即式（2）中的N是由荷载设计值（荷载标准值乘以相应的荷载分项系数）产生的轴拉力，f是由材料强度标准值除以抗力分项系数得到。除注重教学内容与现行规范相结合外，教学过程中我们也强调力学知识的拓展性，即材料力学中的相关知识不仅在土木工程中应用，在生活中也有大量应用，诸如食品包装袋上预留一个小豁口、如何吃火腿肠、冬天水管为什么会被冰胀裂、撑杆跳运动员使用的撑杆的变化（由木杆、竹竿、金属杆等逐渐过渡到现在用的玻璃纤维杆）、香蕉球的力学原理、弹簧秤的力学原理等等，通过这些生活中的具体问题，使缺少工程实践的学生从生活案例中理解材料力学概念，让学生意识到材料力学就在我们身边，并逐步引导学生自己去发现材料力学在生活中的应用，进而提高学生的学习兴趣。
3.教学手段注重结合性、细节性建设。本文着重介绍的是作者采用多媒体课件教学时，认为应该注意的一些细节性问题。（1）多媒体课件形声、动画兼备，对于抽象的应力、应变、变形过程等更容易展示出来，学生也容易理解，但制作课件时要注意排版、字体大小、颜色等，最好多图片少汉字，能用动画表述不用文字描述。排版不宜过于花哨，否则会喧宾夺主，学生会把过多的注意力放在课件上，而不是教学内容上。（2）多媒体课件内容选择上，辐射面要广，不仅包含教材上的知识，尚应涵盖教材没有涉及到的知识。但除重点内容外，一般不必过于详细，否则学生会认为“课件”就是材料力学，降低他们主动学习的积极性。细节决定成败，一个好的多媒体课件可以让学生在愉悦中掌握知识，优化课堂教学，提高教学质量。
4.教学方法上注重灵活性建设。为改善传统的教师讲、学生听这种学生“被动学习”的教学方法，将“启发式学习”“学生自主学习”与传统的教学方法相结合，引导学生积极思考，增强了教与学的互动，使学生参与到教学活动中来，而不是被动地接受。“启发式学习”的核心是引导学生学习，结合材料力学每章节课程内容，教师在导课时都结合具体的工程案例或相关科研成果，首先让学生知道要学什么，相关的问题在哪？带着问题去学习，学完相关内容后，师生共同对问题进行归纳总结，加深学生对学习内容的理解。比如在讲解压杆稳定问题时，教师首先提出问题：仅长度不同的钢柱，其余均相同，哪个承载力会高一些呢？学生从生活常识的角度一般能知道短柱一般承载力会高一些，但不知道原因在哪儿。在讲解完压杆稳定问题后，学生就知道原因所在了。“学生自主学习”就是给学生站上讲台并充当教师角色的机会。材料力学课程安排中一般会有2~4个学时的机动课时，我们利用这几个学时的时间，让学生站上讲台，规定每个学生授课时间一般在8分钟左右，从授课章节、多媒体课件制作、素材收集等等全部由学生自主完成，在“学生教师”授课的过程中，教师充当学生，最后由教师进行点评。以前，教学过程中，我们一般把这几个学时安排成答疑，效果并不理想。基于此，我们把答疑全部改为课下进行，不占用课堂时间，把节约下来的课时用来给学生展示，这样提高了他们学习的主观能动性和在众人面前表达自己的能力，也让他们体会到了教师工作的辛苦。
5.实验教学注重层次性建设。针对之前实验教学的弊端，我们作了如下改进：（1）除实验室专门配备的教师外，要求材料力学授课教师全程参与实验教学。（2）将实验分层，第一层次为基础性实验，包括拉伸、压缩、平面弯曲实验。第二层次为综合性实验，可以由学生自拟题目或结合教师个人科研项目确定。（3）基础性实验教学过程中，授课教师首先把与实验有关的多媒体课件等相关素材提供给学生。进入实验室进行实验时，由实验室教师对授课教师事先提供给学生的素材（多媒体课件等）进行详细讲解，并预留下一些问题。因学生课下已经做好了预习，这样有效地节省了准备时间。为提高学生的动手能力，实验按每2~3人一组进行分组，撰写实验报告时，学生除需对实验数据进行整理分析外，尚需对实验室教师预留的问题进行解答。对实验过程中不懂的问题，也可以在实验报告上提出，最后由实验室教师汇总交给授课教师，由授课教师统一解答。同时，实验报告上必须注明小组每个人的分工。（4）综合性实验为选做性实验，可以是真实的物理性实验也可以是数值性实验，主要是针对学有余力的同学开展的。截至作者发稿前，学生自拟了轴向压杆稳定承载力的测定、焊接构件残余应力测量等多个实验项目；参与到教师的科研项目中的实验就更多了，诸如一些实际检测类的工程项目、实验室的科研试验项目等。6.课程考核注重多样性建设。课程考核过程中，摒弃了平时成绩+实验课程成绩+期末考试成绩加权计算总成绩、期末考试闭卷的传统作法。相关改进如下：（1）针对材料力学公式多、概念多的实际情况，考试时允许学生自备半张A4纸，半张A4纸单面（另一面空白）可以撰写自己认为重要的公式、概念等等，但只能自用不可互相传阅，考试结束时该半张A4纸写上姓名随同试卷上交。（2）减小主观性成绩在总成绩中所占比重，平时成绩主要依靠作业质量、出勤率等来确定，但仅占总成绩的10%；实验课程成绩分为A（优秀，对应90分及以上）、B（良好，对应80~90分）、C（中等，对应70~80分）、D（及格，对应60~70分）、E（不及格，对应60以下）五个等级，若实验成绩等级为E，则采用一票否决制，总成绩不合格；若等级为C或D，实验课程成绩占总成绩的30%；若等级为A或B，实验课程成绩占总成绩的20%。总体上，实验成绩越低，在总成绩中所占比重越大，就会导致总成绩越低，进而促进学生重视实验教学。
三、结束语
经过几轮的教学实践改革，针对我校土木工程专业材料力学的教学改革取得了初步成效，学生对材料力学的理解逐渐由一门抽象、难懂的“力学课”转变为土木工程专业的一门“专业基础课”，学生的学习兴趣、学习动力、动手能力、解决实际问题的能力大幅提高，学习过程中的参与感逐渐增强。但我们也意识到，材料力学教改工作是一项长期工程，需要我们顺应形势，进一步地探索和实践。
参考文献：
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【关键词】CDIO教育理念；材料力学；教学改革；课程考核体系
0引言
材料力学是土木工程专业的技术基础课，是研究各类工程结构中普遍存在的受力和变形现象的学科，着重培养学生的逻辑思维、分析能力和解决实际问题能力。一直以来，我国大学中所讲授的力学课程内容大多由前苏联引进的内容，内容陈旧、枯燥、抽象、重理论轻实践。教学方法多采用灌输式教学，造成课堂气氛死板，有时甚至枯燥无味，大大降低了学生的学习热情。这些问题不但加剧了学生的学习惰性，也影响到其它课程的学习状况。针对以上问题，如何为实际工程提供合格的力学人才；如何在材料力学教学中充分调动学生的主动性和积极性；在目前有限的课时下，如何对旧有材料力学课程体系进行合并、筛选等工作已经成为教学改革工作不可回避的事实。CDIO工程教育理念提倡在实践中学习，在学习中实践，这为该问题的解决提供了一种思路。
1CDIO工程教育模式
CDIO模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO模式强调与社会大环境相协调的综合的创新能力，同时更关注工程实践，加强培养学生的实践能力，因此CDIO工程教育模式是提高大学生的创新和动手能力、推进产学研结合、加强实践教学环节以及加强学生参与交流与合作能力的有效途径。
2基于CDIO模式的材料力学教学大纲设计
CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。材料力学课程既包括专业知识学习，又强调应用能力的提升，根据这一教学目标设计的教学大纲如表1所示。
3改革方案设计
3.1教学内容的改革
对于传统教学中的基本概念、原理和方法，我们在教学中应该重视，可为了拓宽学生的视野和运用力学知识建模的能力，我们又应该对教学内容优化。随着科学技术的发展，新的理论、新的学科、新的计算工具和计算方法、新的试验方法不断涌现，在教学内容中适当增加这方面的介绍和练习，可以拓宽和增强学生系统解决实际工程的能力。此外，学生普遍对繁琐的理论推导缺乏热情，因此有必要在教学中加入实习环节或模型演示环节，实现教学与实践的结合，从而提高学生对力学课程的兴趣。
3.2教学方法和教学手段的改革
如何调动学生的主动思考，如何加强学生独立解决问题的能力，如何实现“在实践中学习，在学习中实践”？显然单纯的课堂教学很难实现这些目的。首先，材料力学应把课堂教学与案例教学或现场教学结合起来，并配合一定形式的课堂讨论。这样学生就能比较生动地、直观地去学习基本理论，并且可以明确学习的目的性。例如：弯曲问题可以在施工现场结合梁的配筋布设讲解；组合变形可以在实验室用模具演示教学等等。另一方面，CDIO教育理念重视个人能力及技能的同时，强调团队协作与交流，因此可以在教学过程中开展分组专项研讨。专项研讨任务以小组为单位，每组3~5人，让学生到施工现场进行调研，结合工程实际确定材料力学研讨主题，然后针对工程实际问题建立力学模型，通过小组探讨解决工程问题，从而锻炼学生收集信息、主动获取新的知识、解决问题和创新的能力。再一方面，还可以在教学过程中开展自主实验设计，推动学生自主学习能力。在教学手段上也应结合新技术、新方法的发展，在传统的板书基础上，融入PPT、Flas、仿真数值模拟等教学手段。一方面加强学生对传统力学知识的理解，另一方面，新的教学手段可以丰富教学内容，贴近工程实践，拓宽学生的视野。例如：PPT相对于板书，可以发挥信息量大的优点，让学生在有限时间内完成更多的课上练习；Flas可以在课堂上展现一些实验现象或者工程实际现象，这有助于学生对抽象力学概念的理解等等。
4课程评价体系改革
课程的考核评价体系和考核方法主导着学生的学习动力和方向，其改革必须匹配材料力学课程的CDIO教学大纲，起到引导学生有意识开展专业能力锻炼的目的。材料力学课程成绩包括三部分：书面理论考试、汇报答辩、实验报告，权重为0.4、0.4、0.2。书面理论考试主要以基本概念、基本理论、基本技能为主。汇报答辩要求学生对小组研讨专项做成PPT，图文并茂的在讲台上向老师和同学做报告，并回答老师和同学对改组项目提出的问题，考核重点在：调研的充分性、CDIO综合能力的展现性、技术和理论的结合度、团队的协作能力等方面。实验报告要体现自主实验设计的选题调研、方案设计、实物开发和交流评比等环节。
5结束语
基于CDIO的材料力学教学模式着手改革课程体系和教学模式、创新教学方法和教学手段、调整教学考核体系，从而调动学生的主动思考动力、培养学生的团队协作和交流能力、加强学生独立解决问题的能力，让学生“在实践中学习，在学习中实践”。
【参考文献】
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［4］胡志刚，任胜兵，吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育，2010（22）.
[关键词]材料力学 实验教学 设计实验 综合实验
《材料力学》课程在土木工程专业中是一门重要的基础专业课,相对于其它专业课来说知识比较抽象,其理论性较强,其基本理论知识是往后课程学习和以后工程设计和工程实践中最基本的理论根据之一,涉及众多工程领域。学生通过学习,了解和掌握材料力学研究方法,能运用材料力学理论和计算方法去分析、计算解决实际工作中遇到的一些工程问题。实际教学中,由于本门课程具有理论性强、概念知识多、内容抽象、逻辑严密等特点,使教与学都颇具困难,因此,需要教学老师在教学实践中不断探索研究,提高教学质量、改善教学方法。材料力学的实验教学能使学生学到的抽象理论知识与实际情况结合起来,有助于建立完整的材料力学知识体系,另外实验教学有利于学生自学学习能力和创新能力的培养,在教学改革中应该重视实验教学环节。
一、材料力学实验教学内容的现状
1.实验课内容陈旧、单一
一般来说,材料力学实验课的实验项目少且较为单一,主要有是对铸铁和低碳钢两种金属材料进行简单的材料力学性能测试,包括拉伸、压缩、扭转、弯矩等主应力的验证性实验,内容形式固定,与工程实际情况联系不强。在实验中,学生都是按指定标准化程序实验操作,实验内容设计上也没有预留多少让学生有自主创造的空间,这样不但影响学生的学习热情,还扼杀了学生的创造思维。
2.实验条件不充足
随着高校扩招政策实施,在校学生数量不断增多,导致现有的仪器设备台套数远远不能满足现有学生人数的使用需求,而学校短期内又无法投入大量的人力物力不断扩张实验室面积、实验仪器数量。这样,迫于现状许多院校作出无奈选择,以前学生三两人一组做实验,现在要五六人一组做实验。这样形成了实验过程中个别人操作,多数学生观摩和记录的现象,这样就导致了许多学生抄袭以及对实验敷衍的心理。
二、材料力学综合设计型实验教学方法
1.引入综合设计型实验内容
结合经典材料力学实验方法的基础上,调整实验内容增加设计综合设计性实验内容,为学生提供宽松、开放的实验环境,让学生根据自己的意愿和能力灵活开展实验。在实验中,老师不设定具体实验方法方式。开展实验前,学生几个人自由组成以实验小组,分工合作,要阅读实验大纲要求、明确实验目的、了解实验室现有条件、自主查阅资料等,然后设计实验方案,跟老师讨论实施实验可行方案,最后独立完成实验,完成实验研究报告或实验小论文。
综合设计型实验要求老师始终以辅助的角色从旁指导学生实验,在确定大致的实验内容、提供相应实验环境和保证学生实验安全的基础上,让学生充分发挥主观能动性。实验对象不限于单一的金属材料,学生可根据自己的兴趣设计自己的实验方案。实验的工具也不限于实验室里的仪器设备,学生充分发挥所长,可以自主设计简易仪器设备,可以采用计算机编程、数值模拟试验等。实验的时间也不限于正常上课时间,一个实验项目可以在几天至两个星期内完成,让学生有充分时间调研、讨论和实验,同时也可以达到分流学生充分利用实验室资源的效果。
比如,学生要测量某种材料的力学性能,在完成资料调研和设计好实验计划书后,给老师检查,经过讨论交流,确定方案可行。然后老师就组织学生讲解和教会学生各种仪器设备的实验原理、操作方法和注意事项,学习电子万能试验机、压力试验机、扭转试验机、材料力学试验台、各种传感器、百分表等仪器设备的使用,掌握应变仪的操作、电阻应变片的粘贴方法,了解电测法基本原理等,在学生熟悉整个过程后就可以开始独立自主开始实验了。实验完成后按照要求编写实验报告或小论文。这样的实验教学方式,老师不再是主要的角色,学生自己掌握了实验过程中的主动性,自己动手、自己动脑、自己发现问题和解决问题。学生可以现学现用,及时掌握巩固所学,激发学生学习积极性。
2.加大开放实验、开放基金课题项目与课程实验结合的程度
开放性实验室包括时间的开放、资源的开放、实验内容的开放、管理方式的开放,学生可利用课余时间来实验室开展实验,有利于学生素质培养,能充分利用实验室资源。开放性实验室的开放程度应结合院校自身条件,以学生为本,立足于培养学生的技术应用能力、和实际操作能力的,充分利用实验室教学资源。我校为促进开放性实验室建设,培养高素质人才,设立了多种开放基金,鼓励本科生进行课外科研活动,比如:“实验室室开放基金项目”,“创新性实验计划”,其面向全校教学、科研实验室,基金项目支持各实验室提供的开放实验教学课题和学生自拟的实验课题,项目内容要有一定的新意,对培养学生的素质和能力要有推动作用。由于学校对实验室建设的大力支持,使得学院在设计实验项目、学生进行实验在操作上变得可以更加灵活。学生可以根据自己的时间安排、结合自己的兴趣来实验室开展自己的实验项目,优秀的实验项目还可以向学校实验室开放基金管理处申请立项,获得经费支持。学生也可以参与教师的科研实验,培养学生科学研究的思想,提高自身能力和素质。这些制度和政策,极大的推动我校创新人才培养机制的建设。
三、总结
在教学中院校应加强实验环节的,为学生实验搭建一个良好的服务平台,让学生在这个平台上充分发挥自主能动性和创造性思维,让学生通过材料力学的自主实验,为专业基础课打下坚实基础,有利于学生实践能力提高,培养了独立思考能力和团队协作能力。
参考文献:
[1]牟萍,谢晓梅,文宁.材料力学设计性实验的设计与实现[J].实验技术与管理, 2007,24(4).
[2] 夏祁寒.力学实验教学改革对大学生实践能力和创新能力的培养.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.
关键词：示范中心；内涵建设；基础实验；案例教学
Key words： demonstration center；connotation construction；basic experiment；case teaching
中图分类号：G642.42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）33-0181-03
0 引言
黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心下设的基础实验中心（以下简称中心）为省级实验教学示范中心，目前，中心面向全校相关专业开设《大学物理实验》、《材料力学实验》、《电工与电子技术实验》，以及承担《工程力学》、《材料力学》、《电工与电子技术》课程的课内实验，此外还承担物理专业《基础物理实验》和《近代物理实验》，除课内实验外，其他全部为独立设课的课程。几年来，经过不断更新教育教学理念，开展一体化教学建设和教学改革，使得教学质量稳步提升，学生普遍认为通过这三大基础实验，唤起了崇尚科学的好奇心和探求欲，学到的知识丰富，掌握了较为扎实的物理、力学和电工与电子技术基本实验技能，动手能力和综合素质得到了很大的提高，为后续课程的学习和实践奠定了坚实的基础[1]。
但随着黑龙江科技大学新型科技大学建设和应用型人才培养定位，同时基于省级实验教学示范中心内涵建设，对基础实验教学又提出了新的要求。作为教学改革内容之一，2014年以来，在原有教学改革基础上，进一步从提高服务专业能力上全面挖掘课程内涵，将人文背景和工程应用案例引入实验教学，实施以来取得了较好的效果，达到了预期目的，为该校应用型人才培养发挥了重要的支撑作用。
1 开展案例教学的出发点
案例式教学方法，最早起源于美国哈佛大学法学院，早期主要应用在法学、医学和商学的教学过程中[2]。由于案例式教学法的具体、直观、真实等特点，使学生对知识能够更好的理解并大大的提高学生的学习兴趣，近十几年在一些理工科专业中逐渐开展；由于这种教学方法能够显著地提升教学效果，近几年在理工科专业中的应用更是大幅提升[3-6]。
《大学物理》和《大学物理实验》是理工科院校中所有理工科专业学生必须学习的基础课程，《材料力学》或《工程力学》以及《电工与电子技术》和相应实验也都是大部分理工科专业学生都要学习与进行的课程。其中的理论课由于其基础地位，不仅具有极强的理论性，而且具有极强的实证性，很多理论来源于实验，经典或著名实验还有其人文背景；无论理论还是实验与生产、生活以及工程实际紧密联系，与现代科学技术的发展密切相关，在理工科院校相关专业人才培养方案中基本属于公共基础平台及专业基础平台中，在学生科学素养和实践动手能力等综合素质培养中具有非常重要的作用。实验课是理论课所无法替代的重要的教学环节，上述实验课程能再现某些原理、定理的发现过程，验证某些理论的正确性，能使学生更好地理解和掌握相应理论内容，领略美妙的自然现象所揭示的深刻原理和理论，同时培养学生的科学精神，使学生掌握科学的实验方法和技巧，为后续课程的学习和实践奠定基础。但目前的实验教学方式，更多还是延续传统，即学生根据教师要求进行课前预习，有的要完成预习报告；上课时教师对实验原理进行集中讲解并进行操作演示；学生在教师的指导下进行实验；最后学生完成实验报告。教师在一定程度上还存在着就实验讲实验的现象，还有很大一部分学生只会模仿教师演示按照实验步骤完成实验，缺乏深入的思考、联系和拓展，教学质量还有较大的提升空间。
为了使学生能够更好地理解和掌握一些抽象的理论和概念，在相应的理论课教学中，常常引入一些工程实例或案例进行剖析，以求能将一些枯燥、抽象的理论具体化、实体化，从而能够提高学生的学习兴趣，达到更好的教学效果。而实验如果只是验证相应理论或揭示某些现象，并不能成为学生主动学习的动力，枯燥乏味的填鸭式教学更不能激发学生学习的兴趣，很显然要达到相应的教学目标也就成了一句空话。因此，开展案例教学是现实需要，也是提高学生的学习兴趣，课程主动服务专业的最好体现。
2 案例教学的优点
案例式教学法之所以逐渐被重视以及越来越多的在理工科课程中被应用，主要源于以下优点或特点。
2.1 将抽象的理论内容具体化
对于理工科专业的某些课程来说，由于内容抽象或理论性较强，不仅枯燥还难于理解，如能将合适的案例引入到教学中去，则能将难于理解的知识内容具体化、实体化，从而有助于学生对知识的掌握。
2.2 提高学生学习的兴趣
对于理论教学，应用案例的引入，或是将一些学科的前沿技术引入，无论是哪种方式，都有先入为主的作用，能使学生首先认识到所学知识的“实用价值”，进而产生兴趣和学习的动力。对于实验教学，通过实验背后的故事、隐含的人文精神以及应用案例，使学生了解实验设计的思想及其巧妙之处，了解其原理、手段、测试技术或实验本身在生活或工程实际中的应用，体验其匠心所在，才能真正激发学生学习的兴趣和主动性。
2.3 有助于启发式和讨论式教学的开展
理想的课堂教学应该是有启发、有互动和有思考的，在这样的课堂上才能收到好的教与学的效果。而案例教学，通过一个个的“包袱”，启发学生思考、调动学生情绪、引起学生共鸣并进而开展讨论，随着问题的提出、分析和解决，达到深入浅出、事半功倍的理想效果。
3 基础实验案例教学的关键环节及注意事项
对于三门基础实验课程来说，进行案例教学，案例的选择很重要，尤其是物理学和力学学科发展历史比较长并且与生活和工程紧密联系，因此案例的选取范围非常广泛，经典的、前沿的、来自大自然现象的、与生活相关的、来自工程实际的、简单的、复杂的，等等。在众多可选取的案例中，怎样选择一个适合教学的、能吸引学生学习兴趣并启发学生思考的案例，还需要教师多揣摩、多研究，一个合适的案例能够有助于更好的提高教学效果。对于那些无法案例的实验，则需要挖掘其背后的科学家故事及隐含的人文精神来代替案例。这里需要明确和强调的是：①实验课程不同，案例的应用不同；②实验性质不同，案例的选择和设置不同；③案例应该尽量结合学生专业；④不能为了案例而生搬硬套案例。如何巧妙地通过案例来引出实验内容，如何通过实验来解释和回答案例提出的问题，这需要一定的生活经验、人文和专业知识的积累，更需要精心的选择和设计。
4 具体应用实例及效果――以《材料力学实验》为例
《材料力学实验》课的内容大致主要可以分为以下几类：①测定材料力学性能指标的实验：如拉伸实验、压缩实验、冲击实验、扭转实验、G值测定实验等，主要测定材料的一些强度指标或弹性常数，这些指标或常数在结构或零件的设计、制造、使用过程及破坏分析中都有使用或涉及，同时这类实验也是新材料性能测试的必要手段，这类实验虽简单但极具意义，在一些专业中的毕业设计或以后的工作中都可能会用到，因此要求学生能正确掌握。②验证材料力学理论的实验：如纯弯曲梁正应力的测定实验，是对材料力学中的纯弯曲理论进行验证，这类实验能够加深学生对理论内容的理解。③应力分析型实验：如主应力测定实验、叠梁正应力分析实验等，这类实验主要通过主应力的测定，来对构件或结构进行应力分析，进而来分析其受力特点或结构的优缺点。
4.1 测定材料力学性能指标的实验
这类实验由于其原理相对简单，学生往往不重视或不感兴趣，如何使学生感兴趣进而重视起来，是提高教学效果的关键。对于这类实验，首先要让学生知道这些力学性能指标的重要性，通过在课堂上播放一些钢结构或机械结构由于材料强度不足而造成的一些安全事故的图片或视频来达到此目的，进而基于材料力学理论课的内容提出具体案例[3]。例如，通过学生在材料力学理论课中设计的投影仪吊杆进一步提出问题，假设学生设计的投影仪吊杆在使用的过程中发生断裂，而设计方案无问题，怀疑吊杆所使用的材料被以次充好，存在质量问题，请学生设计方案来对材料的质量进行检测，并根据材料指出应测试哪些具体数值？
这个案例是学生在材料力学理论课“轴向拉伸和压缩变形”部分接触到的，并且由学生独立画图并设计完成，学生的印象深刻，而“拉伸实验”在这个案例的基础上进一步挖掘，将理论课与实验课有机的联系起来，更能提升学生的兴趣。再这个实验的教学过程中，首先重温理论课堂上的内容，在对吊杆进行受力分析，判断出材料的抗拉强度达不到设计要求的基础上，引导学生自行设计方案对材料的抗拉强度进行测定。首先考虑试件的形状问题来引出试件制作标准，进而根据所用材料考虑在测试过程中具体测定的载荷值及具体对应的指标，如铸铁等脆性材料只能测定强度载荷而低碳钢等塑性材料则需测定屈服载荷和强度载荷，以及对破坏后的试件是否还需处理或测量来引出断口移中以及延伸率和截面收缩率等内容。教师通过合理、巧妙、无痕的案例完成拉伸实验的讲授和启发，学生则通过案例主动思考、互助研讨，愉快地完成实验内容。
通过与材料力学理论课进行案例共享及案例演化，不但使学生提高了兴趣，也对这部分的内容印象更深刻，学生通过自己的设计不仅更好的掌握传统拉伸实验的各个环节，对于测定出的材料力学性能指标也有更深刻的理解，进而对接下来的压缩实验、冲击实验、剪切实验、扭转实验等也能有更好的掌握。
4.2 分析型实验
在讲授纯弯曲叠梁正应力分析实验时，与之前的纯弯曲单梁正应力测定实验进行对比，叠梁的总横截面积与之前单梁的横截面积相等，所受的外载荷完全一样，但所选取的叠梁分相同材质和不同材质两种，两个单梁自由叠合在一起，通过实验结果的对比，以及不同组合方式梁的实验结果对比，来分析叠梁的应力特点，并通过此实验来拓展分析在建筑工程上、机械结构中以及水工建筑中常用叠梁形式的优点。
这一案例分析是在实验之后进行。通过实验结果的分析和对比，可以发现采用叠梁与之前采用单梁相比，虽然所受的外力一样，但是采用叠梁后梁横截面上的最大应力降低，可以一定程度上提高梁的承载能力。在相同承载能力下，采用叠梁则可以减小梁的横截面积，进而可以减轻梁的重量，达到节约材料、对于大型结构还起到节约吊装费用和降低施工难度的目的。
通过实验对比来进行总结，如本实验的案例分析就加深了学生对叠梁在工程中使用的理解，通过真实的案例不但能提高学生对工程结构的认识，同时也大大提高了学生学习的兴趣，收到了理想的教学效果。
5 结语
通过在基础实验教学中开展案例教学，将某些实验所用案例与相应理论课进行共享与扩展，大大地提高了学生学习的兴趣，调动了学生学习的主观能动性。通过在实验教学过程中有效的引入人文背景知识，或无痕地通过案例将理论知识与工程应用相结合，不但加深了学生对理论知识与工程知识的理解，也使学生对实验内容有了更深刻的理解和掌握，有助于学生构建起理论、实验、应用三者的有机联系，形成立体的知识体系，更为以后相关专业课程的学习和实践奠定了坚实的基础。作为示范中心内涵建设而实施的教学改革内容之一，基础实验课程案例教学切实收到了好的教学效果，提高了基础实验课程服务专业的能力，为黑龙江科技大学应用型人才培养做出了应有的贡献。
参考文献：
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[4]朱学兵.案例教学法在土木工程测量实验教学中的应用研究[J].宁波工程学院学报，2014，26（02）：101-105.
1.1建构主义理论
建构主义理论创始人著名心理学家皮亚杰认为，学生是教学关系中的主体，教学应以学生为中心，教师应引导学生积极主动的探索、发现和对知识意义的主动构建[1]。皮亚杰认为，教师是学生学习的促进者，学生的学习是积极主动且不断地建构认知和知识结构的过程。建构主义理论认为学习是学生在原有经验的基础上主动进行意义建构的过程，这种过程要在实践中或者在学生与环境的相互作用中通过新旧知识间反复的相互作用而建构成的。在教学中教师不能把对知识的理解传递给学生，而是从学生原有的知识经验出发，引导学生从原有的知识经验中生长出新的知识经验，即教学的关键是向学生展示这些结论是如何得到的[2]。
1.2分析学生特点
现在的本科生自幼开始接受传统的以教师为主体的“填鸭式”教学，基本未接受过“启发式”教学等新的教学方法。他们在经过严格的应试教育和惨烈的高考竞争后进入大学，逐渐放松了紧绷的神经，普遍失去了奋斗的目标并且对学习渐渐放松。学生的状态大体分为三类[3]：(1)少数同学有长期的规划和学习目标，能够自觉努力地学习。(2)多数同学比较茫然，没有规划也没有努力的方向，随波逐流，学习上敷衍了事。(3)极少数同学彻底放松，对学习和未来前途都漠不关心，认为到了大学就应该轻松自在地享受生活，花费大量时间和精力去玩游戏或者谈恋爱，对学习完全是应付甚至厌学情绪严重，即使不能毕业也毫不担忧。离开了家长的呵护和老师的督促，多数学生不能合理的安排自己的学习和生活，更不能保证学习态度和学习热情。习惯了接受教师“消化”加工好的知识和方法，学生在大学的学习过程中对知识的归纳、总结能力以及在旧知识的基础上生长新知识点的建构能力和知识的迁移能力比较差。鉴于学生学习能力、学习状态和学习目标大不相同，本课程在讲授过程中，务必不能采用传统的灌输式教学，应该积极探讨新的适合本课程的教学方法和手段。
2改革教学方法及评价考核
2.1树立新的教学观
现代教育学倡导“以教师为主导，以学生为主体”的新型教育观，对大学教育也同样适用。在教学过程中，如何把以教师为主导的“教”与以学生为主体的“学”有效结合起来；老师如何能够引导学生在已掌握的知识和已有的生活经验的基础上构建起新的知识增长点；结合本门课的特点和学生特点，怎样能够更有效的引导学生学习本课等问题都需要教师深刻思考。
2.2采用多种教学方法
本课程工程应用性较强，单纯的讲授知识点，会增加学生理解的难度。多媒体课件的制作尤其重要，大量图片、动画的运用，能够对视觉、听觉形成有效冲击，有助于学生将枯燥的知识形象化。在讲解本门课程时，应较多的结合生活实际和工程实际，采用“举例法、对比法”等教学方法，引导学生构建新的知识要点。例如在讲解脆性的章节时，可以列举二战期间，美军8艘自由轮因脆性断裂问题失事等历史事件，形象具体的描述脆性的产生原因及危害，给学生直观的印象。根据各部分的教学目标和教学内容，精心设定题目请同学来回答，也可以布置作业来引导学生完成，从而考查学生对知识的掌握程度。在这个步骤上可以“因材施教”，即对于学习目标明确、学习能力突出的学生，给他们的题目或作业可以适当拔高，难度或深度更加突出；对于多数同学来说，采用数量、难度普通的题目；对于厌学或者对学习漠不关心的学生来说，即要努力培养其学习积极性，又要严格作业的规范，明确告之不能完成作业就会影响期末成绩的考核规定。由于《材料力学性能》涵盖的概念较多，也可在进行了一定的教学内容后总结各知识点，有利于学生深入理解。
2.3改革评价考核
对学生的评价考核，既要体现学生的学习能力的差别，又要体现其学习态度及平时表现的差别。这样的评价考核要求仅凭期末一张试卷是不能完成的。对学习态度端正、学习目标明确、学习能力突出的同学，考核成绩应对其有所肯定；对于学习目标不明确、随大流的学生，在调动其学习积极性的同时，应有平时表现的约束，督促其保持学习习惯；对于完全没有学习目标的同学，在培养其学习兴趣、督促其平时表现的同时，教师要经常找其谈心，帮助他们培养学习习惯。笔者根据多年教授《材料力学性能》课程的经验，建议期末试卷中增加附加题，得分以附加题目分值的40%计入总分；增加平时表现分数，建议占总分30%比例，70%比例为卷面成绩。增加平时出勤率的检查，该门课教学时长内累计旷课次数达5次及以上的同学，建议取消考试资格，重修后再参加考试。这些措施对优秀学生有鼓励作用，并且能督促学生出勤、端正其学习态度。
3优化教学内容
很多版本的《材料力学性能》教材是基于金属材料板块编写的，已经不再适应材料一级学科的教学要求，优化教学内容需要对三方面进行改革。
3.1修订教学大纲
复合材料是一种较为新兴的材料，与金属材料和无机非金属材料息息相关。随着复合材料的进一步发展，它与高分子材料的关系也会越来越密切。修订复合材料专业教学大纲，既要满足兼顾复合材料、金属材料、无机非金属材料和高分子材料的共性要求，又要满足以介绍金属材料和复合材料特性为主、以介绍无机非金属材料和高分子材料特性为辅的教学要求，且需要将各类材料有机的协调起来并融合到各个章节中去。在学习本门课程之前，学生应该学习了《材料科学基础》《材料力学》和《工程力学》，对于已学知识可以略讲或不讲，达到节约课时的目的。
3.2编写适合本专业的《材料力学性能》教材
《材料力学性能》所包含的概念公式较多，公式推导步骤也很繁琐。在编写教材的时候，既要注意到本课程与其他课程的联系，又要减少公式的推导步骤。太多的公式推导不利于学生对知识点的理解，不必要求学生掌握公示的推导过程。编写适合本专业的教材，难点是如何体现知识点的实际应用。例如讲授冷脆性时，可结合《金属材料与热处理》中钢的常存元素为开篇导语，复习五种常存元素对力学性能的影响。另外，还可以配图且采用小号字做知识延伸，将与材料力学性能有关的著名历史事件和日常生活的事例与本课程结合起来。例如泰坦尼克号的沉没，就是由于当时冶炼技术落后，钢板中的硫元素过多从而造成材料具有较高的冷脆性，在船体撞击冰山后导致了船体破碎、快速沉没等内容。这些看似不重要的知识延伸能都够直白的展现各知识点的工程背景，使知识不再抽象，调动了学生的学习积极性。
3.3整合实验课程内容
现行教材中涉及材料力学性能的实验总共三个，“拉压实验”、扭转实验和弯曲实验。这样的实验安排容易使学生将材料的各种性能割裂开来，认为各种力学性能的检测方法是彼此独立的[4]。虽然各种力学性能检测方法的适用范围、操作方法不同，但可以起到相互补充的作用。只有将不同的测试方法有机的结合起来，才能更好地理解材料力学性能。所以，该课程将三个实验合并为“材料性能综合实验”，安排在整体课程之后。此外，精心设计实验过程，合理安排实验报告的知识点等，都有助于调动学生实验课的积极性，从而形象直观的理解《材料力学性能》。
4结语
关键词：工程力学；教学方法；工程实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）31-0103-02
近年来，高校对本科生的教学大纲进行了大幅度的调整，以我校机电工程学院为例，机械电子专业、车辆工程专业和交通运输专业将《理论力学》和《材料力学》课程整合成《工程力学》一门课，整合后的课程既要对原来的课程进行优化还要满足学生专业要求。课程优化后主要包括静力学和材料力学大部分内容。静力学主要要求学生掌握物体的受力分析，掌握各种约束的性质，重点掌握平面力系的简化、平面汇交力系、平行力系、力偶系等的平衡方程，解决一般的工程力学模型问题。利用平面力系的相关知识对空间力系加以分析，掌握简单及复杂的静定力学问题的解决方法，为后续工程力学中关于研究构件在载荷作用下的变形规重视课程与学生专业的结合。在压杆稳定、组合变形时重点突出圆形截面和常用的工字形截面，材料运用也多以各种钢及铸铁为主，引导学生重视实验研究及新材料的应用对力学研究的重要影响。除此之外，教师可将目前国际上出现的各种新材料、新工艺方法、新的加工技术等带到课堂中，重点锻炼学生的思维创新及思考能力。
一、课堂教学方法的改革
（一）多媒体在《工程力学》中的应用
随着计算机的发展，多媒体教学在课堂上发挥着不可或缺的作用，如何使多媒体教学更好的服务于《工程力学》教学呢？可以从以下两个方面重视和加强多媒体的作用。
1.将工程实际的力学模型运用多媒体进行虚拟仿真。力学中的很多约束模型简化后的约束力方向学生会觉得难以理解，可以借助多媒体将约束模型在实际中的约束方式进行动画仿真并配以鲜艳的颜色和动画，学生可以获得最直观的经验和体会，帮助其理解约束在工程结构中的作用。对于复杂组合变形及空间受力分析进行多角度多媒体分析可以避免学生凭空想象，主观臆断，同时在放映相关知识时还可以预留一些问题，鼓励学生进行积极思考，开拓思维，积极主动地发掘新问题。
2.代替传统黑板绘制力学图形。在工程力学中需要学生重点掌握轴力图形、扭矩图形、剪力弯矩图形等，在绘制过程中如弯矩图与剪力图有积分关系，传统黑板教学速度慢、精度低。多媒体技术可以方便快捷对图形进行处理，在讲解具体例题时，可以对例题进行分步分析，在讲解期间可以随时停留便于及时发现学生的问题并及时讲解。多媒体放映压杆失稳的临界状态，帮助学生理解压杆失稳的概念，确定欧拉公式的使用条件及其意义。此外，教师在讲到一些名人公式时，可以将人物典故在确定这些公式时的典故讲述给学生，增强学生的学习兴趣。
二、课堂教学方法和手段改革
传统上认为一个老师授课是否良好依据的判断都是老师表演得如何，讲述得内容是否细致，对例题是否都做了详尽的讲解。如此一来，学生只是被动地接收而已，也就是传统上说的“填鸭式”，不利于学生对实际问题进行分析，使学生的创新能力受到限制。除了上述的多媒体教学外，还可以充分发挥学生的计算机能力，让学生上机练习，如编制程序寻找截面核心等，学生可以将两门课程有机结合起来。在教学方法上可对力学图形的绘制总结更适合学生理解的一些方法。比如在扭矩图的绘制过程中引入了“双力矢”概念，因为扭矩图的绘制要判断扭矩的正负，而“双力矢”的引入可以使得扭矩类似于轴力图进行“遇左向上，遇右向下”直接绘图，如下页图1所示：可将Me扭矩转换成如图所示的“双力矢”，“双力矢”方向由右手法则确定。这样绘制扭矩图就可以直接类似与轴力图。此外还应重视讨论课、习题课在课程中的重要作用。在习题课中以学生为主题，发挥学生的主观能动力，积极探索求取多种解题方法。鼓励学生将实际中遇到的问题带到课堂上来，比如学生在学校操场、草地等常坐的排椅可以简化为简支梁，讨论学生坐位变化时排椅的挠度变化及最大挠度发生在哪里？讨论矿泉水瓶子的形状与压杆稳定的关系，讨论桥梁爆破，大桥发生事故的力学原因等，鼓励学生动手参与力学模型制作。学生是主题，教师一定要扮演好导师激发学生积极性、创新性能力。
三、教学考核方法改革
1.实验考核改革。素质教育一直是我国教育的核心，在《工程力学》课程中可以做些考核方法的改革，考核主要包括平时考勤，作业提交，课堂表现及实验考核。目前已经有些高校已经对实验考核和考试考核进行了改革。比如哈尔滨理工大学在课程实验方面将实验报告占50%，实验结果40%，实验表现占10%。河南科技大学重视实验钱的预习和提问，占到30%，实验操作占30%，实验报告占40%。我院根据实际情况分配如下：实验预习与提问占20%，实验操作占20%，实验报告50%，实验结果分析及引发思考占10%。充分调动学生实验积极性，避免有的学生只是走马观花地欣赏实验。
2.考核内容及方法改革。传统的考核内容及方式有时会使学生束缚于其中，现在的教育理念更加重视学生的素质教育、能力培养和创新能力。但是考试考核制度的改革需要多方经过仔细筹划、论证、调研才能运行，需要每一个老师和相关主管领导积极参与。在此，主要就《工程力学》课程的考核内容进行一些建议。考核的基本是考察学生对基础知识的掌握情况，应占70%的份额。另外的30%可以从学生的创新能力和解决工程实际能力方面进行考核。另外考试所占学生最后总分的份额应从70%降低到60%甚至50%。考试也可以采用多考题，抽签方法进行。考核只是一种手段，教师更应该重视学生对这门学科的整体把握和学习。
四、新兴学科知识扩充力学知识且提高学生兴趣
工程力学中所应用到的基础理论和公式推导有一定的使用条件，在工程实际中遇到的问题更加复杂，目前先进的测试技术、虚拟仿真动力学软件、力学分析软件等都是力学在实际解析中的重要补充。比如：曲杆结构是发动机中的重要组成部件，它工作中都是处于循环状态，对于它的受力分析可以在虚拟仿真平台上进行。在虚拟仿真平台上进行现实模拟过程使学生直观的感受到曲杆各部位的力学受力情况，在弯扭组合变形部分可以利用Ansys软件对轴的受力进行精确分析，都可以对学生的课堂知识加以补充并提高学生的兴趣。如图2所示为笔者在Ansys中对曲轴的第七阶应力分析云图，图中颜色直观表示了曲轴的受力情况。将其前十阶应力分析云图和振动阶型等带入到课堂，扩展学生的知识，提高学生的学习兴趣。另外将学生的电工电路中的电桥知识应用于工程力学中，如测试梁的应力，如图3所示。利用电桥的和差特性，在测弯矩力时，将应变片贴于悬臂梁的上、下侧面，同时在接桥时把应变片接在电桥的相邻桥臂上，另外两个桥臂为固定电阻。电桥的输出电压仅反映的是弯矩力作用的结果而与拉伸力无关。通过将前沿知识及时反馈给学生使学生对自己所学知识有宏观的把握并融会贯通，鼓励学生积极思考，提高其创新能力和解决实际问题的能力。
利用电桥的和差特性，在测弯矩力时，将应变片贴于悬臂梁的上、下侧面，同时在接桥时把应变片接在电桥的相邻桥臂上，另外两个桥臂为固定电阻。这样，在弯矩力F作用下，dR1=-dR2，同时dR3=dR4=0，电桥输出为：
五、结语
力学知识是工科学生的重要专业基础课程，学生是学习的根本也是主体，教学应该以提高学生学习兴趣、发展其创新思维能力为主，在课堂教学上利用先进的多媒体技术并积极改进教学方法和改革方法，将新兴学科知识带到课堂中来，鼓励学生多提问题。多思考、多动手并与其他相关学科联系起来解决工程实践问题。
参考文献：
论文摘要：力学是高校工科各专业的一门专业基础课。如何提高学生对力学课程的学习兴趣，已经成为许多高校教师大力思考的问题。独立院校的学生有自己的特点，力学课程怎样教授才能适合、适应他们的学习要求，本文从三个角度进行了探讨。
力学在现代大学教育中占用重要地位。前接高等数学、大学物理等重要基础课，后续机械设计，结构设计、材料设计等主要专业课程。力学课程起到了承上启下、从基础向专业转换的关键作用。不同于我们平时所言的本科院校，作为我国大学教育体系中的独立院校，学生的学习基础相对薄弱，学生获得知识的最终标尺应该是“够用”。在教授力学课程的时候，一本、二本院校力学的讲授方法、讲授内容均不宜“依葫芦画瓢”，而应针对自己学校学生的特点、学校的定位作出相应地改变。下面结合教学实践，谈一谈对独立院校力学课程教学改革的几点体会。
一、重要的基本理论要讲透
学习知识的最终目标是应用。在从理论角度看，熟练应用力学中的基本方法和公式，是对学生最起码要求。达到这个目标。不是死记硬背概念、定理或公式就行了，而是要对基本理论理解透彻、掌握于胸。这就需要教师必须认真、详细地讲解，而不是一带而过、只单纯地要求学生记住怎么利用公式进行计算。当然，这并不代表对所有的基本理论都要详细的讲。最好是在“量学生的程度而为”的基础上，适当加深对某些相关内容的讲解。
要将基本理论讲通透，作为授课的教师，首先就要将这些内容彻底理解，不能存在一丝的偏差，更不能轻视基本理论。给学生捧出一杯水，自己须有一桶水。否则，学生在学习后续专业课程的时候，就会出现同一内容前后衔接不上的现象，影响对知识的理解与掌握。再次，在讲解时，尽可能的浅显易懂，不应连篇累牍。这要求教师要不断接触新事物、要能理论联系实际。这样，学生才会对力学课程中的理论感兴趣，才会沉下心来学习进而掌握必要的力学知识。
二、教师的教学模式不能僵化
1、改变教学理念
传统教学模式中，主要是教师在讲，学生负责听。辅以适当的课堂练习和大量的课后习题。但随着新知识、新技术的快速发展，以及高校教学改革的进行，力学课程课时被大幅度压缩而课程内容却没有同时缩减，有些课程(如有些版本的《材料力学》)还根据学科的发展增添了新内容。教师如果还按照以往的思路、方式授课，可能连最基本的力学知识都无法讲授完了。必须改变自己的教学理念，不能原地踏步。以往的理念，好是好，不见得适应发展的新形势，要不断的更新。
2、教学方法应灵活
教师“传道、授业”的根本目的是让学生把课本上的知识变成属于自己的东西。教师在发挥主导作用的同时，应该充分发挥学生的主体作用，让学生从知识的被动接受者转变为主动参与者和积极探索者。
④在讲课的时候，尽可能的鼓励学生大胆提出问题。课堂上，教师不应因学生打断自己的讲课思路而不高兴，这种情况在备课时就应该预料到。而教师也最好能结合讲授的知识向学生进行相应的提问，而不是一直站在讲台上。讲”解。②条件允许，最好能在讲课的时候带上所授教学内容的模型或教具，让学生当场就产生直观的印象。这种方法收到的效果是空讲理论达不到的。比如在讲解力学概念“弯矩”和“扭矩”的区别时，笔者是拿了一根火腿肠进行讲解的，学生很感兴趣。③在讲授一些与专业课程联系较为密切的力学课程时，多拿学生身边随处可见的事物举例，不但好理解。还能提高学生的兴趣。④虽然多媒体课件的信息量很大，但不建议教师一味地依赖。据调查，在讲解计算方面的内容时，大部分学生并不喜欢这种讲课形式，反而希望教师能多多板书。多媒体与板书教学，教师应灵活使用，以提高教学质量和效果。
“教学有法，但无定法”，只要适合学生的，就是好的。
3、课程内容要删减
独立院校的学生，不是做研究的学生，他们获得的知识要能“用”。力学课程里的一些较为艰深的内容对他们来说，一是理解不了，二是用不了。在实际讲授时，捎带几句即可。如遇对此感兴趣的学生，完全可以课外进行辅导。
4、教师要加强自身业务
学校教学，大多是理论的比例比较重，实践环节的比例小。在学力学课程的时候，许多专业还没有开设专业课。作为专业基础课，最好的情况是：教师在讲授力学知识时，能经常联系相关专业内容尤其在举例时。从而让学生认识到力学不是一门枯燥的学科，不是只有理论、公式和计算题，它对专业课的学习有着重要的影响。
这样，对力学教师的业务要求大大提高。一来需要力学教师主动地、经常性地与专业课教师联系，就相关内容进行咨询和探讨；二来需要力学教师要经常关注所授专业的专业发展情况。
三、注重培养学生科学试验能力
课堂教学教给学生的是理论知识。作为独立院校工科的学生，应具有较强的动手能力。而动手能力差是目前大学生中普遍存在的弱点。力学课程中的实践环节就是实验教学。它可以培养学生的观察能力、动手能力，培养学生实事求是的科学态度。
在实验教学中，应加强基本技能训练。以严格要求、独立工作为原则，使学生较扎实地掌握基本操作。尤其是常用设备，更应熟练掌握。对于材料检验方面的实验，建议让学生自己全程参与。从预习、实验的设计、实验操作、实验结果分析、实验报告的编写，均可放手让学生自己完成，教师在旁进行相应指导。这样，可以让学生在实验中发挥各自的积极性和创造性。也间接地促进并提高了学生对理论学习的兴趣。
参考文献
[1]何琳，理论力学课程教学改革探讨[j]，漯河职业技术学院院报
关键词 专业课 考核 改革方案
中图分类号：TP3-4 文献标识码：A
就我校信息工程学院所开设的计算机类专业课而言，主要分为应用和设计两大类，采用的考核方式分为理论考核和技能考核。理论考核为“平时成绩（70%）+期末成绩（30%）”，技能考核为“平时成绩（30%）+实验成绩（30%）+期末考核（40%）”。从2012年开始全面推行无纸化考核，题型设定为选择题、判断题、简答题、论述题等，这提高了评阅卷效率。虽然近年来，教务部门针对本学院在专业课考核过程中作出了很大努力，但笔者认为针对实用性较强的专业课，采用目前的考核模式，无法真正体现“工学结合”的思想，急需改进。
1 考核中存在的问题
目前，就我校信息工程学院专业课程的考核模式而言，主要由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩这三部分构成。平时成绩又由考勤和作业构成。这种考核模式的设计初衷是督促学生平时认真学习，防止学生只应付考试。但是，在实际应用中存在很大问题，存在不少漏洞，造成这种考核模式的效率降低， 教学质量降低。
1.1考勤水份大
很多学生“身在曹营心在汉”，点名答个到，上甲课做乙事，甚至上课讲话，来了比不来还要糟糕，影响课堂秩序。
1.2作业和实验报告抄袭情况严重
作业和实验报告是及时考察学生学习情况的一种手段。通过作业和实验报告可以帮助学生及时复习，消化课堂内容。目前，不少学生作业和实验报告不是自己做的，而是抄袭的。
1.3“考前突击”可以通过考试关
有些老师在考前给出一定的范围，让学生重点复习，以提高学生过关率。学生们也心领神会，加班加点，通过考前突击， 获得“及格"。这样一来，根本不利于促进学生们平时努力学习。
1.4通过“平时成绩+实验成绩+期末考试成绩”，最终确定学生的期末成绩
通过以上考核方式我们可以看出，优秀的学生是平时来上课，认真做作业，考试之前认真复习的学生。这种考核方式根本无法调动学生的学习积极性，也无法提高学生的创造力，更加无法提高学生的动手能力。
2 计算机类专业课程考核改革重点
学完一门专业课程即掌握这门技术，这就是学习该课程的目的。是否掌握了这门技术，并能有效运用，通过现有的考核方式只能体现对某个知识点的考核，很难有系统性。因此改革的重点是以“工学结合”为指导思想，打破传统考核模式，突破理论考核为“平时成绩（70%）+期末成绩（30%）”，技能考核为“平时成绩（30%）+实验成绩（30%）+期末考核（40%）”的限制，不必非以试卷形式考核，进而采用“项目式”考核。
3 计算机类专业课考核改革目标
改革目标是通过“项目式”考核模式，让学生能把课堂上学习的片段知识进行整合，用所学的知识去分析问题和解决问题，最终达到“理论与实践”相结合的教学目的。
4 改革计算机类专业课考核的具体做法
4.1改革考核模式
针对专业课而言，无论采用传统的理论考核“平时成绩（70%）+期末成绩（30%）”，还是技能考核“平时成绩（30%）+实验成绩（30%）+期末考核（40%）”模式，由于该模式本身的局限性所制，导致在这种模式的指导下，只是对片段知识点进行考核，无法让学生达到融会贯通，甚至把相关课程的知识融入进来的程度。如果采用“项目式”考核模式，便可解决这些问题。何谓“项目式”考核模式？是指不再采取单纯的卷面考试，而是让学生在指定的时间内完成一个综合项目或作品。该模式最大的优点就是可以让学生在完成项目或作品时，把相关的专业知识都融入进来，达到融会贯通的程度，这样也更能体现“学以致用”的教学目的。该模式针对设计类专业课，效果更为突出。
4.2改革考核手段
现在我院信息工程学院全面采用无纸化考核方式，大大提高了评阅卷工作效率，节约了考核成本，从管理角度来说，是件好事。但从教育角度，这种考核方式，对于我院计算机类专业课程考核而言，是否科学合理，值得商榷。其实无论选择哪种方式或手段来对学生进行考核，必须明确考核的目的是什么？近年来，在高职教育中，强调突出“工学结合”的思想，那么在改进我们的考核方式或手段时，也应该围绕“工学结合”来做文章。特别是针对计算机类专业课而言，笔者认为采用“作品或成果展示+解说”的方式，更能有效体现“工学结合”的思想。
4.3改进评阅方式
以前的阅卷方式分两种：一是实施教考分离的，由同教研室的其它教师进行阅卷；二是未实施教考分离的，由任课教师阅卷。现在采用无纸化考核后，阅卷都由计算机自动完成。一旦采用“项目式”考核，前面所提的评阅卷方式显然都不再适应新的考核模式。笔者建议采用“评委制”方式对学生的“作品或成果”进行打分。在评委中，引入企业人员，在他们的指导下，才能让学生设计的东西离现实更“近”些。
参考文献
[1] 孟凡英.专业课考核方法改革的实践选[J].中国科技信息，2005（21）.
[2] 任玲等.大班专业选修课考核环节改革与实践[J].中国冶金教育，2012（5）.
[3] 吕红浪等.高校专业选修课考核方式的改革与实践[J].中国成人教育，2006（7）.
关键词： 碳纤维增强复合材料； B基准值； 统计学分析； Matlab
中图分类号： TP319 文献标识码： A 文章编号： 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
碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）是以树脂为基体，碳纤维为增强体的复合材料，作为一种先进的复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳性等优点，正是这些独特的特性使CFRP成为与铝合金、钛合金、钢合金并列的四大航空材料之一[1?3]。飞机在服役的过程中会遇到各种各样极端情况，例如低温、高温、潮湿环境，这都会影响CFRP的性能[4?6]。航空工业一般采用B基准值来评价CFRP的性能。为了得到CFRP在这些环境下的B基准值，就需要进行大量的实验；根据航空工业标准HB7618?2009《聚合基复合材料性能数据表达准则》提供的计算步骤 [7]， B基准值的计算方法比较繁琐。因而面对大量的实验数据如何高效准确地计算B基准值对于实验人员来说是急需解决的问题。现在对于B基准值计算方法仍然是借助Excel的手动计算为主，这种方式无疑计算耗时长，并且容易出错，无法满足快速处理大量实验数据的要求。为了提高B基准值的计算效率，本文根据Matlab在矩阵运算、图像处理和数值处理效率方面的优势[8]，将B基准值的计算和Matlab相结合，利用其GUI（Graphical User Interface）模块开发B基准值计算算法。
1 基准值计算原理
1.1 B基准值
为了保证材料的结构的可靠性和安全性，就需要用到一些高级的统计学方法来确定其合理的设计许用值，一般采用B基准值[7]。B基准值是建立在统计学上的衡量材料性能的参数，在95%的置信度下，90%性能数值群的值高于此值[9]。航空工业标准HB7618?2009关于B基准值的流程复杂，本文将着重从批次相容性检验、检查异常数据、分布函数检验、离散系数修正与检验、B基准值计算及导出结果几方面进行说明。
1.2 主要计算步骤
（1） 检验不同批次的实验数据是否来自同一母体；检验方法是K样本的Anderson ?Darling检验， 其统计公式如下[7]：
[ADK=n-1n2（k-1）i=1k1nij=1lhjnFij-njHjHj（n-Hj）-nhj4] （1）
如果ADK小于错判临界值ADC（5%错判风险），则不同批次的实验数据来自不同母体。如果相容性检验不通过的，为了增加样本数据来自同一母体的可能性，采用1%错判风险继续判断是否来自同一母体。
（1） 检查异常数据。采用最大赋范残差的方法定量的检查异常数据：
[MNR=maxxi-xs] （2）
（2） 分布函数检验。根据经验威布尔计算的B基值过于保守，因此优先检验样本数据是否符合正态分布，如果不符合正态分布，再依次检验样本数据是否服从威布尔分布和对数正态分布。
（3） 离散系数修正与检验：当离散系数低于4%时，容易忽略材料差异、实验方法等方面的实际差异性，因此要对离散系数进行修正[10]，修正方法为：
[x*i=xi-α（xi）Δ] （3）
离散系数修正结束后，对不同环境下的样本数据进行离散系数检验，离散系数的检验公式为：
[F=i=1k（wi-w）（k-1）i=1kj=1niwij-wi（n-k）] （4）
（4） 将不同环境下的数据归一化，根据归一化后的实验数据的平均值和标准差计算B基准值。求出对应的折减系数，再与不同环境下样本的平均值相乘，从而得到B基准值，折减系数的公式为：
[Bj=x-（kj）*s] （5）
2 程序实现
2.1 基准值算法的渐进流程图和程序界面
图1是根据航标HB7618?2009给出的计算步骤编制的程序流程图，该程序流程图包括了批次相容性检验、检查异常数据、分布函数检验、离散系数修正与检验、B基准值计算及导出结果等功能。
图1 B基准值算法的渐进流程图
2.2 变量传递
B基准值的算法程序包含几个不同的模块（见图1），而每一个模块又包含了多个程序和子程序。为了实现变量在不同模块和函数间进行传递，本文采用handles结构体和guidata函数来实现这个功能。在B基准值的算法程序界面中的所有控件使用同一个handles结构体，handles结构体中不仅保存了图形窗口中所有对象的句柄，而且还可以获取或设置某个对象的属性。在程序的计算过程中需要将每一个模块计算后的结果赋给handles结构体，以便于将这个变量传递到下一个计算模块。而每次handles结构体添加了新的元素，guidata函数便会更新handles结构体，使handle结构体中的新添加元素可以传递到下一个模块。guidata函数用法guidata（hObject，handles），其中，hObject是执行回调的控件对象的句柄，handle为结构体。handles结构体和guidata函数的用法如下所示：
function pushbutton13_Bvalue_Callback（hObject， eventdata， handles）
…
handles.Bvalue（j）=roundn（mean（nn_data（：））*Bj（j），?3）；
…
guidata（hObject，handles）
2.3 设置实验环境
B基准值的算法界面程序首先要检验相同环境下不同批次的样本数据是否来自同一母体。程序界面中包括四种实验环境：低温干态（CTD）、常温干态（RTD）、高温干态（ETD）、高温湿态（ETW）， 为了避免母体检验的过程中不同环境下的样本数据相互干扰，需要对程序界面中代表着不同实验环境的复选框（Check Box）进行设置。当其中的一种环境的复选框处于选中状态时，其他的三种环境的复选框需要设置成未选中状态，这样就可以避免相互干扰。下面是当CTD处于选中状态，其他的三种实验环境处于未选中状态时的代码：
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
当复选框处于选中状态时，其Value值等于1；当复选框处于未选中状态时，其Value值等于0。
2.4 分布函数检验
对于样本数据的分布函数检验，本文采用Matlab本身的内置函数normplot（）和weibplot（）函数进行判断。若样本数据服从正态分布和威布尔分布，样本数据点分布成一条直线，否则成一条曲线。至于样本数据的对数正态分布检验，程序首先对样本数据取对数将对数分布转化为正态分布后，再用normplot（）函数检验是否服从正态分布。
在B基准值的计算过程中首先检验的是正态分布，可见样本数据的正态分布对于B基准值计算的重要性。为了增加正态分布检验的准确性，本文除了采用normplot（）函数对样本数据进行直观的目视正态分布检验外，还借助函数H=jbtest（）对样本数据进行进一步的正态分布检验。若H=0，则认X服从正态分布；若H=1，则否定X服从正态分布。对CTD环境下样本数据进行正态分布检验的程序代码如下，检测结果如图2所示。
…
normplot（handles.tdata（：））； %正态分布概率图
handles.H=jbtest（handles.tdata（：））； %拟合优度检验
…
图2 CTD环境下样本数据进行正态分布检验图
图2中CTD环境下的样本数据点分布大致成一条直线，并且检验结果H=0，表示接受正态分布假设。可见CTD样本数据服从正态分布。
2.5 生成实验报告
面对大量的实验数据，书写报告往往是重复性劳动工作，此时可以利用Matlab生成一表格模板，每次自动导入数据生成报告，这就可以节约大量的时间。Matlab作为一种面向对象的语言，它支持COM技术，利用它的COM编译器可以把Matlab开发的程序转换成方便使用的COM组件。而ActiveX控件技术是建立在COM技术之上，由微软公司推出的共享程序数据和功能的技术。因此，Matlab可以利用ActiveX控件技术，在Matlab中调用Microsoft Word 程序插入表格，此时的Word是组件，是服务程序，而Matlab是控制器程序。下面是生成报告的部分程序代码：
…
try
Word = actxGetRunningServer（′Word.Application′）；
%若Word服务器已经打开，返回其句柄Word
catch
Word = actxserver（′Word.Application′）；
%创建一个Microsoft Word服务器，返回句柄Word
…
Tables=Document.Tables.Add（Selection.Range，21，5）；
%插入一个21行5列的表格
…
Document.Save %保存文档3 计算实例
本文根据航标HB7618?2009提供的范例数据来详细说明B基准值的计算流程，并验证程序界面计算的可靠性，如图3所示。范例包含了所有实验环境下的样本数据，见表1。
图3 B基准值程序界面
（1） 通过Anderson?Darling方法检验不同环境下的不同批次的实验数据是否来自同一母体（依次勾选对应的实验环境），检验后发现ETW（高温湿态）环境下的三批样本数据的ADK大于临界值（ADK=2.258 2>ADC=1.917 4），可见该环境下三批数据来自不同母体，如图4（a）所示。如果放大为1%错判风险下， ADK小于临界值（ADK=2.258 2
（2） 相容性检验检验结束后，根据公式（2）计算每一试样的MNR值（单击异常数据检查），如果MNR值大于临界值，那么就可以判断该试样为异常值。对于能够反映材料、工艺参数和实验环境的差异性的异常数据需要保留。而当异常数据是由不合格的试样、实验设备和夹具的缺陷造成时，异常数据要删除（单击删除异常数据，见图3），否则就会导致统计结果的失真。
图4 母体检验
（3） 对不同环境下实验数据进行正态分布假设检验，如果不符合正态分布再依次检验是否服从威布尔分布和对数正态分布。
（4） 检验相同环境下样本数据的离散系数是否小于4%（单击离散系数）。由于较低的离散系数容易忽略材料和实验方法等方面的差异性，因此对于小于4%的情况，程序会根据式（3）将离散系数修正为4%。修正后的数据平均值保持不变，原来小于平均值的数据变得更小，原来大于平均值的数据变得更大（见图5）。然后，再检查不同环境下离散系数是否相等，根据公式（4）计算F值小于临界值（F=2.38
图5 离散系数修正图
（5） 合并不同环境下的实验数据再一次进行正态分布检验（勾选合并，见图3）。在第（3）步中已经验证每种环境下的实验数据的是否符合正态分布，如图6（a）所示，由图6（b）可见合并后的实验数据依然符合正态分布。然后，用每种环境下的样本均值对数据进行归一化，求出归一化后合并数据的平均值、标准差和离散系数见表1。
根据公式（5）可以求出相应的环境下的折减系数Bj，并与不同环境下的样本数据平均值相乘，从而获得B基准值。
图6 数据的正态分布检验
为了验证程序的可靠性，采用标准中提供的范例中的计算结果进行对比说明。表2中列出了在四种不同实验环境下的程序计算结果和航标HB7618?2009提供的结果。从表中的数据对比可以发现误差在+0.3%以内，误差主要由容限系数和折减系数的近似计算造成。可见程序计算的结果符合工程精度（误差±5%）的要求，此外相比于借助Excel的手动计算法方法，效率显著提高。
4 结 语
本文根据航空工业标准HB7618?2009给出的B基准值的计算步骤，将Matlab的GUI模块与B基准值的计算相结合开发出B基准值的计算程序。相比于借助Excle的手动计算方法，该程序界面具有以下优点：
（1） 程序可以判断样本是否来自同一母体，还具有异常数据处理、统计分布检验、离散系数检验与修正等功能，最后实验结果以Word格式导出。
（2） 使用该程序进行B基准值的计算方便快捷、效率高，并且具有良好的人机界面，显著提高了B基准值的计算效率。
表2 不同环境下计算结果对比
参考文献
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