试验设计与数据分析

试验设计与数据分析（共12篇）

试验设计与数据分析 篇1

《食品试验设计与统计分析》不仅提供了如何正确设计试验和收集数据的方法, 也提供了如何正确整理和分析数据的方法。通过该课程的学习, 不仅为学生顺利完成毕业论文奠定了的基础, 还培养学生的科研能力以及独立分析问题和解决问题的能力。因此, 提高《食品试验设计与数据分析》的教学质量, 一直以来都是高校教师们极为关注的问题。据统计, 从1978年至2012年期间, CNKI数据库中关于《统计学》教学的文章有4466篇, 关于《试验设计》教学的文章有97篇, 关于《食品试验设计》教学的文章有7篇, 其中85%以上的文章均为近5年来所发表;在Sicencedirect中检索出关于Statistical的文章有2080824篇。所提及的问题和解决办法都有值得借鉴之处, 但在不同的国家、地区、民族以及专业, 其效果也差异极大。由于我校地处新疆南部, 生源情况复杂、条件参差不齐, 照搬其他高校或专业的成功教学经验和方法, 教学效果往往不是很好。因此, 结合近几年来的教学经验和发现的一些问题, 提出了一些个人看法和建议, 旨在与同行进行探讨。

1《食品试验设计与数据分析》教学中存在的问题

1.1 生源构成

目前我校面向全国20个省或直辖市招收学生, 例如我系的食品科学与工程专业2012年共招收100人, 新疆汉族招生33人, 少数民族招生35人 (60%以上属维吾尔族) , 在疆外招生32人 (包括少数民族) 。《食品试验设计与数据分析》是一门对数学基础要求比较高的学科, 它涉及了微积分、概率论、数理统计等多门数学理论课程, 尤其在数据理论分布、抽样分布及回归分析部分, 要求学生具有较强的逻辑推理和理解能力。一般来说, 疆内学生的数学功底比较差, 特别是疆内少数民族学生的基础更差, 逻辑演绎思维较弱, 而疆内学生比重较大, 使教学困难更大。

1.2 学习态度

大多数学生认为该课程难度较大, 并且与专业相关性不大, 从而导致该课程的教学效果不佳, 学生的成绩和表现通常不理想[1]。据了解, 在目前食品科学专业学生的《食品试验设计与数据分析》教学中, 学生学习该课程的主要动机是为了获得学分, 其次为了拿到奖学金, 还有少数同学为了读研究生做准备。“细节决定成败, 态度决定命运”, 是一句至理名言。因此, 在目前的形式下, 要实现提高教学效果, 改变学生学习态度就显得尤为重要。

1.3 教学方法

目前《食品试验设计与数据分析》教学仍然是以教师讲授为主、学生被动接受知识的传输。在这种统计教学模式下, 学生或许一时记住了公式, 学会了怎样进行方差分析及回归分析, 但对提高学生的实际应用能力极为不利, 而且在学习过程中学生容易产生《食品试验设计与数据分析》既难学又枯燥无味的心理, 不利于发挥学生的积极性和创造性。

2 可采取的措施

2.1 软件教学的应用

传统讲授方差分析时, 需讲授平方和及自由度分解、F值计算和结果解释, 即使采用多媒体授课, 通常这样讲授也会耗时较长并且效果不佳。而用SAS、SPSS、Designexpert、DPS等软件分析处理, 由于这些软件大多采用菜单操作模式, 学生很容易掌握, 可取得较好的效果。同样对于试验设计部分讲授时, 采用传统方法讲授单因素和双因素试验设计, 教学效果通常较好, 然而讲授正交试验设计、均匀试验设计和回归试验设计时, SPSS、Designexpert、DPS等软件教学能显著提高教学效果。

在教学中, S A S、S P S S、Designexpert、DPS等软件引入已是《食品试验设计与数据分析》教学的发展趋势, 其实用性不言而喻[2]。但应用软件教学时要注意基础理论的讲授、分析结果的阐述及留出部分时间让学生模仿练习, 才能真正起到提高教学效果的作用。

2.2 案例教学的应用

试验设计与数据分析的理论部分逻辑性强, 公式复杂繁多, 抽象而难于理解。这就需要有大量的实例加以充实, 开阔学生的眼界, 调动课堂的气氛, 同时加强学生对知识的理解。而这些例子的选择也应尽量符合学生的专业方向, 属于学生比较了解的领域。如对于食品科学专业的学生, 课堂例题应该多涉及食品加工工艺和配方优化、食品毒理和功能性试验、营养调查, 同时也可鼓励学生将所参与“大学生创新项目”和正在进行的试验分享出来。结合学生专业方向进行授课, 容易激发学生的学习兴趣和参与的积极性, 可以增加学生对本专业的了解与解决本专业实际问题的经验和能力。

2.3 教学内容安排

随着计算机应用的日益普及, 日常工作中计算和分析越来越需要计算机来辅助完成, 现在以及今后的试验设计及数据分析工作也都会靠计算来完成。如果在课程讲授中, 还花大量课时进行计算方式, 推导步骤的讲授, 对于学生而言, 特别是数理基础薄弱的学生, 他们很难把所学知识与实际应用联系起来, 很容易产生厌学心理。因此, 对非统计学专业的学生, 如食品专业学生, 应重点放在软件应用和分析结果解释方面的讲授, 这样可以节约时间, 留给学生进行模仿联系, 巩固所学知识。

2.4 考核方式调整

可以将考试分为卷面和实践两部分[3], 卷面部分主要考察学生的理论知识, 实践部分主要考察学生们的实践应用能力。在实践部分, 可以让学生以团队的形式自行选题, 完成一个试验的设计、实施、收集数据及分析, 不仅锻炼了学生们的实践操作能力, 还能提高他们对知识实际应用能力。

3 结语

《食品数据处理与试验设计》与统计学课程教学有相似之处, 其教学中的问题一直存在, 特别是在新疆地区, 学生的数理基础相对薄弱, 如何提高该课程的教学效果, 培养出大量优秀的食品专业人才, 将是一项长期而艰巨的任务。教学过程中, 应注重学生学习方法的培养很重要;以及应注重食品加工、生产、科研和质量安全实例的引入, 培养学生的学习兴趣与参与的积极性, 使抽象的内容变得具体, 对促进学生对知识的掌握具有较好的作用;同时应不断地、探索、调整及改革, 来提高教学质量。

摘要：通过对我系学生《食品试验设计与统计分析》教学中存在的问题进行分析, 提出了对该课程教学改革的一些建议考, 以期为提高该课程的教学质量提供一些思路。

关键词：食品试验设计与数据分析,教学方法,教学改革

参考文献

[1]Leehu Zysberg.Statistics for cowards:a fieldstudy of the effect of re-designing order andpresentation in statistics course for social sciencecollege students[J].Procedia social and behavioralsciences, 2010, 39 (2) , 595-599

[2]吴宏伟, 贾敬全.本科《统计学》课程教学改革[J].安徽水利水电职业技术学院学报, 2010, 10 (4) :85-87

[3]周存山, 杨虎清, 庞林江等.《食品试验设计方法》课程教学的改革探索[J].安徽农学通报, 2008, 14 (24) :145, 153

试验设计与数据分析 篇2

基于工程可靠性分析的陀螺电机加速寿命试验设计

研究某型陀螺电机的`加速寿命试验设计方法,该方法以工程可靠性分析为基础.一般的加速寿命设计认为产品只有一种失效机理,采用单一加速应力.研究显示,同一个试验条件对陀螺电机不同部分的寿命影响是不同的,陀螺电机进行加速寿命试验时,存在不同的失效机理.因此,陀螺电机的加速寿命试验不能采用一般的加速寿命试验.

作 者：陈东生 宋永刚 徐强 Chen Dongsheng Song Yonggang Xu Qiang 作者单位：航天时代电子公司导航与控制设备设计制造中心,北京,100854刊 名：导弹与航天运载技术 ISTIC PKU英文刊名：MISSILES AND SPACE VEHICLES年，卷(期)：“”(6)分类号：V448关键词：陀螺电机 加速寿命试验 可靠性

试验设计与数据分析 篇3

关键词：半柔性路面 试验设计 效果 路面材料

中图分类号：U416.22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0035-02

所谓半柔性路面主要指在开级配沥青混合料的大孔隙基体路面内贯入水泥胶浆以后形成的路面，其利用面料间的相互嵌挤以及灌入的水泥胶浆组成材料强度，可以提升路面抗负荷能力。半柔性路面的高温稳定作用远远强于普通沥青混凝土路面，并且这种路面有良好的抗滑性、抗疲劳性及抗温抗裂性特点，是一种性能佳的新型路面。该本文简要分析半柔性路面试验设计及效果。

1 半柔性路面试验设计

选取位于国道328线长约1 km的S形弯道路面，半柔性路面结构特点和沥青路面类似，用沥青路面设计规范方法设计半柔性路面的结构与厚度。试验道路在原来道路的基础上加铺，加铺厚度约10 cm，和原来的路面宽度等同，长320 m。沥青混合料应有抗滑性、高温稳定性、抗疲劳性以及低温抗缩裂性的特点，但上述各项要求很难同时满足，因此在材料构成设计时，需要优先考虑重要方面的指标，与此同时兼顾次要方面要求。为了获得符合要求的混合材料，需要重视选择各种组成材料。

1.1 正确选取原材料

（1）粗集料，选取的粗集料形状应该类似与立方体、有多个棱角，扁平。其中高等级别的道路细长颗粒含量≤总量的15%，一般性道路≤总量的20%，固然砾石材料可以用来制备混合料，但其摩阻角很小，需在轧制以后使用，或者需要在砾石中加入其他材料。集料表层构造理应具备一定粗糙度，以利于提升内摩阻角，同时当将其用作面磨耗层时也可提升抗滑性[1]。选用石料应该无杂质，洁净，泥土含量≤1%。此外，还需要依据嵌挤原则配制多孔基体混合料，因为如遇繁重的交通情况下，一旦强度不足极易被磨光、破碎，导致性缺油断裂面的出现，进一步促使面层丧失稳定性。因此要求选用耐磨性、强度均佳的矿料。集料压碎数值，高等级别道路≤25%，一般级别道路≤28%。

（2）细集料，在沥青混合料中可选用含有人工砂、石屑、天然砂的细集料。要求细集料材质坚硬，形状类似于立方体，级配好，洁净。细集料的棱角具有提升材料内摩阻角的良好效果。一般而言，在水泥胶浆中细集料多寡对水泥胶浆的流动程度会产生直接影响，同时也会影响到施工水泥胶浆的灌入深度[2]。

（3）填料与沥青标号的选用，首先对矿粉的要求不能太细，太细施工和易性较差，水稳定性不佳；太粗易让矿料和沥青之间的作用不充分，不利于改善性能，且亲水性小。其次，选用沥青标号，与铺筑其他混合料相似，需考虑到交通性质、混合料类型、施工方法、施工季节及气候等相关因素。

1.2 设计基体混合料

半柔性混合料组成设计主要包括以下几个步骤：确定混合料组成，选用合适的沥青用量，试验检验并确定。其中混合料的组成级配如表1所示。根据比表面积分析主要是由于多孔基体混合料缺乏细集料，相对比表面积很小，故沥青用量较少[3]。当确定好矿料级配，选定沥青用量的范围以后，在确定范围内用含量不同的沥青开展试验，参照各项技术指标确定沥青的用量。从施工现场检测集料密度得到以下结果：粗集料表层密度2.7 g/cm3，紧装密度1.7 g/cm3；细集料表层密度2.6 g/cm3，矿粉表层密度2.8 g/cm3，矿粉用量6%，沥青用量4%，空隙率22%。

1.3 设计水泥胶浆

依照施工现场具体情况与相关研究成果，选择在试验路段弯道的外边缘铺筑红色半柔性路面，在内边缘铺筑白色半柔性路面，然后分析半柔性路面的使用性能，及为路面着色以后，对于美观，缓解驾驶员精神疲劳方面的效果[4-5]。其中路面试验路段施工配合比例如表2所示。

2 半柔性路面试验效果分析

2.1 评价路面整体承载能力与强度、厚度

为了科学评价半柔性路面的整体承载能力，本研究在加铺半柔性路面的过程中依照《公路路基路面现场测试规程》的相关要求检测弯沉，如表3所示。当加铺半柔性路面以后，路面整体承载能力有了大幅度提升。同时为了合理评价半柔性路面的强度与水泥胶浆灌入深度，在加铺半柔性路面以后依照规程要求检测钻芯，所得结果如表4所示。分析表4可知，半柔性路面的强度、厚度均符合设计的要求，且水泥胶浆灌入至实际厚度的70%左右。半柔性路面有很高的劈裂强度，带有水泥混凝土路面的部分特点。

2.2 评价半柔性路面平整度

路面促使汽车发生振动高程改变的表面特征即平整度，如果路面不平整引起汽车振动进而直接影响到旅客舒适型。当加铺半柔性路面后依照具体规程的要求用长度为3 m的直尺检测平整度，具体检测结果如表5所示。当加铺半柔性路面以后，路面平整度提高，行车更加舒适，表现出沥青混凝土路面的特殊功用。

2.3 评价半柔性路面设计的动稳定度

路面高温稳定性、疲劳性的表征即动稳定度，路面安全系数的表征即路面抗滑功能，为了进一步检验半柔性路面动稳定度，参照试验规程，在半柔性路面试验设计现场选取试件开展试验。同时为了检测试验路段的抗滑性，用摆式摩擦仪来检测摆值。通过检验可知，半柔性路面的摆值、动稳定度都远远超过了设计要求，表明了半柔性路面有良好的高温稳定性、抗滑性。

2.4 比较半柔性路面与其它路面经济效益

从表6可知：水泥路面和沥青路面相结合的具有优良特点的半柔性路面，在经济方面有明显优势，其总造价和单位面积造价均<水泥路面、沥青路面，造价降低程度分别为54%、35%左右。

3 结语

总之，半柔性路面有沥青混凝土路面的使用特点，同时兼有水泥混凝土路面的部分特点，且耐油污，可以合作色，具备应力松弛能力，在一定程度上还可以减少温度缝的铺设，行人行驶较舒适。一般情况下，半柔性路面在5年之内可以维持零维护，可以节约很大一部分养护费、人工费，相应地产生了经济效益、社会效益，可以说它是一种经济、性能均佳的新型路面材料。

参考文献

[1]霍轶珍.半柔性路面路用性能的试验及机理分析[J].公路，2009，3（2）：86-88.

[2]张益明.半柔性路面试验设计与效果评价[J].广东交通职业技术学院学报，2006（1）：56-59.

[3]吴丹，赵可.半柔性路面的设计与性能研究[J].交通标准化，2009，7（23）：173-175.

[4]车国东.浅谈半刚性与半柔性路面用混合料性能特点[J].山西建筑，2008，7（10）：142-145.

播种机深施肥试验设计与分析 篇4

关键词：深施肥正交实验,极差分析,方差分析

0 引言

随着国家农机补贴政策的实施，大功率拖拉机的保有率在逐渐增加，使得播种机在一次作业时能够实现旋耕、开沟、播种、施肥、起垄等功能。目前施肥作业只是将种子生长发育所需的肥料施入土壤中，而作物在抽穗期所需的肥料还需后期人工施肥，增加工时且作业条件恶劣。深施底肥是将肥料定量均匀地施入到地表以下作物根系密集部位，使其既能保证被作物充分吸收，同时又显著减少肥料有效成分的挥发和流失，达到充分利用肥效和节肥增产的目的。底肥作用期是在作物生长的后期，这时作物根系已经成熟，植株高大密集，根区追肥较难操作。目前深施底肥的方法有两种：一是在播前整地时施入肥料;二是采用专门作业机械实现深施肥料。深施肥播种机能够实现将作物后续生长所需的肥料在播种时随种肥同时施入土壤中，但施肥深度等参数对作物生长的作用效果还不是很清晰，需要通过试验来找到合理的施肥深度。

1 正交试验简介

常用的试验设计方法有：正交试验设计法、均匀试验设计法、单纯形优化法、双水平单纯形优化法、回归正交设计法、序贯试验设计法等。其中，正交试验法是在多因素优化试验中，利用数理统计学与正交性原理，从大量的试验点中挑选有代表性和典型性的试验点，应用“正交表”科学合理地安排试验，从而用尽量少的试验得到最优的试验结果的一种试验设计方法[1,2]。通过正交试验可以找到各因素影响指标的规律，分析因素影响指标的主次，并获得最佳指标的因素的组合。如果试验安排的合理，且分析得当，就能以较少的试验次数、较短的时间、较低的费用，得到较满意的试验结果;反之，如果试验安排的不好，分析不得当，则试验次数增加，试验时间延长，浪费人力、时间和财力，难以达到预期的结果，甚至导致试验失败。合理的安排试验，取得数据，然后进行综合的科学分析，可使人力、物力和时间得到最优组合，进而达到尽快获得最优方案的目的。

正交实验的分析方法有直接对比法、极差分析法和方差分析法等。其中，直接对比法虽然简单，但对实验结果的分析是定性的，不能很确切地说明问题;极差分析法通过分析被考察各因素以及因素的各水平对试验指标影响的大小情况，可得到影响试验指标的主次因素和最优组合条件;方差分析法就是在假设各总体均为正态变量且方差相等的情况下，检验多个正态总体均值是否相等的一种统计方法，可以将试验误差所引起的指标的变动与各因子及其水平不同所引起的指标变动区分开来，以便分析出影响试验结果的真正因素。因此，在本试验结果的分析中采用极差分析法和方差分析法。

2 正交试验设计

2.1 试验指标

试验指标是玉米综合苗情指数，作为试验研究过程的因变量，常为试验结果特征的量。此苗情指数需综合考虑地力、苗况、抽穗情况和穗粒质重等因素，各因素的权重由农学专家给出。

2.2 因素及水平

因素是作为试验研究过程的自变量，常常是造成试验指标按某种规律发生变化的原因。水平是试验中因素所处的具体状态或情况。在一项试验中需要考察多个因素，而每个因素又有多个水平;不仅各个因素单独起作用，而且因素之间有时会联合起来影响某一试验指标。本试验采用四因素四水平，如表1所示。其中，因素A代表播种深度;因素B代表种、肥横向间距;因素C代表种、肥垂直间距;因素D代表底肥深度。

2.3 试验设计方案

正交表是正交设计中合理安排试验，并对数据进行统计分析的主要工具，具有整齐可比、均衡分散和简单易行的特点。此试验为四因素四水平，故选定L16(45)正交表安排试验，进行16次试验处理。

3 试验

种肥须在播种的同时施入，可通过在播种机上安装肥箱和排肥装置来完成。深施底肥可促使根系发育，增强作物吸收养分、水分和抗旱能力，有利于植株生长，从而提高作物产量。按施肥和种子的位置，有侧位深施和正位深施两种形式，即侧位深施种肥指肥施于种子的侧下方，肥条均匀连续，无明显断条和漏施;正位深施种肥指种肥施于种床正下方，肥层同种子之间有土壤隔离层，种、肥深浅一致，肥条均匀连续，肥带宽度略大于播种宽度。需要注意的是，在播种的同时将化肥一次性施入土壤中，且根据肥料品种、施用量等，决定种与肥的距离;防止种、肥过近造成烧种烧苗。此深施肥试验采用侧位深施肥方案进行试验。

试验场地为农大试验田，前季作物为小麦，成熟后用小麦联合收获机收获并粉碎秸秆，覆盖均匀，麦茬高度范围0.1～0.3m。将播种机的排种器播量调到30kg/hm2，种肥的播量调到225kg/hm2，底肥的播量调到600kg/hm2;然后按L16(45)正交表进行播种机播种施肥作业。在玉米生长发育期进行查苗、测根茎处苗的直径、观察苗的颜色、抽穗情况以及收获后玉米穗粒质重等情况汇总，根据农学专家提供的各项权重值经加权平均计算得出相对应L16(45)的16种试验指标值分别为2.1,3.8,4.6,3.0,3.4,2.5,5.7,5.5,3.2,4.8,5.3,5.8,3.5,4.2,4.1,3.9。

4 试验结果分析

正交试验方法之所以在工程实践中得到广泛的应用，其原因不仅在于能够使试验的次数减少，而且能够用相应的方法对试验结果进行分析并得出许多有价值的结论。将试验指标值列入正交实验表中，采用极差分析法，先求出各个因素每一水平下试验指标的平均值，然后计算、同一因素下同水平条件下试验指标均值的极差。极差越大，说明该因素的水平改变时对试验指标的影响越大，这个因素的影响显著。其计算过程及结果，如表2所示。

方差分析法是用离差分解法将利用各因素的离差平方和与组间离差平方和构造检验统计量，通过F检验来判断各因素的作用是否显著，进而判断每个因素对试验指标的影响。其计算过程及结果，如表3所示。

表3中各参数分别为

总离差的平方和：

各因素的离差平方和

试验误差的离差平方和

F值为

从表2的极差分析结果可知：播种机种肥间的横向间距对苗情综合情况影响最大，播种深度和底肥深度的影响其次，种肥间的垂直间距影响最小，即B3A3D2C3。玉米综合苗情随播种深度、种肥横向间距、种肥垂直间距和底肥深度增加变化情况是先增大后减小。

从表3方差分析结果中的F值与临界值比较可知：因素A,B,C和D对试验结果的影响都是显著的;从F值的大小得出，因素B最显著，以下依次是D,A,C。由于试验指标为玉米综合苗情指数，指数值越大越好，所以最优方案取各因素中K的最大值所对应的水平。从表3可以得出：因素A应取第3水平3A，因素B应取第3水平3B，因素C应取第3水平C3，因素D应取第2水平2D，即B3D2A3C3。

通过极差分析法和方差分析法对试验数据进行分析可知：影响玉米综合苗情指数的各因素水平是相同的;种肥间横向间距影响最大，种肥垂直间距影响最小;在考虑试验误差的条件下施底肥深度的影响比播种深度的影响大。

5 结束语

通过深施肥正交试验设计找出深施肥播种机在施肥量一定的情况下，播种深度、种肥间距和底肥深度的参数值对玉米综合苗情指数的影响规律，将此参数反馈到深施肥玉米播种机的设计中，提高了深施肥玉米播种机的工作性能。

参考文献

[1]陈魁.试验设计与分析[M].北京:清华大学出版社,2005.

热力学开发试验与数据分析小结 篇5

热力学开发的定义个人认为，是对设计出的基本型发动机，通过调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR状态等参数（对于增压直喷发动机则另有增压控制率、燃油压力、喷油正时等参数），使发动机在全负荷时得到最优的最大功率、最大扭矩、最低比油耗及在部分负荷得到最优的燃油经济性、燃烧稳定性和排放水平，如果基本型的发动机不能达到目标，则要针对问题更改相应的设计和硬件，直至满足目标。

一、试验设备

1、PUMA系统

记录发动机台架运行参数的数据，也可与其他系统相通信并记录其试验数据。

2、INDICATING系统

通过气缸燃烧压力传感器的压力信号，运算得到缸压曲线、平均指示有效压力IMEP、MFB50%、COV of IMEP、缸压波动振幅等。平时试验时，一般要根据缸压曲线，来判断发动机是否有爆震产生。

3、CAMEO系统

发动机自动标定及运行的工具。能自动调整ECU的标定参数如点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位及CBR控制状态等，便于标定参数的优化及标定时的数据采集。

4、INCA系统

发动机ECU标定工具，可调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR（可控燃烧速率）开关状态等发动机运行参数。

5、其他设备仪器

汽缸燃烧压力传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度、排气压力传感器、空燃比分析仪、线性氧传感器及排放分析仪等。

二、试验内容与方法

1、全负荷优化试验

全负荷试验主要验证发动机的最大功率、最大扭矩及最低燃油消耗BSFC（全负荷燃油消耗率）。调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位等参数，使发动机发挥出最优性能。a）不同进气歧管的外特性试验

细长的进气歧管有助于提高低速段的扭矩，粗短的进气歧管有助于提高高速段的扭矩。b）不同凸轮轴（不同型线、升程）的全负荷试验

VVT（Variable valve timing）：

VVT的作用：降低燃油消耗、降低排放、提高燃烧稳定性、提高功率和扭矩输出。通过改变凸轮轴相位可控制内部EGR率，（重叠角大时，内部EGR率大）当内部EGR率大时要得到相同的功率输出必须，增大节气门开度，这将使进气管内的绝对压力升高，减小节流损失，提高燃油经济性。

通过控制内部EGR率，可显著的降低Nox的排放量，HC的排放量只是稍微提高。

发动机怠速时，为了得到良好的燃烧稳定性，需要较小的重叠角，大负荷时为了得到较大的功率输出，需要较大的重叠角，但此时由于一部分燃油进入排气系统内会牺牲燃油经济性。

较早的进气阀关（IVC）有利于低速段扭矩的输出，不利于高速扭矩的输出。较早的排气阀开（EVO）有利于减少泵气损失，但是较早的EVO减少了膨胀冲程，冲掉了减少的泵气损失，降低了IMEP。因此，低速时需要较迟的EVO，高速时需要较早的EVO。大的进排气阀重叠角，有利于发动机高速换气，但是活塞与进排气阀的间隙尤其是怠速的稳定性限制了允许的重叠持续期。c）不同压缩比的全负荷试验（不同活塞、燃烧室）c）不同排气系统的全负荷试验

主要验证发动机排气背压对发动机性能的影响。d）不同进气系统的全负荷试验。

主要验证发动机进气系统压降对发动机性能的影响。

2、部分负荷优化试验（主要以工况点2000rpm/2bar BMEP为主，其他如1500rpm/2bar、1500rpm/4bar、2000rpm/4bar、3000rpm/2bar、3000rpm/3bar、3000rpm/4bar）

调整发动机点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位等发动机运行参数，使发动机发挥出最优性能。部分负荷主要检验发动机的燃油经济性（BSFC）、燃烧稳定性（COV of IMEP）、排放水平（PCO、PHC、PNOx）。

1）不同CBR结构的部分负荷试验。CBR（Control burned rate）：CBR发动机的气道由切向气道与中型气道组成，（切向气道形成涡流，中性气道形成滚流），部分负荷时通过关闭中性气道，使空气只从切向气道进入气缸，从而形成较强的紊流，可使燃烧加快。燃烧速度快可提高燃烧稳定性，此时可适当推迟点火提前角以提高排气温度，加快三元催化器的起燃，同时推迟点火提前角也能降低HC的排放。CBR的另外优点是可与VVT相配合，达到节油的目的，通过改变凸轮相位，可适当增大内部EGR，内部EGR的增大会使燃烧速度降低，燃烧稳定性降低，但这可通过CBR来补偿。调整点火提前角、空燃比、进排气相位等参数，使发动机发挥出最优性能。

2）不同凸轮轴的部分负荷试验 3）不同进气歧管的部分负荷试验 4）不同压缩比的部分负荷试验

3、喷油目标试验

不同工况下，燃油雾化良好，油束处于气道中心，尽量减少湿壁，湿壁面积大会使机油稀释严重和HC的排放升高。

4、火花塞选择试验

三、主要试验数据及分析

1、MFB50%(Mass fraction burned 50%、CA ATDC)

为了得到最佳燃烧热释放率MFB50%应处在上止点后8度，对应的燃烧最高压力点应在上止点后12度附近，此时发动机的燃油经济性、燃烧稳定性最好，其位置可通过点火提前角调整，点火角提前其位置提前，点火角推迟其位置推迟。在低速低负荷区域，MFB50%能达到止点后8度的位置，但在高速高负荷时由于爆震等原因，要迟于上止点后8度。

2、SA（Spark advance、CA BTDC）

点火提前角，调整点火提前角应尽可能使MFB50%应处在上止点后8度的位置，如果发生爆震则要推迟点火角。点火角过大会发生爆震或处于爆震极限，检查点火角是否适当的方法是：缸压曲线的波动振幅应小于不同转速的规定值（一般规律：发动机转速n千转，允许压力波动振幅值为n bar）。另外点火提前角滞后会使排温升高，高速高负荷必须注意。

3、BMEP（Brake mean effective pressure、bar）

制动平均有效压力是通过发动机台架的制动力矩计算得到，其值一般与进气管绝对压力有如下关系：进气压力1bar时平均制动有效压力为10-11bar，进气压力为1.6bar时平均制动有效压力为16-17bar。

4、IMEP（Indicated mean effective pressure、bar）

指示平均有效压力，通过缸压传感器的压力信号，计算得到。

5、FMEP（Friction mean effective pressure、bar）摩擦平均有效压力FMEP= IMEP-BMEP。FMEP值过大将会影响发动机的功率扭矩输出，1.6L CBR VVT发动机在额定功率点的理想值为1.6~1.7 bar。

6、PMEP（Pumping mean effective pressure、bar）

泵气平均有效压力，提前开启排气阀可降低泵气损失，但有可能缩短作功冲程，减小指示平均有效压力。

7、COV of IMEP（Coefficient of vibration of IMEP）

该值主要是评定发动机部分负荷与怠速时燃烧稳定性的重要指标，其值越小燃烧越稳定，一般地，燃烧速度越快其值越小。低速低负荷时其值较大，高负荷时其值较小。2000rpm/2bar时其限值为5%，怠速时其限值为20%。

8、BSFC（Brake specific fuel consumption）

评价发动机燃油经济性的重要指标，全负荷工况点的最低值为275g/kw*h（此时空燃比应小于1），2000rpm/2bar时其限值为372-399g/kw.h（RON 95）。

9、Max pressure rise（bar /CA）

平均压力上升率，当点火角设定的过早时，平均压力上升率增大，输出扭矩增大，油耗降低，但燃烧噪声变大，工作粗暴，因此需对此限制。1.6L CBR VVT和2.0L TCI GDI发动机的最大值为4bar/CA。

10、Lambda 空燃比有实测空燃比和通过排放分析仪计算的空燃比两种。

部分负荷空燃比为1；全负荷时为了得到较大的扭矩输出需将空燃比加浓，一般情况下空燃比为0.9时，发动机的输出功率较大；高速高负荷时，为了降低排气温度而将空燃比设的更加浓，可为0.85，空燃比加浓排气温度降低的原因主要是燃油蒸发吸收部分热量，另外空燃比过浓将会使燃烧不充分，而是排气温度降低。

11、喷油正时

对于直喷发动机，喷油正时比较重要。因为当加大气门重叠角时，可利用新鲜空气将废气尽可能排除，然后开始喷油，这样避免了燃油随新鲜空气进入排气系统，因此适当的喷油正时可以提高燃油经济性。有一点要注意，由于一部分新鲜空气未参加燃烧便进入排气系统，这使排气系统中氧传感器的测得空燃比值高于实际燃烧的空燃比值。

12、最大燃烧爆发压力

最大燃烧爆发压力过大，活塞、曲轴等运动件的强度也必须提高，否则容易损坏。1.6L CBR VVT 发动机的最高燃烧爆发压力70bar、2.0L TCI GDI最大燃烧爆发压力90bar。

13、发动机最大功率

满足开发目标。1.6L CBR VVT发动机的开发目标为87kw/6200rpm（RON 95），2.0L TCI GDI发动机的开发目标为144kw/5500rpm（RON 95）。

14、发动机扭矩

满足最大扭矩的开发目标，低速段扭矩的开发目标。最大扭矩点的转速不要太高一般小于4500rpm，低速段的扭矩较低，会影响整车的加速性能。

1.6L CBR VVT 发动机的最大扭矩开发目标值为147 Nm/4300rpm、低速段扭矩的开发目标值为121 Nm / 1500rpm（RON 95）；

2.0L TCI GDI 发动机的最大扭矩开发目标值为290Nm/1800rpm、低速段扭矩的开发目标值为249 Nm/1500rpm（RON 95）。

15、PCO 其排放量主要与空燃比有关，空燃比浓排放量升高。

16、PHC 点火角推迟排放量降低，空燃比浓排放量升高。

17、PNOx 燃烧温度高，氮氧化物的含量高。通过内部EGR可显著降低其含量。

18、CO2

19、O2 一般排气中氧气的含量在1%内，则说明燃烧正常，可通过此数值方便的判断发动机工作状态是否正常。20、发动机出水温度

一般控制在90摄氏度。

21、发动机进水温度

进出水温的差在4摄氏度比较合理，说明发动机的冷却系统的冷却能力满足要求。

22、发动机机油压力

机油压力正常保持在4-5 bar。

23、机油温度

一般控制在90摄氏度，最高温度不能超过140度。

24、环境压力

25、空滤口温度、压力

空滤口温度一般控制在标准温度25度。

26、进气软管温度、压力

27、进气管温度、压力

全负荷试验时，进气歧管的压力与环境压力的差值不能太大，否则将影响发动机的充气效率也就影响了发动机的功率输出，1.6L CBR VVT发动机的限值为25-30mbar。

增压发动机进气管温度控制的过低，有利于功率扭矩输出，但实际上增压发动机进气管内的一般较高（本发动机规定，外特性试验时为50摄氏度），因此要注意进气管内的温度是否适当。增压发动机进气管压力控制的高，有利于功率扭矩输出，但进气压力过高（如绝对压力超过1.8bar），将会使增压器的工作负荷加大，工作环境恶化，可靠性降低，另外也减少了高原时进气增压的余量。

28、各缸进气口温度

29、油轨压力

1.6L CBR VVT发动机的油轨燃油压力为4bar。2.0TCI GDI 发动机的油轨压力可调，一般控制在7-11Mpa，中低负荷时燃油需求量小，为了降低高压油泵的功率消耗，将油压设定的低一些，高负荷时为了满足燃油量，应将油压设定的高些。30、进回油温度

31、各缸排气温度

32、排放物采样

33、三元催化器前的温度、压力

1.6L CBR VVT发动机的最大功率点的排气背压规定值为350mbar。三元催化器前的最高排气温度应低于850摄氏度。

2.0L TCI GDI发动机最大功率点的排气背压规定值为450mbar（最大不能超过550mbar）。增压器前的最高排气温度应低于950摄氏度。

34、三元催化器温度

一般三元催化器内部的最高温度不能超过920度，否则三元催化器将会被烧结损坏。

35、三元催化器后的温度、压力

注：在进行台架试验时一定要注意三个重要的参数：点火提前角、排气温度和空燃比。

点火角不当则会引起爆震，损坏发动机；排气温度过高将会使三元催化器烧结损坏；空燃比不当将会影响油耗，也会影响点火提前角和排气温度。

发动机产品的数字化开发

作者：长安汽车工程研究院 詹樟松 来源：AI汽车制造业

在市场竞争趋于白热化的今天，汽车和发动机制造企业的成功取决于能否持续地向市场提供一流的汽车和发动机产品。富有创新的高效产品开发流程则是企业向市场持续提供一流产品的保证。

产品开发流程概述

发动机产品开发是一个庞大的，具体的产品开发管理程序集，其范围涵盖了从项目研究分析到批量生产整个过程，随着信息技术的发展，将数字化的开发成为一种趋势，发动机产品开发流程的数字化就是在PDM等平台上通过计算机和网络来处理、固化和集成整个发动机产品的开发过程见图1。

图1 发动机产品开发流程及其数字化示意图

本文选取发动机开发流程中的设计和验证阶段，以一款发动机从市场概念确定到虚拟样机开发完毕进入样机制作和物理试验开发为止，简单地介绍发动机产品的虚拟开发过程。

本文定义的设计和验证阶段的数字化开发可细分为概念设计阶段、布置设计阶段和详细设计阶段，每个阶段都包含了数字化设计和验证工作的并行和协同：设计工程师按照时间进度提交零部件、装配的子系统及整机的CAD设计数据；验证工程师应用CAE手段对设计部门提交的CAD数据进行包括最基本的尺寸和运动学校核、复杂的动力学分析和功能实现以及最复杂的可靠性分析等进行全方位验证。在整个数字化开发过程中，CAD设计和CAE分析都在PDM系统的统一管理下实现最大化的并行、交互和协同。

概念设计阶段

概念设计阶段是发动机产品开发流程中进入工程化开发过程的第一阶段，也是最重要的阶段。理论上来说，有关所开发产品的所有重大决策性问题都要在这一阶段内解决。概念设计阶段的主要工作有：对前期项目策划阶段完成的市场、法规、竞争对手和竞争机型调查研究的结果进行分析和评估，并转换为概念设计阶段的设计输入；产品设计、工艺设计、生产制造、市场销售和零部件供应商的专家们在概念设计阶段需协同进行可行性研究工作；根据产品的市场定位和企业品牌的内涵，结合当前行业的技术发展水平等因素，确定所开发产品在性能、质量、成本等方面适当的目标水平、具体指标和规格要求；进行整机系统总体布置研究；确定产品的总体技术方案和各子系统的总体技术路线等。

概念设计阶段的数字化开发工作以CAE仿真分析为主，在整机级和各大系统级建立虚拟样机进行CAE分析，根据仿真分析的结果设定各项设计目标和确定总体技术路线。对于发动机产品开发而言，概念设计阶段的主要CAE仿真任务有：

1、发动机气体交换过程模拟

建立一维的CFD模型，分析发动机经进气系统吸入新鲜空气直至经排气系统排出的整个过程，目的是确定进气系统和排气系统以及气缸盖气道的总体技术方案和主要参数，目标是保证发动机整个气体交换过程顺畅有效。此类分析软件主要有GT-Power和AVL-Boost等。

2、发动机热动力学分析和整机性能预测

在气体交换的基础上增加发动机缸内燃烧过程的仿真分析，预测发动机的总体性能，如功率、扭矩和燃油消耗率等，然后反过来确定进气系统、排气系统、由缸盖、缸体和活塞组成的燃烧系统等子系统的主要参数和技术方案，如图2所示。

图2 发动机热动力学和整机总体性能预测

3、发动机冷却系统一维CFD分析

用于确定发动机水套的主体结构使发动机得到有效而适当的冷却，保证发动机热力学性能和可靠性的实现。此类分析软件有GT-Cool等。

4、发动机润滑系统一维CFD分析

用于确定发动机润滑系统，主要是发动机缸盖、缸体的润滑油道的主体结构和主要参数，使发动机各运动部件，如凸轮配气机构、曲柄连杆机构等得到有效而适当的润滑，保证发动机的可靠性。此类分析软件有FlowMaster等。

5、装备该发动机的整车的基本性能仿真分析

目的是确定与该发动机匹配的变速器，以及预测装备此动力总成的汽车的动力性和燃料经济性，图3所示的即为整车性能分析CAE模型及其相应的分析结果——新欧洲循环工况下的汽车燃油消耗量和汽车性能指标（反映汽车的动力性）之间的关系。该类分析软件主要有AVL-Cruise和GT-Drive等。

图3 汽车动力性和燃料经济性能预测和变速器选型分析

布置设计阶段

布置设计阶段主要是确定各主要零部件的尺寸和相互之间的关系及接口，进一步对概念设计阶段确定的技术方案进行细化。布置设计阶段的CAD设计工作主要是根据概念设计阶段的CAE仿真结果建立发动机各大子系统的表面模型，确定和建立各大子系统之间的装配关系和模型，以及明确发动机在所装配的整车发动机舱中的坐标位置等。CAE仿真分析则需要对所有的概念设计阶段的分析模型进行更新，使之更加具体和复杂，仿真的输出结果也更加详细和准确。同时，增加新的一些CAE仿真分析内容和领域，如发动机前端轮系动力学分析，配气机构动力学分析，以及发动机的缸盖、缸体、曲轴、凸轮轴和连杆五大零部件的初步有限元分析等。

1、发动机的前端轮系和配气机构动力学分析

应用AVL-Tycon或MSC.ADAMS等行业常用的专业软件建立分析模型，首先对前端轮系和配气机构子系统的布置设计结果进行各运动零部件之间的装配和运动学关系进行检查和校核，然后开始动力学分析，主要的分析内容是考察各运动零部件的位移、速度、加速度等运动学和动力学指标以及各零部件在各种状况下的受力情况，分析目的是要求各运动部件的各力学指标在合理范围之内以确保动力学系统的可靠性和良好振动和噪声水平，图4即为发动机配气机构的动力学分析。

图4 发动机配气机构动力学分析

2、主要零部件的有限元分析

在布置设计阶段部分主要的零部件，如缸盖、缸体、曲轴、凸轮轴和连杆五大件将进行第一轮的有限元计算分析，考察和验证零部件CAD结构设计的合理性，主要计算各零部件的刚强度、模态和疲劳等。在布置设计阶段，有限元分析是静态分析，相对简单，主要考察零部件CAD设计的静态结构参数的合理性。图5和图6分别给出了发动机连杆的强度分析和曲轴的扭振分析，常用的分析软件有HyperWorks、NASTRAN、ABAQUS、AVL-EXCITE等。

图5 发动机连杆强度分析

图6 发动机曲轴扭转振动分析

详细设计阶段

详细设计阶段，数字化开发范围将覆盖所有新设计零部件的全部特性，在详细设计阶段结束时将保证每一个零部件的CAD设计数据（包括三维实体设计数据和二维平面设计数据）将能具体指导工厂的生产制造，因此，CAD设计的工作量急剧增长，成为详细设计阶段的主要工作。同时，在详细设计阶段将应用CAE分析手段对所有新设计零部件的CAD设计进行分析和验证，以确保在数字化开发阶段解决每个新设计的零部件以及从零部件到各子系统、最后到整机的每个层次都不存在问题。

此时，CAE分析的首要任务是对前两个阶段所有的分析模型根据详细设计阶段能够获得的最全面的设计信息进行最后的更新和拓展，进一步更准确地验证各零部件、系统和整机的功能和特性。比如在概念设计和布置设计阶段进行的发动机气体交换一维CFD分析的基础上将进一步拓展和更新到进行一维或三维的进排气噪声分析（见图7），进排气系统和发动机缸内流动的三维CFD分析（见图8）。目的是从三维角度考察发动机的气体交换过程和流体在发动机缸内的流动过程，保证发动机各缸进排气的均匀度和发动机缸内流动的最佳化，以及在保证发动机性能设计指标的前提下尽量降低发动机的进排气噪声。又如在前阶段发动机冷却系统的一维CFD分析在本阶段将更新为最详细的三维CFD分析，以详细考察冷却液在发动机冷却水套中的流动情况，包括冷却液的流动速度、压力损失等参数，要求整个冷却水套没有流动死区或冷却液发生沸腾等，使发动机得到恰当的冷却，从而确保发动机的工作的可靠性。在汽车和发动机产品开发领域，常用的三维CFD分析软件有Fluent、Star_CD和AVL-Fire等。

图7 发动机进排气气动噪声分析

图8 发动机进排气系统和缸内流动三维CFD分析

在此着重介绍发动机缸体缸盖一体化分析（见图9），该CAE分析项目是整个发动机开发流程中最复杂、最困难的、也是最重要的分析项目之一。发动机缸体缸盖一体化分析是一个典型的流固耦合分析，整个分析由发动机缸内燃烧和传热、冷却润滑系统的三维CFD计算分析和缸体缸盖的受热、受力、变形等有限元分析两个过程的交互耦合完成，考察发动机缸盖、缸体、缸套、汽缸垫等在极限或典型运行工况下的温度变化和变形等，尤其是一些关键部位的关键指标必须被验证确认。比如缸盖鼻梁区的最高温度、缸套的最大变形量、汽缸垫的变形量等，这些部位任何一处设计不当导致温度过高或变形过大都会给发动机带来致命的失效。例如缸盖鼻梁区温度过高会导致材料蠕变失效、开裂等，缸套变形过大会带来拉缸等，这些故障一旦发生将直接导致发动机完全失效而报废。

图9 发动机缸体缸盖一体化分析

在详细设计阶段所有零部件和子系统新的CAD设计都必须经CAE仿真分析验证，确保任何设计问题解决后，开发流程才能进入样机制造和物理试验开发和验证阶段。

结语

本文概述了数字化技术在现代发动机产品开发流程中的应用，从概念设计到详细设计，CAD设计和CAE分析始终在PDM统筹下并行、协同工作，例如PDM系统会规定CAD设计工程师在一定的时间间隔内发布以百分比方式表示的CAD设计成熟度（完成度），负责该零部件的CAE分析工程师则根据CAD设计的不同成熟度建立不同层次的分析模型，进行相应层次CAE校核或验证，并及时把分析结果反馈给CAD设计工程师，以保证其后续设计的正确方向。可见，整个数字化开发过程就是一个CAD设计和CAE验证的“实时”交互和协同过程，该过程使得现代发动机产品的设计质量提高、周期变短并且降低了费用。(end)

试验设计与数据分析 篇6

关键词：道路工程试验与检测 工学结合 教学设计 教学改革

中图分类号：G622.4文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0150-02

1 课程性质与定位

《道路工程试验与检测》是“道路桥梁工程技术专业”的一门专业核心课程。本课程以能力为本位，以培养职业能力为目标，包括专业能力、方法能力和社会能力。学生通过学习，逐步掌握一定的道路工程试验检测和工程质量评定的专业能力，包括试验检测数据的处理能力、道路工程质量的评定能力、路面材料的检测能力、路基路面现场测试的能力以及资料整理归档等。除此之外还可具备一定的方法能力和社会能力，以满足施工一线道路工程试验检测岗位的需求。

2 课程设计思路

在课程设计中我们坚持两个原则，一是校企共育原则，二是工学结合原则，在高职教育中，校企合作是全过程、全方位的，只有企业的参与，才能设计出具有很强针对性的优质课程。

课程设计的重点是教学项目设计，课程设计的关键是行动领域向学习领域转换。两个领域之间的转换，通过工作过程分析加以衔接，为此，学院组织专业团队深入施工企业，进行了大量而深入的专业调研，与企业专家及一线技术人员共同探讨毕业生在企业从事道路工程试验检测相关工作的内容、范围、深度等问题，共同进行职业能力与工作过程分析，归纳教学项目。课程设计突出了工作过程，并将知识的学习贯穿于工作过程的实践中，最终达到培养学生职业能力与素质的要求。

在整体设计方面首先是目标设计，即培养什么样的人的问题，通过课程教学，学生不仅要掌握一定的专业知识，还要养成良好的职业素质和职业道德，同时还要兼顾学生的可持续发展能力，因此在目标设计上，既有专业能力，还要有方法能力和社会能力。

在目标设计的基础上选取教学内容，对教学内容进行项目设计，针对工作任务，按照工作任务的进程，以项目为载体开展教学。在考核与评价设计方面，改变过去一张考卷定成绩的形式，灵活采用了多种考核手段，立足体现考核评价的职业性、实践性和开放性。

3 教学情境设计

在教学情境设计上，以道路工程试验与检测典型工作项目为载体设计课程内容，以职业道德、职业能力培养为目标，融入企业文化，引入相关标准（见表1）。

本课程按照路基路面现场施工中的检测内容，划分成六个学习情境，分别为：试验检测数据的处理、路基检测、路面检测、桥梁检测、隧道检测、试验检测资料的归档和整理。具体教学内容及授课方式以学习情境2路基检测为例（见表2）。

4 教学方法与手段设计

在《道路工程试验与检测》课程教学中综合运用项目教学法、引导文法、竞赛式教学法、角色扮演法等多种教学方法，充分调动了学生学习本课程的积极性和创造性，取得了较好的教学效果。

该课程充分地把传统教学手段与现代教学手段相结合，将计算机技术、网络技术和先进的试验教学设备运用于教学之中，并积极开发具备特色的多媒体教学课件和学材，将教学中的抽象内容形象化，使学生易于理解，提高课堂教学质量。同时还制作了网络课程，把多媒体课件、教学视频等资料上传至网站，为学生课余时间学习提供良好的平台。通过在线学习论坛，学生有了更多的机会与老师交流；通过在线测试，学生可以定期地检验自己的学习效果，及时巩固和复习已学知识。

5 考核与评价体系设计

为能真正反映学生学习情况和技能训练程度，提升学生的试验操作能力，该课程在传统考核方案的基础上，进行了很大的改革。课程考核采用各个项目的结点性考核与学生平时表现考核相结合，动手实操考核与理论考核相结合，不仅考察学生对知识的掌握程度，而且重视学生的学习过程。

6 结语

在实践过程中，课题组也发现一些容易出现的问题，需要在以后引起重视：

①教学设计很重要，布置的任务要让学生能完成且乐于完成，以免学生产生过大压力而不愿去面对。②在教学过程中，采用“理实一体化”的教学模式，该模式不再以讲授理论知识为主，从而导致学生掌握的理论知识系统性不够强。③学生以前接受的大多是传统的教学方法，自主学习能力较差、学习积极性不高，刚开始面对学习任务会感到压力较大、信心不足，这就需要教师采用灵活多样的教学方法提高学生的兴趣，同时设法让学生能阶段性地产生成就感，激发学习动力。

参考文献

[1]刘超群，马少雄.行动导向教学法在高等职业教育中的实践研究[J].职业教育研究，2013（2）.

[2]何文敏.项目教学法在建筑材料课程教学中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2010（9）：58-60.

[3]张莹.浅谈高职院校的项目教学模式[J].高职教育，2008（1）.

试验设计与数据分析 篇7

关键词：试验设计,数据处理,教学

“试验设计与数据处理”课程开设目的是使本专业学生掌握基本的试验设计方法和培养学生对试验数据的初步统计分析能力,为学生将来从事化工新产品的开发研究和对化工生产工艺过程优化提供理论支撑和实践基础,进一步提高工科专业毕业生分析问题和解决问题的能力[1]。在我系化学工程与工艺本科专业化工工艺方向被列为专业选修课程,该课程总共为32个学时,这里主要将本人的心得体会阐述如下:

1 课程的重要地位

化学工程与工艺专业所研究的对象是涉及到多因素复杂的化工过程,由于在化工过程中的物料传递、动量传递和热量传递,以及化学反应本身的复杂性往往使研究对象异常复杂,影响因素多,内部机理很难摸清。无论是在化工生产还是在实验室的开发研究到工业放大的过程中,都希望对于所研究的化工对象的内部规律作一个透彻的了解,实现最优化目标[2]。而通过观察试验是实现这一目标的最直接的手段,如何通过科学的试验设计和数据处理方法来减少试验次数同时获取最可靠的信息,达到经济、高效和准确的目的是每一个工程技术人员要面对的现实问题。作为以培养高级工程技术人才为目标的高校化工专业使学生在校期间得到相关理论和实践技能的培养显得尤为重要。所以作为应用型人才培养的新生本科院校为培养学生的工科素质开设“化工试验设计与数据处理”这门选修课程是非常有必要的,实践证明也是很受学生欢迎的。

2 与其他课程的联系

该课程在整个化工专业教学体系中与其他课程是有着密切联系的,该课程中涉及到对试验数据结果的统计处理部分要求学生有较好的概率论数学理论基础;另外数据分析巨大的工作量需要借助相关的统计软件来完成,这需要学生具有一定的计算机应用能力;此外大量的实例贯穿于整过课程始终,这些都是与化学化工基础课程的理论是密不可分的。这些特点决定该课程必须在学完相关基础课程以后开出,同时又要在化工专业实验以及毕业论文等实践教学环节之前,可以使学生将所学理论知识及时运用到实践中去检验,这样既提高了教学效果,同时使学生在实践教学中得到很好的锻炼。

3 课程教学的实施

教学方式上,该课程由于涉及到大量的数据图表的演示,如方差分析、回归分析、正交设计和均匀设计等内容,所以应该采用板书和多媒体教学相结合的方法,充分发挥多媒体的辅助教学功能。教学内容方面,由于总共只有32个学时,对于所有的内容都讲的话不切实际,所以本人在教学过程中对教学内容进行了挑选,结合具体实际,数据处理这一块以方差分析、回归分析为重点,试验设计部分以优选法、正交设计和均匀设计为重点进行展开。

在该课程的教学过程中,本人认为应该以应用教学为主,实践证明枯燥的数学理论学生并不感兴趣,这对于化工应用型人才培养也是不利的,所以在教学过程中应尽量简化理论而重点介绍运用方法,如在回归分析部分中,为了突出该部分内容的重要性,我结合反应工程的相关理论介绍了现在普遍采用的数学模型放大方法,从小试直接通过数学模型放大到工业生产是化工前沿课题,其中是否能够得到得到反映特定化工过程本质的数学模型是关键,无论采用什么样的方法都需要通过试验数据对模型进行参数估计和检验,进一步简化模型,这恰恰是要采用回归分析方法解决的问题[3]。另外对于已有生产工艺的优化同样也采用数学模拟与优化的方法,这里同样涉及到回归建模问题。在介绍几种重要的试验设计方法时,都结合了该方法在以往重点项目开发过程中的成功案例进行了介绍,如:在讲到优选法中比较重要的黄金分割法时,引入了某单位在乙醇和苯在分子筛催化下一步合成乙苯的新工艺开发过程中黄金分割法的成功运用,在正交设计部分引入了该方法在某高校和企业联合攻关项目超临界流体萃取技术提取废次烟草中医药中间体的研究中的应用实例子。

实践证明该方法大大提高了课堂教学效果和学生对本专业的学习兴趣,部分学生还能够在课余时间深入自学相关内容。由于本课程中涉及到大量的计算需要使用计算机软件来完成,通过分析几种常用统计软件的特点,我在每次课结合实例分别介绍和演示了SPSS、EXCELL和DPS的操作,建议感兴趣的同学课余时间可以找相关资料深入学习这些软件的操作方法。

关于该课程的考试,该课程由于是专业选修课程,在开卷和闭卷考试形式的选择上,考虑到如果采用开卷考试会造成学生思想上对该课程的不重视,不会做充分的复习,使学习效果和考试成绩都不理想,所以选择了闭卷考试,此外还加重了平时分的所占比例,主要体现在作业完成情况和上课的积极性等方面。

4 建议

作者进行“化工试验设计与数据处理”课程教学的时间不长,如何进一步提高该课程的教学技巧和教学方法是本人一直探索的问题,本人认为,对于该课程的教学除了课堂教学为主要手段以外,增加一定课时的上机操作实践是非常有必要的,此外在条件允许的情况下可以增加几个开放性的设计研究型化工实验,如乙苯脱氢制苯乙烯催化剂开发以及工艺过程优化,反应精馏制备甲缩醛工艺条件优化等,这对于高素质工程技术人才的培养能够起到积极作用。

以上是作者对“化工试验设计与数据处理”课程教学的一些心得体会,提供给进行相关教学工作的同仁进行交流,希望能够共同探讨该课程教学方法和教学技巧,达到提高教学水平和教学效果的目的。

参考文献

[1]李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2005:1-2.

[2]陈敏恒,袁渭康.工业反应过程的开发方法[M].北京:化学工业出版社,1985.

试验设计与数据分析 篇8

1 重视教材建设, 合理选用教材

目前, 国内每年都有大量统计方面的新出版教材, 种类繁多, 但多数内容雷同, 能结合专业编辑的教材, 并满足教学大纲基本要求的教材较少。经过多年的教学实践和使用比较, 最后选用中国农业大学出版社出版, 由王钦德、杨坚主编的《食品试验设计与统计分析》作为教材, 该教材为国家级优秀规划教材, 基本满足了本科阶段学生对全面、系统的专业统计知识学习要求。云南农业大学的教学大纲规定《食品试验设计与统计分析》的理论教学为23学时, 实验教学为9学时, 学时较少, 较难实现对学习内容的面面俱到。因此在教学过程中, 按照保障教学学时、突出讲授重点内容等特点[3], 不断优化教学内容, 课堂下认真做好教案准备, 在保证完成教学目标的前提下, 根据教学实际, 分清教学重点和难点[4], 将课程的每一章教学内容划分为重要讲授内容、理解内容和课后自学内容3个部分, 适时、灵活地对教学要点、课程进度进行合理调整, 既保证了教学活动的有序开展, 也满足了不同学习层次学生在面向不同深度的统计知识学习内容上的个性发展需要。

2 开展案例教学, 丰富课程内容针对性

应用案例教学方法是培养学生应用统计的理论、原理和方法解决实际问题的重要途径[5]。案例教学具有形象化、生动化、简单化、具体化等特点, 能将沉闷的学习环境变成轻松愉快的学习氛围, 能有效避免出现教师满堂灌、学生被动接受的问题, 防止教师在讲授理论时过多推导理论公式等情况。因此在讲授课程内容时, 一方面要增强所讲理论知识的实践应用性, 同时还要积极调动学生学习的兴趣和积极性, 让学生参与案例分析的解决, 通过引导和启发学生利用理论原理和方法来思考解决案例中的问题。比如科学试验研究步骤和程序, 借助常见的试验内容为实例, 就可以实现抽象的统计原理转变为学生熟知的、感性的具体事例[6], 在激发学生学习兴趣的同时, 也使他们从食品专业的角度对结果做出科学的分析和判断。课堂引入案例教学, 可以起到丰富课堂教学和增强统计知识的实用性作用[7];有助于启发学生借助具体的统计分析方法来实现生产科研实际问题的解决, 也能促使学生更好的开展自我学习、自我提高, 为深入学习课程内容打下坚实的兴趣基础。

3 依托现代教学技术, 综合提高教学效果

现代教学技术是提高教学质量的重要手段和方法。作为基础理论课程, 多媒体技术可以促进文字、图像、动画和声音等教学材料的有机融合, 促进不同统计方法在案例中的应用说明, 信息量大, 形象生动、具体化, 对提高学生学习的主动性和自觉性作用很大, 同时也能减轻教师工作强度, 促进教学质量的提高。另外, 相对于多媒体教学的板书教学方法也有其独特优势, 能给学生足够的时间来消化、理解多媒体教学内容, 是对多媒体教学技术的有益补充。这种多媒体教学为主, 板书教学为辅的教学方式, 能大大提高教学效果。

4 强化计算机实验教学, 突出课程应用实践性

《食品试验设计与统计分析》实验教学是理论课程的重要补充部分, 能借助各种统计软件如SPSS、Excel、SAS等培养学生进行数据处理与分析的能力, 也是课堂教学的延续和检验。这些统计分析软件的语法简单、使用方便[8], 学生借助软件可以对数据输入后采用的分析方法、结果的识读进行独立思考, 使学生将课堂上学到的理论、方法原理运用于实验数据处理[9], 让数据分析结果更具说服力, 既增强了学生对统计知识的实践应用能力, 加深统计学原理与方法的理解, 也激发学生学习统计分析的兴趣。

综上所述, 相对于其他基础课程而言, 《食品试验设计与统计分析》课程较难教、难学, 但教学改革是永恒的主题。在教学过程中, 只要刻苦钻研教学内容和教学方法, 不断提高教学水平和转变教学理念, 在实践中不断探索, 在探索中不断实践, 就能培养出真正的现代化实用型与复合型人才。

参考文献

[1]周鑫斌, 赖凡, 刘峰.《试验设计与统计分析》课程教学改革探索[J].安徽农业科学, 2010, 38 (28) :16042-16043.

[2]黄利文.概率论与数理统计课程的教学探讨[J].廊坊师范学院学报:自然科学版, 2013, 13 (1) :117-119.

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[8]杨洁, 刘娟.《统计分析软件应用》课程教学方法及教学实践的探讨[J].沈阳师范大学学报:自然科学版, 2013, 31 (2) :257-259.

试验设计与数据分析 篇9

不同《试验设计与与数据处理》教材的内容差别较大,对于不同专业的学生来说,可以选择与其专业密切相关的教材。对许多高校来说,普遍存在课时少、任务重的问题[2,5],因此在课时少、任务重的情况下如何提高教学质量是一个值得深入探讨的问题。

1 教材选择

目前,《试验设计与数据处理》课程可选用的教材颇多,教材名称一般为《试验设计与数据处理》或《实验设计与数据处理》。前者如李云雁等编著的适合化工、轻工、材料、制药、食品、生物、环境、农林等专业的“十一五”规划教材;邱轶兵编著的适合材料、矿业、化工、医药、食品、机械、农林等相关专业的21世纪高等院校教材;潘丽军和陈锦权主编的适合化工、材料、制药、食品、生物等专业的《试验设计与数据处理》教材等。后者主要包括刘振学等编著的适合化学化工、矿物加工、医学、环境学等专业使用的教材;张成军主编的适合化学化工、矿物加工、医学、环境等专业的教材;曹贵平等主编的适用于化工相关专业的《化工实验设计与数据处理》教材;在实际教学中可根据学生的专业特点与学校的实际情况选用合适的《试验设计与数据处理》教材。我院目前设有化学教育、应用化学和材料化学三个专业。结合我院学生专业情况,我院在众多教材中选择了李云雁等编著的《试验设计与数据处理》作为教材。该教材经过第二版印刷,添加了一些新内容,本书结合大量实例,介绍了一些常用的试验设计及试验数据处理方法在科学试验和工业生产中的实际应用,并介绍了计算机在试验数据处理中的强大功能,内容覆盖面广,实例丰富,图文并茂,是一本可以作为化工、食品、制药、生物、材料、轻工、环境、农林等相关专业本科生或研究生的教学用书。

2 合理设置教学内容

《试验设计与数据处理》是一门工具课,其教学目的主要是让学生掌握《试验设计与数据处理》中各种试验设计与数据处理的方法原理及其在工农业生产中的实际应用。专业不同,对这门工具课的需求不同,因此,在教学中需要根据专业特点而区别对待,讲授的内容侧重点应该有所不同。如在应用化学和材料化学等专业教学中可以补充一些化工产品配方优方案确定方面的内容,在实例中可以详细讲授一些化妆品、涂料等最佳配方的试验方案的设计方法与数据处理方法方面的内容。

3 教学方式探讨

由于《试验设计与数据处理》涉及到的图表繁多,公式推导过程复杂,为了简化计算,有时一些数据的处理需要借助计算机软件来完成。计算机软件技术在复杂公式推导、数据处理和试验方案优化方面表现出了极大的优势,可以省去繁杂的计算步骤,迅速得到处理结果和试验的优方案,不仅节省了时间,而且同学们也更容易掌握,因此传统的“黑板加粉笔”的授课方式已无法满足这门课的教学要求。

3.1 计算机辅助教学

计算机在《试验设计与数据处理》中的主要应用是利用多媒体工具和计算机软件来辅助教学。对各种方法的原理、方案设计步骤和试验处理过程,可以通过多媒体课件直观地展现出来,这种直观的展现使老师易于讲解,学生也易于理解与掌握,从而可以提高教学效率。主要利用Excel的图表功能和函数功能解决实际问题,在处理比较复杂的运算、进行方差分析和回归分析时,则更显示出计算机软件的优势。对大多数专业学生来说,课时少、任务重,利用多媒体和计算机软件可明显提高教学效果。如在均匀设计试验中[1]:其中有一个例题是为了制备高吸水性树脂,目的是提高树脂吸盐水的能力,其中考察了丙烯酸用量(x1),引发剂用量(x2),丙烯酸中和度(x3)和甲醛用量(x4)四个因素,每个因素取9个水平,让求出回归方程、确定优方案并进行统计分析。若直接根据试验数据推导回归方程,则计算量很大,如果利用Excel中的回归分析则相当简便,学生也很容易掌握这一处理方法。所以在教学过程中,尽量应用计算机软件来完成试验方案的设计和数据处理。

3.2 具体授课方式讨论

李云雁等主编的《试验设计与数据处理》教材共有9章,对于多数专业学生来说,课时一般较少。以我院为例,课时只有36学时,基本上每4课时要讲授1章内容,因此,面面俱到是无法达到的,特别是具有大量的公式推导及计算过程,势必涉及到大量的计算,烦琐费时,学生难懂。既然该课程是一门工具课,开设这门课的主要目的是让学生熟悉和掌握试验设计的一般步骤和试验数据处理的方法。因此,复杂的计算步骤可以不要求学生掌握,在教学中也可以忽略板书推导过程,这些计算完全可以用Excel的函数功能来处理,处理过程简便,学生也更容易掌握。由于我国大学教学主要存在的问题是学生缺乏主动性和创造性[7],为了弥补这一不足,可以采用多层次、立体化的教学模式。在课堂上以实际问题的处理来激发学生的学习热情,让学生积极参与,产生良好互动[8]。授课主线可以按照各种方法的基本原理、应用范围和应用实例这一主线来讲授。课堂授课主要以现场示范为主,一些公式的推导过程可以一笔带过,重点讲授图表的制作和处理软件的应用,这一过程通过实例在课堂上用Excel或者Origin工具现场示范,从而让学生学习实际问题的处理方法和处理过程。课下可以给出几道练习题,让学生用计算机软件进行处理,既及时复习了课堂上学到的知识,又学会了软件的使用方法,可以达到良好的教学效果。

4 上机实践

《试验设计与数据处理》是一门重要的工具课,学习这门课的主要目的是应用《试验设计与数据处理》的方法原理及计算机软件来处理试验设计和试验结果的实际问题,因此上机实践是学好这门课非常重要的一环[4,8]。上机实践课时可以与理论课占有相同的比重,每一章节的内容均有上机实践。在上机实践课上可以练习课堂上涉及到的配方实验设计问题。对几种主要试验设计方法的掌握首先可以从模仿教材例题中的试验内容入手,然后再自主设计试验,完成实验并对结果进行统计处理,从而提高学生对几种常用试验设计方法的深入了解与掌握。并且对那些对试验设计与数据处理具有浓厚兴趣的学生可以进行全程培养。以均匀设计为例[1],其基本步骤一般包括下面几个方面:(1)明确试验目的,确定试验指标;(2)选因素;(3)确定因素的水平;(4)选择均匀设计表;(5)进行表头设计;(6)明确试验方案,进行试验;(7)试验结果统计分析。可以让学生按照这一方法给出一种涂料配方的优方案,考察3~4个影响因素,每个因素取9~10个水平,按照均匀设计的这一步骤进行试验设计,从方案的制定到方案的实施,再到试验及试验结果的统计分析让学生自主完成。这样有利于学生独立思考问题、分析问题和解决问题能力的培养。

5 课程考查

既然这门课程是一门工具课,其主要目的是让学生掌握这门工具课的实际应用,因此课程考查最好以实际应用为主体,即考查学生对图表制作、数据处理及几种试验设计方法基本步骤的掌握,以能处理实际问题为导向。因此,课程考查最好以机考为主,笔试为辅。但由于条件所限,多数学校的课程考查仍然是以笔试为主,这也是大家需要改进之处。

6 结 语

《试验设计与数据处理》教学方法是值得广大教育工作者深入研究的问题,是一项艰巨而长期的任务。由于我国在《试验设计与数据处理》方面的研究与应用相对起步较晚,从而使这门科学的普及程度及重视度不够,在一定程度上影响了我国科技水平的提高和经济的发展。虽然多数高校已经开设了这门课程,但由于条件所限,目前许多高校还没有上机实践这一环节,从而造成学生不能掌握这门工具课的实际应用,特别是对于工科类学生来说,更应该重视这门工具课。在授课中,不应只注重于《试验设计与数据处理》方法基本原理和公式推导的讲授,而应该让学生掌握各种试验设计与数据处理方法的实际应用,主要借助Excel和origin来完成。同时应该通过阅读相关资料和文献,补充一些实例以增加同学们对几种优选方法的理解与掌握。对学有余力和对《试验设计与数据处理》具有浓厚兴趣的学生,可以深入培养,培养其对其他常用统计软件的掌握及几种常见

设计方法整个过程的掌握,从而开阔学生的视野,培养学生的创新性思维,为培养试验设计人才奠定基础。

参考文献

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试验设计与数据分析 篇10

试验设计与统计分析是以数理统计理论、专业知识和实践经验为基础,科学地设计试验和收集数据,并对所得试验数据进行整理、分析,达到减少试验次数、缩短试验周期得出客观、科学的结论[3]。因而该课程是一门贯穿于生物工程科学研究工作的重要工具,对培育本专业学生的毕业论文设计、撰写和今后进行试验有重要的作用,在科研能力培养方面具有十分重要的意义。然而,试验设计与统计分析课程具有内容繁多、理论性强、实践应用要求高等特点。学生反映是学习难度大、难有兴趣的专业课程[4,5]。针对试验设计与统计分析课程教学中存在的问题,根据该课程特点和生物工程专业人才培养目标,结合学校的实际对其教学方法和手段进行探索与实践,激发了学生的学习热情与主动性,培养了学生的科学研究与创新能力,取得了良好的教学效果。

1 开展案例化教学,增强课程内容的针对性

实验设计与统计分析涉及微积分、线性代数和概率论等课程,教材信息量大、学时较少,较难实现对教学内容面面俱到,加之内容抽象、原理枯燥、推理过程复杂和计算烦琐等,导致缺乏学习的积极性和主动性,使其难于感受该门课程的现实意义。

案例化教学具有形象化、生动化、简单化和具体化等特点。能将沉闷的学习环境变成轻松愉快的学习氛围,能有效避免教师满堂灌,学生被动接受的问题[4]。通过案例可以增强理论知识的实践应用性。在案例化教学模式下,教师需要积极调动学生参与到案例中来,并引导和启发学生利用所学的理论和方法解决案例中出现的问题。比如我们在综合实验中,优化酿酒酵母发酵产乙醇的工艺,需要考虑影响乙醇产量的因素和水平,需要设计实验、实施、数据收集与整理、统计分析和得出结论等,引用专业实验中的实例,让学生有种身临其境做实验的感受,瞬间让学生将抽象的统计原理联系到实践。再结合以前的实验过程和数据,从专业理论的角度分析,让学生直接体会到整个实验设计及统计分析的实用性和重要性。这样的实例不仅可以激发学生的兴趣,同时也促使学生从专业角度科学的分析和判断实验结果。

为了促使学生进一步强化试验设计与统计分析理论并能深入联系专业知识。我们在优化的酿酒酵母发酵产乙醇的工艺条件下,探讨乙醇合成酶相关基因变化情况,并设计实验采用qRT-PCR的方法分析基因表达水平,并对前期实验数据统计分析。也可以引导学生思考从发酵的酵母中分离乙醇或者其它产品工艺又是如何设计和分析,等等。通过一个实例引出发酵工程、基因工程、分子生物学和生物分离工程等一系列课程的相关知识,即有助于启发学生利用统计学方法解决实现生产中的科研问题。也为深入学习课程内容打下坚实的兴趣基础,使学生由被动学习变为主动学习,使本课程成为学生能够用掌握的方法解决实际问题,借以训练思维、培养能力的课程。

2 采用PBL教学法,培养解决问题和自主学习能力

PBL教学法( Problem - Based Learning) 是以学生为主体,通过小组合作的形式共同解决复杂的、实际的或真实性的问题,学习隐含于问题背后的科学知识,以促进他们解决问题、自主学习和终身学习能力的发展[6]。教师根据学生认知水平、专业课程等相关方面提出的问题,对学习成果提出要求,让每个小组的学生明确自己的任务、目标和分工。引导学生利用网络课程等丰富的教学资源解决问题,且必须达到既定的标准。

教师是实施PBL教学法的倡导者、设计者和具体执行者,学生的主体性需要在教师的指导下逐步培养和发展。因此,教师运用新教学方法的心理准备、对问题的选择与设计、对教学资源的准备、调控课程教学的能力决定着教学方法的实施效果[6]。根据学生对知识理解由简到难和循序渐进的特点,将本课程设计为3 个方面的技能:( 1) 基本技能( 资料收集与整理) ; ( 2) 核心技能( 结果分析与判断) ; ( 3) 综合技能( 数据的统计分析与给出结论) 。围绕这3 个主要项目,结合专业实际提出问题。比如,如何收集酵母发酵过程中的资料? 如何整理? 为何要对结果统计分析? 如何分析? 如何去看分析结果?再结合其它的简单实例,告诉学生在解决问题的过程中要深入思考问题的各个方面。比如,如何获取资源、如何评价资源、如何根据这些资源来解决实际问题等。实现知识传授与技能培养的有机融合。

除了善于提出问题,教师应根据学生的基础、学习能力等的不同,适当准备和设计一些教学资源,并且这些资源难易兼顾,既要考虑到基础知识,也要有拓展知识,既能让学生自主独立、循序渐进的学习,也能让其自主探究学习。

3 加强 “任务驱动式” 教学,强化学生课程应用实践性

试验设计与统计分析是实践性较强的一门课程,单纯课堂讲授远不能满足教学目标的要求,需要结合相应的实践才能让知识得以巩固。目前的教学方式主要通过完成教材中的课后作业来实践。但是这些作业( 任务) 相对简单,对知识综合运用和拓展没有太大的帮助。在实践中,亦存在学生不动脑、作业抄袭、学生间互动少、作业应付差事的情况。

任务驱动式教学模式,即学生在教师的引导下,围绕一个切合实际的任务中心,在任务动机的驱动下,调动学生的主动性,进行自主探索和互动协作的学习,并在完成既定任务的同时,引导学生完成学习的一种实践活动[7]。

该教学模式使学生带着真实的任务在探索中学习,构建属于自己的知识和技能,同时提高学生分析问题、解决问题能力。在完成任务的过程中,不断获得成就感,进而激发学生的求知欲,形成自我学习的良性循环,逐步培养出独立探索、勇于进取的自学能力。将以往简单的解决问题转变为以完成任务为目标的探究式学习,学生根据自己对问题的理解,以最积极的态度,竭尽所能的运用各种资源和经验提出方案、解决问题。

根据任务驱动教学法的原理,结合生物工程产品科研生产实践,对教材内容进行适当的删减和调整,减少复杂抽象公式的推导和计算,在授课过程中加入一些专业教师科研中的一些案例,如人参皂苷合成酶基因SS的PCR引物设计和条件优化、渗透压等对葡萄酒酵母发酵过程中甘油合成与挥发酸生成的调节作用、人参皂苷等药用活性成分提取分离工艺优化、葡萄糖苷酶稳定性分析、葡萄糖酶固定化工艺等。再对实验中需要的一些设计和统计分析软件,如正交实验设计、均匀实验设计、Design expert、SAS和SPSS等进行重要介绍。在阶段性完成某一部分内容讲授后,然后布置与上述的实例相关的任务,要求学生分组查阅相关的最新文献,在任务驱动下进行实践和网络拓展。通过指定任务督促学生将课堂讲过的理论知识进一步的消化吸收,借助任务的完成真正实现知识的深入理解和灵活运用,通过课内引导和课外拓展结合弥补学时和教材内容不足的局限,这样既增强了学生团队协作意识,也训练学生查阅资料,进行自主学习的能力。

4充分利用科研平台,调动学生积极性

“教”的目的是为了学生的 “学”, “学” 的目的是为了用。然而学习过程需要学生能够独立思考和较高的主观能动性。通过科研活动可以消除学生对课本知识的厌烦情绪,加深了对知识的理解,培养了学生的观察能力、分析能力、实际运用等方面的能力,更重要的是提高了学生的主观能动性。教师如果能及时将一些研究成果带进课堂,深入浅出的让学生对科研的重要性和魅力有所了解,这样会增加学生对科研的新鲜感,也能增加学习的兴趣。为了能让学生所学到的实验设计与统计知识能广泛应用到生物工程专业课程实践和应用之中,在指导学生进行相关的科研活动时,教师尽可能将科研项目与教学内容密切联系,引导学生运用所理论知识对实验结果进行分析和解释,并能提出自己的建议,在合适的时候,还可以让学生独立完成部分科研课题,进一步激发学生科学探索的兴趣。

基于上述的思路,结合化学化工学院省级省高校重点实验室和省校企人才合作培养示范基地等科研平台,开展多种形式的逐层递进的科研创新活动: 校级、省级和国家级大学科技创新创业训练计划项目; 开放实验( 带着自己感兴趣的课题进入实验室) ,国家和省级挑战杯大学生创业大赛; 湖南省大学生课外化学化工创新作品竞赛等; 结合我校发生物工程学科特点,鼓励大二以上的学生根据自己的兴趣,在专业教师的指导下开展科学研究。积极引导学生参加各级科技创新活动,以及各级别的挑战杯大学生创业大赛等活动。近五年,生物工程专业有近100 名本科生参加各类科技创新活动,获国家和省级科技创新项目5 项; 校级科技创新项目20 余项; 省部级以上挑战杯获奖3 项,其它科技竞赛获奖20 余项,学生发表论文30 余篇,毕业生受到用人单位普遍欢迎。这些成果显示我们这种教学方法的探索与实践取得一定的实效,学生学习的积极性主动性都有明显的提高,教学效果显著。

由于前期的教学内容彼此衔接且循序渐进,引导学生参与科研实践活动,使所学理论知识与科研实践相互衔接、互有补充。我们开展的一系列科技创新活动,明显的激发学生科研兴趣,提高了学生的创新能力。

5 结语

课程教学必须适应社会发展及人才培养的需要。随着社会发展和科技的进步,已经开始由培养知识型人才向培养创新型能力型和操作型人才转变。因此,教师的作用也应由引导学生学习转变为引导学生自主学习。然而,在我国各大高校的教学中重理论轻实践的教学现象仍然普遍存在,在试验设计与统计分析这样一门理论和实践紧密联系的课程中,此现象也屡见不鲜。

试验设计与统计分析是生物工程专业重要的工具课,通过探索与实践,我们在课堂教学中注重案例化、任务驱动和科研实践于一体的教学模式,激发了学生探索与主动学习的热情,初步取得了良好的教学效果。在以后的教学过程中,进一步优化教学模式,特别要注重解决实际问题能力的提高。为我国的生物工程工业培养出更多优秀的专业人才。

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玉米“3414”试验分析与总结 篇11

摘要：本文通过实验对比，通过数据分析了玉米在不同的阶段对氮、磷、钾的需求情况，各种肥料的不同投入和产量的关系，为实际生产得出了第一手的数据，在实践中有很强的实用价值，供生产中参考。

关键词：试验分析；生育性状；产量

中图分类号：S147 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-04-23-1

1 试验目的

通过玉米“3414”田间试验，掌握各个施肥单元优化施肥量；产投比等基本参数；为构建和龙地区玉米施肥模型、施肥分区和施肥专家系统提供依据。

2 试验材料

肥料品种：尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 50%）。

作物品种：先玉335。

前茬作物、品种、产量：大豆、长农18号、2500公斤/公顷。

3 试验设计和方法

玉米理论最佳公顷施肥量：N-P2O5-K2O=180-75-75。

试验设计：试验采用三因素：氮、磷、钾。四水平：0水平指不施肥、2水平指当地最佳施肥量、1水平为2水平×0.5、3水平为1水平×1.5 。

试验方法：小区面积为20平方米，每小区5条垄，试验所用肥料试验前按小区所用垄数平均分配到各垄，全部的磷、氮、钾肥作底肥，保证小区肥力的均匀一致，小区间设1.3米为隔离过道，共14个小区，小区随机排列，设保护行，不设重复。

备注：当地最佳施肥量为玉米专用肥（20-13-7）300公斤/公顷，折合算出尿素130公斤/公顷，过磷酸钙325公斤/公顷，硫酸钾42公斤/公顷。

4 生育性状结果与分析

4.1 玉米株高与N施用量之间的关系

6月20日至7月20日，通过生育性状调查，处理11比2高6.3厘米；处理11和处理6、3、2依次相差1.2厘米、0.4厘米、6.3厘米，氮肥在促进生物量增加上有一定的作用。

4.2 玉米茎粗与N、P、K关系

通过生育性状调查，玉米茎粗与N、P关系不明显。K对茎粗的影响表现为随着施K量的增加而增粗，表现钾肥具有增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力。

5 通过经济效益分析计算，确定经济效益、产投比等指标

产投比（D）=「Yp-Yk（或Yc）」*Py-∑Fi*Pi

∑Fi*Pi

注：D，产投比；Yp，测土配方施肥的产量，公斤/亩；Yk，空白对照的产量，公斤/亩；Yc，常规施肥的产量，公斤/亩；Py，产品价格，元/公斤；Fi，肥料用量，公斤/亩；Pi，肥料价格，元/公斤。

6 不同处理对玉米产量和产投比的影响

通过玉米产量调查，得出平均实产最高的是处理3，10290.5公斤/公顷，其次是处理5为9836.5公斤/公顷。其余处理是7192.1～9436.5公斤/公顷。

玉米经济效益分析表，可以看出产值最高的是处理3，为14406.7元/公顷，其次是处理6，为12984.44元/公顷。经济效益最好的是处理3，为13757.7元/公顷，其次是处理5，为13128.6元/公顷。

与常规施肥对照产投比排序是，处理3（N1P2K2）、处理5（N2P1K2）、处理4（N2P1K2）、处理6（N2P2K2）、处理8（N2P2K0）、处理7（N2P3K2）、处理14（N2P1K1）、处理11（N3P2K2）、处理10（N2P2K3）、处理2（N0P2K2）、处理9（N2P2K1）、处理2（N0P2K2）、处理12（N1P1K2）、处理13（N1P2K1）。

7 结语

通过本试验，玉米在生长、生育中，氮、磷、钾肥是必备的，但氮、磷、钾肥对玉米的生长发育作用是不同。氮肥对玉米的生长发育影响最大，依次是磷和钾肥；钾肥有助于增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力；磷肥是植物细胞核酸物质合成必需元素。产值最高的是处理3，经济效益最好的是处理5，与常规施肥对照产投比最好的是处理3。处理3，在株高、叶龄、茎粗生长势和产值、效益、产投比方面，比其他处理优势明显，其配方在农业生产中，可以广泛推广使用。

作者简介：张鑫，和龙市农业技术推广中心，助理农艺师，研究方向：农业技术推广及土肥化验研究。

摘要：本文通过实验对比，通过数据分析了玉米在不同的阶段对氮、磷、钾的需求情况，各种肥料的不同投入和产量的关系，为实际生产得出了第一手的数据，在实践中有很强的实用价值，供生产中参考。

关键词：试验分析；生育性状；产量

中图分类号：S147 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-04-23-1

1 试验目的

通过玉米“3414”田间试验，掌握各个施肥单元优化施肥量；产投比等基本参数；为构建和龙地区玉米施肥模型、施肥分区和施肥专家系统提供依据。

2 试验材料

肥料品种：尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 50%）。

作物品种：先玉335。

前茬作物、品种、产量：大豆、长农18号、2500公斤/公顷。

3 试验设计和方法

玉米理论最佳公顷施肥量：N-P2O5-K2O=180-75-75。

试验设计：试验采用三因素：氮、磷、钾。四水平：0水平指不施肥、2水平指当地最佳施肥量、1水平为2水平×0.5、3水平为1水平×1.5 。

试验方法：小区面积为20平方米，每小区5条垄，试验所用肥料试验前按小区所用垄数平均分配到各垄，全部的磷、氮、钾肥作底肥，保证小区肥力的均匀一致，小区间设1.3米为隔离过道，共14个小区，小区随机排列，设保护行，不设重复。

备注：当地最佳施肥量为玉米专用肥（20-13-7）300公斤/公顷，折合算出尿素130公斤/公顷，过磷酸钙325公斤/公顷，硫酸钾42公斤/公顷。

4 生育性状结果与分析

4.1 玉米株高与N施用量之间的关系

6月20日至7月20日，通过生育性状调查，处理11比2高6.3厘米；处理11和处理6、3、2依次相差1.2厘米、0.4厘米、6.3厘米，氮肥在促进生物量增加上有一定的作用。

4.2 玉米茎粗与N、P、K关系

通过生育性状调查，玉米茎粗与N、P关系不明显。K对茎粗的影响表现为随着施K量的增加而增粗，表现钾肥具有增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力。

5 通过经济效益分析计算，确定经济效益、产投比等指标

产投比（D）=「Yp-Yk（或Yc）」*Py-∑Fi*Pi

∑Fi*Pi

注：D，产投比；Yp，测土配方施肥的产量，公斤/亩；Yk，空白对照的产量，公斤/亩；Yc，常规施肥的产量，公斤/亩；Py，产品价格，元/公斤；Fi，肥料用量，公斤/亩；Pi，肥料价格，元/公斤。

6 不同处理对玉米产量和产投比的影响

通过玉米产量调查，得出平均实产最高的是处理3，10290.5公斤/公顷，其次是处理5为9836.5公斤/公顷。其余处理是7192.1～9436.5公斤/公顷。

玉米经济效益分析表，可以看出产值最高的是处理3，为14406.7元/公顷，其次是处理6，为12984.44元/公顷。经济效益最好的是处理3，为13757.7元/公顷，其次是处理5，为13128.6元/公顷。

与常规施肥对照产投比排序是，处理3（N1P2K2）、处理5（N2P1K2）、处理4（N2P1K2）、处理6（N2P2K2）、处理8（N2P2K0）、处理7（N2P3K2）、处理14（N2P1K1）、处理11（N3P2K2）、处理10（N2P2K3）、处理2（N0P2K2）、处理9（N2P2K1）、处理2（N0P2K2）、处理12（N1P1K2）、处理13（N1P2K1）。

7 结语

通过本试验，玉米在生长、生育中，氮、磷、钾肥是必备的，但氮、磷、钾肥对玉米的生长发育作用是不同。氮肥对玉米的生长发育影响最大，依次是磷和钾肥；钾肥有助于增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力；磷肥是植物细胞核酸物质合成必需元素。产值最高的是处理3，经济效益最好的是处理5，与常规施肥对照产投比最好的是处理3。处理3，在株高、叶龄、茎粗生长势和产值、效益、产投比方面，比其他处理优势明显，其配方在农业生产中，可以广泛推广使用。

作者简介：张鑫，和龙市农业技术推广中心，助理农艺师，研究方向：农业技术推广及土肥化验研究。

摘要：本文通过实验对比，通过数据分析了玉米在不同的阶段对氮、磷、钾的需求情况，各种肥料的不同投入和产量的关系，为实际生产得出了第一手的数据，在实践中有很强的实用价值，供生产中参考。

关键词：试验分析；生育性状；产量

中图分类号：S147 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-04-23-1

1 试验目的

通过玉米“3414”田间试验，掌握各个施肥单元优化施肥量；产投比等基本参数；为构建和龙地区玉米施肥模型、施肥分区和施肥专家系统提供依据。

2 试验材料

肥料品种：尿素（N46%）、过磷酸钙（P2O512%）、硫酸钾（K2O 50%）。

作物品种：先玉335。

前茬作物、品种、产量：大豆、长农18号、2500公斤/公顷。

3 试验设计和方法

玉米理论最佳公顷施肥量：N-P2O5-K2O=180-75-75。

试验设计：试验采用三因素：氮、磷、钾。四水平：0水平指不施肥、2水平指当地最佳施肥量、1水平为2水平×0.5、3水平为1水平×1.5 。

试验方法：小区面积为20平方米，每小区5条垄，试验所用肥料试验前按小区所用垄数平均分配到各垄，全部的磷、氮、钾肥作底肥，保证小区肥力的均匀一致，小区间设1.3米为隔离过道，共14个小区，小区随机排列，设保护行，不设重复。

备注：当地最佳施肥量为玉米专用肥（20-13-7）300公斤/公顷，折合算出尿素130公斤/公顷，过磷酸钙325公斤/公顷，硫酸钾42公斤/公顷。

4 生育性状结果与分析

4.1 玉米株高与N施用量之间的关系

6月20日至7月20日，通过生育性状调查，处理11比2高6.3厘米；处理11和处理6、3、2依次相差1.2厘米、0.4厘米、6.3厘米，氮肥在促进生物量增加上有一定的作用。

4.2 玉米茎粗与N、P、K关系

通过生育性状调查，玉米茎粗与N、P关系不明显。K对茎粗的影响表现为随着施K量的增加而增粗，表现钾肥具有增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力。

5 通过经济效益分析计算，确定经济效益、产投比等指标

产投比（D）=「Yp-Yk（或Yc）」*Py-∑Fi*Pi

∑Fi*Pi

注：D，产投比；Yp，测土配方施肥的产量，公斤/亩；Yk，空白对照的产量，公斤/亩；Yc，常规施肥的产量，公斤/亩；Py，产品价格，元/公斤；Fi，肥料用量，公斤/亩；Pi，肥料价格，元/公斤。

6 不同处理对玉米产量和产投比的影响

通过玉米产量调查，得出平均实产最高的是处理3，10290.5公斤/公顷，其次是处理5为9836.5公斤/公顷。其余处理是7192.1～9436.5公斤/公顷。

玉米经济效益分析表，可以看出产值最高的是处理3，为14406.7元/公顷，其次是处理6，为12984.44元/公顷。经济效益最好的是处理3，为13757.7元/公顷，其次是处理5，为13128.6元/公顷。

与常规施肥对照产投比排序是，处理3（N1P2K2）、处理5（N2P1K2）、处理4（N2P1K2）、处理6（N2P2K2）、处理8（N2P2K0）、处理7（N2P3K2）、处理14（N2P1K1）、处理11（N3P2K2）、处理10（N2P2K3）、处理2（N0P2K2）、处理9（N2P2K1）、处理2（N0P2K2）、处理12（N1P1K2）、处理13（N1P2K1）。

7 结语

通过本试验，玉米在生长、生育中，氮、磷、钾肥是必备的，但氮、磷、钾肥对玉米的生长发育作用是不同。氮肥对玉米的生长发育影响最大，依次是磷和钾肥；钾肥有助于增粗茎秆功能，增强作物抗倒能力；磷肥是植物细胞核酸物质合成必需元素。产值最高的是处理3，经济效益最好的是处理5，与常规施肥对照产投比最好的是处理3。处理3，在株高、叶龄、茎粗生长势和产值、效益、产投比方面，比其他处理优势明显，其配方在农业生产中，可以广泛推广使用。

试验设计与数据分析 篇12

关键词：钢筋焊接网,抗剪力试验,材料试验机

0 引言

钢筋焊接网是目前路桥建设中用于稳定路基的关键材料,它的好坏直接影响到路桥质量的优劣。国家标准GB/T 1499.3-2010《钢筋混凝土用钢第3 部分:钢筋焊接网》明确提出了钢筋焊接网的质量要求和检验项目,其中钢筋焊接网焊点抗剪力是十分关键的力学性能指标。在机械产品和质量检验机构中,材料试验机广泛应用于钢筋等金属材料力学性能的检验,然而通用的材料试验机工装夹具只能夹持板材和棒材等标准试样,无法满足钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求。为解决这一难题,本文提出了2种不同试验工装夹具的设计,使材料试验机可以完全满足钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求,并且结合实际使用体会,对以上2种工装夹具的优缺点进行了对比分析。

1 钢筋焊接网焊点抗剪力试验的要求

抗剪试样如图1所示,沿同一横向钢筋随机截取3个试样。钢筋网两个方向均为单根钢筋时,较粗钢筋为受拉钢筋。钢筋焊接网焊点的抗剪力应不小于试样受拉钢筋规定屈服力值的0.3倍。钢筋焊接网焊点抗剪力试验应使用一种能够固定于材料试验机上的专用夹具,这种夹具应能沿受拉钢筋轴线施加载荷,使受拉钢筋自由端沿轴线方向滑动,并能对试样横向钢筋适当固定,横向钢筋支点间距尽可能小,防止其产生过大的弯曲变形和转动。根据以上要求,本文研究设计了拉力型和压力型2种试验工装。

2 拉力型工装设计

2.1 拉力型工装的结构

拉力型工装的结构如图2所示。进行试验时,首先用材料试验机上夹头夹持该工装上部夹持端,然后将试样安装在工装的凹槽内,试样下部会伸出工装外一段距离,此时调整试验机上、下夹头之间的距离,使得下夹头可以牢固夹住试样露出端,夹紧时注意使钢筋垂直于材料试验机台面,与拉力施加方向保持平行,保证试样受到垂直的拉力。试样夹持好以后,就可以开动材料试验机进行试验了,此时材料试验机的读数就是钢筋焊接网试样所受到的剪切力。

2.2 试样的受力分析

试样的受力分析如图3所示。试验过程中,试样下端受到试验机的拉力,试样横向钢筋则受到工装的反作用力,从而达到剪切钢筋焊点的目的。

2.3 工装的材料选择

根据工装结构和受力分析,工装在开槽处同时受到拉力和扭矩的作用,为了保证工装在剪切试验过程中不发生变形破坏,需要使用强度高、变形小的材料,经过试验选取45钢,一方面其能够满足使用要求,另一方面材料易于获得,加工难度小,对于一般工厂而言,这种材料较为适合。

3 压力型工装设计

3.1 压力型工装的结构

压力型工装的结构如图4所示。

压力型工装需要使用材料试验机的压力试验端,所以首先要将材料试验机上端弯曲试验的弯头卸下,安装上试验机通用的平面型压头,然后将下端的弯曲试验工装卸下,换上压力试验用的自动调节平台,将压力型工装放置于该平台上,调整好位置,使上端压头能够垂直压到焊接网钢筋。工装安装完毕后,按照图4所示,将钢筋焊接网试样插入压力型工装中间的小孔中,然后拧动四周的定位螺栓调节焊接网钢筋的位置,使其垂直于自动调节平台且不产生较大幅度的晃动,调节时注意不可使螺栓拧得过紧对试样钢筋产生横向压力,否则会增大钢筋摩擦力,对试验结果造成不良影响。调节完成后就可开动材料试验机进行试验了,此时材料试验机的读数就是钢筋焊接网试样所受到的剪切力。

3.2 试样受力分析

压力型工装试样受力分析如图5所示。试验过程中,试样上、下端受到试验机的压力,试样横向钢筋则受到工装的反作用力,从而达到剪切钢筋焊点的目的。

3.3 工装材料选择

根据工装结构和受力分析,工装承受的主要是压力,应选择耐压强度高、变形小的材料来制作。铸铁是一个好的选择。

4 两种工装结构对比分析

4.1 结构的加工难度

通过图2和图4的对比可以看出,压力型工装的结构更为简单,制作工装难度也比拉力型工装低,只需要在材料上钻孔攻丝即可制作完成,配备的调节螺栓也是通用的标准件,便于更换。它的缺点是:当焊接网受压钢筋较短时,试验完毕后钢筋会掉入小孔中不易取出;调节试样受力钢筋的垂直度时也较为繁琐,在批量试验时降低了工作效率。

4.2 材料的经济性

拉力型工装由于有集中受力的位置,所以对制造材料的要求更高;压力型工装没有集中受力的位置,因而在选择材料时有更多的灵活性。对于过大工厂而言,制造压力型工装取材将更为容易,制造成本相对低廉。

4.3 操作的便利性

在实际使用过程中,拉力型工装的优点是操作更为简便,工作效率更高;缺点是需要与材料试验机的通用拉力夹具配合使用,一方面夹具对试样露出端的长度要求严格,露出端太短则无法进行试验,另一方面夹具的磨损较为严重,长时间使用后工装夹持端磨损严重造成不易夹持,试验时出现打滑等现象,对试样造成冲击,影响试验结果。压力型工装的优点是不使用材料试验机的夹具,对试样本身的要求很低,对各种长度的试样有很强的适应性,夹具零损耗,工装自身结构简单,经久耐用,制造成本低廉;缺点是试验完毕后需要取下工装才能卸下试样,操作步骤较多,工作效率受到一定影响。

5 结语