《试验设计与分析》课程教学大纲

试验设计与分析（ExperimentDesignandAnalysis）课程基本信息课程编号：04021218课程总学时：32实验学时：0学时课程性质：选修课程属性:专业类开设学期：第5学期适用专业：农业建筑环境与能源工程对先修的要求：先修高等数学，线性代数，计算机语言，工程数学等课程对后续的支撑：能够将试验设计与分析方法用于开展创新实验、毕业设计等科研实践活动；培养后续读研学生提出课题探索性解决方案的能力。一、课程的教学理念、性质、目标和任务试验设计与分析是农业建筑环境与能源工程专业重要的专业选修课，是理论和实践结合紧密、实用性强的课程。它是数理统计的原理和方法在工程研究中的应用，其不仅提供如何正确地设计科学试验和收集数据的方法，而且也提供如何正确地整理、分析数据，得出客观、科学的结论的方法。本课程依据“巩固基础、加深理解、增强科学实践能力”的教学理念，采用理论传授、课堂讨论、案例解析、课后复习相结合的教学方法。本课程任务使学生能够了解常用的数理统计软件，掌握常用的试验设计原理、设计方法和试验结果统计分析方法。通过该课程的学习，可以实现掌握基本的试验设计和统计分析方法，为创新实验及将来从事科研工作打基础等教学目标。二、课程教学的基本要求1.理论知识方面：掌握工科学生在试验研究中应该具备的试验设计的基本理念、典型的方差、回归分析方法，掌握最基本的正交试验设计方法和分析统计方法，从而学会试验优化设计和分析；了解均匀设计方法，为多因素、多水平试验设计和优化提供研究思路和方法；理解响应面试验设计思路、方法、分析软件的应用，为后续的研究和实践工作提供基础知识。2.实验技能方面：利用学习的试验设计和思路进行实际实验的设计和分析。三、课程的教学设计1.教学设计说明为实现掌握基本的试验设计和统计分析方法等教学目标，本课程主要涵盖试验设计的概念、意义，方差分析、回归分析、正交试验设计与分析、均匀试验设计、响应面试验设计等内容，课程实施方案主要包括讲解理论知识、软件模拟设计过程、实际案例解析等，满足学生个性化特点与专业学习要求。积极使用我国最新的前沿科学研究案例，结合思政进课堂，引导学生理解课程开设的意义；通过理论知识与实践活动的结合，使学生理解并掌握试验设计的方法与技巧；通过案例分析过程，使学生掌握试验设计的分析方法，并将分析结果用于实践。2.课程目标及对毕业要求的支撑序号课程目标毕业要求1目标1：通过该课程的学习，使学生具备正确地整理、分析数据，得出客观、科学的结论的能力。22目标2：通过该课程的学习，使学生能够了解常用的数理统计软件，掌握常用的试验设计原理、设计方法和试验结果统计分析方法。33目标3：通过课程的学习，使学生具备基本的试验设计和统计分析方法，为创新实验及将来从事科研工作打基础。4四、理论教学内容及学时分配（32学时）绪论学时数：2教学目标：了解试验设计的概念、意义，试验设计的发展概况、应用效果；熟悉试验设计常用术语及统计模型。教学重点和难点：试验设计的发展及意义。主要教学内容及要求：了解：试验设计的发展概况。理解：试验设计的概念、意义和应用效果。掌握：试验设计常用术语及统计模型。熟练掌握：试验设计常用术语含义及意义。教学组织与实施：通过历史上经典的试验，引导学生整体认识本门课程。第一章试验数据的误差分析学时数：2教学目标：掌握真值与平均值的概念；掌握误差的基本概念；掌握试验数据误差的来源及分类；掌握试验数据的精准度；掌握试验数据误差的统计检验；掌握有效数字和试验结果的表示；掌握误差的传递。教学重点和难点：真值与平均值、误差、试验数据的精准度、试验数据误差的统计检验等有关数学知识在实验结果分析中的应用。主要教学内容及要求：了解：误差在试验设计中的传递与影响。理解：试验设计中的相关误差知识。掌握：真值与平均值、误差的概念、误差的来源与分类、试验数据的精准度、试验数据误差的统计检验、有效数字和试验结果表示等。熟练掌握：误差的概念、误差的来源与分类、试验数据的精准度、试验数据误差的统计检验等在实验结果分析中的应用。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第二章试验数据的表图表示法学时数：2教学目标：掌握列表法和图示法对试验数据的表示；掌握常用计算机软件在图表绘制中的应用。教学重点和难点：列表法和图示法对试验数据的表示。主要教学内容及要求：了解：常用计算机软件在图表绘制中的应用。理解：列表法和图示法对试验数据的表示。掌握：列表法和图示法对试验数据的表示方法与格式要求。熟练掌握：列表法和图示法对试验数据的表示，常用的列表与图示格式要求。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第三章试验的方差分析学时数：4教学目标：掌握单因素方差分析和两因素方差分析方法；掌握离差平方和、显著性检验、S检验、方差分析表等有关数学知识；掌握显著性检验方法用于两因素不重复实验和重复实验的具体分析方法。教学重点和难点：离差平方和、显著性检验、S检验、方差分析表等有关数学知识在实验结果分析中的应用。主要教学内容及要求：了解：各种方差分析方法在试验结果分析中的应用。理解：方差分析方法中的相关数学知识。掌握：掌握单因素方差分析和两因素方差分析方法；掌握离差平方和、显著性检验、S检验、方差分析表等有关数学知识；掌握显著性检验方法用于两因素不重复实验和重复实验的具体分析方法。熟练掌握：离差平方和、显著性检验、S检验、方差分析表等有关数学知识在实验结果分析中的应用。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第四章试验数据的回归分析学时数：4教学目标：了解回归分析方法的发展和应用，掌握一元线性回归分析方法及其应用，掌握多元线性回归分析方法和正交多项式回归方法及分析。理解回归系数最小二乘估计方法，掌握回归方程的显著性检验方法；理解一元非线性回归分析函数与应用；理解多元线性回归分析方法及显著性检验；掌握正交多项式回归方法及显著性检验。教学重点和难点：一元线性回归分析及显著性检验；正交多项式回归方法及显著性检验。主要教学内容及要求：了解：回归分析方法的基本概念、发展和应用。理解：回归系数最小二乘估计方法、一元非线性回归分析函数与应用；多元线性回归分析方法及显著性检验。掌握：一元线性回归分析方法及其应用；多元线性回归分析方法和正交多项式回归方法及分析、回归方程的显著性检验方法；正交多项式回归方法及显著性检验。熟练掌握：一元线性回归分析方法及其应用；多元线性回归分析方法及其应用。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第五章优选法学时数：2教学目标：掌握单因素优选法；掌握双因素优选法。教学重点和难点：来回调试法、黄金分割法、分数法、对分法等单因素优选法；对开法、旋升法等双因素优选法。主要教学内容及要求：了解：试验设计中的优选法。理解：试验设计中的单因素优选法与双因素优选法。掌握：来回调试法、黄金分割法、分数法、对分法等单因素优选法；对开法、旋升法等双因素优选法。熟练掌握：来回调试法、黄金分割法、分数法、对分法等单因素优选法。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第六章正交试验设计学时数：8教学目标：掌握正交试验设计和分析方法，掌握正交表的应用、掌握正交试验设计和分析方法，理解正交表、正交试验设计和分析的理论基础，掌握考虑交互作用的正交试验设计和分析方法，理解多指标正交试验设计和分析方法及其应用，理解正交试验的方差分析、掌握多水平正交试验的方差分析。教学重点和难点：正交表的应用、正交试验设计和分析方法；考虑交互作用的正交试验设计和分析方法；混水平正交试验的方差分析。主要教学内容及要求：了解：正交试验设计的灵活应用方法、直和和直积法。理解：正交表、正交试验设计和分析的理论基础；多指标正交试验设计和分析方法及其应用；重复试验与重复取样的正交试验方差分析。掌握：正交表的应用、正交试验设计和分析方法；考虑交互作用的正交试验设计和分析方法；正交多项式回归在正交设计中的应用。熟练掌握：正交表的应用、正交试验设计和分析方法等。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第七章均匀设计学时数：4教学目标：了解均匀试验设计的发展过程、发展现状；理解均匀试验设计的基本思想和理论基础；理解均匀试验设计试验安排方法和结果分析及其对试验的指导作用；掌握均匀试验设计方法在质量工程中的作用。教学重点和难点：均匀试验设计和分析方法及其在质量工程中的作用。主要教学内容及要求：了解：均匀试验设计的发展过程、发展现状。理解：均匀试验设计的基本思想和理论基础；均匀试验设计试验安排方法和结果分析及其对试验的指导作用掌握：均匀试验设计方法在质量工程中的作用。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第八章回归正交试验设计学时数：2教学目标：掌握一次回归正交试验设计及结果分析；掌握二次回归正交组合设计。教学重点和难点：一次回归正交试验设计及结果分析与二次回归正交组合设计的应用。主要教学内容及要求：了解：一次回归正交试验设计及结果分析与二次回归正交组合设计。理解：一次回归正交试验设计及结果分析的原理与应用。掌握：一次回归正交试验设计及结果分析与二次回归正交组合设计的方法。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。第九章配方试验设计与响应面试验设计学时数：2教学目标：掌握配方试验设计的思路与方法；了解响应面试验设计和分析方法的基本理念、应用状况和发展现状；理解响应面试验设计和结果分析的基本理论；理解响应面试验设计和数据结果分析对试验的指导作用；掌握利用计算机软件进行响应面试验方案设计和分析的方法及对结果的分析。教学重点和难点：配方试验设计的方法；掌握利用计算机软件进行响应面试验方案设计和分析的方法及对结果的分析。主要教学内容及要求：了解：配方试验设计的起源与发展；响应面试验设计和分析方法的基本理念、应用状况和发展现状。理解：配方试验设计的方法；响应面试验设计和结果分析的基本理论；响应面试验设计和数据结果分析对试验的指导作用。掌握：配方试验设计的应用；利用计算机软件进行响应面试验方案设计和分析的方法及对结果的分析。教学组织与实施：课前知识点回顾，预备提问环节；课堂借助提问互动、理论讲解、案例剖析完成知识点的传授；课后在线答疑、小组讨论、完成作业及效果反馈。五、课程思政“教育是国之大计、党之大计。培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题”。在试验设计与分析的教学环节要充分弘扬家国情怀，教学过程要灵活穿插思政教育，同时积极结合试验设计在我国最新科研成果，例如航空航天的试验过程、新能源技术的研究、绿色低碳新技术的开发、功能性新材料的研发等领域的应用，增加学生的学习兴趣，同时提升学生的爱国意识与民族自豪感，让学生意识到学习试验设计与分析的重要性，激发对本门课程学习动力，达到好的教育效果，实现为国育人的教育目标。六、教材及教学参考书1.选用教材：（1）理论课教材：试验设计与数据处理，李云雁等编著，化学工业出版社，2021年第三版试验设计方法，赵选民编著，科学出版社，2006年第一版试验设计与分析，陈魁编著，清华大学出版社，2015年第二版（2）实验课教材：无（3）实习指导书：无2.参考书：（1）优化试验设计方法及数据分析，何为等编，化学工业出版社，2013年（2）试验设计与数据处理，郑少华、姜奉华著，中国建材工业出版社，2004年（3）试验设计与数据处理（第二版），李云雁，胡传荣著，化学工业出版社，2008年（4）试验设计与数据处理，邱轶兵著，中国科学技术大学出版社，2008年第一版（5）试验的设计与分析，王万中编著，高等教育出版社，2004年第一版3.推荐网站（线上资源）：（1）西北农林科技大学试验设计与分析精品课程网站：/（2）电子科技大学精品课程网站：试验设计方法/wlxt/ncourse/sysjff/web/kczy.asp?type=jcjs（3）网络课程试验设计与分析：/meol/jpk/course/layout/newpage/index.jsp?courseId=29682（4）扬州大学生物统计与试验设计精品课程：/xpe/portal/22ce88fe-1288-1000-8