科研训练课件_ch4.ppt

1、科学研究基础训练,陈青春,第三章 科学研究程序及过程,2,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处理,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,3,Ch3 科学研究程序及过程 Ch3.1 概述 科学研究程序,程序5,第一节 概述,科学研究程序（7）,1发现问题，确立科研选题,2申报立项,3收集文献资料,选题之前已完成大部分工作，但贯穿于整个科研过程。,4制定研究方案（计划）,对申报书中的研究方法和技术路线细化 。,4,Ch3 科学研究程序及过程 Ch3.1 概述 科学研究程序,第

2、二节 文献获取和阅读,5实验探索,6提出科学假说,7总结,对于自然科学研究，多为试验研究 。 试验研究包括：试验设计、实验、数据处理、数据统计。,数据分析、理论分析、提出假说。 这是从经验上升到理论、由感性上升到理性的飞跃阶段。 研究是否具有创新性，该阶段的工作至关重要。,结题验收 撰写论文,5,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处理,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,6,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,一、科技文献的重要性,第二节

3、科技文献的获取和文献阅读,主要内容,一、科技文献在科学研究中的重要性,二、科技文献的查找及获取,三、怎样阅读科技文献,7,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,一、科技文献的重要性,概述：,任何科学研究，都不可避免地要借鉴前人的研究成果,而前人的研究成果，大多以各种文献的形式保存,科技文献是科学工作者了解国内外同行的窗口,查阅科技文献贯穿于选题、申报、研究的整个过程,据统计,文献检索及研究时间占整个研究工作的约40%,8,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,（二）了解研究发展状况,一、科技文献在科学研究中的重要性,（一）避免重复研究和重

4、复报道,（二）了解学科领域研究发展状况,启发创新思维,（三）节省科研时间，提高科研效率,（四）有助于提高论文质量 ,9,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,（三）节省时间 提高效率,（二）了解学科领域研究发展状况,启发创新思维,在现代通信条件和网络环境下,科技领域存在的问题为一切研究者所共知,谁能最先取得研究成果或公开发表出论文报道，谁就是成功者,因此，必须通过文献检索，如发现同类研究已有报道,则应中止或重新确定论文选题，以避免重复,目前国内来稿中，突出问题是重复内容稿件多、科学性和创新性较差等，反映出作者对科技文献检索不够重视或检索质量欠佳,10,Ch3 科学研

5、究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,（四）有助于提高论文质量,（三）节省科研时间，提高科研效率,通过文献检索和阅读,可以总结前人经验和教训；,避免进行盲目的摸索；,避免犯前人的错误。,11,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,二、科技文献的查找及获取,（四）有助于提高论文质量,科技论文是传播科技创新成果的最有效形式,评价科技论文的主要依据是观点、理论以及方法是否有创新之处,只有通过对大量文献信息的比较、才能写出具有创新特点的论文,12,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,二、科技文献的查找及获取,第二节 科技文献的获取

6、和文献阅读,主要内容,一、科技文献在科学研究中的重要性,二、科技文献的查找及获取,三、怎样阅读科技文献,13,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,按加工深度分类,二、科技文献的查找及获取,查找科技文献基本方法是利用检索工具,目前，检索工具主要以互联网为平台,文献分类,按学科性质：,中图分类法,按载体材料：,按出版形式：,印刷型、缩微型、机读型、视听型,图书、期刊、报纸、科技报告、会议文献、政府出版物、学位论文、专利文献、标准文献、档案资料,14,书评、综述、报告、手册、年鉴、百科全书。对一、二次文献进行分析、综合而编写的文献。,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.

7、2 科技文献的获取和文献阅读,（一）科技文献资源概述,按加工深度：,零次文献：,一次文献：,二次文献：,三次文献：,原始资料。书信、试验记录、手稿等,原始文献。专著、论文、专利、报告、会议论文等,目录、索引、文摘。对一次文献加工得到的用于检索一次文献的检索工具。（科技文献检索的最常用工具）,15,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,2. 计算机光盘数据库,（一）科技文献资源概述,1图书馆馆藏,网络检索,物理查找、借阅,16,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,3互联网资源,2利用计算机光盘数据库,中国知识资源总库（含中文期刊全文数据库

8、）,目前全国最大、连续动态更新,中国优秀博硕士学位论文全文数据库,中国重要会议论文全文数据库,中国重要报纸全文数据库,中国图书全文数据库,中国年鉴全文数据库,中国引文数据库,中国期刊信息与知识数据库,使用方法：,网上检索题录、文摘，付费获取全文,目前国内多数高校都已购买使用权，可免费浏览或下载全文,17,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,（二）科技文献的获取,3互联网资源,多数数据库资源均以实现网络共享,使用方法：,网上检索题录、文摘,付费获取全文,18,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,科技文献的获取渠道,（二）科技文献的获取渠

9、道,了解科技文献的获取渠道的原因：,相对而言，文献检索资源较多，而获取资源较少,获取文献数量少于检索到的文献数量,19,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,馆际文献资源共享渠道,1本地资源 （首选）,工具：,获取方便、耗时少、成本低,缺点：,文献保障率不是很高,20,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,3文献保障系统,2馆际文献资源共享渠道,工具：,网上文献传递服务系统,资源：,中科院文献情报中心全国中西日俄文期刊联合目录,CALIS（中国高等学校文献保障系统）联机公共书目,国家图书馆联机公共目录,方法：,首先查询所需文献全文的收藏单

10、位，然后索取原文,缺点：,受制于馆藏单位服务时间及服务费用，获得的时效性差,21,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,4原文服务网站,3文献保障系统,牵头组建单位：,国家相关部门,优点：,起点高、实力雄厚、文献保障数量多、范围广、传送系统安全可靠，免费检索题录文摘、有偿提供原文、传递速度快、费用低廉。,资源：,国家科技图书文献中心（NSTL）,中国高等学校文献保障系统（CALIS）,22,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,5直接向作者索取,4原文服务网站,资源：,科学杂志周刊电子版,斯坦福大学生命科学文献网站,（http:/intl

11、.）,（）,瑞典隆德大学（Lund University）期刊获取指南,（ ）,Directory of Open Access Journals（DOAJ）,Web搜索引擎（效率较低）,Yahoo，Google，AltaVista，WebCrawler，Lycos,23,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,三、怎样阅读科技文献,5直接向作者索取,一般而言，大部分的著者都乐意提供自己的论文,不仅经济，也是进行学术交流的好途径,6与一次文献出版商联系购买原文

12、,费用较高，特殊情况下可以使用,24,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,概述,第二节 科技文献的获取和文献阅读,主要内容,一、科技文献在科学研究中的重要性,二、科技文献的查找及获取,三、怎样阅读科技文献,25,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,2 泛读精度相结合,三、怎样阅读科技文献,概述：,1. 阅读文献应具有选择性,选择具有代表性的综述文章,（题目中含Survey、Review、Research Issue等）,从中了解该研究领域的主要问题及发展状况,然后从其参考文献中，寻找所关心的科技文献,26,Ch3 科学研究程序及过程

13、ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,3 了解论文一般结构,2. “泛读”和“精读”相结合,大部分文献“泛读”：只看标题和摘要,少部分课题相关文献“精读”：通读全文,27,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,一 如何阅读标题,3. 了解论文一般结构,标题（Title）,摘要（Abstract）,关键词（Key words）,引言（Introduction）,材料和方法（Materials and Methods）,结果与讨论（Results and Discussion）,参考文献（References）,有助于选择感兴趣部分阅读，提高阅读效率,结论（conclu

14、sions ）,28,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,二 如何阅读摘要,（一）如何阅读标题,了解什么信息？,作用：,论文与本人研究主题是否有关,文献删选,绝大部分文章应该是仅仅阅读其标题,29,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,三 如何阅读材料与方法,（二）如何阅读摘要,了解什么信息？,作用：,研究目的、内容、结果，及必要细节,进一步删选文献,阅读标题后删选余下的文献一般首先阅读摘要,30,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,四 如何阅读结果与讨论,（三）如何阅读材料与方法,对于绝大多数文献，可以跳

15、过这一部分,当文献所用方法正好为你所需，则需仔细阅读,如怀疑其结果，可返回阅读，分析方法是否有问题,从而找出导致其结果不可信的原因,可发表“与作者商榷”的文章,有时也可就此形成新的课题,31,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读,Ch3.3 研究计划制定,（四）如何阅读结果与讨论,一般，结果部分可以跳过，重点在讨论,结论是对结果讨论所形成的结果,主要了解其讨论是否合理，是否有参考价值，是否有进一步研究的必要,32,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处理

16、,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,33,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.3 研究计划制定,Ch3.4 研究经费获取,第三节 研究计划制定,概述：,SRT立项后，首先提醒、指导学生制定研究计划,1. 科学研究是一个复杂的系统工程，需要大量的时间、精力、经费、人力投入，因此需要制定详细而周密的计划,对于毕业设计，不仅任务书含研究计划，且要求学生制定更详细计划,2. 研究计划最主要功能为保证研究的进行有条不紊，按时完成任务,研究计划也是进行中期检查的重要依据,项目申报时就要认真考虑，因申报书含有该内容,34,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究

17、计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处理,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,35,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.4 研究经费获取,二 地方研究项目,第四节 研究经费的获取,一、部分国家研究项目,（一）高技术研究发展计划（“863”计划）,（二）国家科技攻关计划 （“973”计划）,（三）国家重点基础研究发展计划,（四）国家自然科学基金,（五）国家大学生创新性实验计划,36,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.4 研究经费获取,Ch3.5 试验设计,第四节 研究经费的获取,二、部分地方研究项目,（一）科技攻关项目,（二）自然科学基金项目,

18、（三）科技开发与推广项目,（四）在校大学生科研计划项目,37,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处理,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,38,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,39,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5 试验设计,主要试验设计方法,第五节 试验设计,试验的作用：,对所研究问题、提出的新理论、假设或方法进行试验验证。,科

19、学试验设计的意义(2)：,使试验结果具有严谨的科学性及令人信服的可靠性,显著减少试验次数及降低试验成本,40,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5 试验设计,一 正交试验设计,主要试验设计方法：,一、正交试验设计,二、均匀试验设计,41,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,42,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,参数水平表,一、 正交试验设计（Orthogonal experimental design）,问题的引出,基于正交试验法的微波

20、宽带分布放大器优化设计,孙玲玲等（杭州电子工业学院CAD研究所）,放大器工作性能,研究目的：,稳定性,评价指标：,电感A、电容B、传输线长度C、特性阻抗D,影响因素：,均为三级（下页表）,因素水平：,43,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,全面试验优缺点分析,引例因素水平表,回到 3选择合适的正交表，进行表头设计,44,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交试验的优点,全面试验次数：,全面试验优点：,既能考察单个因素对实验结果的影响，也能考察因素间的交互作用对实验结果的影响,全面试验优缺点分析：,效率高于多个单因素试验（单因素试验还无法考察因素间

21、的交互作用）,全面试验缺点：,试验次数太多，人力、物力、财力难以承受,45,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交试验的步骤,试验次数少,正交试验的优点：,正交试验减少试验次数的措施：,利用正交表，挑选有代表性的试验组合，以有限次的试验来代替全部的试验，从而在不降低试验效果的前提下，显著减少试验次数,可分析因素或因素交互作用对试验结果影响的显著性,46,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,47,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正

22、交试验设计,（1） 确定试验指标,（一）正交试验的步骤,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,48,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（2） 因素、水平,（1）根据试验目的确定试验指标,试验指标：,用来衡量试验结果的特征量,定量指标：,生产率、吸光度、尺寸、强度等,定性指标：,香味、口感、外观等,有时候为找到正确的试验指标，其本身就是一项重要的科学研究,49,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（2）

23、因素、水平,（一）正交试验的步骤,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,50,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,因素水平,（2）选择试验因素，确定因素水平,试验因素：,对试验结果（指标）产生影响的因素,试验因素往往很多，不可能进行全面考察,一般挑出主要因素，略去次要因素，确定37个试验因素,若第一轮试验后达不到预期目的，可调整试验因素，再进行试验。,单因素试验：探索某个因素对试验指标的影响,多因素试验：探索多个因素对试验指标

24、的影响,如品种比较试验中的因素是品种，饲料比较试验中的因素是饲料,一般以因素数命名，如二因素试验、三因素试验等,51,确定因素及水平后，可列出因素水平表,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（3）选择正交表,因素水平：,试验因素的状态或数量等级，简称水平,无统一方法，依据专业知识和实践经验来确定,重要因素多取；次要因素少取,各水平等级适当拉开，否则无法体现其影响,各因素水平数相等，可方便试验数据处理,（如引例）,52,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（3）选择正交表,（一）正交试验的步骤,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）

25、选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,53,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交表举例,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,正交表举例：,四因素三水平,4因素3水平正交表（表3-1 ）,54,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交性含义,表3-1 4因素3水平正交表 L9（34）,L9（34）,试验次数,因素数,水平数,55,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交表选择,（i）“正交性”含义,“整齐可比性” ：,每一列中因素的各个

26、水平都出现，且机会均等,“均衡分散性 ” ：,任两列之间的所有可能的水平组合都出现，且出现次数相等。,（ii）常用正交表,L4（23）、L8（27）、L16（215）、L9（34）、 L27（313）、L25（56）,56,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交表选择（续）,（iii）如何选择正交表(3),因素数正交表列数,满足上述下，优先选择较小的表,如4因素3水平：可选正交表包括L9（34）、L27（313），但应优先选择L9（34）,如各因素的水平数不相等，应选用相应的混合水平正交表，如 L8（4124）,57,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验

27、设计,交互作用,（iii）如何选择正交表,但如试验结果要求精度高，并且试验条件允许，可以选择较大的表,但是，这意味着有空列存在，空列如何处理呢？,当因素数少于正交表的列数，表中有空列时：,如不考虑因素间交互作用，空列可作为误差列,何为交互作用 ？,58,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交表表头设计,交互作用：,指因素之间相互影响，相互不独立,例：某饮料企业研制一种新型饮料，饮料的颜色共有四种，该企业希望了解颜色及地区对饮料销售量是否有影响，于是从五个地区，每个地区五个超市收集了不同颜色该种饮料的销售量，进行分析。,如果不同地区的消费者对某种颜色有不同于其他地区消费者

28、的特殊偏爱，这时两个因素结合后产生的新效应，属于颜色和地区两个因素具有交互作用。,例,释,59,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,进行试验,（iv）正交表表头设计,将试验因素（及因素间交互作用，如有）安排到所选正交表相应的列中 （待用例说明）,60,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,进行试验,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,（一）正交试验的步骤,61,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1

29、正交试验设计,数据处理,（4）确定试验方案，进行试验,正交表中每一行为一个试验方案，按此进行试验,将各方案得到的试验指标填入正交表最后一列,62,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,进行试验,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,（一）正交试验的步骤,63,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,验证试验,2. 数据处理,如何得到最优水平组合？,如何确定各因素影响的显著性？,分析方法,（1）直观分析法(或称极

30、差分析法),（2）方差分析法,64,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,验证试验,1. 正交试验设计,（1）根据试验目的确定试验指标,（2）选择试验因素，确定因素水平,（3）选择合适的正交表，进行表头设计,（4）确定试验方案，进行试验,2. 数据处理,3. 验证试验,（一）正交试验的步骤,65,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（二）正交设计结果的直观分析方法,3. 验证试验,如得到的最优水平组合为正交试验某一方案，则该方案为最优方案。,如得到的最优水平组合没有出现在正交表中，则应对该组合进行验证试验。,（1）如试验结果优于其他方案，则为最优方案,

31、（2）如试验结果不是最优，须重新设计正交试验,66,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,67,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,例1因素水平表,（二）正交试验结果的直观分析法 （以例说明）,例1 利用柠檬酸与硬脂酸单甘酯，在一定的真空度下，通过酯化反应可以制得一种新型的食品乳化剂柠檬酸硬脂酸单甘酯。为提高柠檬酸硬脂酸单甘酯的乳化能力，需对其合成工艺进行优化。乳化能力测定方法：将产物加入油水混合物中，经充分地混合、静置分层后，将乳状液层所占的

32、体积百分比作为乳化能力。根据经验以及初步试验，选出温度、酯化时间和催化剂种类为影响因素，确定因素与水平如表3-2所示（假定无因素交互作用）。,68,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,解题过程,表3-2 例1的因素水平表,69,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（4）进行试验,（3）确定试验方案,表3-4 例1的试验方案,70,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（5）计算极差,（4）进行试验，得出试验指标,表3-5 例1试验方案及试验结果分析,71,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,计算极差方法,（5

33、）计算极差，确定因素影响程度的主次顺序,例1试验结果分析,72,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（6）确定最优方案 ,（5）计算极差，确定因素影响程度的主次顺序,例1试验结果分析,该列所有水平2对应试验指标值之和,相应水平和除以水平出现次数,根据极差大小,73,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,最优方案对应的物理参数,（6）确定最优方案,74,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（7）验证试验,最优方案对应的物理参数,表3-6 例1的最优水平组合,特殊情况：如空列极差最大，则说明因素之间可能存在交互作用，或漏掉了对试验结果

34、有重要影响的其他因素。所以，我们在进行结果分析时，尤其是对所做的试验没有足够的认识时，最好将空白列的极差一并计算出来，从中可以得到一些有用的信息。,最优水平：试验指标越大越好时，取水平均值最大值为最优水平。反之，取最小者,75,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（7）验证试验,上述理论最优方案仅为理论分析所得，且在正交表中不存在，所以需要试验验证。,理论最优方案不是最优的原因,76,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,因素水平的合理确定,理论最优方案不是最优的可能原因：（3）,1. 可能没有考虑因素间交互作用,2. 可能试验误差太大,3. 因素的水

35、平不合理,如理论最优方案不是最优，应做改进试验。,77,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,改进试验注意事项,因素水平的合理确定：,1. 作因素水平与试验指标关系图,散点图（定性因素，如催化剂种类）,折线图（定量因素）,横坐标因素水平；纵坐标试验指标水平均值ki,本例：醋化时间并非越长越好，原因素水平未考虑小于2小时的情况，有可能使得试验具有缺陷。,78,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（三）试验结果的方差分析,改进试验注意事项：,1. 关注主要因素,2. 次要因素可固定为已得较好水平,3. 如前面漏掉交互作用，则补充,一般来说，新一轮正交试验的

36、水平数减少，试验次数也会相应减少,79,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,80,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,1. 方差分析概述举例,1. 方差分析概述,（1）定义：,对多个样本总体均值是否相等这一假设进行检验,意味着所有样本来自同一个总体，即试验因素对样本影响不显著,均值相等：,均值不等：,试验因素对样本影响显著,举例说明,81,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,2. 正交方差分析的目的,例：,某饮料企业研制

37、一种新型饮料，饮料的颜色共有四种，该企业希望了解颜色对饮料销售量是否有影响，于是从五个超市收集了不同颜色该种饮料的销售量，通过方差分析，得出这些样本均来自均值相等的总体，因此认为，颜色对该种饮料的销售量的影响不显著。,82,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,83,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,3. 方差分析的基本思想,2. 正交试验方差分析的目的,分析各因素对试验指标影响的显著性,选取对试验指标影响显著的因素的最优水平组合为最优方案,

38、方差分析与直观分析的目的相同，但准确性更好,84,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,85,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,3. 方差分析的基本思想（续）,3. 方差分析的基本思想,样本之间的差异来源,因素的不同水平，为系统性差异，用水平之间的方差度量，称为组间方差。,抽取样本的随机性，为随机性差异，用水平内部的方差度量，称为组内方差。,如饮料的颜色带来的销售量差异,如相同颜色饮料在不同商场的售量差异,系统性差异中也包括随机性差异,如果不

39、同水平对试验指标无影响，则水平间方差中就只有随机性差异，而没有系统性差异。,这时，组间方差与组内方差的比值接近于1。,86,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,4. 方差分析的计算内容,如果不同水平对试验指标产生影响，则水平间方差中不仅有随机性差异，也有系统性差异。,这时，组间方差与组内方差的比值大于1许多。,当该比值大到某个程度，或者说大到某个临界点，就可以作出判断，说不同水平之间存在显著差异。,注：方差分析中的“差异”用“离差平方和”表示，方差用“均平方”表示。均平方等于离差平方和除以自由度。,87,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试

40、验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,88,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,4. 方差分析的计算内容（续）,4. 方差分析的计算内容,89,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,5. 正交试验方差分析,90,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想,91,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,5. 正交试验方差分析（续）,5. 正交试验方差分析

41、,92,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,计算自由度,93,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,计算均平方,94,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,F检验,95,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,方差分析表,96,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,因素主次及最优方案,方差分析表,表3-7 方差分析表,97,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,正交试验方差分析举例,因素影响显著性排序及最优方案的确定,根据方差分析表中F值的大小顺序，排出因素的主次顺序。,最优

42、方案的确定：根据水平均值或交互因素水平搭配表确定（见例）。,98,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,例2因素水平表,正交试验方差分析举例,99,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,例2解题过程,表3-8 例2因素水平表,100,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,解：（1）列出正交表 L8（27）和试验结果（表3-9 ）,表3-9 例2正交表及试验结果,A1B2,（2）计算离差平方和,返回p103,返回p109,101,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（3）计算自由度,（2）计算离差平方和,102,C

43、h3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（4）计算均平方,（3）计算自由度,103,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,误差项重新计算,（4）计算均平方,如此，误差项的离差平方和、自由度及均平方须重新计算,见表3-9（p93）,104,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（5）计算F值,误差项参数的重新计算,105,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（5）F检验,（5）计算F值,106,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,（6）最优方案的确定,（6）F 检验,107,Ch3 科学研究程序及

44、过程 ch3.5.1 正交试验设计,（5）F检验,方差分析表,108,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,水平搭配表,（7）最优方案的确定,109,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计,二、均匀试验设计,水平搭配表及最优方案的确定,A1B2对应的试验指标值,A1B2出现次数,AB最优搭配为A1B2， BC最优搭配为B2C2， 综合考虑，最优方案为A1B2C2,见表3-9（p93）,110,第五节 试验设计,一、 正交试验设计,二、均匀试验设计,（一）正交试验的步骤,（二）正交试验结果的直观分析法,（三）正交试验结果的方差分析法,3. 方差分析的基本思想

45、,111,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.2 均匀试验设计,Ch6 试验数据处理,二、均匀试验设计(uniform design) （只介绍其特点）,由中国数学家方开泰和王元于1981年首先提出,只考虑试验点（水平组合）在试验范围内均匀分布 ，每个水品组合只出现一次,适用于水平数很大的试验，可有效减少试验次数，如5因素，31水平试验：,正交试验次数：312=961次,均匀试验次数：31次,均匀性的实现由一套精心设计的均匀表保证,112,第三章 科学研究程序及过程,第二节 科技文献的获取和文献阅读,第三节 研究计划制定,第四节 研究经费的获取,第五节 试验设计,第六节 试验（实验）数据处

46、理,第七节 试验数据的统计分析方法,第一节 概述,113,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6 实验数据处理,一、数据的科学表示方法,第六节 试验（实验）数据处理,主要内容,一、数据的科学表示方法,二、真值与平均值,三、误差的基本概念,四、试验数据的精度,五、试验数据异常值的检验,六、试验数据的图表表示法,114,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,一、数据的科学表示方法,一、数据的科学表示方法,在表示或处理数据时，是否关注过应遵循一定的规则？,遵循了何种规则？,115,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,（一）有效数字的定义,一、数据

47、的科学表示方法,主要内容,（一）有效数字的定义,（二）有效数字的取舍原则,（三）有效数字的运算,116,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,有效数字的几种情况,（一）有效数字的定义,定义：,通过直读获得的准确数字叫做可靠数字，通过估读得到的数字叫做存疑数字，把测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫有效数字。,何种情况下使用有效数字概念：,有效数字是由于对测量结果记录、分析和处理而引入的。,少数观点认为：有效数字为准确数字（教材采用此观点）,117,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,有效数字的位数不能随便写,关于有效数

48、字的注意事项,有效数字位数的根据：,试验仪表的精度，亦反映试验的精度,118,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,以“0”结尾的正整数 ,有效数字的位数不能随便写,多写：,则数据不真实、不可靠,少写：,则损失试验精度，也是对测量该数据所用高精密度仪表的浪费,119,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,数字0是否是有效数字，取决于它在数据中的位置 ,单位改变不应改变有效数字的位数,4位有效数字,100.2m,1.002104cm,4位有效数字,解决方法：,采用科学计数法,120,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法

49、,（二）有效数字的取舍原则 ,数字 0 是否是有效数字，取决于在数据中所处位置,有效数字,0在非零数字之间及末尾：（10202，12000）,第一个非零数字前的0：（0.0025）,不是有效数字,可改写为 250010-4,20mm 与 20.00mm是否等价？,小数点后的0不能省略,以上介绍的是原始测量数据的记录问题，相对容易。但参与计算的数据及计算结果，如果规定了有效数字位数，则需要取舍，取舍需要遵循哪些原则？,121,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,（二）有效数字的取舍原则,一、数据的科学表示方法,主要内容,（一）有效数字的定义,（二）有效数字的取舍原则,

50、（三）有效数字的运算,122,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,修约规则,（二）有效数字的取舍原则,有效数字取舍所使用的规则称为“修约规则”,相关国家标准,123,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,五留双,修约规则：,“四舍六入五留双”,124,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,五留双（续）,若被舍第一位数字等于5，而其后无数字或全部为零：,前位数是奇数：加1,前位数是偶数（零视为偶）：不变,28.350（奇数）处理为3位有效数字，得28.4,28.250（偶数）处理为3位有效数字，得为28.2,28.0

51、50（视为偶数）为理成3位有效数字，得28.0,1265（偶数）处理为3位有效数字，得1.26103,125,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,（三）有效数字的运算 ）,若被舍第一位数字等于5，而其后数字并非全部为零：,则前位数加1,28.2501，处理为3位有效数字，为28.3,不允许连续修约,正确：2.154546处理为3位有效数字，为2.15,错误：2.1545462.154552.15462.1552.16,126,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,（三）有效数字的运算,一、数据的科学表示方法,主要内容,（一）有效数字的定义,

52、（二）有效数字的取舍原则,（三）有效数字的运算,127,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,1. 加减运算,（三）有效数字的运算,试验结果常由多个试验数据通过运算得到，其有效数字位数的确定应该合理,运算之前：需将有关数据进行适当的有效数位处理。,对首位数字8的，可多算一位有效数字,9.12 在运算中可看成四位有效数字 9.120,记录数据时不可如此处理,128,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,2. 乘、除运算,1. 加、减运算,11.96 + 10.2 + 0.003？,加、减结果小数点后的位数应与运算数据中小数点后位数最少的相同（即

53、以绝对误差最大的为准）。,参与运算的数据先“修约”，再计算。,为减少舍入误差，其它数值的修约可以暂时多保留一位，等运算得到结果时，再根据有效位数舍弃多余的数字（举例：学生成绩合计 ）,计算：11.96 + 10.2 + 0.00311.96+ 10.2+ 0.0022.2,129,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,2. 乘、除运算（续）,2. 乘、除运算,乘、除计算结果的有效位数应与运算数据中有效数字位数最少的相同（即以相对误差最大的为准）,0.012125.641.05782？,本例三个数据中有效数字位数最少的数据为0.0121，有效数字位数为3，其相对误差也最

54、大,130,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,3. 乘方、开方运算,2. 乘、除运算,参与运算的数据先“修约”，再计算。,为减少舍入误差，其它数值的修约可以暂时多保留一位，等运算得到结果时，再根据有效位数舍弃多余的数字,0.012125.641.057820.012125.641.0580.328,131,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,手册数据、常用数字,3. 乘方、开方运算,4. 对数运算,5. 平均值计算,计算4个以上数的平均值，结果的有效数字可增加一位。,132,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法

55、,其他说明,6.手册数据,取自手册上的数据，其有效数字位数按实际需要取，但原始数据如有限制，则应服从原始数据。,7.常用数字,一些常数的有效数字位数可以认为是无限制的，例如，圆周率、重力加速度g、1/3，因为这些数不是测量得到的。可以根据需要取有效数字。,133,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法,二、真值与平均值 ,8.其他说明,在一般工程计算中，取23位有效数字就足够精确了，只有在少数情况下，需要取到4位有效数字。,从有效数字的运算可以看出，精度低的数据影响相对较大。所以在试验过程中，应可能采用精度一致的仪器或仪表，一两个高精度的仪器或仪表无助于整个实验结果精度

56、的提高。,134,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2 真值与平均值,二、真值与平均值,第六节 试验（实验）数据处理,主要内容,一、数据的科学表示方法,二、真值与平均值,三、误差的基本概念,四、试验数据的精度,五、试验数据异常值的检验,六、试验数据的图表表示法,135,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2 真值与平均值,（二）平均值,定义：真值是指在某一时刻和某一状态下，某量的客观值或实际值。,从测量角度看，真值一般是未知的,但从相对的意义上来说，可认为某些真值已知，如,（一）真值,国家标准样品的标称值,国际上公认的计量值，如碳12的原子量为12，绝对零度等于 -273.15等,高

57、精度仪器的测量值,多次试验值的平均值,136,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2 真值与平均值,1. 算术平均值,平均值(mean)由于数据误差相互抵消，可综合反映试验值在一定条件下的一般水平,（二）平均值,平均值在统计学中具有重要的地位，是进行统计分析和统计推断的基础,在科学试验中，经常将多次试验值的平均值作为真值的近似值,常用的平均值：,1. 算术平均值,2. 加权平均值,137,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2 真值与平均值,2. 加权平均值,1. 算术平均值,算术平均值的计算,同样试验条件下，如果多次试验值服从正态分布，则算术平均值是这组等精度试验值中的最佳值或最可信赖值。,138,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2 真值与平均值,2. 加权平均值,加权平均值的计算,139,Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.2