《实验设计与数据处理》课程介绍与教学大纲

PAGE7《实验设计与数据处理》课程简介课程编号：03034004课程名称：实验设计与数据处理/ExperimentalDesignandDataProcessing学分：2学时：32（课堂教学20学时上机12学时）适用专业：高分子材料与工程建议修读学期：5开课单位：高分子材料与工程系先修课程：高等数学、概率论与数理统计、线性代数考核方式与成绩评定标准：本课程采用百分制考核，总评成绩由过程性评价和期终考试两部分组成。过程性评价成绩占定量考核成绩的40%，过程考核采用章节作业、章节总结、上机实践报告等相结合的方式；期终成绩考核采用闭卷考试方式，期终考试成绩占定量考核成绩的60%。具体要求见本课程考核细则。教材与主要参考书目：教材：《试验设计与数据处理》，李云雁主编，化学工业出版社，2017年09月第三版主要参考书目：《实验设计与数据处理》，刘震学，王力等编著，化学工业出版社，2015年3月第二版内容概述：实验设计与数据处理是本专业的专业必修课。本课程的教学基本内容主要是对试验数据的误差分析、试验数据的表图表示法、试验的方差分析、试验数据的回归分析试验设计、试验数据分析、正交试验设计、回归正交试验设计等内容进行讲解。通过课堂教学内容的讲解，使得学生能够针对实验课题，合理的安排试验，对试验数据进行合理的分析与表达，掌握实验的合理化设计以及数据的合理化分析的数学统计处理方面的知识。通过上机实践课的教学，使得学生掌握利用现代化的计算机技术辅助实验设计以及数据处理的知识。通过本课程的学习，使学生较好地掌握实验设计和实验数据处理的基本概念、基本方法，能够进行实验优化设计、实验数据处理以及表达，能够对实验结果进行合理化的分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。Experimentaldesignanddataprocessingarecompulsorycoursesforthismajor.Thecontentofthiscoursefocusonerroranalysisoftestdata,tableandtablerepresentationoftestdata,analysisofvarianceoftest,regressionanalysisoftestdatatestdesign,testdataanalysis,orthogonaltestdesign,regressionorthogonaltestdesign.Throughtheexplanationofteachingcontent,studentscanreasonablyarrangeexperiments,analyzeandexpresstheexperimentaldatareasonably,andmastertheknowledgeofrationaldesignofexperimentsandmathematicalstatisticalprocessingofrationalanalysisofdata.Throughtheteachingofhands-onpracticalclasses,studentscanmastertheknowledgeofusingmoderncomputertechnologytoassistexperimentaldesignanddataprocessing.Throughthestudyofthiscourse,studentscanbettergraspthebasicconceptsandmethodsofexperimentaldesignandexperimentaldataprocessing,beabletocarryoutexperimentaloptimizationdesign,experimentaldataprocessingandexpression,andbeabletorationallyanalyzeandinterprettheexperimentalresultsandpassInformationsynthesishasreachedareasonableandeffectiveconclusion.《实验设计与数据处理》教学大纲课程编号：03034004课程名称：实验设计与数据处理/ExperimentalDesignandDataProcessing学分：2学时：32（课堂教学20学时上机12学时）适用专业：高分子材料与工程建议修读学期：5开课单位：高分子材料与工程系先修课程：高等数学、概率论与数理统计、线性代数一、课程性质、目的与任务实验设计与数据处理是本专业的专业必修课。本课程的教学基本内容主要是对试验数据的误差分析、试验数据的表图表示法、试验的方差分析、试验数据的回归分析、正交试验设计、回归正交试验设计等内容进行讲解。通过课堂教学内容的讲解，使得学生能够针对实验课题，合理的安排试验，对试验数据进行合理的分析与表达，掌握实验的合理化设计以及数据的合理化分析的数学统计处理方面的知识。通过上机实践课的教学，使得学生掌握利用现代化的计算机技术辅助实验设计以及数据处理的知识。通过本课程的学习，使学生较好地掌握实验设计和实验数据处理的基本概念、基本方法，能够进行实验优化设计、实验数据处理以及表达，能够对实验结果进行合理化的分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。本课程的任务：（1）使学生能够科学合理的处理实验数据以及表达数据，能够根据实验数据对实验结果进行合理化的分析和解释；（2）使学生能够科学合理的设计实验方案以及实施实验方案，结合实验结果，进行合理化的分析，通过信息综合得到合理有效的结论。本课程支撑的高分子材料与工程专业毕业要求指标点及相应的课程目标如表1所示。表1毕业要求指标点与《实验设计与数据处理》课程目标支撑矩阵支撑的毕业要求指标点支撑权重课程目标指标点4.4能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。0.3课程目标1：使学生能够科学合理的处理实验数据以及表达数据，能够根据实验数据对实验结果进行合理化的分析和解释，并能够利用计算机辅助数据处理。课程目标2使学生能够科学合理的设计实验方案以及实施实验方案，结合实验结果，进行合理化的分析，通过信息综合得到合理有效的结论，并能够利用计算机辅助实验设计与优化。二、课程目标与课程内容的支撑关系及达成途径《实验设计与数据处理》各课程目标能力观测点、对应的知识载体、达成途径如表2所示。表2《实验设计与数据处理》课程目标达成矩阵课程目标能力观测点知识载体达成途径课程目标1会对试验中的采集数据进行分析试验数据的误差分析课堂讲授：注重与高等数学、概率论与数理统计、线性代数等先修课程的联系，与基础化学实验以及高分子专业实验等进行比较，结合具体事例，分析试验数据的误差与回归分析、试验的方差以及图表的表达等相关概念与知识，使学生能够具备数据处理的相关知识。案例教学：通过典型例子，介绍数据处理的应用场景，使学生能够选择合理的数据处理方法。章节作业与小结：针对课堂内容，完成相应的作用并对内容进行梳理与总结，强化对知识模块的掌握。上机实践报告：通过具体实践操作，完成该部分理论知识模块的上机实践报告会对试验中的采集数据进行合理的图表绘制试验数据的表图表示法能够对试验的结果进行方差分析并得出结论试验的方差分析能够对试验的结果进行回归分析并得出结论试验数据的回归分析能够利用计算机对试验数据进行处理、分析以及图表绘制计算机辅助数据处理实践课程目标2能够利用正交表对试验进行合理设计，得出拟定试验方案并实施，对试验结果进行分析正交试验设计课堂讲授：注重与数据处理知识模块的联系，与单一变量实验方法等进行比较，结合具体事例，分析正交试验的概念与设计步骤等知识，使学生能够具备实验设计的相关知识。案例教学：通过典型例子，介绍实验设计的具体设计步骤，使学生能够选择合理的正交试验方法。章节作业与小结：针对课堂内容，完成相应的作用并对内容进行梳理与总结，强化对知识模块的掌握。上机实践报告：通过具体实践操作，完成该部分理论知识模块的上机实践报告能够对正交试验设计进行回归分析回归正交试验设计能够利用计算机工具来辅助实验设计与优化计算机辅助实验设计与优化三、教学内容及学时分配本课程总学时数为24学时；课程教学共有5章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排对应的课程目标12第一章试验数据的误差分析6真值与平均值课程思政：以珠峰高度测量为切入点，在讲述概念的同时，向学生宣讲1960年中国人开创了人类首次从北坡登顶珠峰的壮举，顾励学生不断攀登科技高峰，培养学生的爱国精神。B√√1.2误差的基本概念B√√1.3试验数据误差的来源及分类A☆√√1.4试验数据的精准度B√1.5试验数据误差的统计检验A☆Δ√√1.6有效数字和试验结果的表达C√1.7误差的传递C√第二章试验数据的表图表示法22.1列表法课程思政：以每年国家统计局发布国家经济数据都以图表的形式展示位切入点，向学生宣讲国家在改革开放以来，不断取得的经济成就，激励学生要苦学科学文化知识，为实现中国梦努力奋斗。B√√2.2图示法B√第三章试验的方差分析43.1单因素试验的方差分析课程思政：以方差分析是一种严谨的数学统计方法为切入点，着重向学生强调严谨的治学态度，踏实学习本领。A☆Δ√3.2双因素试验的方差分析B√第四章试验数据的回归分析24.1基本概念C√4.2一元线性回归分析课程思政：以回归分析是一种有意义的数据处理方法，可以根据数据来推算规律为切入点，向学生讲述科学研究方法的重要性，要讲科学，信科学，爱科学，懂科学。A☆√第六章正交试验设计56.1概述课程思政：以很多国家重大工程科技攻关都需要反反复复的试验研究为切入点，介绍诸如中国高铁、港珠澳大桥等事例，向学生宣讲中国的工匠精神。C√6.2正交试验设计结果的直观分析法A☆√6.3正交试验设计结果的方差分析法BΔ√第八章回归正交试验设计18.1一次回归正交试验设计及结果分析课程思政：以试验的结果分析是试验成功的重要保障为切入点，介绍中国许多重大的科技成果取得过程中中国科学家的严谨治学态度，弘扬共和国科学家艰苦朴素，不畏艰难的担当精神和严谨的科学精神。B√上机实践利用excel和origin软件进行数据处理4利用excel和origin软件制作图表4利用excel进行正交试验的结果分析4（教学基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）各章节能力培养要求：第一章：主要讲述误差的基本概念，这其中包括向学生解释试验数据误差的来源及分类，以及不同误差来源于试验数据的精准度之间的对应关系，详细介绍试验数据误差的统计检验，使得学生能够针对不同误差来源的数据合理选择相应的数据误差的统计检验的方法，具备实验数据误差的处理方法和能力，最后介绍有效数字和试验结果的合理化表达等方面的知识，使学生具有科学记录数据与处理数据的能力。章节结束后，将安排学生进行一次章节作业和小结。第二章：主要讲述试验数据的表图表示法，通过本章的讲解，使得学生掌握试验数据科学图表表达的知识，具备数据的图表处理能力，能够具备根据不同的试验以及数据特点，选择不同表图的能力，章节结束后，将安排学生进行一次章节作业和小结。第三章：主要讲述根据试验数据的分析，明确各个试验中的因素下的水平之间的差别进行合理化的数学统计，通过试验结果的综合与分析，判断影响试验的主要因素，明确因素是否能够显著性的影响试验的结果。通过本章的讲解，使得学生掌握试验的方差分析的基本步骤、统计原理方面的知识，具备试验方差分析方面的数据处理能力。章节结束后，将安排学生进行一次章节作业和小结。第四章：本章主要讲述回归分析的基本概念以及回归分析的意义，详细讲解一元线性回归分析的基本方法和有效判定数学处理后得到的一元线性回归方程的方法，通过本章的学习，使得学生掌握线性回归方程的数学推导原理以及简化数学推导过程得到线性回归方程的基本方法，具备根据有限数据处理得到线性回归方程的能力，章节结束后，将安排学生进行一次章节作业与小结。第六章：本章主要讲述正交试验的基本概念、优点以及正交试验设计的基本步骤，详细讲解正交试验设计结果的直观分析法和方差分析法方面的知识，通过本章的学习，使得学生能够科学进行正交试验设计，能够对正交试验设计得到的试验结果进行科学高效的分析，能够根据分析结果进行信息的综合，并进一步优化试验的能力。章节结束后，将安排学生进行一次章节作业与小结。第八章：本章主要讲述回归正交试验设计的基本概念、优点以及回归正交试验设计的基本步骤，详细讲解一元回归正交试验设计结果的直观分析法方面的知识，通过本章的学习，使得学生能够理解回归行正交试验设计的基本原理和意义，能够与正交试验设计相比较，能够根据具体试验推导出一元回归正交试验设计的数学表达式并对结果进行预测的能力。章节结束后，将安排学生进行一次章节作业与小结。上机实践本实践过程主要是结合课堂教学部分讲授的理论知识，通过对学生讲授计算机辅助试验设计与数据处理的方法，并指导学生上机具体操作，利用Excel和