《实验设计与方法B》教学大纲

《实验设计与方法B》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03151371课程性质：专业选修课学分：1学分学时：16学时（理论16学时）先修课程：高等数学、概率论与数理统计、线性代数等后续课程：毕业设计等适用专业：材料成型及控制工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《实验设计与方法》是材料成型及控制工程专业本科学生的专业选修课。本课程的任务是学习实验过程中的设计理论、实验数据的分析方法和实验的验证设计等。通过本课程的学习，使学生能够掌握数据的分析方法，并能够对实验所得的数据进行深度理解和挖掘，提高学生解决技术问题的能力和研究能力，并且能够以科学的理念和严谨的逻辑指导科研实验工作，为后续课程及从事科学研究、工程设计等领域工作奠定必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：理解实验设计、实验记录和数据处理的规范及相关要求，掌握实验设计的基本方法，能够对实验数据进行合理的处理和分析，并得出正确结论。课程目标2：能够根据实际生产问题制定科学的实验方案，并运用计算机对实验数据进行深度理解和挖掘，具备运用科学的实验方法解决实际问题和科学研究能力。课程目标3：具备利用文字和图表呈现实验结果的能力，掌握分析问题、解决问题的科学方法，学习我国科学家的科学精神和科学态度，加强现代社会竞争意识、环境保护意识、价值效益意识、求实创新意识的引导，培养精益求精的精神和科技报国的情怀。三、课程目标与毕业要求《实验设计与方法》课程教学目标对材料成型及控制工程本科专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能够应用数学、自然科学基本原理，对复杂材料成型及控制工程问题进行表述。课程目标1：理解实验设计、实验记录和数据处理的规范及相关要求，掌握实验设计的基本方法，能够对实验数据进行合理的处理和分析，并得出正确结论。M4.研究4.3能够分析和解释实验数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标2：能够根据实际生产问题制定科学的实验方案，并运用计算机对实验数据进行深度理解和挖掘，具备运用科学的实验方法解决实际问题和科学研究能力。H5.使用现代工具5.1能够了解、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对复杂材料成型及控制工程问题进行测绘、分析与计算，并理解其局限性。课程目标3：具备利用文字和图表呈现实验结果的能力，掌握分析问题、解决问题的科学方法，学习我国科学家的科学精神和科学态度，加强现代社会竞争意识、环境保护意识、价值效益意识、求实创新意识的引导，培养精益求精的精神和科技报国的情怀。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.绪论教学要求：使学生掌握试验与试验设计的基本概念，了解试验设计与数据处理的发展概况。重点：实验与试验的区别。难点：无。11、3试验数据的误差分析2.1真值与平均值2.2误差的基本概念2.3试验数据误差的来源及分类2.4试验数据的精准度2.5试验数据误差的统计假设检验2.6有效数字2.7误差的传递2.8Excel在误差分析中的应用教学要求：理解真值、平均值、误差、精准度；会进行随机误差和系统误差的检验；理解有效数字的修约规则和运算规则；掌握误差传递基本公式和常用函数的误差传递公式以及误差传递公式的应用。重点：试验数据的误差分析。难点：试验数据误差的统计假设检验、误差传递公式的应用、试验数据的显著性检验、异常样本值的判断和处理。21、2试验数据的图表表示法3.1列表法3.2图示法3.3计算机绘图软件教学要求：掌握列表法和图示法的应用，能够运用常见的绘图软件处理数据。重点：列表法和图示法。难点：绘图软件处理数据。11、2试验的方差分析4.1单因素试验的方差分析4.2双因素试验的方差分析教学要求：了解方差分析的基本命题；理解单因素试验与双因素试验、无重复试验与重复试验的区别；掌握单因素试验和双因素试验方差分析的基本步骤。重点：单因素试验数据的方差分析列表法和图示法。难点：试验因素对试验结果影响显著性的判断方法。21、2、35.试验数据的回归分析5.1回归分析的基本概念5.2一元线性回归分析5.3多元线性回归分析5.4Excel在回归分析中的应用教学要求：了解变量间相互关系及回归分析的概念，了解非线性回归分析的方法；掌握一元线性回归和多元线性回归分析的具体方法步骤，能够使用一元回归分析方法确定试验指标（因变量）与试验因素（自变量）之间的关系。重点：一元线性回归方程的建立及其显著性检验。难点：多元线性回归中因素主次的判断。21、2、3优选法6.1单因素优选法6.2双因素优选法教学要求：了解优选法的基本命题，单峰函数的定义和性质；了解双因素及多因素优选中常用的方法如等高线法、对开法、平行线法等；掌握单因素优选中均分法、比例分割法、对分法、逐步提高法的具体步骤；能够熟练运用黄金分割法和分数法对试验进行优化。重点：使用优选法对试验方案进行优化。难点：黄金分割法、分数法的原理及应用。21、2、3正交试验设计7.1正交法概述7.2正交试验设计及其结果的直观分析7.3正交试验设计结果的方差分析法教学要求：了解正交表的分类和性质；掌握单指标和多指标正交试验设计的方法步骤及其结果的直观分析；掌握有交互作用的和混合水平的正交试验设计方法；能够运用方差分析法对正交试验设计的结果进行分析。重点：不同条件下的正交试验设计方法。难点：多指标正交试验设计结果的直观分析及优方案的确定、有交互作用正交试验设计的表头设计、正交试验设计结果的方差分析。41、2、3均匀设计8.1均匀设计表8.2均匀设计的基本步骤8.3均匀设计的应用教学要求：了解均匀设计、均匀性、均匀设计表的概念；熟悉均匀设计的基本思想；掌握实验结果的处理。重点：均匀设计法。难点：均匀设计的实验结果处理。21、2、3合计16五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式和任务驱动式等教学方式，结合生产案例、视频资源等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较全面地理解实验设计与数据处理的基本方法和基本技能，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。课程教学还结合基于学习通自建的课程思政元素库、习题库等资源以及慕课、雨课堂配合实施。六、课程资源1.推荐教材（1）吕英海,于昊,李国平.试验设计与数据处理[M].化学工业出版社.2021.2.参考书（1）李云雁.试验设计与数据处理(第三版)[M].化学工业出版社.2019.（2）刘振学,王力.实验设计与数据处理(第二版)[M].化学工业出版社.2015.（3）张忠明.材料科学中的试验设计与分析[M].机械工业出版社.2016.（4）李庆扬.数值分析[M].清华大学出版社.2008.（5）王岩,隋思涟.试验设计与MATLAB数据分析[M].清华大学出版社.2012.（6）DawnGriffiths(李芳译).深入浅出统计学[M].电子工业出版社.2012.（7）费业泰.误差理论与数据处理(第七版)[M].机械工业出版社.2015.3.期刊（1）朱怀志,徐明伟,晏鹏程等.基于正交实验法的地表下沉系数主因素分析[J].煤炭技术,2017,36(10):31-32.（2）王鹏,舒才,施峰等.不同砂胶比、密度和含水性相似材料力学性质正交试验研究[J].岩土力学,2017,38(S2):229-235.（3）王立涛,柯映林,黄志刚.航空铝合金7050-T7451铣削力模型的实验研究[J].中国机械工程,2003(19):70-72+5.（4）BoonkanitP,PansongW.DesignofExperimentofHighPressureSteelTankUsingTandemSubmergedArcWelding[J].AppliedMechanics&Materials,2016,848.（5）李涛.淬硬模具钢正交切削的力学建模与计算机仿真研究[D].南京航空航天大学,2007.（6）李得胜.汽车用钢的激光搭接焊与电阻点焊的对比试验研究[D].湖南大学,2010.4.网络资源（1）何为.试验设计与方法,网络课.http://www.wlxt./wlxt/ncourse/sysjff/web/wlzy.asp.（2）陈耀辉.统计学,慕课./course/NJUE-1001752031.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现4根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√121章节学习12根据线上自主学习情况进行考核，满分100分。线上学习包括视频学习和章节测试，根据完成情况进行此环节的最终评分。并以此成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。123453分组任务12根据每次分组任务完成情况和PPT质量分组评分，满分100分；每次分组任务单独评分，取各次成绩的平均值作为最终成绩，并以此成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√453课程作业12主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√453期末考核60期末大作业为100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。主要考核误差的来源、实验的方差分析和回归分析、试验优选方法和相关的试验设计，包括正交试验设计、均匀试验设计、回归正交设计和配方实验设计等。√√√252510合计：100分384220八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、章节学习、分组任务、课程作业和期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩组成。其中：过程性考核成绩为100分（权重40%），期末大作业成绩为100分（权重60%）；过程性考核成绩和期末考核成绩分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现10出勤率100%，不迟到早退；积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。出勤率100%，不迟到早退；认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。旷课一次；偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。旷课两次；上课不认真，偶尔参与教学活动。无故旷课三次以上，上课不认真，上不参与教学活动。章节学习30按时完成所有视频学习和章节测试，准确率高。按时完成所有视频学习和章节测试，准确率较高。按时完成所有视频学习和章节测试，准确率一般。按时完成所有视频学习和章节测试，准确率一般。基本不参与视频学习和章节测试。分组任务30PPT撰写认真规范，能够熟练讲解PPT，结果正确，团结协作，结果