PAGEPAGE11《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程代碼：16104502課程名稱：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)英文名稱：DesignofExperiments課程類別：專業(yè)選修課學(xué)時(shí)：32學(xué)分：2適用對象:大三、大四統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)學(xué)生考核方式：考查先修課程：《經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)》《概率論基礎(chǔ)》《統(tǒng)計(jì)學(xué)原理》二、課程簡介緊抓課程改革核心環(huán)節(jié)，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，將“課程思政”作為融合德育與智育的融合主渠道，是逐步實(shí)現(xiàn)“立德樹人”的綜合教育理念的前進(jìn)方向。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用基礎(chǔ)課，是試驗(yàn)優(yōu)化的一個(gè)重要組成部分。本課程所說的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是指廣義試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是一種通用技術(shù)，它包含各類專業(yè)的具體實(shí)物試驗(yàn)方案的編排，而且還包含社會經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的非實(shí)物試驗(yàn)方案編排。系統(tǒng)的介紹了簡單比較實(shí)驗(yàn)、單因素實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)化區(qū)組、拉丁方設(shè)計(jì)、不完全區(qū)組設(shè)計(jì)、析因設(shè)計(jì)和2k析因設(shè)計(jì)等方法的理論、設(shè)計(jì)思路、及過程，使學(xué)生掌握一些基本的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能科學(xué)地、技巧地將各類復(fù)雜冗繁的試驗(yàn)由繁變簡，最大限度地節(jié)約人力、物力、財(cái)力及時(shí)間，同時(shí)又不會漏掉最優(yōu)參數(shù)組合及最優(yōu)工藝條件，獲取正確的試驗(yàn)結(jié)果。DesignandAnalysisofExperimentsisabasisclassaboutapplying,whichisoneofimportantcomponentsabouttestoptimization.Thetextintroducesthetheoryandmethodofsimplecomparisonexperiments,Single-factorexperiments,Randomdistinguishgroups,Latinsquares,Fractionalfactorialdesign,Incompleteblockdesign,andsoon.Afterstudyingthetext,thestudentscouldknowledgethebasistheoryaboutdesignandanalysisofexperiments.Theycouldletthecomplexquestionbecomethesimpleones.三、課程性質(zhì)與教學(xué)目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解或了解試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析的基本思想，并掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析的基本方法，能科學(xué)地選取最優(yōu)參數(shù)組合及最優(yōu)工藝條件，以達(dá)到用最經(jīng)濟(jì)的方式獲取正確的結(jié)果。培養(yǎng)具有解決有關(guān)實(shí)際生產(chǎn)和科研中實(shí)驗(yàn)問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，探索自然和人類的奧秘；傳遞和光大社會生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生獨(dú)立生存和超越自我的本領(lǐng)。四、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章導(dǎo)言目的與要求理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)含義、應(yīng)用特點(diǎn)；掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本原理和步驟；3.了解統(tǒng)計(jì)方法在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。舉例我國導(dǎo)彈研發(fā)中如何用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，探索自然和人類的奧秘；激發(fā)學(xué)生的國家自豪感和民族責(zé)任感。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？1．試驗(yàn)設(shè)計(jì)的含義2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的3．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程的一般模型第二節(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用在工序開發(fā)早期的應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用第三節(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理1．重復(fù)2．隨機(jī)化3．區(qū)組化第四節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指南設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一般步驟第五節(jié)在實(shí)驗(yàn)方法中用統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法時(shí)應(yīng)牢記的幾點(diǎn)（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、簡述設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)基本步驟，并舉例說明。（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第二章簡單比較實(shí)驗(yàn)（一）目的與要求1．理解幾個(gè)常用的基本統(tǒng)計(jì)概念2．掌握抽樣分布和中心極限定理3．掌握隨機(jī)化設(shè)計(jì)4．掌握配對比較設(shè)計(jì)5．了解正態(tài)分布的方差的推斷（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)基本統(tǒng)計(jì)概念1．變異性的圖示法2．概率分布、均值、方差第二節(jié)抽樣與抽樣分布1．隨機(jī)樣本、樣本均值、樣本方差2．自由度3．正態(tài)及其它抽樣分布4．中心極限定理第三節(jié)隨機(jī)化設(shè)計(jì)1．假設(shè)檢驗(yàn)（舉例商家進(jìn)行假貨銷售，如何利用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，樹立誠信價(jià)值觀和科學(xué)精神）2．樣本量的選取3．置信區(qū)間的確定4．均值與已知均值的比較第四節(jié)配對比較設(shè)計(jì)1．配對比較問題2．配對比較問題的優(yōu)點(diǎn)第五節(jié)關(guān)于正態(tài)分布的方差的推斷1．正態(tài)分布的方差的推斷（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、在一個(gè)化學(xué)工段中安裝了一臺新的過濾器。在安裝之前，一個(gè)隨機(jī)樣本提供了關(guān)于雜質(zhì)百分率的信息如下：，＝101.17，n1=8。安裝后，一個(gè)隨機(jī)樣本提供，＝94.73，n2=9。你能斷定兩個(gè)方差是相等的嗎？過濾器是否顯著地減少了雜質(zhì)的百分比？（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第三章單因素實(shí)驗(yàn)：方差分析（一）目的與要求1．理解方差分析的含義及基本思想2．掌握固定效應(yīng)模型的分析3．學(xué)會各個(gè)處理均值的比較方法（圖解比較法、對照法、正交對照法、Scheffe法和Tukey檢驗(yàn)法等）4．掌握隨機(jī)效應(yīng)模型（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)方差分析方差分析第二節(jié)固定模型效應(yīng)的分析1．總平方和的分解2．統(tǒng)計(jì)分析3．模型參數(shù)的估計(jì)第三節(jié)各個(gè)處理均值的比較1．均值的圖解比較法2．對照法與正交對照法3．用來比較全部對照的Scheffe法4．處理均值的配對比較法5．Duncan的多重極差檢驗(yàn)法6．Tukey檢驗(yàn)法第四節(jié)隨機(jī)效應(yīng)模型1．隨機(jī)效應(yīng)模型的建立2．隨機(jī)效應(yīng)模型的分析與應(yīng)用（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、研究三種商標(biāo)的電池。推測三種商標(biāo)的電池的壽命（以周記）是不同的。每種商標(biāo)檢測5節(jié)電池，得下列結(jié)果：壽命周數(shù)商標(biāo)1商標(biāo)2商標(biāo)31009692969276807584821081009698100（a）這些商標(biāo)的電池的壽命有差異嗎？（b）估計(jì)合適的統(tǒng)計(jì)模型的分量。（c）構(gòu)造電池商標(biāo)2的平均壽命的95％區(qū)間估計(jì)。構(gòu)造電池商標(biāo)2與3的平均壽命之差的99％區(qū)間估計(jì)。（d）你愿意選用那種商標(biāo)的電池？如果廠方要更換所有壽命低于85周的電池，他預(yù)期要更換的百分率有多大？（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第四章隨機(jī)化區(qū)組、拉丁方設(shè)計(jì)（一）目的與要求1．理解隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)的過程、方法2．掌握隨機(jī)化區(qū)組設(shè)計(jì)模型的適合性檢測及缺矢值的估計(jì)3．掌握拉丁方設(shè)計(jì)的過程、原理與方法4．掌握正交拉丁方設(shè)計(jì)的過程、原理與方法5.介紹方開泰等中國統(tǒng)計(jì)學(xué)家在區(qū)組設(shè)計(jì)中的原創(chuàng)貢獻(xiàn)及國際地位，增強(qiáng)學(xué)生的國家自信和民族自豪感。（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)1．隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)的定義2．隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)分析3．模型適合性檢測4．缺矢值的估計(jì)5．估計(jì)模型參數(shù)與一般回歸模型顯著性檢驗(yàn)第二節(jié)拉丁方設(shè)計(jì)1．拉丁方設(shè)計(jì)的定義2．拉丁方的統(tǒng)計(jì)分析3．拉丁方的重復(fù)4．交叉設(shè)計(jì)與對剩余效應(yīng)的平衡設(shè)計(jì)第三節(jié)正交拉丁方設(shè)計(jì)1．正交拉丁方的統(tǒng)計(jì)分析（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、研究三種不同的清洗液對妨礙五加侖牛奶容器內(nèi)的細(xì)菌增長的作用。分析是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做的，每天只能做三個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槿兆涌赡鼙硎疽环N潛在的變異性來源，實(shí)驗(yàn)者決定用隨機(jī)化區(qū)組設(shè)計(jì)。四天所得數(shù)據(jù)如下，分析這些數(shù)據(jù)并寫出結(jié)論。壽命周數(shù)日期清洗液1234123132218391624174454122（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第五章不完全區(qū)組設(shè)計(jì)（一）目的與要求1．掌握平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)2．掌握平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)中區(qū)組內(nèi)部信息的恢復(fù)3．掌握部分平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)4．掌握堯登方和格子點(diǎn)設(shè)計(jì)（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)1．平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)分析2．參數(shù)的最小二乘估計(jì)第二節(jié)平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)中區(qū)組內(nèi)部信息的恢復(fù)1．平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)中區(qū)組內(nèi)部信息的恢復(fù)第三節(jié)部分平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)1．部分平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)分析第四節(jié)堯登方和格子點(diǎn)設(shè)計(jì)1．堯登方的統(tǒng)計(jì)分析2．格子點(diǎn)設(shè)計(jì)（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、研究七種不同的硬木濃度，以便確定它們對所產(chǎn)生的紙張強(qiáng)度的效應(yīng)。但是，實(shí)驗(yàn)裝置每天只能進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槿兆涌赡苡杏绊?，化?yàn)員決定用平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)如下。分析這些數(shù)據(jù)并寫出結(jié)論。日期硬木濃度（％）123456724681012141141201171261201191371171341411291491451501431201181231361301272、實(shí)驗(yàn)者想用有兩次試驗(yàn)的區(qū)組來比較四種處理。給這一實(shí)驗(yàn)找一個(gè)有六個(gè)區(qū)組的平衡不完全區(qū)組設(shè)計(jì)。（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第六章析因設(shè)計(jì)導(dǎo)引（一）目的與要求1．理解析因設(shè)計(jì)的基本定義與原理2．掌握二因素析因設(shè)計(jì)3．掌握了解隨機(jī)模型與混合模型4．掌握一般的析因設(shè)計(jì)5．了解擬合響應(yīng)曲線與曲面6．了解不平衡數(shù)據(jù)的處理（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)基本定義與原理1．析因設(shè)計(jì)的含義與原理及優(yōu)點(diǎn)2．析因設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)第二節(jié)二因素析因設(shè)計(jì)1．固定效應(yīng)模型的統(tǒng)計(jì)分析2．多重比較3．模型適合性檢測4．估計(jì)模型參數(shù)及樣本量的選擇第三節(jié)隨機(jī)模型與混合模型隨機(jī)效應(yīng)模型混合模型其他混合模型樣本量的選擇第四節(jié)一般的析因設(shè)計(jì)1．一般的析因設(shè)計(jì)的原理2．一般的析因設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)方法第五節(jié)擬合響應(yīng)曲線與曲面1．?dāng)M合響應(yīng)曲線2.擬合響應(yīng)曲面第六節(jié)不平衡數(shù)據(jù)處理1．成比例情況的處理方法2．近擬方法3．精確法（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、研究化學(xué)過程的產(chǎn)率。兩個(gè)最重要的變量料想是壓強(qiáng)與溫度。每一因素選取三個(gè)水平，進(jìn)行有兩次重復(fù)的析因?qū)嶒?yàn)。產(chǎn)率數(shù)據(jù)如下在：溫度壓強(qiáng)200215230低中高90．490.790.290．290．690．490．190.589.990．390.690.190．590.890.490．790.990.1 (a)分析這些數(shù)據(jù)并寫出結(jié)論。(b)作出適當(dāng)?shù)臍埐顖D并論述模型的適合性。(c)在什么條件下你運(yùn)行這一生產(chǎn)過程。（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)第七章2k析因設(shè)計(jì)（一）目的與要求1．掌握22析因設(shè)計(jì)2．掌握23析因設(shè)計(jì)3．了解一般的2k設(shè)計(jì)（二）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)22析因設(shè)計(jì)1．22析因設(shè)計(jì)的原理2．22析因設(shè)計(jì)的殘差分析第二節(jié)23析因設(shè)計(jì)1．23析因設(shè)計(jì)的原理2．23析因設(shè)計(jì)的殘差與診斷檢測3．判斷效應(yīng)顯著性的其他方法第三節(jié)一般的2k設(shè)計(jì)1．一般的2k設(shè)計(jì)（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)與課后練習(xí)1、進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來研究操作溫度和三種熒光屏玻璃類型對示波管的光輸出的影響，收集到的數(shù)據(jù)如下：玻璃類型溫度1001251501235801090139056810871380570 10851386550103613285301000131257910701289546104586757510529055991065888假定兩個(gè)因素都是固定的。交互作用有顯著的效應(yīng)嗎？玻璃類型或溫度影響響應(yīng)嗎？你能寫出怎樣的結(jié)論？用本章討論的方法將溫度效應(yīng)分解為它的線性分量和二次分量。把交互作用分解為恰當(dāng)?shù)姆至?。（四）教學(xué)方法與手段采用多媒體輔助教學(xué)五、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時(shí)數(shù)課程內(nèi)容講課習(xí)題課討論課實(shí)驗(yàn)其他教學(xué)環(huán)節(jié)小計(jì)第一章導(dǎo)言22第二章簡單比較實(shí)驗(yàn)44第三章單因素實(shí)驗(yàn)：方差分析66第四章隨機(jī)化區(qū)組、拉丁方設(shè)計(jì)