《试验设计》教学大纲

SQTC DG-C-05-03.1 教学大纲课程名称：实验设计（DOE）制定日期：2007年7月上海质量教育培训中心《实验设计（DOE）》教学大纲一、课程的目的和任务实验设计是人类在长期的生产斗争和科学实验中为了提高产品的质量和数量，解决多因素试验问题，在不断总结实践经验的基础上逐步形成和发展起来的。

它是利用正交表来安排多因素试验，利用统计数学原理来进行数据分析的一种科学方法。

本课程的目的和任务是让工程技术人员和管理人员了解正交试验设计和参数设计的基本思想和方法，理解参数设计中的稳健设计和灵敏度分析，掌握正交试验设计的方法及统计分析方法。

二、课程的基本要求1．了解试验为什么要设计。

2．理解多因素试验问题及试验要求。

3．掌握正交试验设计的直观和方差分析法。

4．掌握正交表的选用和表头设计。

5．了解三次设计的思想。

6．理解参数设计的基本思想。

7．理解稳健设计和理解灵敏度分析的方法。

三、课程内容（一）实验设计概述内容：单因素和多因素试验；多因素试验的试验设计要求：了解多因素试验为什么要设计重点：多因素试验问题（二）正交试验设计内容：正交表；正交试验设计方法和应用步骤；正交试验的统计分析；正交表的选用和表头设计要求：理解正交试验设计的方法和应用步骤；掌握正交试验设计的直观和方差分析法；掌握正交表的选用和表头设计重点：正交试验设计的方差分析法和正交表的选用和表头设计（三）参数设计内容：田口的三次设计；参数设计的基本思想；稳健设计和灵敏分析要求：了解参数设计的基本思想，理解稳健设计和灵敏度分析的方法重点：稳健设计和灵敏度分析四、本课程与其它课程关系学员在学习本课程前，应掌握数理统计的基本知识，本课程可作为质量管理中常用统计技术的系列课程，也可作为学习6SIGMA管理课程提供基础知识。

六、教材及参考书1．《质量体系中的统计技术》上海科学技术出版社2．培训中心自编DOE讲义。

"试验设计方法"课程教学大纲课程编号：55036120学时：32学分：2先修课程：《无机化学》、《物理化学》、《电子材料》、《微机原理与应用》、《大学物理》、《高等数学》、《概率及数理统计》一.课程性质和任务试验设计方法是自然科学研究方法论领域中一个分支学科。

正确设计试验方案并对所获得的实验数据进行科学的统计分析是每个研究工作者必须具备的基本功。

应用科学的试验设计方法，可以以最少的人力、物力消耗，取得更多、更好的科研成果，达到多、快、好、省建设社会主义的目的。

其任务是让学生掌握近代最常用、最有效的几种试验设计方法的基本原理及其在化学、电子、材料和机械等领域中应用的基本方法。

二.教学目的和要求(1)正交试验法：要求学生掌握正交实验法的基本原理，能熟练地运用正交实验法安排多因素多水平多指标的正交实验，正确地运用自由度选表原则，选择适当的正交表来安排正交实验，并能用极差分析法、方差分析法分析实验结果。

掌握多指标问题及正交表在试验设计中的灵活应用方法。

掌握混合水平正交试验设计方法，活动水平法，组合因素法及正交分割试验的原理及实施方法。

(2)优选法基础：掌握优选法的基本原理，掌握黄金分割、平分法，多因素降维法进行试验设计的原理及应用。

(3)回归分析法：掌握一元线性回归、多元回归、正交多项回归方程建立的基本方法。

(4)均匀设计法及单纯形法：掌握均匀设计法的基本原理及应用。

掌握单纯形优化法的基本原理，单纯形法优化法的参数选择及应用。

三.课程内容和学时分配本课程共分7章，总学时为32学时，其中讲授28学时，实验4学时，课外上机8学时。

内容学时数绪论1第一章 正交试验基本方法5第二章 正交试验结果的统计分析--方差分析法5第三章 多指标问题及正交表在试验设计中的灵活运用5第四章 优选法基础3第五章 回归分析法4第六章 均匀设计法3第七章 单纯形优化法2四.基本内容绪论（1学时）?试验设计方法在科学技术发展中的地位和作用。

《试验设计》课程实验教学大纲大纲制定（修订）时间： 2017年 6月课程名称:《试验设计》课程编码：090541002课程类别：专业课课程性质：必修课适用专业：应用统计学课程总学时：40实验（上机）计划学时：8开课单位：理学院一、大纲编写依据1、应用统计学2017版教学计划；2、《试验设计》理论教学大纲对实验环节的要求。

二、实验课程地位及相关课程的联系1、本实验项目是在学习试验设计课程的过程中，运用所学的理论知识，运用spss等统计软件实现解算的课程；2、本课的先修课程：数理统计，具备计算机操作能力。

三、实验目的、任务和要求实验目的、任务1、理解试验设计的基本理论，训练运用spss统计软件，Excel电子表格环境调试程序的基本方法；2、培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力；3、通过设计型实验训练，使学生初步掌握试验设计方法的实现；4、通过上机实践，加深学生对所学理论知识的理解，最终达到理论联系实际的目的。

5、培养学生正确书写实验报告的能力。

实验基本要求1、实验项目的选定依据教学计划对学生实践能力培养的要求；2、实验项目要求学生学习了试验设计的基本知识的基础上，运用相关知识进行各种试验设计；3、通过实验，要求学生做到：1）能够预习实验内容，自行设计程序并撰写实验报告；2）能够独立分析实验结果；3）学会调试、测试程序。

四、教学方法、教学形式、教学手段的特色教师指导下的学生研究式教学方法。

上机操作的教学形式。

按要求自己选择试验问题、上机实现、形成报告。

五、实验内容和学时分配六、教材（讲义、指导书）《试验设计》赵选民编，科学出版社2006七、考核方法和评分标准成绩根据出勤、课堂表现、实验报告分为五等级：优、良、中、及格、不及格。

八、使用说明1.本实验教学大纲一般随课程进度进行安排，也可集中安排；2.完成实验教学内容，并提交相应实验报告。

《试验设计及数据分析》教学大纲一、基本信息课程代码：1022024学分：2总课时：32课程性质：专业核心课程适用专业：食品质量与安全、水产品质量与安全、农产品加工与贮藏、水产品加工与贮藏专业、农产品流通及品控、食品资源与食品化学、现代食品制造技术等。

先修课程：高等数学，线性代数等。

二、本课程教学目的和任务通过对《试验设计及数据分析》课程的学习，使学生了解、熟悉和掌握一些规范的数据处理方法，深度挖掘一些蕴含在数据背后的物理意义，以及学会相应的Excel、Matlab等软件处理方法和技巧。

并且，能够在研究过程中，利用数据处理软件对数据进行规范处理。

三、教学方法与手段教学方法：理论教学+软件演示+上机实验训练教学手段：理论部分采用多媒体教学（PPT），并且，课堂中通过数据案例分析，并结合软件现场演示，加深学生理解。

同时围绕重点、热点问题留作业，让学生自己查资料、讲解、讨论等。

四、教学内容与要求《试验设计及数据分析》第一章统计学基础知识第一节总体与样本第二节统计描述一、统计特征数二、次数分布第三节概率分布与抽样分布一、概率分布二、抽样分布第四节统计假设检验基本原理一、试验结果的直观分析及其局限性二、统计假设检验的意义三、统计假设检验的基本步骤四、统计假设检验的两类的错误五、双尾检验与单尾检验六、假设检验应注意的问题第二章试验设计原理与方法第一节试验方案设计一、试验有关的术语二、试验方案设计的基本原则三、试验方案类型四、比较性试验方案的类型及设计要点五、正交设计第二节试验方法设计一、试验方法设计目的二、试验方法设计的基本原理三、试验方法设计类型第三章效应比较性试验结果的统计分析实例第一节两样本资料差异显著性检验一、两样本平均数差异显著性检验二、两样本率差异显著性检验第二节单因素试验统计分析实例一、完全随机设计单因素试验结果统计分析二、随机区组设计单因素试验结果统计分析三、完全随机设计系统分组单因素试验结果分析四、拉丁方设计单因素试验结果统计分析第三节多因素试验统计分析实例一、完全随机设计二因素试验结果统计分析二、完全随机设计三因素试验结果统计分析三、两因素裂区设计试验结果统计分析四、正交设计试验结果统计分析第四节资料的正态性检验第五节方差齐性检验第六节卡方检验第七节非参数检验第四章变量间相互关系的统计分析原理及实例第一节回归与相关的概念第二节一元线性回归分析第三节直线相关分析第四节曲线回归分析第五节多元线性回归分析第五章多元统计简介及实例第一节主成分分析第二节偏最小二乘分析五、教学时数分配表（宋体，小四号，加粗，左对齐）内容实验个数实验时数总参考时数章1 第一章统计学基础知识（4学时）6学时2 第二章试验设计原理与方法（6学时）6学时6学时3 第三章效应比较性试验结果的统计分析实例（6学时）4 第四章变量间相互关系的统计分析原理及6学时实例(6学时)5 第五章多元统计简介及实例（6学时）6学时6 总结与复习2学时合计32七、考核方式及成绩评定标准考核方式：平时成绩＋期末开卷考试或论文＝100分成绩评定标准：平时成绩占40％出勤和课堂表现20分专题讲解和讨论20分期末考试成绩占60％（卷面为100分）综合成绩评定为百分制。

试验设计与优化教学大纲Experimental Design and OptimizationSyllabus 课程代码：01学分：2学时：其中：讲课学时：26 实践或实验学时：上机学时：8先修课程：要求先修完无机化学、分析化学、高等数学适用专业：化学、化学教育、化学工艺、制药工程建议教材：自编教材开课系部：化学与生物工程系一、课程的性质与任务课程性质：试验设计与优化是研究试验设计方法与实验数据分析方法的一门应用数学课程,主要内容包括试验设计的正交设计方法与其它的一些常用优化方法;本课程是化学专业本科班专业基础课,选修课程;课程任务：学完本课程后,可使学生掌握基本的数据处理方法,并用它来设计实验、优化实验;学生要会处理实验数据并能独立设计试验,并为学生在以后的学习、科研或工作中灵活运用打下坚实的基础;二、课程的基本内容及要求第一章统计学基础课程教学内容：1. 正态分布绪论基本概念真值基本单位和标准参考物质加和号的运算随机误差的正态分布正态分布表的使用正态分布的数字特征;2．分析结果的合理表达有限次测定的统计处理区间估计和分析结果的表达预测分析数据和置信度总体平均值的区间估计测定结果不确定度和分析结果的表达有效数字的取舍课程的重点、难点：重点：1.正态分布的数字特征2.总体平均值的区间估计难点：1.数字的正态分布2.分析数据的表达方法课程教学要求：1．了解正态分布相关的基本概念以及正态分布的数字特征;2．理解真值基本单位和标准参考物质,随机误差的正态分布,分析数据的表达方法;3．掌握正态分布表的使用,学会预测分析数据的置信度及总体平均值的区间估计;第二章数据的统计检验课程教学内容：1．偶然误差的检验概况小概率事件原则方差的检验;2．系统误差的检验t检验方差检验离群值的检验课程的重点、难点：重点：1．各种检验基础思想2．各种检验基础思想难点：1．方差的检验2．t检验课程教学要求：1．了解偶然误差检验和系统误差检验的方法;2．理解误差检验和系统误差检验的基础思想;3．掌握t检验和方差检验及离群值检验的方法;第三章方差分析课程教学内容：1．单因素方差分析变差平方和的加和性单因素试验的方差分析;2．二因素方差分析双因素试验的方差分析课程的重点、难点：重点：双因素实验的方差分析难点：1．两因素交叉分组全面试验的方差分析2．变差平方和的加和性课程教学要求：1．了解两两多重比较问题;2．理解单因素与双因素有重复问题与无重复问题进行方差分析的基本原理;3．掌握方差分析的基本原理及分析方法;第四章试验数据的回归分析课程教学内容：1．一元线性回归基本概念一元线性回归;2．多元线性及多项式回归多元线性回归非线性回归课程的重点、难点：重点：1．一元线性回归2．多元线性回归和多项式回归难点：1．非线性回归的线性转化2．多项式回归课程教学要求：1．了解一元及多元线性回归的基本概念;2．理解多元线性回归和非线性回归的问题;3．掌握一元及多元线性回归方程的建立和检验的方法;第五章正交试验设计课程教学内容：1．正交试验设计和正交表基本概念;2．正交试验设计结果的直观分析正交试验设计结果的直观分析;3．正交试验设计结果的均衡评定正交试验设计结果的均衡评定4．正交试验设计结果的方差分析正交试验设计结果的方差分析课程的重点、难点：重点：1．进行正交试验设计的方法2．条件求和及极差的计算3．进行正交试验结果的均衡评定4．正交试验设计结果的方差分析难点：1．正交性和正交表2．直观分析结果的表述3．评分法和均衡评定4．变差平方和的计算课程教学要求：1．了解多指标问题的各种解决方法;2．理解正交试验设计的方法;3．掌握正交表的使用,会用直观分析与方差分析方法分析试验结果;第六章均匀设计课程教学内容：1．均匀设计和均匀表均匀设计表;均匀设计的基本步骤;2．均匀设计的结果处理均匀设计的应用;课程的重点、难点：重点：1．进行均匀设计2．进行均匀设计并对实验结果进行分析难点：1．均匀设计表的选择2．均匀设计结果分析时,回归方程的建立和规划求解课程教学要求：1．了解多元回归分析方法;2．理解均匀设计的步骤与结果分析;3．掌握均匀表的使用,会构造一张均匀表;第七章回归正交试验设计课程教学内容：1．回归正交试验设计的方法一次回归正交试验设计;2．回归正交试验设计的结果处理一次回归正交试验设计的结果分析;课程的重点、难点：重点：1．进行一次回归正交试验设计2．进行一次回归正交试验设计并分析其结果难点：1．一次回归正交试验设计正交表的填写2．回归方程的计算方法课程教学要求：1．了解多指标问题的各种解决方法;2．理解正交试验设计的方法;3．掌握正交表的使用及正交试验设计的方法,会用直观分析与方差分析方法分析试验结果;三、实践教学要求通过上机实践,本课程要求学生在真正意义上掌握正交试验设计的直观分析、方差分析方法与解决正交设计表头问题的方法,熟悉正交设计与均匀设计的应用条件及区别;四、课程学时分配五、大纲说明1、在本门课程的教学过程中主要采用多媒体教学方法,结合上机实践,利用理论与实际相结合的方法,才能使学生掌握正交试验设计的直观分析、方差分析方法与解决正交设计表头问题的方法;2、考核方式：考查,最终考核70%、平时考核包括上机、作业、小测验、提问、出勤等占30%；3、本教学大纲课程内容的第1-2章是基础性内容,教师可多参考一些数理统计方面的书籍和文献,使其丰富并易于接受；第3-7章讲解时尽量与实验结果结合,要求学生掌握基本理论,并且能够灵活应用;课程进行时可以根据所选教材适当增减内容,安排习题内容;六、参考书目1．试验设计与数据处理,李云雁、胡传荣编,化学工业出版社,出版时间2008年;2.数理统计在分析化学中的应用, 高俊杰等编,校外讲义;3.试验设计与数据处理, 编,中国科学技术大学出版社,出版时间2008年;4.试验设计与数据处理,, 编,东南大学出版社, 出版时间2008年;5．均匀设计,方开泰主编,高等教育出版社,出版时间1988年;6．实验设计与分析,袁志发主编,高等教育出版社,出版时间2000年;七、制定人：审定人：批准人：。

《试验设计与数据处理》教学大纲课程编码：0413105002课程名称：试验设计与数据处理学时/学分：24/1.5先修课程：《高等数学》适用专业：化学工程与工艺、制药工程、化学开课教研室：化工教研室一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是面向化学工程与工艺、制药工程及化学专业学生的专业选修课程。

2．课程任务：本课程的基本任务是在学生学习《高等数学》等专业基础课程的前提下，向学生介绍工程技术和科研试验中常用的试验设计与数据处理方法，为其后续专业实验、毕业论文环节的顺利进行打下良好基础。

二、课程教学基本要求通过本课程的教学，使学生了解并掌握科学试验中试验前的试验方案设计以及对试验所获得数据进行分析和处理的基本理论和知识，学会使用科学的试验设计方法设计试验并对试验得到的大量数据进行正确的分析和处理，同时能够合理地设计试验，使试验次数尽可能少并在较短的时间内以较少的成本来达到预期的试验目标，进而摸索出较优的工艺条件或配方。

通过培养学生合理设计化学工程试验，并对试验数据进行科学分析和处理的技能，最终达到提高学生分析问题和解决问题的能力（如确定最优工艺条件或配方）的目的。

成绩考核形式：期末成绩（70%）＋平时成绩（作业、课堂提问等）（30%)。

成绩评定采用百分制，60分为及格。

三、课程教学内容第一章绪论1.教学基本要求了解试验设计与数据处理的概念和发展，学习此门课程的目的与意义；掌握试验设计的三个基本要素。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生能准确理解指标、因素、水平等基本概念，掌握试验设计与数据处理的基本要素。

3.教学重点和难点教学重点是试验设计的基本要素。

教学难点是试验设计中因素与水平的选取原则。

4.教学内容（1）试验与试验设计的基本概念（2）试验设计与数据处理的发展概况（3）试验设计的基本要素主要知识点：指标；因素；水平。

（4）试验设计与数据处理的目的第二章试验数据的误差分析1.教学基本要求理解误差分析的重要性，各种试验误差的来源，误差理论的基本问题，掌握误差的检验与控制方法；掌握有效数字的修约标准与运算规则；能够运用误差的传递公式判断间接测量或函数误差的主要来源，选择合适的测量仪器或方法；能够根据具体情况运用合适的方法对数据进行显著性检验，并对数据中可能存在的异常值进行检验和处理。

《试验设计》课程设计教学大纲课程编码：090551011 学时/学分:2周/4学分一、大纲使用说明（一）适用专业应用统计学专业（二）课程设计性质必修课（三）主要先修课程和后续课程1.先修课程：数理统计2.后续课程：质量控制与可靠性分析（四）使用教学计划版本2017版二、课程设计目的及基本要求本课程设计是应用统计学专业必修课程。

通过该课程设计，使学生进一步理解试验设计的基本概念、理论和方法；初步掌握Excel统计工作表在试验数据统计中的应用，能利用SPSS等统计软件对相关问题完成从试验设计到统计分析结果的输出；具备初步的运用计算机完成试验数据处理的技能，使课堂中学习到理论得到应用。

设计目的如下：1.通过《试验设计》课程的学习，使学生能够掌握常用的试验设计方法，并且能够将这些方法应用于生产、科研及生活的方方面面。

这门课程使试验设计方法与实践相结合，能培养学生的应用能力与解决实际问题的能力。

，培养与提高学生的科学设计能力，掌握设计原理。

2.熟悉spss等统计软件，Excel电子表格，能运用统计软件编程实现数据分析方法的计算过程，正确地处理数据，数据分析是试验设计重要环节，在这个环节中学生用所学的试验方法和数学模型进行验证，以达到熟练掌握所学知识、提高数据分析能力的目的。

3.增强学生的科学设计素质。

要求学生严肃认真的工作态度、主动研究的探索精神和通过试验发现规律的优良品德。

4.注重创新设计、综合性设计，写出合格的设计报告。

基本要求：1.能利用试验设计的基本理论分析解决实际问题。

理解掌握方差分析、回归分析、正交试验设计、均匀试验设计等常用方法的基本原理和计算过程，并能综合应用各种方法解决实际问题。

2.掌握利用统计软件处理数据的基本方法3.设计报告符合学校规定，结构合理，排版规范，条目齐全。

三、课程设计内容及安排1.在科学试验或社会实践中收集适当的实际问题，进行正交试验或均匀试验设计。

2．Excel在直观分析中的应用。

《试验设计与分析》教学大纲课程名称：试验设计与分析课程类型：范围选修课-专业基础课学时：32学时，2学分适用对象：农学、植物保护、生物技术、生物科学、草业科学等本科专业先修课程：生物统计学、植物学、植物生理学、遗传学、植物病理学和昆虫学等课程一、课程性质、目的与任务以及对先开课程要求试验设计是自然科学研究方法论领域中一个分支学科。

正确设计试验方案并对所获调查数据进行科学的统计分析是每个研究工作者必须具备的基本功。

尤其是在人类社会进入科技发展的今天，如何花费最小的代价取得所关心的信息，学习、掌握与应用本课程知识就显得尤为重要了。

要求先开课生物统计学要系统介绍描述统计、推断统计、方差分析以及线性回归等基本概念、基本原理和方法。

二、教学重点及难点本课程重点讲授各种试验设计方法的要点及特点，相应的统计分析应用条件、方法、步骤及结果解释；模拟研究、田间研究的试验方法，调查数据获得的基本知识和技能。

课程的难点是阐述在实验过程中如何实现误差的最小化和无偏估计，如何进行环境设计和处理设计。

三、与其他课程关系本课程较其他统计学更侧重统计模型及其在有关专业课中较为深入应用，强调试验设计、调查设计方法。

课程中例题涉及遗传育种、作物栽培、土壤肥料、植物病理和昆虫、果树蔬菜、食品加工等多方面，是为上述这些课程打基础，同时也为进行一些科学研究和撰写的毕业论文提供设计和分析方法。

四、教学内容、学时分配及基本要求第一章：绪论（2学时）基本要求：了解试验设计在科学研究中的地位、作用及试验设计的主要内容；了解合理制定试验方案原则，理解试验数据误差的产生及控制途径。

重点：试验方案、试验误差、精确度与准确度难点：试验效应、互作、试验误差的规律性和层次性第一节试验设计在科学研究中的作用1.科学研究的基本过程2.科学研究的基本方法3.试验设计的主要内容第二节试验方案1.试验因素与水平2.试验指标与效应3.制定试验方案的要点第三节试验误差及其控制途径1.试验数据的误差和精确性2.试验误差来源3.随机误差的规律性4.随机误差的层次性5.随机误差的控制第四节试验设计及研究方法的发展1.试验设计学科的历史和发展2.科学研究中不同阶段的试验设计第二章：完全区组试验设计及分析（8学时）基本要求：掌握单因素及多因素完全随机试验设计及结果分析；掌握单因素及多因素随机区组设计及结果分析，了解双向随机区组设计及结果分析；掌握单因素及两因素拉丁方试验设计及结果分析，了解希腊拉丁方、多重正交拉丁方设计。