试验优化设计与分析(教材)

试验设计DOE design Of experiment教材王万中 试验的设计与分析 高等教育出版社参考文献1．李云雁 胡传荣 试验设计与数据处理 化学工业出版社2．茆诗松 周纪芗 陈颖 试验设计 中国统计出版社3．方开泰 试验设计 高等教育出版社一、引 言试验设计（design Of experiment，DOE），也称为实验设计。

试验设计是以概率论和数理统计为理论基础，经济地，科学地安排试验的一项技术。

试验设计自20世纪20年代问世至今，其发展大致经历了三个阶段：即早期的单因素和多因素方差分析，传统的正交试验法和近代的调优设计法。

试验设计的概念从20世纪30（20）年代费希尔（R.A.Fisher）在农业生产中使用试验设计方法以来，试验设计方法已经得到广泛的发展，统计学家们发现了很多非常有效的试验设计技术。

20世纪60（50）年代，日本统计学家田口玄一将试验设计中应用最广的正交设计表格化，在方法解说方面深入浅出为试验设计的更广泛使用作出了巨大的贡献。

试验设计的内容产品质量的高低主要是由设计决定的，一个好的试验设计包含几个方面的内容。

第一是明确衡量产品质量的指标，6σ管理强调用数据说话，所以这个质量指标必须是能够量化的指标，在试验设计中称为试验指标，也称为响应变量(responsevariable）或输出变量。

第二是寻找影响试验指标的可能因素（factor) ，也称为影响因子和输入变量。

因素变化的各种状态称为水平，要求根据专业知识初步确定因家水平的范围。

第三是根据实际问题，选择适用的试验设计方法。

试验设计的方法有很多，每种方法都有不同的适用条件，选择了适用的方法就可以事半而功倍，选择的方法不正确或者根本没有进行有效的试验设计就会事倍而功半。

第四是科学地分析试验结果，包括对数据的直观分析、方差分析、回归分析等多种统计分析方法，这些工作可以借助各类（SAS SPSS MATLAB EXCEL等等）软件完成。

《实验设计与数据处理》教学大纲（Experiment Design and Data Analysis）一、基本信息课程代码：学分：2总课时：32课程性质：硕士专业基础课适用专业：环境工程先修课程：高等数学、概率论、线性代数二、本课程教学目的和任务本课程是环境工程硕士生的专业课。

数据分析作为一种研究手段，主要是通过从系统设计、参数设计和允许误差设计入手，运用一定的物质手段，在人为控制或模拟自然现象的条件下，使环境过程以纯粹的、典型的形式表现出来，以便进行观察、研究、探索环境本质及其规律，使试验设计建立在统计理论基础之上，试验设计与数据处理相并重。

三、教学方法与手段以课堂教学为主，采用多媒体教学。

四、教学内容及要求第一章环境实验设计与数据处理概论要求掌握（1）环境试验研究的目的与任务；（2）环境试验研究的类型；（3）环境试验研究的程序重点内容：准确理解环境试验研究类型的区分；理解环境试验研究的设计步骤，以及试验设计的基本要求。

难点内容：理解环境试验因子、水平、处理、重复、响应指标等要素，了解准确度、精密度等概念。

第二章环境试验的优化设计要求掌握（1）非均分设计；（2）黄金分割设计；（3）纵横对折设计；（4）平行线设计；（5）环境试验的正交设计；（6）环境试验点均匀设计；熟悉单因子、双因子优选设计的基本方法，熟悉正交表的定义和类型；了解均匀设计与正交设计的区别。

重点内容：正交试验的设计步骤，常见的正交设计运用方法，均匀设计的步骤难点内容：了解分数法设计；旋升设计；逐步提高设计；陡度法设计；单纯形法设计等。

第三章环境数据的展示分析要求掌握（1）频数频率分布表；（2）茎叶图和箱线图；（3）轮廓图和雷达图；（4）概率密度和分布函数。

熟悉常用的概率分布函数；了解正态分布。

重点内容：离散型概率分布和连续型概率分布的条件和数字特征，正态分布的概率密度函数及特点。

难点内容：了解空间序列数据的展示分析，联合概率分布和随机变量的函数。

2024年新教材试验总结2024年是我国教育改革的重要一年，全国范围内开始试验新教材，涉及小学、初中和高中各个年级。

我作为一位小学教师，也参与了新教材的试教和总结工作。

在这篇文章中，我将对2024年新教材试验进行总结，并分享一些个人的观察和想法。

首先，我想说的是新教材的出现带来了不少变化。

新教材强调素质教育，注重学生综合素质的培养，与传统教材相比更加注重培养学生的创新思维、实践能力和合作精神。

通过增加课外阅读、科技实践项目和社区服务等活动，新教材有助于培养学生的批判性思维和解决问题的能力。

其次，新教材注重培养学生的兴趣和乐趣。

传统教材往往注重知识的传授和考试成绩的提高，导致学生对学习产生厌倦和厌烦的情绪。

而新教材通过情感教育和生活化教学的方式，激发学生的学习兴趣和动力。

比如，在语文课上，我们鼓励学生讲故事、表演小品，培养他们对文字和语言的热爱；在数学课上，我们引导学生通过游戏和实践，发现数学的美妙之处。

这样的教学方式不仅让学生喜欢学习，也使他们学到更多的知识。

第三，新教材注重培养学生的综合能力。

过去，课堂教学往往注重知识点的讲解和演练，而缺少对学生实际操作和应用能力的培养。

而2024年的新教材试验则有意识地引入了更多的实践性和探究性任务，让学生通过实际操作和团队合作来解决问题。

比如，在科学课上，我们组织学生进行科学实验和调查研究，培养他们的观察力、实验设计和数据分析能力；在艺术课上，我们让学生参与绘画、舞蹈和音乐创作，培养他们的审美能力和创造力。

这样的实践性任务不仅加强了学生对知识的理解和应用，也培养了他们的合作精神和团队意识。

最后，新教材给教师带来了更大的挑战。

新教材要求教师更加关注学生的个体差异和学习需求，采用多样化的教学方法和评价方式。

同时，教师也需要不断更新自己的知识和教学技能，提高自己的教学能力和专业素养。

作为一位小学教师，我深感新教材的推出使自己面临着更加严峻的挑战，但我也深信只有不断学习和成长，才能更好地适应新教材的要求，为学生的发展提供更好的引导和服务。

教学设计 2.4 技术验证及其方法一、教学目标（一）知识与技能（1）通过对具体案例的分析与认真的思考，认识技术试验的重要性。

（2）具有初步的技术试验的操作技能，能进行基本的技术测试，会写简单标准的技术试验报告；（3）学会简单的技术试验方法，形成初步的技术能力。

（二）过程与方法（1）通过学生参与实践教学活动，结合相关的案例体会技术试验的重要意义。

完成简单的技术试验。

（2）通过自身的体验和生活实例理解各种试验方法的特点。

（三）情感态度与价值观通过技术试验内容的教学，让学生积极参与实践活动，在技术设计中注重实事求是的精神，严谨负责的科学态度，形成富有责任感的技术设计观。

清楚设计产品和成果都是为人而设计的，对产品进行技术试验，发现设计的缺陷，改进设计方案，是为了确保人们安全、有效的使用设计成果，培养社会责任感和道德心以及科学严谨的技术责任感。

感受技术试验的快乐，培养学生百折不挠的意志和品质，培养实事求是、精益求精的态度和对科学严谨的技术责任感，形成富有责任感的技术设计观。

（四）核心素养技术验证必然体现出技术意识，技术验证需要工程思维才能实现，而好的验证方案必然是有创新设计的，有合适的图样表达，以及物化能力也会得到体现。

二、学习者分析在理、化、生的学习中，学生对科学实验已经很了解，知道科学实验目的在于甄别真伪，但对技术试验是很陌生的，甚至将两者等同起来。

他们不知道技术试验的目的在于选择和优化，是一种很重要的技术方法。

技术试验的实施方法以及试验报告的撰写和科学实验的区别，学生并不了解。

由于思维定势的影响，学生不能将技术试验和科学实验两者很好的区别开来，这成为本节内容教学上的难点。

三、教材内容分析从全书编写的内容来看，技术试验是技术设计中重要的课程内容，它是技术设计过程中的一个重要环节，也是技术探究中一种重要的方法。

它是全书的重点之一。

技术试验在技术发明、技术革新、技术推广过程中的作用不可忽视，它是解决技术问题的一个重要方法。

临猗县示范小学教学设计陈稳当模板年级四年级学科数学主备教师姚妮审核教师黄卫锋教学内容：北师大版四年级下册《优化》教材分析:《优化》是北师大版四年级数学下册“数学好玩”中的内容。

这是一节数学活动课，也是新课程标准新增的内容。

本节课是以“沏茶”和“烙饼”两个生活素材为背景，让学生尝试从优化的角度在解决问题的多种方案中寻找最优方案，初步体会统筹思想在实际生活中的应用。

设计理念：依托“四、五、六”自主课堂策略，结合四年级学生的认知特点，本着“将课堂还给学生，让课堂焕发生命力”指导思想来设计。

教学目标:1、结合具体情境，使学生能从解决问题的多种方案中寻找出最优方案，初步体会优化的思想，形成优化的意识。

2、寻找出解决问题的最优方案，形成优化的意识，提高解决实际问题的能力3、让学生体会通过合理安排，可以节省时间，提高效率，逐渐养成合理安排时间的良好习惯。

教学重、难点：教学重点：使学生能从解决问题的多种方案中寻找出最优方案，初步体会优化的思想，形成优化的意识。

教学难点：寻找出解决问题的最优方案，形成优化的意识，提高解决实际问题的能力。

课时安排：1课时教学准备：课件工序卡片、圆片、记录单教学过程：一、创设情境，导入新课同学们，你们平时在家沏过茶吗？沏茶时你做了哪些事？二、合作交流，自主探究1、沏茶（教科书例题1）（1）、电脑出示沏茶所需的工序师：看小明沏茶做了哪些事情？分别需要多长时间？师：小明想为妈妈沏杯茶，怎样才能节省时间？（2）小组合作，设计方案要求：请用工序图片摆一摆，设计出方案。

计算出整个过程一共用了多少时间。

（3）各小组代表展示、汇报生1：“我们认为只用9分钟就能让客人喝上茶。

先烧水，在等待水烧开的8分钟里就可完成洗水壶、接水、洗茶杯、找茶叶四件事，然后用开水沏茶花1分钟，共用9分钟。

”生2：“我们不同意。

水壶还没洗、里面又没有水，能放到锅里烧吗？师：看来不是什么事情都能同时做的，还得考虑先后顺序。

——板书：先后顺序生：所以我们认为应该先洗水壶、接水，再烧水，烧水的同时只能做洗茶杯、找茶叶两件事，然后用开水沏茶花1分钟，共需要11分钟。

JMP试验设计1.试验设计方法及其在国内的应用 (2)2.试验设计(DOE）就在你身边试验设计（DOE)就在你身边 (7)3.初识试验设计（DOE） (12)4.多因子试验设计(DOE)的魅力 (18)5.用DOE方法最优化质量因子配置 (25)6.顾此不失彼的DOE (32)7.试验设计（DOE)五部曲 (38)8.稳健参数设计的新方法 (44)9.JMP的试验设计优势——为什么用JMP做试验设计 (49)试验设计方法及其在国内的应用随着改革开放的深入，以市场经济为代表的西方先进文明及其方法论越来越多被国内企业界所接纳。

在质量管理、产品（医药，化工产品，食品，高科技产品,国防等）研发、流程改进等领域,统计方法越来越多成为企业运营的标准配置。

试验设计作为质量管理领域相对复杂、高级的统计方法应用，也开始在国内被逐渐接受,推广。

其实试验设计对于我国学术界来说并不陌生。

比如均匀设计，均匀设计是中国统计学家方开泰教授(下图左)和中科院院士王元首创,是处理多因素多水平试验设计的卓有成效的试验技术,可用较少的试验次数,完成复杂的科研课题开发和研究。

国内一些大学的数学系和统计系近年来已经逐渐开始开设专门的试验设计课程，比如清华大学，电子科技大学、复旦大学等高校。

国内一些行业领先的企业，比如中石化,华为科技，中石油，宝钢等企业，也开始在质量管理和产品研发、工艺改进等领域采用DOE方法。

尽管DOE越来越多的被国内产、学、研领域所接受，但是我们还是看到，国内对于DOE的研究和推广仍旧停留在比较浅的层次。

以上述企业为例，中石化下属的石化科学研究院和上海石化研究院应该是我国石油化工研究领域的王牌单位了，不过不管是北京的石科院,还是上海石化研究院,在油品研发、工艺改进、质量管理等领域,对于DOE的使用还仅仅停留在部分因子和正交设计层面。

笔者在网络上查询到电子科技大学的DOE课程目录如下：教材目录:第一章正交试验基本方法第二章正交试验结果的统计分析——方差分析法第三章多指标问题及正交表在试验设计中的灵活运用第四章Ltu（tq）型正交表的构造第五章2k和3k因子设计第六章优选法基础第七章回归分析法第八章正交多项式回归设计第九章均匀设计法第十章单纯形优化法第十一章鲍威尔优化法及应用第十二章三次设计第十三章稳定性设计目前业界常用的高端试验设计方法比如定制设计,筛选设计，空间填充设计等高级试验设计方法（Advanced DOE)，无论在国内的统计教学、科研还是在产业界的应用，都还比较少见，但已有逐步扩大趋势.西方企业对于DOE的应用早已大规模开始,比如美国航天、航空设计的顶尖单位，乔治亚宇航设计中心，在开发导弹、战斗机等美国绝密武器系统的时候，无一例外的使用了定制设计（Customer Design）。