《实验设计与数据处理》教学大纲课程名称：实验设计与数据处理课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：ExperimentalDesignandDataProcessing其中实验/实践学时：4总学时/周学时/学分：24/2/1.5先修课程：概率论、高等数学后续课程支撑：合金材料制备、材料分析方法、毕业设计授课地点：松山湖校区6C-304授课时间：1-12周，星期二1-2节授课对象：2019级金属班开课学院：材料科学与工程学院任课数师姓名/职称：李月明/刷研究员答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式：2.通过电子邮件等联系方式答疑：3.办公室课后答疑课程考核方式：开卷（V）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：刘振学，王力，《实验设计与数据处理》，北京：化学工业出版社第二版，201课程简介：实验设计与数据处理》是针对材料类专业本科生开设的一门专业选修课程，是为从事科学研究、工程实验、工程设计工作提供基本训练的基础性课程。课程主要分为两大部分，数据处理基础以及实验设计与统计应用。1-4章为第一部分，主要介绍测量值与误差的分布、性质及检验，重点介绍方差分析的应用，并利用方差分析解决一些实际问题。5-9章为第二部分，为实验设计及统计方法应用内容，线性回归方法及检验，主成分分析方法及应用，聚类分析方法及应用等内容。通过所学知识，用于设计实验并进行数据处理。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：课程教学目标支撑毕业要求指标点毕业要求1能够运用数学、自然科学、工程基础和金属材料目标1：掌握数学知识，具有较强的数学计算能专业知识领域的复杂工程问题。力：并能将其用于解决金属材料制备了解实验设计以及数据分析的一些基本方法，熟悉误差分1
1 《实验设计与数据处理》教学大纲 课程名称：实验设计与数据处理 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Experimental Design and Data Processing 总学时/周学时/学分：24/2/1.5 其中实验/实践学时：4 先修课程： 概率论、高等数学 后续课程支撑： 合金材料制备、材料分析方法、毕业设计 授课时间： 1-12 周，星期二 1-2 节 授课地点：松山湖校区 6C-304 授课对象： 2019 级金属班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：李月明/副研究员 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课间和课后，采用一对一的问答方式；2.通过电子邮件等联系方式答疑；3.办公室课后答疑 课程考核方式：开卷（√）闭卷（）课程论文（）其它（ ） 使用教材：刘振学，王力.《实验设计与数据处理》，北京：化学工业出版社 第二版，201 课程简介： 《实验设计与数据处理》是针对材料类专业本科生开设的一门专业选修课程，是为从事科学研究、工程实验、工程设计工作提供基本训练的基础性 课程。课程主要分为两大部分，数据处理基础以及实验设计与统计应用。1-4 章为第一部分，主要介绍测量值与误差的分布、性质及检验，重点介绍方 差分析的应用，并利用方差分析解决一些实际问题。5-9 章为第二部分，为实验设计及统计方法应用内容，线性回归方法及检验，主成分分析方法及应 用，聚类分析方法及应用等内容。通过所学知识，用于设计实验并进行数据处理。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 了解实验设计以及数据分析的一些基本方法，熟悉误差分 掌握数学知识，具有较强的数学计算能 力；并能将其用于解决金属材料制备、 1 能够运用数学、自然科学、工程基础和金属材料 专业知识领域的复杂工程问题
加工领域的复杂工程问题。具有综合运2能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，析及统计性检验、有效数字及运算、方差分析、正交试验用所学的数学，自然科学和工程科学的识别、表达、并通过文献研究分析复杂金属材料工等内容，掌握实验设计方法在材料专业研究领域中的应程问题，以获得有基本原理分析解决金属材料制备、加工用。领域的复杂工程问题。效结论。3能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方目标2：案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工培养学生的逻辑思维能力，增强学生的问题剖析能力，提能够针对金属材料领域的复杂工程问艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑高实际问题解决能力。题，设计满足特定需求的解决方案或工社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。艺流程。掌握自然科学的基本原理及方培养学生统计意识和设计实验方案的能力，将所学理论知法，具备实验设计、数据分析和总结规4能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属材识用于设计实验、分析和解决实验过程中的问题。料工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释律的能力。能够开发、选择及使用现代培养学生在实际试验中数据记录及处理的职业道德和规专业检测设备、资源及技术来分析金属数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。范。材料工程中涉及合金设计与制备、产品5能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择与加工等方面的复杂工程问题，并能够理使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术解其局限性。工具，包括对复杂金属材料工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。正确认识金属材料工程对于客观世界目标3：6能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分和社会的影响。具有环保和可持续发展析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学的意识和相关知识，了解与金属材料工社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严谨、程相关的职业和行业环保及可持续发应承担的责任。认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。展的法律法规。具有良好的语言文字表7能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的工达能力，能够撰写科技与行业报告和设程实践对环境、社会可持续发展的影响。计汇报文稿、陈述发言、清表达或回2
2 析及统计性检验、有效数字及运算、方差分析、正交试验 等内容，掌握实验设计方法在材料专业研究领域中的应 用。 加工领域的复杂工程问题。具有综合运 用所学的数学，自然科学和工程科学的 基本原理分析解决金属材料制备、加工 领域的复杂工程问题。 2 能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理， 识别、表达、并通过文献研究分析复杂金属材料工 程问题，以获得有 效结论。 目标 2： 培养学生的逻辑思维能力，增强学生的问题剖析能力，提 高实际问题解决能力。 培养学生统计意识和设计实验方案的能力，将所学理论知 识用于设计实验、分析和解决实验过程中的问题。 培养学生在实际试验中数据记录及处理的职业道德和规 范。 能够针对金属材料领域的复杂工程问 题，设计满足特定需求的解决方案或工 艺流程。掌握自然科学的基本原理及方 法，具备实验设计、数据分析和总结规 律的能力。能够开发、选择及使用现代 专业检测设备、资源及技术来分析金属 材料工程中涉及合金设计与制备、产品 加工等方面的复杂工程问题，并能够理 解其局限性。 3 能够设计针对复杂金属材料工程问题的解决方 案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工 艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑 社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 4 能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属材 料工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释 数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 5 能够针对复杂金属材料工程问题，开发、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，包括对复杂金属材料工程问题的预测与模 拟，并能够理解其局限性。 目标 3： 培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学 的学习态度和思想意识；养成理论联系实际、科学严谨、 认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。 正确认识金属材料工程对于客观世界 和社会的影响。具有环保和可持续发展 的意识和相关知识，了解与金属材料工 程相关的职业和行业环保及可持续发 展的法律法规。具有良好的语言文字表 达能力，能够撰写科技与行业报告和设 计汇报文稿、陈述发言、清晰表达或回 6 能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分 析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对 社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解 应承担的责任。 7 能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的工 程实践对环境、社会可持续发展的影响
应指令，能够就金属材料相关的复杂工10能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社程问题与业界同行及社会公众进行有会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计效沟通和交流。具有自主学习和终身学文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一习的意识，有不断学习和适应发展的能定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。力。12具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。理论教学进程表教学模式授课教学时教学内容（重点、难点、课程思政融入支撑课周次教学主题（线上/混合式教学方法作业安排师数点）程目标/线下了解课程整体的架构和安排。了解实验课后作业：课程思设计及数据处理的目的、意义及常用方政作业：要求学生法。课堂讲授每人至少阅读一篇目标一重点：实验设计的性质和价值，介绍本李月明线下与小组讨2与实验设计有关的绪论课程所要学到的统计研究方法目标三论文章或书籍课程思政融入点：介绍科学研究的基本流程，实验设计和数据分析对于科研工作的重要性，培养学生的科研素养。实验数据的误差分课堂讲授误差的基本概念及表示方法。李月明2线下目标一2课堂讨论：与其他析和小组讨3
3 应指令，能够就金属材料相关的复杂工 程问题与业界同行及社会公众进行有 效沟通和交流。具有自主学习和终身学 习的意识，有不断学习和适应发展的能 力。 10 能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计 文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一 定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交 流。 12 具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和 适应发展的能力。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 （线上/混合式 /线下 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论 李月明 2 了解课程整体的架构和安排。了解实验 设计及数据处理的目的、意义及常用方 法。 重点：实验设计的性质和价值，介绍本 课程所要学到的统计研究方法 课程思政融入点：介绍科学研究的基本 流程，实验设计和数据分析对于科研工 作的重要性，培养学生的科研素养。 线下 课堂讲授 与小组讨 论 课后作业：课程思 政作业：要求学生 每人至少阅读一篇 与实验设计有关的 文章或书籍 目标一 目标三 2 实验数据的误差分 析 李月明 2 误差的基本概念及表示方法。 线下 课堂讲授 和小组讨 课堂讨论：与其他 目标一
论学科的相关性。重点及难点：真值与平均值，误差的基本概念，试验数据误差的来源及分类，试验数据的精准度。误差的分布曲线及误差传递。偶然误差的正态分李月明2线下目标一课堂讲授课后作业3重点：试验数据误差的统计检验，有效布、误差传递数字和试验结果的表示，误差的传递。有效数字的修约规则，样本数据的参数估计、点估计和区间估计。异常值的检验方法，拉依达法、格鲁布斯法等：系有效数字、总体的统误差、随机误差的检验，F检验法和课堂讲授参数估计检验法，秩和检验法。李月明线下和小组讨目标一24试验数据误差的统重点：有效数字及运算规则，随机误差论的检验。计检验难点：有效数字运算、F检验法。方差分析的概念，方差分析基本步骤（自由度、方差、F-检验），单因素实验方差分析，试验的方差分析，李月明线下课堂讲授目标二45-6方差分析重点：单因素方差分析、无重复两因素方差分析。难点：F-检验。4
4 重点及难点：真值与平均值，误差的基 本概念，试验数据误差的来源及分类， 试验数据的精准度。 论 学科的相关性。 3 偶然误差的正态分 布、误差传递 李月明 2 误差的分布曲线及误差传递。 重点：试验数据误差的统计检验，有效 数字和试验结果的表示，误差的传递。 线下 课堂讲授 课后作业 目标一 4 有效数字、总体的 参数估计 试验数据误差的统 计检验 李月明 2 有效数字的修约规则，样本数据的参数 估计、点估计和区间估计。异常值的检 验方法，拉依达法、格鲁布斯法等；系 统误差、随机误差的检验，F 检验法和 t 检验法，秩和检验法。 重点：有效数字及运算规则，随机误差 的检验。 难点：有效数字运算、F 检验法。 线下 课堂讲授 和小组讨 论 目标一 5-6 方差分析 李月明 4 方差分析的概念，方差分析基本步骤（自 由度、方差、F-检验），单因素实验方 差分析，试验的方差分析。 重点：单因素方差分析、无重复两因素 方差分析。 难点：F-检验。 线下 课堂讲授 目标二
正交实验设计的基本步骤，单指标正交实验设计及极差分析：多指标正交实验设计，综合平衡法、综合评分法。有交互作用的正交试验设计及其结果的极差分析，混合水平的正交试验设计及其结果的极差分析。实验设计概述，正交实目标二李月明验原理、正交表及其构造线下课堂讲授27-8正交实验设计课后作业目标三重点：正交试验基本步骤，极差分析。难点：正交表的设计。课程思政融入点：结合基体实例，让学生了解正交在科研、生产和管理方面的重要性，及其价值。随机化区组设计的方法及应用，拉丁方的数据处理及举例。随机化区组和拉丁李月明线下课堂讲授目标二R210方点及难点：随机化区组的概念及数据分析。一元、二元回归分析，主成分分析和聚类分析。课堂讲授目标二重点及难点：一元、二元线性回归方法李月明线下和小组讨2回归分析12 与检验。目标三论课程思政融入/党史学习点：结合有关优秀共产党员从事科研工作的实际案例，5
5 7-8 正交实验设计 李月明 4 正交实验设计的基本步骤，单指标正交 实验设计及极差分析；多指标正交实验 设计，综合平衡法、综合评分法。有交 互作用的正交试验设计及其结果的极差 分析，混合水平的正交试验设计及其结 果的极差分析。实验设计概述，正交实 验原理、正交表及其构造。 重点：正交试验基本步骤，极差分析。 难点：正交表的设计。 课程思政融入点：结合基体实例，让学 生了解正交在科研、生产和管理方面的 重要性，及其价值。 线下 课堂讲授 课后作业 目标二 目标三 10 随机化区组和拉丁 方 李月明 2 随机化区组设计的方法及应用，拉丁方 的数据处理及举例。 重点及难点： 随机化区组的概念及数据 分析。 线下 课堂讲授 目标二 12 回归分析 李月明 2 一元、二元回归分析，主成分分析和聚 类分析。 重点及难点：一元、二元线性回归方法 与检验。 课程思政融入/党史学习点：结合有关优 秀共产党员从事科研工作的实际案例， 线下 课堂讲授 和小组讨 论 目标二 目标三