《实验设计》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：16104502 课程名称：实验设计 英文名称：Design of Experiments 课程类别：专业选修课 时：32 学 分：2 适用对象：大三 大四统计学专业学生 老核方式：老查 先修课程：《经济数学》《概率论基础》《统计学原理》 二、课程简介 紧抓课程改革核心环节，不断提升教学质量，将“课程思政”作为融合德育与智 育的融合主渠道，是逐步实现“立德树人”的综合教育理念的前进方向。试验设计是 一门应用基础课，是试验优化的一个重要组成部分。本课程所说的试验设计，是指「 义试验设计，是一种通用技术，它包含各类专业的具体实物试验方案的编排，而且还 包含社会经济各个领域的非实物试验方案编排。系统的介绍了简单比较实验、单因素 实验、随机化区组、拉丁方设计、不完全区组设计、析因设计和2水析因设计等方法的 理论、设计思路、及过程，使学生掌握一些基本的试验设计方法，能科学地、技巧地 将各类复杂冗繁的试验由繁变简，最大限度地节约人力、物力、财力及时间，同时又 不会漏掉最优参数组合及最优工艺条件，获取正确的试验结果。 Design and Analysis of Experiments is a basis class about applying.which is one of important components about test optimization.The text introduces the theory and method of simple comparison experiments,Single-factor experiments,Random distinguish groups, Latin squares.Fractional factorial design,Incomplete block design,and so on.After studying the text,the students could knowledge the basis theory about design and analysis of experiments.They could let the complex question become the simple ones. 三、课程性质与教学目的 通过本课程的学习，使学生理解或了解试验设计与分析的基本思想，并掌握试验 设计与分析的基本方法，能科学地选取最优参数组合及最优工艺条件，以达到用最经 济的方式获取正确的结果。培养具有解决有关实际生产和科研中实验问题的能力：培
《实验设计》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：16104502 课程名称：实验设计 英文名称：Design of Experiments 课程类别：专业选修课 学 时： 32 学 分：2 适用对象: 大三、大四统计学专业学生 考核方式：考查 先修课程：《经济数学》《概率论基础》《统计学原理》 二、课程简介 紧抓课程改革核心环节，不断提升教学质量，将“课程思政”作为融合德育与智 育的融合主渠道，是逐步实现“立德树人”的综合教育理念的前进方向。试验设计是 一门应用基础课，是试验优化的一个重要组成部分。本课程所说的试验设计，是指广 义试验设计，是一种通用技术，它包含各类专业的具体实物试验方案的编排，而且还 包含社会经济各个领域的非实物试验方案编排。系统的介绍了简单比较实验、单因素 实验、随机化区组、拉丁方设计、不完全区组设计、析因设计和 2 k 析因设计等方法的 理论、设计思路、及过程，使学生掌握一些基本的试验设计方法，能科学地、技巧地 将各类复杂冗繁的试验由繁变简，最大限度地节约人力、物力、财力及时间，同时又 不会漏掉最优参数组合及最优工艺条件，获取正确的试验结果。 Design and Analysis of Experiments is a basis class about applying, which is one of important components about test optimization. The text introduces the theory and method of simple comparison experiments , Single-factor experiments, Random distinguish groups, Latin squares, Fractional factorial design, Incomplete block design, and so on. After studying the text, the students could knowledge the basis theory about design and analysis of experiments. They could let the complex question become the simple ones. 三、课程性质与教学目的 通过本课程的学习，使学生理解或了解试验设计与分析的基本思想，并掌握试验 设计与分析的基本方法，能科学地选取最优参数组合及最优工艺条件，以达到用最经 济的方式获取正确的结果。培养具有解决有关实际生产和科研中实验问题的能力；培
养学生的科学精神，探索自然和人类的奥秘：传递和光大杜会生产和生活经验，锻炼 学生独立生存和超越自我的本领。 四、教学内容及要求 第一章导言 (一)目的与要求 1,理解实验设计含义、应用特点： 2.掌握实验设计的三个基本原理和步骤 3.了解统计方法在实验设计中应用。举例我国导弹研发中如何用到实验设 计方法，培养学生的科学精神，探索自然和人类的奥秘：激发学生的国家自豪感和民 族责任感。 (二)教学内容 第一节什么是实验设计？ 1.试验设计的含义 2.实验设计的目的 3.实验设计过程的一般模型 第二节实验设计的应用 1.在工序开发早期的应用 2.在工程设计中的应用 第三节实验设计的基本原理 1.重复 2.随机化 3.区组化 第四节设计实验指南 1.设计实验的一般步骤 第五节在实验方法中用统计方法 1.应用统计方法时应牢记的几点 (三)实践环节与课后练习 1、简述设计实验的几个基本步，并举例说明
2 养学生的科学精神，探索自然和人类的奥秘；传递和光大社会生产和生活经验，锻炼 学生独立生存和超越自我的本领。 四、教学内容及要求 第一章 导言 （一）目的与要求 1．理解实验设计含义、应用特点； 2．掌握实验设计的三个基本原理和步骤； 3.了解统计方法在实验设计中应用。举例我国导弹研发中如何用到实验设 计方法，培养学生的科学精神，探索自然和人类的奥秘；激发学生的国家自豪感和民 族责任感。 3． （二）教学内容 第一节 什么是实验设计？ 1．试验设计的含义 2．实验设计的目的 3．实验设计过程的一般模型 第二节 实验设计的应用 1．在工序开发早期的应用 2．在工程设计中的应用 第三节 实验设计的基本原理 1．重复 2．随机化 3．区组化 第四节 设计实验指南 1．设计实验的一般步骤 第五节 在实验方法中用统计方法 1．应用统计方法时应牢记的几点 （三）实践环节与课后练习 1、简述设计实验的几个基本步骤，并举例说明
(四)教学方法与手段 采用多媒体辅助教学 第二章简单比较实验 (一)目的与要求 1.理解几个常用的基本统计概念 2.掌握抽样分布和中心极限定理 3.掌握随机化设计 4.掌握配对比较设计 5.了解正态分布的方差的推断 (二)教学内容 第一节基本统计概念 1.变异性的图示法 2.概率分布、均值、方差 第二节抽样与抽样分布 1.随机样本、样本均值、样本方差 2.自由度 3.正态及其它抽样分布 4.中心极限定理 第三节随机化设计 1.假设检验（举例商家进行假货销售，如何利用统计方法进行检验，树 立诚信价值观和科学精神) 2.样本量的选取 3,置信区间的确定 4.均值与已知均值的比较 第四节配对比较设计 1.配对比较问题 2.配对比较问题的优点 第五节关于正态分布的方差的推断 1.正态分布的方差的推断
3 （四）教学方法与手段 采用多媒体辅助教学 第二章 简单比较实验 （一）目的与要求 1．理解几个常用的基本统计概念 2．掌握抽样分布和中心极限定理 3．掌握随机化设计 4．掌握配对比较设计 5．了解正态分布的方差的推断 （二）教学内容 第一节 基本统计概念 1．变异性的图示法 2．概率分布、均值、方差 第二节 抽样与抽样分布 1．随机样本、样本均值、样本方差 2．自由度 3．正态及其它抽样分布 4．中心极限定理 第三节 随机化设计 1．假设检验（举例商家进行假货销售，如何利用统计方法进行检验，树 立诚信价值观和科学精神） 2．样本量的选取 3．置信区间的确定 4．均值与已知均值的比较 第四节 配对比较设计 1．配对比较问题 2．配对比较问题的优点 第五节 关于正态分布的方差的推断 1． 正态分布的方差的推断
(三)实践环节与课后练习 1、在一个化学工段中安装了一台新的过滤器。在安装之前，一个随机样本 提供了关于杂质百分率的信息如下：乃，=2.5，了=101.17，n=8。安 装后，一个随机样本提供立，=10.2，S2=94.73,2=9。你能断定两 个方差是相等的吗？过滤器是否显著地减少了杂质的百分比？ (四)教学方法与手段 采用多媒体辅助牧学 第三章单因素实验：方差分析 (一)目的与要求 1.理解方差分析的含义及基本思想 2.掌握固定效应模型的分析 3.学会各个处理均值的比较方法（图解比较法、对照法、正交对照法， Scheffe法和Tukey检验法等) 4.掌握随机效应模型 (二)教学内容 第一节方差分机 1.方差分析 第二节固定模型效应的分析 1.总平方和的分解 2.统计分析 3.模型参数的估计 第三节各个处理均值的比较 1.均值的图解比较法 2.对照法与正交对照法 3.用来比较全部对照的Scheffe法 4.处理均值的配对比较法 5.Duncan的多重极差检验法 6.Tukey检验法 第四节随机效应模型
4 （三）实践环节与课后练习 1、在一个化学工段中安装了一台新的过滤器。在安装之前，一个随机样本 提供了关于杂质百分率的信息如下： ，s 2 1 ＝101.17，n1=8。安 装后，一个随机样本提供 ， s 2 2 ＝94.73，n2=9。你能断定两 个方差是相等的吗？过滤器是否显著地减少了杂质的百分比？ （四）教学方法与手段 采用多媒体辅助教学 第三章 单因素实验：方差分析 （一）目的与要求 1．理解方差分析的含义及基本思想 2．掌握固定效应模型的分析 3．学会各个处理均值的比较方法（图解比较法、对照法、正交对照法、 Scheffe 法和 Tukey 检验法等） 4．掌握随机效应模型 （二）教学内容 第一节 方差分析 1．方差分析 第二节 固定模型效应的分析 1．总平方和的分解 2．统计分析 3．模型参数的估计 第三节 各个处理均值的比较 1．均值的图解比较法 2．对照法与正交对照法 3．用来比较全部对照的 Scheffe 法 4．处理均值的配对比较法 5．Duncan 的多重极差检验法 6．Tukey 检验法 第四节 随机效应模型 12.5 1 y = 10.2 2 y =
1,随机效应模型的建立 2.随机效应模型的分析与应用 (三)实践环节与课后练习 【、研究三种商标的电池。推测三种商标的电池的寿命（以周记）是不同的。每种 商标检测5节电池，得下列结果： 寿命周数 商标1 商标2 商标3 100 0 96 80 100 9 92 82 (a)这些商标的电池的寿命有差异吗？ (b)估计合适的统计模型的分量， (c)构造电池商标2的平均寿命的95%区间估计。构造电池商标2与3的平均寿 命之差的99%区间估计。 ()你愿意选用那种商标的电池？如果厂方要更换所有寿命低于85周的电池，他 预期要更换的百分率有多大？ (四)教学方法与手段 采用多媒体辅助教学 第四章随机化区组、拉丁方设计 (一)目的与要求 1.理解随机化完全区组设计的过程、方法 2.掌握随机化区组设计模型的适合性检测及缺矢值的估计 3.掌握拉丁方设计的过程、原理与方法 4.学握正交拉丁方设计的过程、原理与方法 5.介绍方开秦等中国统计学家在区组设计中的原创贡献及国际地位，增 强学生的国家自信和民族自豪感。 (二)教学内容 第一节随机化完全区组设计 1.随机化完全区组设计的定义 2.随机化完全区组设计的统计分析 3.模型适合性检测 4.缺矢值的估计
5 1．随机效应模型的建立 2．随机效应模型的分析与应用 （三）实践环节与课后练习 1、研究三种商标的电池。推测三种商标的电池的寿命（以周记）是不同的。每种 商标检测 5 节电池，得下列结果： 寿命周数 商标 1 商标 2 商标 3 100 96 92 96 92 76 80 75 84 82 108 100 96 98 100 （a）这些商标的电池的寿命有差异吗？ （b）估计合适的统计模型的分量。 （c）构造电池商标 2 的平均寿命的 95％区间估计。构造电池商标 2 与 3 的平均寿 命之差的 99％区间估计。 （d）你愿意选用那种商标的电池？如果厂方要更换所有寿命低于 85 周的电池，他 预期要更换的百分率有多大？ （四）教学方法与手段 采用多媒体辅助教学 第四章 随机化区组、拉丁方设计 （一）目的与要求 1．理解随机化完全区组设计的过程、方法 2．掌握随机化区组设计模型的适合性检测及缺矢值的估计 3．掌握拉丁方设计的过程、原理与方法 4．掌握正交拉丁方设计的过程、原理与方法 5.介绍方开泰等中国统计学家在区组设计中的原创贡献及国际地位，增 强学生的国家自信和民族自豪感。 （二）教学内容 第一节 随机化完全区组设计 1．随机化完全区组设计的定义 2．随机化完全区组设计的统计分析 3．模型适合性检测 4．缺矢值的估计