《实验设计与数据处理》教学大纲课程类别（必修/选修）：选修课程名称：实验设计与数据处理课程英文名称：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-203授课时间：1-12周，星期五1-2节授课对象：2020级金属班、2020材科1班（材料杨班）、2020材科2班（材料杨班）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，采用一对一的间答方式：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毕业要求支撑毕业要求指标点课程教学目标目标1：4.2具有基于金属材料工程专业基础的4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属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，星期五 1-2 节 授课地点：松山湖校区 6C-203 授课对象： 2020 级金属班、2020 材科 1 班（材料杨班）、2020 材科 2 班（材料杨班） 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： 4.2 具有基于金属材料工程专业基础的 4. 能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属
了解实验设计以及数据分析的一些基本方法，熟悉误差分材料工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解基本原理和科学方法开展专业基础实析及统计性检验、有效数字及运算、方差分析、正交试验验，准确分析并解释实验数据，并将实释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。等内容，掌握实验设计方法在材料专业研究领域中的应验结果进行关联以获得有效结论的能用。力。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5.2能够应用现代工程工具和信息技术5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择与高实际问题解决能力。工具，对金属材料制备、加工领域复杂使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术培养学生统计意识和设计实验方案的能力，将所学理论知工程问题进行预测与模拟，并能够理解工具，包括对复杂金属材料工程间题的预测与模识用于设计实验、分析和解决实验过程中的问题。其局限性。拟，并能够理解其局限性。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。目标36.3能够分析或预测产品设计、研发和培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学加工过程中可能出现的问题，能够评价6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理分的学习态度和思想意识：养成理论联系实际、科学严谨、金属材料工程专业工程实践和复杂工析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。程问题解决方案对社会、健康、安全、社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解法律以及文化的影响，并理解应承担的应承担的责任。责任。理论教学进程表授课教学时教学内容（重点、难点、课程思政融入教学模式支撑课周次教学主题教学方法作业安排数师点)程目标（线上/混合式2
2 了解实验设计以及数据分析的一些基本方法，熟悉误差分 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。 基本原理和科学方法开展专业基础实 验，准确分析并解释实验数据，并将实 验结果进行关联以获得有效结论的能 力。 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。 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。 5.2 能够应用现代工程工具和信息技术 工具，对金属材料制备、加工领域复杂 工程问题进行预测与模拟，并能够理解 其局限性。 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。 6.3 能够分析或预测产品设计、研发和 加工过程中可能出现的问题，能够评价 金属材料工程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。 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。 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 教学方法 作业安排 支撑课 程目标
/钱下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，介绍本课后作业：课程思课程所要学到的统计研究方法政作业：要求学生课程思政融入点：通过我国优秀科学家课堂讲授每人至少阅读一篇目标一和工程师们的先进理念和科学成就的介李月明线上与小组讨2大纲、绪论与实验设计有关的目标三绍，增强学生的民族自豪感，同时也提论文章或书籍升对专业的认可度。本课程中分析的数据都来源于实际案例中的数据，通过展示分析，鼓励学生热爱自己的专业，培养对专业的认同感，培养职业自豪感和责任感，立足本职，扎扎实实为社会作贡献。误差的基本概念及表示方法。重点及难点：真值与平均值，误差的基课堂讲授课堂讨论：与其他实验数据的误差分本概念，试验数据误差的来源及分类，李月明线下目标一和小组讨22学科的相关性。析试验数据的精准度。论介绍优秀科学家、中国“氢弹之父”、“共和国勋章”获得者于缴的事迹，以3
3 /线下 1 大纲、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：通过我国优秀科学家 和工程师们的先进理念和科学成就的介 绍，增强学生的民族自豪感，同时也提 升对专业的认可度。本课程中分析的数 据都来源于实际案例中的数据，通过展 示分析，鼓励学生热爱自己的专业，培 养对专业的认同感，培养职业自豪感和 责任感，立足本职，扎扎实实为社会作 贡献。 线上 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。 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。 介绍优秀科学家、中国“氢弹之父”、 “共和国勋章”获得者于敏的事迹，以 线下 课堂讲授 和小组讨 论 课堂讨论：与其他 学科的相关性。 目标一
及在核物理领域的突出贡献。培养学生对科学研究的崇尚感以及立志科研报国的情怀。同时培养学生批判性思维，科学不相信权威，科学只相信真理。误差的分布曲线及误差传递。偶然误差的正态分李月明线下目标一课堂讲授课后作业重点：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，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。有效数字、总体的重点：有效数字及运算规则，随机误差课堂讲授参数估计的检验，均值的检验。李月明线下和小组讨目标一2试验数据误差的统难点：有效数字运算、F检验法。论计检验思政融入点：介绍优秀党员、药学家、诺贝尔奖获得者屠呦呦的事迹，在进行毒气重复实验时，身先士卒，对成果进行人体试验，推动成果的临床应用。学习她敢为天下先的魄力，创新意识，和不怕苦累的科研情怀。4
4 及在核物理领域的突出贡献。培养学生 对科学研究的崇尚感以及立志科研报国 的情怀。同时培养学生批判性思维，科 学不相信权威，科学只相信真理。 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，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，均值的检验。 难点：有效数字运算、F 检验法。 思政融入点：介绍优秀党员、药学家、 诺贝尔奖获得者屠呦呦的事迹，在进行 毒气重复实验时，身先士卒，对成果进 行人体试验，推动成果的临床应用。学 习她敢为天下先的魄力，创新意识，和 不怕苦累的科研情怀。 线下 课堂讲授 和小组讨 论 目标一
用样本数据统计推断总体特征时，教育学生要有集体和团队意识，因为样本个体的偏差会导致总体推断产生偏差，引导学生要顾全大局，提高自己的合作意识。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。思政融入点：插入古典小故事，西游记李月明线下课堂讲授目标二45-6方差分析里面师徒各自的作用，如何展现各个成员的作用。以及伯牙与子期的典故，“散是一盘沙，聚是满天星”，方差分析是利用数学知识将各个影响因素的作用区分开来，从而判断每部分的影响大小。我们每人也有不同的个性及特长，如何正确认识自己，发挥个人价值也是需要积极思考的问题。正交实验设计的基本步骤，单指标正交李月明线下课堂讲授目标二4课后作业7-8正交实验设计实验设计及极差分析：多指标正交实验5
5 用样本数据统计推断总体特征时，教育 学生要有集体和团队意识，因为样本个 体的偏差会导致总体推断产生偏差，引 导学生要顾全大局，提高自己的合作意 识。 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。 思政融入点：插入古典小故事，西游记 里面师徒各自的作用，如何展现各个成 员的作用。以及伯牙与子期的典故，“散 是一盘沙，聚是满天星”，方差分析是 利用数学知识将各个影响因素的作用区 分开来，从而判断每部分的影响大小。 我们每人也有不同的个性及特长，如何 正确认识自己，发挥个人价值也是需要 积极思考的问题。 线下 课堂讲授 目标二 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 线下 课堂讲授 课后作业 目标二