《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）：选修课鑫英文名称：ExperimentalDesignandDataProcessing总学时/周学时/学分：32/4/2其中实验/实晚学时：0先修课程：概率论、高等数学后续课程支撑：材料分析方法、项目化课程、毕业设计授课地点：松山湖校区6B407授课时间：9-16周，星期四1-2节，星期五5-6节授课对象：2023级金属2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/特聘副研究员答疑时间、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（）（第二版），刘振学，王力，北京：化学工业出版社2015.2（2023.1重印）使用教材：《实验设计与数据处理》参考教材：《试验设计与数据处理（第三版）》，李云雁，胡传荣，北京：化学工业出版社2017.9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。5-10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：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：2.1具有综合运用所学的数学，自然科学和工程No.2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科了解实验设计以及数据分析的一些基本方法，熟科学的基本原理分析解决金属材料制备、加工领学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析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：32/4/2 其中实验/实践学时：0 先修课程：概率论、高等数学 后续课程支撑：材料分析方法、项目化课程、毕业设计 授课时间：9-16 周，星期四 1-2 节，星期五 5-6 节 授课地点：松山湖校区 6B407 授课对象：2023 级金属 2 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/特聘副研究员 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：《实验设计与数据处理》（第二版），刘振学，王力，北京：化学工业出版社 2015.2（2023.1 重印） 参考教材：《试验设计与数据处理（第三版）》，李云雁，胡传荣，北京：化学工业出版社 2017.9 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。5-10 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 2.1 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 No.2 问题分析：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
悉误差分析及统计性检验、有效数字及运算、方域的复杂工程问题金属材料领域的复杂工程问题，以获得有效结论。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。目标2：培养学生的逻辑思维能力，增强学生的问题剖析No.4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金能力，提高实际问题解决能力：培养学生统计意4.1掌握自然科学的基本原理及方法，具备实验属材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计识和设计实验方案的能力，将所学理论知识用于设计、数据分析和总结规律的能力。实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理设计实验、分析和解决实验过程中的问题：培养有效的结论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3：6.3能够分析或预测产品设计、研发和加工过程No.6工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景培养学生具有主动参与、积极进取、崇尚科学、中可能出现的问题，能够评价金属材料工程专业知识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和探究科学的学习态度和思想意识：养成理论联系工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担文化的影响，并理解应承担的责任度和职业道德。的责任。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/线下李月明线上2目标三大纲、绪论了解课程整体的架构和安排。了解实验课堂讲授课后作业：课程思2
2 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。 域的复杂工程问题 金属材料领域的复杂工程问题，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。 4.1 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。 No.4 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对金 属材料工程领域复杂技术问题进行研究，包括设计 实验、分析与解释数据、并通过信息综合得出合理 有效的结论 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。 No.6 工程与社会：能够基于金属材料工程相关背景 知识进行合理分析，评价金属材料工程领域实践和 复杂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 /线下 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 9 大纲、绪论 李月明 2 了解课程整体的架构和安排。了解实验 线上 课堂讲授 课后作业：课程思 目标三
与小组讨设计及数据处理的目的、意义及常用方政作业：要求学生法。论每人至少阅读一篇重点：实验设计的性质和价值，介绍本与实验设计有关的课程所要学到的统计研究方法文章或书籍课程思政融入点：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。真值与平均值、误差的基本概念及表示方法。重点：试验数据误差的来源及分类课堂讲授难点：准确度和精密度。课堂讨论：与其他实验数据的误差分李月明线下和小组讨目标一29课程思政融入点：介绍优秀科学家、中学科的相关性。析论国“氢弹之父”、“共和国勋章”获得者于敏的事迹，以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研报国的情怀。同时培养学及立表3
3 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。 与小组讨 论 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 9 实验数据的误差分 析 李月明 2 真值与平均值、误差的基本概念及表示 方法。 重点：试验数据误差的来源及分类 难点：准确度和精密度。 课程思政融入点：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 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
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。偶然误差的正态分重点：误差的分布，有效数字和试验结布、误差传递、有李月明3线下目标一课堂讲授10果的表示，有效数字的修约规则，误差效数字及其运算规的传递。则难点：误差的分布、误差传递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。重点：总体的参数估计、离群值检验、课堂讲授总体的参数估计均值检验和F检验。李月明线下和小组讨目标二410-11试验数据误差的统难点：平均值检验、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。李月明线下课堂讲授目标二511-12方差分析方差分析的概念，方差分析基本步骤（自课后作业4
4 生批判性思维，科学不相信权威，科学 只相信真理。 10 偶然误差的正态分 布、误差传递、有 效数字及其运算规 则 李月明 3 误差的分布曲线及误差传递。 重点：误差的分布，有效数字和试验结 果的表示，有效数字的修约规则，误差 的传递。 难点：误差的分布、误差传递 线下 课堂讲授 目标一 10-11 总体的参数估计 试验数据误差的统 计检验 李月明 4 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。 重点：总体的参数估计、离群值检验、 均值检验和 F 检验。 难点：平均值检验、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 目标二 11-12 方差分析 李月明 5 方差分析的概念，方差分析基本步骤（自 线下 课堂讲授 课后作业 目标二
由度、方差、F-检验），单因素实验方差分析、无重复两因素方差分析。重点：方差分析的基本步骤、单因素方差分析、无重复两因素方差分析。难点：单因素方差分析、无重复两因素方差分析。正交表、正交实验设计的基本步骤，单指标/多指标正交实验设计及数据处理（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，正交实验的方差分析重点：正交试验基本步骤，极差分析。难点：多指标正交实验的设计及数据处目标二李月明线下课堂讲授613-14正交实验设计课后作业理（综合平衡法、综合评分法）、正交实验的方差分析课程思政融入点：国·楚·屈原《卜居》：“夫尺有所短，寸有所长，物有所不足。智有所不明，数有所不速，神有所不通。”对研究对象具体评价分析，找出各自的优势。结合具体实例，让学生了解利用正交试验方法进行试验方案设计时，可5
5 由度、方差、F-检验），单因素实验方 差分析、无重复两因素方差分析。 重点：方差分析的基本步骤、单因素方 差分析、无重复两因素方差分析。 难点：单因素方差分析、无重复两因素 方差分析。 13-14 正交实验设计 李月明 6 正交表、正交实验设计的基本步骤，单 指标/多指标正交实验设计及数据处理 （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，正交实验的方差分析。 重点：正交试验基本步骤，极差分析。 难点：多指标正交实验的设计及数据处 理（综合平衡法、综合评分法）、正交 实验的方差分析 课程思政融入点：国•楚•屈原《卜居》： “夫尺有所短，寸有所长，物有所不足。 智有所不明，数有所不逮，神有所不通。” 对研究对象具体评价分析，找出各自的 优势。结合具体实例，让学生了解利用 正交试验方法进行试验方案设计时，可 线下 课堂讲授 课后作业 目标二