《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

《試驗(yàn)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱課程編號：121022B課程類型：□通識教育必修課□通識教育選修課□學(xué)科基礎(chǔ)課?專業(yè)核心課□專業(yè)提升課□專業(yè)拓展課總學(xué)時：32講課學(xué)時：16實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時：16學(xué)分：2考試類型：□考試?考查適用對象：數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)R是□否適合作為其他專業(yè)學(xué)生的個性化選修課先修課程：概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)一、教學(xué)目標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)作為一門方法論課程，其主要作用是通過科學(xué)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，人為控制試驗(yàn)條件，檢驗(yàn)現(xiàn)象之間可靠性的因果關(guān)系。本課程是為統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)課。本課程的作用是讓學(xué)生掌握的試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論與方法并應(yīng)用于實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用試驗(yàn)手段研究現(xiàn)象間因果關(guān)系的能力，同時要了解現(xiàn)實(shí)世界中非實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的因果關(guān)系研究方法。通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)本課程的專門知識和相關(guān)案例，使學(xué)生能夠運(yùn)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)解決不同領(lǐng)域的問題。目標(biāo)1：扎實(shí)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和較為完整的試驗(yàn)設(shè)計(jì)知識體系目標(biāo)2：能夠運(yùn)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)手段探討現(xiàn)象間因果關(guān)系，解決實(shí)際問題目標(biāo)3：：培育有堅(jiān)定理想信念、深厚愛國主義情懷、高尚道德情操，具有扎實(shí)統(tǒng)計(jì)專業(yè)學(xué)識，堅(jiān)韌奮斗進(jìn)取品格的社會主義新青年二、教學(xué)內(nèi)容及其與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系本課程按照由淺入深、由傳統(tǒng)到現(xiàn)代的思路介紹各種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本問題，適用于不同條件的不同試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析(描述分析、方差分析、回歸分析、點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)等)，不同設(shè)計(jì)方案的比較，試驗(yàn)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)中的應(yīng)用案例分析，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與抽樣調(diào)查相結(jié)合的應(yīng)用案例及分析，準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的因果關(guān)系探討。該課程是應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，知識的應(yīng)用富有個性化，學(xué)習(xí)中不可生搬硬套。為達(dá)到課程的教學(xué)目的，在教學(xué)方法上需要采用：課程講授、分組討論、分組案例解決、資料閱讀等方式進(jìn)行。教師在課堂上要采用理論與案例相結(jié)合的方式啟迪學(xué)生的思維，結(jié)合統(tǒng)計(jì)軟件的演示，力圖使學(xué)生掌握知識精髓，解決一些不太復(fù)雜的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)問題。該門課程考核方式比較靈活，比如，可采用開卷考試、實(shí)際案例的分析報告(小組或個人)、論文等方式。案例分析報告和論文都應(yīng)歸入期末成績，比如，成績分配可以按：考勤10%+平時作業(yè)40%+論文(或案例解決)50%。要求同學(xué)要有一定的描述統(tǒng)計(jì)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等知識基礎(chǔ)，熟練使用一種統(tǒng)計(jì)軟件，認(rèn)真完成課后作業(yè)，具有一定的自學(xué)能力。三、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配以表格方式表現(xiàn)各章節(jié)的學(xué)時分配，表格如下：教學(xué)課時分配序號章節(jié)內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)其他合計(jì)1第一章引言222第二章單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)2243第三章區(qū)組設(shè)計(jì)與拉丁方設(shè)計(jì)1124第四章析因設(shè)計(jì)3255第五章正交設(shè)計(jì)3146第六章響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)2247第七章準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析2248第八章試驗(yàn)設(shè)計(jì)的其他問題3149第九章試驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例分析33合計(jì)211132四、教學(xué)內(nèi)容第一章試驗(yàn)設(shè)計(jì)引言1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)的典型應(yīng)用1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和步驟1.5試驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與抽樣調(diào)查的區(qū)別與聯(lián)系課程考核要求：理解試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念、應(yīng)用和發(fā)展歷史，理解試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念，掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、原則、步驟課程思政切入點(diǎn)：社會科學(xué)尤其是民意研究領(lǐng)域，廣泛運(yùn)用了試驗(yàn)和準(zhǔn)試驗(yàn)手段獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行因果關(guān)系探討。通過對現(xiàn)實(shí)中運(yùn)用試驗(yàn)方法進(jìn)行民意研究的案例介紹，引導(dǎo)學(xué)生理性關(guān)注社會問題，培養(yǎng)他們的社會責(zé)任感和制度自信心；同時培養(yǎng)他們的因果關(guān)系分析意識和能力，增強(qiáng)其服務(wù)社會的本領(lǐng)，增加其專業(yè)自信心和專業(yè)熱情。這些案例將貫徹本課程多個章節(jié)。復(fù)習(xí)思考題：1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念 2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、原則、步驟3、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與抽樣調(diào)查的關(guān)系 第二章單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1單因子完全隨機(jī)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)施與特點(diǎn)2.2單因子試驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述分析及作用2.3單因子方差分析的原理2.4單因子方差分析的三個前提及檢驗(yàn)2.5單因子方差分析模型的適合性檢驗(yàn)2.6單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的多重比較檢驗(yàn)2.7含協(xié)變量時的協(xié)方差分析教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：試驗(yàn)的隨機(jī)化、描述分析的作用、方差分析的原理、三個前提的檢驗(yàn)、模型適合性檢驗(yàn)、方差分析全部過程的軟件實(shí)現(xiàn)與結(jié)果解讀課程考核要求：理解三個前提的含義、理解方差分析的原理，掌握方差分析、前提檢驗(yàn)、模型適合性檢驗(yàn)、多重比較檢驗(yàn)的軟件實(shí)現(xiàn)與結(jié)果解讀課程思政切入點(diǎn)：對第一章介紹的案例，在本章介紹案例實(shí)施與分析的相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對社會問題的認(rèn)識與思考。復(fù)習(xí)思考題：1、單因子試驗(yàn)中隨機(jī)化如何實(shí)現(xiàn)，其作用是什么？2、方差分析的原理如何表達(dá)？3、方差分析三個前提如何描述？如何檢驗(yàn)？4、模型適合性檢驗(yàn)的思想是什么？5、什么時候需要進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)？第三章區(qū)組設(shè)計(jì)與拉丁方設(shè)計(jì)3.1區(qū)組因子及含區(qū)組因子的隨機(jī)化設(shè)計(jì)3.2隨機(jī)化完全區(qū)組設(shè)計(jì)的實(shí)施與方差分析3.3模型的適合性檢驗(yàn)3.4拉丁方設(shè)計(jì)與方差分析3.5不完全區(qū)組設(shè)計(jì)與方差分析教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：區(qū)組內(nèi)隨機(jī)化的實(shí)現(xiàn)、模型適合性檢驗(yàn)、拉丁方設(shè)計(jì)的正交性、不完全區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析課程考核要求：理解區(qū)組因子的特點(diǎn)及區(qū)組內(nèi)的隨機(jī)化，理解拉丁方設(shè)計(jì)的正交性特點(diǎn)，掌握各種設(shè)計(jì)的方差分析，掌握模型的適合性檢驗(yàn)課程思政切入點(diǎn)：同上一章復(fù)習(xí)思考題：1、什么是區(qū)組因子，為什么要考慮區(qū)組因子？2、區(qū)組設(shè)計(jì)的隨機(jī)化如何實(shí)現(xiàn)？3、拉丁方設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和優(yōu)勢何在？第四章析因設(shè)計(jì)4.1析因設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)4.2交互作用及形態(tài)4.3析因設(shè)計(jì)的方差分析與前提檢驗(yàn)4.4模型適合性檢驗(yàn)4.5含區(qū)組因子時的多因子析因設(shè)計(jì)與分析教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：析因設(shè)計(jì)的隨機(jī)化實(shí)現(xiàn)、交互作用、交互作用的分析與檢驗(yàn)、模型適合性檢驗(yàn)、交互作用顯著性對分析結(jié)論的影響課程考核要求：理解析因設(shè)計(jì)的作用及隨機(jī)化實(shí)現(xiàn)，掌握含交互作用與不含交互作用時的方差分析，掌握交互作用顯著時的分析技巧，掌握模型的適合性檢驗(yàn)課程思政切入點(diǎn)：同上一章復(fù)習(xí)思考題：1、析因設(shè)計(jì)的主要目的是什么？2、什么是交互作用？如何考察它的作用和大小？3、交互作用顯著時，如何分析主因子對因變量的影響？第五章正交設(shè)計(jì)5.1正交設(shè)計(jì)與正交表5.2不含交互作用時的正交設(shè)計(jì)5.3含交互作用時的正交設(shè)計(jì)5.4重復(fù)試驗(yàn)5.5正交表的改造教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：正交設(shè)計(jì)的正交性，隨機(jī)化實(shí)現(xiàn)，交互作用的安排，模型適合性檢驗(yàn)，含有多個因變量時的分析與決策課程考核要求：理解正交設(shè)計(jì)的正交性及隨機(jī)化實(shí)現(xiàn)，掌握交互作用在正交表中的安排方法，掌握模型的適合性檢驗(yàn)，掌握幾種正交表的改造方法，理解含有多個因變量時的決策原則課程思政切入點(diǎn)：同上一章復(fù)習(xí)思考題：1、正交設(shè)計(jì)有何優(yōu)點(diǎn)？2、在正交設(shè)計(jì)中如何安排交互作用？3、為什么要對正交表進(jìn)行改造？什么情況下應(yīng)進(jìn)行什么方式的改造？4、含有多個因變量時，如何得到因子滿意的因子的水平組合？第六章響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)6.1響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)的基本概念6.2擬合一階模型的設(shè)計(jì)6.3擬合二階模型的設(shè)計(jì)6.4均勻設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：擬合各階模型的設(shè)計(jì)的原理與特點(diǎn)，各種模型參數(shù)估計(jì)的特點(diǎn)與實(shí)施，模型適合性檢驗(yàn)課程考核要求：理解響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)的概念，掌握各種一階、二階模型設(shè)計(jì)方法和參數(shù)估計(jì)方法，模型的適合性檢驗(yàn)課程思政切入點(diǎn)：通過介紹工業(yè)生產(chǎn)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的案例，讓學(xué)生理解工作生產(chǎn)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性，同時培養(yǎng)他們服務(wù)社會的能力、尤其是創(chuàng)新意識和能力。復(fù)習(xí)思考題：1、什么情況下要進(jìn)行響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)？2、在各階模型的設(shè)計(jì)中，如何保證具有良好的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)？3、在完成模型的參數(shù)估計(jì)和分析后，如何確定最優(yōu)方案？4、均勻設(shè)計(jì)有何特點(diǎn)？第七章準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析7.1準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)情形下的因果關(guān)系探討7.2傾向值分析7.3基于傾向值的因果關(guān)系初探教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下因果關(guān)系探討框架、傾向分、基于傾向分的因果關(guān)系初探課程考核要求：理解準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下因果關(guān)系探討框架、掌握傾向分的計(jì)算方法、學(xué)會基于傾向分的因果關(guān)系初步分析課程思政切入點(diǎn)：仍延續(xù)第一章的案例，讓學(xué)生通過實(shí)際分析得出結(jié)論，理解相應(yīng)的社會問題，意識到自己的社會責(zé)任與自我完善的方向。第八章試驗(yàn)設(shè)計(jì)的其他問題8.1協(xié)方差分析8.2含有多個因變量時的分析與決策8.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)與抽樣調(diào)查的結(jié)合—調(diào)查實(shí)驗(yàn)（SurveyExperiments）8.4基于機(jī)器學(xué)習(xí)的高階交互效應(yīng)分析教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：協(xié)方差分析，調(diào)查實(shí)驗(yàn)的原理與實(shí)現(xiàn)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多階交互效應(yīng)分析課程考核要求：理解協(xié)方差分析的數(shù)據(jù)要求，理解含有多個因變量時的分析與決策原則，理解調(diào)查實(shí)驗(yàn)的原理，掌握協(xié)方差分析的實(shí)現(xiàn)，掌握基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多階交互效應(yīng)分析課程思政切入點(diǎn)：同上一章復(fù)習(xí)思考題：1、協(xié)方差分析對數(shù)據(jù)的要求及協(xié)方差分析如何實(shí)現(xiàn)？2、含有多個因變量時的分析與決策時應(yīng)遵循什么原則？3、調(diào)查實(shí)驗(yàn)方法的基本思想是什么？4、如何用機(jī)器學(xué)習(xí)方法探討高階交互效應(yīng)？第九章試驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例分析8.1基于調(diào)查實(shí)驗(yàn)的民眾廉政感知的影響因素分析8.2基于準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的中國民眾政治信任的影響因素分析教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：兩個案例的具體分析，案例中存在的問題分析課程考核要求：要求對這些案例進(jìn)行具體分析，總結(jié)優(yōu)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題課程思政切入點(diǎn)：針對這兩個案例，通過分析結(jié)論，除了讓學(xué)生理解相應(yīng)的社會問題，增加學(xué)生的社會責(zé)任感，找到其自我完善的方向外，還能夠通過技能的訓(xùn)練，提高學(xué)生的專業(yè)自信心和專業(yè)熱情。復(fù)習(xí)思考題：1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域時，難點(diǎn)在哪？2、調(diào)查實(shí)驗(yàn)實(shí)施中的難點(diǎn)，方法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？3、機(jī)器學(xué)習(xí)方法探討高階交互效應(yīng)時，方法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？五、考