课程编号：55036120 学时：30 学分：2
先修课程：《无机化学》、《物理化学》、《电子材料》、《微机原理与应用》、《大学物理》、《高等数学》、《概率及数理统计》
一.课程性质和任务
试验设计方法是自然科学研究方法论领域中一个分支学科。正确设计试验方案并对所获得的实验数据进行科学的统计分析是每个研究工作者必须具备的基本功。应用科学的试验设计方法，可以以最少的人力、物力消耗，取得更多、更好的科研成果，达到多、快、好、省建设社会主义的目的。其任务是让学生掌握近代最常用、最有效的几种试验设计方法的基本原理及其在化学、电子、材料和机械等领域中应用的基本方法。
二.教学目的和要求
(1) 正交试验法：
要求学生掌握正交实验法的基本原理，能熟练地运用正交实验法安排多因素多水平多指标的正交实验，正确地运用自由度选表原则，选择适当的正交表来安排正交实验，并能用极差分析法、方差分析法分析实验结果。掌握多指标问题及正交表在试验设计中的灵活应用方法。掌握混合水平正交试验设计方法，活动水平法，组合因素法及正交分割试验的原理及实施方法。
(2) 优选法基础：
掌握优选法的基本原理，掌握黄金分割、平分法，多因素降维法进行试验设计的原理及应用。
(3) 回归分析法：
掌握一元线性回归、多元回归、正交多项回归方程建立的基本方法。
(4) 均匀设计法及单纯形法：
掌握均匀设计法的基本原理及应用。掌握单纯形优化法的基本原理，单纯形法优化法的参数选择及应用。
三. 课程内容和学时分配
第一章 正交试验方法（4学时）
了解：
1. 用正交表安排试验
2. 正交试验的结果分析法
3. 多指标问题及正交表在试验设计中的灵活运用
掌握：
1. 多因素试验问题：全面试验法、简单比较法、正交试验法。
2. 试验数据的构造模型。方差分析建立的基础。
3. 多指标问题的两种处理方法；水平数不同的正交表的使用及结果分析。
重点与难点：
重点理解正交表符号的意义；正交表的均衡分散性和整齐可比性的物理意义；用自由度选表原则进行表头设计。因素水平的随机化；有交互作用的正交试验。正交试验的一般步骤及结果分析。并列法、拟水平法；混合水平有交互作用的正交试验；活动水平法，组合因素法；正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。
第二章 优选法基础(3学时)
了解：
1．优选法的数学依据。
2．优选法的基本原理和方法。
3．优选法的基本步骤、优化判据、目标方式、优化计算。
掌握：
1. 单因素优选法：黄金分割法、平分法、分数法；
2. 多因素降维法：等高线法、纵横对折法、平行线法。
3. 各种优选法的应用范围和适用条件。
重点与难点：
重点是掌握是如何应用优选法来进行试验设计；难点是理解各种优选法对目标函数的要求、应用范围。
第三章 回归分析法：（4学时）
了解：
1. 两种不同的变量关系，函数关系和相关关系，表达方法。回归分析。
2. 一元线性或非线性回归方程在方法上有何不同。
3. 多元线性或非线性回归方程按什么样的数学方法进行。
掌握：
1. 一元线性回归方程度建立、显著性检验、预报和控制。非线性回归方程的线性化；
2. 多元线性回归方程度建立、显著性检验、偏回归平方和。
3. 回归分析法在试验设计中的作用和地位。
4. 正交多项式回归设计及回归方程的建立。
重点与难点：
本章的重点是掌握一元及多元线性、非线性回归分析法，正交多项式及正交拉丁方多元回归分析法，回归方程的建立及检验等。难点是正交多项式构造方法和应用，正交拉丁方与正交表的关系。
第四章 均匀设计法（3学时）
了解：
1. 均匀设计法的来源、数学原理。
2. 均匀设计表和均匀设计使用表的物理含义。
3. 如何用均匀设计法设计试验。
4. 均匀设计法的实际应用。
掌握：
1. 均匀设计法的基本原理和应用范围。
2. 均匀设计法的结果分析方法及试验结果的评价。
3. 均匀设计法在科学研究中的实际应用。
重点与难点：
重点掌握均匀设计表和均匀设计使用表的使用方法，均匀设计法的结果分析方法及试验结果的评价方法。难点是理解混合水平均匀设计表的构造，均匀设计表均匀性的评价方法，均匀设计法与正交试验法的比较，各自的优缺点以及在实际应用中如何选择两种方法。
第五章 单纯形方法（4学时）
了解：
1. 基本单纯形法(Basic simplex method)
2. 改进单纯形法(Modified simplex method)
3. 加权形心法(Weighted centroid method)
4. 控制加权形心法(Controlled weighted centroid method)
5. 单纯形优化的参数的选择
掌握：
1. 单纯形方法的基本数学原理
2. 基本单纯形：双因素基本单纯形、直角单纯形、双水平单纯形优化推进方法。
3. 改进单纯形、加权形心法、控制加强形心法的内涵和实施方法。
4. 单纯形的收敛；单纯形参数的选择。
5．初始单纯形的构成：Long系数法、均匀设计表法；单纯形方法应用范例。
重点与难点：
重点掌握基本单纯形改进单纯形、加权形心法、控制加强形心法的基本原理和实施方法。理解单纯形参数的选择、初始单纯形的的构成及单纯形推进求优的方法。难点是如何在科学研究中设计初始单纯形，如何灵活运用各种单纯形的改进方法来提高试验效率和求优属对。
第六章 2k和3k因子设计（3学时）
了解：
1. 因子设计的基本数学原理
2. 了解2k的设计方法、表示方法
3. 了解3k的设计方法、表示方法
掌握：
1. 2k的设计方法中k值不同时，如何实施，如何获得因子及交互作用效应的结果。
2. 2k的设计方法中k值不同时，如何实施，如何获得因子及交互作用效应的结果。
3. 2k和3k因子设计方法的实际应用。
重点与难点：
重点掌握2k和3k因子设计的具体实施方法，如何获得因子及交互作用效应的结果。难点是理解2k设计效果代数符号表以及代数符号表的应用。为什么3k没有相对应的代数符号表。
第七章 响应曲面法（4学时）
了解：
1. 响应曲面法的基本原理
2. 一阶响应曲面设计
掌握：
1. 二阶响应曲面设计、正交多项式的响应曲面设计。
2. 一阶响应曲面设计的最速上升法。
3. 二阶响应曲面的中心复合设计和Box-Behnken设计。
重点与难点：
重点掌握二阶响应曲面设计方法，响应曲面的识别方法，中心复合设计和Box-Behnken设计方法的特点和设计方法。响应曲面法在实际论文中的应用方法。
第八章 应用分析软件在数据分析中的应用（2学时）
了解：
1.各种应用分析软件的功能、能解决的问题。
2. Design-expert, SPSS, MINITAB在各种优化试验设计数据分析中的应用。
3. DPS在均匀设计方法中的应用。
掌握：
1. DPS在均匀设计表选择中的应用和计算方法，DPS在均匀设计试验设计数据分析中的应用。
2. Design-expert, SPSS, MINITAB在各种优化试验设计数据分析中的计算方法。
3. 各种应用软件的在各种优化试验设计数据分析计算结果的评价。
重点与难点：
重点掌握各种应用软件在各种优化试验设计数据分析中的计算方法及计算结果的评价。难点如何选择适当的应用分析软件去分析化试验设计的结果，速度更快，操作更简单。
实践环节（2学时）
1．通过应用分析软件在数据分析中的应用课题讲解，让学生在计算机上进行实际的操作训练，掌握Design-expert, SSPS, MINITAB和DPS等应用分析软件在优化试验设计数据分析中的应用。
2．若条件允许，可邀请业界专家进行试验设计新方法及应用专题报告。
