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科学研究基础训练陈青春第三章 科学研究程序及过程1 1ch1 ch1 科学研究方法科学研究方法第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 2 2Ch3 科学研究程序及过程 Ch3.1 概述 科学研究程序 程序5 第一节 概述科学研究程序（7）1发现问题，确立科研选题 2申报立项 3收集文献资料 选题之前已完成大部分工作，但贯穿于整个科研过程。4制定研究方案（计划）对申报书中的研究方法和技术路线细化。3 3Ch3 科学研究程序及过程 Ch3.1 概述 科学研究程序 第二节 文献获取和阅读 5实验探索 6提出科学假说 7总结 对于自然科学研究，多为试验研究。试验研究包括：试验设计、实验、数据处理、数据统计。数据分析、理论分析、提出假说。这是从经验上升到理论、由感性上升到理性的飞跃阶段。研究是否具有创新性，该阶段的工作至关重要。结题验收 撰写论文 4 4第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 5 5Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 一、科技文献的重要性 第二节 科技文献的获取和文献阅读 主要内容一、科技文献在科学研究中的重要性 二、科技文献的查找及获取 三、怎样阅读科技文献 6 6Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 一、科技文献的重要性 概述：任何科学研究，都不可避免地要借鉴前人的研究成果 而前人的研究成果，大多以各种文献的形式保存 科技文献是科学工作者了解国内外同行的窗口 查阅科技文献贯穿于选题、申报、研究的整个过程 据统计,文献检索及研究时间占整个研究工作的约40%7 7Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 （二）了解研究发展状况 一、科技文献在科学研究中的重要性 （一）避免重复研究和重复报道（二）了解学科领域研究发展状况,启发创新思维（三）节省科研时间，提高科研效率（四）有助于提高论文质量 8 8Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 （三）节省时间 提高效率（二）了解学科领域研究发展状况,启发创新思维 在现代通信条件和网络环境下,科技领域存在的问题为一切研究者所共知 谁能最先取得研究成果或公开发表出论文报道，谁就是成功者 因此，必须通过文献检索，如发现同类研究已有报道,则应中止或重新确定论文选题，以避免重复 目前国内来稿中，突出问题是重复内容稿件多、科学性和创新性较差等，反映出作者对科技文献检索不够重视或检索质量欠佳 9 9Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 （四）有助于提高论文质量（三）节省科研时间，提高科研效率 通过文献检索和阅读,可以总结前人经验和教训；避免进行盲目的摸索；避免犯前人的错误。1010Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 二、科技文献的查找及获取（四）有助于提高论文质量 科技论文是传播科技创新成果的最有效形式 评价科技论文的主要依据是观点、理论以及方法是否有创新之处 只有通过对大量文献信息的比较、才能写出具有创新特点的论文 1111Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 二、科技文献的查找及获取第二节 科技文献的获取和文献阅读 主要内容一、科技文献在科学研究中的重要性 二、科技文献的查找及获取 三、怎样阅读科技文献 1212Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 按加工深度分类二、科技文献的查找及获取 l 查找科技文献基本方法是利用检索工具 l 目前，检索工具主要以互联网为平台 l 文献分类 按学科性质：中图分类法 按载体材料：按出版形式：印刷型、缩微型、机读型、视听型 图书、期刊、报纸、科技报告、会议文献、政府出版物、学位论文、专利文献、标准文献、档案资料 1313书评、综述、报告、手册、年鉴、百科全书。对一、二次文献进行分析、综合而编写的文献。Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 （一）科技文献资源概述 按加工深度：零次文献：一次文献：二次文献：三次文献：原始资料。书信、试验记录、手稿等 原始文献。专著、论文、专利、报告、会议论文等 目录、索引、文摘。对一次文献加工得到的用于检索一次文献的检索工具。（科技文献检索的最常用工具）1414Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 2.计算机光盘数据库（一）科技文献资源概述 1图书馆馆藏网络检索 物理查找、借阅 1515Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 3互联网资源 2利用计算机光盘数据库 中国知识资源总库（含中文期刊全文数据库）目前全国最大、连续动态更新 中国优秀博硕士学位论文全文数据库 中国重要会议论文全文数据库 中国重要报纸全文数据库 中国图书全文数据库 中国年鉴全文数据库 中国引文数据库 中国期刊信息与知识数据库 使用方法：网上检索题录、文摘，付费获取全文 目前国内多数高校都已购买使用权，可免费浏览或下载全文 1616Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 （二）科技文献的获取 3互联网资源 多数数据库资源均以实现网络共享使用方法：网上检索题录、文摘付费获取全文 1717Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 科技文献的获取渠道（二）科技文献的获取渠道 了解科技文献的获取渠道的原因：相对而言，文献检索资源较多，而获取资源较少 获取文献数量少于检索到的文献数量 1818Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 馆际文献资源共享渠道1本地资源（首选）工具：获取方便、耗时少、成本低 缺点：文献保障率不是很高 1919Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 3文献保障系统2馆际文献资源共享渠道工具：网上文献传递服务系统 资源：中科院文献情报中心全国中西日俄文期刊联合目录 CALIS（中国高等学校文献保障系统）联机公共书目 国家图书馆联机公共目录 方法：首先查询所需文献全文的收藏单位，然后索取原文缺点：受制于馆藏单位服务时间及服务费用，获得的时效性差 2020Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 4原文服务网站3文献保障系统牵头组建单位：国家相关部门 优点：起点高、实力雄厚、文献保障数量多、范围广、传送系统安全可靠，免费检索题录文摘、有偿提供原文、传递速度快、费用低廉。资源：国家科技图书文献中心（NSTL）中国高等学校文献保障系统（CALIS）2121Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 5直接向作者索取 4原文服务网站资源：科学杂志周刊电子版 斯坦福大学生命科学文献网站（http:/intl.sciencemag.org）（http:/intl.highwire.org）瑞典隆德大学（Lund University）期刊获取指南（http:/www.doaj.org）Directory of Open Access Journals（DOAJ）Web搜索引擎（效率较低）Yahoo，Google，AltaVista，WebCrawler，Lycos 2222Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 三、怎样阅读科技文献 5直接向作者索取 一般而言，大部分的著者都乐意提供自己的论文 不仅经济，也是进行学术交流的好途径 6与一次文献出版商联系购买原文 费用较高，特殊情况下可以使用 2323Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 概述第二节 科技文献的获取和文献阅读 主要内容一、科技文献在科学研究中的重要性 二、科技文献的查找及获取 三、怎样阅读科技文献 2424Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 2 泛读精度相结合三、怎样阅读科技文献 概述：1.阅读文献应具有选择性 选择具有代表性的综述文章（题目中含Survey、Review、Research Issue等）从中了解该研究领域的主要问题及发展状况 然后从其参考文献中，寻找所关心的科技文献 2525Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 3 了解论文一般结构 2.“泛读”和“精读”相结合 大部分文献“泛读”：只看标题和摘要 少部分课题相关文献“精读”：通读全文 2626Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 一 如何阅读标题 3.了解论文一般结构 标题（Title）摘要（Abstract）关键词（Key words）引言（Introduction）材料和方法（Materials and Methods）结果与讨论（Results and Discussion）参考文献（References）有助于选择感兴趣部分阅读，提高阅读效率 结论（conclusions）2727Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 二 如何阅读摘要（一）如何阅读标题 了解什么信息？作用：论文与本人研究主题是否有关 文献删选 绝大部分文章应该是仅仅阅读其标题 2828Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 三 如何阅读材料与方法（二）如何阅读摘要 了解什么信息？作用：研究目的、内容、结果，及必要细节 进一步删选文献 阅读标题后删选余下的文献一般首先阅读摘要 2929Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 四 如何阅读结果与讨论（三）如何阅读材料与方法 对于绝大多数文献，可以跳过这一部分 当文献所用方法正好为你所需，则需仔细阅读 如怀疑其结果，可返回阅读，分析方法是否有问题 从而找出导致其结果不可信的原因 可发表“与作者商榷”的文章 有时也可就此形成新的课题 3030Ch3 科学研究程序及过程 ch3.2 科技文献的获取和文献阅读 Ch3.3 研究计划制定（四）如何阅读结果与讨论 一般，结果部分可以跳过，重点在讨论 结论是对结果讨论所形成的结果 主要了解其讨论是否合理，是否有参考价值，是否有进一步研究的必要 3131第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 3232Ch3 科学研究程序及过程 ch3.3 研究计划制定 Ch3.4 研究经费获取 第三节 研究计划制定 概述：SRT立项后，首先提醒、指导学生制定研究计划 1.科学研究是一个复杂的系统工程，需要大量的时间、精力、经费、人力投入，因此需要制定详细而周密的计划 对于毕业设计，不仅任务书含研究计划，且要求学生制定更详细计划 2.研究计划最主要功能为保证研究的进行有条不紊，按时完成任务 研究计划也是进行中期检查的重要依据 项目申报时就要认真考虑，因申报书含有该内容 3333第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 3434Ch3 科学研究程序及过程 ch3.4 研究经费获取 二 地方研究项目 第四节 研究经费的获取 一、部分国家研究项目（一）高技术研究发展计划（“863”计划）（二）国家科技攻关计划（“973”计划）（三）国家重点基础研究发展计划（四）国家自然科学基金（五）国家大学生创新性实验计划 3535Ch3 科学研究程序及过程 ch3.4 研究经费获取 Ch3.5 试验设计 第四节 研究经费的获取 二、部分地方研究项目（一）科技攻关项目 （二）自然科学基金项目（三）科技开发与推广项目（四）在校大学生科研计划项目3636第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 3737第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 3838Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5 试验设计 主要试验设计方法 第五节 试验设计 l试验的作用：对所研究问题、提出的新理论、假设或方法进行试验验证。l科学试验设计的意义(2)：使试验结果具有严谨的科学性及令人信服的可靠性 显著减少试验次数及降低试验成本 3939Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5 试验设计 一 正交试验设计l主要试验设计方法：一、正交试验设计 二、均匀试验设计 4040第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 4141Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 参数水平表一、正交试验设计（Orthogonal experimental design）l 问题的引出 基于正交试验法的微波宽带分布放大器优化设计孙玲玲等（杭州电子工业学院CAD研究所）放大器工作性能 研究目的：稳定性 评价指标：电感A、电容B、传输线长度C、特性阻抗D 影响因素：均为三级（下页表）因素水平：4242Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 全面试验优缺点分析引例因素水平表回到 3选择合适的正交表，进行表头设计 4343Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交试验的优点 全面试验次数：全面试验优点：既能考察单个因素对实验结果的影响，也能考察因素间的交互作用对实验结果的影响 全面试验优缺点分析：效率高于多个单因素试验（单因素试验还无法考察因素间的交互作用）全面试验缺点：试验次数太多，人力、物力、财力难以承受 4444Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交试验的步骤 试验次数少 正交试验的优点：正交试验减少试验次数的措施：利用正交表，挑选有代表性的试验组合，以有限次的试验来代替全部的试验，从而在不降低试验效果的前提下，显著减少试验次数 可分析因素或因素交互作用对试验结果影响的显著性4545第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 4646Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （1）确定试验指标（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 4747Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （2）因素、水平（1）根据试验目的确定试验指标 试验指标：用来衡量试验结果的特征量 定量指标：生产率、吸光度、尺寸、强度等 定性指标：香味、口感、外观等 有时候为找到正确的试验指标，其本身就是一项重要的科学研究 4848Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （2）因素、水平（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 4949Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 因素水平（2）选择试验因素，确定因素水平 试验因素：对试验结果（指标）产生影响的因素 试验因素往往很多，不可能进行全面考察 一般挑出主要因素，略去次要因素，确定37个试验因素 若第一轮试验后达不到预期目的，可调整试验因素，再进行试验。单因素试验：探索某个因素对试验指标的影响多因素试验：探索多个因素对试验指标的影响如品种比较试验中的因素是品种，饲料比较试验中的因素是饲料 一般以因素数命名，如二因素试验、三因素试验等 5050确定因素及水平后，可列出因素水平表Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （3）选择正交表因素水平：试验因素的状态或数量等级，简称水平 无统一方法，依据专业知识和实践经验来确定 重要因素多取；次要因素少取各水平等级适当拉开，否则无法体现其影响各因素水平数相等，可方便试验数据处理（如引例）（如引例）5151Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （3）选择正交表（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 5252Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交表举例（3）选择合适的正交表，进行表头设计 正交表举例：四因素三水平 4因素3水平正交表（表3-1）5353Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交性含义表3-1 4因素3水平正交表 L9（34）L9（34）试验次数 因素数 水平数 5454Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交表选择（i）“正交性”含义 “整齐可比性”：每一列中因素的各个水平都出现，且机会均等 “均衡分散性”：任两列之间的所有可能的水平组合都出现，且出现次数相等。（ii）常用正交表 L4（23）、）、L8（27）、）、L16（215）、）、L9（34）、）、L27（313）、）、L25（56）5555Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交表选择（续）（iii）如何选择正交表(3)因素数正交表列数 满足上述下，优先选择较小的表 如4因素3水平：可选正交表包括L9（34）、）、L27（313），但应优先选择L9（34）如各因素的水平数不相等，应选用相应的混合水平正交表，如 L8（4124）5656Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 交互作用（iii）如何选择正交表 但如试验结果要求精度高，并且试验条件允许，可以选择较大的表 但是，这意味着有空列存在，空列如何处理呢？当因素数少于正交表的列数，表中有空列时：如不考虑因素间交互作用，空列可作为误差列 如考虑交互作用，则空列作为交互作用列 如 AB、AC、BC、ABC 何为交互作用何为交互作用？5757Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交表表头设计交互作用：指因素之间相互影响，相互不独立 例：某饮料企业研制一种新型饮料，饮料的颜色共有四种，该企业希望了解颜色及地区对饮料销售量是否有影响，于是从五个地区，每个地区五个超市收集了不同颜色该种饮料的销售量，进行分析。如果不同地区的消费者对某种颜色有不同于其他地区消费者的特殊偏爱，这时两个因素结合后产生的新效应，属于颜色和地区两个因素具有交互作用。例例释释5858Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 进行试验（iv）正交表表头设计 将试验因素（及因素间交互作用，如有）安排到所选正交表相应的列中（待用例说明）5959Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 进行试验1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 （一）正交试验的步骤 6060Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 数据处理（4）确定试验方案，进行试验 正交表中每一行为一个试验方案，按此进行试验 将各方案得到的试验指标填入正交表最后一列6161Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 进行试验1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 （一）正交试验的步骤 6262Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 验证试验2.数据处理 如何得到最优水平组合？如何确定各因素影响的显著性？u分析方法（1）直观分析法(或称极差分析法)（2）方差分析法 6363Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 验证试验1.正交试验设计（1）根据试验目的确定试验指标（2）选择试验因素，确定因素水平（3）选择合适的正交表，进行表头设计（4）确定试验方案，进行试验 2.数据处理 3.验证试验 （一）正交试验的步骤 6464Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （二）正交设计结果的直观分析方法 3.验证试验 如得到的最优水平组合为正交试验某一方案，则该方案为最优方案。如得到的最优水平组合没有出现在正交表中，则应对该组合进行验证试验。（1）如试验结果优于其他方案，则为最优方案（2）如试验结果不是最优，须重新设计正交试验 6565第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 6666Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 例1因素水平表（二）正交试验结果的直观分析法（以例说明）例1 利用柠檬酸与硬脂酸单甘酯，在一定的真空度下，通过酯化反应可以制得一种新型的食品乳化剂柠檬酸硬脂酸单甘酯。为提高柠檬酸硬脂酸单甘酯的乳化能力，需对其合成工艺进行优化。乳化能力测定方法：将产物加入油水混合物中，经充分地混合、静置分层后，将乳状液层所占的体积百分比作为乳化能力。根据经验以及初步试验，选出温度、酯化时间和催化剂种类为影响因素，确定因素与水平如表3-2所示（假定无因素交互作用）。6767Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 解题过程表3-2 例1的因素水平表 因素水平的合理确定因素水平的合理确定6868Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （4）进行试验（3）确定试验方案表3-4 例1的试验方案 6969Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （5）计算极差（4）进行试验，得出试验指标表3-5 例1试验方案及试验结果分析 7070Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 计算极差方法（5）计算极差，确定因素影响程度的主次顺序例1试验结果分析 7171Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （6）确定最优方案（5）计算极差，确定因素影响程度的主次顺序例1试验结果分析 该列所有水平2对应试验指标值之和相应水平和除以水平出现次数根据极差大小7272Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 最优方案对应的物理参数（6）确定最优方案例1试验结果分析 根据最大均值7373Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （7）验证试验最优方案对应的物理参数表3-6 例1的最优水平组合 特殊情况：如空列极差最大，则说明因素之间可能存在交互作用，或漏掉了对试验结果有重要影响的其他因素。所以，我们在进行结果分析时，尤其是对所做的试验没有足够的认识时，最好将空白列的极差一并计算出来，从中可以得到一些有用的信息。最优水平：试验指标越大越好时，取水平均值最大值为最优水平。反之，取最小者 7474Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计（7）验证试验上述理论最优方案仅为理论分析所得，且在正交表中不存在，所以需要试验验证。理论最优方案不是最优的原因7575Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 因素水平的合理确定理论最优方案不是最优的可能原因：（3）1.可能没有考虑因素间交互作用 2.可能试验误差太大 3.因素的水平不合理 如理论最优方案不是最优，应做改进试验。7676Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 改进试验注意事项因素水平的合理确定：1.作因素水平与试验指标关系图 散点图（定性因素，如催化剂种类）折线图（定量因素）横坐标因素水平；纵坐标试验指标水平均值ki 本例：醋化时间并非越长越好，原因素水平未考虑小于本例：醋化时间并非越长越好，原因素水平未考虑小于2小时的情况，有小时的情况，有可能使得试验具有缺陷。可能使得试验具有缺陷。因素水平表因素水平表7777Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （三）试验结果的方差分析改进试验注意事项：1.关注主要因素 2.次要因素可固定为已得较好水平 3.如前面漏掉交互作用，则补充 一般来说，新一轮正交试验的水平数减少，试验次数也会相应减少 7878第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 7979Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 1.方差分析概述举例1.方差分析概述（1）定义：对多个样本总体均值是否相等这一假设进行检验 意味着所有样本来自同一个总体，即试验因素对样本影响不显著 均值相等：均值不等：试验因素对样本影响显著举例说明举例说明 8080Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 2.正交方差分析的目的例：某饮料企业研制一种新型饮料，饮料的颜色共有四种，该企业希望了解颜色对饮料销售量是否有影响，于是从五个超市收集了不同颜色该种饮料的销售量，通过方差分析，得出这些样本均来自均值相等的总体，因此认为，颜色对该种饮料的销售量的影响不显著。8181第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 8282Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 3.方差分析的基本思想2.正交试验方差分析的目的 分析各因素对试验指标影响的显著性 选取对试验指标影响显著的因素的最优水平组合为最优方案 方差分析与直观分析的目的相同，但准确性更好 8383第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 8484Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 3.方差分析的基本思想（续）3.方差分析的基本思想 样本之间的差异来源 因素的不同水平，为系统性差异，用水平之间的方差度量，称为组间方差。抽取样本的随机性，为随机性差异，用水平内部的方差度量，称为组内方差。如饮料的颜色带来的销售量差异如相同颜色饮料在不同商场的售量差异系统性差异中也包括随机性差异如果不同水平对试验指标无影响，则水平间方差中就只有随机性差异，而没有系统性差异。这时，组间方差与组内方差的比值接近于1。8585Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 4.方差分析的计算内容如果不同水平对试验指标产生影响，则水平间方差中不仅有随机性差异，也有系统性差异。这时，组间方差与组内方差的比值大于1许多。当该比值大到某个程度，或者说大到某个临界点，就可以作出判断，说不同水平之间存在显著差异。注：方差分析中的“差异”用“离差平方和”表示，方差用“均平方”表示。均平方等于离差平方和除以自由度。8686第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 8787Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 4.方差分析的计算内容（续）4.方差分析的计算内容 8888Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 5.正交试验方差分析8989第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 9090Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 5.正交试验方差分析（续）5.正交试验方差分析 9191Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 计算自由度9292Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 计算均平方9393Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 F检验9494Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 方差分析表9595Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 因素主次及最优方案 方差分析表 表3-7 方差分析表 9696Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 正交试验方差分析举例 因素影响显著性排序及最优方案的确定 根据方差分析表中F值的大小顺序，排出因素的主次顺序。最优方案的确定：根据水平均值或交互因素水平搭配表确定（见例）。9797Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 例2因素水平表 正交试验方差分析举例 9898Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 例2解题过程表3-8 例2因素水平表 9999Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 解：（1）列出正交表 L8（27）和试验结果（表3-9）表3-9 例2正交表及试验结果A1B2（2）计算离差平方和 返回p103返回p109100100Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （3）计算自由度（2）计算离差平方和101101Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （4）计算均平方（3）计算自由度102102Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 误差项重新计算（4）计算均平方如此，误差项的离差平方和、自由度及均平方须重新计算见表3-9（p93）103103Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （5）计算F值 误差项参数的重新计算104104Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （5）F检验（5）计算F值105105Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （6）最优方案的确定（6）F 检验106106Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 （5）F检验 方差分析表107107Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 水平搭配表（7）最优方案的确定108108Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.1 正交试验设计 二、均匀试验设计水平搭配表及最优方案的确定A1B2对应的试验指标值A1B2出现次数AB最优搭配为A1B2，BC最优搭配为B2C2，综合考虑，最优方案为A1B2C2见表3-9（p93）109109第五节 试验设计 一、正交试验设计 二、均匀试验设计（一）正交试验的步骤 1.正交试验设计 2.数据处理 3.验证试验 （二）正交试验结果的直观分析法（三）正交试验结果的方差分析法3.方差分析的基本思想 1.方差分析概述 4.方差分析的计算内容 2.正交试验方差分析的目的 5.正交试验方差分析 110110Ch3 科学研究程序及过程 ch3.5.2 均匀试验设计 Ch6 试验数据处理 二、均匀试验设计(uniform design)（只介绍其特点）l 由中国数学家方开泰和王元于1981年首先提出 l只考虑试验点（水平组合）在试验范围内均匀分布，每个水品组合只出现一次l适用于水平数很大的试验，可有效减少试验次数，如5因素，31水平试验：正交试验次数：312=961次 均匀试验次数：31次 l 均匀性的实现由一套精心设计的均匀表保证 111111第三章 科学研究程序及过程 第二节 科技文献的获取和文献阅读 第三节 研究计划制定 第四节 研究经费的获取 第五节 试验设计 第六节 试验（实验）数据处理 第七节 试验数据的统计分析方法 第一节 概述 112112Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6 实验数据处理 一、数据的科学表示方法第六节 试验（实验）数据处理 主要内容 一、数据的科学表示方法 二、真值与平均值 三、误差的基本概念 四、试验数据的精度 五、试验数据异常值的检验 六、试验数据的图表表示法 113113Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 一、数据的科学表示方法一、数据的科学表示方法 l在表示或处理数据时，是否关注过应遵循一定的规则？l遵循了何种规则？114114Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 （一）有效数字的定义一、数据的科学表示方法 主要内容（一）有效数字的定义（二）有效数字的取舍原则（三）有效数字的运算 115115Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 有效数字的几种情况（一）有效数字的定义 l定义：通过直读获得的准确数字叫做可靠数字，通过估读得到的数字叫做存疑数字，把测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫有效数字。l何种情况下使用有效数字概念：有效数字是由于对测量结果记录、分析和处理而引入的。少数观点认为：有效数字为准确数字（教材采用此观点）116116Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 有效数字的位数不能随便写l关于有效数字的注意事项 有效数字位数的根据：试验仪表的精度，亦反映试验的精度 117117Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 以“0”结尾的正整数 有效数字的位数不能随便写 多写：则数据不真实、不可靠 少写：则损失试验精度，也是对测量该数据所用高精密度仪表的浪费 118118Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 数字0是否是有效数字，取决于它在数据中的位置 单位改变不应改变有效数字的位数 4位有效数字 100.2m 10020cm?1.002104cm 4位有效数字 解决方法：采用科学计数法119119Ch3 科学研究程序及过程 ch3.6.1 数据的科学表示方法 （二）有效数字的取舍原则 数字 0 是否是有效数字，取