试验设计与数据处理

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个人介绍

试验设计与数据处理

主讲教师：薛长国

教师团队：共4位

闵凡飞
李建军
刘振英
滕艳华

第1期

第2期

第1期

开课院系：

材料科学与工程学院

课程介绍

1.试验设计与数据处理课程开展背景

在工农业生产、科学研究和管理实践中，为了开发设计研制新产品、更新老产品，降低原材料、动力等资源消耗，提高产品的产量和质量，做到优质、高产、低消耗即提高经济效益，都需要做各种试验。凡是试验就存在着如何安排试验，如何分析试验结果的问题，也就是要解决试验设计的方法问题。若试验方案设计正确，对试验结果分析得法，就能够以较少的试验次数，较短的试验周期，较低的试验费用，迅速地得到正确的结论和较好的试验效果；反之，试验方案设计不正确，试验结果分析不当，就可能增加试验次数，延长试验周期，造成人力、物力和时间的浪费，不仅难以达到预期的效果，甚至造成试验的全盘失败。因此，如何科学地进行试验设计是一个非常重要的问题。

试验设计与数据处理是自然科学研究方法论领域中一个分支学科，是一项通用技术，是国内外许多大学材料、化学、电子、轻工、食品包括管理等专业的开设的专业基础课程。试验设计与数据处理是以概率论、数理统计及线性代数为理论基础，经济地、科学地安排试验和分析处理试验结果的一项科学技术。其主要内容是讨论如何合理地安排试验和科学地分析处理试验结果，从而达到解决生产中和科学研究中的实际问题。它要求除具备概率论、数理统计及线性代数等基础知识外，还应有较深和较广的专业知识和丰富的实践经验。只有这三者紧密地结合起来，才能取得良好的效果。在材料专业开设“试验设计与数据处理”课程的目的是使学生掌握用科学的方法去安排试验，做出优化设计，并对试验数据进行分析处理，以最少的人力和物力消耗，在最短的时间内取得最优的试验结果。

2．教学团队开展基础应用情况

我校是国内大学中为数不多的在上世纪80年代末期向本科生第一批开设"试验设计方法"课程的大学之一。经过近20年的更新和改革，形成了自己的鲜明特色。安徽理工大学材料学院早在1988年，由张明旭教授在选矿专业开设了矿物加工试验研究方法。而后由张文利、闵凡飞和苏嘉银等老师在选矿专业一直延续主讲这项实用课程；而在无机非金属材料（2002）、高分子材料（2006）和复合材料（2011）等专业的大三学年也都开着了该课程，自从2002年后，也以正式以试验设计与数据处理为课程名称在材料专业进行教学。“试验设计与数据处理”课程是材料科学与工程、复合材料与工程和选矿专业的专业课程。

本课程经过近20年的建设，教学水平、教学质量在不断提高与完善，特别是在教材、教学手段、教学方法等方面进行了一系列的改革与探索，取得了显著的成绩。为了保证教学内容的科学性、先进性和实用性，2002年薛长国开始编写《试验设计与数据处理》校内教材；教学团队邱轶兵、张文利、闵凡飞等教师于2008年由中国科学技术大学出版《试验设计与数据处理》教材。全院的本科生都受益此课程教学，也为在本课程在矿物加工工程研究生中开展专业核心课程试验设计与分析课程提供了大量的教学经验和案例，是本课程开展的最大优势。

教师团队

闵凡飞

职称：教师

单位：安徽理工大学

部门：材料科学与工程学院

李建军

职称：教师

单位：安徽理工大学

部门：材料科学与工程学院

刘振英

职称：教师

单位：安徽理工大学

部门：材料科学与工程学院

滕艳华

职称：教师

单位：安徽理工大学

部门：材料科学与工程学院

教学方法

1. 已开展的相关教学研究工作

1) 采用自行搭建的折叠接触角演示测量教具在课堂上对通过紫外灯处理过的PDMS表面进行润湿性的研究，通过正交试验探究处理过程的各种因素的影响。让学生在课堂上通过控制紫外灯照射的时间实现材料表面的不同润湿性的研究，通过课堂上实时处理相关数据，得到实验指标和因素的关系。

2) 采用表面光洁度仪在课堂教学中对处理过的不同的纸张进行光洁度的测试，所得实验数据成为例题中的具体数据，在课堂现场利用所得的数据进行坏点剔除分析，演示如何用拉伊达准则、格拉布斯准则和狄克逊准则进行坏点剔除分析，并依据各个纸张的光洁度值进行分析和坏点的剔除。

3) 带学生将正交实验设计应用到工艺实践中。在硬质聚氨酯发泡材料的合成过程中，发泡剂、交联剂的用量对泡沫塑料的表观密度影响最大，采用正交试验分析水、TMP、废胶粉三者的用量对泡沫塑料表观密度、冲击强度和吸水率等性能的影响。分别针对上述三个指标进行直观分析和方差分析，针对三个试验指标分别进行重复取样进行数据分析，针对三个试验指标进行综合平衡和综合评分的数据分析。

4) 由于人们对废旧电池的污染认识不足,随意丢弃废电池的现象十分严重。急需要一种废旧电池全自动化拆解装置及其资源化加工利用的系统。基于当前废旧电池存在的问题和资源化现状，本项目采用可编程控制器（PLC）控制干电池拆解中切、割、挤等全过程，其操作、显示等均可在触摸屏上完成，具有拆解过程的手动/自动切换、同步的动态显示、报警记录等功能。利用回归分析方法分析其拆解效率和拆解时间的关系。

5) 测定交联聚合物在溶剂中的溶胀度不仅能反应交联聚合物大分子溶胀动力学过程。本项目改变传统的质量测定方式，设计出一套新型的溶胀测试系统，将溶胀度的表征演变为高度变化的连续性测定，并利用该系统对水凝胶的溶胀性能进行研究。并利用该系统在高分子创新综合实验中对水凝胶的溶胀性能进行研究，并对数据相应的进行单因素方差分析。

6) 依据此项目支持下，教学团队进行一系列专利的申请，一种可折叠接触角测量装置（申请号：201720851493.9），一种基于可旋转式移液器和平动式载物台的接触角测量装置（申请号：201621064407.1），一种多试样可抬升式载物台的接触角测量装置（申请号：201621063053.9），一种多试样可控温的接触角测量装置（申请号：201720851438.X），一种平行移动摄像头的接触角测量装置（申请号：201621062993.6）。

在省重点教研项目执行过程中，积极带领教学团队的学生参加相应的比赛，在国家挑战杯创业设计大赛、全国高校采矿专业数字模型实践作品大赛、全国高等学校矿物加工工程专业学生实践作品大赛、“创客中国”2018年绿色工业创新创业总决赛、安徽徽省挑战杯创业设计大赛、安徽省首届高等学校自制实验教学仪器设备展、安徽省百所高校百万大学生科普创意创新大赛和安徽省大学生机械创新设计大赛等比赛获得省部级奖项合计11项；教学团队学生参与国家级大学生创新创业训练计划项目共6项。

教学效果

1. 何时何地受何种省部级及以上奖励

（1） 2019年安徽省教学成果三等奖三项（主持一项，参与两项）

（2） 2019年挑战杯国赛三等奖一项

（3） 2019年挑战杯省赛一等奖一项

（4） 2017全国高校采矿专业数字模型实践作品大赛三等奖一项

（5） 2016安徽省首届高等学校自制实验教学仪器设备展评活动贰等奖一项

（6） 2014第三届全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛三等奖一项

（7） 2014第六届全国大学生机械创新设计大赛安徽赛区三等奖一项

2. 主持教研项目：

（1） 2020年，教育部产学合作协同育人项目

（2） 2019安徽理工大学创新创业教育课程建设项目

（3） 2016安徽省教育厅重点教研项目-材料专业试验设计与数据处理课程中的教学演示实践和推广，主持

（4） 2012安徽理工大学校级教学研究重点项目，主持

3. 参与教研项目：

（1） 2019安徽省教育厅质量工程MOOC项目

（2） 2019安徽理工大学研究生核心课程建设项目

4.教研论文

（1）薛长国, 滕艳华, 沈亮, 赵岩, 李建军，刘银.体验式教学在试验设计与数据处理课程中的研究[J]. 广州化工,2019,(10).

（2）薛长国, 夏玲燕, 滕艳华, 邱轶兵, 张明旭. 资源循环科学与工程专业的试验设计与数据处理课程建设[J]. 考试周刊, 2013(95):161-2.

（3）薛长国, 滕艳华, 杨占奎, 刘银, 张明旭. 资源循环科学与工程专业的高分子材料课程建设[J]. 广东化工, 2013, 40(19):174-3.

（4）薛长国, 滕艳华, 邱轶兵, 王周锋, 张明旭.《计算机在材料学科中的应用》课程建设[J]. 广州化工, 2013, 41(18):163-4.

（5）薛长国, 滕艳华, 邱轶兵, 张明旭. 材料专业试验设计与数据处理课程体系中的不足及对策[J]. 考试周刊, 2012(59):115-6.

参考教材

1.实验设计与分析第六版 (美)Douglas C.Montgomery

2.试验设计与数据处理，李云雁，胡传荣编著，化学工业出版社，2005年；

3.试验设计与数据处理，何少华著，国防科技大学出版社，2002年；

4.均匀设计与均匀设计表，方开泰编著，科学出版社，1994年；

5.化工数据处理，江体乾编著，化学工业出版社，1984年；

课程评价

教学资源

课程章节资源

课程章节	\| 文件类型		\| 修改时间	\| 大小	\| 备注
1.1 第一节		视频 .mp4	2020-11-13	2.49MB
		文档 .pdf	2020-11-13	492.96KB
		附件 .${file.extension}	2020-11-13	--
2.1 第一节		视频 .mp4	2020-11-13	16.12MB
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3.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	2.22MB
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4.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	4.04MB
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5.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	2.53MB
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6.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	781.59KB
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7.1 第一节		文档 .pdf	2020-03-13	517.83KB
8.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	1.61MB
		文档 .pdf	2020-03-13	782.55KB
9.1 第一节		视频 .mp4	2020-03-13	2.70MB
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