《試驗設計》教學大綱課程編號：121022B課程類型：□通識教育必修課□通識教育選修課□學科基礎課?專業核心課□專業提升課□專業拓展課總學時：32講課學時：16實驗（上機）學時：16學分：2考試類型：□考試?考查適用對象：數理統計學R是□否適合作為其他專業學生的個性化選修課先修課程：概率論與數理統計、線性代數一、教學目標試驗設計作為一門方法論課程，其主要作用是通過科學的試驗設計，人為控制試驗條件，檢驗現象之間可靠性的因果關系。本課程是為統計學專業本科生開設的一門專業課。本課程的作用是讓學生掌握的試驗設計理論與方法并應用于實踐，培養學生運用試驗手段研究現象間因果關系的能力，同時要了解現實世界中非實驗數據的因果關系研究方法。通過系統學習本課程的專門知識和相關案例，使學生能夠運用試驗設計技術解決不同領域的問題。目標1：扎實的試驗設計理論基礎和較為完整的試驗設計知識體系目標2：能夠運用試驗設計手段探討現象間因果關系，解決實際問題目標3：：培育有堅定理想信念、深厚愛國主義情懷、高尚道德情操，具有扎實統計專業學識，堅韌奮斗進取品格的社會主義新青年二、教學內容及其與畢業要求的對應關系本課程按照由淺入深、由傳統到現代的思路介紹各種試驗設計方法。主要內容包括試驗設計的基本問題，適用于不同條件的不同試驗方案的設計，相應的數據分析(描述分析、方差分析、回歸分析、點估計和區間估計等)，不同設計方案的比較，試驗設計在經濟學、心理學中的應用案例分析，試驗設計與抽樣調查相結合的應用案例及分析，準試驗設計數據的因果關系探討。該課程是應用性較強的課程，知識的應用富有個性化，學習中不可生搬硬套。為達到課程的教學目的，在教學方法上需要采用：課程講授、分組討論、分組案例解決、資料閱讀等方式進行。教師在課堂上要采用理論與案例相結合的方式啟迪學生的思維，結合統計軟件的演示，力圖使學生掌握知識精髓，解決一些不太復雜的試驗設計的現實問題。該門課程考核方式比較靈活，比如，可采用開卷考試、實際案例的分析報告(小組或個人)、論文等方式。案例分析報告和論文都應歸入期末成績，比如，成績分配可以按：考勤10%+平時作業40%+論文(或案例解決)50%。要求同學要有一定的描述統計、概率論與數理統計等知識基礎，熟練使用一種統計軟件，認真完成課后作業，具有一定的自學能力。三、各教學環節學時分配以表格方式表現各章節的學時分配，表格如下：教學課時分配序號章節內容講課實驗其他合計1第一章引言222第二章單因子試驗設計2243第三章區組設計與拉丁方設計1124第四章析因設計3255第五章正交設計3146第六章響應曲面設計2247第七章準試驗數據的分析2248第八章試驗設計的其他問題3149第九章試驗設計的應用案例分析33合計211132四、教學內容第一章試驗設計引言1.1試驗設計的概念1.2試驗設計的典型應用1.3試驗設計的基本原理1.4試驗設計原則和步驟1.5試驗設計的發展歷史教學重點和難點：試驗設計的原理、試驗設計的原則、試驗設計的步驟、試驗設計與抽樣調查的區別與聯系課程考核要求：理解試驗設計的概念、應用和發展歷史，理解試驗設計的概念，掌握試驗設計的原理、原則、步驟課程思政切入點：社會科學尤其是民意研究領域，廣泛運用了試驗和準試驗手段獲取數據進行因果關系探討。通過對現實中運用試驗方法進行民意研究的案例介紹，引導學生理性關注社會問題，培養他們的社會責任感和制度自信心；同時培養他們的因果關系分析意識和能力，增強其服務社會的本領，增加其專業自信心和專業熱情。這些案例將貫徹本課程多個章節。復習思考題：1、試驗設計的概念 2、試驗設計的原理、原則、步驟3、試驗設計與抽樣調查的關系 第二章單因子試驗設計2.1單因子完全隨機化試驗設計的實施與特點2.2單因子試驗數據的描述分析及作用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2.5單因子方差分析模型的適合性檢驗2.6單因子試驗設計數據的多重比較檢驗2.7含協變量時的協方差分析教學重點和難點：試驗的隨機化、描述分析的作用、方差分析的原理、三個前提的檢驗、模型適合性檢驗、方差分析全部過程的軟件實現與結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、模型適合性檢驗、多重比較檢驗的軟件實現與結果解讀課程思政切入點：對第一章介紹的案例，在本章介紹案例實施與分析的相關內容，進一步強化學生對社會問題的認識與思考。復習思考題：1、單因子試驗中隨機化如何實現，其作用是什么？2、方差分析的原理如何表達？3、方差分析三個前提如何描述？如何檢驗？4、模型適合性檢驗的思想是什么？5、什么時候需要進行多重比較檢驗？第三章區組設計與拉丁方設計3.1區組因子及含區組因子的隨機化設計3.2隨機化完全區組設計的實施與方差分析3.3模型的適合性檢驗3.4拉丁方設計與方差分析3.5不完全區組設計與方差分析教學重點與難點：區組內隨機化的實現、模型適合性檢驗、拉丁方設計的正交性、不完全區組設計的方差分析課程考核要求：理解區組因子的特點及區組內的隨機化，理解拉丁方設計的正交性特點，掌握各種設計的方差分析，掌握模型的適合性檢驗課程思政切入點：同上一章復習思考題：1、什么是區組因子，為什么要考慮區組因子？2、區組設計的隨機化如何實現？3、拉丁方設計的特點和優勢何在？第四章析因設計4.1析因設計的特點及實現4.2交互作用及形態4.3析因設計的方差分析與前提檢驗4.4模型適合性檢驗4.5含區組因子時的多因子析因設計與分析教學重點與難點：析因設計的隨機化實現、交互作用、交互作用的分析與檢驗、模型適合性檢驗、交互作用顯著性對分析結論的影響課程考核要求：理解析因設計的作用及隨機化實現，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課程思政切入點：同上一章復習思考題：1、析因設計的主要目的是什么？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？第五章正交設計5.1正交設計與正交表5.2不含交互作用時的正交設計5.3含交互作用時的正交設計5.4重復試驗5.5正交表的改造教學重點與難點：正交設計的正交性，隨機化實現，交互作用的安排，模型適合性檢驗，含有多個因變量時的分析與決策課程考核要求：理解正交設計的正交性及隨機化實現，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，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：同上一章復習思考題：1、正交設計有何優點？2、在正交設計中如何安排交互作用？3、為什么要對正交表進行改造？什么情況下應進行什么方式的改造？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？第六章響應曲面設計6.1響應曲面設計的基本概念6.2擬合一階模型的設計6.3擬合二階模型的設計6.4均勻設計教學重點與難點：擬合各階模型的設計的原理與特點，各種模型參數估計的特點與實施，模型適合性檢驗課程考核要求：理解響應曲面設計的概念，掌握各種一階、二階模型設計方法和參數估計方法，模型的適合性檢驗課程思政切入點：通過介紹工業生產中的試驗設計的案例，讓學生理解工作生產中的試驗設計的重要性，同時培養他們服務社會的能力、尤其是創新意識和能力。復習思考題：1、什么情況下要進行響應曲面設計？2、在各階模型的設計中，如何保證具有良好的統計性質？3、在完成模型的參數估計和分析后，如何確定最優方案？4、均勻設計有何特點？第七章準試驗數據的分析7.1準試驗設計情形下的因果關系探討7.2傾向值分析7.3基于傾向值的因果關系初探教學重點與難點：準試驗數據情況下因果關系探討框架、傾向分、基于傾向分的因果關系初探課程考核要求：理解準試驗數據情況下因果關系探討框架、掌握傾向分的計算方法、學會基于傾向分的因果關系初步分析課程思政切入點：仍延續第一章的案例，讓學生通過實際分析得出結論，理解相應的社會問題，意識到自己的社會責任與自我完善的方向。第八章試驗設計的其他問題8.1協方差分析8.2含有多個因變量時的分析與決策8.3試驗設計與抽樣調查的結合—調查實驗（SurveyExperiments）8.4基于機器學習的高階交互效應分析教學重點與難點：協方差分析，調查實驗的原理與實現，基于機器學習的多階交互效應分析課程考核要求：理解協方差分析的數據要求，理解含有多個因變量時的分析與決策原則，理解調查實驗的原理，掌握協方差分析的實現，掌握基于機器學習的多階交互效應分析課程思政切入點：同上一章復習思考題：1、協方差分析對數據的要求及協方差分析如何實現？2、含有多個因變量時的分析與決策時應遵循什么原則？3、調查實驗方法的基本思想是什么？4、如何用機器學習方法探討高階交互效應？第九章試驗設計的應用案例分析8.1基于調查實驗的民眾廉政感知的影響因素分析8.2基于準試驗數據的中國民眾政治信任的影響因素分析教學重點和難點：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：要求對這些案例進行具體分析，總結優點，發現問題課程思政切入點：針對這兩個案例，通過分析結論，除了讓學生理解相應的社會問題，增加學生的社會責任感，找到其自我完善的方向外，還能夠通過技能的訓練，提高學生的專業自信心和專業熱情。復習思考題：1、試驗設計運用于經濟領域時，難點在哪？2、調查實驗實施中的難點，方法的優缺點是什么？3、機器學習方法探討高階交互效應時，方法的優缺點是什么？五、考