试验设计

Design  of Experiments

【课程编号】4021020002009

【课程类别】专业必修课

【总学时数】48

【周学时数】3

【学分数】3

【先修课程】统计学，概率论与数理统计

【课程负责人】高齐圣

【适用专业】经济统计

第      次课        学时：

授课对象

章   节

第一章 试验设计概要（2学时）

教学目的和要求

1、   了解试验设计方法在科学技术发展中的地位和作用，试验设计方法的起源，我国试验设计方法的发展和现状；

2、   了解使用试验设计方法的目的、内容和应用，理解试验设计的主要名词术语，理解试验设计的基本原则。

讲授主要内  容

1、   试验设计的发展历史和研究内涵；

2、   试验设计实施过程和主要名词术语；

3、   试验设计的基本原则。

重   点

难   点

使用试验设计方法的目的、内容和应用；

理解试验设计的三个基本原则。

要求掌握知识点和分析方法

试验设计的一般实施过程

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

通过课堂讲授与课后作业相结合，围绕农业田间试验、工业试验设计和日本田口方法等不同阶段发展案例展开。通过本章的学习，使学生了解试验设计的发展历史，引导学生理解试验设计方法的目的、内容和应用，理解试验设计误差的主要来源及处理技巧，掌握因子、水平、误差等基本概念，理解并掌握试验设计的三个基本原则：重复、随机化和区组。

作业布置

自己找一个试验设计应用的例子，对照本章试验设计实施过程体验理解。并考察其中重复、随机化和区组的运用。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

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授课对象

章   节

第二章 单因子试验的设计与分析

教学目的和要求

1、   理解单因子试验设计的总体思想和重要用途；

2、   掌握单因子试验设计的操作步骤和分析方法。

讲授主要内  容

1、   了解单因子试验的定义、实施过程和注意事项；

2、   了解和掌握单因子试验设计的统计模型描述；

3、   掌握单因子试验设计的方差分析过程；

4、   掌握单因子试验设计的多重比较的若干方法；

5、   理解和掌握固定效应模型和随机效应模型的区别和联系；

6、   掌握单因子试验设计模型的正态性和方差齐性检验的一般方法。

重   点

难   点

单因子试验的方差分析过程、多重比较和方差齐性检验；

多重比较过程、固定效应和随机效应区别和联系。

要求掌握知识点和分析方法

针对“因子-指标”的因果关系，会用单因子试验的方差分析进行验证确认。

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

通过课堂讲授与课后作业相结合，围绕“因子-指标”的因果关系确认，通过单因子试验设计实施、因子方差分析等进行统计验证。通过本章内容学习，引导学生会进行单因子试验设计的方差分析，学会区分固定效应和随机效应模型，熟练掌握单因子试验设计的统计建模，会用软件（Excel/Spss）进行单因子试验设计的方差分析、多重比较、正态性和方差齐性等统计检验，并会进行最终综合分析。

作业布置

一项政策的实施效果如何？被称为政策效应评估。请你据此设计一个单因子试验进行相应政策效应分析。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

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授课对象

章   节

第三章 区组设计

教学目的和要求

1、   学会使用区组设计来进行多因素分析；

2、   如何对多种影响因素进行试验设计与分析；

3、   掌握区组设计的一般统计分析理论与方法。

讲授主要内  容

1、   区组设计基本思想和统计分析理论；

2、   随机化完全区组设计的实施过程、统计模型及分析方法；

3、   平衡不完全区组设计的实施过程、统计模型及分析方法；

4、   链式区组设计的实施过程、统计模型及分析方法。

重   点

难   点

随机化完全区组设计、平衡不完全区组设计和链式区组设计的实施过程、统计模型及分析方法；

平衡不完全区组设计和链式区组设计模型构建及统计分析方法。

要求掌握知识点和分析方法

随机化、区组和重复三原则运用，随机试验和准随机试验等分析。

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

通过课堂讲授与课后作业相结合，通过“整体论”和 “还原论”的对比，讲透区组设计在处理多因素复杂问题时的优势和缺点。通过本章内容学习，引导学生理解区组设计的基本思想，了解随机化完全区组设计的实施过程及统计模型的基本内涵，熟练掌握随机化完全区组设计统计模型、参数估计、假设检验等分析方法。但现实世界往往很难构建一个理想随机化完全区组设计试验，因此有必要进一步让学生关注、了解其它两种区组设计的实施过程、统计模型和统计检验分析等方法。

作业布置

何为自然试验和随机试验？若随机化原则不满足，则称为准随机试验。请结合经济管理中实际问题设计一个准随机试验，并进行统计模型、参数估计、假设检验等分析。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

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授课对象

章   节

第四章 正交设计

教学目的和要求

1、   学会使用正交表来分析多因素析因试验；

2、   掌握正交设计的一般统计分析理论与方法。

讲授主要内  容

1、   多因素试验的统计模型、参数估计、假设检验与多重比较分析；

2、   正交表的概念、构造方法，正交表与试验实施；

3、   无交互作用正交试验设计与分析，有交互作用正交试验设计与分析；

4、   有重复试验的正交试验设计与分析，水平数不等情况下正交试验设计与分析；

5、   多指标正交试验设计与分析。

重   点

难   点

无交互作用正交试验设计与分析，有交互作用正交试验设计与分析，水平数不等情况下正交试验设计与分析；

水平数不等情况下正交试验设计与分析

要求掌握知识点和分析方法

应用正交设计进行多因素方差分析，包括2水平、3水平交互作用正交试验方差分析方法。

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

通过课堂讲授与课后作业相结合，围绕正交表的“均匀分散、整齐可比”性质，用较少的试验次数实现多因素方差分析的目的。通过本章内容学习，引导学生学会多因素试验设计分析思想，包括统计模型、参数估计、假设检验和多重比较等方法。进一步掌握正交表构造和应用正交表进行试验设计分析的一般流程，包括表头设计、因素水平对应、试验实施、数据搜集和方差分析等，尤其弄清有无交互作用、重复试验选择和水平数不等的处理等等。

作业布置

结合熟悉领域的实际问题，分别进行2因素3水平、4因素2水平的正交试验设计分析，包括借助一些统计软件（Excel,SPSS,Minitab）进行辅助设计。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

第      次课        学时：

授课对象

章   节

第五章 稳健设计

教学目的和要求

1、   了解和掌握田口式稳健设计的基本原理和方法；

2、   了解静态和动态特性参数设计的概念和区别。

讲授主要内  容

1、   三次设计：系统设计、参数设计和容差设计等概念；

2、   田口方法（日本学者田口玄一提出的稳健设计方法），包括内外直积表、信噪比和灵敏度等；

3、   动态稳健设计简介。

重   点

难   点

田口方法的内外正交表设计，信噪比和灵敏度的统计度量；

动态特性稳健设计中信号、控制、标识和噪声因素的识别选取。

要求掌握知识点和分析方法

应用田口内外正交表直积的方法进行稳健设计的一般分析步骤

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

通过课堂讲授与课后作业相结合，围绕田口的“内、外正交表直积”，借助信噪比和灵敏度指标，识别出稳定性因素和可控性因素，最终实现产品参数的稳健性设计。通过本章内容学习，引导学生学会三次设计思想，即“系统设计、参数设计和容差设计”。进一步掌握田口方法的一般流程，包括内表、外表设计、内外表直积、信噪比灵敏度指标计算、方差分析等。同时，引入信号因子，了解动态参数设计最新前沿动态。

作业布置

收集上世纪80年代日本兴起的稳健设计技术相关报道，结合电子产品实例，给出一个完整的田口方法应用实例。或者，应用动态稳健设计思想考虑证券组合投资决策中的应用可行性。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

第      次课        学时：

授课对象

章   节

第六章 回归设计

教学目的和要求

1、   理解回归设计的核心思想；

2、   能够使用一次回归设计、二次回归设计来处理归回分析问题；

3、   了解正交性、旋转性和通用性的统计含义和参数选择依据。

讲授主要内  容

1、回归设计的基本概念

2、一次回归正交设计

3、二次回归的中心组合设计

4、二次回归正交设计

5、二次回归旋转设计

重   点

难   点

一次（线性）、二次（二次型）回归设计中回归模型参数估计、假设检验；

中心组合试验设计中正交表、中心点试验次数和坐标轴臂长等选择。

要求掌握知识点和分析方法

   掌握试验设计用于回归分析主动数据搜集的方法，以及回归模型参数估计、统计检验（参数和模型）等分析方法。

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

    通过课堂讲授与课后作业相结合，理解回归设计的基本概念和核心思想。通过本章内容学习，引导学生学会用一次回归设计进行线性模型统计分析，尤其会用中心组合试验方法进行二次回归试验设计和二次型模型统计分析，包括模型参数估计、模型拟合优度检验和参数显著性检验。了解逐步回归和节省参数的一般原理和思想，会结合计量经济学问题进行融合贯通。

作业布置

    针对计量经济学中线性回归、二次型回归部分内容，考虑用回归设计进行计量经济学设计和分析的可能性，举例探讨。

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、实验设计与分析， (美)Douglas C. Montgomery著，人民邮电出版社，2013年

3、用Excel学试验设计法， (日)上田太一郎等著，科学出版社，2012年

备注

第      次课        学时：

授课对象

章   节

第七章 其它试验设计方法介绍

教学目的和要求

1、   了解中国学者开创的均匀设计；

2、   了解试验设计在经济学中应用：实验经济学。

讲授主要内  容

1、   均匀设计表及均匀设计中回归分析方法；

2、   均匀设计案例；

3、2002年度诺贝尔经济学奖弗农·史密斯及实验经济学述评。

重   点

难   点

自然试验、随机试验、实验室试验；

经济学实验室试验。

要求掌握知识点和分析方法

教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等

    通过课堂讲授与课后作业相结合。实验经济学（Experimental  Economics）是经济学家在挑选的受试对象参与下，按照一定的实际规则并给以一定的物质报酬，以仿真方法创造与实际经济相似的一种实验室环境，不断改变实验参数，对得到的实验数据分析整理加工，用以检验已有的经济理论及其前提假设、或者发现新的理论，或者为一些决策提供理论分析。可以随堂选择同学进行一个简单的经济学实验，以强调试验设计在其中发挥的作用。

作业布置

1、结合实际问题，独立完成一个均匀设计分析的案例；

2、结合实际问题，独立完成一个经济学实验分析的案例；

                二者择一！

主    要

参考资料

1、试验设计，茆诗松,周纪芗,陈颖著，中国统计出版社，2012年

2、均匀试验设计的理论与应用，方开泰等，科学出版社，2019年

3、经济学实验案例教，杨飞虎等，经济管理出版社，2016年。

备注