При разработке программы учебной дисциплины «Статистическая обработка

экспериментальных данных» в основу положены:

ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 241000.62 «Энерго- и

ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и

биотехнологии», утвержденный Министерством образования и науки 24.01.2011 г.;

учебный план профиля, утвержденный ректором ГОУ ВПО «Уральский

государственный лесотехнический университет» 17.05.2012 г.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины «дисциплины «Статистическая обработка экспериментальных данных» является приобретение базовых знаний, практических навыков и умений по решению любых научных и технических задач, а также использование методов математической статистики для анализа химических явлений и процессов, статистической обработки и анализа его результатов.

Полученные студентами знания помогут им развить логическое и системное мышление, более сознательно планировать и проводить эксперимент, а также знать возможности повышения качества продукции, выполнять курсовые и дипломные проекты.

Задачами дисциплины являются - изучение студентами:

- систем поиска, хранения и обработки научно-технической, патентной и конъюнктурно-экономической информации;

- способов составления аналитических обзоров по научно-техническим проблемам;

- методов планирования и проведения эксперимента;

- методов статистической обработки результатов наблюдений и экспериментов (в том числе с применением методов математической статистики: корреляционного, дисперсионного, регрессионного и других методов анализа);

- методов оптимизации технологических процессов;

- правил оформления отчетов о научно-исследовательских работах;

После окончания курса студент должен уметь формировать цель и задачи научных исследований, намечать пути и этапы их решения; составлять схему экспериментальных исследований; организовывать и проводить эксперимент в условиях научноисследовательской лаборатории; проводить статистический анализ результатов эксперимента и их обработку; оформлять результаты эксперимента в виде текста, графиков, диаграмм и т.д.; проводить оценку экономической эффективности от внедрения результатов научно-исследовательской работы.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина «Статистическая обработка экспериментальных данных» относится к дисциплинам математического и естественного цикла и входит в состав дисциплин по выбору студентов. Областями профессиональной деятельности студентов, на которые ориентирует дисциплина, являются производственно-технологическая, организационноуправленческая, научно-исследовательская и проектная.

Дисциплина «Статистическая обработка экспериментальных данных» использует и обобщает знания, полученные при изучении дисциплин «Информатика» и «Стехиометрические расчеты в курсе общей и неорганической химии».

Изучение данного курса позволяет будущим бакалаврам профессионально владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения; логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; применять современные методы научных исследований при химическом анализе; способностью к анализу и критическому осмыслению отечественной и зарубежной научно-технической информации, а также к лабораторному анализу химических образцов, оценке качества получаемой продукции; способностью к обобщению и статистической обработке результатов лабораторных исследований, формулированию выводов.

Освоение дисциплины готовит к работе со следующими объектами профессиональной деятельности бакалавров:

- основные химические, нефтехимические и биотехнологические производства;

- промышленные установки и технологические схемы, включая системы автоматизированного управления;

- автоматизированные системы научных исследований;

- методы и средства оценки состояния окружающей среды и защиты ее от антропогенного воздействия;

- системы искусственного интеллекта в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.

Дисциплина готовит к решению следующих задач профессиональной деятельности:

в области производственно-технологической деятельности:

организация входного контроля сырья и материалов с позиций энерго- и ресурсосбережения при их переработке;

контроль качества выпускаемой продукции и ресурсо-, энергопотребления технологических процессов с использованием стандартных методов;

организация обслуживания и управления технологическими процессами.

в области организационно-управленческая деятельности:

подготовка исходных данных для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе комплексного анализа экономической эффективности, энерго- и ресурсосбережения, экологической безопасности производства;

участие в проведении организационно-плановых расчетов, по созданию (реорганизации) производственных процессов;

участие в организации новых технологических процессов.

в области научно-исследовательская деятельности:

изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по теме исследования;

планирование и проведение экспериментальных исследований по энерго- и ресурсосбережению, обеспечению экологической безопасности при реализации технологического процесса и анализа их результатов;

математическое моделирование технологических процессов с использованием стандартных пакетов автоматизированного расчета и проектирования;

систематизация данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций, составление отчета по выполненному заданию, участие во внедрении результатов исследований и разработок;

участие в разработке систем управления процессами;

участие в проведении мероприятий по защите объектов интеллектуальной собственности и результатов исследований и разработок как коммерческой тайны предприятия.

в области проектной деятельности:

сбор и анализ исходных данных для проектирования эффективных технологических процессов и установок, характеризуемых высоким уровнем энерго- и ресурсосбережения и экологической безопасностью;

анализ и оценка альтернативных вариантов технологической схемы и ее отдельных узлов.

Освоение данной дисциплины является необходимой основой для последующего изучения дисциплин «Методы и приборы контроля окружающей среды», «Расчеты химико-технологических процессов», «Технический анализ органических соединений», «Моделирование энерго- и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и «Оценка экологического риска и воздействия на окружающую среду».

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

Общекультурные компетенции (ОК):

владеть культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке целей и выбору путей ее достижения (ОК-1);

умением использовать нормативные и правовые документы в своей деятельности (ОК-6);

стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-7);

осознанием социальной значимости своей будущей профессии, обладанием высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

способность анализировать социально-значимые проблемы и процессы (ОК-9);

использованием основных положений и методов социальных, гуманитарных и естественных наук при решении социальных и профессиональных задач (ОК-10).

Профессиональные компетенции (ПК):

использовать основные законы естественных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

способность участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду (ПК-8);

готовность изучать научно-техническую информацию, анализировать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований (ПК-19);

способность применять современные методы исследования технологических процессов и природных сред, использовать компьютерные средства в научноисследовательской работе (ПК-20);

способность планировать экспериментальные исследования, получать, обрабатывать и анализировать полученные результаты (ПК-21);

способность моделировать энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии (ПК-22).

До начала изучения дисциплины студент должен:

знать: общие методы статистической обработки результатов, основные законы познания, общенаучные методы;

иметь представление: об истории развития науки с древнейших времен, о научно-технической революции, о важности научных знаний.

После окончания изучения дисциплины студент должен:

знать: методы планирования эксперимента, наблюдений и учетов, документацию и отчетность, алгоритмы применения статистических методов анализа; правила оформления отчетов о научно-исследовательских работах;

уметь: составлять аналитические обзоры по научно-техническим проблемам, обрабатывать результаты наблюдений и экспериментов (в том числе с применением методов математической статистики: корреляционного, дисперсионного, регрессионного и других методов анализа); вычислять основные статистические параметры выборки, оценивать их достоверность, проводить анализ структуры изменчивости признаков и прогнозировать значение признаков;

владеть: методами математической статистики в химии, методами планирования эксперимента; навыками проведения оптимизационных процессов.

4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц, 72 час.

В том числе:

В том числе:

5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

роль науки в жизни 1.2. Характерные черты современной науки. Задачи, определения и 2.2. Организация научной деятельности в России.

понятия в системе 2.3. Подготовка и повышение квалификации научных и исследования 3.4. Основные методы теоретических и эмпирических Особенности 4.1. Измерения и их погрешности. Классификация статистической 4.2. Особенности представления и обработки количественных 4.3. Формы представления конечных результатов Планирование и 5.1. Выбор и планирование эксперимента.

анализ результатов 5.2. Планирование эксперимента методом 1. Введение в курс: роль науки в жизни человечества 1.1. Цели и задачи дисциплины Роль и место науки в жизни общества. Основные потребности человека в науки.

Цели и задачи науки.

1.2. Характерные черты современной науки. Задачи, стоящие перед наукой XXI века Оценка основных черт современной науки и ее приоритетных направлений. Наука, как высшая культурная ценность Нового времени. Механическая картина мира.

2. Основные определения и понятия в системе научных знаний 2.1. Основные понятия и классификация наук Классификация науки по предмету и методу познания (естественные, общественные, философские и технические). Классификация науки по степени общности и удаленности от практики (фундаментальные и прикладные).

2.2. Организация научной деятельности в России Закон РФ «О науке и государственной научно-технической политике».

Источниками финансирования научной деятельности в России. Основные государственные функции управления научной деятельностью. Структура управления научной деятельностью в стране.

2.3. Подготовка и повышение квалификации научных и инженерных кадров Основные требования, предъявляемые к современному специалисту. Пути повышения квалификации: особенности получения ученой степени и звания.

Материальное и моральное стимулирование ученой квалификации.

3. Научные исследования. Методология научного исследования 3.1. Структура и классификация научного исследования Цели и задачи научного исследования. Предмет и объект научного исследования.

Основные этапы (структура) и особенности научного исследования. Классификация научных исследований по видам связи с общественным производством, целевому назначению, степени важности для народного хозяйства и источникам финансирования.

3.2. Основные стадии и разделы научно-исследовательской работы Содержание основных стадий и этапов научно-исследовательской работы.

Рекомендации по составлению аналитического обзора. Организация работы с научной литературой. Виды библиотечных каталогов. Способы обработки информации при чтении. Методики быстрого чтения. Проверка научного реферирования. Поиск и хранение найденной информации.

3.3. Основные этапы прикладных НИР Особенности и цели основных этапов прикладных научных исследований: научноисследовательская работа, опытно-технологическая и опытно-конструкторская работы.

3.4. Основные методы теоретических и эмпирических исследований Основные положения теории познания. Методы эмпирического уровня исследования: наблюдение (непосредственное и опосредованное), эксперимент, счет и измерение. Методы теоретического уровня исследования: анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, формализация, абстрагирование.

4. Особенности представления и статистической обработки количественных результатов измерений 4.1. Измерения и их погрешности. Классификация погрешностей Основные понятия и определения характеристик случайных величин. Определение и классификация систематической погрешности. Определение и классификация случайной погрешности. Исключение грубой погрешности измерений. Определение систематической составляющей погрешности измерений. Определение случайной составляющей погрешности измерений. Определение погрешности косвенных измерений.

4.2. Особенности представления и обработки количественных результатов измерений Точность цифрового выражения данных. Числовые характеристики случайных распределений. Оценка пригодности экспериментальных данных.

4.3. Форма представления конечных результатов измерений Особенности представление конечных результатов измерения через относительную и абсолютную погрешности.

5. Планирование и анализ результатов эксперимента 5.1. Выбор и планирование эксперимента Особенности научного подхода к оптимизации (планированию) технологических процессов. Выбор плана эксперимента.

5.2. Планирование эксперимента методом корреляционного анализа Сущность, область применения и возможности корреляционного анализа. Анализ поля корреляции. Анализ выборочного коэффициента парной корреляции.

5.3. Планирование эксперимента методом дисперсионного анализа Сущность, область применения и возможности дисперсионного анализа. Основные задачи метода.

5.4. Математическое планирование эксперимента для проведения регрессионного анализа Сущность, область применения и возможности регрессионного анализа.

Построение математической модели.

5.5. Планирование эксперимента для решения оптимизационных задач Особенности метода восхождения или наискорейшего спуска по поверхности функции отклика объекта. Метод симплекс-планирования, его преимущества и недостатки.

5.6. Особенности планирования эксперимента в производственных условиях «Метод эволюционного планирования эксперимента» - новый подход к планированию промышленного эксперимента.

5.7. Рекомендации по обобщению, анализу и оформлению результатов научноисследовательской работы Обработка результатов эксперимента. Статистические подходы к анализу результатов эксперимента; требования к оформлению отчета о НИР. Техника построения графиков.

5.8. Охрана интеллектуальной собственности, созданной при выполнении научных исследований Государственная система патентной информации. Открытие, изобретение, полезная модель. Международная классификация изобретений. Содержание заявки на изобретение, полезную модель.

5.3 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами Расчеты химико-технологических Технический анализ органических ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и Оценка экологического риска и воздействия на окружающую среду Основные определения и понятия в Научные исследования. Методология Особенности представления и статистической обработки количественных результатов измерений Планирование и анализ результатов 5.5. Содержание лабораторных (практических) занятий Методология научного информации в информационных Особенности представления и Статистическая обработка результатов эксперимента факторов на степень умягчения Планирование и анализ Использование регрессионного

6. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

6.1. Трудоемкость самостоятельной работы студента по дисциплине Подготовка к текущему тестированию по теме «Изучение требований электронных документов»

Индивидуальное домашнее задание: Методы и аппараты для обезвреживания газовых выбросов/ Методы и аппараты для обезвреживания сточных вод/ Методы и аппараты для переработки твердых отходов Подготовка к коллоквиуму лабораторного занятия «Статистическая обработка результатов измерения на выявление грубых промахов».

Подготовка к коллоквиуму лабораторного занятия «Анализ влияния корреляционного анализа».

Подготовка к коллоквиуму лабораторного занятия «Использование регрессионного анализа для обработки экспериментальных данных контроля состояния окружающей среды и инженерных объектов».

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. 99 с.

2 Папулов Е.С., Копнов В.А. Лесная Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. 66 с.

3 Казанцев Н.К. Основы метрологии:

УГЛТУ, 2007. 111 с.

4 Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С.

Метрология, стандартизация и учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2002. 205 с.

Дополнительная литература исследований: метод. рекомендации и контрол. задания для самостоят.

работы студентов инженерно-эколог. и Екатеринбург: УГЛТУ, 2007. 40 с.

6 Мазуркин П.М. Основы научных Йошкар-Ола : МарГУ, 2006. 412 с.

7 Гоберман В.А. Технология научных исследований - методы, модели, оценки: учеб. пособие. 2-е изд., стер.

М.: МГУЛ, 2002. 390 с.

8 Папковская П.Я. Методология научных Информпресс, 2002. 176 с.

исследований: курс лекций для факультета. Екатеринбург: УГЛТА, 1998. 90 с.

Microsoft Office 2007 для дома и учебы (лицензия).

ChemBioOffice 2008 (лицензия).

Программа для создания компьютерных тестов My-Test (бесплатная).

7.4. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы 1. Поисковая система Search+ (бесплатная).

2. Электронный реферативный журнал ВИНИТИ v2.10 (лицензия УГЛТУ)

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

аудитория, оснащенная презентационной и мультимедийной техникой (интерактивная доска, проектор, экран, ноутбук);

комплект электронных презентаций/слайдов;

специализированная лаборатория «Лаборатория промышленной экологии» №43;

иономеры ЭВ-74 – 2 шт., иономеры CyberScan pH510 – 1 шт., фотоколориметр КФК-2, весы аналитические – 2 шт., сушильный шкаф;

в достаточном количестве химические реактивы и лабораторная посуда.

9. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

20% интерактивных занятий от объема аудиторных занятий семест Виды учебной работы Образовательные технологии занятий (индивидуальные,

10. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ

УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ

ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

10.1. Виды контроля и аттестации, формы оценочных средств Контроль степени освоения дисциплины осуществляется текущим тестированием и сдачей коллоквиумов в лабораторном практикуме, выполненных в соответствии с требованиями таблицы 6.2, а также проверкой преподавателем индивидуальных домашних заданий. Каждое домашнее задание оценивается преподавателем рейтинговой оценкой текущего контроля. При рейтинговой оценке задания учитываются: сдача задания в срок, правильность выполнения (определение объекта и предмета исследования, постановка цели и формирование задач), соответствия библиографическому описанию текстовых и электронных документов требований ГОСТ Р 7.0.5 – 2008.

Значения рейтинговых баллов для отдельных видов учебной Посещаемость лекционных занятий Текущее тестирование (письменная работа) Выполнение домашнего индивидуального задания Выполнение лабораторной работы:

Промежуточное тестирование (зачет) Промежуточный контроль проводится в виде компьютерного теста в системе MyTest. В компьютерные тесты включены задания по лекционному курсу, а также по некоторым темам практических и лабораторных заданий.

Фонды оценочных средств, включающие домашние задания, тесты включены в состав УМК дисциплины.

Перечень и содержание разделов дисциплины 1. Введение в курс: роль науки в жизни человечества 2. Основные определения и знаний 3. Научные исследования.

исследования 4. Особенности представления и статистической обработки количественных результатов измерений 5. Планирование и анализ результатов эксперимента Критерии оценки работы студента по изучению дисциплины в рамках промежуточной и текущей аттестации Вопросы на коллоквиуме задаются каждому студенту индивидуальные. Студенту дается дополнительное время (коллоквиум сдается заново), если не может ответить на три заданных ему вопроса. После двух неудачных попыток сдать коллоквиум – студент к выполнению лабораторной работы не допускается.

** За высокую точность при выполнении лабораторных работ студенту начисляется бонусный балл, в частности:

Лабораторная работа «Анализ влияния различных факторов на степень умягчения воды методами корреляционного анализа» - при получении коэффициента линейной корреляции (rху) больше, либо равным 0,9 – бонусный балл равен 1.

Лабораторная работа «Использование регрессионного анализа для обработки экспериментальных данных контроля состояния окружающей среды и инженерных объектов» - если при определении концентрации неизвестного раствора с помощью выведенного уравнения регрессии, полученная концентрация будет отличаться от заданной на ± 1 мг/л, студент получает один бонусный балл.