РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ //
_________ _____________ 2013 г.
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.68 « Химия»
Магистерская программа «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях»
Форма обучения очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ______________//
«____»_____________2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры неорганической и физической химии«____»_____________2013 г. Протокол № ___
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 15 стр.
Зав. кафедрой ____________________//
«____»_____________2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИФиХ «____»_____________2013 г. Протокол № ___
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________//
«____»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
И. о. директора ИБЦ _________________//
«____»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________//
«____»_____________2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт физики и химии
Кафедра неорганической и физической химии
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.68«Химия»
Магистерская программа «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях»
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2013
Хритохин эксперимента. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020100.68 «Химия», магистерская программа «Физико-химический анализ природных и технических систем в макро - и наносостояниях», форма обучения очная. Тюмень, 2013, 15 стр.
Рабочая программа дисциплины «Планирование эксперимента» опубликована на сайте ТюмГУ: http://www. utmn. ru [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой неорганической и физической химии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
© Тюменский государственный университет, 2013.
© , 2013.
1. Пояснительная записка
Дисциплина «Планирование эксперимента», в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 020100.68 «Химия», входит в вариативную часть профессионального цикла ООП подготовки магистра.
Цель обучения:
формирование у студентов представления о математическом планировании эксперимента, методах его проведения, обработки результатов эксперимента, а также математического моделирования.
Задачи обучения:
формирование у студентов
n умения выбирать способ математического планирования эксперимента;
n умения решать задачи оптимизации;
n умения оценивать возможность, параметры и факторы оптимизации;
n навыков практической реализации оптимизационных циклов;
n навыков применения математического планирования эксперимента в практике физико-химического анализа.
1.1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Планирование эксперимента» является дисциплиной вариативной части профессионального цикла для направления 020100.68 «Химия». Дисциплина осваивается в 3 семестре. Содержание курса базируется на знании физической химии, общего курса математики и методов математической статистики.
Материал, излагаемый в курсе «Планирование эксперимента», может быть полезен для выполнения научно-исследовательской работы.
1.2. Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате освоения данной дисциплины
В соответствии с ФГОС ВПО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:
- общекультурных:
ОК-6 – использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
- профессиональных:
ПК-1 – понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности;
ПК-3 – способность применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных;
ПК-4 – владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций;
ПК-5-умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь
ПК-6 – владение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
ПК-7 – наличие опыта работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях;
ПК-10 – способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях.
В области воспитания личности целью подготовки является формирование социально-личностных качеств студентов: целеустремленности, организованности, коммуникативности.
В результате освоения дисциплины студент должен:
- знать общие принципы математического планирования эксперимента, методы его проведения, обработки результатов эксперимента, а также математического моделирования;
- уметь выбирать способ математического планирования эксперимента, решать задачи оптимизации и моделирования, оценивать возможность, параметры и факторы оптимизации, пользоваться научной и справочной литературой по математической статистике, математическому планированию эксперимента, аналитическому описанию линий и поверхностей фазовых превращений и смежным направлениям;
- владеть навыками практической реализации оптимизационных циклов, применения математического планирования эксперимента в практике физико-химического анализа, обработки количественных экспериментальных результатов.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Основной материал курса излагается в курсе лекций. Методы решения задач изучаются в ходе практических занятий.
Контроль развития перечисленных знаний, навыков и умений осуществляется с помощью нескольких форм.
Для текущего контроля предусмотрены контрольные работы и коллоквиумы.
Итоговый контроль осуществляется посредством
- защиты отчетов по итоговым практическим работам;
- рейтинг-листа, суммирующего показатели по всем видам текущего контроля;
- семестрового зачёта (письменного или устного). Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачётные единицы (з. е.), 72 часа.
3.Тематический план
Таблица 1
Наименование темы | Недели семестра | Лекции (кол-во часов) | Практические занятия (кол-во часов) | Самостоятельная работа (кол-во часов) | Из них в интерактивной форме (кол-во часов) | Формы контроля |
Модуль 1 | ||||||
1. Основные понятия в математическом планировании эксперимента | 1 | 2 | 2 | 2 | 4 | Опрос |
2. Полный (ПФЭ) и дробный (ДФЭ) факторный эксперимент | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | Защита отчета |
Всего | 4 | 4 | 4 | 8 | ||
Модуль 2 | ||||||
1. Экспериментальные погрешности | 3 | 4 | 4 | 4 | 6 | Коллоквиум |
2.Регрессионный анализ | 4-5 | 4 | 4 | 4 | 6 | К/р |
Всего | 8 | 8 | 8 | 12 | ||
Модуль 3 | ||||||
1. Крутое восхождение по поверхности отклика | 6 | 2 | 2 | 2 | 4 | Опрос |
2. Последовательная симплексная оптимизация | 7 | 2 | 2 | 2 | 4 | Задачи |
3. Ортогональные латинские прямоугольники | 8 | 2 | 2 | 2 | 4 | Опрос |
4. Симплекс-решетчатые и симплекс-центроидные планы Шеффе | 9 | 4 | 2 | 2 | 4 | Задачи |
5. Аналитическое описание и построение поверхностей фазовых превращений | 10-12 | 2 | 4 | 4 | 4 | Коллоквиум, к/р |
Всего | 12 | 12 | 12 | 20 | ||
Итого (часов) | 24 | 24 | 24 | 40 | ||
Из них часов в интерактивной форме | 40 |
Планирование самостоятельной работы студентов
Таблица 2
№ | Темы | Виды СРС | Неделя семестра | Объем часов | |
обязательные | дополнительные | ||||
1.1 | Основные понятия в математическом планировании эксперимента | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 1 | 2 |
1.2 | Полный (ПФЭ) и дробный (ДФЭ) факторный эксперимент | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 2 | 2 |
Всего по модулю 1: | 4 | ||||
2.1 | Экспериментальные погрешности | Подготовка к контрольной работе и коллоквиуму | Работа с учебной литературой | 3 | 4 |
2.2 | Регрессионный анализ | Подготовка к контрольной работе и коллоквиуму | Подготовка отчета | 4-5 | 4 |
Всего по модулю 2: | 8 | ||||
3.1 | Крутое восхождение по поверхности отклика | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 6 | 2 |
3.2 | Последовательная симплексная оптимизация | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 7 | 2 |
3.3 | Ортогональные латинские прямоугольники | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 8 | 2 |
3.4 | Симплекс-решетчатые и симплекс-центроидные планы Шеффе | Работа с лекционным материалом | Работа с учебной литературой | 9 | 2 |
3.5 | Аналитическое описание и построение поверхностей фазовых превращений | Подготовка к контрольной работе и коллоквиуму | Подготовка отчета | 10-12 | 4 |
Всего по модулю 3: | 12 | ||||
ИТОГО: | 24 |
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин |
| |
Факторные эксперименты | Оптимизация | Планирование эксперимента в физико-химическом анализе | ||
1. | Научно- исследовательская работа | + | + | + |
5. Содержание дисциплины
Модуль 1
Тема 1. Основные понятия в математическом планировании эксперимента
Постановка задачи. Требования к объекту исследования и результатам. Основные понятия. Факторы, их уровни. Число возможных сочетаний уровней и факторов. Двухуровневые планы. Требования к факторам и их совокупности. Параметры оптимизации (отклики), требования к ним. Ограничения. Функция отклика. Поверхность отклика. Построение обобщенного отклика. Шкала желательности. Функция желательности. Принципы оптимизации технологических процессов по Боксу-Уилсону.
Выбор экспериментальной области факторного пространства, центра плана и интервалов варьирования факторов, ограничения. Кодирование факторов.
Тема 2. Полный (ПФЭ) и дробный (ДФЭ) факторный эксперимент
Матрица планирования. ПФЭ 2n, свойства. Построение уравнения регрессии. Метод наименьших квадратов (МНК). Нелинейные модели. Взаимодействие факторов.
Минимизация числа опытов, условия. Реплики. Смешанные оценки разных эффектов. Определяющий контраст. Генерирующие соотношения. Разрешающая способность реплики. Реплики большой дробности. Обобщающий определяющий контраст. Метод перевала. Предельная дробность реплик. Насыщенные планы.
Модуль 2
Тема 1. Экспериментальные погрешности
Классификация ошибок. Случайные ошибки. Параллельные опыты. Выборочная дисперсия. Среднее квадратичное (стандартное) отклонение. Число степеней свободы выборочной характеристики.
Выявление и исключение грубых ошибок (промахов) из выборки результатов параллельных определений. Q – тест Диксона. Критерий Кайзера. Уровень значимости. Критерий Стьюдента.
Дисперсия воспроизводимости, среднее взвешенное значение. Проверка однородности выборочных дисперсий. Критерии Фишера, Кохрена и Бартлетта.
Тема 2. Регрессионный анализ
Основные положения, понятия и этапы регрессионного анализа. Дисперсия адекватности (остаточная дисперсия). Проверка адекватности модели. Проверка значимости коэффициентов регрессии. Программа PLAN_EX. Принятие решения после проведения регрессионного анализа в случае адекватной и неадекватной линейной модели.
Учет систематических ошибок. Деление матрицы на блоки. Рандомизация.
Ортогональное центральное композиционное планирование (ОЦКП). ОЦКП как развитие ПФЭ (ДФЭ). Схема ОЦКП. Звездные точки. Звездное плечо. Преобразование квадратичных переменных. Матрица ОЦКП. Регрессионный анализ в ОЦКП, сравнение с ПФЭ (ДФЭ).
Модуль 3
Тема 1. Крутое восхождение по поверхности отклика
Градиент. Размерная форма уравнения регрессии. Выбор шагов, стратегия реализации, принятие решения.
Тема 2. Последовательная симплексная оптимизация
Симплекс. Суть метода, графическая иллюстрация. Построение матрицы планирования в кодированной и размерной форме, примеры. Расширение матрицы планирования.
Тема 3. Ортогональные латинские прямоугольники
Схемы планирования. Использование лишних столбцов в схеме планирования для деления серии опытов на блоки. Определение эффектов уровней факторов и оптимальных уровней. Проверка значимости эффектов. Совмещенные планы.
Тема 4. Симплекс-решетчатые и симплекс-центроидные планы Шеффе
Оценка эффективности планов. Критерий D-оптимальности (Кифер). Композиционные планы. Планирование эксперимента для описания локальных участков диаграмм состав-свойство. Псевдокомпоненты. Декомпозиционный метод описания диаграмм состав-свойство.
Количественное описание связей между составом и свойствами. Виды моделей, их достоинства и недостатки. Алгебраические полиномы. Приведенные полиномы Шеффе. Вычисление коэффициентов (построение уравнения регрессии). Статистический анализ уравнения регрессии. Проверка адекватности модели. Контрольные точки.
Тема 5. Аналитическое описание и построение поверхностей фазовых превращений
Поверхность ликвидус. Изотермы. Построение линий моновариантных равновесий. Определение положения эвтектики в трехкомпонентной системе.
6. Темы семинарских занятий
1. Основные понятия в математическом планировании эксперимента.
2. Полный (ПФЭ) и дробный (ДФЭ) факторный эксперимент.
3. Экспериментальные погрешности.
4. Регрессионный анализ.
5. Ортогональное центральное композиционное планирование (ОЦКП) как развитие полного (дробного) факторного эксперимента.
6. Крутое восхождение по поверхности отклика.
7. Последовательная симплексная оптимизация.
8. Ортогональные латинские прямоугольники.
9. Симплекс-решетчатые и симплекс-центроидные планы Шеффе.
10. Планирование эксперимента в физико-химическом анализе.
11. Симплексные решетки в описании локальных участков диаграмм состав-свойство для трехкомпонентных систем.
12. Декомпозиция в описании локальных участков диаграмм состав-свойство для трехкомпонентных систем.
7. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
В качестве домашнего задания, для самостоятельной подготовки к коллоквиумам, контрольным работам студенты получают индивидуальные задания.
Типовые задачи
1. По заданным диапазонам изменения частных откликов постройте обобщенный.
2. Для заданного процесса провести выбор интервалов варьирования факторов.
3. Построить матрицу планирования ПФЭ для двухуровневого плана с заданным числом факторов.
4. По заданным результатам ПФЭ построить уравнение регрессии, учитывающее все возможные эффекты взаимодействия факторов.
5. Для заданной базисной матрицы планирования ПФЭ построить реплику заданной дробности, определить систему смешения выборочных оценок коэффициентов линейной регрессии и разрешающую способность реплики.
6. Выполнить процедуру поиска и исключения грубых ошибок в заданной выборке результатов параллельных определений.
7. Проверить однородность заданных выборочных дисперсий.
8. По заданным результатам ПФЭ (ДФЭ) и выборке результатов параллельных опытов в центре плана, при допущении того, что характеристикой точности эксперимента можно считать дисперсию в центре плана, построить линейное уравнение множественной регрессии, проверить адекватность модели и значимость коэффициентов регрессии.
9. По положению точки на треугольнике Гиббса-Розебома определить мольный состав сплава и содержание псевдокомпонентов данного неправильного симплекса.
10. Построить заданную симплексную решетку.
11. Определить число строк в матрице планирования заданного симплекс-решетчатого плана.
12. Построить матрицу планирования симплекс-центроидного плана для системы с заданным числом компонентов.
13. Определить число строк в матрице планирования симплекс-центроидного плана для системы с заданным числом компонентов.
14. Построить матрицу планирования D-оптимального плана для описания заданной диаграммы состав-свойство приведенным алгебраическим полиномом заданной степени.
15. По заданному содержанию псевдокомпонентов данного неправильного симплекса определить мольный состав данного сплава.
16. Построить приведенный полином заданной степени для системы с заданным числом компонентов.
17. Вывести расчетные формулы для вычисления коэффициентов приведенного полинома для заданной симплексной решетки.
18. Вычислить дисперсию воспроизводимости для заданного массива экспериментальных данных.
19. По заданному аналитическому описанию поверхности фазового превращения построить систему изотерм.
20. По заданному массиву экспериментальных температур первичной кристаллизации сплавов простой эвтектической трехкомпонентной системы построить линии моновариантных равновесий и определить положение тройной эвтектики.
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Принципы построения обобщенного отклика.
2. Выбор интервалов варьирования.
3. Полный факторный эксперимент.
4. Принципы регрессионного анализа. Нелинейные модели. Взаимодействие факторов.
5. Дробный факторный эксперимент.
6. Выявление и исключение грубых ошибок (промахов) из выборки результатов параллельных определений. Q – тест Диксона. Критерий Кайзера. Уровень значимости. Критерий Стьюдента.
7. Дисперсия воспроизводимости, среднее взвешенное значение. Проверка однородности выборочных дисперсий. Критерии Фишера, Кохрена и Бартлетта.
8. Практика регрессионного анализа. Дисперсия адекватности (остаточная дисперсия). Проверка адекватности модели. Проверка значимости коэффициентов регрессии. Принципы построения алгоритма программы PLAN_EX.
9. Планирование эксперимента в физико-химическом анализе. Симплекс-решетчатые и симплекс-центроидные планы Шеффе в построении диаграмм состав-свойство.
10. Композиционные планы. Планирование эксперимента для исследования локальных участков диаграмм состав-свойство. Псевдокомпоненты. Декомпозиционный метод исследования диаграмм состав-свойство.
11. Количественное описание связей между составом и свойствами. Виды моделей, их достоинства и недостатки. Алгебраические полиномы. Приведенные полиномы Шеффе.
12. Обработка результатов в симплекс-решетчатых планах Шеффе. Вычисление коэффициентов (построение уравнения регрессии).
13. Обработка результатов в симплекс-решетчатых планах Шеффе. Статистический анализ уравнения регрессии. Проверка адекватности модели. Контрольные точки.
14. Аналитическое описание и построение поверхностей фазовых превращений с помощью симплекс-решетчатых планов Шеффе.
15. Оценка эффективности планов. Критерий D-оптимальности (Кифер). Матрица планирования D-оптимального плана для описания диаграммы состав-свойство приведенным алгебраическим полиномом.
16. Приведение алгебраических полиномов.
17. Вывод расчетных формул для вычисления коэффициентов приведенных полиномов для симплексных решеток.
18. Графическая интерпретация аналитического описания и построение изотерм поверхностей фазовых превращений с помощью симплекс-решетчатых планов Шеффе.
Для самостоятельного изучения теоретического материала студентами используются учебники и учебные пособия в приведённом ниже списке литературы. Трудоёмкость самостоятельного изучения теоретического материала составляет 24 часа.
8. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС, при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Планирование эксперимента» используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий:
· лекции;
· практические занятия;
· дополнительные консультации.
Кроме того используются дополнительные формы обучения по отдельным темам:
· текущая проверка знаний; взаимоконтроль студентов;
· отработка пройденного материала на практических задачах; взаимообмен заданиями.
· обмен знаниями между студентами в малых группах.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
9.1 Основная литература
1. Хритохин планирование эксперимента. Часть 1. Факотрные эксперименты. – Тюмень: ТюмГУ. 20с.
2. Хритохин планирование эксперимента. Часть 2. Обработка экспериментальных результатов. – Тюмень: ТюмГУ. 20с.
9.2 Дополнительная литература
1. , Кафаров эксперимента в химии и химической технологии. – М.: Высшая школа. 19с.
2. Статистика в аналитической химии. – М.: Мир. 19с.
3. , Пунин компьютеров и химическая технология. - Л.: Химия, 19с.
9.3 Методические указания
1. , Болотов эксперимента. – Тюмень: ТюмГУ. 19с.
2. , Андреев построение и теоретический расчет диаграмм состояния двух - и трехкомпонентных систем. – Тюмень: ТюмГУ. 1990. Ч.с.
3. Хритохин планирование эксперимента. Часть 1. Факторные эксперименты. – Тюмень: ТюмГУ. 20с.
4. Хритохин планирование эксперимента. Часть 2. Обработка экспериментальных результатов. – Тюмень: ТюмГУ. 20с.
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Аудитория с мультимедийным оборудованием и лаборатория для проведения практических занятий.
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры неорганической и физической химии «____»_____________2013 Протокол № ___
Заведующий кафедрой___________________//
КАРТА КОМПЕТЕНЦИЙ
по дисциплине «Планирование эксперимента»
(направление 020100.68 — Химия)
ОК-6 – использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: место математического планирования эксперимента в практической химии, методы его проведения, обработки экспериментальных результатов, а также принципы математического моделирования.
· Уметь: выбирать способ математического планирования эксперимента, решать задачи оптимизации и моделирования, оценивать возможность, параметры и факторы оптимизации, пользоваться научной и справочной литературой по математической статистике, математическому планированию эксперимента, аналитическому описанию линий и поверхностей фазовых превращений и смежным направлениям.
· Владеть: навыками практической реализации оптимизационных циклов, применения математического планирования эксперимента в практике физико-химического анализа, обработки количественных экспериментальных результатов.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: классификацию методов математического планирования эксперимента и обработки экспериментальных результатов.
· Уметь: планировать экстремальные эксперименты, выбирать координаты центра плана на основе анализа априорной информации, пользоваться статистическими таблицами, анализировать фазовые переходы 1 рода.
· Владеть: навыками описания поверхностей отклика.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы симплексного планирования эксперимента, методы обработки экспериментальных результатов, а также математического моделирования с использованием приведенных полиномов разных степеней.
· Уметь: вычислять составляющие градиента в планировании экстремальных экспериментов.
· Владеть: навыками практической реализации крутого восхождения по поверхности отклика.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• выступления на семинарах,
• домашние задания,
• контрольная работа.
ПК-1 – понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: соотношения и преимущества факторных экспериментов и метода Гаусса – Зайделя.
· Уметь: планировать эксперимент для одно - и многопараметричных задач.
· Владеть: методиками построения обобщенных откликов.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: свойства факторных экспериментов.
· Уметь: строить матрицы планирования.
· Владеть: методом наименьших квадратов.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: блок-схемы выбора интервалов варьирования факторов.
· Уметь: применять метод наименьших квадратов для множественной линейной регрессии.
· Владеть: методом крутого восхождения по поверхности отклика (метод Бокса – Уилсона).
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• выступления на семинарах,
• индивидуальные задания,
• коллоквиум.
ПК-3 – способность применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: принципы физико-химического анализа и методы аналитического описания линий и поверхностей ликвидус и солидус в диаграммах состояния двух-, трех - и четырехкомпонентных систем.
· Уметь: определять состав образцов по положению точек на симплексе составов.
· Владеть: навыками практического получения образца данного состава.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: принципы симплекс-решетчатого и симплекс-центроидного планирования эксперимента по Шеффе в физико-химическом анализе.
· Уметь: выбирать план эксперимента для аналитического описания линий и поверхностей фазовых переходов в диаграммах состояния двух-, трех - и четырехкомпонентных систем.
· Владеть: методиками расчета состава образцов в двух-, трех - и четырехкомпонентных системах.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы проверки адекватности моделей в симплекс-решетчатом планировании эксперимента по Шеффе.
· Уметь: выбирать подходящие симплексные решетки, степени приведенных полиномов для решения проблемы альтернативы в детальности и адекватности аналитического описания линий и поверхностей на курнаковских диаграммах «состав – свойство» в двух-, трех - и четырехкомпонентных системах.
· Владеть: методикой декомпозиции в симплекс-решетчатом планировании эксперимента по Шеффе.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• подготовка и защита отчетов по практическим работам,
• домашние задания,
• контрольная работа.
ПК-4 – владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: принципы и методы химического анализа в количественном изучении состава физико-химических систем, метрологические характеристики и их свойства.
· Уметь: определять состав физико-химических систем.
· Владеть: навыками создания модельных установок для отработки и оптимизации заданного технологического процесса.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: принципы и методы анализа образцов заданного состава.
· Уметь: определять характеристики сорбционных систем и обрабатывать результаты исследования сорбционных процессов.
· Владеть: навыками аналитического описания сорбционных процессов.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы последовательной симплексной оптимизации, построения матрицы планирования в кодированных и натуральных переменных для модельных нефтехимических процессов.
· Уметь: определять условия модельного межфазно-каталитического эксперимента в последовательной симплексной оптимизации.
· Владеть: навыками практического поиска оптимальных условий эксперимента в последовательном отражении и движении текущего симплекса.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• подготовка и защита отчетов по практическим работам,
• домашние задания,
• коллоквиум.
ПК-5-умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: этапы написания и защиты отчетов по практическим работам.
· Уметь: составлять план отчета по практической работе.
· Владеть: навыками описания практической реализации плана эксперимента и обработки количественных экспериментальных результатов.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: правила оформления отчетов по практическим работам.
· Уметь: грамотно и компактно представлять информацию в текстовой, табличной и графической форме.
· Владеть: навыками работы с таблицами в Word и Excel.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы обработки различных функциональных зависимостей в табличных редакторах.
· Уметь: составлять компьютерные презентации к докладам.
· Владеть: навыками публичного выступления, научной дискуссии и обсуждения результатов.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• выступления на семинарах,
• подготовка и защита отчетов по практическим работам,
• коллоквиум.
ПК-6 – владение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: теоретические основы и принципы спектральных и термографических методов анализа.
· Уметь: готовить оборудование к работе и осуществлять его техническое обслуживание.
· Владеть: навыками практической работы на пирометрах и спектрометрах.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: принципы и методы калибровки оборудования.
· Уметь: готовить образцы к съемке.
· Владеть: навыками подбора ламп, способов атомизации и условий съемки на атомно-абсорбционных спектрометрах.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы определения тепловых эффектов методом дифференциальной сканирующей калориметрии и дифференциально-термического анализа.
· Уметь: обрабатывать термографическую информацию.
· Владеть: навыками нахождения термодинамических характеристик по площади пика на термограммах и дериватограммах.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• подготовка и защита отчетов по практическим работам,
• домашние задания,
• коллоквиум.
ПК-7 – наличие опыта работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: теоретические основы и принципы спектральных и термографических методов анализа.
· Уметь: готовить оборудование к работе и осуществлять его техническое обслуживание.
· Владеть: навыками практической работы на пирометрах и спектрометрах.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: принципы и методы калибровки оборудования.
· Уметь: готовить образцы к съемке.
· Владеть: навыками подбора ламп, способов атомизации и условий съемки на атомно-абсорбционных спектрометрах.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: принципы вычисления сорбционных характеристик из экспериментальных данных.
· Уметь: вычислять сорбционные характеристики из экспериментальных данных.
· Владеть: навыками осуществления сорбционных экспериментов в статическом и динамическом режиме.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• подготовка и защита отчетов по практическим работам,
• домашние задания,
• коллоквиум.
ПК-10 – способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Минимальный уровень:
· Знать: принципы математического планирования эксперимента, методы статистической обработки экспериментальных результатов и математического моделирования.
· Уметь: пользоваться пакетом Microsoft Office.
· Владеть: навыками работы на персональных компьютерах.
Базовый уровень (дополнительно к минимальному уровню):
· Знать: различные системы единиц измерения и соотношения между ними.
· Уметь: работать со справочной литературой, базами данных и поисковыми системами в глобальной компьютерной сети.
· Владеть: методиками аппроксимации различными функциональными зависимостями.
Повышенный уровень (дополнительно к минимальному и базовому уровням):
· Знать: теоретические основы и принципы описания функции отклика в почти стационарной области.
· Уметь: работать с текстовыми и табличными редакторами.
· Владеть: методами сортировки информации в компьютерной сети.
Освоение данной компетенции осуществляется на следующих видах занятий:
• лекции,
• семинары,
• индивидуальные консультации и консультации по дисциплине,
• самостоятельная работа студента, в том числе – выполнение домашних контрольных заданий.
Оценка сформированности компетенций по уровням осуществляется оценочными средствами:
• контрольные опросы на лекциях,
• выступления на семинарах,
• индивидуальные задания,
коллоквиум
Дополнения и изменения к рабочей программе на 2014/ 2015 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
пересмотрена рекомендуемая литература
Основная:
1.Хритохин планирование эксперимента. Часть 1. Факторные эксперименты. – Тюмень: ТюмГУ. 2010. – 41 с..
2. Хритохин планирование эксперимента. Часть 2. Обработка экспериментальных результатов. – Тюмень: ТюмГУ. 20с.
Дополнительная:
1.Сидняев планирования эксперимента и анализ статистических данных [Электронный ресурс]: учебное пособие для магистров. – М.: Юрайт, 2015. – 495 с.
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры неорганической и физической химии протокол от «26» августа 2014 г.
Заведующий кафедрой ___________________//
