4573
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)
для обучающихся по научной специальности 2.1.5.Строительные материалы и изделия
Нижний Новгород
2022
2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)
для обучающихся по научной специальности 2.1.5.Строительные материалы и изделия
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
3
УДК 536.001.5
Патова М.А. Планирование экспериментальных исследований / М.А. Патова; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 20 с. – Текст: электронный.
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Планирование экспериментальных исследований» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебнометодического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям.
Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по научной специальности 2.1.5.Строительные материалы и изделия.
©М.А. Патова, 2022
©ННГАСУ, 2022
4
|
|
Содержание |
|
1. |
Общие положения ......................................................................................................................... |
5 |
|
|
1.1 |
Цели изучения дисциплины и результаты обучения .......................................................... |
5 |
|
1.2 |
Содержание дисциплины ....................................................................................................... |
6 |
2. |
Методические указания по подготовке к лекциям..................................................................... |
8 |
|
|
2.1 |
Общие рекомендации по работе на лекциях ........................................................................ |
8 |
|
2.2 |
Общие рекомендации при работе с конспектом лекций..................................................... |
8 |
|
2.3 |
Контрольные вопросы ........................................................................................................ |
111 |
3. |
Методические указания по подготовке к практическим занятиям....................................... |
133 |
|
|
3.1 |
Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям ................................... |
133 |
|
3.2 |
Примеры заданий для практических занятий .................................................................... |
13 |
|
3.3 |
Примерная тематика рефератов ....................................................................................... |
133 |
4. |
Методические указания по организации самостоятельной работы ..................................... |
155 |
|
|
4.1 |
Общие рекомендации для самостоятельной работы ....................................................... |
155 |
|
4.2. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы ........................................ |
17 |
|
|
4.3. |
Задания для самостоятельной работы............................................................................. |
18 |
5
1. Общие положения
1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения
Целями освоения учебной дисциплины «Планирование экспериментальных иссле-
дований» являются: является изучение основ математических методов планирования экс-
перимента и применение этих методов при исследовании различных процессов.
Применение методов планирования эксперимента позволяет: осуществить матема-
тическую обработку результатов измерений; системно изучать механизм сложных про-
цессов с получением адекватных математических моделей; оптимизировать технологиче-
ские и конструктивные параметры процессов и аппаратов.
В результате освоения дисциплины студент должен
Знать:
-основные методы проведения теоретических и экспериментальных исследований;
-основные направления, проблемы, теории и методы изучения строительных мате-
риалов и изделий;
-основные методы сбора, научного анализа и систематизации информации по теме исследования;
-методы научного исследования в области строительства с использованием авто-
матизированных исследований и проектирования;
-методы и средства мониторинга, оценки состояния строительных материалов и изделий;
-методологию осуществления научноисследовательской, экспертноаналитиче-
ской работ в области разработки высокоэффективных технологий, направленных на по-
вышение эффективности капиталовложений, энерго – и ресурсосбережения в строитель-
стве;
- методы проектирования и осуществления комплексных исследований, в том чис-
ле междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с ис-
пользованием знаний в области истории и философии науки;
Уметь:
- составлять план проведения теоретических и экспериментальных исследований,
проводить обработку результатов исследований с помощью современных программ;
- грамотно и аргументировано излагать свои мысли; анализировать и интерпрети-
ровать полученную информацию;
- критически оценивать информацию, переоценивать накопленный опыт и кон-
структивно принимать решение на основе анализа информации;
6
- выполнять исследования с использованием современных подходов и методов, ап-
паратуры и вычислительных комплексов;
-критически оценивать полученную информацию, переоценивать накопленный опыт и конструктивно принимать решение на основе анализа информации;
-пользоваться методами научного обоснования и разработки новых высокоэффек-
тивных технологий, направленных на повышение эффективности капиталовложений в строительстве;
- проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междис-
циплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использовани-
ем знаний в области истории и философии науки;
Владеть:
- методами теоретических и экспериментальных исследований в области исследо-
вания строительных материалов и изделий;
- понятийным аппаратом в области исследования строительных материалов и изде-
лий;
-навыками сбора и обработки информации по теме исследования, умением делать выводы по результатам исследований и представлять их в виде научных публикаций и презентаций;
-основами современного проектирования, экспертноаналитической деятельности
ивыполнения исследований с использованием современных подходов, и методов, и аппа-
ратуры;
-навыками мониторинга состояния строительных материалов и изделий;
-методиками оценки новых технологий, направленных на повышение эффективно-
сти капиталовложений, энерго– и ресурсосбережения в строительстве;
- методами проектирования и осуществления комплексных исследований, в том числе междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки.
1.2 Содержание дисциплины
Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:
Математическая обработка результатов измерений
Основные вопросы математической обработки результатов измерений. Прибли-
женные числа и величины. Округление приближенных чисел. Ошибки приближенных ве-
личин. Знак ошибок приближенных величин. Классификация приближенных величин.
7
Случайные и систематические ошибки. Верные знаки в приближенных числах. Запись приближенных величин. Предельная относительная ошибка. Число верных знаков при-
ближенных чисел в зависимости от величины их относительной ошибки.
Основные действия с приближенными числами.
Малые величины различных порядков. Формулы для приближенных вычислений.
Ошибка суммы приближенных чисел. Умножение приближенных величин. Деление при-
ближенных величин. Возведение в степень приближенных чисел и извлечение из них кор-
ня. Общие правила вычислительного процесса с приближенными числами.
Ошибки функции. Общая теория ошибок
Основные задачи теории ошибок. Ошибка функции одной независимой перемен-
ной. Ошибка функций двух независимых переменных. Ошибка функций нескольких неза-
висимых переменных. Определение ошибок аргументов. Обратная задача теории ошибок.
Определение оптимальных условий измерений.
Закон нормального распределения случайных величин
Случайные явления и их общая классификация.
Математическое определение вероятности. Теорема сложения и умножения веро-
ятности. Общие закономерности случайных ошибок. Основная формула теории случай-
ных ошибок. Интеграл вероятностей и его вычисление. Закон распределения случайных величин. Показатели точности измерений.
Планирование эксперимента
Задачи планирования эксперимента. Критерии проверки однородности дисперсий.
Регрессионный анализ многофакторной модели. Полный факторный эксперимент. При-
мер планирования эксперимента при получении модели процесса. Планирование экспе-
римента при обезвреживании городских сточных вод.
8
2. Методические указания по подготовке к лекциям
2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях
Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — фор-
мирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции пре-
подаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.
Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисципли-
ны и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.
Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.
При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презен-
таций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подго-
товить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интер-
активном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.
2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций
В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного матери-
ала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленно-
го записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к практиче-
ским занятиям и текущему контролю.
Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из реко-
мендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчер-
кивающие особую важность тех или иных теоретических положений.
В соответствии с ГОСТ 1.1, ГОСТ 16504, ГОСТ ISO 9000, ГОСТ Р 55348, ГОСТ Р
55386, приняты следующие термины с соответствующими определениями:
научно-исследовательская работа; НИР: Комплекс теоретических и (или) экспе-
риментальных исследований, проводимых по техническому заданию на НИР, с целью по-
лучения обоснованных исходных данных, изыскания принципов и путей создания (модер-
низации) продукции.
техническое задание на научно-исследовательскую работу; ТЗ на НИР: Исходный технический документ, устанавливающий требования к содержанию, объемам и срокам выполнения этой работы.
9
исполнитель НИР: Юридическое или физическое лицо, по договору с которым вы-
полняется НИР.
отчетная научно-техническая документация; ОНТД: Комплект документов, отра-
жающих объективную информацию о содержании и результатах НИР (этапов НИР), а
также содержащих рекомендации по ее использованию.
этап НИР: Часть НИР, характеризующаяся определенным требуемым результатом,
являющаяся объектом планирования и финансирования.
экспериментальный образец: Изделие, обладающее основными признаками наме-
чаемой к разработке продукции, изготовленное для проверки и обоснования основных технических решений, параметров и характеристик продукции
программа испытаний: Документ, предназначенный для организации и выполне-
ния работ, обеспечивающих проведение испытаний конкретного объекта.
Планирование экспериментальных исследований является важным этапом выпол-
нения научно-исследовательских работ.
Прикладные научно-исследовательские работы следует, как правило, проводить по нижеприведенным этапам. «ГОСТ Р 15.101-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Система разработки и постановки продукции на производстве».
Типовые этапы выполнения прикладных научно-исследовательских работ
Выбор направления исследований
На этом этапе проводят:
-общее ознакомление с проблемой, по которой следует выполнить исследование;
-ознакомление с литературой и классификация наиболее актуальных направлений;
-формулирование гипотезы, описывающей ожидаемые результаты;
-предварительную оценку ожидаемых результатов.
Формулировка цели и задач исследования
На этом этапе проводят:
-подбор и составление библиографических списков отечественной и зарубежной литературы;
-изучение научно-технических отчетов по теме различных организаций соответ-
ствующего профиля;
-составление аннотаций источников;
-составление рефератов по теме;
10
-анализ, сопоставление, критику прорабатываемой информации;
-обобщение, критику, составление собственного суждения по проработанным во-
просам;
- формулирование методических выводов по обзору информации; - формулирова-
ние цели и задач исследования.
Моделирование
На этом этапе проводят:
-изучение физической сущности (природы) процессов и явлений, определяющих основные качества исследуемого объекта;
-выполнение предварительных (поисковых) экспериментов;
-формулирование гипотезы, выбор и обоснование физической модели;
-математизацию модели;
-получение аналитических выражений;
-теоретический анализ полученных закономерностей.
Экспериментальные исследования
На этом этапе проводят:
-разработку цели и задач эксперимента;
-планирование эксперимента;
-разработку программы исследований;
-выбор средств измерений; при отсутствии необходимых средств измерений
-разработку новых средств измерений;
-конструирование приборов, макетов, аппаратов, моделей, стендов, установок и других средств проведения и обеспечения эксперимента;
-обоснование способов измерений, разработку, при необходимости, методик вы-
полнения измерений и их аттестацию;
- проведение эксперимента в лаборатории, на опытных участках, на заводах, в ком-
паниях, на полигонах и т.д.;
- обработку результатов измерений.
Анализ, обобщение, оценка результатов исследований, выпуск ОНТД по НИР На этом этапе проводят:
-анализ теоретико-экспериментальных исследований;
-сопоставление эксперимента с теорией;
-анализ расхождений;
-уточнение теоретических моделей;