Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

МЕТОДОЛОГИЯ.

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПЛАНИРОВАНИЕ

ЭКСПЕРИМЕНТА

Методические указания

к выполнению курсового проекта

для магистрантов направления 200500 (552200)

«Метрология, стандартизация и сертификация»

Воронеж 2011

УДК 658.516 (07)

ББК 38.3-80я7

Составители

А.В. Крылова, Е.И. Шмитько, Т.Ф. Ткаченко

Методология. Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента: метод. указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Методология. Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента» для магистрантов по направлению 200500 (552200) / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т., сост: А.В. Крылова, Е.И. Шмитько, Т.Ф. Ткаченко. – Воронеж, 2011. – 14 с.

Методические указания предназначены для практического освоения теоретических знаний, полученных при изучении курса «Методология. Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента». В частности это касается методики постановки научного эксперимента, его организации, планирования и поиска оптимальных решений технологических задач в области строительного материаловедения.

Методические указания составлены для магистрантов направления 200500 (552200) «Метрология, стандартизация и сертификация».

Ил. 1. Библиогр.: 4 назв.

УДК 658.516 (07)

ББК 38.3-80я7

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Рецензент – Л.Н. Адоньева, к.т.н., доц. кафедры материаловеденья

и технологии строительных материалов

Воронежского государственного архитектурно-строительного

университета

Введение

Курсовой проект, который предстоит выполнить по дисциплине «Методология. Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента», играет важную роль в общем цикле подготовки магистров по программе «Метрологическое обеспечение технологических процессов и производств».

Темы данного курсового проекта в основном связаны с выполнением научных исследований в области строительного материаловедения, поскольку последние представляют собой важную составляющую часть многоплановой и многогранной практической деятельности будущего магистра, который на высоком уровне должен владеть необходимыми знаниями, навыками и умениями. При этом главной задачей является освоение на практике методических принципов и подходов к организации и планированию экспериментов, методов постановки научных исследований, статистической обработки полученных данных и выполнения дисперсионного анализа для оценки адекватности математической модели.

Результаты научных исследований, содержащихся в курсовом проекте, в дальнейшем могут быть использованы при работе над магистерской диссертацией.

Методические указания подготовлены в соответствии с учебным планом по направлению 200500 (552200) «Метрология, стандартизация и сертификация».

1. Содержание и последовательность выполнения курсового проекта

Состав и содержание курсового проекта включает в себя следующие основные этапы:

1 этап – изучение состояния вопроса и оценка актуальности темы исследований;

2 этап – определение целей и задач исследования;

3 этап – разработка методики выполнения работы, включающей в себя планирование активного эксперимента, в том числе экстремального;

4 этап – проведение эксперимента и получение достоверных результатов исследований;

5 этап – выполнение дисперсионного анализа полученных данных;

6 этап – формулировка выводов и предложений;

7 этап – составление отчета и его защита.

1.1. Изучение состояния вопроса и оценка актуальности темы исследований

Изучение состояния вопроса осуществляется по литературным источникам, состав которых определяется в результате информационного поиска по теме курсового проекта. В результате этой работы составляется литературный обзор, в котором дается систематизированное изложение состояния изучаемого вопроса.

Предметом анализа при составлении литературного обзора должны быть новые идеи и современные рациональные разработки, возможные подходы к их решению, результаты ранее выполненных исследований по тем вопросам, которым посвящается курсовой проект, а также данные экономического характера, возможные пути решения поставленных задач, их связь с вопросами экологии и охраны окружающей среды и т.п.

Построение и научная направленность литературного обзора должны быть такими, чтобы цель и задачи курсового проекта рассматривались как логический итог представленного материала.

Важной составляющей частью этого раздела является оценка актуальности темы исследований в ряду стоящих общих проблем развития строительного материаловедения и в целом строительной отрасли; особое внимание следует обратить на наиболее важные научные и практические задачи.

1.2. Определение цели и задач курсового проекта

Цель и задачи курсового проекта формулируются только после того, как уже выполнены все необходимые исследования по анализу литературных данных, изучены другие вопросы по рассматриваемой тематике, касающиеся содержания патентов, авторских свидетельств и т.п. материалов. Особое внимание следует обратить на проблемные вопросы, которые требуют дальнейшего изучения.

Формулировка цели и задач исследования обычно представляется в тезисной форме.

1.3. Разработка методики выполнения курсового проекта, планирование эксперимента

Методика проведения экспериментальных исследований должна включать в себя общую стратегию достижения поставленной цели, а также содержать детали научного исследования, такие как характеристики свойств используемых материалов, их качественная оценка, описание приборов и оборудования, образцов для исследования и расчет их количества, способы измерений, их точность и пр.

При решении оптимизационных задач, то есть при постановке экстремального эксперимента, особое внимание следует уделить выбору критерия оптимизации (функции отклика) и изучаемым технологическим факторам, а также разработке плана и матриц эксперимента в виде специальных таблиц, алгоритмов и т.п., а также методике выполнения дисперсионного анализа с целью оценки равноточности результатов измерений, определения значимости коэффициентов уравнения регрессии и адекватности математической модели.

1.4. Проведение эксперимента и получение достоверных результатов исследований

Следует иметь в виду, что результаты выполненных экспериментальных исследований должны быть достоверными. Чтобы обосновать их достоверность, необходимо выполнить соответственную статистическую обработку полученных данных: определить оценку математического ожидания результата эксперимента, найти оценки среднеквадратического отклонения и коэффициента изменчивости при вероятности р = 0,95.

При решении оптимизационных задач результатом работы является уравнение регрессии в виде полинома той или иной степени, отражающее зависимость критерия оптимизации от изучаемых факторов и их взаимодействий. Следует также обратить внимание на то, что весь материал данного раздела должен быть подчинен ранее высказанной научной идее и содержать глубокий анализ результатов исследований.

1.5. Выполнение дисперсионного анализа

При выполнении однофакторного эксперимента задачей дисперсионного анализа является оценка значимости влияния исследуемого фактора на выходную переменную – критерий оптимизации. Предварительно необходимо убедиться в том, что все полученные результаты являются равноточными (оценка равноточности экспериментов ведется по критерию Кохрена). Проверка значимости выборочных дисперсий производится по критерию Фишера.

При выполнении многофакторного эксперимента необходимо определить коэффициенты уравнения регрессии, оценить их значимость и получить математическую модель исследуемого процесса. Значимость коэффициентов проверяется по критерию Стьюдента, а адекватность математической модели – по критерию Фишера.

1.6. Формулировка выводов и предложений

Выводы по курсовому проекту излагаются в четкой, сжатой форме в соответствии с поставленными задачами. Желательно также дать оценку эффективности полученных решений.

2. Оформление отчета о курсовом проекте

Отчет о курсовом проекте является научно-техническим документом, в котором представлены систематизированные данные о выполненных экспериментальных исследованиях и их результатах.

Структура отчета включает в себя следующие элементы:

- титульный лист;

- реферат;

- оглавление;

- введение;

- основная часть;

- заключение;

- список использованных источников;

- приложения.

Титульный лист является начальной (первой) страницей отчета (номер страницы не ставится). Пример его оформления представлен в прил. А.

В реферате излагаются краткие сведения о выполненной работе, необходимых и достаточных для получения общего представления о теме курсового проекта и его результатах.

В состав реферата входят:

- сведения об объеме отчета, количестве иллюстраций, таблиц, использованных источников и приложений (если они имеются);

- перечень ключевых слов, которые приводятся в именительном падеже, и в наибольшей мере отражают содержание отчета (пишутся строчными буквами в строку через запятые);

- текст реферата по курсовому проекту (прил. Б).

Оглавление включает наименование разделов отчета:

- введение;

- состояние вопроса (литературный обзор);

- цель и задачи исследования;

- методика выполнения работы;

- результаты исследований;

- заключение;

- список использованных источников;

- приложения (если они имеются).

2.1. Правила оформления отчета

Отчет оформляется на белой бумаге формата А4, при этом соблюдаются следующие размеры полей: правое – 10 мм, верхнее, левое и нижнее – 20 мм. Текст отчета может быть представлен как в рукописном варианте, так и в печатном исполнении.

Наименования структурных элементов отчета служат их заголовками в тексте отчета, причем все разделы основной части отчета должны иметь порядковую нумерацию (1, 2, 3 и т.д.) в пределах всего текста, за исключением приложений.

При составлении отчета каждый структурный элемент следует начинать с новой страницы. Номер подраздела (пункта) состоит из номера раздела и порядкового номера пункта, разделенные точкой, например, 1.1, 1.2 и т.д. После номера раздела, подраздела (пункта) точку не ставят.

Разделы и подразделы должны иметь заголовок (пункты, как правило, их не имеют), причем, заголовки пишут с прописной буквы без точки в конце, не подчеркивая, с абзацным отступом.

Страницы отчета следует нумеровать арабскими цифрами; номер страницы проставляют в центре нижней части листа без точки. Иллюстрации и таблицы, расположенные на отдельных листах, включают в общую нумерацию страниц отчета.

К иллюстрациям относятся чертежи, графики, схемы и т.п.; они располагаются в отчете непосредственно после текста там, где они впервые упоминаются. На все иллюстрации в отчете обязательны ссылки. Иллюстрации нумеруются арабскими цифрами сквозной нумерацией. Если рисунок всего один, то он обозначается словом "Рисунок", причем это слово пишут посредине строки, также как и название рисунка. Если имеется подрисуночный текст, то слово "Рисунок" и его название помещают после этих данных. Между словом "Рисунок" и его наименованием ставится знак "тире".

Цифровой материал отчета, как правило, оформляют в виде таблиц. Название таблицы помещается над ней слева, без абзацного отступа в одну строку с её номером через "тире". При переносе части таблицы её название помещают только над первой её частью, причем нижнюю горизонтальную черту не проводят. Над другими частями таблицы (на других листах) пишут слово "Продолжение" и указывают номер таблицы, например, "Продолжение табл. 1". Пример оформления таблицы приведен в прил. В.

Таблицу в отчете располагают непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые. На все таблицы в отчете должны быть ссылки, при этом следует писать слово "Таблица" с указанием её номера. Если какие-либо данные в строке таблицы не приводятся, то в ней ставят прочерк. Ставить кавычки в таблице вместо повторяющихся цифр, знаков и т.д. не допускается.

Таблицы в отчете нумеруются арабскими цифрами сквозной нумерацией; если в отчете всего одна таблица, то она обозначается словом "Таблица" без номера. Заголовки граф и строк в таблице пишутся с прописной буквы в единственном числе, а подзаголовки граф со строчной, если они составляют единое предложение с заголовком, или с прописной буквы, если они имеют самостоятельное значение. Точку в конце заголовков и подзаголовков не ставят.

Формулы и уравнения выделяются из текста в отдельную строку. Пояснения значений символов и числовых коэффициентов следует приводить под формулой или уравнением в той последовательности, в которой они даны. Формулы и уравнения нумеруются в пределах всего отчета арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении на строке. Ссылки на формулы или уравнения в тексте отчета дают в скобках, например, " … в формуле (1)".

При составлении отчета необходимо делать ссылки на тот или иной литературный источник (ссылки на таблицы, иллюстрации не допускаются, за исключением данного отчета). Ссылки на использованные источники следует приводить в квадратных скобках.

При ссылках на стандарты и технические условия указывают их обозначение, год утверждения стандартов и технических условий можно не указывать при условии их полного описания в библиографическом списке.

При составлении библиографического списка сведения об использованных источниках рекомендуется располагать в порядке упоминания их в тексте отчета и нумеровать арабскими цифрами без точки, с использованием абзацного отступа. Описание источников должно быть оформлено в соответствии с ГОСТ 7.1-2003 "Библиографическая запись. Библиографическое описание". Образец оформления представлен в прил. Г.

В приложения следует включать те материалы, которые по каким-либо причинам не могут быть включены в текст отчета, например, математические расчеты, описания аппаратуры и приборов, инструкции и др.

Приложения оформляют как продолжение отчета, причем в тексте обязательно должны быть ссылки на все приложения. Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху посредине страницы слова "Приложение". Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с буквы "А". Приложение должно иметь заголовок, который пишут симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой.