4631

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 2.1.6 Гидротехническое строительство,

гидравлика и инженерная гидрология

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 2.1.6 Гидротехническое строительство,

гидравлика и инженерная гидрология

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 учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по научной специальности 2.1.6 Гидротехническое строительство, гидравлика и инженерная гидрология

© М.А. Патова, 2022

© ННГАСУ, 2022

4

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Планирование экспериментальных исследований» являются: является изучение основ математических методов планирования эксперимента и применение этих методов при исследовании различных процессов.

Применение методов планирования эксперимента позволяет: осуществить математическую обработку результатов измерений; системно изучать механизм сложных процессов с получением адекватных математических моделей; оптимизировать технологические и конструктивные параметры процессов и аппаратов.

В результате освоения дисциплины студент должен

Знать:

-методы теоретических и экспериментальных исследований в области строительства;

-основные направления, проблемы, теории и методы изучения объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений;

-основные методы проведения теоретических, экспериментальных и натурных исследований объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений;

-последние достижения в области гидротехнического строительства, в изучении проблем гидравлики и инженерной гидрологии;

-современные методы исследования объектов гидротехнического строительства,

методы расчета и исследования гидравлических и гидрологических процессов, методы

рационального использования водных ресурсов;

-существующие методы обработки результатов теоретических,

экспериментальных, натурных исследований объектов гидротехнического строительства,

водохозяйственных устройств и сооружений;

- содержание философии как общетеоретического и общеметодологического уровня познавательной деятельности; философские основания современной научной картины мира; общенаучные методы и особенности их развития и применения в современной науке;

Уметь:

- организовать работу теоретических и экспериментальных исследований в области строительства;

- грамотно и аргументированно излагать свои мысли; анализировать и

6

интерпретировать полученную информацию;

-применять основные методы проведения теоретических, экспериментальных и натурных исследований объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений;

-применять навыки анализа и оценки научных исследований и достижений в области гидротехнического строительства, в изучении проблем гидравлики и инженерной гидрологии;

-применять новые научно-исследовательские решения для совершенствования методов исследования объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений, методов расчета и исследования гидравлических и гидрологических процессов, методов рационального использования водных ресурсов;

-анализировать результаты про веденных исследований, формулировать практические выводы;

-опираясь на системное научное мышление, создавать условия, при которых язык науки, научное знание, методы и способы его достижения превращаются в личностный инструмент познавательной деятельности; формулировать и оценивать мировоззренческий и методологический контекст обсуждения актуальных тем современной науки и техники;

Владеть:

-навыками теоретических и экспериментальных исследований в области строительства;

-понятийным аппаратом в области исследования объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений, методов расчета и исследования гидравлических и гидрологических процессов, методов рационального использования водных ресурсов;

-современными информационно-коммуникационными технологиями для проведения экспериментальных и натурных исследований объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений;

-умением постановки исследовательских и практических задач с применением новых идей по их решению;

-умением разрабатывать и применять новые методы исследования объектов гидротехнического строительства, водохозяйственных устройств и сооружений, методы расчета и исследования гидравлических и гидрологических процессов, методы рационального использования водных ресурсов;

7

-умением формулировать научные и практические выводы по результатам проведенных исследований; составлять научные отчеты, доклады, статьи по вопросам гидротехнического строительства, проблемам гидравлики и инженерной гидрологии;

-навыками использования сложившихся в современной науке исследовательских стратегий и практик.

1.2Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Математическая обработка результатов измерений

Основные вопросы математической обработки результатов измерений.

Приближенные числа и величины. Округление приближенных чисел. Ошибки приближенных величин. Знак ошибок приближенных величин. Классификация приближенных величин. Случайные и систематические ошибки. Верные знаки в приближенных числах. Запись приближенных величин. Предельная относительная ошибка. Число верных знаков приближенных 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 приближенных величин. Возведение в степень приближенных чисел и извлечение из них корня. Общие правила вычислительного процесса с приближенными числами.

Ошибки функции. Общая теория ошибок

Основные задачи теории ошибок. Ошибка функции одной независимой переменной. Ошибка функций двух независимых переменных. Ошибка функций нескольких независимых 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 вероятности. Общие закономерности случайных ошибок. Основная формула теории случайных ошибок. Интеграл вероятностей и его вычисление. Закон распределения случайных величин. Показатели точности измерений.

Планирование эксперимента

Задачи планирования эксперимента. Критерии проверки однородности дисперсий.

8

Регрессионный анализ многофакторной модели. Полный факторный эксперимент.

Пример планирования эксперимента при получении модели процесса. Планирование эксперимента при обезвреживании городских сточных вод.

9

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель 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 дисциплины 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 презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения,

подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к практическим занятиям и текущему контролю.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие 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)

экспериментальных исследований, проводимых по техническому заданию на НИР, с

целью получения обоснованных исходных данных, изыскания принципов и путей создания (модернизации) продукции.

техническое задание на научно-исследовательскую работу; ТЗ на НИР: Исходный

10

технический документ, устанавливающий требования к содержанию, объемам и срокам выполнения этой работы.

исполнитель НИР: Юридическое или физическое лицо, по договору с которым выполняется НИР.

отчетная научно-техническая документация; ОНТД: Комплект документов,

отражающих 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 намечаемой к разработке продукции, изготовленное для проверки и обоснования основных технических решений, параметров и характеристик продукции

программа испытаний: Документ, предназначенный для организации и выполнения работ, обеспечивающих проведение испытаний конкретного объекта.

Планирование экспериментальных исследований является важным этапом выполнения 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 соответствующего профиля;