- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии Федеральное агентство по образованию
- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии
- •Введение
- •1. Накопление и обработка научно-технической информации
- •1.1. Научные произведения и их особенности
- •1.2. Государственная система научно-технической информации
- •1.3. Работа с литературой
- •1.4. Патентная информация и ее особенности
- •1.5. Рекомендации по оформлению библиографического описания
- •1.6. Рекомендуемые научно-технические издания
- •1.6.1. Издания для технологов пищевых производств
- •1.6.2. Издания для работников хлебопекарного производства
- •1.7. Система технологической документации в пищевой промышленности
- •1.8. Виды технологических документов
- •2. Организация самостоятельной и научно-исследовательской работы студентов
- •2.1. Основы организации самостоятельной работы
- •2.1.1. Уровни самостоятельной работы
- •2.1.2. Виды самостоятельной работы
- •2.1.3. Элементы и виды деятельности при самостоятельной работе
- •2.2. Классификация и организация научно-исследовательской работы
- •2.2.1. Проблема, научное направление и тема нир
- •2.2.2. Классификация и основные стадии нир
- •2.2.3. Основные этапы выполнения нир
- •2.2.4. Уровни внедрения результатов нир
- •2.2.5. Общие требования к отчету по нир
- •2.2.6. Основные стадии нир
- •2.2.7. Организация экспериментального исследования
- •2.2.8. Выбор темы исследования
- •2.2.9. Выбор и описание методики эксперимента
- •2.2.10. Составление рабочего плана исследования и подготовка материальной базы для его проведения
- •2.2.11. Проведение исследования
- •2.2.12. Обработка результатов исследования
- •Изменение химического состава масла в зависимости от времени года
- •3. Cтатистическая обработка результатов научно-исследовательской работы
- •3.1. Ошибки эксперимента
- •3.2. Предварительная обработка результатов эксперимента
- •3.3. Среднеарифметическая величина Среднеквадратичное отклонение
- •3.4. Оценка достоверности разницы между средними арифметическими величинами двух выборочных совокупностей
- •3.5. Определение количества опытов, необходимых для получения результатов с заданной степенью точности
- •3.6. Расчет относительной погрешности любого метода при количественном определении вещества
- •4. Методы математического планирования эксперимента
- •4.1. Анализ результатов экспериментов
- •4.2. Постановка задачи оптимизации
- •4.3. Общие приемы поиска оптимального значения критерия оптимизации
- •4.4. Способы решения задачи оптимизации
- •4.5. Метод Бокса
- •4.5.1. Схема планирования эксперимента
- •Матрица планирования для двух факторов на двух уровнях
- •Матрица планирования для трех факторов на двух уровнях
- •Матрица планирования для четырех факторов на двух уровнях
- •Расширенная таблица для пяти факторов на двух уровнях
- •4.5.2. Метод крутого восхождения
- •4.5.3. Полный факторный эксперимент
- •Матрица планирования эксперимента для описания двухфакторного процесса с учетом межфакторных взаимодействий
- •Матрица планирования эксперимента для описания трехфакторного процесса с учетом всех межфакторных взаимодействий
- •Матрица планирования эксперимента для описания четырехфакторного процесса неполным квадратным уравнением
- •5. Применение математических методов планирования экспериментов при решении задач оптимизации процессов получения пива и выращивания хлебопекарных дрожжей
- •5.1. Оптимизация процесса приготовления пивного сусла
- •План опыта в натуральных и кодированных единицах значений факторов
- •Определение построчных дисперсий
- •Определение квадрата отклонений средних значений, полученных в опыте и определенных по уравнению линейного приближения
- •5.2. Оптимизация питательной среды культивирования пекарских дрожжей
- •План опыта и результаты, полученные при его реализации
- •Определение построчных дисперсий
- •Определение квадрата отклонений средних значений, полученных в опыте и рассчитанных по уравнению (5.4)
- •6. Применение метода крутого восхождения
- •План опыта для четырех факторов на двух уровнях
- •Исходные данные для составления программы крутого восхождения
- •Программа крутого восхождения
- •7. Нахождение оптимальных параметров с помощью эвм
- •7.1. Пример оптимизации процесса приготовления пивного сусла
- •Матрица экспериментальных данных
- •7.2. Пример оптимизации использования питательной среды при культивировании пекарских дрожжей
- •Матрица экспериментальных данных
- •8. Аппроксимация экспериментальных данных
- •Результаты измерений
- •Список литературы
- •Приложения
- •Критерии для исключения выскакивающих значений
- •Критерий Стьюдента для оценки значимости коэффициентов регрессии
- •Значения критерия Фишера для 5 %-го уровня значимости
- •Содержание
- •Математические методы планирования экспериментов в биотехнологии
2.1.2. Виды самостоятельной работы
К видам самостоятельной работы относятся:
– работа с литературой и учебными пособиями (плакатами, таблицами, фотоснимками);
– работа со справочной литературой, документами (статистическими справочниками, словарями, энциклопедиями, приказами);
– решение и сопоставление задач;
– составление описаний, рефератов и обзоров; подготовка обзорных и научных докладов; обобщения собственного опыта;
– работы-задания, связанные с использованием иллюстраций, схем, карт, графиков.
2.1.3. Элементы и виды деятельности при самостоятельной работе
Самостоятельный научный поиск включает работу с литературными источниками, постановку целей, составление плана и выбор методов исследования.
Самостоятельный научный поиск, включающий работу с литературой:
а) библиографический поиск;
б) перевод иностранных источников;
в) воспроизведение содержания источника (статьи, лекции и т. п.) в виде конспекта или реферата;
г) анализ содержания источника и изложение его в виде аннотации, рецензии, реферата;
д) работа со справочной литературой.
Выполнение отдельного этапа или фрагмента исследования (частично поисковая деятельность по специальности и анализ результатов, формулировка выводов и рекомендаций):
а) составление обзора литературы по актуальной проблеме;
б) постановка цели, составление плана;
в) выбор методов исследования;
г) статистическая обработка полученной информации;
д) анализ результатов наблюдений, экспериментов; формулировка выводов и рекомендаций;
е) разработка и изготовление иллюстрированных материалов.
Эффективность самостоятельной работы зависит: от условий ее организации; интереса (мотивации) к ее выполнению; содержания и характера знаний; логики изложения задания; содержания источника новых знаний; взаимозависимости имеющихся и предлагаемых знаний и содержания данного вида работы; качества достигнутых студентами знаний.
Учебная самостоятельная работа студентов – это многообразные типы учебных, производственных и исследовательских заданий, выполняемых под руководством преподавателя, по усвоению системы общенаучных, профессиональных и самообразовательных знаний, условий и навыков, опыта творческой деятельности.
При планировании учебной самостоятельной работы студентов определяют и те виды работ, которые должны выполняться в течение аудиторных занятий под непосредственным руководством преподавателя.
2.2. Классификация и организация научно-исследовательской работы
2.2.1. Проблема, научное направление и тема нир
Под научной проблемой понимают совокупность сложных задач, в которых сформулированы основные теоретические или практические вопросы, требующие изучения, исследования и разрешения.
Для постановки проблемы необходимо не только знать новейшие достижения науки, но и историю науки в целом, чтобы не ошибиться в оценке новизны (может быть, эта проблема была поставлена ранее). В настоящее время множество проблем, возникающих в науке, решаются только в результате совместной деятельности научных работников разных научных специальностей. Это позволяет проводить исследования по различным научным направлениям.
Основой научного направления являются соответствующая специальная наука или ряд специальных наук, входящих в ту или иную научную отрасль, а также специальные методы исследования и технические устройства.
Тема научного исследования – составная часть проблемы; результаты исследования по той или иной теме отвечают на более узкий вопрос, но они необходимы для решения проблемы в целом.
Пищевая промышленность (ПП) является многоотраслевой, включая свыше 20 различных производств, поэтому в ПП имеются как общие, так и отраслевые научно-технические проблемы.
К общим проблемам относятся интенсификация и оптимизация технологических процессов, создание прогрессивной технологии и производительного оборудования, систем и средств автоматизации, безотходной технологии производства и заводов без промышленных стоков.
Наряду с общими проблемами, имеются отраслевые проблемы. Например, в хлебопекарной промышленности такой проблемой является интенсификация процесса брожения теста.