响应面优化实验教学资料
响应面优化实验
实验步骤
1.输入三因素及其水平，设计响应面实验。
2. 应变量
3.输入实验数据
4.试验方案形成
5.实验数据分析
利用系统软件SAS8.0对表5实验数据进行二次多项回归拟合，通过RESEG （响应面回归）过程进行数据分析，建立二次响应面回归模型，并寻求最优相应因子水平，得到回归方程：Y=2.136667+0.44625X1+0.045X2-0.01375X3-0.44583X12-0.13833X22-0.09083X32-0.1175X1X2+0.015X1X3-0.0725X2X3
模型的F检验值在α=0.05时远大于F（9,5）=4.77，说明方程有很高的显著性。
R2=0.9973，表明方程模型与实验数据有99.73%的符合度，调整后的R2adj=0.9925，表明方程模型有很高的可信度。
6.正态分布图
7.Residuals vs Predicted 图
8.Predicted vs Actual 图
光和影实验教学改进与创新
教科版《科学》五年级上册第2单元《光和影》实验改进与创新 教师：田小红 秦皇岛市昌黎县第二完全小学
《光和影》实验改进与创新 河北省秦皇岛市昌黎县第二完全小学田小红 1、实验在本节课中所处的地位与作用 影子实验和阳光下物体的变化规律实验是教科版五年级上册第二单元第1课《光和影》、第2课《阳光下的影子》和第3课《光是怎样传播的》中的教学实验。通过这三课教学使学生通过实验观察光照物体的影子的变化情况、阳光下物体影子变化的规律和光是沿直线传播的。 光和影的实验在本单元教学中地位是举足轻重的地位，通过本课教学使学生逐步领会科学的本质，乐于探究，热爱科学，学会用科学的思维方式解决自身学习、日常生活中遇到的问题。通过该实验的操作，让学生知道与周围常见事物有关的浅显的科学知识，并能应用于日常生活，逐渐养成科学的行为习惯和生活习惯；了解科学探究的过程和方法，尝试应用于科学探究活动，逐步学会科学地看问题、想问题；保持和发展对周围世界的好奇心与求知欲，形成大胆想象、尊重证据、敢于创新的科学态度和爱科学的思想。 2、实验原型及不足之处： 实验原型操作起来比较麻烦，学生每次实验手电筒的位置和投影的位置掌控不好。此教具制作简单，实验方便直观，能准确测量出物体影子的变化数据、阳光下物体影子变化的实验和光的直线传播实验，一个教具多种用途，减少误差，不受天气和时间制约。 3、实验创新与改进之处：
（1）创新装置： （2）创新材料： 手电筒一个、螺丝钉4个、长50cm宽30cm长方形底座一个，长30cm宽25cm的光屏一个，圆弧铝板一个，小长方体两个，打孔的木板三个 （3）创新装置使用说明： 实验过程（一）《光和影》 （1）用固定在弧槽上的手电筒照射物体，沿着弧形改变对物体照射的角度和方向，画下每次物体的影长。 （2）用方座侧面的手电筒，照射物体，沿着平板木槽由远到近拉动物体，在对面立着的光屏上读取物体的影子的长度。 （3）把物体悬起，手电筒在圆弧的中间位置和方座的侧面照射物体，画下物体的投影。 实验过程（二）《阳光下的影子》 1、用手电筒表示太阳，从东边方向打开矿灯，这时阳光下木棍影子最长太阳位置最低，影子和太阳方向相反。 2、沿着弧形匀速慢慢移动手电筒，阳光下木棍影子随之慢慢
Design-Expert软件在响应面优化法中的应用详解
Design-Expert 软件在响应面优化法中的应用 （王世磊郑州大学450001） 摘要：本文简要介绍了响应面优化法，以及数据处理软件Design-ExpertDesign-Expert的相关知识，最后结合实例，介绍该软件在响应面优化法上的应用实例。 关键词：数据处理，响应面优化法，Design-Expert软件 1.响应面优化法简介 响应面优化法,即响应曲面法( Response Surface Methodology ，RSM)，这是一种实验条件寻优的方法，适宜于解决非线性数据处理的相关问题。它囊括了试验设计、建模、检验模型的合适性、寻求最佳组合条件等众多试验和统计技术；通过对过程的回归拟合和响应曲面、等高线的绘制、可方便地求出相应于各因素水平的响应值[1]。在各因素水平的响应值的基础上，可以找出预测的响应最优值以及相应的实验条件。 响应面优化法，考虑了试验随机误差；同时，响应面法将复杂的未知的函数关系在小区域内用简单的一次或二次多项式模型来拟合，计算比较简便，是降低开发成本、优化加工条件、提高产品质量、解决生产过程中的实际问题的一种有效方法[2]。 响应面优化法，将实验得出的数据结果，进行响应面分析，得到的预测模型，一般是个曲面，即所获得的预测模型是连续的。与正交实验相比，其优势是：在实验条件寻优过程中，可以连续的对实验的各个水平进行分析，而正交实验只能对一个个孤立的实验点进行分析。 当然，响应面优化法自然有其局限性。响应面优化的前提是：设计的实验点应包括最佳的实验条件，如果实验点的选取不当，使用响应面优化法师不能得到很好的优化结果的。因而，在使用响应面优化法之前，应当确立合理的实验的各因素与水平。 结合文献报道，一般实验因素与水平的选取，可以采用多种实验设计的方法，常采用的是下面几个： 1.使用已有文献报道的结果，确定响应面优化法实验的各因素与水平。 2.使用单因素实验[3]，确定合理的响应面优化法实验的各因素与水平。 3.使用爬坡实验[4]，确定合理的响应面优化法实验的各因素与水平。 4.使用两水平因子设计实验[5]，确定合理的响应面优化法实验的各因素与水平。 在确立了实验的因素与水平之后，下一步即是实验设计。可以进行响应面分析的实验设计有多种，但最常用的是下面两种：Central Composite Design-响应面优化分析、Box-Behnken Design-响应面优化分析。 Central Composite Design，简称CCD，即中心组合设计，有时也成为星点设计。其设计表是在两水平析因设计的基础上加上极值点和中心点构成的，通常实验表是以代码的形式编排的,实验时再转化为实际操作值（,一般水平取值为0,±1,±α,其中0为中值,α为极值, α=F*（1/ 4）； F 为析因设计部分实验次数, F = 2k或F = 2 k×（1/ 2 ），其中 k为因素数，F = 2 k×（1/ 2 一般 5 因素以上采用，设计表有下面三个部分组成[6]：(1) 2k或 2 k×（1/ 2 ）析因设计。(2)极值点。由于两水平析因设计只能用作线性考察,需再加上第二部分极值点,才适合于非线性拟合。如果以坐标表示,极值点在相应坐标轴上的位置称为轴点(axial point) 或星点( star point) ,表示为(±α,0,…, 0) , (0,±α,…, 0) ,…, (0, 0,…,±α)星点的组数与因素数相同。(3)一定数量的中心点重复试验。中心点的个数与CCD设计的特殊性质如正交
提高高中化学实验教学的策略浅谈
提高高中化学实验教学的策略浅谈 摘要在高中化学中，重视实验教学就是赢得了化学教学的胜利。作为一名高中化学教师如何进行有效的实验教学，提高实验教学的效果，这是新课改高中化学老师面对的一个重要的课题。高中化学是高中课程体系中最重要的组成的部分，做好实验内容的教学至关重要。 关键词化学实验；教学效果；多媒体 新课程中的高中化学是一门以实验为基础的自然科学知识，高中化学教材也在编排中设计安排了大量的实验内容，同时化学知识也是以实验教学为基础的，是构成化学知识体系的重要组成部分。为此我国著名化学家傅鹰先生曾有阐述：“化学是实验的科学，只有实验才是最高的法庭”。这一论点说明了化学的实验是论证科学观点的途径和佐证。在高中化学中，重视实验教学就是赢得了化学教学的胜利。作为一名高中化学教师如何进行有效的实验教学，提高实验教学的效果，这是新课改高中化学老师多面对的一个重要的课题。纵观我国目前高中化学实验教学的现状，还是有很多问题存在的，如何克服这些问题，将要采取什么措施，是笔者一直以来都在积极探讨的问题。 一、做好高中化学实验的重要性 高中化学的学习主要是验证前人的科学观点，通过实
验的开展，进一步或者是再现科学家的科学论断。对于高中学生来说，他们观察和亲自操作实验，可以增强他们对科学观点的直观认识，亲历知识建构的全部过程，增强感性认识的，增加动手操作的机会，提高学生科学意识和科学研究的素质，为学生以后的化学学习打下良好的基础。因此高中化学教学必须要重视学生的实验操作能力，上好实验演示课，让学生在直观、真是的环境中，体会学习的快乐，感受知识的形成，从而提高学习效率。 二、目前化学实验教学的现状探析 高中学生的学习带有明确的目的性，那就是未来的高考。学生十几年的学习要在在这个时期经受一次重要的检验，因此不管是教师的教还是学生的学都带有明确的目的性。正是这样明确的目的性严重影响了高中化学的实验教学，在教学中广泛地存在着低效或无效的现象，严重影响教学效果的提高。第一是不能完全体现实验的探究性，实验变成了一种教学形式，没有实践的过程。比如有部分教师对照考纲的内容，考纲里有的实验要求必做实验，而这样的实验也仅限于一支粉笔、一张嘴的形式，教师所采取的教学方法是从目的、原理、步骤、实验的注意事项等入手，一步一步地在黑板上画实验、讲实验，一切都是图解，没有器材的使用。学生只是一个听众，他们的学习方式是听实验、背实验、记实验。这种现象产生的原因是一部分老师没有从意识深处
改进和加强实验教学 提高教学效率
改进和加强实验教学提高教学效率 宜都市高坝洲中学罗永菊 内容摘要：化学是以实验为基础的一门自然科学，如何在初中化学教学中改进和加强实验教学，从而提高课堂教学效率呢？针对实验教学中存在的一些共同问题，从以下几个方面进行了一些努力和探讨：一是认真做好演示实验和学生分组实验；二是合理增加和改进教材中的实验；三是精心组织，做好每一个学生自主探究实验；四是优化实验探究，培养创新能力；五是将纯化学实验变为生活化学实验。收到了一定的效果，使课堂效率得到了明显提高。 关键词：化学实验效率 初中化学教学质量的提高，依赖于课堂教学的高效率。化学是以实验为基础的一门科学，离开实验，化学科学根本就不能发展，化学教学也就成了无根之木、无源之水。实验教学是激发学生学习兴趣,帮助学生形成化学概念,理解和巩固知识,提高观察能力、分析能力的重要手段和途径。初中化学是启蒙教育,学生刚迈进化学课堂，一切都感到陌生，唯独对化学实验表现出极大极大的兴趣和热情。化学教师要充分利用这一点，加强化学实验教学,促进课堂教学效率的提高。这里应特别指出的是：学生对化学实验的兴趣是表面的、短暂的，他们喜欢看实验、做实验，是一种猎奇的心理。学生们在做实验的时候只在乎玩仪器，看稀奇，根本弄不清实验时应该看什么，应该想什么，应该做什么。在实验过程中，他们只注意了做，并没注意探究的过程，没有养成实验探究的习惯。实行新课标以来，我们在实验教学方面做了不少努力，但还有许多不尽人意的地方，具体表现在: ①对实验教学的重要性认识不足，教师和学生对实验教学不够重视，有时忙起来就用板书板画讲实验，有时用课件代替实验，化学实验的新鲜感和真实性没有了。部分学生惧怕实验，不爱动手，懒于观察，缺乏探究和体验的欲望。②实验教学组织难，一直以来，教师在演示实验时，学生就变得异常活跃，课堂也成了闹市。一会儿前面学生站起来，女学生还发出各种尖叫,后面的学生看不见干脆跑到讲台上来，还有一部分差生趁机在下面聊天，打闹。课堂秩序混乱，严重影响了课堂的教学效率。学生实验时，稍不注意，教学就会失控。③实验行为低效，主要指的是学生自主实验，有些学生不认真研究实验目的和要求，只是觉得好玩，这里摸摸，那里看看，做许多与实验无关的事。做实验报告时照别人一抄了事。如此，很难养成良好的实验探究习惯。④实验类型单调，实验类型有：验证性实验、探究性实验、设计性实验等。初中化学实验，多数是验证性实验，新
响应面优化实验(优选借鉴)
实验报告课程名称：发酵工艺及其优化实验名称：响应面优化实验专业：生物工程 学号： 060512212 姓名：韦达理 实验地点：笃行楼303 实验日期：2015年5月16日常熟理工学院
[实验目的和要求] 1. 了解响应面优化实验的原理。 2. 熟悉design expert软件的基本操作。 3. 熟悉响应面优化实验的具体流程。 4. 优化香菇多糖发酵培养基 [实验器材] Design expert软件 [实验原理和方法] 香菇多糖：是一种生理活性物质。它具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能。 提取方法：从香菇子实体或经深层发酵后的发酵液中提取。香菇子实体生长周期长，产量和多糖得率均较低。而深层发酵培养香菇菌丝体不仅发酵液中含有与子实体相当或更高的营养物质，同时还可利用农副产品作原料，成本低，周期短，易于大规模生产，因此已得到广泛应用于重视。 响应曲面设计方法(Response SufaceMethodology，RSM)是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法（又称回归设计）。 响应面曲线法的使用条件有：①确信或怀疑因素对指标存在非线性影响；②因素个数2-7个，一般不超过4个；③所有因素均为计量值数据；试验区域已接近最优区域；④基于2水平的全因子正交试验。 进行响应面分析的步骤为：①确定因素及水平，注意水平数为2，因素数一般不超过4个，因素均为计量值数据；②创建“中心复合”或“Box-Behnken”设计；③确定试验运行顺序(Display Design)；④进行试验并收集数据；⑤分析试验数据；⑥优化因素的设置水平。 响应面优化法的优点：①考虑了试验随机误差②响应面法将复杂的未知的函数关系在小区域内用简单的一次或二次多项式模型来拟合，计算比较简便，是降低开发成本、优化加工条件、提高产品质量，解决生产过程中的实际问题的一种有效方法③与正交试验相比，其优势是在试验条件寻优过程中，可以连续的对试验的各个水平进行分析，而正交试验只能对一个个孤立的试验点进行分析。
DesignExpert响应面分析实验设计案例分析和CCD设计详细教程
食品科学研究中实验设计的案例分析 —响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究 摘要：选择对ACE 抑制率有显著影响的四个因素：超声波处理时间(X1)、超声波功率(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4)，进行四因素三水平的响应面分析试验，经过Design-Expert优化得到最优条件为超声波处理时间28.42min、超声波功率190.04W、超声波水浴温度55.05℃、酶解时间2.24h，在此条件下燕麦ACE 抑制肽的抑制率87.36%。与参考文献SAS软件处理的结果中比较差异很小。 关键字：Design-Expert 响应面分析 1.比较分析 表一响应面试验设计 因素 水平 -1 0 1 超声波处理时间X1(min) 20 30 40 超声波功率X2(W) 132 176 220 超声波水浴温度X3(℃) 50 55 60 酶解时间X4(h) 2.Design-Expert响应面分析 分析试验设计包括：方差分析、拟合二次回归方程、残差图等数据点分布图、二次项的等高线和响应面图。优化四个因素（超声波处理时间、超声波功率、超声波水浴温度、酶解时间）使响应值最大，最终得到最大响应值和相应四个因素的值。 利用Design-Expert软件可以与文献SAS软件比较，结果可以得到最优，通过上述步骤分析可以判断分析结果的可靠性。 2.1 数据的输入
2.2 Box-Behnken响应面试验设计与结果 2.3 选择模型
2.4 方差分析 在本例中，模型显著性检验p<0.05，表明该模型具有统计学意义。由图4知其自变量一次项A，
B，D，二次项AC,A2,B2,C2,D2显著(p<0.05)。失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度，即二者差异的程度。本例P值为0.0861>0.05，对模型是有利的，无失拟因素存在，因此可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析。 图 5 由图5可知：校正决定系数R2(adj)(0.9788>0.80)和变异系数（CV）为0.51%，说明该模型只有2.12%的变异，能由该模型解释。进一步说明模型拟合优度较好,可用来对超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究进行初步分析和预测。
响应面优化实验方案设计
食品科学研究中实验设计的案例分析 ——响应面法优化超声辅助提取车前草中的熊果酸 班级：学号：姓名： 摘要：本文简要介绍了响应面曲线优化法的基本原理和使用步骤，并通过软件Design-Expert 软件演示原文中响应面曲线优化法的操作步骤。验证原文《响应面法优化超声辅助提取车前草中的熊果酸》各个数据的处理过程，通过数据对比，检验原文数据处理的正确与否。 关键词：响应面优化法数据处理 Design-Expert 车前草 前言： 响应曲面设计方法(Response SufaceMethodology，RSM)是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法（又称回归设计）。 响应面曲线法的使用条件有：①确信或怀疑因素对指标存在非线性影响；②因素个数2-7个，一般不超过4个；③所有因素均为计量值数据；试验区域已接近最优区域； ④基于2水平的全因子正交试验。 进行响应面分析的步骤为：①确定因素及水平，注意水平数为2，因素数一般不超过4个，因素均为计量值数据；②创建“中心复合”或“Box-Behnken”设计；③确定试验运行顺序(Display Design)；④进行试验并收集数据；⑤分析试验数据；⑥优化因素的设置水平。 响应面优化法的优点：①考虑了试验随机误差②响应面法将复杂的未知的函数关系在小区域内用简单的一次或二次多项式模型来拟合，计算比较简便，是降低开发成本、优化加工条件、提高产品质量，解决生产过程中的实际问题的一种有效方法③与正交试验相比，其优势是在试验条件寻优过程中，可以连续的对试验的各个水平进行分析，而正交试验只能对一个个孤立的试验点进行分析。 响应面优化法的局限性: 在使用响应面优化法之前，应当确立合理的实验的各因素和水平。因为响应面优化法的前提是设计的试验点应包括最佳的实验条件，如果试验点的选取不当，实验响应面优化法就不能得到很好的优化结果。 原文《响应面法优化超声辅助提取车前草中的熊果酸》采用经典的三因素三水平Box-Behnken 试验设计，以熊果酸的提取率为响应值，通过回归分析各工艺参数与响应值之间的关系，并由此预测最佳的工艺条件。本文利用软件验证原文中的数据处理过程，以检验原文数据是否处理正确。 1 确定实验因素 原文利用超声波辅助提取车前草中的熊果酸，而影响熊果酸提取率的因素有很多，如超声波的功率、提取时间、溶剂温度、溶剂种类、液固比等。原文参考文献《柿叶中总三萜的提取以及熊果酸分离, 纯化研究》中提取熊果酸的方法提取熊果酸，即将干燥的车前草粉碎后过筛，取20～40 目的车前粉，用石油醚在 55℃脱脂 3 次，干燥备用。精密称取一定量的车前粉，加入一定量的乙醇，称量，在一定的超声波功率下提取一定时间后，擦干外壁，再称量，用乙醇补充缺失的质量，离心。用注射器抽取一定量上清液，过μm 滤膜，进行检测。每个实验进行 3 次平行实验。取其平均值。结果以提取率(E)的来表示。
响应面法实验
试验设计与优化方法，都未能给出直观的图形，因而也不能凭直觉观察其最优化点，虽然能找出最优值，但难以直观地判别优化区域．为此响应面分析法（也称响应曲面法）应运而生．响应面分析也是一种最优化方法，它是将体系的响应（如萃取化学中的萃取率）作为一个或多个因素（如萃取剂浓度、酸度等）的函数，运用图形技术将这种函数关系显示出来，以供我们凭借直觉的观察来选择试验设计中的最优化条件． 显然，要构造这样的响应面并进行分析以确定最优条件或寻找最优区域，首先必须通过大量的量测试验数据建立一个合适的数学模型（建模），然后再用此数学模型作图． 建模最常用和最有效的方法之一就是多元线性回归方法．对于非线性体系可作适当处理化为线性形式．设有m个因素影响指标取值，通过次量测试验，得到n组试验数据．假设指标与因素之间的关系可用线性模型表示，则有应用均匀设计一节中的方法将上式写成矩阵式或简记为式中表示第次试验中第个因素的水平值；为建立模型时待估计的第个参数；为第次试验的量测响应（指标）值；为第次量测时的误差．应用最小二乘法即可求出模型参数矩阵B如下将B阵代入原假设的回归方程，就可得到响应关于各因素水平的数学模型，进而可以图形方式绘出响应与因素的关系图． 模型中如果只有一个因素（或自变量），响应（曲）面是二维空间中的一条曲线；当有二个因素时，响应面是三维空间中的曲面．下面简要讨论二因素响应面分析的大致过程． 在化学量测实践中，一般不考虑三因素及三因素以上间的交互作用，有理由设二因素响应（曲）面的数学模型为二次多项式模型，可表示如下：通过n次量测试验（试验次数应大于参数个数，一般认为至少应是它的3倍），以最小二乘法估计模型各参数，从而建立模型；求出模型后，以两因素水平为X坐标和y坐标，以相应的由上式计算的响应为Z坐标作出三维空间的曲面（这就是2因素响应曲面）．应当指出，上述求出的模型只是最小二乘解，不一定与实际体系相符，也即，计算值与试验值之间的差异不一定符合要求．因此，求出系数的最小二乘估计后，应进行检验．一个简单实用的方法就是以响应的计算值与试验值之间的相关系数是否接近于1或观察其相关图是否所有的点都基本接近直线进行判别．如果以表示响应试验值，为计算值，则两者的相关系数R定义为其中对于二因素以上的试验，要在三维以上的抽象空间才能表示，一般先进行主成分分析进行降维后，再在三维或二维空间中加以描述．等等………… 2注意事项 对于构造高阶响应面，主要有以下两个问题： 1，抽样数量将显著增加，此外，普通的实验设计也将更糟。 2，高阶响应面容易产生振动。 响应面法(response surface methodology，记为RSM)最早是由数学家Box和Wilson于1951年提出来的。就是通过一系列确定性的“试验”拟合一个响应面来模拟真实极限状态曲面。其基本思想是假设一个包括一些未知参量的极限状态函数与基本变量之间的解析表达式代替实际的不能明确表达的结构极限状态函数。响应面方法是一项统计学的综合试验技术，用于处理几个变量对一个体系或结构的作用问题，也就是体系或结构的输入(变量值)与输出(响应)的转换关系问题。现用两个变量来说明:结构响应Z与变量x1,x2具有未知的、不能明确表达的函数关系Z=g(x1,x2)。要得到“真实”的函数通常需要大量的模拟，而响应面法则是用有限的试验来回归拟合一个关系Z= g’(x1,x2)，并以此来代替真实曲面Z=g(x1,x2)，将功能函数表示成基本随机变量的显示函数，应用于可靠度分析中。响应面方法实际上源于一种试验设计方法，试验设计方法是用来研究设计参数对模型设计状况影响的一种取样策略，决定了构造近似模型所需样本点的个数和这些点的空间分布情况。目前广泛应用于计算机仿真试验设计的主要方法是拉丁超立方体抽样和均匀设计，这两种试验设计能应用于多种多样的模型，且对模型的变化具有稳健性。 3响应面分析
初中物理实验教学存在的问题及改进措施
初中物理实验教学存在的问题及改进措施 物理学是一门实验科学，而实验教学又是物理教学的重要组成部分。目前在农村中学开展物理实验教学存在很多问题，主要表现在以下几个方面：一是受客观条件制约，致使实验教学不能正常开展。二是因教师、学生对物理实验重视不够，使物理实验不能正常开展。三是由于受“应试教育”的影响，将实验习题化，变演示实验、学生实验为教师讲实验，学生背实验。四是教师预先选择好实验仪器，设计好实验步骤，学生按教师设计的模式进行实验。 产生该问题的原因分析： 1、客观条件方面的原因 大多数农村中学物理实验仪器、实验设施极度缺乏，虽然部分学校经“普九”对物理仪器进行了配备，但部分易损易耗仪器得不到及时修理或补充，致使实验教学无法正常开展或很少开展。 2、教师方面的原因 有些教师对实验教学存在认识上的误区，不愿意开展实验教学。这主要表现为：（1）认为“做实验不如讲实验，不如做实验练习题”；（2）认为做实验浪费时间，影响教学进度，而考试时又不考学生实验操作，即使对学生进行实验考查也不影响笔试成绩；（3）认为物理现象简单、司空见惯，没有重做实验的必要；（4）有些实验以前做过，但效果不好，不愿意设计新的方案进行实验教学；（5）有些实验准备费时，不愿意多用时间去准备；（6）有些教师怕学生在实验操作过程中损坏仪器。 再次，有些教师因在思想上对实验教学重视不够，从而不愿意钻研实验教学方法，导致实验教学方法单一，不能达到预期效果。 3、学生方面的原因 有些学生没有养成良好的实验习惯，在实验中不遵守规则，不按操作要求做实验，造成仪器损坏，从而影响实验正常开展。另有部分学生错误地认为“实验费时，考试不考动手操作”，没有必要花费这些时间，缺乏主观能动性；个别学生对实验存在畏惧心理，怕实验失败，操作时思想紧张；对一些难度较大的实验，学生不易做成功，不能获得成功的快感，慢慢就会对实验失去兴趣和信心。 采取的几点改进措施： 1、教师应从思想上重视实验 学校应更新观念，在课程设置、经费投入、师资调配和其他相关方面充分考虑物理实验教学的实际需要，在一定程度上对实验教学给予保证。教师要树立以
培养学生学科核心素养视角下优化高中化学教学实验的策略研究
培养学生学科核心素养视角下优化高中化学教学实验的策略研究 发表时间：2019-06-28T10:26:57.640Z 来源：《中国教工》2019年第5期作者：韦兴全 [导读] 在开展高中化学实验教学中，仍然存在一定的问题，有待进一步优化提升，探索科学的教学模式，引导学生融入到化学实验知识体系中，提升学生的综合感知能力。基于此，作为化学教师要采取多元路径，激活并释放学生的化学实验思维，提升学生自身对于化学实验知识的认知效果，实践高中化学实验教育创新目标。 高州市第二中学 随着现代高中教育的发展，化学教育形势呈现出日新月异的状态。在这样的背景下，高中化学教师队伍建设也面临着新的挑战和机遇。打造专业化的教师团队，探索新型实验教学模式，是现代高中化学教育的重要发展方向，有待深入探索，寻求科学的实验模式和策略，切实解决教育实践中存在的问题，提升综合教学效率，提升学生综合素养[1]。 一、高中化学实验教学存在的主要问题 随着现代教育的深入发展，对于学生核心素养的培养越来越重视。在高中教育体系中，化学是难度比较高的学科，很多学生在学习中都遇到了诸多困难。此外，在升学竞争压力下，很多教师忽视了学生能力的培养，转而向学生灌输应试技巧，这与当前高中化学实验教育发展方向背道而驰，作为教师，要积极探索实验教育创新模式，助力提升学生综合素质，为社会培育更多的化学人才。 （一）教育手段有待进一步更新 在现代高中化学教育当中，实验教学普遍存在手段落后的问题，很多教师虽然认识到教育创新的意义，但是找不到有效的突破口。作为高中化学教师，要认识到现代教育的发展方向，不断加强自身的理论学习和实践锻炼，通过多种渠道掌握最新教育发展动向，在教育中充分融入现代理念，更新教育手段，将现代信息技术、实践教学等多元模式融入到课堂当中，提升综合教育效果。但是，很多高中化学教师仍然拘泥于传统的课堂教育模式，按部就班推进传统课程教学，整个课程缺乏创新性和趣味性，导致总体化学实验教育效果不够理想[2]。 （二）教师能力有待进一步提升 在现代高中化学教育格局下，对于教师实验指导能力的要求越来越高，在教育新常态的背景下，很多教师固守传统的教学模式和教学策略，缺乏有效的教育创新，导致教育总体效能不够高。作为高中化学教师，要认识到自身能力上的不足，对照现代高中化学教育发展标准，与时俱进，提升自身综合教育能力。提升教师教育能力，既要从能力入手，也要从理念入手，坚持创新教育理念，构建现代教育格局，提升教师的综合认知水平，满足现代教育的发展需求，实现教育效能的不断提升，为社会培养更多的人才。 二、导致高中化学实验教学出现问题的因素分析 提高高中化学教学质量是教学创新的根本目的,同时也是老师采取全新教学方法的动力,如果一种教学方法不能实现这一目标,那么全新教学方法的应用就是徒劳的,也是没有任何实质性意义的,高中化学实验教学同样如此。从当前的实际教育情况来看,由于部分教师对于多元教学模式的理解不够深入,没有明确其与化学实验教学进行融合的方式方法。因此在应用多元教学模式的时候,多数都是进行较为浅显的应用,表面上看似乎应用了化学实验教学创新模式,但是实际上仍然以传统教学模式为主,多元教学模式的作用根本就没有得到切实发挥。对于高中化学实验教学来说,多元教学模式的应用,本身就是一次全新的教学尝试,需要老师在实践中不断总结教学经验,充分发挥化学实验多元教学模式的积极作用。在此过程中,由于没有成熟的教学经验可供借鉴,因此在进行化学实验教学设计的时候,即使老师掌握了多元教学模式的基本内容,但是也会非常容易忽视学生的学习特点,缺少对于高中生的针对性教学设计。在这样的情况下,创新性高中化学实验教学模式的应用效果就会大打折扣[3]。 三、在高中化学实验教学中培养学生核心素养的策略 高中生在化学实验学习过程中具有强烈的发展需求。作为教师在关注学生学业提升的同时，要重视学生核心素养的培养。在信息化发展的当代社会，高中生受到社会、家庭等方面的影响，具有较强的个性特征，出现问题多、教学难的现象，为此，教师要进一步提升化学实验教育创新性，关注高中生心理发展特点，强化对学生综合素养的培养。 （一）注重化学实验实践教学活动 在高中教育体系中，化学是重要的学科，与学生的生活实践有着紧密的联系，在推进高中化学教育改革过程中，要注重构建实验实践教育体系，让化学知识真正与学生生活联系在一起，通过融入并改进实践活动模式，让学生真正学会知识，并且真正掌握运用化学知识的技能。在高中化学知识体系中，有一些知识具有较强的抽象性，对于学生而言不是十分容易理解，作为教师要结合化学学科特点，通过开展丰富多彩的化学实验活动，让学生在生活中学化学、用化学，提升自身对于化学知识的认知与掌握程度，实现高中教育改革目标。不容忽视的是，现代高中教育面临着较强的升学压力，如何有效开展实践活动教育，又不冲击日常的课堂常规教育活动，是一个难点，同时也是高中化学实验教育改革的重点。因此，要将化学知识与实践活动有效结合起来，才能真正发挥实验教育的积极意义[4]。 （二）丰富高中化学实验教育内涵 高中教育作为学生个体成长、成才的起点，重在帮助学生认识化学、认识自我，并在学习中形成基本的素养。因此，落实好高中化学实验教育工作，特别是培养学生核心素养，对于学生的成长十分重要。学生的学习可以分为几个特定的时期，从模仿到理解，再到内化和创造，这一线性发展就是学生搜集和处理信息的过程，换言之就是提高认识的过程。在这一过程中学生需要进行不断地试误，这对于学生而言是非常重要的介入阶段，高中化学教师可以根据学生的不同表现设计丰富的教育过程，让学生获得更多的经验。据此，我们应该充分认识到化学实验核心素养培养在学生教育中的意义与价值。为了更好的梳理化学实验教育工作中的内容，我们需要在实践工作中找问题。学生化学实验学习的主要问题就是量少质寡。"量"是对于教学时间、教学内容、教学活动的多少来定义的，在以往的学生化学实验教学工作中，"量"便难以保证，这主要是教师认识不清、课程安排混乱造成的，于是便带来了化学实验教育与学生的脱节，没有发挥化学实验核心素养的积极意义。此外，"质"也是衡量化学实验教育的一个标准，对于化学实验教育的开展情况并没有一个量化的考核，其效果和效益也难以估量，严重影响高中化学实验教育工作的进阶发展。 （三）尊重学生的个性化实验学习需求 在高中化学实验教学过程中，学生是学习的主体，更是教育天平上的重要一员，学生的发展与未来关系到社会的进步和国家的发展，因此学生的核心素养和能力是重要的成长元素。同时，学生也是独特的个体，在化学实验学习中存在着无限的可能，教师要在预期这种可
响应面优化实验
响应面优化实验 实验报告 课程名称,发酵工艺及其优化 实验名称, 响应面优化实验 专业, 生物工程 学号, 060512212 姓名, 韦达理 实验地点, 笃行楼303 实验日期,2015年5月16日 常熟理工学院 [实验目的和要求] 1. 了解响应面优化实验的原理。 2. 熟悉design expert软件的基本操作。 3. 熟悉响应面优化实验的具体流程。 4. 优化香菇多糖发酵培养基 [实验器材] Design expert软件 [实验原理和方法] 香菇多糖:是一种生理活性物质。它具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能。 提取方法:从香菇子实体或经深层发酵后的发酵液中提取。香菇子实体生长周期长，产量和多糖得率均较低。而深层发酵培养香菇菌丝体不仅发酵液中含有与子
实体相当或更高的营养物质，同时还可利用农副产品作原料，成本低，周期短，易于大规模生产，因此已得到广泛应用于重视。 响应曲面设计方法(Response SufaceMethodology，RSM)是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法(又称回归设计)。响应面曲线法的使用条件有:?确信或怀疑因素对指标存在非线性影响;?因素个数2-7个，一般不超过4个;?所有因素均为计量值数据;试验区域已接近最优区域;?基于2水平的全因子正交试验。 进行响应面分析的步骤为:?确定因素及水平，注意水平数为2，因素数一般不超过4个，因素均为计量值数据;?创建“中心复合”或“Box-Behnken”设计;?确定试验运行顺序(Display Design);?进行试验并收集数据;?分析试验数据;?优化因素的设置水平。响应面优化法的优点:?考虑了试验随机误差?响应面法将复杂的未知的函数关系在小区域内用简单的一次或二次多项式模型来拟合，计算比较简便，是降低开发成本、优化加工条件、提高产品质量，解决生产过程中的实际问题的一种有效方法?与正交试验相比，其优势是在试验条件寻优过程中，可以连续的对试验的各个水平进行分析，而正交试验只能对一个个孤立的试验点进行分析。 [实验数据和结果] 实验步骤 1. 输入三因素及其水平，设计响应面实验。
响应面法 试验设计与优化方法
响应面法试验设计与优化方法，都未能给出直观的图形，因而也不能凭直觉观察其最优化点，虽然能找出最优值，但难以直观地判别优化区域．为此响应面分析法（也称响应 曲面法）应运而生．响应面分析也是一种最优化方法，它是将体系的响应（如萃取化学中的萃取率）作为一个或多个因素（如萃取剂浓度、酸度等）的函数，运用图 形技术将这种函数关系显示出来，以供我们凭借直觉的观察来选择试验设计中的最优化条件． 显然，要构造这样的响应面并进行分析以确定最优条件或寻找最优区域，首先必须通过大量的量测试验数据建立一个合适的数学模型（建模），然后再用此数学模型 作图． 建模最常用和最有效的方法之一就是多元线性回归方法．对于非线性体系可作适当处理化为线性形式．设有ｍ个因素影响指标取值，通过次量测试验，得到ｎ组试验 数据（）．假设指标与因素之间的关系可用线性模型表示，则有应用均匀设计一节中的方法将上式写成矩阵式或简记为式中表示第次试验中第个因素的水平值；为建 立模型时待估计的第个参数；为第次试验的量测响应（指标）值；为第次量测时的误差．应用最小二乘法即可求出模型参数矩阵Ｂ如下将Ｂ阵代入原假设的回归方 程，就可得到响应关于各因素水平的数学模型，进而可以图形方式绘出响应与因素的关系图．模型中如果只有一个因素（或自变量），响应（曲）面是二维空间中的一条曲线；当有二个因素时，响应面是三维空间中的曲面．下面简要讨论二因素响应面分析的 大致过程． 在化学量测实践中，一般不考虑三因素及三因素以上间的交互作用，有理由设二因素响应（曲）面的数学模型为二次多项式模型，可表示如下：通过ｎ次量测试验 （试验次数应大于参数个数，一般认为至少应是它的３倍），以最小二乘法估计模型各参数，从而建立模型；求出模型后，以两因素水平为Ｘ坐标和ｙ坐标，以相应 的由上式计算的响应为Ｚ坐标作出三维空间的曲面（这就是２因素响应曲面）． 应当指出，上述求出的模型只是最小二乘解，不一定与实际体系相符，也即，计算值与试验值之间的差异不一定符合要求．因此，求出系数的最小二乘估计后，应进 行检验．一个简单实用的方法就是以响应的计算值与试验值之间的相关系数是否接近于１或观察其相关图是否所有的点都基本接近直线进行判别．如果以表示响应试 验值，为计算值，则两者的相关系数Ｒ定义为其中 对于二因素以上的试验，要在三维以上的抽象空间才能表示，一般先进行主成分分析进行降维后，再在三维或二维空间中加以描述．
对高中化学实验教学的现状分析及优化策略探讨
对高中化学实验教学的现状分析及优化策略探讨 发表时间：2014-07-08T10:40:23.560Z 来源：《教育学文摘》2014年6月总第122期供稿作者：杨霞 [导读] 我国著名化学家、教育学家戴安邦教授说：“化学实验教学是实施全面教育的最有效的教学形式。” ◆杨霞甘肃省临洮中学730500 我国著名化学家、教育学家戴安邦教授说：“化学实验教学是实施全面教育的最有效的教学形式。”化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学能为学生正确认识物质及其变化规律提供实验事实，他具有目的性、探索性、现实性和易感知性。演示实验、边讲边实验、学生实验和家庭实验等多种形式的实验活动的相互结合，不但有助于化学知识的掌握，而且利用不同形式的实验可以培养学生的各种能力，以使学生的各方面素质得到全面发展。 一、高中化学实验教学的现状分析 实验教学中低效或无效的行为，主要有以下几种情形： 1.部分教师对照考纲的必做实验，是一支粉笔、一张嘴，从目的、原理、步骤、实验的注意事项等在黑板上画实验、讲实验，学生听实验、背实验。意识滞后是根本原因，有些教师认为中学阶段，不是搞科学研究，学生做不做实验妨碍不了多大事情，只要不影响考试成绩就行，他们对学生实验不予重视，带有应付心理。 2.部分教师做实验时按课本照方抓药，缺少趣味性。 3.部分教师对某些实验采取回避的方式。 4.实验成功率不高，就拿进课堂里去做。 5.实验与生活脱节，缺乏学习的价值体验。 6.完全用计算机演示代替化学实验，一张接一张地投影片和动画播放，进行“电灌”，学生对实验本身的体验几乎相当苍白。 7.在分组实验教学时，只管让学生信马由缰地实验，而没有指导、交流、反馈和总结，绝大多数教师强调了学生的“自主学习”，却忽视了教师的主导作用；注重了学生的过程学习却忽视了方法的指导，这就使实验带有很大的随意性和盲目性，从而导致实验教学结果的低效。 二、提高高中化学实验教学有效性的策略 1.利用演示实验，培养学生的观察能力 观察是人们有效地探索世界、认识事物的一种极为重要的心理素质，是人们顺利掌握知识完成某种活动的基本能力。演示实验具有鲜明性、生动性和真实性，是激发学生学习兴趣，培养学生观察能力的重要手段。加强演示实验，培养学生的观察能力和实验技能，是素质教育的重要组成部分。在教学中我的做法是认真做好每一个演示实验，挖掘实验素材、创设情景，有的放矢地设置疑问，让学生带着问题去观察、思考，激发学生的学习兴趣，如在做空气中氧气体积含量的测定，实验时经导管进入集气瓶的水的体积达不到1/5的原因是什么？质疑之后，引导学生讨论，争辩中极大地激发了学生的发散思维，由争辩而得到结论，学生难以忘却，水的体积达不到1/5的可能原因是：装置不气密；红磷的量不足；集气瓶的温度未冷却到室温等。 2.利用边讲边实验，培养学生的理解能力 化学教学过程，就其本质而言，是学生在教师组织引导下，认识化学知识的过程，而技能、能力、方法和态度等都是通过这一化学认识过程来培养和训练的，在化学教学过程中要学生有效地掌握化学知识，就必须对化学知识的认识过程展开，以便学生把客观形态的知识内化为主观形态的知识，使学生的学习成为有意义的学习。边讲边实验是实现认识过程展开的有效途径，边讲边实验不仅可以激发学生的学习积极性，增加实验的探索性，使每一位学生都能看清楚实验现象，而且便于了解化学概念和定律是怎样在实验的基础上建立起来的，从而更加深刻地理解和牢固地掌握化学知识。例如学习质量守恒定律，学生通过两个实验发现反应前后物质的质量未变化，然后教师总结归纳出经过无数次实验都发现化学反应前后物质的质量不变，即质量守恒，教师再用原子模型启发学生思考为什么化学反应中质量守恒，这样的教学过程，学生对质量守恒定律印象深刻，教学效果好。 3.利用学生实验，培养学生的实验技能 化学实验教学中，更能形成学生实验技能的还是学生实验，利用学生实验，培养学生动手操作能力，是实施素质教育的重要途径，为此，我首先布置实验预习题，让学生预习时明确实验目的、步骤和操作，做到有的放矢。其次，严肃实验纪律，在实验前强调操作的关键和注意事项，引导学生规范操作，仔细观察，积极思考，在实验中掌握和巩固所学知识，再次培养学生对实验成败的分析和根据所掌握知识情况进行实验的增改，如对制取二氧化碳的装置进行气密性检查时，用注射器改进实验，学生兴趣大增，且掌握了气密性检查的简便方法，通过认真上好实验课培养了学生的科学态度和方法，逐步形成学生观察问题、分析问题的能力，提高了教学质量。 4.做好实验过程的指导工作，培养学生实验操作的探究能力 实验过程中教师要来回巡视每位同学的操作是否规范，要善于及时表扬操作规范、实验完成较好的同学，还要及时纠正不规范的操作，以此来达到规范基本操作，提高实验操作技能。在此过程中，教师还要及时并灵活处理在实验中出现的各种问题。可捕捉学生提出的问题，增设一些问题与讨论，让学生对讨论的问题设计方案验证。 5.利用家庭实验，培养学生的创造能力 创造能力是当今社会人才最可贵的素质，创造能力是对学生素质的较高要求，应在平时教学中一点一滴地培养。上化学课离不开在课堂上演示或学生实验，因为实验生动、直观、有趣的特点，所以学生不满足于课堂上的那些完全通过看和有限的做，他们更有兴趣自己操作、探究，所以适当开展一些家庭小实验，可以迎合他们的心理，调动学生学习的积极性，而且可以培养他们的创造性。家庭小实验的开展并坚持下去，教师的引导是非常重要的，每次的家庭小实验都是在教师的布置下进行的。首先启发学生沿着实验目的——（实验原理）——实验用品——实验步骤——可能发生的实验现象——实验得出的结论这个思路去设计实验方案，其次结合实验内容提出几个思考题，最后讲清楚该实验的注意事项，让学生在做实验前已经心中有数。比如在学习了二氧化碳以后，要求学生做呼吸中二氧化碳含量的对比家庭实验，学生为完成这个实验，首先学生用文字和装置图描述出自己的设计原理，然后学生自己从生活中找可用的东西作为仪器进行实
DesignExpert响应面分析实验设计案例分析
学校 食品科学研究中实验设计的案例分析 —响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究 摘要：选择对ACE 抑制率有显著影响的四个因素：超声波处理时间(X1)、超声波功率(X2)、超声波水浴温度(X3)和酶解时间(X4)，进行四因素三水平的响应面分析试验，经过Design-Expert优化得到最优条件为超声波处理时间28.42min、超声波功率190.04W、超声波水浴温度55.05℃、酶解时间2.24h，在此条件下燕麦ACE 抑制肽的抑制率87.36%。与参考文献SAS软件处理的结果中比较差异很小。 关键字：Design-Expert 响应面分析 1.比较分析 表一响应面试验设计 因素 水平 -1 0 1 超声波处理时间X1(min) 20 30 40 超声波功率X2(W) 132 176 220 超声波水浴温度X3(℃) 50 55 60 酶解时间X4(h) 1 2 3 2.Design-Expert响应面分析 分析试验设计包括：方差分析、拟合二次回归方程、残差图等数据点分布图、二次项的等高线和响应面图。优化四个因素（超声波处理时间、超声波功率、超声波水浴温度、酶解时间）使响应值最大，最终得到最大响应值和相应四个因素的值。 利用Design-Expert软件可以与文献SAS软件比较，结果可以得到最优，通过上述步骤分析可以判断分析结果的可靠性。
2.1 数据的输入 图 1 2.2 Box-Behnken响应面试验设计与结果 图 2 2.3 选择模型
2.4 方差分析 在本例中，模型显著性检验p<0.05，表明该模型具有统计学意义。由图4知其自变量一次项A，