Bài giảng Phương pháp nghiên cứu khoa học - Bài 2: Thiết kế thí nghiệm (quy hoạch thực nghiệm) cung cấp cho học viên những kiến thức về giới thiệu quy hoạch thực nghiệm; phân loại sai số: sai số ngẫu nhiên, sai số lặp lại, sai số hệ thống; giới thiệu về các cách thiết kế thí nghiệm;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Phương pháp nghiên cứu khoa học Phạm Đỗ Chung Bộ mơn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xn Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Cao hc K28 S phm Vt lớ Đ2 Thiet ke thớ nghie m (quy hoch thc nghim) ã Gii thiu v quy hoch thc nghim • Phân loại sai số: • Sai số ngẫu nhiên • Sai số lặp lại • Sai số hệ thống • Giới thiệu về các cách thiết kế thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Thực nghiệm gì? Quá trình lặp lặp lại bước thí nghiệm chuỗi bước thí nghiệm với thơng số đầu vào thay đổi (được điều khiển cách chủ động) hệ quy trình để nhận kết đầu để tìm hiểu tương tác qua lại chúng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Mục đích Tối ưu: • Sự thành cơng q trình thực nghiệm • Thu tối đa thơng tin kết luận có ích việc thu thập xử lí số liệu Tối giản: • Hạn chế kết khơng mong muốn điều kiện ngoại cảnh • Giảm chi phí tiến hành thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Nghiên cứu quan sát vs Thiết kế thí nghiệm • Ít tác động tới • Cơ lập điều khiển tham số đầu vào tham số đầu vào • Chỉ quan sát thay có ảnh hưởng tới kết đổi kết • Tìm hiểu tham số • Làm rõ mối quan hệ đầu vào tác động lên nhân tham kết số đầu vào kết khơng tìm hiểu thí nghiệm nguyên nhân Sự liên hệ ≠ Quan hệ nhân PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Thí nghiệm Biến khơng điều khiển đo Biến điều khiển đo SYSTEMS Biến không đo, không điều khiển PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Kết Ngun tắc của việc thiết kế thí nghiệm • Liệt kê tất tham số đầu vào trước tiến hành thực nghiệm thu thập liệu • Giảm thiểu tác động tham số không điều khiển lên kết thí nghiệm • Khuyếch đại tăng cường phụ thuộc liệu (kết quả) vào tham số điều khiển PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Các thí nghiệm khoa học Biến điều khiển đo SYSTEMS Kết (Hàm mục tiêu) • Khơng thay đổi điều kiện làm thí nghiệm, nhằm loại bỏ hồn tồn yếu tố ảnh hưởng không mong muốn (biến ngẫu nhiên biến quan sát được) • Ln lưu đầy đủ thơng số kiểm tra thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ba Ngun Tắc Cơ Bản Của Việc Thiết Kế Thí Nghiệm • NGẪU NHIÊN HĨA • LẶP LẠI (DỰ ĐỐN ĐƯỢC) • KIỂM SỐT (CƠ LẬP) LỖI PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Biến đầu vào thí nghiệm • Loại bỏ biến khơng cần thiết (phụ thuộc vào hiểu biết đối tượng thực nghiệm) • Chọn lựa biến đầu vào cần khảo sát để xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm Các thí nghiệm vật lí thường hệ số nhận giá trị khoảng Có vơ số điểm thực nghiệm miền qui hoạch Chọn giá trị rời rạc biến đầu vào PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Kết thực nghiệm Kết mô PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Thu thập liệu Lên phương án thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Tiến hành đo đạc, thu thập liệu Lập bảng thống kê liệu Thu thập liệu Lên phương án thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Lập bảng liệu Tiến hành đo đạc, thu thập liệu Thu thập liệu Hệ số A Hệ số B … … … y41 … … 2,5 … … … y42 … … y13 y23 y33 y43 y53 y63 7,5 … … … y44 … … 10 … … … y45 … … • Thực phép đo khu vực trung tâm • Bổ sung các phép đo vùng liệu mà hàm mục tiêu biến đổi mạnh PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Thu thập liệu Hệ số A Hệ số B … … … y41 … … 2,5 y12 y22 y32 y42 y52 y62 y13 y23 y33 y43 y53 y63 7,5 … … … y44 … … 10 … … … y45 … … • Thực phép đo khu vực trung tâm • Bổ sung các phép đo vùng liệu mà hàm mục tiêu biến đổi mạnh PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Xử lí liệu Dữ liệu thơ thơng số hệ, kết phép đo phức tạp Vì cần phải xử lí liệu để làm bật lên thơng tin cần thiết Xử lí liệu Nếu liệu thơ kết phép đo (ví dụ: Raman, X-ray, …) thì cần vẽ lại Lượng hố thơng số quan trọng Biểu diễn đồ thị phụ thuộc tín hiệu đầu với biến đầu vào PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ xử lí liệu Biến đầu vào? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ xử lí liệu Hằng số mạng 0% 1% 2.5% 5% 7.5% 10% a (Å) 5.446 5.443 5.436 5.435 5.435 5.435 b (Å) 16.434 16.425 16.416 16.416 16.415 16.414 c (Å) 5.451 5.441 5.4365 5.437 5.438 5.437 Khi pha tạp Gd vào vật liệu Bi2WO6 kích thước mạng thay đổi hay khơng? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ xử lí liệu Khi pha tạp Gd vào vật liệu Bi2WO6 kích thước mạng thay đổi mạnh hay yếu? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ xử lí liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ xử lí liệu Gd 0% PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Gd 2.5% Ví dụ xử lí liệu !! !! Thời gian (phút) Cần phải thay đồ thị biểu diễn mối quan hệ thông số đầu vào hàm mục tiêu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ở mức độ cao cần xử lí liệu tuyến tính hố để mơ tả qui luật phụ thuộc cách trực quan PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 ... Chung-HNUE-2019 Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ví dụ về tracking dữ liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Kết thực nghiệm Kết mô PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Thu thập liệu Lên phương án thí nghiệm. .. tra thí nghiệm PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Ba Ngun Tắc Cơ Bản Của Việc Thiết Kế Thí Nghiệm • NGẪU NHIÊN HĨA • LẶP LẠI (DỰ ĐỐN ĐƯỢC) • KIỂM SỐT (CƠ LẬP) LỖI PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2019 Biến đầu vào thí nghiệm. .. Chung-HNUE-2019 Kết Ngun tắc của việc thiết kế thí nghiệm • Liệt kê tất tham số đầu vào trước tiến hành thực nghiệm thu thập liệu • Giảm thiểu tác động tham số khơng điều khiển lên kết thí nghiệm