Н. В. Перцев планирование и математическая обработка результатов химического эксперимента учебное пособие



страница1/46
Дата26.06.2015
Размер4,46 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46

Министерство науки и образования РФ


ГОУ ВПО ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.И. Вершинин, Н.В. Перцев

ПЛАНИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Учебное пособие

Издание Омск

ОмГУ 2005
УДК 543.42


Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ОмГУ
Научный редактор – В.А. Топчий

Вершинин В.И., Перцев Н.В.

В Планирование и математическая обработка результатов химического эксперимента: учебное пособие. – Омск: Изд-во ОмГУ, 2005. – 217 с.

ISBN

Кратко изложены теоретические основы и практические рекомендации по планированию многофакторных научных экспериментов в химии и химической технологии, включая методологические и метрологические аспекты. Рассмотрены статистические методы обработки результатов эксперимента, способы проверки статистических гипотез, построение математических моделей и решение на их основе оптимизационных задач. Приведенные примеры относятся к аналитической, технической, физической, органической химии. Включены справочные материалы (статистические таблицы) и рекомендации по оформлению результатов проведенных исследований. Предыдущее издание пособия вышло в 1999 г., было апробировано в ряде вузов и получило рекомендательный гриф УМО университетов России. Настоящее издание (дополненное и переработанное) – печатается в соответствии с решением Ученого Совета химического факультета ОмГУ.

Для студентов старших курсов химических специальностей высших учебных заведений, аспирантов и преподавателей университетов.

Пособие будет полезно начинающим исследователям, в том числе специалистам химических лабораторий, самостоятельно осваивающим теоретические основы химического эксперимента.

УДК

ББК


ISBN 5-7779- © Омский госуниверситет, 2005

  • Предисловие


Развитие науки в XX веке привело к систематическому использованию химиками математических (преимущественно статистических) методов для рационального планирования своих экспериментов и для анализа количественных данных, полученных в результате этих экспериментов. Все исследователи-химики согласны с необходимостью применения статистических методов, но степень практического применения их в разных областях химии неодинакова, наиболее широко такие методы используются аналитиками, физико-химиками и химиками-технологами.

Основы математической статистики и теории вероятностей кратко излагаются студентам-химикам в общем курсе высшей математики. При этом не рассматриваются методологические и метрологические аспекты проведения научных исследований, методы обработки экспериментальных данных и другие важные для химика практические приложения математических теорий. Преподавателям-математикам затруднительно давать развернутые примеры и рекомендации ввиду слабого знания ими специфики химических исследований, а также потому, что курс высшей математики предлагается студентам 1-2 курсов до изучения основных химических дисциплин. Гораздо успешнее и глубже могут усвоить материал студенты-старшекурсники, начинающие выполнять исследования на выпускающих кафедрах (хотя бы в виде курсовых и дипломных работ) и непосредственно заинтересованные в освоении теоретически обоснованных способов планирования своих исследований и обработки полученных данных.

Для старшекурсников химических специальностей во многих университетах читаются узкоспециализированные курсы типа «Математическая обработка результатов анализа», «Методы оптимизации технологических процессов», «Факторное планирование» и т. п. Но при изучении таких дисциплин, как правило, недостаточно освещается общая методология эксперимента, которую должны понимать и учитывать исследователи любого профиля. К тому же рекомендации лекторов-химиков часто носят слишком прикладной, рецептурный характер. В стороне остаются не только теоретические обоснования, но и такие важные практические аспекты, как выбор факторов и параметров, выбор средств измерения, границы применимости методов и алгоритмов, статистическая проверка гипотез, создание и проверка математических моделей, оформление результатов эксперимента и др.

Знакомство с опытом подготовки химиков в различных вузах и собственный преподавательский опыт привели авторов этой книги к убеждению, что нельзя отделять учебный материал, связанный с планированием эксперимента, от статистической обработки результатов; практические же рекомендации следует давать в тесной связи с соответствующими теоретическими обоснованиями, без обычного разрыва во времени. Естественно, при таком методическом подходе приходится частично жертвовать и строгостью математических выкладок, и рецептурными частностями в примерах. Почти тридцатилетний опыт преподавания курса «Планирование и обработка результатов химического эксперимента» в Омском госуниверситете и некоторых других вузах показал целесообразность такого компромисса.

В ОмГУ вышеупомянутый курс изучается как обязательная дисциплина всеми студентами-химиками дневной формы обучения в шестом семестре в объеме 80 часов общей трудоемкости, в том числе 24 лекционных часа. Практикум (16 часов) включает решение индивидуальных расчетных задач в компьютерном классе, семинары и консультации. Изучение спецкурса требует предварительного изучения курсов «Высшая математика» и «Аналитическая химия». Студент должен иметь практические навыки по работе с компьютером, уметь проводить округление исходных данных и результатов расчета в соответствии с погрешностью исходных измерений, а также использовать справочные таблицы. После знакомства с предлагаемым пособием начинающему исследователю полезно повторно проработать материал как по учебникам более высокого теоретического уровня, так и по практическим руководствам, конкретизированным для интересующей его более узкой области науки. Так, для химиков-аналитиков незаменимы монографии и учебники В.В. Налимова и К. Дерффеля. Данная книга не может их заменить, как и другие классические труды, некоторые из них указаны в списке литературы (см. с. 178).

Первое издание настоящего пособия вышло в 1988 г., второе – в 1999 г. (Вершинин В.И. Лекции по планированию и математической обработке результатов химического эксперимента. Омск, ОмГУ, 149 с.). В 2001 г. это пособие получило гриф УМО университетов РФ и было рекомендовано для использования в качестве учебного пособия на химических факультетах всех университетов России. При подготовке третьего издания учтены замечания рецензентов УМО д.х.н. Т.Н. Шеховцовой и к.х.н. А.В. Гармаша (МГУ), а также замечания и предложения, сделанные докторами химических наук Ю.М. Дедковым, Б.М. Марьяновым, Н.М. Островским, А.Н. Смагуновой, М.С. Черновьянц и другими специалистами.

В новом издании дополнительно рассмотрены: метрологические аспекты проведения химического эксперимента, непараметрические критерии проверки статистических гипотез, пакет прикладных программ «Статистика». Существенно расширены разделы «Методология эксперимента», «Дисперсионный анализ» и некоторые другие. Более глубокий анализ математических аспектов и моделей потребовал не только расширения пособия, но и непосредственного участия математика в этой работе, в результате число авторов удвоилось.

В виде приложения представлены выдержки из статьи академика Ю.А. Золотова с рекомендациями по оформлению результатов эксперимента. Хотя соответствующая журнальная статья появилась почти 30 лет тому назад, но рекомендации автора, уникальные по своей практической ценности и ясности изложения, полностью сохранили свою актуальность. Они будут полезны как студентам-химикам, пишущим дипломные и курсовые работы, так и начинающим исследователям, готовящим свои первые научные публикации.

Как и в ряде других отечественных и зарубежных учебников, появившихся в последние годы и хорошо принятых студентами, содержание этой книги излагается довольно подробно, в стиле, близком к разговорному. В настоящем издании снята лишь лекционная форма компоновки материала, использовавшаяся в предыдущих изданиях.

Важное значение имела работа научного редактора этой книги – директора Омского филиала Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН, д.ф.м.н., проф. В.А. Топчия, которому, как и другим специалистам, ознакомившимся с рукописью и давшим ценные советы, авторы выражают глубокую благодарность. Мы надеемся, что новое учебное пособие будет полезно как студентам ОмГУ, так и преподавателям, аспирантам и студентам других вузов, а также начинающим исследователям-химикам, независимо от их научной специализации. Будем рады их замечаниям и предложениям, которые можно прислать по электронной почте (e-mail: vershin@univer.omsk.su).



Зав кафедрой аналитической химии ОмГУ,
заслуженный работник высшей школы РФ,


д.х.н., проф. В.И. Вершинин
Зав.кафедрой математического моделирования ОмГУ,

д.ф.м.н., проф. Н.В.Перцев
Март 2005.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница