| Disseny i anàlisi d'experiments | Codi: M0.162 Crèdits: 5 |
L'experimentació és intrínseca a la majoria de les recerques científiques i tecnològiques, en moltes de les quals, els resultats de la variable d'interès es veuen afectats per la presència de diferents factors, la influència dels quals pot estar oculta per la variabilitat dels resultats mostrals. És fonamental conèixer els factors que influeixen realment i estimar aquesta influència i per aconseguir-ho serà necessari dissenyar els experiments. Veurem que un disseny experimental quedarà determinat per l'elecció de les unitats experimentals, els tractaments, i el mecanisme d'assignació dels tractaments a les unitats. De l'anàlisi estadística de la informació recollida en l'experimentació es derivessin les conclusions.
Per a això l'assignatura s'organitzarà en deu temes. Es començarà el curs amb un primer tema introductori en el qual es donaran les definicions bàsiques del disseny d'experiments i es discutirà sobre el mecanisme de l'aleatorització en el disseny d'experiments. A continuació fins al tema cinquè es consideressin, detalladament, els diversos aspectes del disseny experimental per comparar g tractaments d'un factor que correspon a l'anomenat disseny completament aleatoritzador. Molts dels conceptes i mètodes d'aquests dissenys es transfereixen amb escasses modificacions a dissenys més complexos com els que es consideressin al llarg dels temes restants.
El disseny i anàlisi d'experiments ha tingut sempre una gran aplicació en les ciències experimentals i en el control de processos industrials i tecnològics. L'experimentació en la Indústria és un dels elements que més poden contribuir a la millora dels productes i processos.
El disseny experimental es troba en aplicacions en múltiples disciplines com a biotecnologia, medi ambient, biologia, ciències químiques i bioquímica, enginyeria, qualitat, economia, medicina, indústria, agricultura, màrqueting, psicologia, constituint una fase essencial en el desenvolupament d'un estudi experimental.
En particular, podem considerar aplicacions en Biotecnologia que van des de la producció de material biològic en la indústria biomèdica i d'innovació i processos en indústria alimentària, l'optimització de la producció en reactors, la selecció de ceps més productius. En la recerca mèdica de petita escala (anàlisi de dades en estudis senzills) o de grans dimensions (per exemple assajos clínics multicèntrics).
Els estudiants han d'haver realitzat un curs d'introducció als mètodes estadístics fonamentals.
Aquesta assignatura pretén establir la metodologia estadística per al disseny d'experiments i l'anàlisi de les dades experimentals.
Les capacitats a adquirir seran:
- Conèixer els avantatges i inconvenients dels dissenys d'experiments més usuals.
- Selecció i aplicació de les tècniques d'adquisició de dades per al seu tractament estadístic.
- Prendre consciència de la necessitat de rigor en aplicar les tècniques estadístiques i ser capaç d'avaluar correctament les dificultats que es puguin plantejar coneixent les limitacions de les tècniques i els recursos.
- Utilització de les diferents tècniques d'ajust i validació de models.
- Capacitat per enfrontar-se a les diferents etapes d'una recerca basada en el disseny estadístic d'experiments.
- Conèixer i manejar programari estadístic útil per a les tècniques estadístiques incloses en aquesta assignatura.
Els continguts s'organitzen per temes, els quals s'agrupen en unitats, que és el bloc d'informació tal com es veu a l'aula.
Unitat 1 Introducció
1.1 Per què Experiments?1.2 Components d'un Experiment1.3 Algunes definicions i conceptes rellevants1.4 Unitats Experimentals1.5 Variables Resposta1.6 Aleatorització i Disseny d'Experiments1.7 Aleatorització per evitar la confusió d'Efectes1.8 Implementar l'Aleatorització1.9 Aleatorització per a la Inferència
Unitat 2 Disseny completament aleatorizador
2.1 Estructura d'un disseny completament aleatorizador2.2 Alguns exemples preliminars2.3 Model Estadístic2.4 Estimació dels paràmetres2.5 Anàlisi de la Variància (ANOVA)2.6 Alguns exemples d'aplicació2.7 Contrastos bàsics2.8 Contrastos ortogonals
Unitat 3 Comparacions múltiples
3.1 Tipus d'Error3.2 Mètodes tipus Bonferroni. Exemples3.3 Mètodes basats en comparacions pairwise. Exemples
Unitat 4 Comprovació de les suposicions del model
4.1 Suposicions del model4.2 Avaluació de les suposicions: Normalitat. Variància constant. Independència.4.3 Possibles correccions en cas de no compliment4.4 Efectes en cas de no compliment.
Unitat 5 Potència i Grandària mostral
5.1 Metodologies per a la selecció de la grandària mostral5.2 Grandària mostral per a un interval de confiança5.3 Potència i grandària mostral en ANOVA5.4 Potència i grandària mostral per a un Contrast
Unitat 6 Models factorials
6.1 Estructura dels models factorials6.2 Efectes principals i interaccions6.3 Visualització de la interacció6.4 Parametrització dels models factorials6.5 Anàlisi de la variància en dissenys balancejats6.6 Models factorials generals
Unitat 7 Efectes aleatoris
7.1 Models en dissenys amb efectes aleatoris7.2 Anàlisi de la variància en dissenys amb efectes aleatoris7.3 Test d'hipòtesi en dissenys amb efectes aleatoris7.4 Components de la variància7.5 Models amb efectes mixts
Unitat 8 Models amb factors niats
8.1 Factors niats8.2 Models amb factors creuats i niats8.3 Regles de Bennet i Franklin8.4 Exemples d'aplicació
Unitat 9 Disseny en blocs completament aleatorizados i dissenys amb covariants
9.1 Efecte Bloc. Perquè i quan9.2 Disseny en blocs completament aleatorizados9.3 Anàlisi dels Disseny en blocs completament aleatorizados9.4 Altres dissenys relacionats9.5 Model bàsic amb una covariable. Anàlisi de la covariància9.6 Quan el tractament interacciona amb la covariable
Unitat 10 Introducció als models lineals mixtos
A First Course in Design and Analysis of Experiments. 2010. Gary W. Oehlert. University of Minnesota
Bibliografia complementaria
- Experimental design for the life sciences
(https://www.gbv.de/dms/hebis-darmstadt/toc/177209216.pdf)
- Experimental Design and Data Analysis for Biologists
(https://www.lacbiosafety.org/wp-content/uploads/2011/09/experimental-design-and-data-analysis-for-biologists1.pdf)
- Biostatistical Design and Analysis using R
(https://www.ievbras.ru/ecostat/Kiril/R/Biblio_N/R_Eng/Logan2010.pdf)
Per a cada unitat se subministrarà una guia d'estudi on s'assenyalarà els materials de lectura corresponents als temes de la unitat amb indicacions sobre quins punts del material es corresponen amb cada punt del temari i amb quin detalli han de tractar-se. Els materials de lectura poden consistir en capítols o apartats del material docent de Disseny d'Experiments de la UOC o bé en tutorials, manuals o articles que es proporcionessin en format PDF o bé en forma d'híper-enllaços.
La lectura del material didàctic seguint les orientacions de la guia conforma la primera activitat de cada bloc i que haurà de realitzar l'estudiant de forma individual. Amb això es pretén que l'estudiant es familiaritzi amb el contingut de la matèria així com amb el material en si mateix, el qual es transformarà en material de consulta per a l'estudiant durant el desenvolupament del mòdul. Lògicament aquesta activitat s'ha de desenvolupar en els primers dies del bloc, per poder abordar, posteriorment, la Prova d'Avaluació Continuada (PAC).
Per afermar la compressió dels conceptes relatius a cada unitat es proposarà la resolució d'una llista de problemes pràctics mitjançant l'ús de paquets de R. La discussió, la col·laboració per a la resolució d'aquests problemes resultarà un element dinamitzador i potenciador de l'aprenentatge.
Al llarg de l'assignatura hauran de resoldre's quatre PAC. Les PAC poden combinar tant el desenvolupament de conceptes i habilitats amb la resolució de problemes de disseny d'experiments i d'anàlisis de dades.
Les Proves d'avaluació Continuada (PAC) es lliuraran en forma d'informe dinàmic R Markdown tant el fitxer font com el fitxer PDF. L'objectiu és tenir un fitxer executable que inclogui text i codi que en compilar-se de com a resultat final un informe en PDF que inclogui el text amb les respostes i els resultats de l'anàlisi.
El procés d'avaluació es fonamenta en el treball personal de l'estudiant i pressuposa l'autenticitat de l'autoria i l'originalitat dels exercicis realitzats.
La manca d'autenticitat en l'autoria o d'originalitat de les proves d'avaluació; la còpia o el plagi; l'intent fraudulent d'obtenir un resultat acadèmic millor; la col·laboració, l'encobriment o l'afavoriment de la còpia, o la utilització de material o dispositius no autoritzats durant l'avaluació, entre d'altres, són conductes irregulars que poden tenir conseqüències acadèmiques i disciplinàries greus.
D'una banda, si es detecta alguna d'aquestes conductes irregulars, pot comportar el suspens (D/0) en les activitats avaluables que es defineixin en el pla docent incloses les proves finals o en la qualificació final de l'assignatura, sigui perquè s'han utilitzat materials o dispositius no autoritzats durant les proves, com ara xarxes socials o cercadors d'informació a internet, perquè s'han copiat fragments de text d'una font externa (internet, apunts, llibres, articles, treballs o proves d'altres estudiants, etc.) sense la citació corresponent, o perquè s'ha practicat qualsevol altra conducta irregular.
De l'altra, i d'acord amb les normatives acadèmiques, les conductes irregulars en l'avaluació, a més de comportar el suspens de l'assignatura, poden donar lloc a la incoació d'un procediment disciplinari i a l'aplicació, si escau, de la sanció que correspongui.
|
L'assignatura només es pot aprovar amb el seguiment i la superació de l'avaluació contínua (AC). La qualificació final de l'assignatura és la nota obtinguda a l'AC. |
Ponderació de les qualificacions
Opció per superar l'assignatura: AC
Nota final d'assignatura: AC
Per superar aquesta assignatura és condició necessària (no suficient):
- Realitzar i lliurar en el termini fixat les quatre proves d'avaluació continuada (PAC) propostes.
- Participar als debats associats a aquestes PAC, seguint les orientacions del consultor, i que serviran per complementar la nota de cada PAC.
- En la qualificació final cadascuna de les PAC tindrà el mateix pes.
Es valorarà especialment:
Comprensió i relació dels conceptes treballats.
Capacitat de presentació i redacció dels conceptes i anàlisis contingudes en les proves d'avaluació continuada.
Domini de l'argumentació on-line com a mecanisme de confrontació i creació de coneixement, demostrada a través de la participació en el fòrum de debats.
Solucions de les PAC:
Les solucions a les PAC es faran públiques al mateix temps que les notes obtingudes. D'aquesta manera podreu contrastar les vostres respostes amb les solucions correctes i així modificar idees errònies o incidir en l'estudi dels punts més fluixos.
La planificació proposada es desenvolupa al llarg de quinze (±1) setmanes (5 crèdits) a les quals l'estudiant ha d'ajustar-se per a un adequat seguiment de l'assignatura. Dins d'aquestes setmanes existeixen quatre dates clau que es comuniquessin després de l'inici de l'assignatura, corresponents als lliuraments de les PAC de l'assignatura.
Per superar aquesta assignatura és condició necessària (no suficient):
- Realitzar i lliurar en el termini fixat les quatre proves d'avaluació continuada (PAC) propostes.
- Participar en els debats associats a aquestes PAC, seguint les orientacions del consultor, i que serviran per complementar la nota de cada PAC.
- En la qualificació final cadascuna de les PAC tindrà el mateix pes.
Es valorarà especialment:
- Comprensió i relació dels conceptes treballats.
- Capacitat de presentació i redacció dels conceptes i anàlisis contingudes en les proves d'avaluació continuada.
- Domini de l'argumentació en línia com a mecanisme de confrontació i creació de coneixement, demostrada a través de la participació en el fòrum de debats.
Solucions de les PAC:
Les solucions a les PAC es faran públiques al mateix temps que les notes obtingudes. D'aquesta manera podreu contrastar les vostres respostes amb les solucions correctes i així modificar idees errònies o incidir en l'estudi dels punts més fluixos.
La planificació proposada es desenvolupa al llarg de quinze (±1) setmanes (5 crèdits) a les quals l'estudiant ha d'ajustar-se per a un adequat seguiment de l'assignatura. Dins d'aquestes setmanes existeixen quatre dates clau que es comuniquessin després de l'inici de l'assignatura, corresponents als lliuraments de les PAC de l'assignatura.
