实验设计的基本知识

实验设计是实验研究计划和方案的制订。实验设计是研究工作的一个极其重要的组成部分。良好的设计不仅是实验过程的依据和处理结果的一个先决条件，也是使科研获得预期结果的一个重要保证。实验设计的意义在于能用比较经济的人力、物力和时间，获得较为可靠的结果，使误差减至最低限度，还可以使多种处理因素包含在很少的几个实验中，达到高效的目的。 <o:p></o:p>

一、实验设计的基本原则 <o:p></o:p>

1. 对照原则（control）　为避免非实验因素造成的干扰，设立对照以消除无关因素。从实验组与对照组两组效应指标的数据差别中，发现实验因素的本质所在。 <o:p></o:p>

对照有多种形式，可根据实验研究的目的和内容加以选择。 <o:p></o:p>

（1）空白对照：亦称正常对照，对照组不加任何处理因素。如观察某降压药的作用时，实验组动物服用降压药，对照组动物不服药或服安慰剂。 <o:p></o:p>

（2）自身对照：对照与实验在同一受试动物上进行。例如，用药前、后的对比，先用A药后用B药的对比，均为自身对照。 <o:p></o:p>

（3）相互对照：又称组间对照。不专门设立对照组，而是几个实验组之间相互对照。例如用几种药物治疗同一疾病，对比这几种药物的效果，即为相互对照。 <o:p></o:p>

（4）标准对照：不设立对照组，实验结果与标准值或正常值对比。在动物实验中，采用较多的是前三种对照方式。 <o:p></o:p>

2. 随机原则（randomization）　在将实验对象分配到各实验组或对照组时，实验个体的机会是均等的。如果在同一实验中存在数个处理因素（如先后观察数种药物的作用），则各处理因素施加顺序的机会也是均等的。通过随机化，尽量使抽取的样本能够代表总体，减少抽样误差；使各组样本的条件尽量一致，消除或减小组间人为的误差，从而使处理因素产生的效应更加客观，便于得出正确的实验结果。 <o:p></o:p>

随机化的方法很多，如抽签法、随机数字表法、随机化分组表法等，具体可参阅《医学统计学》。 <o:p></o:p>

下面通过随机数字表法介绍完全随机化分组。如需将12个受试对象分为两组：设A、B分别代表对照组和干预组。分组步骤是先将受试者对象编号，按照统计学教材等提供的随机数字表，给每个受试对象一个随机数字，将随机数按大小排序，最后根据序号大小等决定组别，序号1～6为A组，序号7～12为B组，见表4-1。 <o:p></o:p>

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3. 可重复性原则（replication）　重复是指受试对象应具有一定的数量。重复表现为样本含量的大小或试验重复次数多少。在抽样中，随着样本含量的增大或重复次数的增加，抽样误差将逐渐减小。 <o:p></o:p>

4. 均衡原则（balance）　均衡原则也称为齐同原则，就是在相互比较的各组间（实验组与对照组间、实验组与实验组间），除了要研究的处理因素外，其他因素要尽量一致。在动物实验中，往往要求各组间动物的数量、种系、性别、年龄、体重、毛色等尽量一致，实验仪器、药品、时间等其他方面也应一致，这样才能有效减少实验误差。 <o:p></o:p>

二、实验设计的内容 <o:p></o:p>

1. 题目　题目是实验设计的出发点和归结点，也是实验内容的集中体现，题目应简明扼要。 <o:p></o:p>

2. 作者及单位　署名和联系方式。 <o:p></o:p>

3. 实验目的及意义　应简单说明为什么要进行本实验（目的），设计本实验的理论根据和实验依据（依据），与本课题相关的最新进展。本实验拟解决哪些问题，本实验的特点或创新点以及进行本实验的意义等。 <o:p></o:p>

4. 实验研究的内容和技术路线　将简要介绍实验的主要项目或内容及技术路线。 <o:p></o:p>

5. 材料与方法 <o:p></o:p>

（1）器材及药品：写明所需的动物、器材、仪器、药品及数量。 <o:p></o:p>

（2）方法与步骤：应详细写明实验的步骤，包括动物的处理、手术操作、刺激及记录方法、给药途径及用量等。 <o:p></o:p>

（3）观察指标：观察指标应明确可靠，易观察，重复性好。实验项目不宜过多。写明用何种方法处理资料和数据。 <o:p></o:p>

6. 需说明的问题　可提出需要说明的有关问题。 <o:p></o:p>

7. 参考文献　列出主要的参考文献。 <o:p></o:p>

8. 经费预算　尽可能列出详细的预算，尤其是费用高的项目更应列出。 <o:p></o:p>

三、实验设计的注意事项 <o:p></o:p>

除遵循实验设计的基本原则外，还应注意以下事项： <o:p></o:p>

1. 条件一致　在实验中待测因素本身的条件必须前后一致（例如电刺激的强度、频率、波宽，药物的剂量、剂型、给药途径、批号等），不能在实验过程中随意改变，以免一些未知因素干扰实验结果，给实验结果的分析带来困难。 <o:p></o:p>

2. 量效关系　如果待测的因素（或条件）与某种反应或实验结果间存在内在联系，则二者之间不仅表现出一般的因果关系，而且会表现出一定的量效关系。例如观察电刺激与肌肉收缩的关系时，就应测试不同刺激强度、不同刺激频率时肌肉的收缩反应；了解某一药物的作用时，则应观察不同药物浓度时的反应。量效关系可以是线性，也可是非线性；可以是正性的，也可是负性的。量效关系曲线常可提供一些有意义的线索。 <o:p></o:p>

3. 观察指标　是反映实验对象所发生的生理现象或病理现象的标志。指标分为计数指标和计量指标以及主观指标和客观指标等。所选定的指标，应符合下列基本条件： <o:p></o:p>

（1）特异性：能特异地反映某一特定的现象，不致与其他现象相混淆。 <o:p></o:p>

（2）客观性：最好选用可用具体数值或图形表达的指标（如心电图、化验检查等）。因为主观指标易受主观因素的影响而造成较大的误差。 <o:p></o:p>

（3）重现性：能较真实地反映实际情况。重现性越高偏差越小。 <o:p></o:p>

（4）灵敏性：是测量结果准确的保证。 <o:p></o:p>

（5）可能性：尽量选用灵敏客观、切合本单位和研究者技术和设备实际的指标。 <o:p></o:p>

（6）有依据：现成指标必须有文献依据，自己创立的指标必须经过专门的实验鉴定。 <o:p></o:p>

4. 全程观察　由于待检因素的作用常常有一个时间过程，有快有慢，所以应观察实验的全过程。从每一次未加入待检因素之前的基础机能水平，一直观察到该因素引起的反应或变化结束；或从撤除被检因素后开始，一直观察到机能恢复正常为止。对作用时间较长的缓慢变化，可定时地间断性观察，要精确记录待检因素作用的时程变化，如开始的时间、出现变化的时间、恢复到正常水平的时间等。 <o:p></o:p>

5. 统计处理　实验结果常常受到实验动物本身的机能状况、环境条件等多方面的影响，实验结果的数据不可能完全一样。必须经过统计学处理，才能判定哪些差异是显著的。 <o:p></o:p>

四、学员探索性实验的组织实施 <o:p></o:p>

1. 布置任务　学员探索或设计实验一般安排在上实验课时进行，指导教师可提前1～3个月给学员讲解设计实验的目的和基本要求，介绍实验室的现有条件，包括现有实验动物、仪器、药品、器材等。以便使每个学员能利用课余时间进行充分准备。 <o:p></o:p>

2． 撰写设计　学员依据选题，写出实验设计方案。 <o:p></o:p>

3． 报告论证　对每人设计出的实验进行报告和论证，主要评估其实验设计是否合理，是否可行，还有哪些不足之处需要补充，然后选出一个优化方案，按优选的设计进行实验。 <o:p></o:p>

4． 实验准备　论证后，应根据确定的优选设计方案进行准备，包括实验动物、药品、器材等。 <o:p></o:p>

5． 实验实施　实验时，学员自己主持进行实验操作，教师作指导、观察和当“顾问”，在关键步骤上把好关，以免由于学员操作不熟练而造成整个实验的失败。 <o:p></o:p>

6. 实验总结　整理记录实验结果，分析实验数据，最后撰写实验报告或论文。 <o:p></o:p>

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思 考 题 <o:p></o:p>

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1. 选题的基本原则有哪些? <o:p></o:p>

2. 实验设计的内容是什么? <o:p></o:p>

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（刘利兵）