《实验设计(experimentaldesign)原理及基本原则》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验设计(experimentaldesign)原理及基本原则（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验设计（实验设计（experimental experimental designdesign）原理及基本原则）原理及基本原则中国医科大学魏敏杰、阮 强、王振宁、富伟能 罗 阳、孟繁浩、单风平、陈 磊实验的基本要素处理因素受试对象实验效应处理因素的性质处理因素的性质 化学：药物、毒物、激素、营养素等化学：药物、毒物、激素、营养素等有机和无机的化学物质；有机和无机的化学物质； 物理：电、磁、射线、温度、湿度、物理：电、磁、射线、温度、湿度、乏氧等；乏氧等； 生物：细菌、真菌、病毒、寄生虫等；生物：细菌、真菌、病毒、寄生虫等； 其他：本体因素。其他：本体因素。处理因素的数目和水平处理因素的数目和
2、水平单因素设计：单因素设计： 每次实验只观察每次实验只观察1 1个因素的效应。个因素的效应。 优点：目标明确，简单易行，条件容优点：目标明确，简单易行，条件容易控制，结果一目了然。易控制，结果一目了然。 缺点：每次解决的问题少，如果有多缺点：每次解决的问题少，如果有多种因素等待实验，则进度慢。种因素等待实验，则进度慢。 单因素多水平设计单因素多水平设计：处理因素只有处理因素只有1 1个，但可从几个水平进行个，但可从几个水平进行 观察。观察。“ “水平水平” ”是指同一因素在量上的不同是指同一因素在量上的不同 程度。如药物剂量有高、中、低。单因素程度。如药物剂量有高、中、低。单因素 多水平的设计
3、也可看成是多因素设计。多水平的设计也可看成是多因素设计。 多因素设计：多因素设计：在一次实验中同时观察几种因素的效应。在一次实验中同时观察几种因素的效应。 处理因素的强度处理因素的强度量的概念量的概念如剂量的大小，射线的强弱，温度的高如剂量的大小，射线的强弱，温度的高 低等。处理因素的强度应适宜，低等。处理因素的强度应适宜，过强则过强则 伤害受试对象，过弱则观察不出应有的伤害受试对象，过弱则观察不出应有的 效应。效应。 处理因素的标准化处理因素的标准化要保证在整个实验过程中处理因素始终要保证在整个实验过程中处理因素始终 如一，保持不变。如一，保持不变。受试对象受试对象 (study subje
4、cts)(study subjects) 指处理因素所作用的对象。亦称实验对指处理因素所作用的对象。亦称实验对 象、研究对象或观察对象。象、研究对象或观察对象。受试对象的标准化受试对象的标准化 动物：动物：用国际上承认的种属、品系。窝别、用国际上承认的种属、品系。窝别、体重、龄期等。体重、龄期等。 人：人：种族、地域、性别、年龄等自然条件，种族、地域、性别、年龄等自然条件，应考虑社会因素（如职业、爱好、生活应考虑社会因素（如职业、爱好、生活习惯、经济条件、居住环境、家庭状习惯、经济条件、居住环境、家庭状 况、心理状态）。况、心理状态）。 离体器官、组织、细胞：离体器官、组织、细胞： 采样部位、
5、采取条采样部位、采取条件、新鲜程度、保存方式、培养方式等。件、新鲜程度、保存方式、培养方式等。 病理模型：病理模型：要考虑病理的强度，病理模型的要考虑病理的强度，病理模型的病情不宜过重，病程不宜过长。病情不宜过重，病程不宜过长。 受试对象的例数受试对象的例数 要有一定的例数才能说明问题要有一定的例数才能说明问题 资料的性质：资料的性质：计数资料计数资料3030100100例，例，计量资料计量资料10102020例。例。实验效应实验效应（experimental effectexperimental effect） 处理因素作用于受试对象后出现以某种处理因素作用于受试对象后出现以某种 指标形式表
6、示的效应。指标形式表示的效应。 以计数指标表达的资料为以计数指标表达的资料为计数资料计数资料，大多以，大多以 研究对象中出现或不出现某一属性的研究对象中出现或不出现某一属性的“ “率率” ”或或“ “ 比比” ”来表达，故又称来表达，故又称定性资料定性资料，以计量指标表，以计量指标表 达的资料为达的资料为计量资料计量资料，计量资料比计数资料，计量资料比计数资料 精确，多次重复测量所得结果变异较小，可精确，多次重复测量所得结果变异较小，可 得出较精确可靠的结论，由于较精确、误差得出较精确可靠的结论，由于较精确、误差 小，故所需样本数量和观察次数较少。小，故所需样本数量和观察次数较少。 选择指标的
7、原则：选择指标的原则：有效、合理、勿滥、客观。有效、合理、勿滥、客观。指标应具备的条件：指标应具备的条件：（1 1）关联性）关联性: :与研究目的有本质的联系，能确与研究目的有本质的联系，能确 切的反映处理因素的效应。即有效性。切的反映处理因素的效应。即有效性。（2 2）灵敏性）灵敏性: :能敏感的反映效应。能敏感的反映效应。（3 3）稳定性）稳定性: :一致性要好，变异大的指标测试一致性要好，变异大的指标测试 结果不可能正确，也不具有可重复性。结果不可能正确，也不具有可重复性。 （4 4）特异性）特异性 是指指标的专一性，只对某是指指标的专一性，只对某 种或某几种处理因素产生效应反应。特异种
8、或某几种处理因素产生效应反应。特异 性越性越 强越能揭示事物的本质。强越能揭示事物的本质。 （5 5）精确性）精确性 即精确度。即精确度。二种含义：二种含义：一是指标本身的精确度一是指标本身的精确度，二是所用仪器设备的精确度二是所用仪器设备的精确度。 （6 6）可行性）可行性 是否具备测试所选指标的条是否具备测试所选指标的条 件和设备。件和设备。 一一. . 对照原则对照原则 1. 1. 对照的意义对照的意义通过对照鉴别处理因素与非处理因素的差异通过对照鉴别处理因素与非处理因素的差异消除和减少实验误差。消除和减少实验误差。 2. 2. 对照种类：对照种类：（1 1）空白对照：对照组不加任何处理
9、。）空白对照：对照组不加任何处理。（2 2）实验对照：对照组施加与试验组等同的非）实验对照：对照组施加与试验组等同的非处理因素。处理因素。实验设计基本原则实验设计基本原则（3 3）标准对照：对照组用公认的标准方法处理作为）标准对照：对照组用公认的标准方法处理作为 对照组。对照组。 （4 4）自身对照：对照与试验在同一受试对象）自身对照：对照与试验在同一受试对象 身上进行（部位，先后）。身上进行（部位，先后）。 （5 5）相互对照：不设空白对照及标准对照，而）相互对照：不设空白对照及标准对照，而 是几个实验组互相比较。是几个实验组互相比较。 （6 6）其它：历史对照、配对对照、克隆对照等。）其它
10、：历史对照、配对对照、克隆对照等。二、均衡原则二、均衡原则 1 1均衡（均衡（balancebalance）的意义）的意义 指实验组与对照组在非处理因素方面指实验组与对照组在非处理因素方面尽可能一致。尽可能一致。 越均衡一致其可比性越好，就越能显示出实越均衡一致其可比性越好，就越能显示出实 验的处理因素的作用，从而减少非处理因素验的处理因素的作用，从而减少非处理因素 对实验结果的影响。如动物的种属、品系、对实验结果的影响。如动物的种属、品系、 窝别、性别、年龄、体重等保持基本一致；窝别、性别、年龄、体重等保持基本一致； 临床上病人的病种、病期、病型、性别、年临床上病人的病种、病期、病型、性别、
11、年 龄等保持一致。龄等保持一致。 组内的非处理因素条件不一定一致但组间的组内的非处理因素条件不一定一致但组间的 非处理因素必须一致非处理因素必须一致。2 2均衡化方法：均衡化方法： 交叉均衡：交叉均衡：是在实验单元中各设立实验组和对是在实验单元中各设立实验组和对照组，以使两组的非处理因素均衡一致。照组，以使两组的非处理因素均衡一致。如，实验某一新药预防肠道传染病的效果观察的如，实验某一新药预防肠道传染病的效果观察的实实 验设计：验设计： 不均衡方法：甲幼儿园不均衡方法：甲幼儿园100100名名服新药服新药发病率下降发病率下降乙幼儿园乙幼儿园100100名名不服新药不服新药发病率上发病率上 升升
12、 分层均衡：分层均衡：用分层方法使各处理中的非处理因素得到均衡。它用分层方法使各处理中的非处理因素得到均衡。它 是将非处理因素按不同水平分为若干单位组，然后是将非处理因素按不同水平分为若干单位组，然后 在每个单位组内安排处理因素。在每个单位组内安排处理因素。 例：例：4 4种处理后种处理后8 8名受试者的皮肤温度变化实验的设名受试者的皮肤温度变化实验的设 计：计：第一种方案： 每天一种处理的设计实验天数 受试者数 处理因素d1 8 Ad2 8 Bd3 8 Cd4 8 D第二种方案： 每天4种处理的设计处理因素A B C Dd1 2 2 2 2d2 2 2 2 2d3 2 2 2 2d4 2 2
13、 2 2实验天数 三、随机原则三、随机原则 1 1随机的意义随机的意义 随机（随机（randomrandom）是指没有主观成见地将每个是指没有主观成见地将每个 研究对象安排到某个试验单位中去研究对象安排到某个试验单位中去, , 使每个受使每个受 试对象接受处理的机会完全相等。试对象接受处理的机会完全相等。 随机是保证实验中非处理因素均衡一致的随机是保证实验中非处理因素均衡一致的 又一重要手段，同时也是数据处理、统计推又一重要手段，同时也是数据处理、统计推 断和假设检验同的前提。断和假设检验同的前提。 随机原则随机原则通过随机可以克服研究者的主观随意性、主通过随机可以克服研究者的主观随意性、主
14、观意识及受试对象个体差异性对实验研究的观意识及受试对象个体差异性对实验研究的 影响。影响。大样本可完全用随机化法分组大样本可完全用随机化法分组, , 小样本采用小样本采用 人为加随机法分组。人为加随机法分组。 2 2 随机化（随机化（randomization)randomization)方法：方法：模球法或抽签法：模球法或抽签法：随机数字表法：随机数字表法：是实验研究中广泛采是实验研究中广泛采 用的方法，按随机数表某段连续出现用的方法，按随机数表某段连续出现的数字与事先将受试对象的编号对应的数字与事先将受试对象的编号对应分组。分组。 （在（在ExcelExcel中可利用随机数字发生器生成中可利用随机数字发生器生成 任意随机数字表任意随机数字表, RAND()*(, RAND()*(b-a)+ab-a)+a）3分组方法 配对设计 将实验对象按其相似的 性质或条件进行配对，然后将每对中 的两个实验对象分别随机分配给实验 组与对照组。配对形式可分为：同源配对 同源性质较高。非同源配对 同源性质较低。 分层设计 要研究某一现象在一个总体 的不同层次之间存在的差别。是多因素 的比较。 如 “小细胞癌治疗的观察”的病例可分成 年龄、肿瘤大小、病程3个层次：A - 40岁以上 a - 40岁以下B - 大瘤 b - 小瘤C - 6个月以上
