实验设计experimentaldesign原理及基本原则

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1、实验设计（experimentaldesign）原理及基本原则魏敏杰、阮强、罗阳、孟繁浩、富伟能、王振宁、陈磊中国医科大学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化学：药物、毒物、激素、营养素等有机和无机的化学物质；物理：电、磁、射线、温度、湿度、乏氧等；生物：细菌、真菌、病毒、寄生虫等；其他：本体因素。处理因素的数目和水平单因素设计：每次实验只观察1个因素的效应。优点：目标明确，简单易行，条件容易控制，结果一目了然。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。单因素多水平设计：处理因素只有1个，但可从几个水平进行观察。“水平”是指同一因素在量

2、上的不同程度。如药物剂量有高、中、低。单因素多水平的设计也可看成是多因素设计。多因素设计：在一次实验中同时观察几种因素的效应。处理因素的强度量的概念如剂量的大小，射线的强弱，温度的高低等。处理因素的强度应适宜，过强则伤害受试对象，过弱则观察不出应有的效应。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如一，保持不变。受试对象(studysubjects)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。受试对象的标准化动物：用国际上承认的种属、品系。窝别、体重、龄期等。人：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、生活习惯、经济条件、居

3、住环境、家庭状况、心理状态）。离体器官、组织、细胞：采样部位、采取条件、新鲜程度、保存方式、培养方式等。病理模型：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。受试对象的例数要有一定的例数才能说明问题资料的性质：计数资料30～100例，计量资料10～20例。实验效应（experimentaleffect）处理因素作用于受试对象后出现以某种指标形式表示的效应。以计数指标表达的资料为计数资料，大多以研究对象中出现或不出现某一属性的“率”或“比”来表达，故又称定性资料，以计量指标表达的资料为计量资料，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，可得出较精确

4、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。选择指标的原则：有效、合理、勿滥、客观。指标应具备的条件：（1）关联性: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。（2）灵敏性:能敏感的反映效应。（3）稳定性: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。（4）特异性是指指标的专一性，只对某种或某几种处理因素产生效应反应。特异性越强越能揭示事物的本质。（5）精确性即精确度。二种含义：一是指标本身的精确度，二是所用仪器设备的精确度。（6）可行性是否具备测试所选指标的条件和设备。一.对照原则1.对照的意义通过对照鉴别处理因素与

5、非处理因素的差异消除和减少实验误差。2.对照种类：（1）空白对照：对照组不加任何处理。（2）实验对照：对照组施加与试验组等同的非处理因素。实验设计基本原则（3）标准对照：对照组用公认的标准方法处理作为标准对照组。（4）自身对照：对照与试验在同一受试对象身上进行（部位，先后）。（5）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。（6）其它：历史对照、配对对照、克隆对照等。二、均衡原则1．均衡（balance）的意义指实验组与对照组在非处理因素方面尽可能一致。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对实验结果的影响。如

6、动物的种属、品系、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非处理因素必须一致。2．均衡化方法：⑴交叉均衡：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。如，实验某一新药预防肠道传染病的效果观察的实验设计：不均衡方法：甲幼儿园100名→服新药→发病率下降乙幼儿园100名→不服新药→发病率上升⑵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。例：4种处理后8名受试者的皮肤温度变化实验的设

7、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d18Ad28Bd38Cd48D第二种方案：每天4种处理的设计处理因素ABCDd12222d22222d32222d42222实验天数三、随机原则1．随机的意义随机（random）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,使每个受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。随机原则通过随机可以克服研究者的主观随意性、主观意识及受试对象个体差异性对实验研究的影响。大样本可完全用随机化法分