实验设计

实验设计重点内容：为重点内容。1、如何选题。2、实验设计的三要素、三原则。3、实验结果观察记录。适用专业：本科。实验课时：12课时。教学方式：讲解；查资料；写；开放性预实验；写一篇小论文。时间安排：4课时讲解；8课时开放性实验设计。利用课外时间查资料与写。一、概念：科研设计是指在科学研究之前，由专业人员对科学研究工作全面计划和具体方案的设计和制定。目的是制定出一个通盘的、周密的、安排合理的科学性强而良好的设计方案，是科研开始前的准备工作，是科研进行过程中的依据，是实验数值统计处理前提，是所得结果准确可靠的保证。二、研究类型：（一）根据研究性质的不同分：1、基础研究探索自然现象和物质运动基本规律的认识活动。在医学科学方面是指阐明人体内在运动的基本规律以及健康与疾病相互转化的规律等；医学中的基础研究大部分是应用研究。特点所研究的课题着重于知识的深度；特异性及针对性不明显；所需研究时间较长；研究成果短期内效益不显著，但对科学的根本性进步影响深远。举例细胞结构的研究；核酸性质的研究；血液动力学的研究。2、应用研究医学属于应用科学。但就医学本身而论，仍可分为基础与应用两大部分，前者如解剖学、生理学、病理学等，后者主要指临床医学，也包括预防医学。特点研究的课题着重于应用的广度；特异性和针对性较强；课题的研究周期较短；效益显著或立竿见影解决问题；基础理论研究的课题通常来源于实践需要的长期积累，而要研究往往需要基础理论研究成果做为指导。举例某病诊断方法的研究；一种新疗法的研究；某病发病率的调查。3、开发性研究指对应用研究成果的进一步扩大或转化。特点这种研究具有一定的创造性，又具有很强的实用性。举例例如，对核酸本质及其结构的探索是一种基础理论研究；在前者的基础上，进一步探索基因重组、基因调控、基因移植等的可能性，从而达到改变遗传性状的目的，属于应用研究；当把上述基因工程技术引入不同的学科领域，分别应用于动物品种或植物品种的改良时，后者的工作便是开发研究。（二）根据创新程度不同分：1、探索性研究可借鉴的经验少，需长久独立思考，思维活动水平较高，探索时间漫长，风险较大。一旦成功可获得重大成果。如：最早的细胞膜受体的研究。2、发展性研究有前人研究基础，周期短，把握性较大，基本都能获得结果，但创造性不大。如：细胞膜受体分类研究。（三）从认识的深度分1、描述性研究提供现象与事实，回答“WHAT”，是认识的初级阶段。特点收集与积累事实材料，描述现象的外部联系，解决感性认识问题；进一步研究事物本质及其内在联系所必需，是阐述性研究的前提条件，可为理性认识奠定基础。举例对一种新的疾病或综合征的临床记述，如近年发现的艾滋病的报告等。2、阐述性研究正确阐明某一事物的本质及其规律性，回答“WHY”，是认识的高级阶段。特点运用既有知识，对大量描述性资料进行深入加工，去粗取精，由此及彼，通过思考或必要的实验而建立理论；解决理性认识问题，由表及里，指出某一事物外部现象或特征之间的内在联系的本质。举例某病的病因学或发病机理的研究。三、实验设计的基本程序（一）立题即确定所要研究的课题，是研究设计的前提，决定科研方向和总体内容。立题的过程是创造性的思维过程，是发现和提出问题、分析问题并提出假定的解释。1、选题确定研究方向→提出新问题。提出问题比解决问题更重要（爱因斯坦）→如何提出新问题？查阅大量文献资料，划定已经解决的问题和未解决的问题，通晓目前的进展和动向，进行综合分析，找出所要探索的研究课题的关键所在→选题（多选几个，以备换题）→预实验→定题（开题报告）。选题的原则：①创新性选题应有创新性，或提出新规律、新见解、新技术、新方法，或是对原有的规律、技术或方法的修改、补充。没有新意的课题毫无价值。②目的性选题应明确、具体地提出要解决的问题，它必须具有明确地理论或实践意义。③科学性选题应有充分的科学依据，与已证实的科学理论、科学规律相符合，而非毫无根据的胡思乱想。④可行性选题应切合实验者的主、客观条件，盲目地求大、求全、求新，最终只能纸上谈兵，无法实施。2、建立假说假说是预先假定的答案或解释，也是实验的预期结果。科学的假说是关于事物现象的原因、性质或规律的推测性说明。（二）实验设计制定实验研究的计划和方案。必须根据研究目的、结合专业和统计学要求，作出周密完整的有关具体内容、方法和计划安排，是实验过程的依据、数据处理的前提，是提高实验研究质量的保证。实验设计的任务：有效地控制干扰因素，保证实验数据的可靠性和精确性；节省人、物力、财力和时间；尽量安排多因素、多剂量、多指标的实验，提高实验效率。实验设计包括三大要素和三大原则。1、三大要素科研立题后，从题目通常可反映研究内容的三大要素，即处理因素，受试对象，实验效应。处理因素受试对象实验效应电刺激绿浓杆菌一氧化氮氨氯地平大鼠家兔肝硬化大鼠36例高血压病人脑梗死运动功能的影响角膜炎模型的建立血流动力学的影响左心室舒张功能的影响（1）处理因素①物理因素：电刺激、射线、温度、外伤、手术等。②化学因素：药物、毒物、营养物、缺氧等。③生物因素：细菌、真菌、病毒、寄生虫等。注意点：①抓住实验的主要因素根据提出的假设、目的和可能确定单因素或多因素。一个实验的处理因素不宜过多，否则会使分组过多，方法繁杂，受试对象增多，实验时难以控制。而处理因素过少又难以提高实验的广度、深度及效率。必要时，可采用几个小实验构成系列实验。确定处理因素的强度②处理因素的强度是因素的量的大小，如电刺激的强度、药物的剂量等。强度应适当。同一因素有时可以设置几个不同的强度，如一试验药设几个剂量（高、中、低），但处理因素的水平也不要太多。③处理因素的标准化处理因素在整个实验过程中应保持不便，即应标准化，否则会影响实验结果。例如电刺激的强度（电压、持续时间、频率等）、药物质量（来源、成分、纯度、生产厂、批号、配制方法等）应始终一样。重视非处理因素的控制④非处理因素（干扰因素）会影响实验结果，应加以控制，如离体实验时的恒温、恒压，病人的病种、病情（轻重）、病程（急慢）、年龄、性别等。（2）受试对象包括动物和人。动物：一般受试对象主要是动物。动物的种类很多，实验动物包括：正常动物、麻醉动物、病理模型动物等。动物选择原则：实验目的、动物的特点、方法和指标的要求。人：健康受试者和病人。病人须明确诊断，真实反映主观感受。（3）实验效应处理因素对受试对象产生的作用，包括实验指标和实验技术。实验指标：在实验观察中用于反映研究对象某些可被检测仪器或研究者感知的特征或现象标志。实验指标选择的基本条件：特异性高：特异反映某一特定现象。如研究抗高血压药物时，以动脉压，尤其是舒张压作指标。急性肾炎病人有70%~80%血压增加，但急性肾炎的尿常规和肾功能指标比血压作指标好。特异性低的指标容易造成假阴性。客观性强：尽可能选用具体数字、图形、表格来表达。如血压、心电图、呼吸、化验检查酶的含量等。受主观影响较大的指标最好不用，如目测比色。主观症状难以定性者，更不易定量。精确性：精密度：重复观察时，各观察值和其平均值的接近程度，其差值属于随机误差。准确度：指观察值与其真实值的接近程度，主要受仪器、测定方法等问题的影响。属于系统误差。灵敏度：灵敏度高能充分反映处理因素产生的效应。如药物不同剂量时对血压的影响。灵敏度低使本应出现的变化不易出现，产生假阴性。可行性：必须根据研究者的技术水平、实验室的设备情况。认可性：依据文献上的认可的指标测定法。创出的新指标必须经过专门的实验鉴定。2、三大原则（1）对照：没有比较就难以鉴别。选择对照组是科研工作的重要手段，也是比较的基础。实验设计必须设计对照组，根本目的在于抵消非实验因素的干扰和影响。设计时将非实验因素方面尽可能一致，如动物种属、品系、性别、体重、健康状况、观察的指标、方法、仪器、环境、药物的来源、批号、配制方法等。对照形式有：空白对照：不对受试对象作任何处理。假处理对照：经过同样的麻醉、注射、假手术等，但不用药或不进行关键处理，假处理所用的液体在pH、渗透压、溶酶均与处理组相同，因而可比性好。。安慰剂对照：安慰剂是一种在形状、颜色、气味均与药物相同，但不含有生物活性的主药制剂。安慰剂通过“用药”心理因素对病人产生“药效”，对某些疾病如头痛、心绞痛、神经官能症等可产生30%~50%的疗效。历史对照：用以往的研究结果或历史文献资料作为对照。在癌症、狂犬病等难治性疾病的疗效研究时可采用此法。自身对照：对照和处理因素在同一受试对象中进行，误差小。如以病人给药前的血压值作为对照。标准对照：用现有的标准方法或典型同类药物作为对照，其目的是比较标准方法（或典型药物）与现有方法（或现用药物）所产生的影响（作用）的差异。相互对照：指各处理间互为对照。如几种药物治疗某种疾病，可观察几种疗法，各给药组间互为对照。以上1~5为阴性对照，6属于阳性对照。（2）重复：可靠的实验应在相同条件下重复出来，这就要求实验要有一定的例数。一次实验或一个样本获得的结果往往由于个体差异的存在、实验误差的影响而不准确。重复原则即确定每组的动物例数，即样本大小。样本太大，浪费人力财力，样本太小又难以获得正确的研究成果。决定样本大小的原则是：保证结果可靠的情况下确定最少的例数，提高实验效率。动物实验每组基本例数计量资料记数资料小动物（小鼠、大鼠、蛙）≥10≥30中等动物（豚鼠、兔）≥6≥20大动物（猫、猴、犬）≥5≥10（3）随机：是使每个实验对象在接受分组处理时具有相等的机会，以减少偏性，使各种因素对各组的影响保持一致，通过随机化可减少实验者主观因素，减少误差。随机化方法：抽签、抓阄、随机数字表、计算器随机数字键。均衡随机：能控制的因素均衡归类分档，然后在每一档中随机取出等量动物分配到各组，使难控制因素得到随机化的安排。（三）实验和观察1、实验准备和预实验实验准备包括实验理论和实验实施准备。前者主要包括实验的理论基础、假说的理论基础、实验方法、技术等的参考文献等；后者指仪器设备的选择配套、药理及试剂的配制与剂量的初步选定、实验方法与指标的建立、实验对象的准备等。预实验是对所选课题进行初步实验。通过预实验可熟悉实验技术，确定正式实验动物的种类和例数，改进实验方法和指标，调整处理因素的强度或确定用药剂量等。2、实验及其结果的观察记录按照预实验确定的步骤进行实验，及时、准确、客观地观察并记录实验结果。。经分析属于错误操作或不合理的结果应重做实验。重视原始记录，要预先拟定原始记录方式和内容。仔细观察实验过程中出现的现象，并进行思考：发生了什么现象；该现象发生在什么情况或时间；该现象后来如何转归；为什么会发生这些现象；该现象有何意义；有无出现非预期结果或“反常”现象？（四）实验结果的处理分析将原始数据或资料整理核实，计算出各组数据的均值、标准差或率等，并制成一定的统计表或统计图。其次，作相应的统计学显著性检验或计算某些特征参数等。（五）研究结论从实验观察结果概括或归纳出来的判断。这个结论要回答原先建立的假说是否正确，从而对所提出的问题作出解答并应对实验中发现的现象和搜集到的资料作出理论解释。实验设计书写格式：题目（体现出三大要素）（10分）1、材料和方法（40分）：1.1实验对象及分组（10分）动物：种属、品系、性别、年龄、体重等。分组：体现出重复、对照、随机原则。1.2材料（10分）药品、试剂厂家来源、批号；测试盒来源；仪器厂家1.3方法（15分）指标测定的具体方法。1.4数据结果分析（5分）数据结果用X±S表示，用t检验法。2、预期结果（20分）用文字、图、表说明，得出趋势。3、讨论（25分）对预期结果在理论上加以解释，并得出结论。参考文献（5分）注意书写格式